JP7120095B2 - 水処理システム - Google Patents

Description

本発明は低濃度原水を逆浸透膜処理する低濃度処理水系と、高濃度原水を逆浸透膜処理する高濃度処理水系とを備える水処理システムに関するものであり、特に、電子産業向け排水回収システムにおいて、被処理水を濃度別に２系統の逆浸透膜処理システムで処理する水処理システムにおいて、各系統の逆浸透膜濃縮水を系外に排出せずに他系統に供給したり前段に返送したりすることでシステム全体で水を有効利用する水処理システムに関する。

各種水処理分野において、水質の異なる２種類の原水を、各々の処理系統で膜処理を主体とする処理を行い、膜処理で発生する濃縮水を前段装置に返送したり、一方の処理系統の濃縮水を他方の処理系統の膜装置の給水側に送水したりすることが行われている。

例えば、特許文献１には、有機物や濁質濃度の異なる２つの被処理水をそれぞれ前処理ユニットと膜分離ユニットで処理する水処理装置において、有機物等の濃度がより高い被処理水の処理系統では膜分離ユニットの濃縮水の一部を前処理ユニットに還流するラインを設け、より低い被処理水の処理系統では膜分離ユニットの濃縮水を圧力エネルギー回収ユニットに通してエネルギーを回収することが記載されている。
特許文献１には、濃縮水を前段に返送することで環境負荷を低減するとの記載はあるが、主として膜の汚染抑制や洗浄頻度低減、圧力エネルギー回収を目的としており、システム全体での水の有効利用については触れられていない。

また、特許文献２には、逆浸透膜を用いた海水淡水化方法において、生物処理水と海水を混合することで塩類濃度を低くした低濃度塩水を逆浸透膜処理する工程と、海水のみの高濃度塩水を逆浸透膜処理する工程とを行い、低濃度塩水の処理系統で逆浸透膜装置の運転コストの低減を図り、高濃度塩水の処理系統で逆浸透膜のバイオファウリング抑制を可能としている。
特許文献２には、生物処理水の逆浸透膜濃縮水を海水の逆浸透膜透過水と混合して更に逆浸透膜処理しているが、ここで発生する濃縮水は系外へ排出されており、特許文献２には、水の有効利用に関する記載はない。

国際公開第２０１３／１２５３７３号 特開２０１３－５６３２０号公報

半導体、ＬＣＤ等の電子産業プロセスにおいては、近年、環境負荷の低減、用排水コストの削減を目的として、電子産業プロセス排水を回収して再利用することが行われている。電子産業プロセスに限らず、各種の産業分野から排出される排水を回収して再利用するためには、可能な限り回収率を上げ、系外に排出される廃水量を低減することが望まれる。

本発明は、低濃度原水と高濃度原水とをそれぞれ逆浸透膜処理する水処理システムにおいて、各処理系統の逆浸透膜濃縮水を系外に排出せずに他系統に供給したり前段に返送したりすることで、システム全体で水を有効利用する水処理システムを提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、低濃度原水を２段逆浸透膜処理する処理系統と高濃度原水を２段逆浸透膜処理する処理系統とを設け、濃縮水及び透過水の採水部位と送水先を工夫することで、系外へ廃水を殆ど排出することなく、これら２つの処理系統を安定に運転して高効率な水回収を図ることができることを見出した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。

［１］ 低濃度原水を逆浸透膜処理する第１の逆浸透膜装置と、該第１の逆浸透膜装置の透過水を貯留する第１のタンクと、該第１のタンクから送水された水を逆浸透膜処理する第２の逆浸透膜装置とを有する低濃度処理系統と、高濃度原水を逆浸透膜処理する第３の逆浸透膜装置と、該第３の逆浸透膜装置の透過水を貯留する第２のタンクと、該第２のタンクから送水された水を逆浸透膜処理する第４の逆浸透膜装置とを有する高濃度処理系統とを備える処理システムであって、前記第２の逆浸透膜装置の濃縮水を前記第２のタンクに送水する送水手段と、前記第４の逆浸透膜装置の透過水を前記第１のタンクへ送水する送水手段とを備えることを特徴とする水処理システム。

［２］ 更に、前記第３の逆浸透膜装置の濃縮水を逆浸透膜処理する第５の逆浸透膜装置と、該第５の逆浸透膜装置の透過水を前記第３の逆浸透膜装置の給水側へ送水する送水手段とを備えることを特徴とする［１］に記載の水処理システム。

［３］ 更に、前記第３の逆浸透膜装置の給水を前処理する前処理装置を備えることを特徴とする［１］又は［２］に記載の水処理システム。

［４］ 更に、前記第５の逆浸透膜装置の濃縮水を濃縮する濃縮装置を備えることを特徴とする［２］に記載の水処理システム。

［５］ 前記低濃度処理系統は純水製造系統であり、前記高濃度処理系統は排水処理系統であることを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の水処理システム。

本発明によれば、低濃度原水の逆浸透膜処理系統と高濃度原水の逆浸透膜処理系統とを設けた水処理システムにおいて、系外へ廃水を殆ど排出することなく、これら２つの処理系統を安定に運転して効率的に水を回収して高度に有効利用することができる。

本発明の水処理システムの実施の形態の一例を示す系統図である。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の水処理システムの実施の形態の一例を示す系統図である。図１において、上段の系列は本発明に係る低濃度処理系統に該当し、下段の系列は本発明に係る高濃度処理系統に該当する。

なお、本発明において、高濃度原水とは、逆浸透膜処理等で分離除去される塩類、有機物及び濁質等を低濃度原水よりも多く含み、低濃度原水よりも水質の劣るものである。低濃度原水は、高濃度原水よりも塩類、有機物、濁質濃度が低く高水質のものである。

本発明で処理する低濃度原水、高濃度原水の種類や水質には特に制限はないが、例えば、低濃度原水は、下記水質項目を満たす工水、市水、半導体、ＬＣＤ等の電子産業プロセスの洗浄排水等の回収水である。
＜低濃度原水の水質＞
導電率：５０ｍＳ／ｍ未満、例えば１０ｍＳ／ｍ以上５０ｍＳ／ｍ未満
ＴＯＣ濃度：１．０ｍｇ／Ｌ未満、例えば０．１ｍｇ／Ｌ以上１．０ｍｇ／Ｌ未満
また、高濃度原水とは、下記水質項目の１以上を満たすものであり、具体的には、半導体、ＬＣＤ等の電子産業プロセス排水の生物処理水または無機処理水等が挙げられる。
＜高濃度原水の水質＞
導電率：５０ｍＳ／ｍ以上、例えば５０～２００ｍＳ／ｍ
ＴＯＣ濃度：１．０ｍｇ／Ｌ以上、例えば１．０～５．０ｍｇ／Ｌ

なお、低濃度原水も、高濃度原水も一般的に水質は変動するものであり、上記水質項目は、その変動幅における平均値としての値で示される。

図１の水処理システムでは、低濃度原水は、第１の逆浸透膜装置（以下、「第１ＲＯ」と称す場合がある。）１で逆浸透膜処理され、透過水が第１のタンク（以下、「第１タンク」と称す場合がある。）２に貯留される。この第１タンク２には、後述の高濃度処理系統の第４ＲＯ８の透過水が送水されており、第１ＲＯ１の透過水は、この第４ＲＯ８の透過水と共に第２の逆浸透膜装置（以下、「第２ＲＯ」と称す場合がある。）３で逆浸透膜処理され、透過水が処理水として回収、再利用される。第２ＲＯ３の濃縮水は高濃度処理系統の第２のタンク（以下、「第２タンク」と称す場合がある。）７に送水される。

なお、低濃度処理系統の第１ＲＯ１の濃縮水は低濃度原水に戻す、または河川放流される。

一方、高濃度原水は、前処理装置４で処理された後、処理水が回収タンク５に送水される。この回収タンク５には後段の第４ＲＯ８の濃縮水と第５ＲＯ９の透過水が返送されており、高濃度原水の前処理水はこれらの返送水と共に第３の逆浸透膜装置（以下、「第３ＲＯ」と称す場合がある。）６で逆浸透膜処理される。

第３ＲＯ６の透過水は、第２のタンク７に送水され、第２ＲＯ３の濃縮水と共に第４の逆浸透膜装置（以下、「第４ＲＯ」と称す場合がある。）８で逆浸透膜処理され、透過水が低濃度処理系統の第１タンク２に送水される。
一方、第４ＲＯ８の濃縮水は前段の回収タンク５に返送される。

この水処理システムでは、第３ＲＯ６の濃縮水を逆浸透膜処理する第５の逆浸透膜装置（以下、「第５ＲＯ」と称す場合がある。）９が設けられており、第５ＲＯ９の透過水は回収タンク５に返送され、濃縮水は、エバポレーターや電気透析装置等の濃縮装置で濃縮され、極く少量の濃縮残渣が系外へ排出される。

高濃度処理系統の前処理装置４は必ずしも必要とされないが、活性炭塔等の処理装置や紫外線酸化装置等の有機物処理や凝集沈殿装置等の無機物処理を行う前処理装置を設けることで、各逆浸透膜装置の負荷を軽減し、より安定した運転を行うことができるようになる。

このような本発明の水処理システムにおいて、第１タンク２に送水される第４ＲＯ８の透過水は、高濃度処理系統からの水ではあるが、既に２段の逆浸透膜処理を受けているため、第１ＲＯ１の透過水よりも水質が高く、このような高水質の第４ＲＯ８の透過水を第１ＲＯ１の透過水と混合することで、第２ＲＯ３の給水の水質を高め、第２ＲＯ３において高回収率での逆浸透膜処理が可能となる。

第２ＲＯ３の濃縮水は、第３ＲＯ６の透過水の水質よりも低い（導電率が高い）ものの、第２ＲＯ３で高回収率で逆浸透膜処理するため、その濃縮水量は少量であるため、第２タンク７での水質の低下の問題はなく、第４ＲＯ８の給水負荷は殆ど影響を受けることはない。

このような本発明の水処理システムにおいて、各逆浸透膜装置の回収率や送水量等を調整することにより、安定運転にて高回収率で水を回収し、節水を図ることが可能となる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
図１に示す水処理システムにより、下記水質及び水量の低濃度原水と高濃度原水の処理を行った。
ただし、前処理装置は省略した。

低濃度原水：工業用水
導電率＝１０～３０ｍＳ／ｍで変動
（平均１５ｍＳ／ｍ）
水量＝１，０００ｔ／ｄａｙ
高濃度原水：液晶プロセス排水の生物処理及び無機処理水
導電率＝５０～１００ｍＳ／ｍで変動
水量＝１０，０００ｔ／ｄａｙ

各逆浸透膜装置としては、以下のものを用い、以下の水回収率で運転した。

第１ＲＯ：栗田工業(株)製の逆浸透膜（ＫＲＯＡ－２０３１）
水回収率＝８０％
第２ＲＯ：栗田工業(株)製の逆浸透膜（ＫＲＯＡ－２０３１又はＫＲＯＡ－２０３Ｖ）
水回収率＝９０％
第３ＲＯ：栗田工業(株)製の逆浸透膜（ＫＲＯＡ－９８－８ＨＮ）
水回収率＝９０％
第４ＲＯ：栗田工業(株)製の逆浸透膜（ＫＲＯＡ－２０３１、ＫＲＯＡ－２０３２又は
ＫＲＯＡ－２０３Ｖ）
水回収率＝９１～９２％
第５ＲＯ：栗田工業(株)製の逆浸透膜（ＫＲＯＡ－９８－８ＨＮ）
水回収率＝７５％
濃縮装置としてはエバポレーターを用いた。
第１ＲＯの濃縮水は河川放流した。

水処理システムの各部を流れる水の水質、水量は以下の通りであり、系外へ廃水を排出することなく、第２ＲＯの透過水として導電率０．１～０．３ｍＳ／ｍの高水質の処理水を１０，７９０ｔ／ｄａｙで得ることができた。

第１ＲＯの透過水：導電率＝１．０～５．０ｍＳ／ｍ
水量＝８００ｔ／ｄａｙ
第２ＲＯの給水： 導電率＝１．０ｍＳ／ｍ
水量＝１１，９７０ｔ／ｄａｙ
第２ＲＯの濃縮水：導電率＝１０～２０ｍＳ／ｍ
水量＝１，１８０ｔ／ｄａｙ
第３ＲＯの透過水：導電率＝３．０～６．０ｍＳ／ｍ
水量＝１１，０２０ｔ／ｄａｙ
第３ＲＯの濃縮水：導電率＝４５０～４７０ｍＳ／ｍ
水量＝１，２１０ｔ／ｄａｙ
第４ＲＯの給水： 導電率＝３．０～６．０ｍＳ／ｍ
水量＝１２，２００ｔ／ｄａｙ
第４ＲＯの透過水：導電率＝０．５～１．０ｍＳ／ｍ
水量＝１１，１７０ｔ／ｄａｙ
第４ＲＯの濃縮水：導電率＝２０～３０ｍＳ／ｍ
水量＝１，０３０ｔ／ｄａｙ
第５ＲＯの透過水：導電率＝１０～５０ｍＳ／ｍ
水量＝９２０ｔ／ｄａｙ
第５ＲＯの濃縮水：導電率＝１，８００～２，０００ｍＳ／ｍ
水量＝２９０ｔ／ｄａｙ

１ 第１ＲＯ
２ 第１タンク
３ 第２ＲＯ
４ 前処理装置
５ 回収タンク
６ 第３ＲＯ
７ 第２タンク
８ 第４ＲＯ
９ 第５ＲＯ
１０ 濃縮装置

Claims (5)

1. 低濃度原水を逆浸透膜処理する第１の逆浸透膜装置と、該第１の逆浸透膜装置の透過水を貯留する第１のタンクと、該第１のタンクから送水された水を逆浸透膜処理する第２の逆浸透膜装置とを有する低濃度処理系統と、
   高濃度原水を逆浸透膜処理する第３の逆浸透膜装置と、該第３の逆浸透膜装置の透過水を貯留する第２のタンクと、該第２のタンクから送水された水を逆浸透膜処理する第４の逆浸透膜装置とを有する高濃度処理系統と
   を備える処理システムであって、
   前記第２の逆浸透膜装置の濃縮水を前記第２のタンクに送水する送水手段と、前記第４の逆浸透膜装置の透過水を前記第１のタンクへ送水する送水手段とを備えることを特徴とする水処理システム。
2. 更に、前記第３の逆浸透膜装置の濃縮水を逆浸透膜処理する第５の逆浸透膜装置と、該第５の逆浸透膜装置の透過水を前記第３の逆浸透膜装置の給水側へ送水する送水手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 更に、前記第３の逆浸透膜装置の給水を前処理する前処理装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 更に、前記第５の逆浸透膜装置の濃縮水を濃縮する濃縮装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
5. 前記低濃度処理系統は純水製造系統であり、前記高濃度処理系統は排水処理系統であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水処理システム。
   

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