JP7122954B2 - シリカ含有水の膜分離方法及びシリカ含有水の膜分離システム - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜を用いたシリカ含有水の膜分離方法、及びその実施に好適な膜分離システムに関する。
工業用水、井水、市水等を被処理水とし、これらの被処理水から純水を製造するために逆浸透膜（ＲＯ膜）装置が利用されている。ＲＯ膜装置は、ＲＯ膜により塩類等の不純物成分を分離して、被処理水を不純物成分が濃縮された濃縮水と、不純物成分濃度の低い透過水とに分離する。
シリカ（ＳｉＯ２）は自然水に含まれる成分であり、被処理水中のシリカはＲＯ膜の濃縮水側表面にシリカスケールとして析出する。このシリカスケールはＲＯ膜を閉塞させ、ＲＯ膜装置の処理効率を低下させてしまう。
ＲＯ膜表面へのシリカスケールの析出を抑制するために、スケール分散剤が汎用されている。また、特許文献１には、シリカを含む被処理水のｐＨを１０．０～１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５～４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水をＲＯ膜装置に供給して、ＲＯ膜装置から排出される濃縮水中のシリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることにより、スケール分散剤や阻止率向上剤などの追加の薬剤を添加せずに、高濃度にシリカを濃縮しながらＲＯ膜の閉塞を抑制できることが記載されている。
ＲＯ膜表面へのシリカスケールの析出を抑制するために、スケール分散剤が汎用されている。また、特許文献１には、シリカを含む被処理水のｐＨを１０．０～１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５～４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水をＲＯ膜装置に供給して、ＲＯ膜装置から排出される濃縮水中のシリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることにより、スケール分散剤や阻止率向上剤などの追加の薬剤を添加せずに、高濃度にシリカを濃縮しながらＲＯ膜の閉塞を抑制できることが記載されている。
本発明者らが検討を重ねた結果、特許文献１に記載の技術のように被処理水のｐＨを高めてＲＯ膜処理に付した場合には、膜面にシリカスケールが生じにくい一方で、ＲＯ膜の荷電物質の阻止性能が低下し、透過水の純度の向上には制約があることがわかってきた。この問題に対処するには、例えば複数段のＲＯ膜処理とすることが考えられる。しかし、このような対処は設置面積やコストの増大を招く。
そこで本発明は、シリカ含有水（シリカを含有する被処理水）をＲＯ膜により処理する膜分離方法であって、ＲＯ膜表面へのシリカスケールの析出を抑制し、かつシリカ含有水中の荷電物質（塩類等）を高効率に分離・除去することができるシリカ含有水の膜分離方法を提供することを課題とする。また本発明は、上記膜分離方法を実施するのに好適な膜分離システムを提供することを課題とする。
そこで本発明は、シリカ含有水（シリカを含有する被処理水）をＲＯ膜により処理する膜分離方法であって、ＲＯ膜表面へのシリカスケールの析出を抑制し、かつシリカ含有水中の荷電物質（塩類等）を高効率に分離・除去することができるシリカ含有水の膜分離方法を提供することを課題とする。また本発明は、上記膜分離方法を実施するのに好適な膜分離システムを提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるナトリウム（Ｎａ）イオンの阻止率の変動幅が一定幅以上である特性のＲＯ膜を用いることにより、シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めて膜面へのシリカスケールの析出を抑制した状態でＲＯ膜処理を行っても、このＲＯ膜は、シリカ含有水中の荷電物質の阻止能が十分に高い状態を維持できることを見出した。本発明はこの知見に基づきさらに検討を重ねて完成されるに至ったものである。
本発明の上記課題は以下の手段により解決された。
〔１〕
シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離方法であって、
前記膜分離方法は、前記シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めるｐＨ調整工程と、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を逆浸透膜処理に付す膜処理工程とを有し、
前記逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離方法。
〔２〕
前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、〔１〕に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔３〕
前記膜処理工程が単段の逆浸透膜処理である、〔１〕又は〔２〕に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔４〕
前記膜処理工程の前段において、前記シリカ含有水をＮａ形の陽イオン交換樹脂に通水する、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔５〕
シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離システムであって、
前記膜分離システムは、前記シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めるｐＨ調整手段と、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を処理する逆浸透膜装置とを有し、
前記逆浸透膜装置が有する逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるナトリウムイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離システム。
〔６〕
前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、〔５〕に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
〔７〕
前記逆浸透膜装置が単段である、〔５〕又は〔６〕に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
〔８〕
前記逆浸透膜装置の前段において、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を処理するＮａ形の陽イオン交換装置を有する、〔５〕～〔７〕のいずれかに記載のシリカ含有水の膜分離システム。
〔１〕
シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離方法であって、
前記膜分離方法は、前記シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めるｐＨ調整工程と、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を逆浸透膜処理に付す膜処理工程とを有し、
前記逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離方法。
〔２〕
前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、〔１〕に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔３〕
前記膜処理工程が単段の逆浸透膜処理である、〔１〕又は〔２〕に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔４〕
前記膜処理工程の前段において、前記シリカ含有水をＮａ形の陽イオン交換樹脂に通水する、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載のシリカ含有水の膜分離方法。
〔５〕
シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離システムであって、
前記膜分離システムは、前記シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めるｐＨ調整手段と、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を処理する逆浸透膜装置とを有し、
前記逆浸透膜装置が有する逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるナトリウムイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離システム。
〔６〕
前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、〔５〕に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
〔７〕
前記逆浸透膜装置が単段である、〔５〕又は〔６〕に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
〔８〕
前記逆浸透膜装置の前段において、ｐＨを１０．０以上に高めた前記シリカ含有水を処理するＮａ形の陽イオン交換装置を有する、〔５〕～〔７〕のいずれかに記載のシリカ含有水の膜分離システム。
本発明のシリカ含有水の膜分離方法は、シリカ含有水をＲＯ膜処理に付すことを含み、ＲＯ膜表面へのシリカスケールの析出を抑制し、かつシリカ含有水中の荷電物質を高効率に分離・除去することができる。また、本発明のシリカ含有水の膜分離システムは、本発明の上記膜分離方法を実施するのに好適である。
本発明のシリカ含有水の膜分離方法（以下、単に「本発明の方法」とも称す。）の好ましい実施形態について以下に説明する。
本発明の方法では、ＲＯ膜処理に付す被処理水（原水）としてシリカ含有水を用いる。シリカは自然水に含まれる成分であり、工業用水、井水、市水等の一般的に用いられる原水にはシリカが含まれている。したがって、原水は通常、シリカ含有水である。本発明の方法に用いるシリカ含有水中のシリカ濃度に制限はなく、通常は１～２０００ｍｇ／Ｌであり、１～５００ｍｇ／Ｌが好ましく、１～１５０ｍｇ／Ｌがより好ましい。
本発明の方法は、シリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めるｐＨ調整工程と、ｐＨ調整工程においてｐＨを１０．０以上に高めたシリカ含有水をＲＯ膜処理に付す膜処理工程とを少なくとも有している。
＜ｐＨ調整工程＞
ｐＨ調整工程では、被処理水であるシリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高める。このｐＨは、ｐＨ調整工程に付されたシリカ含有水の温度におけるｐＨである。
シリカ含有水のｐＨの調整は、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤をシリカ含有水に添加することにより行うことができる。アルカリ剤は水溶液の形態であることが好ましい。シリカ含有水へのアルカリ剤の添加は、シリカ含有水のｐＨをモニタリングしながら行うことが好ましい。また、シリカ含有水の性状が安定である場合には、シリカ含有水に一定の添加率でアルカリ剤を連続的に添加しながら、ｐＨを高めたシリカ含有水を続くＲＯ膜処理へと連続的に付すこともできる。
このｐＨ調整工程により、シリカ含有水のｐＨを１０．０～１２．０とすることが好ましく、ｐＨを１０．５～１１．５とすることがより好ましい。
シリカ含有水のｐＨが１０．０未満であると、ＲＯ膜表面にシリカが析出しやすく、経時的にＲＯ膜の閉塞が生じて処理効率が低下する。また、シリカ含有水のｐＨを１２．０以下とすることにより、ＲＯ膜の劣化を効果的に抑えることができる。
ｐＨ調整工程では、被処理水であるシリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高める。このｐＨは、ｐＨ調整工程に付されたシリカ含有水の温度におけるｐＨである。
シリカ含有水のｐＨの調整は、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤をシリカ含有水に添加することにより行うことができる。アルカリ剤は水溶液の形態であることが好ましい。シリカ含有水へのアルカリ剤の添加は、シリカ含有水のｐＨをモニタリングしながら行うことが好ましい。また、シリカ含有水の性状が安定である場合には、シリカ含有水に一定の添加率でアルカリ剤を連続的に添加しながら、ｐＨを高めたシリカ含有水を続くＲＯ膜処理へと連続的に付すこともできる。
このｐＨ調整工程により、シリカ含有水のｐＨを１０．０～１２．０とすることが好ましく、ｐＨを１０．５～１１．５とすることがより好ましい。
シリカ含有水のｐＨが１０．０未満であると、ＲＯ膜表面にシリカが析出しやすく、経時的にＲＯ膜の閉塞が生じて処理効率が低下する。また、シリカ含有水のｐＨを１２．０以下とすることにより、ＲＯ膜の劣化を効果的に抑えることができる。
＜膜処理工程＞
膜処理工程では、ｐＨ調整工程によりｐＨが１０．０以上に高められたシリカ含有水をＲＯ膜処理に付す。ＲＯ膜処理に使用するＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０（ｐＨ５．０以上７．０以下）の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上という特性を有する。ここで、ＲＯ膜の特性を決定するためのＮａイオン阻止率は下記式により求める。
－阻止率算出式－
Ｎａイオンの阻止率（％）＝１００－１００×｛［Ａ／(（Ｂ＋Ｃ）／２)］｝
Ａ：透過水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｂ：給水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ：濃縮水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
膜処理工程では、ｐＨ調整工程によりｐＨが１０．０以上に高められたシリカ含有水をＲＯ膜処理に付す。ＲＯ膜処理に使用するＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０（ｐＨ５．０以上７．０以下）の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上という特性を有する。ここで、ＲＯ膜の特性を決定するためのＮａイオン阻止率は下記式により求める。
－阻止率算出式－
Ｎａイオンの阻止率（％）＝１００－１００×｛［Ａ／(（Ｂ＋Ｃ）／２)］｝
Ａ：透過水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｂ：給水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ：濃縮水中のＮａイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
上記のＲＯ膜のＮａイオン阻止率を決定するための給水及びＲＯ膜処理条件は下記の通りとする。
－給水－
ＮａＣｌを５０ｍｇ／Ｌの濃度で含有するＮａＣｌ水溶液
－ＲＯ膜処理条件－
水温２５℃、透過流束０．６５ｍ３／ｍ２／ｄ、回収率（注）１５％
（注）：回収率（％）＝１００×［ＲＯ膜処理における透過水の量（ｍ３／ｈ）］／［ＲＯ膜処理に付した給水の量（ｍ３／ｈ）］
－給水－
ＮａＣｌを５０ｍｇ／Ｌの濃度で含有するＮａＣｌ水溶液
－ＲＯ膜処理条件－
水温２５℃、透過流束０．６５ｍ３／ｍ２／ｄ、回収率（注）１５％
（注）：回収率（％）＝１００×［ＲＯ膜処理における透過水の量（ｍ３／ｈ）］／［ＲＯ膜処理に付した給水の量（ｍ３／ｈ）］
ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差（％）は、ｐＨ５．０～７．０の範囲における阻止率（％）の最大値から、ｐＨ５．０～７．０の範囲における阻止率（％）の最小値を差し引くことにより決定される。
本発明の方法において、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上となる特性のＲＯ膜を用いることにより、シリカスケールの発生を抑えるべくシリカ含有水のｐＨを１０．０以上に高めてＲＯ膜処理を行っても、シリカ含有水中に存在する荷電物質を十分に高い阻止率で除去することができる。この理由は定かではないが、次のように推定される。
ＲＯ膜にはポリアミド系とセルロース系の２種類が知られており、いずれもカルボキシ基を有している。このカルボキシ基は、ＣＯＯ－＋Ｈ＋⇔ＣＯＯＨの平衡状態にあり、ｐＨが低いほど平衡は右辺側に移動し（すなわちＣＯＯＨの割合が多くなり）、ｐＨが高いほど平衡は左辺側へと移動する（すなわちＣＯＯ－の割合が多くなる）。ＲＯ膜はこのＣＯＯ-によって、カチオン性、アニオン性荷電物質の引き寄せ、反発をバランスさせ、阻止性能に繋げている。
ｐＨ５．０～７．０の範囲においてＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上であるＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０という弱酸の条件において、ＣＯＯ－の割合の変動が大きく、等電点となるｐＨが高いと推定される。
他方、ｐＨ５．０～７．０の範囲においてＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１％よりも小さいＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０という弱酸の条件において、ＣＯＯ－の変動が小さく、等電点となるｐＨが低いと推定される。ｐＨが１０．０以上になると、等電点となるｐＨが低いＲＯ膜のカチオン性、アニオン性荷電物質の引き寄せ、反発のバランスが崩れやすく、阻止性能低下に繋がったと考えられる。
本発明に用いるＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差の上限に特に制限はない。前記の最大阻止率と最小阻止率との差は通常は１０．０％以下であり、５．０％以下であることも好ましい。
ｐＨ５．０～７．０の範囲においてＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上であるＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０という弱酸の条件において、ＣＯＯ－の割合の変動が大きく、等電点となるｐＨが高いと推定される。
他方、ｐＨ５．０～７．０の範囲においてＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１％よりも小さいＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０という弱酸の条件において、ＣＯＯ－の変動が小さく、等電点となるｐＨが低いと推定される。ｐＨが１０．０以上になると、等電点となるｐＨが低いＲＯ膜のカチオン性、アニオン性荷電物質の引き寄せ、反発のバランスが崩れやすく、阻止性能低下に繋がったと考えられる。
本発明に用いるＲＯ膜は、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差の上限に特に制限はない。前記の最大阻止率と最小阻止率との差は通常は１０．０％以下であり、５．０％以下であることも好ましい。
ＲＯ膜処理に用いるＲＯ膜は、耐アルカリ性の観点からポリアミド系ＲＯ膜が好ましい。また、透水性の観点から、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ（ｄａｙ、日）以上のポリアミド系ＲＯ膜が好ましい。有効圧力１ＭＰａにおける透過流束の上限に特に制限はない。例えば、１０．０ｍ３／ｍ２／ｄ以下とするのが実際的であり、５．０ｍ３／ｍ２／ｄ以下のポリアミド系ＲＯ膜を用いることも好ましい。この透過流束は温度２５℃における透過流束である。
「有効圧力」とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２：２０１５「膜用語」に記載の、平均操作圧から浸透圧差および二次側圧を差し引いた、膜に働く有効な圧である。なお、平均操作圧は、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、以下の式により表される。
平均操作圧＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
「有効圧力」とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２：２０１５「膜用語」に記載の、平均操作圧から浸透圧差および二次側圧を差し引いた、膜に働く有効な圧である。なお、平均操作圧は、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、以下の式により表される。
平均操作圧＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
本発明の方法において、ＲＯ膜処理の段数は特に制限されない。本発明の方法は、このＲＯ膜処理を単段としても十分に高い阻止率を実現できる。すなわち、本発明の方法では、シリカ含有水をｐＨ１０．０以上としてもＲＯ膜処理により荷電物質を十分に除去することができるため、ＲＯ膜処理を複数段としなくても、シリカスケールの発生を十分に抑えながら目的の純度の透過水を得ることが可能となる。
本発明の方法は、ＲＯ膜処理の前段において、シリカ含有水をＮａ形の陽イオン交換樹脂に通水する形態とすることも好ましい。Ｎａ形の陽イオン交換樹脂への通水により、シリカ含有水がマグネシウムやカルシウム等の硬度成分を多く含む場合にはこれらを効果的に除去することができ、硬度成分由来のスケールの発生も十分に抑えることができる。このＮａ形の陽イオン交換樹脂への通水は、上記ｐＨ調整工程に付す前のシリカ含有水を通水させる形態としてもよいし、上記ｐＨ調整工程後のシリカ含有水を通水させる形態としてもよい。
本発明の方法において、ＲＯ膜処理における透過水の回収率は５～２０％とすることが好ましい。また、ＲＯ膜処理に付される、ｐＨが１０．０以上に高められたシリカ含有水の温度は５～４０℃が好ましく、２５～３５℃がより好ましい。すなわち、ｐＨが１０．０以上に高められたシリカ含有水は、上記温度条件下でＲＯ膜処理に付されることが好ましい。
本発明の方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の方法を実施するシステムの一形態を示す系統図である。このシステムは、シリカ含有水（Ｉ）が流通するシリカ含有水流通管（１）と、このシリカ含有水流通管（１）に接続する、アルカリ剤（II）が流通するアルカリ剤流通管（２、ｐＨ調整手段）と、シリカ含有水とアルカリ剤が合流した合流液が流通する合流液流通管（３）と、ＲＯ膜（４）を備えたＲＯ膜装置（７）と、濃縮水（III）が流通する濃縮水流通管（５）と、透過水（IV）が流通する透過水流通管（６）とを有する。図１の形態ではＲＯ膜装置（７）は単段に設けられている。
合流液流通管（３）内を流通する合流液は、アルカリ剤の作用によりｐＨが１０．０以上へと高められている。また、ＲＯ膜装置（７）が有するＲＯ膜は、上述のように、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上となる特性を有するものである。上記合流液はＲＯ膜装置（７）によるＲＯ膜処理に付され、合流液中の荷電物質が濃縮された濃縮水（III）と荷電物質が除去された透過水（IV）とに分離される。
合流液流通管（３）内を流通する合流液は、アルカリ剤の作用によりｐＨが１０．０以上へと高められている。また、ＲＯ膜装置（７）が有するＲＯ膜は、上述のように、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上となる特性を有するものである。上記合流液はＲＯ膜装置（７）によるＲＯ膜処理に付され、合流液中の荷電物質が濃縮された濃縮水（III）と荷電物質が除去された透過水（IV）とに分離される。
上記システムは、合流液流通管（３）に合流液のｐＨをモニタリングするｐＨモニタリング装置（図示せず）を備えていることも好ましい。また、アルカリ剤流通管（２）には、アルカリ剤の流通量を調節する調節弁（図示せず）が設置されていることも好ましい。上記のｐＨモニタリング装置からの信号により上記調節弁が自動制御され、合流液を目的のｐＨに自動調整する形態とすることもできる。
上記システムは、ＲＯ膜装置（７）の前段において、上述したＮａ形の陽イオン交換装置（図示せず）を有する形態とすることも好ましい。
上記システムは、ＲＯ膜装置（７）の前段において、上述したＮａ形の陽イオン交換装置（図示せず）を有する形態とすることも好ましい。
本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［調製例] 試験液の調製
純水にシリカと塩化ナトリウムを添加して、導電率が４０００～４５００μＳ／ｃｍ、シリカ濃度が１００ｍｇ／Ｌであるシリカ含有水（被処理水）を得た。得られたシリカ含有水を、図１からアルカリ剤流通管（２）を除いた構成のシステムを用いて膜分離処理に付した。詳細を以下に示す。
純水にシリカと塩化ナトリウムを添加して、導電率が４０００～４５００μＳ／ｃｍ、シリカ濃度が１００ｍｇ／Ｌであるシリカ含有水（被処理水）を得た。得られたシリカ含有水を、図１からアルカリ剤流通管（２）を除いた構成のシステムを用いて膜分離処理に付した。詳細を以下に示す。
［実施例１］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＢＷ３０ＨＲ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が２．０％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、アルカリ剤（４質量％濃度のＮａＯＨ水溶液）を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＢＷ３０ＨＲ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が２．０％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、アルカリ剤（４質量％濃度のＮａＯＨ水溶液）を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［実施例２］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＢＷ３０ＸＦＲ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が１．２％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＢＷ３０ＸＦＲ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が１．２％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［実施例３］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＣＰＡ５－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が３．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．８ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＣＰＡ５－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が３．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．８ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［実施例４］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＳＥＡＭＡＸＸ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が２．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．６ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、ダウ・ケミカル社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＳＥＡＭＡＸＸ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が２．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．６ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［比較例１］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＬＦＣ３－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．１％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＬＦＣ３－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．１％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．０ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［比較例２］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、東レ社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＴＭＬ－Ｄ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．１％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．８ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、東レ社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＴＭＬ－Ｄ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．１％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が０．８ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
［比較例３］
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＥＳＰＡ２－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．６ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、日東電工社製のポリアミド系ＲＯ膜「ＥＳＰＡ２－ＬＤ」を用いた。このＲＯ膜は、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が０．５％、有効圧力１ＭＰａあたりの透過水量が１．６ｍ３／ｍ２／ｄであった。
上記で調製した試験液を、実施例１と同じアルカリ剤を用いて下表に示すｐＨに調整し、これを５ｍ３／ｈでＲＯ膜装置に供給し、透過水０．８ｍ３／ｈと濃縮水４．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水は全量ブローした。
上記各実施例及び比較例の結果を下表に示す。
上記表に示されるように、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が１．０％よりも小さなＲＯ膜を用いてシリカ含有水を膜分離処理した場合、シリカ含有水が中性であれば荷電物質を十分に阻止できる。しかし、シリカ含有水のｐＨが上昇するにつれて荷電物質の阻止率が低下しやすいことがわかる（比較例１～３）。
これに対し、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が１．０％以上のＲＯ膜を用いてシリカ含有水を膜分離処理した場合には、シリカ含有水のｐＨを上昇させても荷電物質の阻止率が十分に高い状態を保てることがわかった（実施例１～４）。
これに対し、ｐＨ５～７の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率の差が１．０％以上のＲＯ膜を用いてシリカ含有水を膜分離処理した場合には、シリカ含有水のｐＨを上昇させても荷電物質の阻止率が十分に高い状態を保てることがわかった（実施例１～４）。
Ｉ シリカ含有水（被処理水）
II アルカリ剤
III 濃縮水
IV 透過水
１ シリカ含有水（被処理水）流通管
２ アルカリ剤流通管
３ 合流液流通管
４ 逆浸透膜
５ 濃縮水流通管
６ 透過水流通管
７ ＲＯ膜装置
II アルカリ剤
III 濃縮水
IV 透過水
１ シリカ含有水（被処理水）流通管
２ アルカリ剤流通管
３ 合流液流通管
４ 逆浸透膜
５ 濃縮水流通管
６ 透過水流通管
７ ＲＯ膜装置
Claims (8)
- シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離方法であって、
前記膜分離方法は、前記シリカ含有水のｐＨを１０．５越え１１．５以下に高めるｐＨ調整工程と、ｐＨを１０．５越え１１．５以下に高めた前記シリカ含有水を逆浸透膜処理に付す膜処理工程とを有し、
前記シリカ含有水のシリカ濃度が１～２０００ｍｇ／Ｌであり、
前記逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるＮａイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離方法。 - 前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、請求項１に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
- 前記膜処理工程が単段の逆浸透膜処理である、請求項１又は２に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
- 前記膜処理工程の前段において、前記シリカ含有水をＮａ形の陽イオン交換樹脂に通水する、請求項１～３のいずれか１項に記載のシリカ含有水の膜分離方法。
- シリカ含有水を逆浸透膜により処理する膜分離システムであって、
前記膜分離システムは、前記シリカ含有水のｐＨを１０．５越え１１．５以下に高めるｐＨ調整手段と、ｐＨを１０．５越え１１．５以下に高めた前記シリカ含有水を処理する逆浸透膜装置とを有し、
前記シリカ含有水のシリカ濃度が１～２０００ｍｇ／Ｌであり、
前記逆浸透膜装置が有する逆浸透膜が、ｐＨ５．０～７．０の範囲におけるナトリウムイオンの最大阻止率と最小阻止率との差が１．０％以上である、シリカ含有水の膜分離システム。 - 前記逆浸透膜が、有効圧力１ＭＰａにおける透過流束が０．６ｍ３／ｍ２／ｄ以上のポリアミド系逆浸透膜である、請求項５に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
- 前記逆浸透膜装置が単段である、請求項５又は６に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
- 前記逆浸透膜装置の前段において、前記シリカ含有水を処理するＮａ形の陽イオン交換装置を有する、請求項５～７のいずれか１項に記載のシリカ含有水の膜分離システム。
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| WO2014126577A1 (en) | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Evoqua Water Technologies Pte. Ltd. | Composition and method for cleaning silica fouled membranes |
| WO2015001889A1 (ja) | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 三菱重工業株式会社 | 水処理方法及び水処理システム |
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