JP7137393B2

JP7137393B2 - シリカ／硬度成分含有水の処理方法および処理装置

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Publication number: JP7137393B2
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Inventors: 徹中野; 太郎大江
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Description

本発明は、シリカと硬度成分とを含むシリカ／硬度成分含有水の処理方法および処理装置に関する。

近年では、工場等から排出される排水量をできる限り減らすことが行われており、逆浸透膜等を用いて排水を濃縮し、透過水を回収して排水を減容化する方法が取られている。水回収率はできる限り高める傾向にあり、中には、逆浸透膜の濃縮水をさらに逆浸透膜で処理したり、蒸発濃縮等の方法によって濃縮したりする方法が行われ、ほぼ全量を水回収し、不純物を固形化して排出するＺＬＤ（ＺｅｒｏＬｉｑｕｉｄＤｉｓｃｈａｒｇｅ）まで行われている工場等も増えている。

このように、逆浸透膜装置や蒸発濃縮装置での濃縮倍率を高くすると、その分、排水中のシリカや硬度成分等によるスケーリングのリスクが高くなる。スケールが発生すると、逆浸透膜が閉塞して透過水量が減少したり、蒸発濃縮の伝熱面がスケールで覆われて伝熱効率が低下したりする。

そこで、逆浸透膜処理の前に排水中のシリカや硬度成分をできるだけ低減することが望ましい。シリカと硬度成分とを含む排水を処理する方法として、特許文献１にあるように、軟化処理を行った後にアルカリ条件下で逆浸透膜に通水し、シリカの溶解度を高めて処理する方法がある。

この軟化処理を行った後にアルカリ条件下で逆浸透膜に通水する方法では、シリカが濃縮された濃縮水が排出されるが、この濃縮水の処理方法については検討されていない。また、軟化処理で用いたイオン交換樹脂等の軟化樹脂の再生排液の処理方法についても検討されていない。この濃縮水や再生排液は、通常はそのまま産廃処理されるか、蒸発濃縮装置に導入して固形化して廃棄処分される。図２に従来のシリカ／硬度成分含有水の処理装置の概略構成を示すが、例えば、被処理水槽１００からのシリカ／硬度成分含有水を軟化処理装置１０２においてイオン交換樹脂等の軟化樹脂を用いて軟化処理した後、軟化処理水にアルカリを添加し、逆浸透膜処理装置１０４において逆浸透膜処理し、その濃縮水を蒸発濃縮装置１０６において濃縮して固形化して廃棄処分する。また、再生剤槽１０８からの再生剤により、イオン交換樹脂を再生処理することにより再生排液が発生する。しかし、この方法では、その蒸発エネルギーや、産廃処理のコストが大きいという課題がある。

特開２００２－１９２１５２号公報

本発明の目的は、シリカ／硬度成分含有水の軟化処理および逆浸透膜処理において、発生する再生排液や濃縮水の量を低減し、処理コストを低減することができる、シリカ／硬度成分含有水の処理方法および処理装置を提供することにある。

本発明は、シリカと硬度成分を含む被処理水を軟化樹脂によって軟化処理する軟化処理工程と；再生剤を用いて前記軟化樹脂を再生処理する再生工程と；前記軟化処理により得られた軟化処理水をｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水して濃縮水と透過水とを得る逆浸透膜処理工程と；得られた前記濃縮水と、前記再生処理で得られた再生排液とを反応槽内で混合した後、固液分離処理を行う固液分離処理工程と；前記固液分離処理工程で得られた固液分離水に酸を添加してｐＨを５以下に調整するか、またはアルカリを添加してｐＨ１０以上に調整した後、第２逆浸透膜に通水して第２濃縮水と第２透過水とを得る第２逆浸透膜処理工程と；前記第２濃縮水の１／２～９／１０を前記反応槽に返送する返送工程と；を含む、シリカ／硬度成分含有水の処理方法である。

前記シリカ／硬度成分含有水の処理方法において、前記固液分離処理が、強アニオン性高分子凝集剤を用いる凝集沈殿処理であることが好ましい。

また、本発明は、シリカと硬度成分を含む被処理水を軟化樹脂によって軟化処理する軟化処理手段と；再生剤を用いて前記軟化樹脂を再生処理する再生手段と；前記軟化処理により得られた軟化処理水をｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水して濃縮水と透過水とを得る逆浸透膜処理手段と；得られた前記濃縮水と、前記再生処理で得られた再生排液とを反応槽内で混合した後、固液分離処理を行う固液分離処理手段と；前記固液分離処理手段で得られた固液分離水に酸を添加してｐＨを５以下に調整するか、またはアルカリを添加してｐＨ１０以上に調整した後、第２逆浸透膜に通水して第２濃縮水と第２透過水とを得る第２逆浸透膜処理手段と；前記第２濃縮水の１／２～９／１０を前記反応槽に返送する返送手段と；を備える、シリカ／硬度成分含有水の処理装置である。

前記シリカ／硬度成分含有水の処理装置において、前記固液分離処理が、強アニオン性高分子凝集剤を用いる凝集沈殿処理であることが好ましい。

本発明により、シリカ／硬度成分含有水の軟化処理および逆浸透膜処理において、発生する再生排液や濃縮水の量を低減し、処理コストを低減することができる。

本発明の実施形態に係るシリカ／硬度成分含有水の処理装置の一例を示す概略構成図である。従来のシリカ／硬度成分含有水の処理装置を示す概略構成図である。実施例１および比較例１で用いた実験装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るシリカ／硬度成分含有水の処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

シリカ／硬度成分含有水の処理装置１は、シリカと硬度成分を含む被処理水を軟化樹脂によって軟化処理する軟化処理手段として軟化処理装置１２と；再生剤を用いて軟化樹脂を再生処理する再生手段として再生剤槽２６と；軟化処理により得られた軟化処理水をｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水して濃縮水と透過水とを得る逆浸透膜処理手段として逆浸透膜処理装置１４と；得られた濃縮水と、再生処理で得られた再生排液とを反応槽１６内で混合した後、固液分離処理を行う固液分離処理手段として沈殿槽２０と；を備える。シリカ／硬度成分含有水の処理装置１は、被処理水を貯留する被処理水槽１０と、凝集槽１８と、除濁装置２２と、第２逆浸透膜処理手段として第２逆浸透膜処理装置２４と、を備えてもよい。

図１のシリカ／硬度成分含有水の処理装置１において、被処理水槽１０の出口と軟化処理装置１２の被処理水入口とは、ポンプ３０を介して配管３４により接続されている。軟化処理装置１２の軟化処理水出口と逆浸透膜処理装置１４の入口とは、配管３６により接続されている。逆浸透膜処理装置１４の透過水出口には、透過水配管４０が接続され、濃縮水出口と反応槽１６の濃縮水入口とは濃縮水配管３８により接続されている。反応槽１６の出口と凝集槽１８の入口とは、配管４２により接続され、凝集槽１８の出口と沈殿槽２０の入口とは、配管４４により接続されている。沈殿槽２０の下部の汚泥出口には、ポンプ３２を介して配管６２が接続され、上澄水出口と除濁装置２２の入口とは、配管４６により接続されている。除濁装置２２の出口と第２逆浸透膜処理装置２４の入口とは、配管４８により接続されている。第２逆浸透膜処理装置２４の第２透過水出口には、第２透過水配管５０が接続され、第２濃縮水出口と反応槽１６の第２濃縮水入口とは返送配管５２により接続されている。返送配管５２には、返送配管５２から分岐して配管５４が接続されている。配管３６には、アルカリ添加手段としてアルカリ添加配管６４が接続されている。反応槽１６には、マグネシウム化合物添加手段としてマグネシウム化合物添加配管６６と、炭酸塩添加手段として炭酸塩添加配管６８とが接続されている。凝集槽１８には、凝集剤添加手段として凝集剤添加配管７０が接続されている。配管４６には、酸またはアルカリ添加手段として酸／アルカリ添加配管７２が接続されている。再生剤槽２６の出口と軟化処理装置１２の再生剤入口とは、配管５６により接続され、軟化処理装置１２の再生排液出口と再生排液槽２８の入口とは、配管５８により接続され、再生排液槽２８の出口と反応槽１６の再生排液入口とは再生排液添加配管６０により接続されている。反応槽１６、凝集槽１８および再生剤槽２６には、モータ等の回転駆動手段および撹拌羽根等を有する撹拌手段である撹拌装置７４，７６，７８がそれぞれ設置されている。

本実施形態に係るシリカ／硬度成分含有水の処理方法および処理装置１の動作について説明する。

被処理水であるシリカ／硬度成分含有水は、必要に応じて被処理水槽１０に貯留された後、ポンプ３０により配管３４を通して軟化処理装置１２へ送液される。軟化処理装置１２において、シリカ／硬度成分含有水は、軟化樹脂によって軟化処理される（軟化処理工程）。軟化処理された軟化処理水は、配管３６を通して逆浸透膜処理装置１４へ送液される。ここで、配管３６において、アルカリがアルカリ添加配管６４を通して添加され、ｐＨ１０以上に調整される（アルカリ添加工程）。アルカリが添加された軟化処理水は、逆浸透膜処理装置１４においてｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水されて濃縮水と透過水とが得られる（逆浸透膜処理工程）。逆浸透膜処理で得られた透過水（シリカ含有量は、例えば、１ｍｇ／Ｌ未満）は、透過水配管４０を通して排出され、濃縮水は、濃縮水配管３８を通して反応槽１６へ送液される。

一方、軟化処理装置１２において、所定の時間、軟化処理が行われた後、再生剤を用いて軟化樹脂が再生処理される（再生工程）。例えば、再生剤槽２６から酸またはアルカリ等の再生剤が、配管５６を通して軟化処理装置１２へ通液され、配管５８を通して排出され、再生排液槽２８に貯留される。

反応槽１６において、撹拌装置７４により撹拌されながら再生排液槽２８から再生排液添加配管６０を通して再生排液が濃縮水に添加され（再生排液添加工程）、濃縮水と再生排液とが反応槽１６内で混合される。反応槽１６において、アルカリ性で高濃度に濃縮されたシリカと、再生排液中のマグネシウムとがアルカリ条件下で反応し、シリカが不溶化される（不溶化工程）。再生排液中のマグネシウムの量が不足する場合は、マグネシウム化合物添加配管６６を通してマグネシウム化合物が添加されてもよい（マグネシウム化合物添加工程）。

不溶化工程で得られた反応液は、配管４２を通して凝集槽１８へ送液される。凝集槽１８において、撹拌装置７６により撹拌されながら、反応液に凝集剤添加配管７０を通して凝集剤が添加され、凝集処理が行われる。凝集剤が添加された凝集水は、配管４４を通して沈殿槽２０へ送液され、沈殿槽２０において固液分離が行われる（固液分離工程）。固液分離処理により得られた上澄水は、配管４６を通して除濁装置２２へ送液される。ここで、配管４６において、酸またはアルカリが酸／アルカリ添加配管７２を通して添加され、例えばｐＨ５以下またはｐＨ１０以上に調整される（酸／アルカリ添加工程）。固液分離処理により得られた汚泥は、ポンプ３２により配管６２を通して排出される。除濁装置２２において、除濁処理が行われた（除濁処理工程）後、配管４８を通して第２逆浸透膜処理装置２４へ送液される。第２逆浸透膜処理装置２４においてｐＨ５以下またはｐＨ１０以上で第２逆浸透膜に通水されて第２濃縮水と第２透過水とが得られる（第２逆浸透膜処理工程）。第２逆浸透膜処理で得られた第２透過水は、第２透過水配管５０を通して処理水（シリカ含有量は、例えば、１ｍｇ／Ｌ未満）として排出され、第２濃縮水は、少なくとも一部が返送配管５２を通して反応槽１６へ返送され、一部は返送配管５２、配管５４を通して排出されてもよい。

この方法によれば、反応槽１６において、アルカリ性で高濃度に濃縮されたシリカと、再生排液中のマグネシウムとをアルカリ条件下で反応させることができ、シリカが不溶化される。シリカとマグネシウムとの共沈反応によって、固液分離でシリカを低減させることができる。逆浸透膜処理の濃縮水に別途マグネシウム化合物を用意して添加してシリカを不溶化し、固液分離を行う場合に比べて、マグネシウム化合物の添加量を低減することができる。

本実施形態に係るシリカ／硬度成分含有水の処理方法および処理装置１では、シリカと硬度成分とを含む被処理水を軟化処理した後、アルカリを添加してｐＨ１０以上に調整し、逆浸透膜処理装置１４において逆浸透膜に通水し、濃縮水と透過水を得る方法において、シリカが濃縮された濃縮水と、再生処理で得られた再生排液とを反応槽１６内で混合した後、固液分離処理を行ってシリカを固形物の汚泥として系外に排出する。これにより、発生する再生排液やシリカの濃縮水の量が低減し、処理コストを低減することができる。シリカが濃縮された濃縮水に再生処理で得られた再生排液を添加してシリカを析出させた後、固液分離処理を行わない場合に比べて、発生するシリカの濃縮水の量を例えば１／１０～１／２０程度まで低減することができる。

また、再生排液中のカルシウム濃度が高い場合は、反応槽１６において炭酸塩を添加することによって、ＣａＣＯ_３としてカルシウム成分を固液分離により除去してもよい。例えば、反応槽１６において、炭酸塩添加配管６８を通して炭酸塩が添加される（炭酸塩添加工程）。被処理水に直接炭酸塩を添加する場合に比べて、逆浸透膜の濃縮水がアルカリ性であるので、炭酸塩の添加量を削減することができる。

処理対象となるシリカ／硬度成分含有水は、例えば、地下水、工業用水、工場排水等である。シリカ／硬度成分含有水中のシリカの量は、例えば、１０～４００ｍｇ／Ｌである。シリカ／硬度成分含有水中のカルシウム硬度成分の量は、例えば、５０～５０００ｍｇ－ＣａＣＯ_３／Ｌであり、マグネシウム硬度成分の量は、例えば、１０～１０００ｍｇ－ＣａＣＯ_３／Ｌである。

軟化処理で用いられる軟化樹脂としては、強酸性または弱酸性の陽イオン交換樹脂、キレート樹脂等が挙げられる。強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、オルガノ株式会社製Ａｍｂｅｒｅｘ１００Ｎａ等が挙げられる。弱酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、オルガノ株式会社製ＩＲＣ－７６等が挙げられる。キレート樹脂としては、例えば、オルガノ株式会社製ＩＲＣ－７４７ＵＰＳ等が挙げられる。これらのうち、高塩濃度排水に対する交換容量等の点から、弱酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。

強酸性の陽イオン交換樹脂の場合は、再生剤としては、通常、塩化ナトリウム水溶液が用いられる。弱酸性の陽イオン交換樹脂、キレート樹脂の場合は、再生剤としては、塩酸等の酸が用いられ、酸で再生した後、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリを通水してＮａ型として使用するため、酸とアルカリそれぞれの再生排液が排出される。この酸とアルカリの再生排液を、反応槽１６におけるシリカの不溶化のｐＨ調整に用いることで、薬品使用量を低減することができる。

２種以上の再生剤が用いられる場合は、再生剤槽２６および再生排液槽２８は２つ以上設けてもよい。

逆浸透膜処理工程における軟化処理水のｐＨは、１０以上であればよく、膜の耐久性等の点からｐＨ１０～１１であることが好ましい。軟化処理水は、逆浸透膜処理工程においてｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水されればよく、軟化処理水のｐＨが１０以上である場合には、アルカリ添加工程は行わなくてもよい。

アルカリ添加工程で用いられるアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）等が挙げられる。これらのうち、薬品コスト等の点から水酸化ナトリウムが好ましい。

アルカリ添加工程におけるアルカリの添加は、図１のように配管３６において行われてもよいし、被処理水槽１０において行われてもよいし、被処理水槽１０と軟化処理装置１２との間、または軟化処理装置１２と逆浸透膜処理装置１４との間にアルカリ添加槽を設け、アルカリ添加槽において行われてもよい。

アルカリ添加工程における温度は、特に制限はないが、例えば、１５℃～３０℃の範囲である。

ｐＨ１０以上のアルカリ性で逆浸透膜処理装置１４において濃縮されてシリカを高濃度に含む濃縮水（シリカ含有量は、例えば、２００～２０００ｍｇ／Ｌ）にｐＨ１０以上で再生排液を添加すると、再生排液に含まれるマグネシウム化合物によりシリカが不溶化して析出する。再生排液中のマグネシウムの量が不足する場合は、別途マグネシウム化合物が添加されてもよい。

不溶化工程で別途添加してもよいマグネシウム化合物としては、例えば、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等のマグネシウムの無機塩等が挙げられる。これらのうち、薬品コスト等の点から水酸化マグネシウムが好ましい。マグネシウム化合物として水酸化マグネシウムまたは酸化マグネシウム等の水等に溶解しにくいものを用いる場合は、溶解槽を別途設けてマグネシウム化合物を水等に溶解させてから、反応槽１６に添加してもよい。

不溶化工程におけるマグネシウム化合物の添加量は、軟化処理水中のシリカの量（１モル）に対して、マグネシウムが０．５モル～５．０モルの範囲となる量であることが好ましく、１．０モル～２．５モルの範囲となる量であることがより好ましい。不溶化工程におけるマグネシウム化合物の添加量が軟化処理水中のシリカの量（１モル）に対して０．５モル未満となる量であると、不溶化反応が十分に進行しない場合があり、５．０モルを超える量となる量であると、薬品コスト等の点で不利になる場合がある。

不溶化工程においてｐＨ調整を行ってもよく、反応槽１６内のｐＨを１０以上に調整し、１０～１２の範囲に調整することがより好ましく、１０～１１の範囲に調整することがさらに好ましい。反応槽１６内のｐＨが１０未満であると、マグネシウムの不溶化が不十分でシリカの除去性が低下し、１２を超えると、シリカの溶解度が高くなってシリカの除去性が低下する場合がある。

ｐＨ調整で用いられるｐＨ調整剤としては、例えば、塩酸、硫酸等の酸、または、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が挙げられる。

不溶化工程における温度は、特に制限はないが、例えば、１５℃～３０℃の範囲である。

このシリカが析出した固形物を凝集沈殿等の方法によって固液分離処理することによって、シリカを固形物として除去することができる。

固液分離工程における固液分離方法としては、凝集沈殿処理、膜ろ過等の方法が用いられるが、膜の閉塞等のリスクがない等の点から凝集沈殿処理が好ましい。

凝集沈殿処理は、例えば沈殿槽で自然沈降により固液分離を行う沈殿工程を含み、沈殿工程の前段で凝集剤を添加して凝集処理を行う凝集工程を含んでもよい。シリカを含む汚泥は凝集沈降性が悪いため、凝集沈殿処理において、必要に応じて、無機凝集剤や高分子凝集剤等の凝集剤を用いて凝集処理を行うことが好ましい。凝集工程は、無機凝集剤を用いて凝集を行う無機凝集工程と、高分子凝集剤を用いて凝集を行う高分子凝集工程とを含んでもよい。

凝集工程（無機凝集工程）で用いられる無機凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系無機凝集剤、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられる。

凝集工程（無機凝集工程）における無機凝集剤の添加量は、２０～２００ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましく、５０～１００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。凝集工程（無機凝集工程）における無機凝集剤の添加量が２０ｍｇ／Ｌ未満であると、凝集反応が十分に進行しない場合があり、過剰に添加すると、薬品コスト等の点で不利になる場合がある。

凝集工程（無機凝集工程）における反応温度は、特に制限はないが、例えば、１５℃～３０℃の範囲である。

凝集工程（高分子凝集工程）で用いられる高分子凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド系、２－アクリロイルアミノ－２－メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）系等の強アニオン性高分子凝集剤、弱アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、メタクリレート系、アクリレート系等のカチオン性高分子凝集剤等が挙げられる。これらのうち、シリカの凝集性が良好である等の点から、強アニオン性高分子凝集剤が好ましく、強アニオン性高分子凝集剤とカチオン性高分子凝集剤とを併用してもよい。

凝集工程（高分子凝集工程）における高分子凝集剤の添加量は、０．５～５ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましく、１～２ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。凝集工程（高分子凝集工程）における高分子凝集剤の添加量が０．５ｍｇ／Ｌ未満であると、凝集反応が十分に進行しない場合があり、過剰に添加すると、薬品コスト等の点で不利になる場合がある。

凝集工程（高分子凝集工程）における反応温度は、特に制限はないが、例えば、１５℃～３０℃の範囲である。

固液分離処理の固液分離水、例えば凝集沈殿処理で得られる上澄水は、そのまま放流することが可能な場合は放流してもよいが、必要に応じて除濁装置２２により除濁処理を行った後、第２逆浸透膜処理装置２４による逆浸透膜処理（第２逆浸透膜処理）でさらに濃縮して、高度に処理された透過水（第２透過水）を得るとともに、減容化されることが好ましい。第２逆浸透膜処理を行わない場合に比べて、発生するシリカの濃縮水の量を例えば１／２～１／１０程度までさらに低減することができる。固液分離処理の固液分離水をさらに水回収することによって、システムとしての水回収率を高めることができる。

第２逆浸透膜処理を行う場合、凝集沈殿処理で得られる上澄水等の固液分離水はシリカが飽和しているため（シリカ含有量は、例えば、１２０ｍｇ／Ｌ）、そのまま濃縮するとシリカが析出して膜が閉塞する可能性がある。これを抑制するために、第２逆浸透膜処理の前段で酸を添加してｐＨ５以下に調整することによって（酸／アルカリ添加工程）、シリカの析出速度を低下させ、シリカの析出を抑制して第２逆浸透膜処理で濃縮することができる。または、第２逆浸透膜処理の前段でアルカリを添加してｐＨ１０以上に調整することによって（酸／アルカリ添加工程）、シリカの溶解度を再度高め、シリカの析出を抑制して第２逆浸透膜処理で濃縮することができる。このとき、固液分離処理の固液分離水に酸を添加してｐＨを下げることで、残留しているカルシウムによる析出を抑制することができ、システムとして高い水回収率を達成することができる。

酸／アルカリ添加工程で用いられる酸およびアルカリは、上述したものが挙げられる。

酸／アルカリ添加工程における酸またはアルカリの添加は、図１のように配管４６において行われてもよいし、沈殿槽２０と除濁装置２２との間に酸／アルカリ添加槽を設け、酸／アルカリ添加槽において行われてもよい。

酸／アルカリ添加工程における温度は、特に制限はないが、例えば、１５℃～３０℃の範囲である。

除濁装置２２としては、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）を備える膜ろ過装置、砂ろ過装置、安全フィルタ等が挙げられる。

第２逆浸透膜処理で用いられる第２逆浸透膜としては、シリカ阻止率が高い膜が好ましく、シリカ阻止率が９９．０％以上の膜が好ましく、高圧型の逆浸透膜にすると、９９．５％程度のシリカ阻止率が得られ、より好ましい。

さらに、第２逆浸透膜処理の第２濃縮水（シリカ含有量は、例えば、１００～３００ｍｇ／Ｌ）の一部または全部を第２逆浸透膜処理の前段の工程、例えば、反応槽１６に返送することにより、第２逆浸透膜処理で発生する第２濃縮水の量をさらに低減することができる。例えば、第２逆浸透膜処理で発生する第２濃縮水を第２逆浸透膜処理の後段の蒸発濃縮装置で蒸発濃縮処理を行う場合、蒸発濃縮装置に流入するシリカの負荷を低減し、蒸発濃縮を小型化または不要とすることができる。第２逆浸透膜処理の第２濃縮水を前段に返送しない場合に比べて、発生するシリカの濃縮水の量を例えば１／２～１／１０程度までさらに低減することができる。

また、固液分離処理の固液分離水を、再度軟化処理した後に、アルカリを添加してシリカの溶解度を高め、第２逆浸透膜処理装置２４において第２逆浸透膜に通水してもよい。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図３に示すフローの実験設備にて、以下の方法で通水試験を行った。

なお、水中のシリカ（ＳｉＯ_２）の量は、吸光光度計（日立製作所製、Ｕ－２９００）を用いて、ＪＩＳＫ０１０１モリブデン青吸光光度法で測定した。また、水中のＣａ、Ｍｇの量は、イオンクロマトグラフィ装置（メトローム製、７６１Ｃｏｍｐａｃｔ）を用いて測定した。

［工程（１）］
被処理水槽１０において被処理水にアルカリとして水酸化ナトリウム水溶液を添加して被処理水のｐＨを１０．７～１１．０に調整し、カラムに充填した軟化樹脂（弱酸性陽イオン交換樹脂（オルガノ株式会社製ＩＲＣ－７６））に通水した。通水後のイオン交換樹脂に、再生剤として再生剤槽２６ａ，２６ｂにそれぞれ貯留した塩酸および水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ通水して再生処理を行った。再生処理は、塩酸通水、純水洗浄、水酸化ナトリウム水溶液通水の順で行った。再生排液は、再生排液槽２８ａ，２８ｂにそれぞれ貯留した。

（工程（１）の実験条件・結果）
・被処理水：工場放流水（シリカ含有）ＳｉＯ_２＝５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ＝２０ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ＝１０ｍｇ／Ｌ
・イオン交換樹脂量：５００ｍＬ
・カラム径：２１．５ｍｍφ
・流量：８３ｍＬ／ｍｉｎ、約１００時間通水（合計５００Ｌ）
・通水後の軟化処理水の硬度：Ｃａ＜０．１ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ＜０．１ｍｇ／Ｌ
・塩酸：３．７重量％、流量１６．７ｍＬ／ｍｉｎ、１５０ｍｉｎ通水（合計約２．５Ｌ）
・純水洗浄：流量５０ｍＬ／ｍｉｎ、４００ｍｉｎ通水（合計約２０Ｌ）（酸再生排液に混合）
・水酸化ナトリウム水溶液：４．０重量％、流量１６．７ｍＬ／ｍｉｎ、１２０ｍｉｎ通水（合計約３．０Ｌ）

［工程（２）］
通水した軟化処理水を軟化処理水槽８０に受け、逆浸透膜処理装置１４において、４ｉｎｃｈ－逆浸透膜エレメント（日東電工製ＬＦＣ－３）に通水し、透過水と濃縮水を得た。図３には示していないが、濃縮水の一部を系内で循環させ、シリカの濃縮を行った。

（工程（２）の実験条件・結果）
・被処理水流量：１５５Ｌ／ｈ
・透過水流量：１４０Ｌ／ｈ
・濃縮水流量：７２０Ｌ／ｈ（うち７０５Ｌ／ｈを軟化処理水槽８０に循環、１５Ｌ／ｈを後段へ送水）
・逆浸透膜入口流量：８６０Ｌ／ｈ（循環水込み）
・濃縮水ｐＨ：１０．８
・濃縮水シリカ濃度：４９３ｍｇ／Ｌ
・得られた濃縮水量：約４８Ｌ

［工程（３）］
逆浸透膜の濃縮水を濃縮水槽８２に貯留し、凝集沈殿装置に通水した。このとき、イオン交換樹脂の再生排液（酸再生排液（純水洗浄排液を含む）＋アルカリ再生排液）を逆浸透膜の濃縮水とともに反応槽１６に添加した。

（工程（３）の実験条件・結果）
・凝集沈殿装置（反応槽１６）の入口流量：１００Ｌ／ｈ
・イオン交換樹脂の再生排液添加（酸再生排液と純水洗浄排液とを混合したものを１１．３Ｌ／ｈ、アルカリ再生排液を１．４Ｌ／ｈでそれぞれ反応槽１６に添加）
・炭酸塩として炭酸ナトリウム５００ｍｇ／Ｌを反応槽１６に添加
・アルカリ再生排液を反応槽１６に添加することによって、反応槽１６のｐＨを１１に調整
・強アニオン性（ポリアクリルアミド系）高分子凝集剤オルフロックＯＡ－３Ｈ（オルガノ株式会社製）：２ｍｇ／Ｌ添加
・沈殿後の上澄水：シリカ＝５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ＝１５ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ＝７ｍｇ／Ｌ

［工程（４）］
沈殿槽２０による沈殿後の上澄水を上澄水槽８４に貯留し、除濁装置（安全フィルタ）に通水して除濁した後、第２逆浸透膜処理装置２４において、４ｉｎｃｈ－逆浸透膜エレメント（日東電工製ＬＦＣ－３）に通水し、第２透過水と第２濃縮水を得た。

（工程（４）の実験条件・結果）
・第２逆浸透膜処理の原水流量：１８６Ｌ／ｈ
・第２逆浸透膜処理の第２透過水流量：１４０Ｌ／ｈ
・第２逆浸透膜処理の第２濃縮水流量：７２０Ｌ／ｈ（うち６７４Ｌ／ｈを上澄水槽８４に循環、４６Ｌ／ｈを後段へ送水）
・第２逆浸透膜入口流量：８６０Ｌ／ｈ（循環水込み）
・第２濃縮シリカ濃度水：２００ｍｇ／Ｌ
・得られた第２濃縮水量：約１２Ｌ

実施例１では、軟化処理装置１２のイオン交換樹脂の酸再生排液を反応槽１６に添加することで、酸再生排液を処理するとともに、酸再生排液中のＭｇを利用して濃縮水中のシリカを４９３→５０ｍｇ／Ｌに低減することができた。また、アルカリ再生排液を反応槽１６に添加することで反応槽１６のｐＨを１１に調整したが、アルカリ再生排液を添加することによって、新たにアルカリ（水酸化ナトリウム）を添加することなく、ｐＨを約１１に調整することができた。そのため、下記の比較例１に比べて、ｐＨ１１に調整するためのアルカリ添加量も削減することができた。

また、実施例１では、工程（３）の凝集沈殿処理にてシリカを除去したことにより、さらに第２逆浸透膜にて濃縮することが可能となって、濃縮水の排液量を削減することができた。

これにより、比較例１に比べ、システムから排出される濃縮水量が約４８Ｌから約１２Ｌと、約１／４になった。また、廃棄する再生排液は発生しなかった。

＜比較例１＞
比較例１では、工程（１）、（２）は実施例１と同じ方法で処理を行い、工程（３）において軟化処理装置１２のイオン交換樹脂の再生排液を反応槽１６に添加せずに処理を行った。沈殿後の上澄水のシリカ濃度は、４９３ｍｇ／Ｌのままであった。なお、比較例１では、工程（４）は行うことができなかった。

再生排液の代わりに、塩化マグネシウム溶液を、Ｍｇ＝１００ｍｇ／Ｌとなるように反応槽１６に添加した場合は、実施例１と同程度のシリカ＝５０ｍｇ／Ｌの上澄水が得られた。得られた濃縮水量は、約４８Ｌであり、再生排液量は、約２５Ｌであった。このとき、ｐＨを１１に調整するために添加した水酸化ナトリウムの総量は、３９５ｍｍｏｌであった。

このように、実施例の方法および装置により、シリカ／硬度成分含有水の軟化処理および逆浸透膜処理において、発生する再生排液や濃縮水の量を低減し、処理コストを低減することができた。

１シリカ／硬度成分含有水の処理装置、１０，１００被処理水槽、１２，１０２軟化処理装置、１４，１０４逆浸透膜処理装置、１６反応槽、１８凝集槽、２０沈殿槽、２２除濁装置、２４第２逆浸透膜処理装置、２６，２６ａ，２６ｂ，１０８再生剤槽、２８，２８ａ，２８ｂ再生排液槽、３０，３２ポンプ、３４，３６，４２，４４，４６，４８，５４，５６，５８，６２配管、３８濃縮水配管、４０透過水配管、５０第２透過水配管、５２返送配管、６０再生排液添加配管、６４アルカリ添加配管、６６マグネシウム化合物添加配管、６８炭酸塩添加配管、７０凝集剤添加配管、７２酸／アルカリ添加配管、７４，７６，７８撹拌装置、８０軟化処理水槽、８２濃縮水槽、８４上澄水槽、１０６蒸発濃縮装置。

Claims

シリカと硬度成分を含む被処理水を軟化樹脂によって軟化処理する軟化処理工程と、
再生剤を用いて前記軟化樹脂を再生処理する再生工程と、
前記軟化処理により得られた軟化処理水をｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水して濃縮水と透過水とを得る逆浸透膜処理工程と、
得られた前記濃縮水と、前記再生処理で得られた再生排液とを反応槽内で混合した後、固液分離処理を行う固液分離処理工程と、
前記固液分離処理工程で得られた固液分離水に酸を添加してｐＨを５以下に調整するか、またはアルカリを添加してｐＨ１０以上に調整した後、第２逆浸透膜に通水して第２濃縮水と第２透過水とを得る第２逆浸透膜処理工程と、
前記第２濃縮水の１／２～９／１０を前記反応槽に返送する返送工程と、
を含むことを特徴とするシリカ／硬度成分含有水の処理方法。
請求項１に記載のシリカ／硬度成分含有水の処理方法であって、
前記固液分離処理が、強アニオン性高分子凝集剤を用いる凝集沈殿処理であることを特徴とするシリカ／硬度成分含有水の処理方法。
シリカと硬度成分を含む被処理水を軟化樹脂によって軟化処理する軟化処理手段と、
再生剤を用いて前記軟化樹脂を再生処理する再生手段と、
前記軟化処理により得られた軟化処理水をｐＨ１０以上で逆浸透膜に通水して濃縮水と透過水とを得る逆浸透膜処理手段と、
得られた前記濃縮水と、前記再生処理で得られた再生排液とを反応槽内で混合した後、固液分離処理を行う固液分離処理手段と、
前記固液分離処理手段で得られた固液分離水に酸を添加してｐＨを５以下に調整するか、またはアルカリを添加してｐＨ１０以上に調整した後、第２逆浸透膜に通水して第２濃縮水と第２透過水とを得る第２逆浸透膜処理手段と、
前記第２濃縮水の１／２～９／１０を前記反応槽に返送する返送手段と、
を備えることを特徴とするシリカ／硬度成分含有水の処理装置。
請求項３に記載のシリカ／硬度成分含有水の処理装置であって、
前記固液分離処理が、強アニオン性高分子凝集剤を用いる凝集沈殿処理であることを特徴とするシリカ／硬度成分含有水の処理装置。