JP7366527B2 - 水処理装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、水処理装置に関する。
近年、健全な水循環を実現するための法規制が強化されている。ＺＬＤ（Zero Liquid Discharge）は、水質汚染リスクの低減と、排水の再生及び再利用の視点から、工場内で水を再生して利用すると共に、さらに工場から外部に出される排水を０にまで低減することで水環境保全を図るコンセプトである。
ところで、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜を用いた脱塩・濃縮技術は、ＲＯ膜プロセスに対し、被処理水を加圧導入し、膜透過した水（脱イオン水）と、濃縮水とを得る基本プロセスから構成されている。本基本プロセスは脱イオン水を取得し、被処理水を濃縮する目的には優れる一方、濃縮水側にはイオン分に加え、被処理水に由来する水溶性有機物も移行する。ＺＬＤを達成しようとすると、水溶性有機物が溶存する濃縮液に対する、蒸発濃縮等の熱処理が必要である。しかしながら、水溶性有機物が溶存する濃縮液に対して蒸発濃縮操作を実施する場合、蒸発濃縮の安定運転のために添加されるスケール防止剤、及び発泡防止剤等の水溶性有機物添加剤の効果が抑制されるリスクが高まる可能性がある。
そこで目的は、蒸発濃縮処理の対象となる濃縮水への水溶性有機物の移行を抑えることが可能な水処理装置を提供することにある。
実施形態によれば、水処理装置は、除去器、第１逆浸透膜ユニット、第２逆浸透膜ユニット、熱処理装置、及び送水ポンプを備える。除去器は、再生可能な吸着剤が充填され、通過する被処理水中の水溶性有機物を、前記吸着剤により吸着除去する。第１逆浸透膜ユニットは、前記除去器を通過した被処理水を、逆浸透膜により第１濃縮水と第１透過水とに分離する。第２逆浸透膜ユニットは、前記第１逆浸透膜ユニットで分離された第１濃縮水を、逆浸透膜により第２濃縮水と第２透過水とに分離する。熱処理装置は、前記第２逆浸透膜ユニットで分離された第２濃縮水に熱処理を施すことで、前記第２濃縮水に含まれる水分を蒸発させる。送水ポンプは、前記熱処理装置の排熱によって温められた冷却水が所定値の温度を超えた場合に、この冷却水を前記吸着剤の再生のために前記除去器に送る。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１に示される水処理装置１は、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、及び蒸発濃縮器５００を備える。
図１は、第１の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１に示される水処理装置１は、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、及び蒸発濃縮器５００を備える。
除去器３００は、例えば、被処理水中の有機物を吸着除去する水処理メディアを内包する吸着塔である。除去器３００は、例えば、第１逆浸透膜ユニット１００の前段に設けられる。除去器３００は、固定床、移動床、及び流動床いずれの形式で実現しても構わない。
除去器３００に充填される吸着剤は、例えば、被処理水中の水溶性有機成分に応じて選定される。例えば、被処理水中に荷電型有機物が含まれる場合には、逆電荷を有する吸着剤が選定される。また、吸着剤は、例えば、吸着する有機物のサイズに応じた細孔サイズを有する吸着剤が選定される。また、例えば、被処理水中に疎水型水溶性有機物が含まれる場合には、疎水性の吸着剤が選定される。
また、吸着剤は、例えば、薬液再生可能な吸着剤により実現される。例えば、アルカリ剤等で再生処理可能な吸着剤が選定される。また、再生薬剤量削減の観点から、温水、及び蒸気等の熱を利用した再生促進が可能な素材を利用した吸着剤を選定することも望ましい。また、吸着剤は、粒径が一定範囲の均質性を持つものから選定されることが望ましい。運転時の流出防止策等を管理対策することが可能となるからである。
除去器３００で適用可能な吸着剤としては、例えば、スチレン－ジビニルベンゼン共重合多孔体、アクリル－ジビニルベンゼン共重合多孔体、及びフェノール－ホルムアルデヒド縮合物多孔体等が挙げられる。除去器３００で有機物が除去された被処理水は、昇圧ポンプ４００－１で予め設定された圧力へ昇圧され、第１逆浸透膜ユニット１００へ供給される。なお、予め設定した圧力とは、例えば、少なくとも浸透圧よりも高い圧力である。
除去器３００には、除去器３００を迂回可能なバイパス経路３００１が設けられている。例えば、除去器３００の前段に設けられる装置の稼働率が低い等の理由により被処理水中に溶存している有機物が少ない場合、例えば、バルブ等が操作されることで被処理水がバイパス経路３００１へ導出される。被処理水中に溶存している有機物の量は、例えば、除去器３００の入口、及び／又は出口に配置される水質計器（図示せず）により測定した水質に基づいて取得される。なお、水質計器としては、例えば、紫外－可視分光度計、及び蛍光式分光光度計等が用いられる。これにより、被処理水中に溶存している有機物が多いときのみ被処理水を除去器３００へ供給することが可能となり、吸着剤を効率的に使用することが可能となる。
なお、図１では、除去器３００が１つである場合を示しているが、これに限定されない。除去器３００は、複数設けられていても構わない。例えば、固定床形式の場合、複数の除去器３００により並列多段構成をとってもよいし、直列多段構成として通水順を通水流路変更で対応するメリーゴーランド形式をとってもよい。
図２は、除去器３００がメリーゴーランド形式を採用して設けられる水処理装置１の構成例を表すブロック図である。図２に示される水処理装置１では、除去器３００－１～３００－３が直列して接続され、除去器３００－４が待機となっている。除去器３００－１～３００－４の、例えば、入口、及び／又は出口には水質計器が配置されている。最上位に配置される除去器３００－１に設けられる水質計器の測定結果に基づき、除去器３００－１の吸着剤を再生するべきだと判断されると、除去器３００－１が待機となり、除去器３００－４が直列接続に加えられる。このとき、例えば、除去器３００－２，３００－３，３００－４の順で被処理水が通過するように、供給経路が切り替えられる。待機となった除去器３００－１には、例えば、再生液が供給され、吸着剤の再生処理が実施される。このように、十分に使用した最上位の除去器３００を経路から外して再生処理を実施し、再生処理後の除去器を経路の最下位に配置することで、吸着剤を効率的に使用することが可能となる。また、除去器３００を再生する場合であっても、昇圧ポンプ４００－１を停止させる必要はない。
第１逆浸透膜ユニット１００は、高圧に昇圧されて供給された被処理水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類が濃縮された濃縮水とに分離するユニットである。第１逆浸透膜ユニット１００は、第２逆浸透膜ユニット２００の前段に設けられる。第１逆浸透膜ユニット１００は、例えば、圧力容器１０１、及び圧力容器１０１内に設置される逆浸透膜エレメント１０２を備える。逆浸透膜エレメント１０２は、逆浸透膜１０２１を備えている。逆浸透膜１０２１としては、例えば、スパイラル状、及び中空糸状等の膜が用いられる。なお、図１では、圧力容器１０１内に１つの逆浸透膜エレメント１０２が設置されているように表されているが、圧力容器１０１内に設置される逆浸透膜エレメント１０２の数は複数であっても構わない。
第１逆浸透膜ユニット１００は、逆浸透膜１０２１により分離された高圧の濃縮水を後段へ送出し、逆浸透膜１０２１により分離された透過水を排出する。第１逆浸透膜ユニット１００から送出された濃縮水は、昇圧ポンプ４００－２で予め設定された圧力へ昇圧され、第２逆浸透膜ユニット２００へ供給される。なお、第１逆浸透膜ユニット１００から送出された濃縮水が、例えば、少なくとも浸透圧よりも高い圧力を有している場合には、昇圧ポンプ４００－２を設ける必要はない。
なお、図１では、第１逆浸透膜ユニット１００が圧力容器１０１を１つ有する場合を例に示している。しかしながら、これに限定されない。圧力容器１０１は、被処理水中の溶質濃度、及び被処理水の処理量に応じて複数設けられても構わない。このとき、圧力容器１０１は、並列配置、直列多段配置、及びこれらの複合形態等の種々の構成をとることが可能である。
また、第１逆浸透膜ユニット１００には、運転圧、及び装置規模に応じ、動力回収装置が設けられていても構わない。動力回収装置は、第１逆浸透膜ユニット１００から送出される、高圧の濃縮水から圧力エネルギーを回収する装置である。
また、第１逆浸透膜ユニット１００には、被処理水質に応じ、スケール防止剤、酸化還元機能を有するスライム防止剤、洗浄剤、及び／又は洗浄水等の導入経路が設けられていても構わない。このとき、例えば、第１逆浸透膜ユニット１００の入口に水質計を配置する。そして、この水質計器により測定される水質に基づいて導入経路を操作することで、スケール防止剤、及びスライム防止剤の添加操作、及び第１逆浸透膜ユニット１００の洗浄操作を実施する。
第２逆浸透膜ユニット２００は、高圧に昇圧されて供給された濃縮水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類がさらに濃縮された濃縮水とに分離するユニットである。第２逆浸透膜ユニット２００は、蒸発濃縮器５００の前段に設けられる。第２逆浸透膜ユニット２００は、例えば、圧力容器２０１、及び圧力容器２０１内に設置される逆浸透膜エレメント２０２を備える。逆浸透膜エレメント２０２は、逆浸透膜２０２１を備えている。なお、図１では、圧力容器２０１内に１つの逆浸透膜エレメント２０２が設置されているように表されているが、圧力容器２０１内に設置される逆浸透膜エレメント２０２の数は複数であっても構わない。
第２逆浸透膜ユニット２００は、逆浸透膜２０２１により分離された高圧の濃縮水を後段へ送出し、逆浸透膜２０２１により分離された透過水を排出する。第２逆浸透膜ユニット２００から送出された濃縮水は、蒸発濃縮器５００へ供給される。なお、第２逆浸透膜ユニット２００は、濃縮液内部循環を形成するようにしてもよい。すなわち、第２逆浸透膜ユニット２００から送出された濃縮水の一部を循環させ、第２逆浸透膜ユニット２００へ供給してもよい。
蒸発濃縮器５００は、水溶性有機物を含む濃縮液に対する熱処理プロセスを実施する熱処理装置の一例であり、例えば、蒸発濃縮を実施する装置である。蒸発濃縮器５００は、第２逆浸透膜ユニット２００から供給される濃縮水に由来する水分を蒸発させ、蒸発残渣と蒸発水とを発生させる。蒸発濃縮器５００は、例えば、蒸発缶を利用した構成、加熱用蒸気を利用した構成、及びスプレードライヤ等の既往のシステムを利用した構成等により実現される。蒸発缶としては、例えば、単純効用缶、及び多段効用缶が用いられてもよい。加熱用蒸気を利用した構成としては、例えば、ＴＶＲ（Thermo-Vapor Recompression）形式、ＭＶＲ（Mechanical Vapor Recompression）形式、及びヒートポンプ等を利用した構成が挙げられる。なお、蒸発濃縮器５００は、蒸発残渣の生成に応じ、遠心分離機、及び固液分離器の追加構成を取ってもよい。また、蒸発濃縮促進のため、消泡剤、及びスケール防止剤等の薬液添加機構を設けても構わない。
次に、以上のように構成された水処理装置１の動作を説明する。
まず、水溶性有機物を含む被処理水が除去器３００に供給される。除去器３００に供給された被処理水は、除去器３００を通過し、除去器３００の内部に充填されている吸着剤と接触する。これにより、被処理水に溶解されている有機物が吸着剤に吸着される。除去器３００を通過した被処理水は、昇圧ポンプ４００－１により昇圧され、第１逆浸透膜ユニット１００へ供給される。
まず、水溶性有機物を含む被処理水が除去器３００に供給される。除去器３００に供給された被処理水は、除去器３００を通過し、除去器３００の内部に充填されている吸着剤と接触する。これにより、被処理水に溶解されている有機物が吸着剤に吸着される。除去器３００を通過した被処理水は、昇圧ポンプ４００－１により昇圧され、第１逆浸透膜ユニット１００へ供給される。
第１逆浸透膜ユニット１００へ供給された被処理水は、逆浸透膜１０２１で、透過水と、濃縮水とに分離される。逆浸透膜１０２１で分離された濃縮水は、昇圧ポンプ４００－２により昇圧され、第２逆浸透膜ユニット２００へ供給される。逆浸透膜１０２１で分離された透過水は排出される。
第２逆浸透膜ユニット２００へ供給された濃縮水は、逆浸透膜２０２１で、透過水と、さらに濃縮された濃縮水とに分離される。逆浸透膜２０２１で分離された濃縮水は、蒸発濃縮器５００へ供給される。逆浸透膜２０２１で分離された透過水は排出される。
蒸発濃縮器５０へ供給された濃縮水は水分が蒸発され、蒸発残渣と蒸発水とに分離される。
以上のように、第１の実施形態では、第１逆浸透膜ユニット１００の前段に除去器３００を設けるようにしている。これにより、被処理水中の溶質のうち、第１逆浸透膜ユニット１００への水溶性有機物の導入が軽減されることになり、逆浸透膜１０２１への有機物の付着、及び水溶性有機物に由来する生分解成分に基づいた膜面上での微生物繁殖が抑制される。このため、逆浸透膜処理が適切に運用されることになる。また、第１逆浸透膜ユニット１００でスライム防止剤を添加する場合、被処理水中の水溶性有機物との酸化還元による薬液成分浪費を抑制することが可能となる。また、蒸発濃縮器５００へ導入される水溶性有機物が抑制されるため、蒸発濃縮器５００での水溶液有機物に起因する発泡等が抑制され、かつ水溶性有機物から構成される消泡剤、及びスケール防止剤の薬液成分の機能を適切に利用することが可能となる。
また、第１の実施形態では、除去器３００に充填される吸着剤として、例えば、薬液再生可能な吸着剤を用いるようにしている。これにより、例えば、水溶性有機物対策が活性炭吸着塔のみの場合と比較し、除去器３００のランニングコストを低下させることが可能となる。
なお、図１では、第１逆浸透膜ユニット１００の前段に除去器３００が設けられる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。除去器３００は、第２逆浸透膜ユニット２００の前段、及び／又は蒸発濃縮器５００の前段に設けられていても構わない。
図３は、図１に示される水処理装置１のその他の構成例を表すブロック図である。図３に示される水処理装置１によれば、除去器３００－２が第２逆浸透膜ユニット２００の前段に設けられている。除去器３００－１に充填される吸着剤と、除去器３００－２に充填される吸着剤とは、同じものであってもよいし、異なっていても構わない。
図３に示される水処理装置１において、第１逆浸透膜ユニット１００の逆浸透膜１０２１で分離された濃縮水は、除去器３００－２へ供給される。除去器３００－２に供給された濃縮水は、除去器３００－２を通過し、除去器３００－２の内部に充填されている吸着剤と接触する。除去器３００－２を通過した濃縮水は、昇圧ポンプ４００－２により昇圧され、第２逆浸透膜ユニット２００へ供給される。これにより、被処理水中の溶質のうち、第２逆浸透膜ユニット２００への水溶性有機物の導入がさらに軽減される。
図４は、図１に示される水処理装置１のその他の構成例を表すブロック図である。図４に示される水処理装置１によれば、除去器３００－２が第２逆浸透膜ユニット２００の前段に設けられ、除去器３００－３が蒸発濃縮器５０の前段に設けられている。除去器３００－１～３００－３に充填される吸着剤は、同じものであってもよいし、それぞれ異なっていても構わない。
図４に示される水処理装置１において、第２逆浸透膜ユニット２００の逆浸透膜２０２１で分離された濃縮水は、除去器３００－３へ供給される。除去器３００－３に供給された濃縮水は、除去器３００－３を通過し、除去器３００－３の内部に充填されている吸着剤と接触する。除去器３００－３を通過した濃縮水は、蒸発濃縮器５０へ供給される。これにより、蒸発濃縮器５０へ導入される水溶性有機物がさらに抑制される。
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、除去器３００に吸着剤を再生させるための再生液を供給する経路と、洗浄水を供給する経路とが設けられた水処理装置１ａについて説明する。
図５は、第２の実施形態に係る水処理装置１ａの機能構成の例を表すブロック図である。図５に示される水処理装置１ａは、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００－１～３００－３、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、蒸発濃縮器５００、再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、及び第２送水ポンプ７０２を備える。
第２の実施形態では、除去器３００に吸着剤を再生させるための再生液を供給する経路と、洗浄水を供給する経路とが設けられた水処理装置１ａについて説明する。
図５は、第２の実施形態に係る水処理装置１ａの機能構成の例を表すブロック図である。図５に示される水処理装置１ａは、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００－１～３００－３、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、蒸発濃縮器５００、再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、及び第２送水ポンプ７０２を備える。
再生液タンク６００は、再生液を蓄えるためのタンクである。再生液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、及び水酸化カリウム水溶液等のアルカリ金属塩の水溶液が用いられる。再生液導入経路６０１は、再生液タンク６００に蓄えられている再生液を除去器３００－１～３００－３へ導入するための経路である。第１送水ポンプ６０２は、再生液タンク６００に蓄えられている再生液を、再生液導入経路６０１へ送出する。
洗浄水タンク７００は、洗浄水を蓄えるためのタンクである。洗浄水導入経路７０１は、洗浄水タンク７００に蓄えられている洗浄水を除去器３００－１～３００－３へ導入するための経路である。第２送水ポンプ７０２は、洗浄水タンク７００に蓄えられている洗浄水を、洗浄水導入経路７０１へ送出する。
次に、以上のように構成された水処理装置１ａにおいて、除去器３００－１～３００－３の吸着剤が再生される際の動作を説明する。なお、ここで説明する動作は、図示しない制御装置の制御に従って実施されてもよいし、オペレータの制御に従って実施されてもよい。
例えば、除去器３００－１～３００－３の入口、及び／又は出口に水質計器が配置されている。少なくともいずれかの水質計器の測定結果が例えば所定の閾値を超える場合、除去器３００－１への被処理水の供給が停止される。除去器３００－１への被処理水の供給が停止されると、測定結果が閾値を超えた除去器３００と対応する第１送水ポンプ６０２が駆動される。これにより、再生液タンク６００に蓄えられている再生液が、再生液導入経路６０１を介し、測定結果が閾値を超えた除去器３００へ供給される。再生液が供給された除去器３００の内部では、吸着剤に吸着された有機物が再生液により洗浄される。除去器３００に供給された再生液は、廃液経路から排出される。
除去器３００から再生液が排出されると、再生液が排出された除去器３００と対応する第２送水ポンプ７０２が駆動される。これにより、洗浄水タンク７００に蓄えられている洗浄水が、洗浄水導入経路７０１を介し、再生液が排出された除去器３００へ供給される。洗浄水が供給された除去器３００の内部では、再生液のアルカリ成分が洗浄水により洗浄される。除去器３００に供給された洗浄水は、廃液経路から排出される。除去器３００から洗浄水が排出されると、除去器３００の再生処理が終了となり、除去器３００－１への被処理水の供給が再開される。なお、除去器３００－１～３００－３の吸着剤の再生処理は、同時に実施されても構わない。
以上のように、第２の実施形態では、水処理装置１ａは、除去器３００へ再生液を供給するための再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、及び第１送水ポンプ６０２と、洗浄水を供給するための洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、及び第２送水ポンプ７０２とを有している。これにより、再生が必要な除去器を一括して管理することが可能となる。
なお、図５に示される水処理装置１ａは、図４の水処理装置１に、再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、及び第２送水ポンプ７０２が加えられた構成となっている。第２の実施形態に係る水処理装置１ａは、この構成に限定されない。例えば、図１乃至図３の水処理装置１に再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、及び第２送水ポンプ７０２が加えられた構成となっていても構わない。
また、第２の実施形態では、水処理装置１ａが再生液を供給するための再生液導入経路６０１と、洗浄水を供給するための洗浄水導入経路７０１とを独立して備える場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。水処理装置１ａでは、再生液導入経路６０１と、洗浄水導入経路７０１とが共有されていても構わない。
また、第２の実施形態では、水処理装置１ａが、除去器３００－１～３００－３をそれぞれ１台有する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。除去器３００－１～３００－３は、複数台ずつ設けられていても構わない。図６は、図５に示される水処理装置１ａのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図６に示される水処理装置１ａでは、除去器３０１－１～３０１－３が、除去器３００－１～３００－３とそれぞれ並列して設けられている。なお、除去器３０１－１～３０１－３は、除去器３００－１～３００－３とそれぞれメリーゴーランド形式をとっていても構わない。
図６は、除去器３００－１～３００－３へ前段から被処理水が供給され、待機中の除去器３０１－１～３０１－３へ再生液、及び洗浄水が供給される場合を示している。なお、図６では図面の簡略化のため、除去器３００－１～３００－３へ接続される再生液導入経路６０１、及び洗浄水導入経路７０１を図示していない。
図６のように構成された水処理装置１ａにおいて、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３の吸着剤が再生される際の動作は例えば以下である。すなわち、例えば、被処理水を通過させている除去器３００－１の水質計器が異常値を計測した場合、バルブ等が操作されることで除去器３０１－１へ被処理水が導出される。これにより、除去器３００－１への被処理水の供給が停止され、除去器３０１－１を被処理水が通過することになる。そして、被処理水の供給が停止された除去器３００－１へは、再生液、及び洗浄水が供給され、吸着剤の再生処理が実施される。なお、被処理水の供給が停止されている除去器３００が複数ある場合、停止されている複数の除去器３００の吸着剤の再生処理が同時に実施されても構わない。
このように、除去器を複数ずつ設けることにより、一方の除去器で被処理水中の有機物を吸着しつつ、他方の除去器の吸着剤に対して再生処理を実施することが可能となる。すなわち、被処理水の供給を停止させることなく、除去器の吸着剤の再生処理を実施することが可能となる。
また、第２の実施形態に係る水処理装置１ａの構成は、図５及び図６に限定されない。例えば、蒸発濃縮器５００から除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３へ、熱導入経路が設けられていても構わない。図７は、図５に示される水処理装置１ａのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図７に示される水処理装置１ａには、熱導入経路５０１、及び第３送水ポンプ５０２が設けられている。なお、図７では図面の簡略化のため、除去器３００－１～３００－３へ接続される熱導入経路５０１を図示していない。
熱導入経路５０１は、蒸発濃縮器５００を冷却するための水を除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３へ導入するための経路である。第３送水ポンプ５０２は、蒸発濃縮器５００の排熱で温められた水を熱導入経路５０１へ送出する。
第３送水ポンプ５０２は、所定のタイミングで熱導入経路５０１へ水を送出する。所定のタイミングとは、例えば、他方の除去器への導出に経路が切り替えられたとき、第１送水ポンプ６０２が再生液を再生液導入経路６０１へ送出したとき、第２送水ポンプ７０２が洗浄水を洗浄水導入経路７０１へ送出したとき、及び蒸発濃縮器５００の排熱で温められた水の温度が所定値を超えたとき等である。
除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３に充填される吸着剤は、被処理水中の水溶性有機成分、有機物のサイズ、及び加温操作による洗浄効果の向上の有無に応じて選定される。
このように、蒸発濃縮器５００からの排熱を利用して除去器へ供給する水の温度を上げることにより、水を昇温させるエネルギーを省くことが可能となる。また、昇温された水で吸着剤の再生処理を促進させることにより、再生液等の薬剤消費量を抑えることが可能となる。
なお、図７では、蒸発濃縮器５００の排熱で温められた水が熱導入経路５０１を経て除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３へ導入される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。蒸発濃縮器５００の排熱は、再生液、及び／又は洗浄水の温度を上昇させるのに用いられても構わない。
また、例えば、第１逆浸透膜ユニット１００の排水経路が、再生液タンク６００、洗浄水タンク７００、及び熱導入経路５０１と接続していても構わない。図８は、図５に示される水処理装置１ａのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図８に示される水処理装置１ａには、水補給経路１０３、及び第４送水ポンプ１０４が設けられている。
水補給経路１０３は、第１逆浸透膜ユニット１００の逆浸透膜１０２１により分離されて排出された透過水を、再生液タンク６００、洗浄水タンク７００、及び熱導入経路５０１へ供給するための経路である。第４送水ポンプ１０４は、第１逆浸透膜ユニット１００から排出された透過水を、水補給経路１０３へ送出する。
このように、第１逆浸透膜ユニット１００から排出される透過水を再生液タンク６００、及び洗浄水タンク７００へ供給することで、例えば、再生液、及び洗浄水を、透過水を用いて生成することが可能となる。また、第１逆浸透膜ユニット１００から排出される透過水を、熱導入経路５０１へ供給することで、例えば、熱導入経路５０１における熱媒体を、透過水を利用して賄うことが可能となる。これにより、水処理装置１ａへの水補給量を削減することが可能となる。
また、例えば、除去器３００－１，３０１－１の排水経路が、除去器３００－３，３０１－３と接続していても構わない。図９は、図５に示される水処理装置１ａのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図９に示される水処理装置１ａには、第２再生液導入経路６０３、及び第５送水ポンプ６０４が設けられている。
第２再生液導入経路６０３は、除去器３００－１，３０１－１から排出された再生液を除去器３００－３，３０１－３へ導入するための経路である。第５送水ポンプ６０４は、除去器３００－１，３０１－１から排出された再生液を、第２再生液導入経路６０３へ送出する。
図９のように構成された水処理装置１ａにおいて、除去器３００－３，３０１－３の吸着剤が再生される際の動作は例えば以下である。例えば、除去器３００－１～３００－３へ被処理水が供給され、除去器３０１－１～３０１－３は待機状態にあるものとする。このとき、例えば、オペレータからの指示、又は所定時間への到達等をトリガとして除去器３０１－１～３０１－３の吸着剤の再生処理が開始される。
再生処理が開始されると、除去器３０１－１，３０１－２と対応する第１送水ポンプ６０２－１，６０２－２、及び第５送水ポンプ６０４が駆動される。第１送水ポンプ６０２－１，６０２－２が駆動されることにより、再生液タンク６００に蓄えられている再生液が、再生液導入経路６０１－１を介して除去器３０１－１へ供給され、再生液導入経路６０１－２を介して除去器３０１－２へ供給される。再生液が供給された除去器３０１－１，３０１－２の内部では、吸着剤に吸着された有機物が再生液により洗浄される。除去器３０１－１，３０１－２に供給された再生液は、廃液経路から排出される。
また、第５送水ポンプ６０４が駆動されることにより、除去器３０１－１から排出された再生液が第２再生液導入経路６０３を介して除去器３０１－３へ供給される。再利用された再生液が供給された除去器３０１－３の内部では、吸着剤に吸着された有機物が洗浄される。
第５送水ポンプ６０４が駆動されてから予め設定された時間が経過すると、第５送水ポンプ６０４は停止され、第１送水ポンプ６０２－３が駆動される。第１送水ポンプ６０２－３が駆動されることにより、再生液タンク６００に蓄えられている再生液が、再生液導入経路６０１－３を介して除去器３０１－３へ供給される。再生液が供給された除去器３０１－３の内部では、吸着剤に吸着された有機物が再生液により洗浄される。
このように、除去器３００－１，３０１－１から排出された再生液で除去器３００－３，３０１－３をまず洗浄する。そして、その後に再生液タンク６００に蓄えられている再生液で除去器３００－３，３０１－３を洗浄する。後段で用いられる除去器３００－３，３０１－３の吸着剤の方が、前段で用いられる除去器３００－１，３０１－１の吸着剤よりも吸着している有機物が少ないことがある。第２の実施形態に係る水処理装置１ａは、除去器３００－１，３００－２，３００－３，３０１－１，３０１－２，３０１－３の吸着剤を再生させつつ、再生液の供給量を削減することが可能となる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、除去器３００－１，３００－２，３００－３，３０１－１，３０１－２，３０１－３から排出される再生廃水中の有機物を処理する水処理装置１ｂについて説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る水処理装置１ｂの機能構成の例を表すブロック図である。図１０に示される水処理装置１ｂは、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、蒸発濃縮器５００、再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、第２送水ポンプ７０２、熱導入経路５０１、第３送水ポンプ５０２、再生廃液導入経路３０２、第６送水ポンプ３０３、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３を備える。
第３の実施形態では、除去器３００－１，３００－２，３００－３，３０１－１，３０１－２，３０１－３から排出される再生廃水中の有機物を処理する水処理装置１ｂについて説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る水処理装置１ｂの機能構成の例を表すブロック図である。図１０に示される水処理装置１ｂは、第１逆浸透膜ユニット１００、第２逆浸透膜ユニット２００、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３、昇圧ポンプ４００－１，４００－２、蒸発濃縮器５００、再生液タンク６００、再生液導入経路６０１、第１送水ポンプ６０２、洗浄水タンク７００、洗浄水導入経路７０１、第２送水ポンプ７０２、熱導入経路５０１、第３送水ポンプ５０２、再生廃液導入経路３０２、第６送水ポンプ３０３、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３を備える。
再生廃液導入経路３０２は、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３から排出された再生液及び洗浄水等の再生廃液を酸化処理槽８０１へ導入するための経路である。第６送水ポンプ３０３は、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３から排出された再生廃液を、再生廃液導入経路３０２へ送出する。
酸化処理槽８０１は、再生廃液に由来する水溶性有機物を酸化させるための槽である。酸化処理槽８０１は、例えば、オゾン法、フェントン法、オゾン－過酸化水素法、ＵＶ（Ultra Violet）法、塩素法、塩素電解法、及びこれらの酸化手段の組み合わせた方法を用いて実現される。除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３から再生廃液導入経路３０２を介して供給される再生廃液は、酸化処理槽８０１で酸化され、再生廃液に含まれる水溶性有機物が、例えば、親水化、及び／又は低分子化される。
凝集処理槽８０２は、再生廃液に由来する水溶性有機物を凝集させて沈降させた後、除去するための槽である。凝集処理槽８０２では、例えば、鉄塩又はアルミニウム塩を含む無機系凝集剤、又は高分子凝集剤が添加される。高分子凝集剤を添加する場合には、ｐＨ調整剤又は凝集助剤を添加してもよい。凝集処理槽８０２は、例えば、有機物を凝集させてフロックを形成させるための凝集槽と、凝集されて沈降されたフロックを除去するための沈殿槽とを有する。凝集槽、及び沈殿槽は複数多段に設けてよい。凝集槽には、フロックを効率的に形成させるための撹拌機構が設けられていてもよい。酸化処理槽８０１から送出される再生廃液に含まれる水溶性有機物のうち、凝集剤吸着・共沈作用を有する成分は、凝集処理槽８０２で除去される。
なお、凝集処理槽８０２には、炭酸ガス、及び／又は炭酸イオン成分等の導入経路が設けられていても構わない。これにより、凝集処理槽８０２において、液中の硬度成分の沈殿物、及びシリカ成分の沈殿物を除去することが可能となり、液中の硬度成分、及びシリカ成分の低減を図ることが可能となる。
生物処理槽８０３は、再生廃液に由来する水溶性有機物を、分解し除去するための槽である。生物処理槽８０３は、例えば、好気槽、及び／又は嫌気槽を有する。また、生物処理槽８０３は、有機物負荷に応じて生物担体法、バイオリアクター法、及び膜分離法等を適用しても構わない。酸化処理槽８０１、及び凝集処理槽８０２で除去されなかった残留成分は、生物処理槽８０３での生物処理により分解されて除去される。
なお、図１０では、水処理装置１ｂが酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３を備える場合を例に説明したが、これに限定されない。水処理装置１ｂは、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３のうち、少なくとも２種類を備えていればよい。
以上のように、第３の実施形態では、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３等の再生廃液処理槽のうち、少なくとも２種類を備え、これらの再生廃液処理槽により、除去器３００から排出される再生廃液を処理するようにしている。これにより、２種類以上の異なる処理手段で再生廃液を処理することが可能となるため、再生廃液中の有機物を適切に処理することが可能となる。
なお、図１０に示される水処理装置１ｂは、図７の水処理装置１ａに、再生廃液導入経路３０２、第６送水ポンプ３０３、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３が加えられた構成となっている。第３の実施形態に係る水処理装置１ｂは、この構成に限定されない。例えば、図１乃至図４の水処理装置１、並びに、図５、図６、図８、及び図９の水処理装置１ａに再生廃液導入経路３０２、第６送水ポンプ３０３、酸化処理槽８０１、凝集処理槽８０２、及び生物処理槽８０３が加えられた構成となっていても構わない。
また、第３の実施形態に係る水処理装置１ｂの構成は、図１０に限定されない。例えば、水処理装置１ｂは、再生廃液を処理した処理水を、被処理水として除去器３００－１～３００－３、又は除去器３０１－１～３０１－３に取り込んでも構わない。図１１は、図１０に示される水処理装置１ｂのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図１１に示される水処理装置１ｂには、凝集処理槽８０２へ供給水を導入する導入経路８０４と、膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７とをさらに備えている。膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７は、生物処理槽８０３の後段に設けられている。
導入経路８０４により導入される供給水は、酸化された再生廃水と凝集処理槽８０２で混同され、凝集処理槽８０２で合一して処理される。凝集処理槽８０２で処理された処理水は、生物処理槽８０３、膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７でさらに処理され、被処理水として除去器３００－１、又は除去器３０１－１へ送出される。
膜処理装置８０５は、生物処理槽８０３で処理された処理水をろ過する。膜処理装置８０５は、例えば、精密ろ過（ＭＦ：Microfiltration）膜、限外ろ過（ＵＦ：Ultrafiltration）膜、及びＭＢＲ（Membrane Bioreactor）法等の膜分離技術を用いて実現される。なお、生物処理槽８０３で膜分離活性汚泥法等が導入されている場合には、膜処理装置８０５の少なくとも一部が、生物処理槽８０３で含まれるようにしても構わない。
軟水器８０６は、膜処理装置８０５でろ過されたろ過水に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換して軟水を製造する。軟水器８０６は、例えば、陽イオン交換樹脂を用いて実現される。陽イオン交換樹脂は、例えば、強酸性陽イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂、又はこれらの組み合わせから構成される。なお、軟水器８０６の処理系統のうち少なくとも１系統以上は、マクロポーラス型樹脂を用いて実現されることが望ましい。マクロポーラス型樹脂を用いることにより、マクロポーラス型樹脂の細孔の一部により、有機物を吸着することが可能となる。
脱気装置８０７は、軟水器８０６で軟水化された液中の溶解炭酸成分を除去する。脱気装置８０７は、例えば、軟水化された液中の溶存炭酸成分を分離可能な手段から選定される。例えば、脱気装置８０７は、散気塔、及びガス分離膜等を用いて実現される。脱気装置８０７で溶存炭酸成分が除去された液体は、被処理水として除去器３００－１、又は除去器３０１－１へ供給される。
このように、導入経路８０４を介して供給される供給水と、酸化された再生廃水とは、凝集処理槽８０２で合一して処理される。このため、凝集処理槽８０２では、導入経路８０４を介して供給される供給水に含まれるアルカリ性沈殿成分が、アルカリ薬剤に由来する再生廃液の酸化処理水と混合されることになる。すなわち、アルカリ性沈殿成分をアルカリ剤として利用することが可能となる。
また、供給水由来の有機物が生物処理槽８０３で処理されるようになっている。酸化処理槽８０１で酸化された再生廃液のみが生物処理槽８０３へ供給される場合、生物処理槽８０３は、再生廃液の発生頻度に応じた生物処理の負荷変動に対応しなければならない。供給水由来の有機物が生物処理槽８０３で処理されることにより、生物処理の負荷変動が低減され、生物処理槽８０３の管理が容易となる。
また、供給水由来の有機物が生物処理槽８０３で処理されるようになっている。酸化処理槽８０１で酸化された再生廃液のみが生物処理槽８０３へ供給される場合、生物処理槽８０３は、再生廃液の発生頻度に応じた生物処理の負荷変動に対応しなければならない。供給水由来の有機物が生物処理槽８０３で処理されることにより、生物処理の負荷変動が低減され、生物処理槽８０３の管理が容易となる。
また、導入経路８０４により導入される供給水と、酸化された再生廃水とは、凝集処理槽８０２、生物処理槽８０３、膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７を経て被処理水として除去器３００－１、又は除去器３０１－１へ供給され、残存している有機物が除去される。これにより、逆浸透膜におけるスケールの発生原因となる成分を事前に除去し、被処理水の蒸発濃縮処理を適切に運用しつつ、除去器３００－１～３００－３，３０１－１～３０１－３による浄化処理を合理化させることが可能となる。また、第１、第２逆浸透膜ユニット１００，２００、及び蒸発濃縮器５００で用いられる薬液を有効利用することが可能となる。
なお、図１１では、膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７の前処理装置を備え、除去器３００－１，３０１－１へ、固形分、硬度成分、及び炭酸成分を除去する前処理を施した被処理水を供給する例を示している。しかしながら、除去器３００－１，３０１－１の前段に設けられる装置はこれらに限定されない。膜処理装置８０５、軟水器８０６、及び脱気装置８０７のうち、いずれかが設けられなくても構わないし、他の装置が設けられても構わない。また、除去器３００－１，３０１－１の前段に膜処理装置８０５が設けられ、軟水器８０６、及び脱気装置８０７は、除去器３００－１，３０１－１の後段へ設けられていても構わない。
図１２は、図１０に示される水処理装置１ｂのその他の機能構成の例を表すブロック図である。図１２に示される水処理装置１ｂでは、軟水器８０６ａ、及び脱気装置８０７ａが、除去器３００－１，３０１－１の後段に設けられている。図１２で示されるように、軟水器８０６ａ、及び脱気装置８０７ａを除去器３００－１，３０１－１の後段に配することにより、軟水器８０６ａに充填されるイオン交換樹脂への有機物付着を抑制することが可能となる。また、軟水器８０６ａ、及び脱気装置８０７ａを介した液を第１逆浸透膜ユニット１００へ導入する場合、高ｐＨ環境での膜スケール成分が低減されているため、逆浸透膜を、中性以上の環境で運用することも可能となる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、水処理装置１，１ａ，１ｂは、蒸発濃縮処理の対象となる濃縮水への水溶性有機物の移行を抑えることができる。また、逆浸透膜処理、及び蒸発濃縮処理の被処理水に対して有機物の負荷を軽減できるため、被処理水の濃縮操作が適切に運用され、使用薬剤の浪費を削減することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１，１ａ，１ｂ…水処理装置
５０…蒸発濃縮器
１００…第１逆浸透膜ユニット
１０１…圧力容器
１０２…逆浸透膜エレメント
１０２１…逆浸透膜
１０３…水補給経路
１０４…第４送水ポンプ
２００…第２逆浸透膜ユニット
２０１…圧力容器
２０２…逆浸透膜エレメント
２０２１…逆浸透膜
３００，３００－１～３００－４…除去器
３００１…バイパス経路
３０１－１～３０１－３…除去器
３０２…再生廃液導入経路
３０３…第６送水ポンプ
４００－１，４００－２…昇圧ポンプ
５００…蒸発濃縮器
５０１…熱導入経路
５０２…第３送水ポンプ
６００…再生液タンク
６０１，６０１－１～６０１－３…再生液導入経路
６０２，６０２－１～６０２－３…第１送水ポンプ
６０３…再生液導入経路
６０４…第５送水ポンプ
７００…洗浄水タンク
７０１…洗浄水導入経路
７０２…第２送水ポンプ
８０１…酸化処理槽
８０２…凝集処理槽
８０３…生物処理槽
８０４…導入経路
８０５…膜処理装置
８０６，８０６ａ…軟水器
８０７，８０７ａ…脱気装置
５０…蒸発濃縮器
１００…第１逆浸透膜ユニット
１０１…圧力容器
１０２…逆浸透膜エレメント
１０２１…逆浸透膜
１０３…水補給経路
１０４…第４送水ポンプ
２００…第２逆浸透膜ユニット
２０１…圧力容器
２０２…逆浸透膜エレメント
２０２１…逆浸透膜
３００，３００－１～３００－４…除去器
３００１…バイパス経路
３０１－１～３０１－３…除去器
３０２…再生廃液導入経路
３０３…第６送水ポンプ
４００－１，４００－２…昇圧ポンプ
５００…蒸発濃縮器
５０１…熱導入経路
５０２…第３送水ポンプ
６００…再生液タンク
６０１，６０１－１～６０１－３…再生液導入経路
６０２，６０２－１～６０２－３…第１送水ポンプ
６０３…再生液導入経路
６０４…第５送水ポンプ
７００…洗浄水タンク
７０１…洗浄水導入経路
７０２…第２送水ポンプ
８０１…酸化処理槽
８０２…凝集処理槽
８０３…生物処理槽
８０４…導入経路
８０５…膜処理装置
８０６，８０６ａ…軟水器
８０７，８０７ａ…脱気装置
Claims (9)
- 再生可能な吸着剤が充填され、通過する被処理水中の水溶性有機物を、前記吸着剤により吸着除去する除去器と、
前記除去器を通過した被処理水を、逆浸透膜により第１濃縮水と第１透過水とに分離する第１逆浸透膜ユニットと、
前記第１逆浸透膜ユニットで分離された第１濃縮水を、逆浸透膜により第２濃縮水と第２透過水とに分離する第２逆浸透膜ユニットと、
前記第２逆浸透膜ユニットで分離された第２濃縮水に熱処理を施すことで、前記第２濃縮水に含まれる水分を蒸発させる熱処理装置と、
前記熱処理装置の排熱によって温められた冷却水が所定値の温度を超えた場合に、この冷却水を前記吸着剤の再生のために前記除去器に送るための送水ポンプと
を具備する水処理装置。 - 前記除去器は、前記第２逆浸透膜ユニットの前段にも設けられ、
前記第２逆浸透膜ユニットは、前記前段に設けられた除去器を通過した第１濃縮水を逆浸透膜により分離する請求項１記載の水処理装置。 - 前記除去器は、前記熱処理装置の前段にも設けられ、
前記熱処理装置は、前記前段に設けられた除去器を通過した第２濃縮水に熱処理を施す請求項１又は２に記載の水処理装置。 - 前記除去器へ再生液、及び洗浄水を供給する経路を具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の水処理装置。
- 前記第１透過水は、前記再生液、及び洗浄水の生成に用いられる請求項４記載の水処理装置。
- 前記第１逆浸透膜ユニットの前段に設けられる除去器へ供給された再生液、及び洗浄水が排出される再生廃液を、前記熱処理装置の前段に設けられる除去器へ供給する経路を具備する請求項４又は５に記載の水処理装置。
- 前記除去器へ供給された再生液、及び洗浄水が排出される再生廃液に対し、少なくとも２種類の水処理を実施する処理槽をさらに具備する請求項４又は５に記載の水処理装置。
- 前記除去器へ供給された再生液、及び洗浄水が排出される再生廃液に対して酸化処理を実施する酸化処理槽と、
前記酸化された再生廃水と、供給される供給水とを混同させて凝集処理を実施する凝集処理槽と、
前記凝集処理後の水に対して生物処理を実施する生物処理槽と、
前記生物処理後の水に対して少なくとも固形分を除去する前処理を施し、前記前処理後の水を前記被処理水として前記第１逆浸透膜ユニットの前段に設けられる除去器へ送出する前処理装置と
をさらに具備する請求項４乃至６のいずれかに記載の水処理装置。 - 前記除去器へ供給された再生液、及び洗浄水が排出される再生廃液に対して酸化処理を実施する酸化処理槽と、
前記酸化された再生廃水と、供給される供給水とを混同させて凝集処理を実施する凝集処理槽と、
前記凝集処理後の水に対して生物処理を実施する生物処理槽と、
前記生物処理後の水に対して固形分を除去する前処理を施し、前記前処理後の水を前記被処理水として前記第１逆浸透膜ユニットの前段に設けられる除去器へ送出する前処理装置と、
前記第１逆浸透膜ユニットの前段に設けられる除去器を通過した被処理水に対して硬度成分を除去する軟水器と、
前記硬度成分を除去した被処理水に対して炭酸成分を除去する脱気装置と
をさらに具備する請求項４乃至６のいずれかに記載の水処理装置。
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