JPH10128075A - 逆浸透膜装置および逆浸透膜を用いた処理方法 - Google Patents

逆浸透膜装置および逆浸透膜を用いた処理方法

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JPH10128075A
JPH10128075A JP8292271A JP29227196A JPH10128075A JP H10128075 A JPH10128075 A JP H10128075A JP 8292271 A JP8292271 A JP 8292271A JP 29227196 A JP29227196 A JP 29227196A JP H10128075 A JPH10128075 A JP H10128075A
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osmosis membrane
silica
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JP8292271A
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Akira Otani
明 大谷
Kenichi Inoue
賢一 井上
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Nitto Denko Corp
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回収率を低下させることなくスケールの生成
を防止することが可能な逆浸透膜装置および処理方法を
提供することである。 【解決手段】 逆浸透膜装置は、2段の逆浸透膜モジュ
ールを備える。1段目の逆浸透膜モジュール4は、多価
イオンの阻止率が80%以上でかつ溶存シリカの阻止率
が30%以下のルーズ逆浸透膜を用い、1価イオンおよ
び溶存シリカを含む透過水を2段目の逆浸透膜モジュー
ル7に供給する。2段目逆浸透膜モジュール7では、要
求水質にあわせた適当な阻止率の逆浸透膜を使用し、要
求水質まで脱塩するとともに溶存シリカの透過を阻止す
る。2段目の逆浸透膜モジュール7の濃縮水側では、多
価イオン濃度が低減されているため、シリカ濃度が溶解
度以上に高くなってもシリカスケールの生成が防止され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透膜装置およ
び逆浸透膜を用いた処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子産業や医療、食品産業等、種々の産
業分野において、純水や精製水あるいは飲料水の製造に
逆浸透(RO)法が用いられる。この逆浸透膜法は、水
の脱塩処理においては、電気透析法やイオン交換法に比
べて広く用いられており、特に、純水製造においては必
要不可欠な技術となっている。
【0003】ところが、逆浸透膜(RO膜)を用いた逆
浸透膜装置により、逆浸透法を適用した脱塩処理を行う
場合には、原水(被処理液)の水質によって逆浸透膜の
膜面で不溶性無機成分が析出するスケーリングが生じ、
膜性能を著しく低下させる場合がある。スケール(不溶
性無機成分の析出物)の生成物質としては一般的にカル
シウム塩やシリカ(例えばケイ酸、シリカゲル等)が挙
げられる。
【0004】そこで、スケーリングを防止するために、
従来より種々の方法が取られている。例えば、カルシウ
ム塩に対しては、原水中に酸を添加すること、原水中に
スケール防止剤を添加すること、陽イオン交換樹脂によ
り軟水化させること、あるいはフラッシング等の間欠的
な物理洗浄により膜面を洗浄すること等が行われてい
る。一方、シリカに対しては、石灰軟水法等が用いられ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このシリカ
に対して石灰軟水法を適用すると、設備費が高くなり、
大型プラント以外の装置ではコストが割高になり現実的
でない。このため、実際にシリカのスケーリングを防止
するためには、低回収率で逆浸透膜装置を運転し、これ
によりスケーリングの発生を抑制している。
【0006】すなわち、溶存シリカは過飽和の状態にな
ると重合が始まり、コロイドへと成長し、やがて凝集沈
殿する。この現象が逆浸透膜の膜面で生じると、逆浸透
膜の表面にシリカスケールが生成される。通常温度(2
0〜25℃)においては、シリカの溶解度が約120m
g/L(リットル)であり、逆浸透膜装置では、逆浸透
膜の濃縮側の濃縮液中のシリカ濃度が溶解度を越えない
ように回収率を制御しながら運転が行われている。例え
ば、原水中のシリカ濃度が50mg/Lであれば、回収
率を58%とすれば濃縮液中のシリカ濃度が溶解度を越
えないが、安全性を考慮して通常40〜50%の回収率
で運転されている。ところが、このような低回収率で運
転すると、捨て水が多くなり、ランニングコストが高く
なる。
【0007】このように、スケール生成物質の中でも特
にシリカについては有効な防止策がなく、低回収率で運
転することが余儀なくされている。特に、日本国内で
は、九州地区等のように、地下水にシリカを多く含む地
域が多い。したがって、そのような地域において地下水
を原水とする逆浸透膜装置あるいは逆浸透膜プラント等
を運転する場合には、シリカスケールの発生を防止し、
かつ回収率を高めてランニングコストを低減させること
が重要となる。
【0008】本発明の目的は、シリカスケールの発生を
防止し、かつ高回収率の運転が可能な逆浸透膜装置およ
び逆浸透膜を用いた処理方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
者らは、被処理液中の溶存シリカと共存する金属イオン
のうち、特にアルミニウムイオン、鉄イオン、カルシウ
ムイオン等の多価金属イオンに着目し、これらのイオン
濃度を低減させると、シリカの溶存濃度が溶解度以上と
なった場合でも逆浸透膜表面へのシリカスケールの生成
を抑制することができることを実験により確認し、以下
の発明を案出した。
【0010】本発明に係る逆浸透膜装置は、第1および
第2の逆浸透膜を含み、被処理液を第1の逆浸透膜を用
いて処理し、その透過液を第2の逆浸透膜を用いて処理
する逆浸透膜装置において、第1の逆浸透膜は、第2の
逆浸透膜よりも多価イオンの阻止率が高くかつ溶存シリ
カの阻止率が低い性能を有するものである。
【0011】これにより、第1の逆浸透膜が被処理液中
の多価イオンを濃縮液側に保持し、多価イオンの大部分
が除去された透過液が第2の逆浸透膜に供給される。第
2の逆浸透膜では、第1の逆浸透膜から除去された透過
液を要求される液質まで処理する。第2の逆浸透膜の濃
縮水側では第1の逆浸透膜により既にシリカと共存する
多価イオンの濃度が低減されているため、第2の逆浸透
膜の作用によって濃縮水側のシリカ濃度が溶解度以上に
濃縮されても、第2の逆浸透膜の膜面にシリカスケール
が生じることが防止される。このため、回収率を抑えて
第2の逆浸透膜の濃縮水側のシリカ濃度の上昇を抑制す
る必要がなくなり、高回収率の運転が可能となる。さら
に石灰軟水法等と比べて前処理の必要がなく、設備費が
安価であり、逆浸透膜装置を用いた設備の省スペース化
や運転操作の簡素化を図ることができる。
【0012】特に、第1の逆浸透膜の多価イオンの阻止
率は好ましくは80%以上で95%以上がさらに好まし
く、溶存シリカの阻止率は30%以下であることが好ま
しく、10%以下であることがさらに好ましい。また、
第1の逆浸透膜の1価イオンの阻止率は10〜80%が
好ましく、40〜80%がさらに好ましい。なお、第1
の逆浸透膜としてルーズ逆浸透膜を用いてもよい。
【0013】さらに、第2の逆浸透膜としては、要求さ
れる液質に応じた阻止性能を有する逆浸透膜が用いら
れ、1価イオンの阻止率は90%以上で溶存シリカの阻
止率が90%以上の阻止性能を有するものが好ましい。
【0014】さらに、本発明に係る逆浸透膜を用いた処
理方法は、被処理液を第1の逆浸透膜を用いて処理し、
その透過液を第2の逆浸透膜を用いて処理する処理方法
において、第1の逆浸透膜として第2の逆浸透膜よりも
多価イオンの阻止率が高くかつ溶存シリカの阻止率が低
い逆浸透膜を用いるものである。
【0015】これにより、第2の逆浸透膜の濃縮液側で
の多価イオン濃度が減少されることにより、溶存シリカ
の濃度が上昇した場合でもスケールの発生を抑制するこ
とができる。
【0016】特に、第1の逆浸透膜の多価イオンの阻止
率が80%以上で、溶存シリカの阻止率が30%以下で
あることが好ましい。また、第1の逆浸透膜としてルー
ズ逆浸透膜を用いてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る逆浸透膜装置
について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明による逆浸透膜装置の一例を示す構成図である。図1
において、逆浸透膜装置は、ポンプ2、プレフィルタ
3、逆浸透膜モジュール4,7および配管1,5,6,
8,9,10,11を備えている。なお、図1中には1
つの逆浸透膜モジュール4、7が示されているが、逆浸
透膜モジュール4,7としては複数本の逆浸透膜モジュ
ールを組み合わせて用いてもよい。
【0018】原水(被処理液)は、配管1を通りポンプ
2によりプレフィルタ3へ供給される。プレフィルタ3
は、公称孔径1〜30μmのカートリッジフィルタから
なり、下流側に配置される逆浸透膜の流路を閉塞する原
因となる微粒子を除去する。
【0019】プレフィルタ3により微粒子が除去された
原水は、1段目の逆浸透膜モジュール4に供給される。
この逆浸透膜モジュール4にはルーズ逆浸透膜が装填さ
れている。ルーズ逆浸透膜は原水中に含まれる1価イオ
ンの大半を透過し、2価以上のイオン(多価イオン)の
透過を阻止する。具体的には、Na、K、Cl、あるい
はHCO3 といった1価イオンの20〜80%が透過さ
れ、Al、Fe、Caといった多価金属イオンの80%
以上の透過が阻止される。また、ルーズ逆浸透膜の溶存
シリカの阻止率は30%以下である。
【0020】このように、ルーズ逆浸透膜は、シリカの
スケーリングを助長する多価金属イオンの大部分を逆浸
透膜モジュール4の濃縮側に保持し、配管5を通して系
外へ排出する。また、透過水は配管6を通り2段目の逆
浸透膜モジュール7へ供給される。
【0021】2段目の逆浸透膜モジュール7には、供給
される水質に見合った阻止性能を有する逆浸透膜が用い
られている。具体的には、イオン阻止率が90%以上
で、溶存シリカの阻止率が90%以上の性能を有する逆
浸透膜が用いられている。この逆浸透膜を透過した透過
水は、大部分のイオンや溶存シリカが除去された精製水
となる。精製水は、配管10を通り使用場所へ運ばれ
る。また、2段目の逆浸透膜モジュール7の濃縮水は、
その一部が配管8を通ってポンプ2の吸い込み側に戻さ
れ、再度循環供給される。また、残りは配管9を通って
系外へ排水される。
【0022】この2段目の逆浸透膜モジュール7の濃縮
水側では溶存シリカの濃度が高くなるが、1段目の逆浸
透膜モジュール4により多価金属イオンが除去されてい
る。このために、逆浸透膜の膜面へのシリカのスケーリ
ングが抑制される。
【0023】なお、配管9は、2段目の逆浸透膜モジュ
ール7の濃縮水の濃度が過度に上昇するのを抑制するた
めに設けられている。図2は、本発明による逆浸透膜装
置の他の例を示す構成図である。図2に示すように、こ
の逆浸透膜装置では、2段目の逆浸透膜モジュール7の
みならず1段目の逆浸透膜モジュール4の濃縮水が配管
11を通してポンプ2の吸い込み側へ戻され、供給再循
環される方式が用いられている。また、図2中には逆浸
透膜モジュール4,7がそれぞれ1本示されているが、
複数本の逆浸透膜モジュールを組み合わせて用いてもよ
い。
【0024】図1および図2に示す逆浸透膜装置におい
て、逆浸透膜モジュール4,7として多数本の逆浸透膜
モジュールを用いる場合には図1に示す逆浸透膜装置が
好ましく、比較的少数の逆浸透膜モジュールを用いる場
合には図2に示す逆浸透膜装置が好ましい。
【0025】
【実施例】ここで、本発明の逆浸透膜装置において1段
目の逆浸透膜モジュールに日東電工株式会社製ルーズ逆
浸透膜NTR−7250を用い、2段目の逆浸透膜モジ
ュールに日東電工株式会社製の高阻止率逆浸透膜ES1
0を用い、下記の条件において逆浸透処理の試験を行っ
た。
【0026】
【表1】
【0027】この1段目のルーズ逆浸透膜(NTR−7
250)は多価イオン(MgSO4)の阻止率が99%
であり、1価イオン(NaCl)の阻止率が60%であ
り、さらに溶存シリカの阻止率が10%という性能を有
する。
【0028】また、比較例として、日東電工株式会社製
逆浸透膜ES10を用いて、下記の条件にて1段の逆浸
透膜を用いた逆浸透処理の試験を行った。
【0029】
【表2】
【0030】この逆浸透膜(ES10)は、多価イオン
(MgSO4 )の阻止率が99.6%であり、1価イオ
ン(NaCl)の阻止率が99.6%であり、さらに溶
存シリカの阻止率が99.6%という性能を有してい
る。
【0031】上記の試験結果を図3に示す。実施例およ
び比較例とも回収率85%で運転した結果、比較例で
は、濃縮水中の溶存シリカ濃度が溶解度の2倍である2
50〜300mg/Lとなり、膜面にシリカスケールが
生成し、このために運転開始後数時間から200時間経
過時にわたって流束(Flux)保持率が急激に低下し
た。
【0032】これに対し、実施例では、2段目の逆浸透
膜モジュールへの供給水中の溶存シリカの濃度が溶解度
の2倍である250〜300mg/Lまで上昇したにも
かかわらず、シリカスケールの生成がほとんど見られ
ず、そのため流束保持率がほとんど低下しなかった。
【0033】以上の試験結果より、1段目の逆浸透膜に
より原水中の多価イオン濃度を低下させることにより2
段目の逆浸透膜の濃縮水側で溶存シリカの濃度が高めら
れた場合でも逆浸透膜の膜面にシリカスケールが発生す
ることを抑制することができることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による逆浸透膜装置の一例を示す構成図
である。
【図2】本発明による逆浸透膜装置の他の例を示す構成
図である。
【図3】本発明および比較例による逆浸透膜装置の流束
性能の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
3 プレフィルタ 4 1段目の逆浸透膜モジュール 7 2段目の逆浸透膜モジュール

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2の逆浸透膜を含み、被処
    理液を前記第1の逆浸透膜を用いて処理し、その透過液
    を前記第2の逆浸透膜を用いて処理する逆浸透膜装置に
    おいて、 前記第1の逆浸透膜は、前記第2の逆浸透膜よりも多価
    イオンの阻止率が高くかつ溶存シリカの阻止率が低い性
    能を有することを特徴とする逆浸透膜装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の逆浸透膜の多価イオンの阻止
    率が80%以上でかつ溶存シリカの阻止率が30%以下
    であることを特徴とする請求項1記載の逆浸透膜装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の逆浸透膜がルーズ逆浸透膜か
    らなることを特徴とする請求項1または2記載の逆浸透
    膜装置。
  4. 【請求項4】 被処理液を第1の逆浸透膜を用いて処理
    し、その透過液を第2の逆浸透膜を用いて処理する処理
    方法において、 前記第1の逆浸透膜として前記第2の逆浸透膜よりも多
    価イオンの阻止率が高くかつ溶存シリカの阻止率が低い
    性能を有する逆浸透膜を用いることを特徴とする逆浸透
    膜を用いた処理方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の逆浸透膜の多価イオンの阻止
    率が80%以上でかつ溶存シリカの阻止率が30%以下
    であることを特徴とする請求項4記載の逆浸透膜を用い
    た処理方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の逆浸透膜としてルーズ逆浸透
    膜を用いることを特徴とする請求項4または5記載の逆
    浸透膜を用いた処理方法。
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