JPWO2009119300A1 - Pretreatment method for separation by reverse osmosis membrane of treated water - Google Patents
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Abstract
従来よりもはるかに高流束で膜ろ過を行うことができ、しかも従来よりも確実に浮遊性物質及び有機物を分離除去して後段の逆浸透膜の負担を軽減することができる、逆浸透膜分離のための前処理方法を提供する。本発明の前処理方法は、被処理水にアルカリ剤を添加してpHを9.0以上に調整することにより、被処理水に溶解しておりスケールを形成する可能性のある成分を非溶解性物質として析出させ、そのアルカリ凝集操作によって生じた析出物の一部を沈降分離した後に、pH9.0以上の環境を維持したまま凝集剤を添加して残存する析出物を凝集核とするフロックを形成させたうえ、耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体を用いてろ過を行い、スケールを形成する可能性のある成分、浮遊性物質及び有機物を除去することを特徴とする。Reverse osmosis membranes that can perform membrane filtration at a much higher flux than conventional ones, and can reduce the burden of the reverse osmosis membranes by separating and removing floating substances and organic substances more reliably than before. A pretreatment method for separation is provided. In the pretreatment method of the present invention, by adding an alkali agent to the water to be treated and adjusting the pH to 9.0 or higher, the components that are dissolved in the water to be treated and may form a scale are not dissolved. Flocs, which are precipitated as an active substance, a part of the precipitate produced by the alkali flocculation operation is settled and separated, and a flocculant is added while maintaining an environment of pH 9.0 or higher, and the remaining precipitate is a flocculated nucleus. In addition, filtration is performed using an alkali-resistant and acid-resistant filter to remove components, floating substances, and organic substances that may form scales.
Description
本発明は、海水その他の被処理水を逆浸透膜で膜ろ過する際に使用される被処理水の前処理方法に関するものである。 The present invention relates to a pretreatment method for water to be used for membrane filtration of seawater or other water to be treated with a reverse osmosis membrane.
海水その他の被処理水を逆浸透膜で膜ろ過する際には、その前段に精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜が設置されるのが一般的である。しかし、被処理水を精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜に無処理のまま通水すると、被処理水に溶解しておりスケールを形成する可能性のあるカルシウム及びマグネシウム等や、浮遊性物質や、有機物によって精密ろ過膜や限外ろ過膜が短時間で閉塞してしまい、連続膜ろ過運転が行えなくなる。そこで、精密ろ過膜や限外ろ過膜の前段でこれらを予め除去し、精密ろ過膜や限外ろ過膜の負担を軽減することが行われている。 When membrane-treating seawater or other treated water with a reverse osmosis membrane, a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane is generally installed in the preceding stage. However, if the treated water is passed through the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane without treatment, calcium and magnesium, etc. that are dissolved in the treated water and may form scale, floating substances, Microfiltration membranes and ultrafiltration membranes are clogged in a short time by organic substances, and continuous membrane filtration operation cannot be performed. Therefore, these are removed in advance before the microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane to reduce the burden on the microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane.
例えば、特開平9−248429号公報には、海水にアルカリを添加してpHを9程度まで上げ、スケールを形成する可能性のある成分を炭酸塩等の非溶解物質として析出させ、析出した非溶解物質を中空糸状の有機材料製精密ろ過膜によって分離除去する前処理方法が開示されている。しかし、有機膜は膜面強度が低いために膜ろ過流束をあまり高めることができず、有機膜を用いたろ過における実用的な流束は2m3/m2/日以下である。このため、処理水量を確保するためには膜面積を大きくする必要があった。For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-248429, alkali is added to seawater to raise the pH to about 9, and components that may form scales are precipitated as insoluble substances such as carbonates. A pretreatment method is disclosed in which a dissolved substance is separated and removed by a microfiltration membrane made of a hollow fiber organic material. However, since the membrane strength of the organic membrane is low, the membrane filtration flux cannot be increased so much, and the practical flux in filtration using the organic membrane is 2 m 3 / m 2 / day or less. For this reason, in order to secure the amount of treated water, it was necessary to increase the membrane area.
また有機膜は耐酸性に劣るため、膜面に付着した膜ファウリングの原因物質を酸洗浄する場合に、強酸中への膜の浸漬による短時間での洗浄をすることができず、弱酸溶液中へ膜を長時間浸漬して洗浄する必要があるという問題があった。 In addition, since the organic film is inferior in acid resistance, when cleaning the causative substance of film fouling adhering to the film surface, it cannot be cleaned in a short time by immersing the film in strong acid, and the weak acid solution There was a problem that it was necessary to wash the film by immersing it in it for a long time.
この他、特開2000−24673号公報には、晶析反応槽と被処理水導入槽とを備える流動式カルシウム除去装置に海水を導いてアルカリを加え、晶析反応槽においてカルシウム除去を行い、その後、凝集槽において凝集沈殿を行ったうえで砂ろ過装置において固液分離する、海水の逆浸透膜による分離のための前処理方法が開示されている。この特開2000−24673号公報の方法では固液分離手段として砂ろ過装置を使用しているため、ろ過の対象となる粒子の粒子径が精密ろ過膜及び限外ろ過膜に比べて大きく、且つ、砂ろ過装置の使用により前処理設備が大型化するという問題があった。 In addition, JP 2000-24673 A introduces seawater to a fluidized calcium removal apparatus equipped with a crystallization reaction tank and a treated water introduction tank, adds alkali, and removes calcium in the crystallization reaction tank. Thereafter, a pretreatment method for separation of seawater with a reverse osmosis membrane is disclosed, in which after coagulation precipitation is performed in a coagulation tank, solid-liquid separation is performed in a sand filtration device. Since the sand filtration device is used as the solid-liquid separation means in the method of JP-A-2000-24673, the particle size of the particles to be filtered is larger than that of the microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane, and There has been a problem that the use of a sand filter increases the size of the pretreatment equipment.
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、従来よりもはるかに高流束で膜ろ過を行うことができ、しかも従来よりも確実に浮遊性物質及び有機物を分離除去して後段の逆浸透膜の負担を軽減することができる、逆浸透膜分離のための前処理方法を提供することである。なお、逆浸透膜分離は、海水淡水化をはじめ、各種用途に利用することができる。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, perform membrane filtration at a much higher flux than before, and separate and remove floating substances and organic substances more reliably than before. Then, it is providing the pre-processing method for reverse osmosis membrane separation which can reduce the burden of a reverse osmosis membrane of a back | latter stage. The reverse osmosis membrane separation can be used for various purposes including seawater desalination.
上記の課題を解決するためになされた本発明の被処理水の逆浸透膜分離のための前処理方法は、被処理水にアルカリ剤を添加してpHを9.0以上に調整することにより、前記被処理水に溶解しておりスケールを形成する可能性のある成分を非溶解性物質として析出させ、そのアルカリ凝集操作によって生じた析出物の一部を沈降分離した後に、pH9.0以上の環境を維持したまま凝集剤を添加して残存する析出物を凝集核とするフロックを形成させたうえ、耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体を用いてろ過を行い、スケールを形成する可能性のある成分、浮遊性物質及び有機物を除去することを特徴とするものである。このように、被処理水(例えば海水)のpHを9.0以上にまで高めてアルカリ凝集を行えば、被処理水に含まれているカルシウム及びマグネシウム等のスケールを形成する可能性のある成分の一部が非溶解化(析出)する。そして、アルカリ凝集後の被処理水に対してpHが9.0以上の環境で凝集機能を発揮する凝集剤を添加すれば、アルカリ凝集操作で発生した微細粒子を凝集核としてフロックが形成される。ここで、この凝集剤を用いた凝集工程においては、被処理水中の浮遊性物質及び有機物もフロック中に取り込まれて除去される。即ち、本発明の前処理方法によれば、カルシウム及びマグネシウムと共に、浮遊性物質や、有機物も被処理水から除去される。従って、凝集工程の後段のろ過体におけるろ過抵抗を低減することができる。また、この前処理方法によれば、被処理水からカルシウム、マグネシウム、浮遊性物質および有機物を除去して、ろ過体の後段の逆浸透膜の負担を軽減することが可能となる。なお、本発明において、「アルカリ凝集」とは、アルカリ凝析とも称されることがある操作であり、アルカリ剤を添加してカルシウムおよびマグネシウムを析出させることを指す。また、本発明において、単に「凝集」というときは、凝集剤を用いてフロックを形成することを指す。更に、本発明において、ろ過体とは、孔径が2nm以上10μm以下の膜製または非膜製のろ材を指し、ろ過膜をも含む概念である。 The pretreatment method for reverse osmosis membrane separation of the water to be treated according to the present invention made to solve the above-mentioned problems is performed by adding an alkaline agent to the water to be treated and adjusting the pH to 9.0 or more. The components dissolved in the water to be treated and capable of forming scales are precipitated as insoluble substances, and a part of the precipitates produced by the alkali agglomeration operation is settled and separated, and then the pH is 9.0 or more. The flocs are formed by adding the flocculant while maintaining the environment, and using the remaining precipitates as agglomeration nuclei, followed by filtration using an alkali-resistant and acid-resistant filter body to form a scale. It is characterized by removing certain components, floating substances and organic substances. Thus, if the pH of the water to be treated (for example, seawater) is increased to 9.0 or higher and alkali agglomeration is performed, components that may form scales such as calcium and magnesium contained in the water to be treated A part of is dissolved (precipitated). And if the flocculant which exhibits a coagulation function in the environment where pH is 9.0 or more with respect to the to-be-processed water after alkali aggregation is added, a floc will be formed for the fine particle which generate | occur | produced by alkali aggregation operation as an aggregation nucleus. . Here, in the flocculation process using this flocculating agent, the floating substances and organic substances in the water to be treated are also taken into the floc and removed. That is, according to the pretreatment method of the present invention, floating substances and organic substances are removed from the water to be treated together with calcium and magnesium. Therefore, it is possible to reduce the filtration resistance in the subsequent filter body in the aggregation step. In addition, according to this pretreatment method, it is possible to remove calcium, magnesium, floating substances and organic substances from the water to be treated, and to reduce the burden on the reverse osmosis membrane in the subsequent stage of the filter body. In the present invention, “alkaline aggregation” is an operation sometimes referred to as alkali coagulation, which means adding an alkali agent to precipitate calcium and magnesium. In the present invention, the term “aggregation” simply refers to forming flocs using a flocculant. Furthermore, in the present invention, a filter refers to a membrane or non-membrane filter medium having a pore diameter of 2 nm or more and 10 μm or less, and is a concept including a filtration membrane.
本発明の被処理水の逆浸透膜分離のための前処理方法においては、前記耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体が、セラミック製ろ過体であって、6m3/m2/日以上の流束で膜ろ過することが好ましい。有機性のろ過体に比べて膜面強度が高く、強靭なセラミック製ろ過体を耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体として用いれば、膜ろ過流束を6m3/m2/日以上とすることができるからである。そして、膜ろ過流束を高めることによって、アルカリ凝集および凝集剤を用いた凝集の後のろ過に必要な膜面積を有機膜に比較して小さくすることができ、前処理設備をより小型化することが可能となるからである。
なお、本発明において、膜ろ過流束を6m3/m2/日以上に高めた場合であっても、従来の有機膜が実現している逆浸透膜への前処理水の水質(SDI=3.0)を達成することは可能である。なお、SDIは“Silt Density Index”の頭文字であり、水中に分散している微細粒子量を表す指標である。因みに、SDIは、ASTM(Standard Test Method for Silt Density Index of Water D4189−95)に従い測定することができる。具体的には、以下の計算式を用いてSDIを算出することができる。
SDI15=(1−T0 /T15)×100/15
T0 :孔径0.45μm、直径47mmのメンブレンフィルターを用いて圧力206kPaで試料をろ過した際に初期の試料500mlをろ過するのに要する時間(秒)
T15:ろ過を15分継続した後、更に試料500mlをろ過するのに要する時間(秒)
ここで、一般に、SDIの大きい被処理水はろ過抵抗が大きくなる傾向を示し、精密ろ過膜等の閉塞をより早期にもたらすことが知られている。なお、海水や下水などを前処理した後に逆浸透膜へ供給する場合、逆浸透膜への供給水のSDI値は4以下であることが好ましいとされている。In the pretreatment method for reverse osmosis membrane separation of the water to be treated according to the present invention, the alkali-resistant and acid-resistant filter is a ceramic filter, and has a flux of 6 m 3 / m 2 / day or more. It is preferable to filter with a membrane. Membrane filtration flux may be 6 m 3 / m 2 / day or more if a strong ceramic filter body is used as an alkali and acid resistant filter body compared to organic filter bodies. Because it can. And by increasing the membrane filtration flux, the membrane area required for filtration after alkali flocculation and flocculation using a flocculating agent can be reduced compared to organic membranes, and the pretreatment equipment can be made more compact Because it becomes possible.
In the present invention, even when the membrane filtration flux is increased to 6 m 3 / m 2 / day or more, the quality of the pretreated water (SDI = SDI = to the reverse osmosis membrane realized by the conventional organic membrane) It is possible to achieve 3.0). SDI is an acronym for “Silt Density Index” and is an index representing the amount of fine particles dispersed in water. Incidentally, SDI can be measured according to ASTM (Standard Test Method for Silent Density Index of Water D4189-95). Specifically, the SDI can be calculated using the following calculation formula.
SDI 15 = (1-T 0 / T 15 ) × 100/15
T 0 : Time (seconds) required to filter 500 ml of the initial sample when the sample is filtered at a pressure of 206 kPa using a membrane filter having a pore diameter of 0.45 μm and a diameter of 47 mm
T 15 : The time (seconds) required to filter 500 ml of the sample after 15 minutes of filtration
Here, it is generally known that water to be treated with a large SDI tends to increase the filtration resistance, and that the microfiltration membrane and the like are blocked earlier. In addition, when supplying seawater, sewage, etc. to a reverse osmosis membrane after pre-processing, it is preferable that the SDI value of the supply water to a reverse osmosis membrane is 4 or less.
本発明の被処理水の逆浸透膜による分離のための前処理方法おいては、前記耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体の膜差圧上昇を伴ったファウリングに対して、pH2以下の酸で前記ろ過体の酸洗浄を行うことが好ましい。pH2以下の強酸、例えば塩酸を用いてろ過体の酸洗浄を行うことより、ろ過体のろ過面に蓄積したスケールや、鉄系のファウリング物質を速やかに溶出させることができるからである。そして、スケールやファウリング物質を速やかに溶出させることにより、酸洗浄に要する時間を短縮し、前処理設備の稼働率を高めることが可能となるからである。なお、本発明を構成するろ過体は、耐酸性を有するため、pH2以下の強酸による酸洗浄によってろ過体が損傷することはない。 In the pretreatment method for separation by the reverse osmosis membrane of the water to be treated of the present invention, an acid having a pH of 2 or less is used against fouling accompanied by an increase in membrane pressure difference of the alkali-resistant and acid-resistant filter. It is preferable to perform acid cleaning of the filter body. This is because by performing acid cleaning of the filter using a strong acid having a pH of 2 or less, such as hydrochloric acid, scales accumulated on the filter surface of the filter and iron-based fouling substances can be quickly eluted. And by eluting scales and fouling substances promptly, it is possible to shorten the time required for acid cleaning and increase the operating rate of the pretreatment equipment. In addition, since the filter body which comprises this invention has acid resistance, a filter body is not damaged by the acid washing by strong acid below pH2.
本発明の被処理水の逆浸透膜による分離のための前処理方法おいては、前記凝集剤として塩化第二鉄を用いることが好ましい。pHが9.0〜11のアルカリ領域において高い凝集効果を発揮する塩化第二鉄を凝集剤として用いれば、アルカリ凝集の結果生じた析出物を凝集核として、浮遊性物質および有機物を効率よくフロック化することができるからである。 In the pretreatment method for separation by the reverse osmosis membrane of the water to be treated of the present invention, it is preferable to use ferric chloride as the flocculant. If ferric chloride, which exhibits a high coagulation effect in an alkaline region with a pH of 9.0-11, is used as the coagulant, precipitates generated as a result of alkali coagulation are used as coagulation nuclei to effectively float floating substances and organic substances. It is because it can be made.
そして、本発明の被処理水の逆浸透膜による分離のための前処理方法おいては、前記アルカリ凝集操作を、上向流式の接触手法を用いて行うことが好ましい。被処理水およびアルカリ剤を上向流で流す上向流式を用いて、アルカリ剤、アルカリ凝集した核粒子および被処理水を接触させれば、被処理水より比重の大きいアルカリ剤および核粒子が、比重の小さい被処理水(例えば海水)の中で分散する。従って、下向流でアルカリ剤、凝集した核粒子および被処理水を接触させる場合に比べ接触効率を上げることができるからである。 In the pretreatment method for separation by the reverse osmosis membrane of the water to be treated according to the present invention, it is preferable to perform the alkali aggregation operation using an upward flow contact method. Using an upward flow method in which the water to be treated and the alkaline agent flow upward, the alkali agent and the nuclear particles having a specific gravity greater than that of the water to be treated are brought into contact with the alkaline agent, the alkali-aggregated core particles and the water to be treated. However, it disperse | distributes in to-be-processed water (for example, seawater) with small specific gravity. Therefore, the contact efficiency can be increased as compared with the case where the alkali agent, the agglomerated core particles, and the water to be treated are brought into contact in a downward flow.
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明にかかる被処理水の逆浸透膜分離のための前処理方法の一例は、図1に示すように、アルカリ凝集装置1を用いるアルカリ凝集工程と、凝集混和槽2を用いる凝集工程と、耐アルカリ性および耐酸性を有するろ過体(セラミック膜)3を用いる膜ろ過工程とからなる。Preferred embodiments of the present invention are shown below.
An example of a pretreatment method for reverse osmosis membrane separation of water to be treated according to the present invention includes, as shown in FIG. 1, an alkali flocculation step using an alkali flocculation device 1, a flocculation step using a
ここで、この前処理方法の一例で処理される被処理水としては、海水を挙げることができる。海水は、pHが8前後で、Ca2+濃度が20meq/L程度の硬度が高い水である。Here, seawater can be mentioned as the to-be-processed water processed by an example of this pre-processing method. Seawater is water having a high hardness of about pH 8 and a Ca 2+ concentration of about 20 meq / L.
アルカリ凝集装置1では、被処理水(海水)の導入とアルカリ剤の注入をおこない、海水とアルカリ剤とが混合される。本実施形態におけるアルカリ凝集装置1では、被処理水としての海水の導入がアルカリ凝集装置1の下部で行われ、アルカリ剤の注入がアルカリ凝集装置1の上部で行われる。このアルカリ凝集装置1では、上向流式の接触手法を用いて海水とアルカリ剤とが混合される。すなわち、アルカリ凝集装置1の内部では、下部から押し出してくる海水と、上部から沈降しようとする比重の大きいアルカリ剤とが効率よく接触する。 In the alkali aggregating apparatus 1, water to be treated (seawater) is introduced and an alkali agent is injected, and seawater and the alkali agent are mixed. In the alkali flocculation apparatus 1 according to the present embodiment, the introduction of seawater as water to be treated is performed at the lower part of the alkali flocculation apparatus 1, and the alkali agent is injected at the upper part of the alkali flocculation apparatus 1. In the alkali aggregating apparatus 1, seawater and an alkaline agent are mixed using an upward flow contact method. That is, in the alkali aggregating apparatus 1, seawater extruded from the lower part and an alkaline agent having a large specific gravity to be settled from the upper part efficiently come into contact with each other.
アルカリ剤としては、NaOHや、消石灰Ca(OH)2や炭酸ナトリウム(Na2CO3)などを用いることができる。アルカリ剤としてNaOHを使用した場合、以下の反応により炭酸カルシウムの結晶が生ずる。
Ca(HCO3)2+NaOH→CaCO3↓+NaHCO3+H2O
このようにして炭酸カルシウムが結晶化するのは、pHが上昇したことにより炭酸カルシウムの溶解度が低下し、過飽和となって海水中の溶存態カルシウムの一部が非溶解化するためである。なお、本発明では、被処理水に対して、このような反応を起こさせるための処理操作をアルカリ凝集操作と称している。ここで、アルカリ凝集装置1における被処理水とアルカリ剤との混合方式としては、上記上向流式以外にも、多段の迂流壁を設けた水流撹拌方式や、装置内に撹拌羽根などの撹拌手段を設ける機械撹拌方式を用いても良い。As the alkaline agent, NaOH, slaked lime Ca (OH) 2 , sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), or the like can be used. When NaOH is used as the alkaline agent, calcium carbonate crystals are formed by the following reaction.
Ca (HCO 3 ) 2 + NaOH → CaCO 3 ↓ + NaHCO 3 + H 2 O
The reason why calcium carbonate crystallizes in this way is that the solubility of calcium carbonate decreases due to an increase in pH and becomes supersaturated, and a part of dissolved calcium in seawater becomes insoluble. In the present invention, a treatment operation for causing such a reaction to the treated water is referred to as an alkali agglomeration operation. Here, as a mixing method of the water to be treated and the alkaline agent in the alkali aggregating apparatus 1, in addition to the upward flow method, a water flow stirring method in which a multistage bypass wall is provided, a stirring blade or the like in the device, and the like. You may use the mechanical stirring system which provides a stirring means.
アルカリ凝集装置1におけるアルカリ剤の添加量は、アルカリ凝集装置1からの流出水のpHが9.0以上となるようにする。流出水のpHが9.0未満の場合、アルカリ凝集装置1におけるカルシウム及びマグネシウムなどの析出および凝集が不十分となり、海水のような硬度が高い被処理水中に溶存しているカルシウムやマグネシウムが過飽和状態のままアルカリ凝集装置1および凝集混和槽2の後段のろ過体に到達することとなる。従って、流出水のpHが9.0未満であれば、ろ過体自身、或いは、アルカリ凝集装置とろ過体との間の導水部においてスケールが形成される可能性が高くなり、長時間に亘り継続的に被処理水を前処理することが困難となるからである。
The addition amount of the alkaline agent in the alkali flocculation apparatus 1 is set so that the pH of the effluent from the alkali flocculation apparatus 1 is 9.0 or more. When the pH of the effluent water is less than 9.0, precipitation and flocculation of calcium and magnesium in the alkali flocculation apparatus 1 become insufficient, and calcium and magnesium dissolved in water to be treated having high hardness such as seawater are supersaturated. The alkali flocculation apparatus 1 and the flocculation /
そして、この前処理方法の一例では、アルカリ凝集装置1でのアルカリ凝集によってpHが9.0以上とされた被処理水が凝集混和槽2に流下する。従って、凝集混和槽2では、この環境で凝集効果を発揮する凝集剤が被処理水に添加される。このような凝集剤としては、例えば塩化第二鉄が用いられる。
In this example of the pretreatment method, the water to be treated whose pH is set to 9.0 or more by alkali aggregation in the alkali aggregation apparatus 1 flows down to the
凝集剤が添加された被処理水を凝集混和槽2で緩速撹拌すると、アルカリ凝集装置1でのアルカリ凝集によって析出した微細粒子を凝集核とするフロックが形成される。この際、被処理水中の浮遊性物質や有機物などがフロック中に取り込まれる。なお、海水は濁度が低いため、直接凝集剤を注入しても十分な凝集効果は得られない。従って、本発明のように凝集工程の前段でアルカリ凝集を行って凝集核を形成しておくことが有効である。
When the water to be treated to which the flocculant is added is slowly stirred in the
凝集混和槽2を経た被処理水は、耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3に送られ、膜ろ過される。この耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3としては、例えば膜孔径が0.1μmのセラミック製モノリス膜を用いることができる。ここで、ろ過体3の膜形状は必ずしもモノリス膜に限定されるものではなく、平膜であってもチューブラー膜であってもよい。そして、この耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3によって浮遊性物質及び有機物などが膜分離される。なお、ろ過体3でのろ過により得られる膜ろ過水は、SDIが3.0程度であり、逆浸透膜に供給することができるものである。
The water to be treated that has passed through the flocculation /
耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3へ流入する流入水は、アルカリ凝集装置1におけるアルカリ凝集工程と、凝集混和槽2における凝集工程とによりある程度硬度が低減されているが、まだスケールを発生させる成分が残存している状態であり、アルカリ性である。従って、上記流入水の膜ろ過によって耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3のろ過面に炭酸カルシウム等のスケールが形成されることを避けられない。このため、ろ過運転を継続すると、耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3の膜面には、このスケール形成に由来するものと、凝集混和槽2での塩化第二鉄の添加により形成された凝集物(フロック)に由来するものとがファウリング物質として次第に蓄積する。
The inflow water flowing into the alkali-resistant and acid-resistant filter body 3 has a hardness reduced to some extent by the alkali flocculation process in the alkali flocculation apparatus 1 and the flocculation process in the
そこで、耐アルカリ性かつ耐酸性のろ過体3は、ファウリング物質の蓄積による膜差圧の上昇に応じて定期的に酸洗浄される。この酸洗浄では、蓄積したファウリング物質を溶解させて除去する。前記したように、本発明で用いるろ過体3は耐酸性に優れるため、pH2以下の既知の強酸による酸洗浄を行っても膜劣化がない。従って、pH2以下の強酸を用いた酸洗浄により短時間で膜ファウリングを解消することができる。このように本発明によれば、膜差圧の上昇を速やかに回復しながら長期間にわたり安定した運転が可能である。即ち、本発明によれば、長期間、前処理水の水質が悪化することがない。 Therefore, the alkali-resistant and acid-resistant filter body 3 is periodically acid-washed in accordance with an increase in the membrane differential pressure due to accumulation of fouling substances. In this acid cleaning, accumulated fouling substances are dissolved and removed. As described above, since the filter body 3 used in the present invention is excellent in acid resistance, there is no film deterioration even when acid cleaning with a known strong acid having a pH of 2 or less is performed. Therefore, membrane fouling can be eliminated in a short time by acid cleaning using a strong acid having a pH of 2 or lower. Thus, according to the present invention, stable operation over a long period of time is possible while quickly recovering the increase in membrane differential pressure. That is, according to the present invention, the quality of the pretreated water does not deteriorate for a long time.
本発明にかかる被処理水の逆浸透膜分離のための前処理方法に用いる前処理装置の第1実施形態を図2に示す。 FIG. 2 shows a first embodiment of a pretreatment apparatus used in a pretreatment method for reverse osmosis membrane separation of water to be treated according to the present invention.
この第1実施形態の前処理装置は、凝集分離装置10と、ろ過体22とを備える。そして、この前処理装置で処理された水(前処理水)は、図示しない逆浸透膜でろ過されて透過水と濃縮水とに分離される。
The pretreatment device of the first embodiment includes a coagulation /
ここで、この前処理装置で処理される被処理水としては、例えば海水やかん水等の全硬度濃度が300mg/L(CaCO3換算濃度)以上の高硬度水が挙げられる。なお、全硬度濃度は、JIS K0101に準拠して、ICP発光分光分析法を用いて水中のカルシウムおよびマグネシウム濃度の総和を算出することにより求めることができる。Here, as the water to be treated to be treated by this pretreatment device, for example, high-hardness water having a total hardness concentration of 300 mg / L (CaCO 3 equivalent concentration) or more, such as seawater or brine. The total hardness concentration can be determined by calculating the sum of calcium and magnesium concentrations in water using ICP emission spectroscopic analysis in accordance with JIS K0101.
凝集分離装置10は円筒状で、アルカリ凝集槽11と、アルカリ凝集槽11の上方に設けられた凝集沈降槽12と、アルカリ凝集槽11と凝集沈降槽12との間を被処理水が流通可能なように仕切る仕切り板15とを備える。なお、本実施形態において、アルカリ凝集槽11は上記一例のアルカリ凝集装置1に相当し、凝集沈降槽12は上記一例の凝集混和槽2に相当する。
The aggregating and separating
アルカリ凝集槽11には、被処理水注入手段としての被処理水流入口13と、アルカリ剤注入手段としてのアルカリ注入口14とが設けられている。そして、アルカリ凝集槽11では、被処理水流入口13から流入した被処理水と、アルカリ注入口14を介して注入されたアルカリ剤とが接触し、上向流で水流撹拌される。すなわち、上向流式の接触手法が実現されている。従って、アルカリ凝集槽11では、被処理水のpHが上昇して、被処理水中のカルシウム及びマグネシウムが白濁物質(炭酸塩または水酸化物)として析出する。ここで、アルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等を用いることができる。また、アルカリ剤の注入量は、凝集分離装置10から流出する水のpHが9.0以上となるように既知の手段で調整することができる。なお、水流撹拌とは、撹拌機等を用いて機械的に撹拌するのではなく、装置に流入する水の流れ(水流)自体を用いて撹拌することを指す。具体的には、槽内の水理学的な乱れの指標であるレイノルズ数が10000以上となるように、被処理水およびアルカリ剤の設計流入量に対して槽の断面積を設定することで、水流撹拌を実現することができる。このようにすれば、撹拌装置を用いない簡易な構成の装置で高硬度原水膜ろ過の前処理を行うことができる。
The
仕切り板15は、凝集沈降槽12側に突出する複数のノズル16を有している。そして、ノズル16を通って、被処理水と、アルカリ凝集槽11で析出した白濁物質とがアルカリ凝集槽11から凝集沈降槽12へと流れる。
The
凝集沈降槽12の上部には、凝集剤注入手段としての凝集剤注入口18と、被処理水流出口と、撹拌機21とが設けられており、凝集沈降槽12の下部には、排泥手段としての汚泥排出口20が設けられている。そして、この凝集沈降槽12の上部では、アルカリ凝集槽11から流入した被処理水および白濁物質の混合物に対し、塩化第二鉄などの凝集剤が、例えば濃度が1〜6mg/L(鉄換算)となるように添加、混合される。従って、アルカリ凝集槽11から流入した白濁物質は、凝集沈降槽12の下部から上部まで流れ、上部で添加された凝集剤と接触してフロックを形成するが、一部の白濁物質は上部まで流れる間に沈降分離する。なお、このフロック形成過程においては、被処理水中に含まれている浮遊性物質及び有機物もフロック中に取り込まれる。
In the upper part of the
凝集剤の添加により形成したフロックの一部は凝集沈降槽12内を沈降し、凝集沈降槽12の下部から上部まで流れる間に沈降した白濁物質と共に仕切り板15上の集積部17に集積される。そして、集積されたフロックおよび白濁物質は、排泥手段としての汚泥排出口20より定期的に引き抜かれる。具体的には、汚泥排出口20の後段側に設けた仕切り弁(図示せず)の間欠的な開閉、或いは、連続的な開放により適宜排出することができる。なお、排泥は、水頭差を用いて行ってもよいし、排水ポンプを用いて行ってもよい。
A part of the floc formed by adding the flocculant settles in the
そして、凝集沈降槽12の上部の被処理水流出口から流出した被処理水およびフロックは、凝集分離装置10の後段に設けられたろ過体22でろ過される。従って、凝集分離装置10での沈降分離およびろ過体22でのろ過により、スケールを形成する可能性のある成分(カルシウムおよびマグネシウム)、浮遊性物質及び有機物を除去した前処理水を得ることができる。なお、ろ過体22としては、例えば、耐アルカリ性且つ耐酸性の精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を用いることができる。
And the to-be-processed water and floc which flowed out from the to-be-processed water outflow port of the upper part of the
次に、本発明にかかる被処理水の逆浸透膜分離のための前処理方法に用いる前処理装置の第2実施形態を図3に示す。 Next, FIG. 3 shows a second embodiment of a pretreatment apparatus used in a pretreatment method for reverse osmosis membrane separation of water to be treated according to the present invention.
この第2実施形態の前処理装置は、アルカリ凝集槽と凝集混和槽とを有する凝集分離槽30と、ろ過体36とを備える。そして、この前処理装置で処理された水(前処理水)は、図示しない逆浸透膜でろ過されて透過水と濃縮水とに分離される。
The pretreatment device of the second embodiment includes a flocculation /
凝集分離槽30は、被処理水貯槽31と、アルカリ凝集槽32と、凝集混和槽33とからなり、被処理水貯槽31とアルカリ凝集槽32、アルカリ凝集槽32と凝集混和槽33はそれぞれ下部で連通している。従って、凝集分離槽30に流入した被処理水は、被処理水貯槽31に貯水された後、被処理水貯槽31の下部からアルカリ凝集槽32へと流入する。なお、本実施形態において、アルカリ凝集槽32は上記一例のアルカリ凝集装置1に相当し、凝集混和槽33は上記一例の凝集混和槽2に相当する。
The flocculation /
本実施形態におけるアルカリ凝集槽32は、攪拌機34を備える。そして、アルカリ凝集槽32では、例えば水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が被処理水に添加され、撹拌機34で被処理水およびアルカリ剤が混合される。これにより、被処理水のpHが上昇して、被処理水中のカルシウム及びマグネシウムが白濁物質(炭酸塩または水酸化物)として析出する。ここで、アルカリ剤の注入量は、凝集分離槽30から流出する水のpHが9.0以上となるように既知の手段で調整することができる。
The alkali flocculation tank 32 in this embodiment includes a
そして、アルカリ凝集槽32で析出した白濁物質の一部はアルカリ凝集槽32内で沈降して分離される。一方、アルカリ凝集槽32内で沈降しなかった白濁物質と、被処理水とは、アルカリ凝集槽32の下部から凝集混和槽33へと流入する。 A part of the cloudy substance precipitated in the alkali flocculation tank 32 is settled and separated in the alkali flocculation tank 32. On the other hand, the cloudy substance that has not settled in the alkali coagulation tank 32 and the water to be treated flow into the coagulation mixing tank 33 from the lower part of the alkali coagulation tank 32.
凝集混和槽33では、アルカリ凝集槽32から流入した被処理水および白濁物質に対し、塩化第二鉄などの凝集剤が添加され、撹拌機35で被処理水、白濁物質および凝集剤が混合される。そして、白濁物質は凝集剤の添加により凝集してフロックを形成する。なお、このフロック形成過程においては、被処理水中に含まれている浮遊性物質及び有機物もフロック中に取り込まれる。
In the agglomeration mixing tank 33, a coagulant such as ferric chloride is added to the water to be treated and the cloudy substance flowing from the alkali coagulation tank 32, and the water to be treated, the cloudy substance and the flocculant are mixed by the
そして、凝集混和槽33から流出した被処理水およびフロックは、凝集分離槽30の後段に設けられたろ過体36でろ過される。このように、アルカリ凝集槽32での沈降分離およびろ過体36でのろ過により、スケールを形成する可能性のある成分(カルシウムおよびマグネシウム)、浮遊性物質及び有機物を除去した前処理水を得ることができる。なお、ろ過体36としては、例えばセラミック製の膜を用いることができる。
And the to-be-processed water and floc which flowed out from the aggregation mixing tank 33 are filtered with the
ここで、上述した第1実施形態および第2実施形態の前処理装置では、ろ過体として耐酸性を有する膜を使用しているので、ろ過体が目詰まりを起こした場合には、pH2以下の強酸で洗浄することができる。即ち、第1実施形態および第2実施形態の前処理装置では、短時間でファウリングを解消することができる。 Here, in the pretreatment apparatus of the first embodiment and the second embodiment described above, a membrane having acid resistance is used as the filter body. Therefore, when the filter body is clogged, the pH is 2 or less. Can be washed with strong acid. That is, in the pretreatment devices of the first and second embodiments, fouling can be eliminated in a short time.
[実施例1]
図2に示す前処理装置を用いてpH8前後の海水を処理した。具体的には、図2の凝集分離装置10に海水を線速度10m/hr以上の上向流で流すと共に、海水にアルカリ剤としてNaOHを添加した。そして、アルカリ剤添加後の海水のpHが9.0以上となる条件でアルカリ凝集を行った。その後、アルカリ凝集槽11を経て凝集沈降槽12に導入された海水(全溶解成分(TDS)濃度3.5%)に、凝集剤として塩化第二鉄を1〜6mg/L(鉄の換算値として)の割合で添加した。更に、凝集剤を添加した海水を膜孔径が0.1μmのセラミック製モノリス膜3(精密ろ過セラミック膜)でろ過した。その際のろ過流束は6〜8m3/m2/日であり、2000時間後も100KPaを超える差圧の上昇はみられなかった。なお、TDSは、試料(海水)を110℃で熱して水分を取り除いた際の残留物の重量を計測することにより求めることができる。[Example 1]
Seawater having a pH of around 8 was treated using the pretreatment apparatus shown in FIG. Specifically, seawater was caused to flow through the coagulation /
[実施例2]
図3に示す装置を用い、アルカリ凝集操作後のpHを変化させて海水を処理した。具体的には、海水を膜ろ過流束7m3/m2/日で処理するにあたり、アルカリ凝集後のpHを7.8にした場合と、9.5にした場合について膜間差圧の変化を測定した。なお、凝集剤には実施例1と同様のものを用いた。また、膜間差圧は膜の一次側と二次側の操作圧力を圧力計で測定し、その差を算出することにより求めた。結果を図4に示す。[Example 2]
Using the apparatus shown in FIG. 3, seawater was treated by changing the pH after the alkali flocculation operation. Specifically, when seawater is treated with a membrane filtration flux of 7 m 3 / m 2 / day, the change in transmembrane pressure difference between the case where the pH after alkali aggregation is 7.8 and the case where it is 9.5. Was measured. The same flocculant as that used in Example 1 was used. The transmembrane pressure difference was determined by measuring the operating pressure on the primary side and the secondary side of the membrane with a pressure gauge and calculating the difference. The results are shown in FIG.
その結果、pH9.5とした方が膜間差圧の上昇が少なく、前処理を長時間連続して行えることがわかった。 As a result, it was found that when the pH was adjusted to 9.5, the increase in the transmembrane pressure difference was small and the pretreatment could be performed continuously for a long time.
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