JPWO2019188138A1 - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>酸化性物質を含む被処理水にスケール抑制剤を添加し、加圧供給手段によって逆浸透膜モジュールに加圧供給し、前記被処理水を濃縮水と透過水とに分離処理する水処理方法であって、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける前記被処理水の供給時間t[分]が、以下の条件(1)を満たすことを特徴とする水処理方法。
条件(1) t≧5
n[分]以上であることを特徴とする、前記<1>に記載の水処理方法。
条件(2) COXおよびCASが0.01以上である場合
t2=40000×COx÷CAS
条件(3) CASが0.01以上であり、かつCOXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たす場合
t3=400÷CAS
条件(4) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN>6.6である場合
t4=COX×TN×3650÷CAS
条件(5) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN≦6.6である場合
t5=COX×TP×550÷CAS
条件(6) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN>6.6である場合
t6=40×TN÷CAS
条件(7) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN≦6.6である場合
t7=5.5×TP÷CAS
条件(8) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC>10.3である場合
t8=COX×TOC×2200÷CAS
条件(9) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t9=COX×TP×550÷CAS
条件(10) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC>10.3である場合
t10=22×TOC÷CAS
条件(11) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t11=5.5×TP÷CAS
<5>前記供給時間調整手段は供給時間調整要素を備え、前記供給時間tの調整に際し、前記供給時間調整要素の数、前記供給時間調整要素の内容積、および前記供給時間調整要素として備える槽内に貯留される被処理水の量または水位のうちのいずれか1つを調整することを特徴とする、前記<4>に記載の水処理方法。
<6>前記供給時間調整手段は供給時間調整要素を備え、前記供給時間tの調整に際し、前記供給時間調整要素および前記供給時間調整要素をバイパスするために備えられたバイパス手段のうちの少なくとも一方を用いて、前記スケール抑制剤添加点から前記被処理水供給点までの前記被処理水供給ラインにおける前記被処理水の流路を連続または断続的に切り替え、前記供給時間を調整することを特徴とする、前記<4>または<5>に記載の水処理方法。
<8>前記還元剤が、前記スケール抑制剤の添加から60秒以上経過した後に添加されるか、あるいは、前記スケール抑制剤の添加よりも60秒以上前に添加されることを特徴とする、前記<7>に記載の水処理方法。
<10>前記供給時間調整手段は、供給時間調整要素の2つ以上を、直列接続および並列接続のうちの少なくとも1つで接続したものであることを特徴とする、前記<9>に記載の水処理装置。
<11>前記被処理水の一部または全量をバイパスするために、前記供給時間調整要素の少なくとも1つをバイパスするためのバイパス手段を備えたことを特徴とする、前記<10>に記載の水処理装置。
<12>前記スケール抑制剤添加点と同じ位置または前記スケール抑制剤添加点より上流もしくは下流の還元剤添加点に還元剤添加手段を備えたことを特徴とする、前記<9>〜<11>のいずれか1つに記載の水処理装置。
<13>前記スケール抑制剤添加点と同じ位置または前記スケール抑制剤添加点より上流もしくは下流の殺菌剤添加点に殺菌剤添加手段を備えたことを特徴とする、前記<9>〜<12>のいずれか1つに記載の水処理装置。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける前記被処理水の供給時間t[分]が、以下の条件(1)を満たす。
条件(1) t≧5
また、本実施形態における水処理装置は、酸化性物質を含む被処理水を送液するための被処理水供給ラインと、前記被処理水供給ライン上のスケール抑制剤添加点において、前記被処理水にスケール抑制剤を添加するスケール抑制剤添加手段と、前記スケール抑制剤を添加した被処理水を加圧供給するための加圧供給手段と、前記加圧供給手段で前記被処理水を加圧供給して濃縮水と透過水とに分離するための逆浸透膜モジュールと、前記スケール抑制剤添加点の上流に、前記被処理水中に含まれる酸化性物質濃度を測定するための酸化性物質濃度測定器および前記被処理水の酸化還元電位(ORP)を測定するための酸化還元電位(ORP)計のうちの少なくとも1つを備えた水処理装置であって、
前記スケール抑制剤添加点から前記逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ライン上に、前記スケール抑制剤添加点から前記被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間tを調整する供給時間調整手段を備える。
以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
図1に示したように、第1実施形態の水処理方法では、被処理水供給ライン1を流れる被処理水に含まれる酸化性物質濃度を酸化性物質濃度測定器41で測定し、被処理水の酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計42で測定し、被処理水中の酸化性物質を還元中和するためにスケール抑制剤添加手段であるスケール抑制剤用薬注タンク31とスケール抑制剤用薬注ポンプ21を用いてスケール抑制剤を被処理水に添加し、加圧供給手段20で昇圧させた後、逆浸透膜モジュール11で透過水2と濃縮水3に分離する。
条件(1) t≧5
スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310までの被処理水供給ラインにおける供給時間tが5分以上であると、酸化性物質を十分に還元中和することができ、逆浸透膜モジュールの酸化劣化を防止することができる。
条件(2) COXおよびCASが0.01以上である場合
t2=40000×COX÷CAS
条件(3) CASが0.01以上であり、かつCOXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たす場合
t3=400÷CAS
条件(4) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN>6.6である場合
t4=COX×TN×3650÷CAS
条件(5) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN≦6.6である場合
t5=COX×TP×550÷CAS
条件(6) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN>6.6である場合
t6=40×TN÷CAS
条件(7) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN≦6.6である場合
t7=5.5×TP÷CAS
条件(8) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC>10.3である場合
t8=COX×TOC×2200÷CAS
条件(9) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t9=COX×TP×550÷CAS
条件(10) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC>10.3である場合
t10=22×TOC÷CAS
条件(11) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t11=5.5×TP÷CAS
供給時間t[分]が条件(1)、好ましくは条件(2)または(3)において算出可能なt2[分]またはt3[分]のうち最小の値tmin[分]以上、さらに好ましくは条件(4)〜(11)において算出可能なt4[分]〜t11[分]のうち最小の値tmin[分]以上のいずれかの条件を満たすよう、スケール抑制剤を添加することで、被処理水に含まれる酸化性物質を十分に還元中和でき、逆浸透膜モジュール11の分離性能が低下することなく、安定的に淡水を得ることが可能となる。一方で、被処理水供給ライン1や逆浸透膜モジュール11でバイオフィルムが発生し、そのバイオフィルムにより逆浸透膜モジュール11でのバイオファウリングが発生する場合があるので、供給時間t[分]は、被処理水中の酸化性物質濃度COXに応じて、条件(2)もしくは条件(3)、または条件(4)〜(11)における供給時間tminの2倍以下とするのが好ましい。
例えば、スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310に達するまでの被処理水供給ラインが円管のみで構成される場合、被処理水供給ラインの円管内径(D)[m]および円管長(L)[m]、被処理水流量(Q)[m3/分]を考慮し、供給時間t=(πD2÷4)×L÷Q[分]が条件(1)、好ましくは条件(2)または(3)において算出可能なt2[分]またはt3[分]のうち最小の値tmin[分]以上、さらに好ましくは条件(4)〜(11)において算出可能なt4[分]〜t11[分]のうち最小の値tmin[分]以上のいずれかの条件を満たすよう、被処理水供給ラインを備える。
すなわち、供給時間t=(πD2÷4)×L÷Q[分]が、好ましくは条件(1)を満たすよう、より好ましくは条件(1)、および条件(2)または(3)を満たすよう、更に好ましくは条件(1)、および(2)または(3)を満たし、かつ条件(4)〜(11)のいずれかの条件を満たすよう、被処理水供給ラインを備える。
これに対して、供給時間t[分]が条件(1)、好ましくは条件(2)または(3)において算出可能なt2[分]またはt3[分]のうち最小の値tmin[分]以上、さらに好ましくは条件(4)〜(11)において算出可能なt4[分]〜t11[分]のうち最小の値tmin[分]以上のいずれかの条件を満たすよう、スケール抑制剤の添加濃度CASを増やす、またはスケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310に達するまでの被処理水供給ラインにおける供給時間tを増やすことで、被処理水に含まれる酸化性物質を十分に還元中和でき、逆浸透膜モジュール11の分離性能が低下することなく、より安定的かつ安価に淡水を得ることが可能となる。
スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310に達するまでの被処理水供給ラインにおける供給時間tを延長する場合は、被処理水が経由する供給時間調整手段の供給時間調整要素110の数、供給時間調整要素110の内容積、および水処理装置を稼動中に供給時間調整手段の供給時間調整要素110として備える槽内に貯留される被処理水の量または水位のうちのいずれか1つを増やすように、供給時間調整手段100により、調整する操作を実施する。また、供給時間tを短縮する場合は、被処理水が経由する供給時間調整手段の供給時間調整要素110の数、供給時間調整要素110の内容積、および水処理装置を稼動中に供給時間調整手段の供給時間調整要素110として備える槽内に貯留される被処理水の量または水位のうちのいずれか1つを減らすように、供給時間調整手段100により、調整する操作を実施する。
供給時間調整手段の供給時間調整要素110の総内容積は、各供給時間調整要素110を満水とするときに要する水量の総和[m3]とし、より好ましくは、本水処理装置にて逆浸透膜処理を実施中に各供給時間調整要素110に貯留される被処理水の総量[m3]する。バイパスラインの内容積は、前述の被処理水供給ラインと同様に、バイパスラインが円管の場合は円管内径(Db)[m]および円管長(Lb)[m]に基づいて、πDb 2÷4[m3]で決定する。バイパスラインの円管内径(Db)および円管長(Lb)については特に制約はないが、供給時間調整要素110を経由する時の供給時間より、経由しない時の供給時間が短縮されるように設定することが好ましく、この手段によって供給時間の調整を容易とし、かつ過剰な供給時間を短縮することで、スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310までの被処理水供給ラインでバイオフィルムが発生し、逆浸透膜モジュール11のバイオファウリングが発生するリスクを低減できるメリットがある。
そして、スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310までの被処理水供給ラインにおける供給時間t[分]が、条件(1)、好ましくは条件(2)または(3)において算出可能なt2[分]またはt3[分]のうち最小の値tmin[分]以上、さらに好ましくは条件(4)〜(11)において算出可能なt4[分]〜t11[分]のうち最小の値tmin[分]以上のいずれかの条件を満たすよう、被処理水中の酸化性物質濃度COX、およびスケール抑制剤の添加濃度CASに応じて、被処理水流路・流量調整手段200を用いて被処理水流路および/または被処理水流量を調整し、供給時間を調整する。
(A)酸化性物質濃度および酸化還元電位(ORP)測定
(B)スケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310までの被処理水供給ラインにおける供給時間tの計算
(C)条件(1)、好ましくは条件(2)または条件(3)、さらに好ましくは条件(4)〜(11)の内で本添加方法が当てはまる条件の選択および各条件における供給時間t[分]の計算
(D)被処理水流路・流量調整手段200の操作によるスケール抑制剤添加点300から逆浸透膜モジュール11の被処理水供給点310までの被処理水供給ラインにおける供給時間tの調整
図5または図6に示すように、第2実施形態の水処理方法では、還元剤供給手段である還元剤用薬注タンク32と還元剤用薬注ポンプ22を用いて還元剤を、被処理水供給ラインを流れる逆浸透膜モジュール11の被処理水に添加し、還元剤添加前から添加後までにスケール抑制剤添加手段であるスケール抑制剤用薬注タンク31とスケール抑制剤用薬注ポンプ21を用いてスケール抑制剤を被処理水に添加することで、被処理水に含まれる酸化性物質をより効率良く還元中和することも可能である。
ここで、複合逆浸透膜の性能を十分に発揮させるためには、基材の通気度は、0.1cm3/cm2/秒以上であることが好ましく、0.4〜1.5cm3/cm2/秒であることがより好ましい。なお、通気度は、JIS L1096のフラジール法に基づいて測定される。
純水に27,500mg/Lの塩化ナトリウムと、10,700mg/Lの塩化マグネシウム六水和物と、4,100mg/Lの硫酸マグネシウム七水和物と、927mg/Lの塩化カルシウム二水和物と、1,000mg/Lの塩化カリウムを添加した模擬海水を準備した。模擬海水に、酸化性物質として次亜塩素酸ナトリウムを添加し、被処理水タンクに貯留した。被処理水タンクに貯留された試験水を、供給ポンプで被処理水供給ライン中を送液する間に市販のスケール抑制剤を添加し、中間タンク(内容積=1.5m3)を供給時間調整要素からなる供給時間調整手段を一旦経由して供給時間を調整した後、さらに供給ポンプで保安フィルターを経由した後、加圧供給手段で、逆浸透膜モジュールに供給し、淡水を製造した。逆浸透膜モジュールは、東レ株式会社製のポリアミド製逆浸透膜エレメント「TM810C」(商品名)1本を用い、被処理水流量1.0m3/h、透過水流量0.12m3/h(回収率12%)で運転した。
模擬海水に、酸化性物質濃度(COX)が0.05mg/Lとなるよう次亜塩素酸ナトリウムを添加し、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定した結果、600mV以上であった。ここに、スケール抑制剤として、アミノトリス(メチレンホスホン酸)(以下、ATMPと略記する。)を主成分とするホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれる窒素濃度TNをJIS K0102に記載の酸化分解―化学発光法で定量した結果はTN=10g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=100g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれる有機炭素濃度TOCをJIS K0102に記載の燃焼酸化―赤外線分析法で定量した結果はTOC=40g/Lであり、TP÷TN=10およびTP÷TOC=2.5であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis;X線光電子分析)を用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて40分以上で調整し、それ以外は実施例1と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(2)、(4)および(9)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
模擬海水に、酸化性物質濃度(COX)が0.05mg/Lとなるよう次亜塩素酸ナトリウムを添加し、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定した結果、600mV以上であった。ここに、スケール抑制剤として、ATMPを主成分とし、その他窒素化合物を含有するホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれる窒素濃度TNをJIS K0102に記載の酸化分解―化学発光法で定量した結果はTN=20g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=100g/Lであり、TP÷TN=5であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて55分以上で調整し、それ以外は実施例3と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(2)および(5)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
模擬海水に、酸化性物質濃度(COX)が0.05mg/Lとなるよう次亜塩素酸ナトリウムを添加し、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定した結果、600mV以上であった。ここに、スケール抑制剤として、ATMPを主成分とし、その他リン化合物を含有するホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=450g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれる有機炭素濃度TOCをJIS K0102に記載の燃焼酸化―赤外線分析法で定量した結果はTOC=40g/Lであり、TP÷TOC=11.25であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて88分以上で調整し、それ以外は実施例5と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(2)および(8)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
工業地帯に面した内海における海水組成を模擬して、模擬海水に遷移金属の銅(Cu)が0.005mg/Lとなるよう塩化銅を添加し、還元剤として亜硫酸水素ナトリウムを2mg/L添加し、酸化性物質濃度を酸化性物質濃度測定器で測定すると検出限界以下であり、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定すると350mV以下であった。ここに、スケール抑制剤として、ATMPを主成分とするホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれる窒素濃度TNをJIS K0102に記載の酸化分解―化学発光法で定量した結果はTN=10g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=100g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれる有機炭素濃度TOCをJIS K0102に記載の燃焼酸化―赤外線分析法で定量した結果はTOC=40g/Lであり、TP÷TN=10およびTP÷TOC=2.5であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて11分以上で調整し、それ以外は実施例7と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(3)、(6)および(11)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
工業地帯に面した内海における海水組成を模擬して、模擬海水に遷移金属の銅(Cu)が0.005mg/Lとなるよう塩化銅を添加し、還元剤として亜硫酸水素ナトリウムを2mg/L添加し、酸化性物質濃度を酸化性物質濃度測定器で測定すると検出限界以下であり、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定すると350mV以下であった。ここに、スケール抑制剤として、ATMPを主成分とし、その他窒素化合物を含有するホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれる窒素濃度TNをJIS K0102に記載の酸化分解―化学発光法で定量した結果はTN=20g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=100g/Lであり、TP÷TN=5であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて11分以上で調整し、それ以外は実施例9と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(3)および(7)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
工業地帯に面した内海における海水組成を模擬して、模擬海水に遷移金属の銅(Cu)が0.005mg/Lとなるよう塩化銅を添加し、還元剤として亜硫酸水素ナトリウムを2mg/L添加し、酸化性物質濃度を酸化性物質濃度測定器で測定すると検出限界以下であり、酸化還元電位(ORP)を酸化還元電位(ORP)計で測定すると350mV以下であった。ここに、スケール抑制剤として、ATMPを主成分とし、その他リン化合物を含有するホスホン酸系スケール抑制剤を添加濃度(CAS)50mg/Lで添加した。
本スケール抑制剤原液中に含まれるリン濃度TPをJIS K0102に記載の硝酸・硫酸分解法で溶解させた試料をICP発光分析法で定量した結果はTP=450g/L、本スケール抑制剤原液中に含まれる有機炭素濃度TOCをJIS K0102に記載の燃焼酸化―赤外線分析法で定量した結果はTOC=40g/Lであり、TP÷TOC=11.25であった。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを一旦経由させて17.6分以上で調整し、それ以外は実施例11と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)に加えて条件(3)および(10)を満たす。
この逆浸透膜エレメントを解体し、酸とアルカリで洗浄した結果、造水量、透過水質共に初期性能と同等まで回復した。さらに、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合は検出されず、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化はなかったと推察された。
スケール抑制剤を添加せずに、それ以外は実施例1と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水の酸化性物質濃度は0.05mg/Lのままで、酸化還元電位(ORP)は600mV以上のままであり、逆浸透膜面が酸化状態になっていることが疑われた。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が5%低下、差圧が5%増加、透過水の塩濃度は初期の2倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例1と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水の酸化性物質濃度は0.02mg/Lで、酸化還元電位(ORP)はいずれも500mVであり、逆浸透膜面が酸化状態になっていることが疑われた。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が5%低下、差圧が8%増加、透過水の塩濃度は初期の1.7倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例3と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水の酸化性物質濃度は0.03mg/Lで、酸化還元電位(ORP)は550mVであり、逆浸透膜面が酸化状態になっていることが疑われた。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が5%低下、差圧が8%増加、透過水の塩濃度は初期の1.8倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例5と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水の酸化性物質濃度は0.04mg/Lで、酸化還元電位(ORP)は600mVであり、逆浸透膜面が酸化状態になっていることが疑われた。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が5%低下、差圧が7%増加、透過水の塩濃度は初期の1.9倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤を添加せずに、それ以外は実施例7と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水の酸化性物質濃度は0.01mg/Lで、酸化還元電位(ORP)は350mVであった。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が8%低下、差圧が10%増加、透過の塩濃度は初期の1.5倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリ洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲ接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例7と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水、および逆浸透膜モジュール濃縮水の酸化性物質濃度はいずれも検出限界以下のままで、酸化還元電位(ORP)はいずれも350mV以下のままであった。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が8%低下、差圧が13%増加、透過水の塩濃度は初期の1.4倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例9と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水、および逆浸透膜モジュール濃縮水の酸化性物質濃度はいずれも検出限界以下のままで、酸化還元電位(ORP)はいずれも350mV以下のままであった。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が8%低下、差圧が12%増加、透過水の塩濃度は初期の1.5倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間を、供給時間調整手段の中間タンクを経由させずに5分未満とした以外は、実施例11と同一の条件で1ヶ月間運転を継続した。本運転条件は、スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間に要求される条件(1)〜(11)のいずれも満たさない又は前提条件に非該当の運転条件であった。
運転中、逆浸透膜モジュールに供給される模擬海水、および逆浸透膜モジュール濃縮水の酸化性物質濃度はいずれも検出限界以下のままで、酸化還元電位(ORP)はいずれも350mV以下のままであった。
運転後、使用した逆浸透膜エレメントの造水量が8%低下、差圧が12%増加、透過水の塩濃度は初期の1.5倍悪化した。この逆浸透膜エレメントを解体して酸とアルカリで洗浄後、膜表面をESCAを用いて分析したところ、C−Cl結合が認められ、ハロゲン接触による膜面の酸化劣化で透過水質が悪化したと推察された。
本出願は、2018年3月27日出願の日本特許出願(特願2018−60300)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
2:透過水
3:濃縮水
11:逆浸透膜モジュール
20:加圧供給手段
21:スケール抑制剤用薬注ポンプ
22:還元剤用薬注ポンプ
23:殺菌剤用薬注ポンプ
31:スケール抑制剤用薬注タンク
32:還元剤用薬注タンク
33:殺菌剤用薬注タンク
41、41a、41b:酸化性物質濃度測定器
42、42a、42b:酸化還元電位(ORP)計
100:供給時間調整手段
110:供給時間調整要素
150:バイパス手段
200:被処理水流路・流量調整手段
300、300a、300b:スケール抑制剤添加点
310:被処理水供給点
501:スパイラル型逆浸透膜エレメント
502:集水孔
503:集水管
504:逆浸透膜
505:透過水流路材
506:被処理水流路材
507:逆浸透膜ユニット
508:外装体
509:流体分離素子
510:テレスコープ防止板
511:被処理水
512:被処理水流路
513:圧力容器
514:被処理水シール部材
515:接続管
Claims (13)
- 酸化性物質を含む被処理水にスケール抑制剤を添加し、加圧供給手段によって逆浸透膜モジュールに加圧供給し、前記被処理水を濃縮水と透過水とに分離処理する水処理方法であって、
スケール抑制剤添加点から逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける前記被処理水の供給時間t[分]が、以下の条件(1)を満たすことを特徴とする水処理方法。
条件(1) t≧5 - 前記被処理水中の酸化性物質濃度[mg/L]をCOX、前記スケール抑制剤の添加濃度[mg/L]をCASとしたとき、前記供給時間t[分]が、さらに以下の条件(2)または(3)において算出可能なt2[分]またはt3[分]のうち最小の値tmin[分]以上である、請求項1に記載の水処理方法。
条件(2) COXおよびCASが0.01以上である場合
t2=40000×COX÷CAS
条件(3) CASが0.01以上であり、かつCOXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たす場合
t3=400÷CAS - 前記被処理水中の酸化性物質濃度[mg/L]をCOX、前記スケール抑制剤の添加濃度[mg/L]をCAS、前記スケール抑制剤の原液中に含まれる窒素濃度[g/L]をTN、前記スケール抑制剤の原液中に含まれるリン濃度[g/L]をTP、前記スケール抑制剤の原液中に含まれる有機炭素濃度[g/L]をTOCとしたとき、前記供給時間t[分]が、さらに以下の条件(4)〜(11)において算出可能なt4[分]〜t11[分]のうち最小の値tmin[分]以上である、請求項1に記載の水処理方法。
条件(4) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN>6.6である場合
t4=COX×TN×3650÷CAS
条件(5) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TN≦6.6である場合
t5=COX×TP×550÷CAS
条件(6) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN>6.6である場合
t6=40×TN÷CAS
条件(7) スケール抑制剤が窒素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TN≦6.6である場合
t7=5.5×TP÷CAS
条件(8) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC>10.3である場合
t8=COX×TOC×2200÷CAS
条件(9) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、COXおよびCASが0.01以上であり、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t9=COX×TP×550÷CAS
条件(10) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC>10.3である場合
t10=22×TOC÷CAS
条件(11) スケール抑制剤が炭素およびリンを含み、CASが0.01以上であり、COXが0.01以下であるか酸化還元電位が350mV以下であるかのうちの少なくとも一方を満たし、かつTP÷TOC≦10.3である場合
t11=5.5×TP÷CAS - 状況に応じて、前記スケール抑制剤添加点から前記逆浸透膜モジュールの前記被処理水供給点までの前記被処理水供給ラインに備えられた供給時間調整手段により、前記供給時間tを調整する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水処理方法。
- 前記供給時間調整手段は供給時間調整要素を備え、前記供給時間tの調整に際し、前記供給時間調整要素の数、前記供給時間調整要素の内容積、および前記供給時間調整要素として備える槽内に貯留される被処理水の量または水位のうちのいずれか1つを調整する、請求項4に記載の水処理方法。
- 前記供給時間調整手段は供給時間調整要素を備え、前記供給時間tの調整に際し、前記供給時間調整要素および前記供給時間調整要素をバイパスするために備えられたバイパス手段のうちの少なくとも一方を用いて、前記スケール抑制剤添加点から前記被処理水供給点までの前記被処理水供給ラインにおける前記被処理水の流路を連続または断続的に切り替え、前記供給時間を調整する、請求項4または5に記載の水処理方法。
- 前記逆浸透膜モジュールで処理しながら、前記スケール抑制剤添加点において、または前記スケール抑制剤添加点の上流側もしくは下流側において、還元剤および殺菌剤のうちの少なくとも1つを被処理水へ常時添加または間欠添加する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の水処理方法。
- 前記還元剤が、前記スケール抑制剤の添加から60秒以上経過した後に添加されるか、あるいは、前記スケール抑制剤の添加よりも60秒以上前に添加される、請求項7に記載の水処理方法。
- 酸化性物質を含む被処理水を送液するための被処理水供給ラインと、前記被処理水供給ライン上のスケール抑制剤添加点において、前記被処理水にスケール抑制剤を添加するスケール抑制剤添加手段と、前記スケール抑制剤を添加した被処理水を加圧供給するための加圧供給手段と、前記加圧供給手段で前記被処理水を加圧供給して濃縮水と透過水とに分離するための逆浸透膜モジュールと、前記スケール抑制剤添加点の上流に、前記被処理水中に含まれる酸化性物質濃度を測定するための酸化性物質濃度測定器および前記被処理水の酸化還元電位(ORP)を測定するための酸化還元電位(ORP)計のうちの少なくとも1つを備えた水処理装置であって、
前記スケール抑制剤添加点から前記逆浸透膜モジュールの被処理水供給点までの被処理水供給ライン上に、前記スケール抑制剤添加点から前記被処理水供給点までの被処理水供給ラインにおける供給時間tを調整する供給時間調整手段を備えた水処理装置。 - 前記供給時間調整手段は、供給時間調整要素の2つ以上を、直列接続および並列接続のうちの少なくとも1つで接続したものである、請求項9に記載の水処理装置。
- 前記被処理水の一部または全量をバイパスするために、前記供給時間調整要素の少なくとも1つをバイパスするためのバイパス手段を備えた、請求項10に記載の水処理装置。
- 前記スケール抑制剤添加点と同じ位置または前記スケール抑制剤添加点より上流もしくは下流の還元剤添加点に還元剤添加手段を備えた、請求項9〜11のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 前記スケール抑制剤添加点と同じ位置または前記スケール抑制剤添加点より上流もしくは下流の殺菌剤添加点に殺菌剤添加手段を備えた、請求項9〜12のいずれか1項に記載の水処理装置。
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