TW202404904A - 水處理裝置及水處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水的水處理裝置及水處理方法。水處理裝置1進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水的處理，且水處理裝置1具有：前處理裝置10，其具有溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之任一者；逆滲透膜處理裝置12，其作為濃縮處理藉由前處理裝置10製得之前處理水的濃縮處理設備；及正滲透膜處理裝置14，其正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理裝置12製得之濃縮水，且前處理裝置10中使用正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液。

Description

水處理裝置及水處理方法
本發明係關於進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理的水處理裝置及水處理方法。此外，本發明係關於正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統及使用該正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統的水處理方法、水處理系統。
為了減少排水之放流對環境之影響，在進行排水淨化及減容化等之處理後，才進行放流、廢棄之動作。排水處理使用固液分離、膜分離、減壓濃縮等，但排水中含有之溶解性二氧化矽及鈣等之硬度成分不溶化而附著在用於排水處理之配管及裝置等上，發生所謂結垢，因此系統之性能降低是習知的。為了進行有效率之排水處理，必須去除排水中之溶解性二氧化矽及硬度成分等。
例如，專利文獻1記載對含有溶解性二氧化矽之排水，在鹼性條件下添加鎂鹽以使溶解性二氧化矽不溶化後固液分離，接著逆滲透膜處理或正滲透膜處理製得之處理水，由排水回收淡水的方法。
正滲透膜處理係透過正滲透膜使供給水及吸引溶液存在，藉此即使未加壓時亦可利用滲透壓使水移動至吸引溶液。接著藉由例如加溫等之手段使稀釋之吸引溶液相變化，藉此可一面取得淡水，一面再利用吸引溶液。
正滲透膜處理之吸引溶液可使用碳酸銨水溶液、及無機鹽與溫度感應性藥劑之混合物等(請參照專利文獻2)。
為了再利用吸引溶液必須施加加溫等以外的能量，且必須追加地具有用以再利用吸引溶液之裝置(請參照圖10)，因此造成整體系統之成本增加。
專利文獻3記載添加鹼劑於含有硬度成分之排水中使其析出(所謂石灰軟化法)、凝集、過濾處理後逆滲透膜處理過濾水的方法，作為硬度成分之去除方法。此外，專利文獻4記載使用離子交換樹脂吸附去除硬度成分之方法(樹脂軟化法)。
但是，在石灰軟化法中必須添加鹼劑，且在樹脂軟化法中為了再生吸附硬度成分之離子交換樹脂，必須通入高濃度鹽水(氯化鈉水溶液)，因此需要降低藥品成本。
另一方面，在藉由透過正滲透膜使被處理水與濃度比被處理水高之吸引溶液接觸而製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透(FO)膜處理系統中，膜之積垢控制是重要的課題。正滲透膜處理系統之殺菌方法使用次氯酸及氯胺等之氯系殺菌劑、過氧化氫等之氧化劑、或5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮等之有機系殺菌劑(例如，請參照專利文獻5、6)。
但是，因為該等殺菌劑(氯系殺菌劑、氧化劑、有機系殺菌劑)會透過正滲透膜，所以殺菌劑之殺菌成分未充分地擴散到正滲透膜處理裝置之出口側，因此產生無法將正滲透膜充分地殺菌之問題。此外，有機系殺菌劑特別會對生物、環境等產生影響。特別在藉由加熱等處理由稀薄吸引溶液中分離生產水並加以利用時，若生產水中含有有機系殺菌劑，則會顯著地限制對工業用途、食品用途、飲用用途等之用途適用性。另外，為了將包含透過正滲透膜之殺菌劑的稀薄吸引溶液的一部份或全部排出至系外，必須去除稀薄吸引溶液的一部份或全部。此外，氯系殺菌劑及氧化劑等使正滲透膜，特別是聚醯胺系逆滲透膜之性能降低，因此藉由逆滲透膜再處理稀薄吸引溶液之一部份或全部時，恐有該等殺菌劑使逆滲透膜之性能降低之虞。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際專利申請公開2013/153587號說明書 專利文獻2：日本特開2017－056424號公報 專利文獻3：日本特開2017－170275號公報 專利文獻4：日本特開2014－231039號公報 專利文獻5：日本特開2015－188787號公報 專利文獻6：日本特開2018－015684號公報
[發明所欲解決的問題]
本發明之目的在於提供一種可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水的水處理裝置及水處理方法。
此外，本發明之目的在於提供一種抑制殺菌劑透過正滲透膜且可再利用稀薄吸引溶液之正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統及使用該正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統的水處理方法、水處理系統。 [解決問題之技術手段]
本發明係一種水處理裝置，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，且具有：前處理設備，其具有溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之任一者；濃縮處理設備，其濃縮處理藉由前述前處理設備製得之前處理水；及正滲透膜處理設備，其正滲透膜處理藉由前述濃縮處理設備製得之濃縮水，前述前處理設備中使用前述正滲透膜處理設備中使用之稀薄吸引溶液。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述濃縮處理設備係逆滲透膜處理設備。
本發明係一種水處理裝置，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，且具有：前處理設備，其具有溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之任一者；第一濃縮處理設備，其濃縮處理藉由前述前處理設備製得之前處理水；正滲透膜處理設備，其正滲透膜處理藉由前述第一濃縮處理設備製得之濃縮水；及第二濃縮處理設備，其濃縮處理前述正滲透膜處理設備中使用之稀薄吸引溶液的一部份，前述前處理設備中使用前述正滲透膜處理設備中使用之稀薄吸引溶液的一部份，且再度使用藉由前述第二濃縮處理設備濃縮之濃縮吸引溶液作為前述正滲透膜處理設備中之吸引溶液。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述第二濃縮處理設備係使用半透膜之濃縮設備。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述第一濃縮處理設備係逆滲透膜處理設備。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述正滲透膜處理設備中使用之吸引溶液係鎂鹽水溶液，且前述溶解性二氧化矽去除設備中使用前述正滲透膜處理設備中使用之鎂鹽稀薄水溶液。
較佳地，在前述水處理裝置中，更具有調製設備，該調製設備混合氫氧化鎂及酸且在pH7以下使其反應，藉此調製作為前述正滲透膜處理設備中使用之吸引溶液使用的鎂鹽水溶液。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述正滲透膜處理設備中使用之吸引溶液係鹼劑水溶液，且前述硬度成分去除設備中使用前述正滲透膜處理設備中使用之鹼劑稀薄水溶液。
較佳地，在前述水處理裝置中，前述正滲透膜處理設備中使用之吸引溶液係酸水溶液或氯化鈉水溶液，且前述硬度成分去除設備中使用前述正滲透膜處理設備中使用之酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液。
此外，本發明係一種水處理方法，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，且包含以下步驟：前處理步驟，其包含溶解性二氧化矽去除步驟及硬度成分去除步驟中之任一者；濃縮處理步驟，濃縮處理藉由前述前處理步驟製得之前處理水；及正滲透膜處理步驟，正滲透膜處理藉由前述濃縮處理步驟製得之濃縮水，在前述前處理步驟中使用前述正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液。
較佳地，在前述水處理方法中，前述濃縮處理步驟係逆滲透膜處理步驟。
本發明係一種水處理方法，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，且包含以下步驟：前處理步驟，其包含溶解性二氧化矽去除步驟及硬度成分去除步驟中之任一者；第一濃縮處理步驟，濃縮處理藉由前述前處理步驟製得之前處理水；正滲透膜處理步驟，正滲透膜處理藉由前述第一濃縮處理步驟製得之濃縮水；及第二濃縮處理步驟，濃縮處理前述正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液的一部份，在前述前處理步驟中使用前述正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液的一部份，且再度使用藉由前述第二濃縮處理步驟濃縮之濃縮吸引溶液作為前述正滲透膜處理步驟中之吸引溶液。
較佳地，在前述水處理方法中，前述第二濃縮處理步驟係使用半透膜之濃縮步驟。
較佳地，在前述水處理方法中，前述第一濃縮處理步驟係逆滲透膜處理步驟。
較佳地，在前述水處理方法中，前述正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液係鎂鹽水溶液，且在前述溶解性二氧化矽去除步驟中使用前述正滲透膜處理步驟中使用之鎂鹽稀薄水溶液。
較佳地，在前述水處理方法中，更具有調製步驟，該調製步驟混合氫氧化鎂及酸且在pH7以下使其反應，藉此調製作為前述正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液使用的鎂鹽水溶液。
較佳地，在前述水處理方法中，前述正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液係鹼劑水溶液，且在前述硬度成分去除步驟中使用前述正滲透膜處理步驟中使用之鹼劑稀薄水溶液。
較佳地，在前述水處理方法中，前述正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液係酸水溶液或氯化鈉水溶液，且在前述硬度成分去除步驟中使用前述正滲透膜處理步驟中使用之酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液。
本發明係一種正滲透膜處理方法，其包含：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理步驟，且使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種正滲透膜處理方法，其包含：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理步驟，且使包含溴系氧化劑及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種正滲透膜處理方法，其包含：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理步驟，且使包含溴及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種水處理方法，其包含前述正滲透膜處理方法，且在前述正滲透膜處理步驟之前段中包含前處理步驟及逆滲透膜處理步驟，並且在前述前處理步驟中使用藉由前述正滲透膜處理步驟製得之稀薄吸引溶液。
本發明係一種正滲透膜處理系統，其具有：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理設備，且使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種正滲透膜處理系統，其具有：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理設備，且使包含溴系氧化劑及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種正滲透膜處理系統，其具有：藉由透過正滲透膜使被處理水及濃度比前述被處理水高之吸引溶液接觸，製得濃縮水及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理設備，且使包含溴及磺醯胺酸化合物之殺菌劑存在前述被處理水中。
本發明係一種水處理系統，其具有前述正滲透膜處理系統，且在前述正滲透膜處理設備之前段中具有前處理設備及逆滲透膜處理設備，並且前述前處理設備中使用藉由前述正滲透膜處理設備製得之稀薄吸引溶液。 [發明之效果]
藉由本發明，可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
此外，藉由本發明，可提供抑制殺菌劑透過正滲透膜且可再利用稀薄吸引溶液之正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統及使用該正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統的水處理方法、水處理系統。
以下說明本發明之實施形態。本實施形態係實施本發明之一例，且本發明不限於本實施形態。
以下在圖1中顯示本發明實施形態之一水處理裝置例的概略，且說明其結構。
水處理裝置1具有：前處理裝置10，其作為具有溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之至少一者的前處理設備；逆滲透膜處理裝置12，其作為濃縮處理藉由前處理裝置10製得之前處理水的濃縮處理設備；及正滲透膜處理裝置14，其作為正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理裝置12製得之濃縮水的正滲透膜處理設備。
圖1之水處理裝置1中，被處理水配管16連接於前處理裝置10之被處理水入口，且前處理裝置10之出口及逆滲透膜處理裝置12之入口藉由前處理水配管18連接。逆滲透膜處理裝置12之濃縮水出口及正滲透膜處理裝置14之濃縮水入口藉由濃縮水配管20連接，且透過水配管22連接於逆滲透膜處理裝置12之透過水出口。吸引溶液配管24連接於正滲透膜處理裝置14之吸引溶液入口，且正滲透膜處理裝置14之稀薄吸引溶液出口及前處理裝置10之稀薄吸引溶液入口藉由稀薄吸引溶液配管26連接，並且FO濃縮水配管28連接於正滲透膜處理裝置14之FO濃縮水出口。
以下說明本實施形態之水處理方法及水處理裝置1的動作。
包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水通過被處理水配管16輸送至前處理裝置10。在前處理裝置10中，進行溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的去除處理(前處理步驟)。
被處理水包含溶解性二氧化矽時，前處理裝置10具有：鎂反應設備，其將鎂鹽添加至被處理水中使其反應，使溶解性二氧化矽不溶化；凝集處理設備，其將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置10中，在例如鹼條件(例如，pH10至12)下將鎂鹽添加至被處理水中，使溶解性二氧化矽不溶化(鎂反應步驟)。然後，依需要添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。接著將藉由固液分離製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。
被處理水包含硬度成分，且藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置10具有例如：鹼劑反應設備，其將鹼劑添加至被處理水中使其反應，使硬度成分不溶化；凝集處理設備，其依需要將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置10中，例如將鹼劑添加至被處理水中，使硬度成分不溶化(鹼劑反應步驟)。然後，添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。接著將藉由固液分離製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。
被處理水包含硬度成分，且藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置10具有例如使用離子交換樹脂等進行離子交換處理之離子交換處理設備。前處理裝置10中，例如將被處理水通至填充離子交換樹脂作為離子交換處理設備之離子交換塔，並吸附去除硬度成分(離子交換步驟)。接著將藉由離子交換處理製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。離子交換樹脂需要再生時，藉由通過再生劑再生離子交換樹脂。
接著，在逆滲透膜處理裝置12中濃縮處理藉由前處理步驟製得之前處理水(濃縮處理步驟)。藉由逆滲透膜處理製得之濃縮水通過濃縮水配管20輸送至正滲透膜處理裝置14，且透過水通過透過水配管22排出。
在正滲透膜處理裝置14中正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理製得之濃縮水(正滲透膜處理步驟)。在正滲透膜處理裝置14中，吸引溶液通過吸引溶液配管24輸送至正滲透膜之二次側，接著透過正滲透膜，使濃縮水及吸引溶液存在，藉此利用滲透壓使水移動至吸引溶液。
正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液通過稀薄吸引溶液配管26輸送至前處理裝置10，並在前處理裝置10中在前處理步驟中使用。接著通過FO濃縮水配管28排出藉由正滲透膜處理步驟製得之FO濃縮水。FO濃縮水可回收、再利用。
前處理裝置10包含進行溶解性二氧化矽去除之裝置時，例如，可使用鎂鹽水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液)可作為在前處理裝置10中添加之鎂鹽使用。
前處理裝置10包含藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，可使用例如鹼劑水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鹼劑稀薄水溶液)可作為在前處理裝置10中添加之鹼劑使用。
前處理裝置10包含藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，例如，可使用酸水溶液或氯化鈉水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液)可在前處理裝置10中作為離子交換樹脂之再生劑使用。
藉由本實施形態之水處理方法及水處理裝置，可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
因為在前處理步驟中使用藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄吸引溶液，所以可減少本來需要之再利用吸引溶液的必要成本且不需要再生設備。因為稀薄吸引溶液只是稀釋前處理步驟中本來使用之吸引溶液，所以幾乎不產生追加之成本。
以下在圖3中顯示本發明實施形態之另一水處理裝置例的概略，且說明其結構。
水處理裝置5具有：前處理裝置10，其作為具有溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之至少一者的前處理設備；逆滲透膜處理裝置12，其作為濃縮處理藉由前處理裝置10製得之前處理水的第一濃縮處理設備；正滲透膜處理裝置14，其作為正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理裝置12製得之濃縮水的正滲透膜處理設備；及濃縮裝置34，其作為濃縮處理正滲透膜處理裝置14使用之稀薄吸引溶液之一部份的第二濃縮處理設備。
圖3之水處理裝置5中，被處理水配管16連接於前處理裝置10之被處理水入口，且前處理裝置10之出口及逆滲透膜處理裝置12之入口藉由前處理水配管18連接。逆滲透膜處理裝置12之濃縮水出口及正滲透膜處理裝置14之濃縮水入口藉由濃縮水配管20連接，且透過水配管22連接於逆滲透膜處理裝置12之透過水出口。吸引溶液配管24連接於正滲透膜處理裝置14之吸引溶液入口，且正滲透膜處理裝置14之稀薄吸引溶液出口及前處理裝置10之稀薄吸引溶液入口藉由稀薄吸引溶液配管26連接，並且FO濃縮水配管28連接於正滲透膜處理裝置14之FO濃縮水出口。由稀薄吸引溶液配管26分歧之稀薄吸引溶液配管36連接於濃縮裝置34之入口，且濃縮裝置34之濃縮吸引溶液出口與吸引溶液配管24之中途藉由濃縮吸引溶液配管38連接。稀釋液配管40連接於濃縮裝置34之稀釋液出口。
以下說明本實施形態之水處理方法及水處理裝置5的動作。
包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水通過被處理水配管16輸送至前處理裝置10。在前處理裝置10中，進行溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的去除處理(前處理步驟)。
被處理水包含溶解性二氧化矽時，前處理裝置10具有例如：鎂反應設備，其將鎂鹽添加至被處理水中使其反應，使溶解性二氧化矽不溶化；凝集處理設備，其將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置10中，在例如鹼條件(例如，pH10至12)下將鎂鹽添加至被處理水中，使溶解性二氧化矽不溶化(鎂反應步驟)。然後，依需要添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。接著將藉由固液分離製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。
被處理水包含硬度成分，且藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置10具有例如：鹼劑反應設備，其將鹼劑添加至被處理水中使其反應，使硬度成分不溶化；凝集處理設備，其依需要將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置10中，例如將鹼劑添加至被處理水中，使硬度成分不溶化(鹼劑反應步驟)。然後，添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。接著將藉由固液分離製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。
被處理水包含硬度成分，且藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置10具有例如使用離子交換樹脂等進行離子交換處理之離子交換處理設備。前處理裝置10中，例如將被處理水通至填充離子交換樹脂作為離子交換處理設備之離子交換塔，並吸附去除硬度成分(離子交換步驟)。接著將藉由離子交換處理製得之前處理水通過前處理水配管18輸送至逆滲透膜處理裝置12。離子交換樹脂需要再生時，藉由通過再生劑再生離子交換樹脂。
接著，在逆滲透膜處理裝置12中濃縮處理藉由前處理步驟製得之前處理水(第一濃縮處理步驟)。藉由第一濃縮處理(逆滲透膜處理)製得之濃縮水(RO濃縮水)通過濃縮水配管20輸送至正滲透膜處理裝置14，接著通過透過水配管22排出透過水(RO透過水)。
在正滲透膜處理裝置14中正滲透膜處理藉由第一濃縮處理(逆滲透膜處理)製得之濃縮水(正滲透膜處理步驟)。在正滲透膜處理裝置14中，吸引溶液通過吸引溶液配管24輸送至正滲透膜之二次側，接著透過正滲透膜，使濃縮水及吸引溶液存在，藉此利用滲透壓使水移動至吸引溶液。
正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液的一部份通過稀薄吸引溶液配管26輸送至前處理裝置10，接著在前處理裝置10中在前處理步驟中使用。藉由正滲透膜處理步驟製得之FO濃縮水通過FO濃縮水配管28排出。FO濃縮水亦可依需要藉由濃縮裝置及結晶裝置等進一步濃縮、固形化處理。
正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液的一部份由稀薄吸引溶液配管26分歧並通過稀薄吸引溶液配管36輸送至濃縮裝置34，接著在濃縮裝置34中濃縮處理(第二濃縮處理步驟)。藉由第二濃縮處理製得之濃縮吸引溶液通過濃縮吸引溶液配管38供給至吸引溶液配管24之中途，接著作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。藉由第二濃縮處理製得之稀釋液通過稀釋液配管40排出。稀釋液亦可依需要實施超過濾膜(UF膜)處理、逆滲透膜(RO膜)處理、離子交換處理等後，回收、再利用。
前處理裝置10包含進行溶解性二氧化矽去除之裝置時，例如，可使用鎂鹽水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液)的一部份可作為在前處理裝置10中添加之鎂鹽使用。此外，正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液)的一部份可在濃縮裝置34中濃縮處理並作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
前處理裝置10包含藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，可使用例如鹼劑水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鹼劑稀薄水溶液)的一部份可作為在前處理裝置10中添加之鹼劑使用。此外，正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鹼劑稀薄水溶液)的一部份可在濃縮裝置34中濃縮處理並作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
前處理裝置10包含藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，例如，可使用酸水溶液或氯化鈉水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液)的一部份可在前處理裝置10中作為離子交換樹脂之再生劑使用。此外，正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液)的一部份可在濃縮裝置34中濃縮處理並作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
藉由本實施形態之水處理方法及水處理裝置，可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
因為在前處理步驟中使用藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄吸引溶液，所以可減少本來需要之再利用吸引溶液的必要成本且不需要再生設備。因為稀薄吸引溶液只是稀釋前處理步驟中本來使用之吸引溶液，所以幾乎不產生追加之成本。
藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄吸引溶液比在前處理步驟中所需之使用量多時，在前處理步驟中使用正滲透膜處理中使用之稀薄吸引溶液的一部份，接著濃縮未在前處理步驟中使用之稀薄吸引溶液的一部份，並在正滲透膜處理步驟中再度使用作為吸引溶液，藉此可減少稀薄吸引溶液之損失。因為此時濃縮之稀薄吸引溶液係一部份，所以相較於濃縮稀薄吸引溶液之全量再利用，成本可顯著地降低。
作為本實施形態之水處理方法及水處理裝置之處理對象的被處理水只要是包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的水即可，沒有特別限制，但可舉例如：工業用水、表層水、自來水、地下水、海水、藉由逆滲透法或蒸發法使海水脫鹽之海水淡化處理水、例如在半導體製程中排出之排水等的各種排水。
被處理水中含有溶解性二氧化矽時，溶解性二氧化矽之濃度係在例如5至400mg/L之範圍內。被處理水中含有硬度成分時，鈣硬度成分之濃度係在例如5至600mg/L之範圍內。被處理水中之全蒸發殘留物(TDS：全部溶解固體量(Total Dissolved Solid)係在例如100至50000mg/L之範圍內。
在本實施形態之水處理方法及水處理裝置中，被處理水包含溶解性二氧化矽及硬度成分兩者時，前處理設備(前處理步驟)可具有溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)兩者。溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)之順序可第一是溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)，第二是硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)，或第一是硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)，第二是溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)。
此時，使用鎂鹽水溶液、鹼劑水溶液、酸水溶液及氯化鈉水溶液中之至少一者作為正滲透膜處理裝置14(正滲透膜處理步驟)中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液、鹼劑稀薄水溶液、酸稀薄水溶液及氯化鈉稀薄水溶液中之至少一者)可使用在前處理裝置10(前處理步驟)之溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)中適合的方面。
在本實施形態之水處理方法及水處理裝置中，可更具有去除被處理水中之濁質成分等的濁質去除設備。濁質去除設備可舉例如：砂過濾裝置、超過濾(UF)膜等之膜過濾裝置、加壓浮選裝置等。濁質去除設備之設置位置沒有特別限制，但濁質去除設備為砂過濾裝置時係例如前處理裝置10(前處理步驟)之前段，且濁質去除設備為膜過濾裝置及加壓浮選裝置等時係在前處理裝置10(前處理步驟)與逆滲透膜處理裝置12(濃縮處理步驟)之間。
[前處理步驟：去除溶解性二氧化矽] 在被處理水包含溶解性二氧化矽時之前處理步驟中，在例如鹼條件下添加鎂鹽至被處理水中，使溶解性二氧化矽不溶化(鎂反應步驟)。
使用之鎂鹽可為氯化鎂(MgCl 2)、硫酸鎂(MgSO 4)等之鎂鹽或其水和物，沒有特別限制，但由抑制因添加硫酸鹽而產生難溶性物質等之觀點來看，以氯化鎂為佳。
鎂反應步驟中之pH只要是鹼性條件即可，沒有特別限制，但可在例如pH10至12之範圍內，在10.5至11.5之範圍內較佳，且在11至11.5之範圍內更佳。鎂反應步驟中之pH小於10或超過12時，二氧化矽去除率會降低。
pH調整劑可使用氫氧化鈉、氫氧化鈣等之鹼，亦可依需要使用鹽酸、硫酸等之無機酸。
鎂反應步驟中之溫度只要是進行二氧化矽之不溶化反應的溫度即可，沒有特別限制，但可在例如1℃至小於50℃之範圍內，且在10℃至小於50℃之範圍內更佳。鎂反應步驟中之溫度小於1℃時，二氧化矽之不溶化反應會不充分，且50℃以上時，處理成本會升高。
鎂反應步驟中之反應時間只要可進行二氧化矽之不溶化反應即可，沒有特別限制，但可在例如1分至60分之範圍內，且在5至30分之範圍內更佳。鎂反應步驟中之反應時間小於1分時，二氧化矽之不溶化反應會不充分，且超過60分時，反應槽會過大。
鎂鹽之添加量相對被處理水中之二氧化矽的重量濃度按鎂濃度計宜在0.1至10倍量之範圍內，且在0.5至5倍量之範圍內更佳。鎂鹽之添加量相對被處理水中之二氧化矽的重量濃度小於0.1倍量時，二氧化矽之不溶化反應會不充分，且超過10倍量時，污泥產生量會過多。
為了使溶解性二氧化矽不溶化，除了鎂鹽以外，亦可使用多氯化鋁(PAC)、硫酸鋁等之鋁鹽；氯化鐵、硫酸鐵等之鐵鹽等。由二氧化矽去除率等方面來看，使用鎂鹽較佳。
凝集處理步驟係例如在凝集槽中，將無機凝集劑添加至鎂反應後之被處理水中，使不溶化物凝集(凝集步驟)。然後，在凝絮形成槽中，添加高分子凝集劑，接著形成凝絮(凝絮形成步驟)。
凝集步驟中使用之無機凝集劑可舉氯化鐵等之鐵系無機凝集劑、多氯化鋁(PAC)等之鋁系無機凝集劑等為例，且由藥品成本及凝集pH範圍等方面來看，鐵系無機凝集劑較佳。
無機凝集劑之添加量相對添加之鎂鹽量按重量比宜在0.1至10倍量之範圍內，且在1至5倍量之範圍內更佳。無機凝集劑之添加量相對添加之鎂鹽量按重量比計小於0.1倍量時，凝集會不充分，且超過10倍量時，污泥產生量會過多。
凝集步驟中之pH係在例如3至11之範圍內。凝集步驟中之pH小於3或超過11時，會產生凝集不良。此外，凝集步驟中之pH小於9時，會由凝絮溶出二氧化矽，因此最好在pH9至11之範圍內進行凝集步驟。
凝集步驟中之溫度係在例如1℃至80℃之範圍內。凝集步驟中之溫度小於1℃或超過80℃時，會產生凝集不良。
凝絮形成步驟中使用之高分子凝集劑可舉例如：聚丙烯醯胺系、聚丙烯酸酯系等之陽離子系高分子凝集劑；陰離子系高分子凝集劑；非離子系高分子凝集劑等，由凝集性等方面來看，陰離子系高分子凝集劑較佳。
市售之高分子凝集劑可舉ORFLOCK OA-3H(ORGANO公司(股)製)等之陰離子系高分子凝集劑為例。
高分子凝集劑之添加量相對原水之水量宜在0.1至10mg/L之範圍內，且在1至5mg/L之範圍內更佳。高分子凝集劑之添加量相對原水之水量小於0.1mg/L時，會無法促使凝絮形成，且超過10mg/L時，溶存於處理水中之高分子凝集劑會殘留。
凝絮形成步驟中之pH係在例如3至11之範圍內。凝絮形成步驟中之pH小於3或超過11時，會產生凝集不良。此外，凝絮形成步驟中之pH小於9時會由凝絮溶出二氧化矽，因此最好在pH9至11之範圍內進行凝絮形成步驟。
凝絮形成步驟中之溫度係在例如1℃至80℃之範圍內。凝絮形成步驟中之溫度小於1℃或超過80℃時，會產生凝集不良。
上述凝集處理雖然使用無機凝集劑及高分子凝集劑進行凝集步驟及凝絮形成步驟，但可使用無機凝集劑、高分子凝集劑等中之至少一者，且宜使用鐵系無機凝集劑及陰離子系高分子凝集劑中之至少一者。使與鎂鹽反應且不溶化之二氧化矽凝集時，藉由使用鐵系無機凝集劑及陰離子系高分子凝集劑中之至少一者，可提高凝集性及固液分離性。
固液分離步驟係在例如沉澱槽中固液分離凝絮形成之凝集物(固液分離步驟)。接著將藉由固液分離製得之前處理水輸送至逆滲透膜處理裝置12。另一方面，通過污泥配管排出污泥。污泥可回收、再利用。
固液分離步驟中之固液分離除了藉由自然沉降來沉降分離以外，可舉加壓浮選處理、膜過濾處理等為例，且由分離性等方面來看，沉降分離較佳。
[前處理步驟：藉由石灰軟化法去除硬度成分] 被處理水包含硬度成分時，可藉由石灰軟化法去除硬度成分。硬度成分分成一次硬度及永久硬度，且一次硬度係藉由氫氧化鈉(NaOH)等之鹼劑去除，而永久硬度係藉由添加碳酸鈉(NaCO 3)等之碳酸鹽去除。在本說明書中，為方便起見，碳酸鹽亦記載為鹼劑。即，在前處理步驟中，添加鹼劑至被處理水中，使硬度成分不溶化(鹼劑反應步驟)。
使用之鹼劑可舉例如：氫氧化鈣(Ca(OH) 2)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、碳酸氫鈣(Ca(HCO 3) 2)、碳酸氫鎂(Mg(HCO 3) 2)、碳酸鈉(Na 2CO 3)、碳酸鉀(K 2CO 3)等，且可使用其中一者以上。即，亦可依需要分別添加氫氧化鈉及碳酸鈉。由不溶化效率等之觀點來看，碳酸鈉較佳。
鹼劑反應步驟中之pH只要是鹼性條件即可，沒有特別限制，但可在例如pH9至13之範圍內，且在11至12之範圍內較佳。鹼劑反應步驟中之pH小於9時，硬度成分去除率降低，且超過13時，鹼劑之添加量會變多。
鹼劑反應步驟中之溫度只要是進行硬度成分之不溶化反應的溫度即可，沒有特別限制，但可在例如1℃至80℃之範圍內。鹼劑反應步驟中之溫度小於1℃時，硬度成分之不溶化反應會不充分，且超過80℃時，設備之耐熱溫度會有問題。
鹼劑反應步驟中之只要可進行硬度成分之不溶化反應即可，沒有特別限制，但可在例如10分至30分之範圍內。鹼劑反應步驟中之反應時間小於10分時，硬度成分之不溶化反應會不充分，且超過30分時，反應槽會變大而使設備成本升高。
鹼劑之添加量相對被處理水中之硬度成分的莫耳濃度宜在1.0至2.0倍量之範圍內，且在1.0至1.2倍量之範圍內更佳。鹼劑之添加量相對被處理水中之硬度成分的莫耳濃度小於1.0倍量時，硬度成分之不溶化反應會不充分，且超過2.0倍量時，藥品成本會升高。
後來之凝集處理步驟及固液分離步驟與上述前處理步驟(藉由鎂鹽去除二氧化矽)相同。接著將藉由固液分離製得之前處理水輸送至逆滲透膜處理裝置12。
[前處理步驟：藉由樹脂軟化法去除硬度成分] 在被處理水包含硬度成分時之樹脂軟化法的前處理步驟中，例如，將被處理水通入填充離子交換樹脂之離子交換塔，吸附去除硬度成分(離子交換步驟)。接著將藉由離子交換處理製得之前處理水輸送至逆滲透膜處理裝置12。
離子交換步驟中使用之離子交換樹脂係陽離子交換樹脂，且可舉Amberrex 100Na，IRC-76(ORGANO公司(股)製)等為例。
離子交換樹脂需要再生時，藉由通過再生劑再生離子交換樹脂。
使用之再生劑可舉例如：鹽酸、硫酸、硝酸等之酸水溶液；氯化鈉水溶液；氯化鉀水溶液等，且可使用其中一者以上。即，亦可依需要藉由酸水溶液再生後，藉由氯化鈉水溶液進行追加再生。由吸引溶液之再利用等的觀點來看，酸水溶液、氯化鈉水溶液較佳。若藉由酸水溶液再生，則離子交換樹脂成為H形，而若藉由氯化鈉水溶液再生，則離子交換樹脂成為Na形。
[濃縮處理步驟(第一濃縮處理步驟)] 濃縮處理設備(第一濃縮處理設備)只要可濃縮前處理水即可，沒有特別限制，但除了逆滲透膜處理裝置以外，亦可使用：使用奈米過濾膜等之膜過濾裝置、蒸餾裝置、電透析裝置等中之一個裝置以上。即，可依需要藉由電透析處理進一步濃縮藉由逆滲透膜處理裝置製得之濃縮水，或藉由第二逆滲透處理進一步濃縮藉由第一逆滲透處理製得之濃縮水。由在前處理水中之TDS低時可有效率地處理等之觀點來看，逆滲透膜處理裝置較佳。
逆滲透膜處理裝置中使用之逆滲透膜，除了使用於純水製造用途及排水回收等之用途的超低壓逆滲透膜、低壓逆滲透膜以外，可舉使用於海水淡化等用途之中壓逆滲透膜及高壓逆滲透膜等為例。超低壓逆滲透膜、低壓逆滲透膜可舉例如：ES15(日東電工製)、TM720D(TORAY製)、BW30HRLE(Dow Chemical製)、LFC3-LD(Hydranautics製)。高壓逆滲透膜可舉例如：SWC5-LD(Hydranautics製)、TM820V(TORAY製)、XUS180808(Dow Chemical製)等。
在濃縮處理步驟(第一濃縮處理步驟)中，亦可添加pH調整劑、抑制在系內之無機鹽結垢的水垢分散劑及抑制在系內產生微生物之殺菌劑等的藥品。
[正滲透膜處理步驟] 正滲透膜處理步驟中使用之正滲透膜形狀沒有特別限制，但可使用例如：中空紗膜、螺旋膜、管形膜、板底框構造之膜等。正滲透膜之膜材質可舉芳香族聚醯胺系、乙酸纖維素系等為例。此外，亦可使用在分離膜之基材中組合機能性蛋白質及無機材料等以賦予分離性能及透水性等的膜。正滲透膜可舉例如：HP5230(東洋紡製)、HFFO2(Aquaporin製)、OsmoF20(Fruid Technology Solutions製)。該等正滲透膜可單段地使用或串聯地連接多數段使用。即，可藉由第二正滲透膜處理進一步濃縮藉由第一正滲透膜處理製得之FO濃縮水。
正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液，如上所述，可舉例如：鎂鹽水溶液、鹼劑水溶液、酸水溶液、氯化鈉水溶液等。此外，除上述以外，只要是本水處理裝置中使用之藥品即可，可無限制地使用。即，亦可使用凝集步驟中使用之各種凝集劑、濃縮處理步驟中使用水垢分散劑及殺菌劑等作為吸引溶液。
在正滲透膜處理步驟中進行多數段之正滲透膜處理時，可組合上述吸引溶液使用。例如，使用氯化鈉水溶液作為第一正滲透膜處理步驟之吸引溶液，且使用鎂鹽水溶液作為第二正滲透膜處理步驟之吸引溶液。此外，例如，可使用藉由第一正滲透膜處理步驟製得之稀薄氯化鈉水溶液作為軟化樹脂之再生液，且使用藉由第二正滲透膜處理步驟製得之稀薄鎂鹽水溶液作為溶解性二氧化矽去除步驟之鎂源。
[第二濃縮處理步驟] 第二濃縮處理設備只要可濃縮正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液即可，沒有特別限制，但可使用：奈米過濾膜處理裝置、逆滲透膜處理裝置、正滲透膜處理裝置、壓力輔助逆滲透膜處理裝置等之使用半透膜的濃縮裝置；使用奈米過濾膜等之膜過濾裝置；蒸餾裝置；電透析裝置等中之一個裝置以上。由減少濃縮成本等之觀點來看，使用半透膜之濃縮裝置較佳，且特別在被處理水之TDS濃度超過5%時可減少滲透壓影響的壓力輔助逆滲透膜處理裝置更佳。
圖4顯示本實施形態之水處理裝置中的一濃縮裝置例。
圖4所示之濃縮裝置340係一壓力輔助逆滲透膜處理裝置例。濃縮裝置340係一裝置，該裝置具有使用半透膜濃縮處理對象水之2個以上的濃縮設備，且將上述稀薄吸引溶液供給至第一段半透膜之一次側並將稀薄液供給至二次側，由一次側之另一流路製得濃縮液且由二次側之另一流路製得稀釋液，接著供給該稀釋液至次段半透膜之一次側，並加壓各段半透膜之一次側使該一次側含有之水透過二次側，依序製得濃縮液及稀釋液。
濃縮裝置340具有例如：第一段半透膜處理裝置42、第二段半透膜處理裝置44、第三段半透膜處理裝置46。半透膜處理裝置分別具有被半透膜52分隔之一次側(第一空間)48及二次側(第二空間)50。
在圖4所示之濃縮裝置340中，配管54透過泵70連接於第一段半透膜處理裝置42之一次側48的入口，且配管56連接於一次側48的出口。第二段半透膜處理裝置44之一次側48的出口及第一段半透膜處理裝置42之二次側50的入口藉由配管58連接，且第一段半透膜處理裝置42之二次側50的出口及第二段半透膜處理裝置44之一次側48的入口透過泵72藉由配管60連接。第三段半透膜處理裝置46之一次側48的出口及第二段半透膜處理裝置44之二次側50的入口藉由配管62連接，且第二段半透膜處理裝置44之二次側50的出口及第三段半透膜處理裝置46之一次側48的入口透過泵74藉由配管64連接。配管66連接於第三段半透膜處理裝置46之二次側50的入口且配管68連接於二次側50的出口。
濃縮裝置340係使用多段式半透膜處理裝置之裝置，該多段式半透膜處理裝置具有被半透膜52分隔之一次側48及二次側50。作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液(例如，MgCl 2：8質量%)之一部份藉由泵70通過配管54而通至第一段半透膜處理裝置42之一次側48，且後述第二段半透膜處理裝置44中製得之第二濃縮液(例如，MgCl 2：10質量%)通過配管58而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第一濃縮液(例如，MgCl 2：30質量%)及第一稀釋液(例如，MgCl 2：5質量%)(濃縮步驟(第一段))。第一濃縮液(濃縮吸引溶液)通過配管56排出並作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
第一稀釋液通過配管60並藉由泵72通至第二段半透膜處理裝置44之一次側48，且藉由後述第三段半透膜處理裝置46製得之第三濃縮液(例如，MgCl 2：3質量%)通過配管62而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第二濃縮液(例如，MgCl 2：10質量%)及第二稀釋液(例如，MgCl 2：1質量%)(濃縮步驟(第二段))。第二濃縮液通過配管58而通至第一段半透膜處理裝置42之二次側50。
第二稀釋液通過配管64並藉由泵74通至第三段半透膜處理裝置46之一次側48，且稀釋液(例如，MgCl 2：1質量%)通過配管66而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第三濃縮液(例如，MgCl 2：3質量%)及第三稀釋液(例如，MgCl 2：＜1質量%)(濃縮步驟(第三段))。第三濃縮液通過配管62而通至第二段半透膜處理裝置44之二次側50。第三稀釋液通過配管68排出。第二濃縮液、第三濃縮液之一部份可作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。第三稀釋液可依需要在實施超過濾膜(UF膜)處理、逆滲透膜(RO膜)處理、離子交換處理等後回收、再利用。
該壓力輔助逆滲透膜處理裝置減少一次側48與二次側50之滲透壓差，可用比一般逆滲透膜處理裝置小之能量運轉，因此可用更低成本進行運轉。
如上所述，由上述稀薄吸引溶液製得之濃縮吸引溶液可作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
在圖4所示之濃縮裝置340中，通至第一段半透膜處理裝置42之二次側50及第二段以後之半透膜處理裝置的液可為與通至第一段半透膜處理裝置42之一次側48的稀薄吸引溶液不同成分的液。圖5顯示如此之濃縮裝置例。
圖5所示之濃縮裝置342係具有與圖4所示之濃縮裝置340相同結構的裝置。作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液(例如，MgCl 2：8質量%)之一部份藉由泵70通過配管54而通至第一段半透膜處理裝置42之一次側48，且後述第二段半透膜處理裝置44中製得之第二濃縮液(例如，葡萄糖：20質量%)通過配管58而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第一濃縮液(例如，MgCl 2：30質量%)及第一稀釋液(例如，葡萄糖：10質量%)(濃縮步驟(第一段))。第一濃縮液(濃縮吸引溶液)通過配管56排出並作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
第一稀釋液通過配管60並藉由泵72通至第二段半透膜處理裝置44之一次側48，且藉由後述第三段半透膜處理裝置46製得之第三濃縮液(例如，NaCl：3質量%)通過配管62而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第二濃縮液(例如，葡萄糖：20質量%)及第二稀釋液(例如，NaCl：1質量%)(濃縮步驟(第二段))。第二濃縮液通過配管58而通至第一段半透膜處理裝置42之二次側50。
第二稀釋液通過配管64並藉由泵74通至第三段半透膜處理裝置46之一次側48，且稀釋液(例如，NaCl：1質量%)通過配管66而通至二次側50，接著加壓一次側48使該一次側48含有之水透過二次側50，製得第三濃縮液(例如，NaCl：3質量%)及第三稀釋液(例如，NaCl：＜1質量%)(濃縮步驟(第三段))。第三濃縮液通過配管62而通至第二段半透膜處理裝置44之二次側50。第三稀釋液通過配管68排出。第三稀釋液可依需要在實施超過濾膜(UF膜)處理、逆滲透膜(RO膜)處理、離子交換處理等後回收、再利用。
通至第一段半透膜處理裝置42之二次側50及第二段以後之半透膜處理裝置的液只要是具有滲透壓之液即可，沒有特別限制。可舉例如：包含氯化鈉等之無機鹽類的水溶液、包含葡萄糖等之有機物的水溶液、包含聚合物之水溶液及離子液體等。由減少成分由一次側擴散至二次側之影響的觀點來看，宜使用與通至第一段半透膜處理裝置42之一次側48的稀薄吸引溶液相同成分的液。
圖6顯示本實施形態之水處理裝置5中之濃縮裝置34的另一例。
圖6所示之濃縮裝置344係一壓力輔助逆滲透膜處理裝置例。濃縮裝置344係一裝置，該裝置具有使用半透膜濃縮處理對象水並進一步使用半透膜濃縮該濃縮液之一個以上的濃縮設備，且將前述稀薄吸引溶液供給至第一段半透膜之一次側，接著將該濃縮液依序供給至各段半透膜之一次側並將前述稀薄吸引溶液之一部份或任一段濃縮液之一部份供給至各段半透膜之二次側，並加壓各段半透膜之一次側使該一次側含有之水透過二次側。
濃縮裝置344具有例如：第一段半透膜處理裝置78、第二段半透膜處理裝置80、第三段半透膜處理裝置82。各半透膜處理裝置具有被半透膜88分隔之一次側(第一空間)84及二次側(第二空間)86。
在圖6所示之濃縮裝置344中，配管90透過泵106連接於第一段半透膜處理裝置78之一次側84的入口。第一段半透膜處理裝置78之一次側84的出口及第二段半透膜處理裝置80之一次側84的入口藉由配管92連接。第二段半透膜處理裝置80之一次側84的出口及第三段半透膜處理裝置82之一次側84的入口藉由配管94連接。配管96連接於第三段半透膜處理裝置82之一次側84的出口。由配管96分歧之配管98連接於第三段半透膜處理裝置82之二次側86的入口。第三段半透膜處理裝置82之二次側86的出口及第二段半透膜處理裝置80之二次側86的入口藉由配管100連接。第二段半透膜處理裝置80之二次側86的出口及第一段半透膜處理裝置78之二次側86的入口藉由配管102連接。配管104連接於第一段半透膜處理裝置78之二次側86的出口。依據需要，配管92、94、96、98、100、102中可具有：加壓、送液用之泵；用以調整施加在半透膜上之壓力的閥等壓力調整機構；用以暫時貯存處理水之槽等。
在濃縮裝置344中，作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液(例如，MgCl 2：10質量%)之一部份藉由泵106通過配管90，接著輸送至第一段半透膜處理裝置78之一次側84。另一方面，由後述最終段之第三段半透膜處理裝置82經由第二段半透膜處理裝置80之二次側86送回的稀釋液(二次側處理水)(例如，MgCl 2：6質量%)通過配管102，接著輸送至第一段半透膜處理裝置78之二次側86。在第一段半透膜處理裝置78中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第一段))。
第一段半透膜處理裝置78之濃縮液(一次側處理水)(例如，MgCl 2：18質量%)通過配管92，接著輸送至第二段半透膜處理裝置80之一次側84。另一方面，由後述最終段之第三段半透膜處理裝置82送回的稀釋液(二次側處理水)(例如，MgCl 2：15質量%)通過配管100，接著輸送至第二段半透膜處理裝置80之二次側86。與第一段同樣地，在第二段半透膜處理裝置80中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第二段))。
第二段半透膜處理裝置80之濃縮液(一次側處理水)(例如，MgCl 2：23質量%)通過配管94，接著輸送至第三段半透膜處理裝置82之一次側84。另一方面，由後述最終段之第三段半透膜處理裝置82送回的濃縮液(例如，MgCl 2：30質量%)通過配管98，接著輸送至第三段半透膜處理裝置82之二次側86。與第一、二段同樣地，在第三段半透膜處理裝置82中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第三段))。
最終段之第三段半透膜處理裝置82之濃縮液(一次側處理水)(例如，MgCl 2：30質量%)的一部份通過配管96排出，作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。第三段半透膜處理裝置82之濃縮液剩餘的一部份通過配管96、98，接著輸送至第三段半透膜處理裝置82之二次側86。如上所述，在第三段半透膜處理裝置82中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第三段))。
第三段半透膜處理裝置82之稀釋液(二次側處理水)(例如，MgCl 2：15質量%)通過配管100，接著輸送至第二段半透膜處理裝置80之二次側86。如上所述，在第二段半透膜處理裝置80中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第二段))。
第二段半透膜處理裝置80之稀釋液(二次側處理水)(例如，MgCl 2：6質量%)通過配管102，接著輸送至第一段半透膜處理裝置78之二次側86。如上所述，在第一段半透膜處理裝置78中，加壓半透膜之一次側84使該一次側84含有之水透過二次側86(濃縮步驟(第一段))。第一段半透膜處理裝置78之稀釋液(二次側處理水)(例如，MgCl 2：＜1質量%)通過配管104排出。稀釋液可依需要在實施超過濾膜(UF膜)處理、逆滲透膜(RO膜)處理、離子交換處理等後回收、再利用。
因為該濃縮裝置344之如此壓力輔助逆滲透膜處理裝置使用被處理水之一部份作為滲透壓輔助用之稀釋用液，所以可不必另外準備稀釋液，因此裝置結構可比濃縮裝置340之如此壓力輔助逆滲透膜處理裝置簡化。
如上所述，由上述稀薄吸引溶液製得之濃縮吸引溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液再度使用。
可在該濃縮裝置344之如此壓力輔助逆滲透膜處理裝置中，供給正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液之一部份或任一段濃縮液之一部份至各段半透膜之二次側，該方法沒有特別限制。
例如，如圖7之濃縮裝置346所示地，可分配作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液，並分別供給至第一段半透膜處理裝置78之一次側84、二次側86，接著分別依序供給該濃縮液及透過液至各段半透膜之一次側84及二次側86，然後加壓各段半透膜之一次側使該一次側含有之水透過二次側。
如圖8之濃縮裝置348所示地，可供給作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液至第一段半透膜處理裝置78之一次側84，並依序供給該濃縮液至各段半透膜之一次側，接著供給最終段之第三段半透膜處理裝置82之濃縮液的一部份至第一段半透膜處理裝置78之二次側86並依序供給該透過液至各段半透膜之二次側，然後加壓各段半透膜之一次側使該一次側含有之水透過二次側。
如圖9之濃縮裝置350所示地，可供給作為被處理水之正滲透膜處理裝置14中使用的稀薄吸引溶液至第一段半透膜處理裝置78之一次側84，並依序供給該濃縮液至各段半透膜之一次側，接著供給各段之半透膜處理裝置之濃縮液的一部份至該半透膜處理裝置本身之二次側86，然後加壓各段半透膜之一次側使該一次側含有之水透過二次側。
在上述濃縮裝置340、342、344、346、348、350中，半透膜處理裝置之段數可依據目的之處理水濃度等來決定。例如，在濃縮裝置344、346、348、350中，欲由較稀濃度之稀薄吸引溶液製得較濃濃度之處理水(濃縮吸引溶液)時，可增加半透膜處理裝置之段數。
在上述濃縮裝置340、342、344、346、348、350中，可使用具有並聯地連接之2個以上膜模組的膜模組單元作為各段之半透膜處理裝置。各膜模組單元中之膜模組條數可依據處理對象之稀薄吸引溶液的流量等來決定。
具有半透膜處理裝置之半透膜可舉例如：逆滲透膜(RO膜)、正滲透膜(FO膜)、奈米過濾膜(NF膜)等之半透膜。半透膜宜為逆滲透膜、正滲透膜、奈米過濾膜。此外，使用逆滲透膜或正滲透膜、奈米過濾膜作為半透膜時，一次側之對象溶液的壓力宜為0.5至10.0MPa。
構成半透膜沒有特別限制，但可舉例如：乙酸纖維素系樹脂等之纖維素系樹脂、聚醚碸系樹脂等之聚碸系樹脂、聚醯胺系樹脂等。構成半透膜之材料係乙酸纖維素系樹脂較佳。
半透膜之形狀只要具有可分別地供給溶液至膜之一次側及二次側的構造即可，沒有特別限制，可舉螺旋型、中空紗膜、板底框型等為例。
[水處理裝置之另一例] 本發明實施形態之另一水處理裝置例的概略結構顯示於圖2中。圖2所示之水處理裝置3更具有吸引溶液調製槽30，作為混合氫氧化鎂及酸並在pH7以下使其反應以調製作為吸引溶液使用之鎂鹽水溶液的調製設備。
在圖2之水處理裝置3中，吸引溶液調製槽30之出口及正滲透膜處理裝置14之吸引溶液入口藉由吸引溶液配管32連接。
與圖1之水處理裝置1同樣地進行：前處理步驟，其包含溶解性二氧化矽去除步驟及硬度成分去除步驟中之任一步驟；及濃縮處理步驟，濃縮處理藉由前處理步驟製得之前處理水。
另一方面，在吸引溶液調製槽30中，混合氫氧化鎂及酸並在pH7以下使其反應以調製作為吸引溶液使用之鎂鹽水溶液(調製步驟)。
在正滲透膜處理裝置14中正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理製得之濃縮水(正滲透膜處理步驟)。在正滲透膜處理裝置14中，藉由吸引溶液調製槽30調製之吸引溶液通過吸引溶液配管32輸送至正滲透膜之二次側，接著透過正滲透膜使濃縮水及吸引溶液存在，藉此使水利用滲透壓移動至吸引溶液。
正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液通過稀薄吸引溶液配管26輸送至前處理裝置10，接著在前處理裝置10中在前處理步驟中使用。
在圖3之水處理裝置5中，與圖2之水處理裝置3同樣地，可更具有吸引溶液調製槽，作為混合氫氧化鎂及酸並在pH7以下使其反應以調製作為吸引溶液使用之鎂鹽水溶液的調製設備。在吸引溶液調製槽中，混合氫氧化鎂及酸並在pH7以下使其反應以調製鎂鹽水溶液(調製步驟)，且可將調製之鎂鹽水溶液輸送至正滲透膜處理裝置14之二次側作為吸引溶液使用。
調製步驟中使用之酸可舉例如：鹽酸、硫酸、硝酸等，且由抑制難溶解性物質生成等之觀點來看，鹽酸或硝酸較佳。
調製步驟中之pH只要7以下即可，沒有特別限制，但可在例如pH1至7之範圍內，且宜在2至5之範圍內。調製步驟中之pH超過7時，鎂鹽之溶解會不充分，且小於1時，酸之添加量會過多。
調製步驟中之溫度只要是進行鎂鹽之溶解反應的溫度即可，沒有特別限制，但可在例如1℃至80℃之範圍內。調製步驟中之溫度小於1℃時，鎂鹽之溶解反應會不充分，且超過80℃時，設備之耐熱性等會有問題。
調製步驟中之反應時間只要可進行鎂鹽之溶解反應即可，沒有特別限制，但可在例如5分至120分之範圍內。調製步驟中之反應時間小於5分時，鎂鹽之溶解反應會不充分，且超過120分時，設備會有問題。
＜正滲透膜處理方法及正滲透膜處理系統＞ 以下在圖11中顯示本發明實施形態之一正滲透膜處理系統例的概略，且說明其結構。
本實施形態之正滲透膜處理系統8具有正滲透膜處理裝置14，且該正滲透膜處理裝置14作為藉由使被處理水(FO被處理水)及濃度比被處理水(FO被處理水)高之吸引溶液透過正滲透膜110接觸來製得濃縮水(FO濃縮水)及稀薄吸引溶液的正滲透膜處理設備。
在圖11之正滲透膜處理系統8中，FO被處理水配管16連接於正滲透膜處理裝置14之FO被處理水入口，且FO濃縮水配管28連接於FO濃縮水出口。吸引溶液配管24連接於正滲透膜處理裝置14之吸引溶液入口，且稀薄吸引溶液配管26連接於稀薄吸引溶液出口。殺菌劑添加配管112連接於FO被處理水配管16作為殺菌劑添加設備。
以下說明本實施形態之正滲透膜處理方法及正滲透膜處理系統8之動作。
FO被處理水通過FO被處理水配管16輸送至正滲透膜處理裝置14之一次側且在正滲透膜處理裝置14中進行正滲透膜處理(正滲透膜處理步驟)。在正滲透膜處理裝置14中，吸引溶液通過吸引溶液配管24輸送至正滲透膜之二次側且透過正滲透膜110使FO被處理水及吸引溶液存在，藉此使水利用滲透壓移動至吸引溶液。正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液通過稀薄吸引溶液配管26排出。藉由正滲透膜處理步驟製得之FO濃縮水通過FO濃縮水配管28排出。稀薄吸引溶液及FO濃縮水中之至少一者可回收、再利用。
在此，使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑(以下，有時稱為「正滲透膜用殺菌劑」)存在FO被處理水中。例如，正滲透膜用殺菌劑通過殺菌劑添加配管112在FO被處理水配管16中添加至FO被處理水中。亦可在正滲透膜處理裝置14之前段另外設置貯存FO被處理水之FO被處理水槽，且在FO被處理水槽中添加正滲透膜用殺菌劑。
如此，在本實施形態之正滲透膜處理方法及正滲透膜處理系統8中，正滲透膜處理被處理水時，使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物之正滲透膜用殺菌劑存在正滲透膜處理之被處理水(FO被處理水)中。本發明人發現包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物之正滲透膜用殺菌劑幾乎未透過正滲透膜。該正滲透膜用殺菌劑對正滲透膜發揮比習知之氯系殺菌劑、氧化劑、有機系殺菌劑更充分之殺菌效果。此外，因為殺菌劑幾乎未洩漏至吸引溶液中，所以可再利用稀薄吸引溶液。
因為該正滲透膜用殺菌劑之殺菌有效成分幾乎未透過正滲透膜，所以隨著前進至正滲透膜處理裝置14之出口(FO濃縮水出口)而逐漸濃縮。因此，殺菌劑之殺菌有效成分可充分地擴散到正滲透膜處理裝置14之出口(FO濃縮水出口)側且充分地殺菌到正滲透膜之出口側。
在習知方法中，在FO被處理水中添加次氯酸、氯胺、過氧化氫、有機系殺菌劑等之殺菌劑時，FO被處理水之一部份因與吸引溶液之滲透壓差而移動至吸引溶液側，同時殺菌劑之一部份移動至吸引溶液側。相對於此，在本實施形態之正滲透膜處理方法及正滲透膜處理系統8中，藉由使用上述正滲透膜用殺菌劑，可抑制殺菌劑透過正滲透膜且再利用稀薄吸引溶液。
「包含溴系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑」可為含有包含「溴系氧化劑」及「胺磺酸化合物」之混合物的安定化次溴酸組成物的殺菌劑，或含有包含「溴系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次溴酸組成物的殺菌劑。「包含氯系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑」可為含有包含「氯系氧化劑」及「胺磺酸化合物」之混合物的安定化次氯酸組成物的殺菌劑，或含有包含「氯系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次氯酸組成物的殺菌劑。
即，本發明實施形態之正滲透膜處理方法係使「溴系氧化劑」及「胺磺酸化合物」之混合物或「氯系氧化劑」及「胺磺酸化合物」之混合物存在被處理水(FO被處理水)中的方法。因此，考慮在被處理水中生成安定化次溴酸組成物或安定化次氯酸組成物。
此外，本發明實施形態之正滲透膜處理方法係使「溴系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次溴酸組成物或「氯系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次氯酸組成物存在被處理水(FO被處理水)中的方法。
具體而言，本發明實施形態之正滲透膜處理方法係使「溴」、「氯化溴」、「次溴酸」或「溴化鈉及次氯酸之反應物」及「胺磺酸化合物」之混合物存在被處理水中的方法。或者，使「次氯酸」及「胺磺酸化合物」之混合物存在被處理水中的方法。
此外，本發明實施形態之正滲透膜處理方法係例如使「溴及胺磺酸化合物之反應生成物」、「氯化溴及胺磺酸化合物之反應生成物」、「次溴酸及胺磺酸化合物之反應生成物」或「溴化鈉與次氯酸之反應物及胺磺酸化合物的反應生成物」之安定化次溴酸組成物存在被處理水中的方法。或者，使「次氯酸及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次氯酸組成物存在被處理水中的方法。
在本發明實施形態之正滲透膜處理方法中，雖然安定化次溴酸組成物或安定化次氯酸組成物發揮與次氯酸等氯系氧化劑等之習知殺菌劑同等以上的殺菌效果，但相較於氯系氧化劑等之習知殺菌劑，對正滲透膜之劣化影響低，因此可抑制在正滲透膜之積垢且抑制正滲透膜之氧化劣化。因此，本實施形態之正滲透膜處理方法中使用之安定化次溴酸組成物或安定化次氯酸組成物適合作為在利用正滲透膜處理被處理水之方法中使用的殺菌劑。
本實施形態之正滲透膜處理方法中，「包含溴系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑」時，氯系氧化劑不存在，因此對正滲透膜之劣化影響更低。包含氯系氧化劑時有生成氯酸之虞。
本實施形態之正滲透膜處理方法中，「溴系氧化劑」係溴時，氯系氧化劑不存在，因此對正滲透膜之劣化影響顯著地低。
在本實施形態之正滲透膜處理方法中，可例如藉由注藥泵等將「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」及「胺磺酸化合物」注入被處理水中。「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」及「胺磺酸化合物」可分別地添加在被處理水中或用原液混合後添加在被處理水中。
此外，可例如藉由注藥泵等將「溴系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」或「氯系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」注入被處理水中。
在本實施形態之正滲透膜處理方法中，「胺磺酸化合物」之當量對「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」之當量的比宜為1以上，且在1以上2以下之範圍內更佳。「胺磺酸化合物」之當量對「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」之當量的比小於1時可能使膜劣化，且超過2時製造成本會增加。
按有效氯濃度換算，接觸正滲透膜之全氯濃度宜為0.01至100mg/L。小於0.01mg/L時無法獲得充分之殺菌效果，且大於100mg/L時可能引起正滲透膜之劣化、配管等之腐蝕。
溴系氧化劑可舉例如：溴(液體溴)、氯化溴、溴酸、溴酸鹽、次溴酸等。次溴酸可為使溴化鈉等之溴化物與次氯酸等氯系氧化劑反應而生成者。
其中，使用溴之「溴及胺磺酸化合物(溴及胺磺酸化合物之混合物)」或「溴及胺磺酸化合物之反應生成物」的製劑，相較於「次氯酸、溴化合物及胺磺酸」之製劑及「氯化溴及胺磺酸」之製劑等，溴酸之副產物少且不會使正滲透膜更劣化，因此作為正滲透膜用之殺菌劑更理想。
即，本發明實施形態之正滲透膜處理方法宜使溴及胺磺酸化合物存在(使溴及胺磺酸化合物之混合物存在)被處理水中。此外，宜使溴及胺磺酸化合物之反應生成物存在被處理水中。
溴化合物可舉例如：溴化鈉、溴化鉀、溴化鋰、溴化銨及溴化氫酸等。其中，由製劑成本等之方面來看，溴化鈉較佳。
氯系氧化劑可舉例如：氯氣、二氧化氯、次氯酸或其鹽、亞氯酸或其鹽、氯酸或其鹽、過氯酸或其鹽、氯化異氰酸或其鹽等。其中，鹽可舉例如：次氯酸鈉、次氯酸鉀等之次氯酸鹼金屬鹽；次氯酸鈣、次氯酸鋇等之次氯酸鹼土金屬鹽；亞氯酸鈉、亞氯酸鉀等之亞氯酸鹼金屬鹽；亞氯酸鋇等之亞氯酸鹼土金屬鹽；亞氯酸鎳等之其他亞氯酸金屬鹽；氯酸銨、氯酸鈉、氯酸鉀等之氯酸鹼金屬鹽；氯酸鈣、氯酸鋇等之氯酸鹼土金屬鹽等。該等氯系氧化劑可單獨地使用一種或組合2種以上使用。由操作性等方面來看，氯系氧化劑宜使用次氯酸鈉。
胺磺酸化合物係用以下通式(1)表示之化合物。 R 2NSO 3H               (1) (式中，R係獨立地為氫原子或碳數1至8之烷基。)
胺磺酸化合物可舉例如：除了2個R基兩者均係氫原子之胺磺酸(醯胺硫酸)以外，N-甲基胺磺酸、N-乙基胺磺酸、N-丙基胺磺酸、N-異丙基胺磺酸、N-丁基胺磺酸等之2個R基中之一R基係氫原子且另一R基係碳數1至8之烷基的胺磺酸化合物；N,N-二甲基胺磺酸、N,N-二乙基胺磺酸、N,N-二丙基胺磺酸、N,N-二丁基胺磺酸、N-甲基-N-乙基胺磺酸、N-甲基-N-丙基胺磺酸等之2個R基兩者均係碳數1至8之烷基的胺磺酸化合物；N-苯胺磺酸等之2個R基中之一R基係氫原子且另一R基係碳數6至10之芳基的胺磺酸化合物；或其鹽等。胺磺酸鹽可舉例如：鈉鹽、鉀鹽等之鹼金屬鹽；鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等之鹼土金屬鹽；錳鹽、銅鹽、鋅鹽、鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽等之其他金屬鹽；銨鹽及胍鹽等。胺磺酸化合物及其鹽可單獨地使用一種或組合2種以上使用。由環境負荷等方面來看，胺磺酸化合物使用胺磺酸(醯胺硫酸)較佳。
在本實施形態之正滲透膜處理方法中，可進一步使鹼存在。鹼可舉例如：氫氧化鈉、氫氧化鉀等之氫氧化鹼等。由低溫之製品安定性等方面來看，可併用氫氧化鈉及氫氧化鉀。此外，鹼可非固形而是形成水溶液來使用。
正滲透膜處理步驟中使用之正滲透膜的形狀沒有特別限制，但可使用例如中空紗膜、螺旋膜、管形膜、板底框構造之膜等。正滲透膜之膜材質可舉芳香族聚醯胺系、乙酸纖維素系、多酮系等為例。此外，亦可使用在分離膜之基材中組合機能性蛋白質及無機材料等以賦予分離性能及透水性等的膜。本實施形態之正滲透膜處理方法可理想地使用在芳香族聚醯胺系、醯胺系之基材中組合機能性蛋白質及無機材料等以賦予分離性能及透水性等的膜作為正滲透膜。已知的是該等膜特別容易受到因習知使用之氯系氧化劑造成的劣化影響。
正滲透膜可舉例如：HP5230(東洋紡製)、HFFO2(Aquaporin製)、OsmoF20(Fruid Technology Solutions製)。該等正滲透膜可單段地使用或串聯地連接多數段使用。即，可藉由第二正滲透膜處理進一步濃縮藉由第一正滲透膜處理製得之濃縮水。
但是，正滲透膜及逆滲透膜因其運轉方法不同，膜之構造、性質不同。逆滲透膜對膜之一次側施加高壓力，因此使膜厚為厚以保持可耐壓力之機械強度。另一方面，因為正滲透膜之施加於膜的壓力比逆滲透膜低，所以可沒有逆滲透膜情形之機械強度，且必須進一步抑制膜內部之濃度極化，因此需要使膜厚為薄。使膜最適合要求之運轉條件，結果逆滲透膜及正滲透膜雖然膜材質相同，但具有不同膜構造，因此透過性能、阻止性能不同。因此，將逆滲透膜處理中使用之逆滲透膜用於正滲透用途時，無法獲得充分之性能。
正滲透膜處理步驟中使用之吸引溶液可舉例如：碳酸銨水溶液、鎂鹽水溶液、鈉鹽水溶液等之無機鹽水溶液；蔗糖、葡萄糖、有機性聚合物等之有機物水溶液；離子液體等。正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液可原封不動地使用在另一步驟中，或藉由對稀薄吸引溶液施加加熱、膜分離等之操作而由稀薄吸引溶液分離水，接著再利用製得之水及濃縮吸引溶液。在正滲透膜處理步驟中進行多數段正滲透膜處理時，可組合使用上述吸引溶液。
被處理水(FO被處理水)沒有特別限制，但可舉例如：工業用水、表層水、自來水、地下水、海水、藉由逆滲透法或蒸發法使海水脫鹽之海水淡化處理水、例如在半導體製程等中排出之排水等的各種排水。
被處理水之pH係在例如2至12之範圍內，且在4至11之範圍內較佳。被處理水之pH小於2或超過12時，正滲透膜會劣化。
在正滲透膜處理裝置中，被處理水為pH5.5以上且產生水垢時，可與上述殺菌劑併用分散劑以抑制水垢。分散劑可舉例如：聚丙烯酸、聚順丁烯二酸、膦酸等。分散劑對被處理水之添加量係例如按FO濃縮水中之濃度計在0.1至1,000mg/L之範圍內。
此外，為了在未使用分散劑之情形下控制水垢之發生，例如，可調整正滲透膜處理裝置之回收率、水溫、pH等之運轉條件，使FO濃縮水中之二氧化矽濃度在溶解度以下且使作為鈣水垢之指標的藍氏(Langelier)指數為0以下。
正滲透膜處理系統之用途可舉例如：海水淡化、排水減容化、有價物之濃縮、食品及飲料之濃縮等。
＜水處理方法、水處理系統＞ 接著，說明使用上述正滲透膜處理方法、正滲透膜處理系統之水處理方法、水處理系統。
本發明實施形態之水處理方法係包含上述正滲透膜處理方法，且在正滲透膜處理步驟之前段中包含前處理步驟及逆滲透膜處理步驟，並且在前處理步驟中使用藉由正滲透膜處理步驟製得之稀薄吸引溶液的水處理方法。此外，本發明實施形態之水處理系統係具有上述正滲透膜處理系統，且在正滲透膜處理設備之前段中具有前處理設備及逆滲透膜處理設備，並且在前處理設備中使用藉由正滲透膜處理設備製得之稀薄吸引溶液的水處理系統。
以下在圖12中顯示本發明實施形態之一水處理系統例的概略，且說明其結構。
本實施形態之水處理系統9具有：前處理裝置114，其作為進行被處理水之前處理的前處理設備；逆滲透膜處理裝置118，其作為進行藉由前處理製得之前處理水的逆滲透膜處理且製得RO濃縮水及RO透過水的逆滲透膜處理設備；及正滲透膜處理裝置14，其作為進行藉由逆滲透膜處理製得之RO濃縮水的正滲透膜處理的正滲透膜處理設備。水處理系統9可具有濁質去除裝置116，作為進行藉由前處理製得之前處理水的濁質去除處理的濁質去除設備。
在圖12之水處理系統9中，被處理水配管120連接於前處理裝置114之前處理水入口，且前處理裝置114之出口及濁質去除裝置116之入口藉由配管122連接，並且濁質去除裝置116之出口及逆滲透膜處理裝置118之入口藉由配管124連接。逆滲透膜處理裝置118之RO濃縮水出口及正滲透膜處理裝置14之FO前處理水入口藉由FO被處理水配管16連接，且RO透過水配管126連接於逆滲透膜處理裝置118之RO透過水出口。吸引溶液配管24連接於正滲透膜處理裝置14之吸引溶液入口，且正滲透膜處理裝置14之稀薄吸引溶液出口及前處理裝置114之稀薄吸引溶液入口藉由稀薄吸引溶液配管26連接，並且FO濃縮水配管28連接於正滲透膜處理裝置14之FO濃縮水出口。逆洗排水配管128亦可連接於濁質去除裝置116之逆洗排水出口。
以下說明本實施形態之水處理方法及水處理系統9的動作。
被處理水通過被處理水配管120輸送至前處理裝置114。在前處理裝置114中，進行被處理水含有之溶解性二氧化矽、硬度成分等的去除處理(前處理步驟)。
被處理水包含溶解性二氧化矽時，前處理裝置114具有例如：鎂反應設備，其將鎂鹽添加至被處理水中使其反應，使溶解性二氧化矽不溶化；凝集處理設備，其將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置114中，在例如鹼條件(例如，pH10至12)下將鎂鹽添加至被處理水中，使溶解性二氧化矽不溶化(鎂反應步驟)。然後，依需要添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。藉由固液分離製得之固液分離處理水作為前處理水通過配管122輸送至濁質去除裝置116，接著藉由UF膜等進行濁質去除處理，並在去除濁質成分等後(濁質去除步驟)，輸送至逆滲透膜處理裝置118。
被處理水包含硬度成分，且藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置114具有例如：鹼劑反應設備，其將鹼劑添加至被處理水中使其反應，使硬度成分不溶化；凝集處理設備，其依需要將凝集劑添加至反應後之被處理水中使其凝集；及固液分離設備，其由凝集處理後之被處理水分離凝集物。前處理裝置114中，例如將鹼劑添加至被處理水中，使硬度成分不溶化(鹼劑反應步驟)。然後，依需要添加凝集劑以進行凝集處理(凝集處理步驟)，使凝集物固液分離(固液分離步驟)。藉由固液分離製得之固液分離處理水作為前處理水通過配管122輸送至濁質去除裝置116，接著藉由UF膜等進行濁質去除處理，並在去除濁質成分等後(濁質去除步驟)，輸送至逆滲透膜處理裝置118。
被處理水包含硬度成分，且藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除時，前處理裝置114具有例如使用離子交換樹脂等進行離子交換處理之離子交換處理設備。前處理裝置114中，例如將被處理水通至填充離子交換樹脂作為離子交換處理設備之離子交換塔，並吸附去除硬度成分(離子交換步驟)。將藉由離子交換處理製得之前處理水通過配管122輸送至濁質去除裝置116，接著藉由UF膜等進行濁質去除處理，並在去除濁質成分等後(濁質去除步驟)，輸送至逆滲透膜處理裝置118。離子交換樹脂需要再生時，藉由通過再生劑再生離子交換樹脂。
接著，在逆滲透膜處理裝置118中逆滲透膜處理濁質去除處理後之前處理水，製得RO濃縮水及RO透過水(逆滲透膜處理步驟)。藉由逆滲透膜處理製得之RO濃縮水作為FO被處理水通過FO被處理水配管16輸送至正滲透膜處理裝置14之一次側，且RO透過水通過RO透過水配管126排出。此外，在濁質去除裝置116中，可每隔預定時間進行膜之逆洗。例如，供給RO透過水等至濁質去除裝置116作為逆洗水，且逆洗排水通過逆洗排水配管128排出。
在正滲透膜處理裝置14中正滲透膜處理藉由逆滲透膜處理製得之RO濃縮水(正滲透膜處理步驟)。在正滲透膜處理裝置14中，吸引溶液通過吸引溶液配管24輸送至正滲透膜之二次側，接著透過正滲透膜，使RO濃縮水及吸引溶液存在，藉此利用滲透壓使水移動至吸引溶液。
在此，使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物之正滲透膜用殺菌劑存在RO濃縮水(FO被處理水)中。例如，正滲透膜用殺菌劑通過殺菌劑添加配管112在FO被處理水配管16中添加至RO濃縮水(FO被處理水)中。亦可在正滲透膜處理裝置14之前段，例如逆滲透膜處理裝置118與正滲透膜處理裝置14之間另外設置貯存RO濃縮水(FO被處理水)之FO被處理水槽，且在FO被處理水槽中添加正滲透膜用殺菌劑。
該正滲透膜用殺菌劑對正滲透膜發揮比習知之氯系殺菌劑、氧化劑、有機系殺菌劑更充分之殺菌效果。藉由在本實施形態之水處理方法中使用上述正滲透膜用殺菌劑，殺菌有效成分幾乎未透過正滲透膜，因此可在前處理中使用藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄吸引溶液且可再利用稀薄吸引溶液。稀薄吸引溶液中含有有機系殺菌劑時，在濁質去除裝置116之逆洗排水及逆滲透膜處理裝置118之RO透過水中包含殺菌有效成分。稀薄吸引溶液中含有氯系殺菌劑或氧化劑時，氯系殺菌劑或氧化劑流入濁質去除裝置116或逆滲透膜處理裝置118時使膜劣化。使用上述正滲透膜用殺菌劑時，因為殺菌有效成分幾乎未透過正滲透膜，所以可抑制如此之風險。
正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液通過稀薄吸引溶液配管26輸送至前處理裝置114，並在前處理裝置114中在前處理步驟中使用。藉由正滲透膜處理步驟製得之FO濃縮水通過FO濃縮水配管28排出。FO濃縮水可回收、再利用。
前處理裝置114包含進行溶解性二氧化矽去除之裝置時，例如，可使用鎂鹽水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且可使用正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液)作為在前處理裝置114中添加之鎂鹽。
前處理裝置114包含藉由石灰軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，例如，可使用例如鹼劑水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且可使用正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鹼劑稀薄水溶液)作為在前處理裝置114中添加之鹼劑。
前處理裝置114包含藉由樹脂軟化法進行硬度成分之去除的裝置時，例如，可使用酸水溶液或氯化鈉水溶液作為正滲透膜處理裝置14中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液)可在前處理裝置114中作為離子交換樹脂之再生劑使用。
藉由本實施形態之水處理方法及水處理裝置，可用低成本處理例如包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
因為在前處理步驟中使用藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄吸引溶液，所以可減少本來需要之再利用吸引溶液的必要成本且不需要再生設備。因為稀薄吸引溶液只是稀釋前處理步驟中本來使用之吸引溶液，所以幾乎不產生追加之成本。
作為本實施形態之水處理方法及水處理裝置之處理對象的被處理水沒有特別限制，但可為例如包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的水，且可舉例如：工業用水、表層水、自來水、地下水、海水、藉由逆滲透法或蒸發法使海水脫鹽之海水淡化處理水、例如在半導體製程中排出之排水等的各種排水。
被處理水中含有溶解性二氧化矽時，溶解性二氧化矽之濃度係在例如5至400mg/L之範圍內。被處理水中含有硬度成分時，鈣硬度成分之濃度係在例如5至600mg/L之範圍內。被處理水中之全蒸發殘留物(TDS：全部溶解固體量(Total Dissolved Solid)係在例如100至50000mg/L之範圍內。
在本實施形態之水處理方法及水處理裝置中，被處理水包含溶解性二氧化矽及硬度成分兩者時，前處理設備(前處理步驟)可具有溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)兩者。溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)之順序可第一是溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)，第二是硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)，或第一是硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)，第二是溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)。
此時，使用鎂鹽水溶液、鹼劑水溶液、酸水溶液及氯化鈉水溶液中之至少一者作為正滲透膜處理裝置14(正滲透膜處理步驟)中之吸引溶液，且正滲透膜處理裝置14中使用之稀薄吸引溶液(鎂鹽稀薄水溶液、鹼劑稀薄水溶液、酸稀薄水溶液及氯化鈉稀薄水溶液中之至少一者)可使用在前處理裝置114(前處理步驟)之溶解性二氧化矽去除設備(溶解性二氧化矽去除步驟)及硬度成分去除設備(硬度成分去除步驟)中適合的方面。
濁質去除設備可舉例如：砂過濾裝置、超過濾(UF)膜等之膜過濾裝置、加壓浮選裝置等。濁質去除設備之設置位置沒有特別限制，例如前處理裝置114(前處理步驟)之前段或前處理裝置114(前處理步驟)與逆滲透膜處理裝置118(逆滲透膜處理步驟)之間。
前處理步驟之細節係如前所述。在溶解性二氧化矽去除及石灰軟化法之硬度成分去除中，藉由固液分離製得之前處理水可輸送至逆滲透膜處理裝置118或通過濁質去除裝置116輸送至逆滲透膜處理裝置118。在樹脂軟化法之硬度成分去除中，藉由離子交換處理製得之前處理水可輸送至逆滲透膜處理裝置118或通過濁質去除裝置116輸送至逆滲透膜處理裝置118。
可使包含溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑(「正滲透膜用殺菌劑」)存在圖1至3之水處理裝置1、3、5中作為FO被處理水的濃縮水中。例如，正滲透膜用殺菌劑通過殺菌劑添加配管在濃縮水配管20中添加至FO被處理水(濃縮水)中。亦可在正滲透膜處理裝置14之前段，例如逆滲透膜處理裝置12與正滲透膜處理裝置14之間另外設置貯存FO被處理水(濃縮水)之濃縮水槽，且在濃縮水槽中添加正滲透膜用殺菌劑。
[逆滲透膜處理步驟] 近來作為主流之聚醯胺系高分子膜可理想地作為逆滲透膜處理步驟中使用之逆滲透膜使用。聚醯胺系高分子膜對氧化劑之耐性比較低，因此使游離氯等連續地接觸聚醯胺系高分子膜時膜性能顯著地降低。但是，藉由在本實施形態之水處理方法中使用上述正滲透膜用殺菌劑，殺菌有效成分幾乎未透過正滲透膜，因此即使聚醯胺系高分子膜亦幾乎不產生如此顯著之膜性能降低。
逆滲透膜處理可串聯或並聯多數逆滲透膜處理來使用。可藉由第二、第三逆滲透膜處理進一步濃縮藉由第一逆滲透膜處理製得之濃縮水，或可藉由對藉由第一逆滲透膜處理製得之透過水實施另外之逆滲透膜處理，進一步提高水質。
逆滲透膜處理步驟中使用之逆滲透膜，除了使用於純水製造用途及排水回收等之用途的超低壓逆滲透膜、低壓逆滲透膜以外，可舉使用於海水淡化等用途之中壓逆滲透膜及高壓逆滲透膜等為例。超低壓逆滲透膜、低壓逆滲透膜可舉例如：ES15(日東電工製)、TM720D(TORAY製)、BW30HRLE(Dow Chemical製)、LFC3-LD(Hydranautics製)。高壓逆滲透膜可舉例如：SWC5-LD(Hydranautics製)、TM820V(TORAY製)、XUS180808(Dow Chemical製)等。使用多數段逆滲透膜步驟時，可依據各段之被處理水的TDS、pH、水溫等之條件來選擇不同種類之膜。
在濃縮處理步驟中，亦可添加pH調整劑、抑制在系內之無機鹽結垢的水垢分散劑、抑制在系內產生微生物之殺菌劑等的藥品。
＜正滲透膜用殺菌劑＞ 本實施形態之正滲透膜用殺菌劑含有包含「溴系氧化劑或氯系氧化劑」及「胺磺酸化合物」之混合物的安定化次溴酸組成物的殺菌劑或安定化次氯酸組成物，且可進一步含有鹼。
本實施形態之正滲透膜用殺菌劑含有包含「溴系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次溴酸組成物或包含「氯系氧化劑及胺磺酸化合物之反應生成物」之安定化次氯酸組成物，且可進一步含有鹼。
溴系氧化劑、溴化合物、氯系氧化劑及胺磺酸化合物係如上所述。
包含氯系氧化劑及胺磺酸化合物之安定化次氯酸組成物的市售品可舉栗田工業公司(股)製之「KURIVERTER IK-110」為例。
為了不使正滲透膜進一步劣化，本實施形態之正滲透膜用殺菌劑宜為含有溴及胺磺酸化合物者(含有溴及胺磺酸化合物之混合物者)，例如含有溴、胺磺酸化合物、鹼及水之混合物，或溴及胺磺酸化合物之反應生成物者，例如溴與胺磺酸化合物之反應生成物、鹼及水的混合物。
本實施形態之正滲透膜用殺菌劑中，含有包含溴系氧化劑及胺磺酸化合物之安定化次溴酸組成物的殺菌劑，特別是含有包含溴及胺磺酸化合物之安定化次溴酸組成物的殺菌劑，相較於包含氯系氧化劑及胺磺酸化合物之殺菌劑(氯胺磺酸等)，雖然氧化力高且污泥抑制力、污泥剝離力顯著地高，但幾乎未引起如相同氧化力高之次氯酸的顯著膜劣化。在通常之使用濃度下，可實質地忽視對膜劣化之影響。因此，作為殺菌劑最適當。
本實施形態之正滲透膜用殺菌劑與次氯酸等之殺菌劑不同，因為幾乎未透過正滲透膜，所以幾乎不會影響稀薄吸引溶液。此外，可與次氯酸等同樣地在現場測量濃度，因此可進行更正確之濃度管理。
正滲透膜用殺菌劑之pH係例如超過13.0，且超過13.2更佳。正滲透膜用殺菌劑之pH係13.0以下時，正滲透膜用殺菌劑中之有效鹵素會不安定。
正滲透膜用殺菌劑中之溴酸濃度宜小於5mg/kg。正滲透膜用殺菌劑中之溴酸濃度係5mg/kg以上時，稀薄吸引溶液之溴酸離子濃度會升高。
＜正滲透膜用殺菌劑之製造方法＞ 本實施形態之正滲透膜用殺菌劑係藉由混合溴系氧化劑或氯系氧化劑及胺磺酸化合物製得，且可進一步混合鹼。
含有包含溴及胺磺酸化合物之安定化次溴酸組成物的正滲透膜用殺菌劑製造方法宜包含以下步驟：在惰性氣體環境下將溴添加至包含水、鹼及胺磺酸化合物之混合液中使其反應，或在惰性氣體環境下將溴添加至包含水、鹼及胺磺酸化合物之混合液中。藉由在惰性氣體環境下添加使其反應或在惰性氣體環境下添加，正滲透膜用殺菌劑中之溴酸離子濃度降低，因此稀薄吸引溶液中之溴酸離子濃度降低。
使用之惰性氣體沒有特別限制，但由製造等方面來看宜為氮及氬中之至少一者，且由製造成本方面來看氮特別好。
溴添加時之反應器內的氧濃度宜為6%以下，但4%以下較佳，2%以下更佳，且1%以下特佳。溴反應時之反應器內的氧濃度超過6%時，反應系內之溴酸生成量會增加。
相對正滲透膜用殺菌劑全體之量的溴添加率宜為25重量%以下，且1重量%以上20重量%以下更佳。相對正滲透膜用殺菌劑全體之量的溴添加率超過25重量%時，反應系內之溴酸生成量會增加。小於1重量%時，殺菌力會很差。
溴添加時之反應溫度宜控制在0℃以上25℃以下之範圍內，但由製造成本等方面來看，控制在0℃以上15℃以下之範圍內更佳。溴添加時之反應溫度超過25℃時，反應系內之溴酸生成量會增加，且小於0℃時會凍結。 實施例
以下，列舉實施例及比較例，更具體地詳細說明本發明，但本發明不限於以下實施例。
＜實施例1＞ 對包含TDS100ppm、溶解性二氧化矽15ppm之工業用水使用圖1記載之水處理裝置實施濃縮處理。藉由逆滲透膜處理裝置，濃縮到TDS8%為止。將該濃縮水供給至正滲透膜處理裝置(正滲透膜：HP5230(東洋紡製))，接著供給30重量%氯化鎂溶液作為吸引溶液，製得TDS20%之FO濃縮水。藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄氯化鎂溶液原封不動地添加至溶解性二氧化矽去除裝置中。算出用於正滲透膜處理之能量成本。結果顯示於表1中。
＜比較例1＞ 在實施例1使用之水處理裝置中，實施用蒸發器取代正滲透膜處理裝置之濃縮操作，同樣地製得TDS20%之濃縮水。算出用於蒸發器之能量成本並與實施例1比較。結果顯示於表1中。
＜比較例2＞ 在實施例1使用之水處理裝置中，使用30重量%碳酸銨溶液作為正滲透膜處理裝置之吸引溶液，同樣地製得TDS20%之濃縮水。將藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄碳酸銨溶液輸送至再生裝置，並藉由熱實施再生(再生步驟)。算出用於正滲透膜處理之能量成本(包含供應至再生步驟之能量)。結果顯示於表1中。
[表1]
   能量成本比
實施例1 1
比較例1 6.1
比較例2 4.5
如此，可了解的是藉由實施例1之處理方法，相較於比較例1、2之處理方法，可用低能量成本濃縮，因此可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
＜實施例2＞ 對包含TDS100ppm、溶解性二氧化矽15ppm之工業用水使用圖3記載之水處理裝置實施濃縮處理。藉由逆滲透膜處理裝置，濃縮到TDS8%為止。將該濃縮水供給至正滲透膜處理裝置(正滲透膜：HP5230(東洋紡製))，接著供給30重量%氯化鎂溶液作為吸引溶液，製得TDS20%之FO濃縮水。藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄氯化鎂溶液的一部份原封不動地添加至溶解性二氧化矽去除裝置中，且剩餘部份使用圖6之結構的濃縮裝置濃縮到氯化鎂30%為止並作為正滲透膜處理裝置之吸引溶液再利用。算出用於正滲透膜處理之能量成本。結果顯示於表2中。
＜比較例3＞ 在實施例2使用之水處理裝置中，實施用蒸發器取代正滲透膜處理裝置之濃縮操作，同樣地製得TDS20%之濃縮水。算出用於蒸發器之能量成本並與實施例2比較。結果顯示於表2中。
＜比較例4＞ 在實施例2使用之水處理裝置中，使用30重量%碳酸銨溶液作為正滲透膜處理裝置之吸引溶液，同樣地製得TDS20%之濃縮水。將藉由正滲透膜處理稀釋之稀薄碳酸銨溶液輸送至再生裝置，並藉由熱實施再生(再生步驟)。算出用於正滲透膜處理之能量成本(包含供應至再生步驟之能量)。結果顯示於表2中。
[表2]
   能量成本比
實施例2 1
比較例3 3.0
比較例4 2.1
如此，可了解的是藉由實施例2之處理方法，相較於比較例3、4之處理方法，可用低能量成本濃縮，因此可用低成本處理包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者的被處理水。
[安定化次溴酸組成物(組成物1)之調製] 在氮環境下，混合：液體溴：16.9重量%(wt%)、胺磺酸：10.7重量%、氫氧化鈉：12.9重量%、氫氧化鉀：3.94重量%、水：剩餘部份，藉此調製安定化次溴酸組成物(組成物1)。安定化次溴酸組成物之pH為14，且全氯濃度為7.5重量%。全氯濃度係使用HACH公司之多項目水質分析計DR/4000，藉由全氯測量法(DPD(二乙基對苯二胺)法)測量的值(mg/L 相當於Cl 2)。安定化次溴酸組成物之詳細調製方法如下。
一面藉由質量流控制器控制氮氣之流量，使反應容器內之氧濃度維持在1%，一面添加混合1436g之水、361g之氫氧化鈉於藉由連續注入裝入之2L的4個燒瓶中，接著添加混合300g之胺磺酸後，一面維持冷卻使反應液之溫度為0至15℃，一面添加473g之液體溴，接著添加230g之48%氫氧化鉀溶液，製得按對組成物全體之量的重量比計，胺磺酸10.7%、溴16.9%、胺磺酸當量對溴當量之比為1.04的目的安定化次溴酸組成物(組成物1)。生成之溶液的pH用玻璃電極法測量之結果為14。生成之溶液的溴含有率藉由將溴用碘化鉀轉變成碘後，使用硫代硫酸鈉氧化還原滴定之方法測量的結果是16.9%且係理論含有率(16.9%)之100.0%。此外，溴反應時之反應容器內的氧濃度係使用JIKCO公司(股)製之「OXYGEN MONITOR JKO-02 LJDII」測量。另外，溴酸濃度小於5mg/kg。
此外，pH之測量係在以下條件下進行。 電極種類：玻璃電極式 pH測量計：DKK-TOA公司製，IOL-30型 電極之校正：藉由關東化學公司製中性磷酸鹽pH(6.86)標準液(第二種)、同公司製硼酸鹽pH(9.18)標準液(第二種)的2點校正來進行 測量溫度：25℃ 測量值：將電極浸漬於測量液中，用安定後之值作為測量值，3次測量之平均值
[安定化次氯酸組成物(組成物2)之調製] 混合：12%次氯酸鈉水溶液：50重量%、胺磺酸：12重量%、氫氧化鈉：8重量%、水：剩餘部份，藉此調製安定化次氯酸組成物(組成物2)。組成物2之pH為13.7，且全氯濃度為6.2重量%。
＜實施例3＞ 使用濃縮到全蒸發殘留物(TDS)8重量%為止之工業排水作為FO被處理水，接著用30重量%MgCl 2溶液作為吸引溶液，實施正滲透膜處理。調整吸引溶液之流量，使FO濃縮水出口之流量為FO被處理水入口之50%(濃縮倍率2倍)。使用乙酸纖維素製FO膜(HPC3205，東洋紡製)作為正滲透膜(FO膜)。在FO被處理水中添加安定化次溴酸組成物(組成物1)作為正滲透膜用殺菌劑，使在FO被處理水入口之全氯濃度為1ppmCl。總計繼續本運轉200小時，接著評價正滲透膜處理裝置之FO被處理水入口至FO濃縮水出口的壓力損失(通水壓差)及殺菌劑的阻止率。此外，運轉開始後之通水壓差係0.02MPa。結果顯示於表3中。 殺菌劑之阻止率[%]=(1-(稀薄吸引溶液流量×稀薄吸引溶液全氯濃度/FO被處理水×FO被處理水全氯濃度))
＜實施例4＞ 在FO被處理水中添加安定化次氯酸組成物(組成物2；氯胺磺酸)取代安定化次溴酸組成物(組成物1)作為正滲透膜用殺菌劑，使在FO被處理水入口之全氯濃度為1ppmCl，除此以外，與實施例3同樣地實施正滲透膜處理。結果顯示於表3中。
＜比較例5＞ 在FO被處理水中添加作為氯系殺菌劑之次氯酸鈉取代安定化次溴酸組成物(組成物1)作為正滲透膜用殺菌劑，使在FO被處理水入口之游離氯濃度為1ppmCl，除此以外，與實施例3同樣地實施正滲透膜處理。結果顯示於表3中。
＜比較例6＞ 在FO被處理水中添加作為有機系殺菌劑之5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮取代安定化次溴酸組成物(組成物1)作為正滲透膜用殺菌劑，使在FO被處理水入口之TOC為10ppm，除此以外，與實施例3同樣地實施正滲透膜處理。結果顯示於表3中。除此以外，與實施例3同樣地實施正滲透膜處理。結果顯示於表3中。
[表3]
   入口至出口壓力損失[MPa] 殺菌劑阻止率[%]
實施例3 0.02 ＞99
實施例4 0.05 ＞99
比較例5 ＞0.2 75
比較例6 ＞0.2 82
[結果] 在實施例3中，可抑制正滲透膜之通水壓差的上升。殺菌劑亦阻止99%以上。在實施例4中亦有同樣之傾向，但通水壓差稍微上升。在比較例5、6中，通水壓差＞0.2MPa且超過膜之容許通水壓差(0.2MPa)。殺菌劑阻止率亦為85%以下，且確認殺菌有效成分洩漏至稀薄吸引溶液中。
如此，可了解的是藉由使用安定化次溴酸組成物或安定化次氯酸組成物作為殺菌劑，可抑制殺菌劑透過正滲透膜且可再利用稀薄吸引溶液。
1,3,5,7:水處理裝置 8:正滲透膜處理系統 9:水處理系統 10,114:前處理裝置 12,118:逆滲透膜處理裝置 14:滲透膜處理裝置 16,120:被處理水配管 18:前處理水配管 20:濃縮水配管 22:透過水配管 24,32:吸引溶液配管 26,36:稀薄吸引溶液配管 28:FO濃縮水配管 30:吸引溶液調製槽 34,340,342,344,346,348,350:濃縮裝置 38:濃縮吸引溶液配管 40:稀釋液配管 42,78:第一段半透膜處理裝置 44,80:第二段半透膜處理裝置 46,82:第三段半透膜處理裝置 48,84:一次側(第一空間) 50,86:二次側(第二空間) 52,88:半透膜 54,56,58,60,62,64,66,68,90,92,94,96,98,100,102,104,122,124:配管 70,72,74,106:泵 110:正滲透膜 112:殺菌劑添加配管 116:濁質去除裝置 126:RO透過水配管 128:逆洗排水配管
[圖1]係顯示本發明實施形態之一水處理裝置例的概略結構圖。 [圖2]係顯示本發明實施形態之另一水處理裝置例的概略結構圖。 [圖3]係顯示本發明實施形態之另一水處理裝置例的概略結構圖。 [圖4]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖5]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的另一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖6]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的另一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖7]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的另一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖8]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的另一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖9]係顯示本發明實施形態之水處理裝置的另一濃縮裝置例的概略結構圖。 [圖10]係顯示習知水處理裝置的概略結構圖。 [圖11]係顯示本發明實施形態之一正滲透膜處理系統例的概略結構圖。 [圖12]係顯示本發明實施形態之一水處理系統例的概略結構圖。

Claims (10)

  1. 一種水處理裝置，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，具有： 前處理設備，包括溶解性二氧化矽去除設備及硬度成分去除設備中之任一者； 濃縮處理設備，對藉由該前處理設備製得之前處理水施以濃縮處理；及 正滲透膜處理設備，對藉由該濃縮處理設備製得之濃縮水施以正滲透膜處理， 該前處理設備之處理中使用該正滲透膜處理設備中使用之稀薄吸引溶液。
  2. 如請求項1之水處理裝置，其中，該正滲透膜處理設備中所使用之吸引溶液，係鎂鹽水溶液，且該溶解性二氧化矽去除設備中，係使用該正滲透膜處理設備中所使用之鎂鹽稀薄水溶液； 該被處理水包含溶解性二氧化矽； 該前處理設備為鎂反應設備。
  3. 如請求項1之水處理裝置，其中，該正滲透膜處理設備中所使用之吸引溶液，係鹼劑水溶液，且該硬度成分去除設備中，係使用該正滲透膜處理設備中所使用之鹼劑稀薄水溶液； 該被處理水包含硬度成分； 該前處理設備為鹼劑反應設備。
  4. 如請求項1之水處理裝置，其中，該正滲透膜處理設備中所使用之吸引溶液，係酸水溶液或氯化鈉水溶液，且該硬度成分去除設備中，係使用該正滲透膜處理設備中所使用之酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液； 該被處理水包含硬度成分； 該前處理設備為填充有離子交換樹脂之離子交換處理設備； 該稀薄吸引溶液被用於離子交換樹脂之再生。
  5. 如請求項1至4中任一項之水處理裝置，其中，該濃縮處理設備係逆滲透膜處理設備。
  6. 一種水處理方法，其進行包含溶解性二氧化矽及硬度成分中之至少一者之被處理水的處理，包含以下步驟： 前處理步驟，包括溶解性二氧化矽去除步驟及硬度成分去除步驟中之任一者； 濃縮處理步驟，對藉由該前處理步驟製得之前處理水施以濃縮處理；及 正滲透膜處理步驟，對藉由該濃縮處理步驟製得之濃縮水施以正滲透膜處理， 該前處理步驟之處理中使用該正滲透膜處理步驟中使用之稀薄吸引溶液。
  7. 如請求項6之水處理方法，其中，該正滲透膜處理步驟中所使用之吸引溶液，係鎂鹽水溶液，且該溶解性二氧化矽去除步驟中，係使用該正滲透膜處理步驟中所使用之鎂鹽稀薄水溶液； 該被處理水包含溶解性二氧化矽； 該前處理步驟為鎂反應步驟。
  8. 如請求項6之水處理方法，其中，該正滲透膜處理步驟中所使用之吸引溶液，係鹼劑水溶液，且該硬度成分去除步驟中，係使用該正滲透膜處理步驟中所使用之鹼劑稀薄水溶液； 該被處理水包含硬度成分； 該前處理步驟為鹼劑反應步驟。
  9. 如請求項6之水處理方法，其中，該正滲透膜處理步驟中所使用之吸引溶液，係酸水溶液或氯化鈉水溶液，且該硬度成分去除步驟中，係使用該正滲透膜處理步驟中所使用之酸稀薄水溶液或氯化鈉稀薄水溶液； 該被處理水包含硬度成分； 該前處理步驟為使用填充有離子交換樹脂之離子交換處理設備之步驟； 該稀薄吸引溶液被用於離子交換樹脂之再生。
  10. 如請求項6至9中任一項之水處理方法，其中，該濃縮處理步驟係逆滲透膜處理步驟。
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