WO2013157549A1 - 逆浸透膜処理方法及び逆浸透膜処理装置 - Google Patents

逆浸透膜処理方法及び逆浸透膜処理装置 Download PDF

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新井　伸説
青木　哲也
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栗田工業株式会社
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    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus using a reverse osmosis membrane. More specifically, the present invention relates to a technique for avoiding scale failure in reverse osmosis membrane processing.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • Patent Document 1 discloses a recovery and reuse method in which wastewater generated in the development process is treated with a reverse osmosis membrane apparatus and the obtained treated water is reused in the development process.
  • Patent Document 2 discloses an ultrapure water production method that efficiently removes organic matter in raw water by combining biological treatment and reverse osmosis membrane treatment to obtain highly pure ultrapure water having a very low concentration of organic matter. It is disclosed. Furthermore, wastewater containing high concentrations of organic substances such as acetone and isopropyl alcohol discharged from electronic device manufacturing factories and the like, and selenium discharged when wet cleaning fossil fuel as described in Patent Document 3 Reverse osmosis membrane treatment is also applied to treatment of wastewater containing fluorines and borons.
  • the treatment method of passing wastewater after biological treatment as described in Patent Documents 2 and 3 to the reverse osmosis membrane treatment apparatus is based on the membrane surface of the reverse osmosis membrane due to metabolites generated by the decomposition of organic matter by microorganisms. May be blocked and the flux may decrease.
  • wastewater containing organic matter is directly passed through the reverse osmosis membrane treatment apparatus without performing biological treatment, microorganisms easily propagate in the apparatus. For this reason, in the conventional reverse osmosis membrane treatment, when treating waste water containing organic matter, the growth of microorganisms is suppressed by adding a large amount of a slime control agent.
  • the treatment method described in Patent Documents 4 and 5 can be applied to create an environment in which microorganisms cannot live while leaving a nutrient source, and an expensive slime control. It is possible to prevent biofouling (slime damage) that occurs due to the propagation of microorganisms without the need to add an agent.
  • the pH of the water to be treated is adjusted to 9 or more, and a method for producing pure water by adding a scale dispersant containing a polymer having a carboxyl group in the side chain as an active ingredient has also been proposed (see Patent Document 6). Furthermore, there is also a technology in which a reverse osmosis membrane is temporarily sterilized under acidic conditions of pH 4 or lower by intermittently adding sulfuric acid, which is less corrosive, less volatile and less expensive than hydrochloric acid, to raw water. It has been proposed (see Patent Document 7).
  • the desalting treatment using a reverse osmosis membrane is generally a concentration treatment performed at a water recovery rate of less than 90%. That is, in the reverse osmosis membrane treatment, about 90% of the amount of water to be treated permeates through the reverse osmosis membrane and is obtained as desalted treated water, but about 10% is condensed water in which the excluded salts are concentrated. Discharged.
  • a scale inhibitor is allowed to act on all scale-generating components contained in the water to be treated that are sequentially concentrated except for the amount leaked into the permeate. And a large amount of scale inhibitor is required.
  • the treatment method described in Patent Document 6 is considered effective when the concentration of the scale generation component in the water to be treated is extremely low, but for the water to be treated having a higher concentration of the scale generation component than that, It is presumed that a sufficient scale prevention effect cannot be obtained without the combined use with decarboxylation treatment or ion exchange treatment.
  • the method described in Patent Document 7 when Ca, Ba, Sr, and the like are contained in the water to be treated (raw water), scales such as calcium sulfate, barium sulfate, and strontium sulfate are generated. When adding sulfuric acid, it is necessary to add a scale inhibitor.
  • the main object of the present invention is to provide a reverse osmosis membrane treatment method and a reverse osmosis membrane treatment device capable of avoiding scale failure under conditions where the water to be treated is neutral to alkaline.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • the reverse osmosis membrane treatment method according to the present invention adds a chelating agent intermittently to a neutral to alkaline treated water of pH 7 or higher, or continuously adds a chelating agent, and the addition Increase the amount intermittently.
  • the chelating agent is intermittently added to the water to be treated or the amount of the chelating agent added to the water to be treated is intermittently increased. It can be dissolved and / or peeled off.
  • the chelating agent for example, at least one compound selected from the group consisting of ethylenediaminetetraacetic acid and its salt, gluconic acid and its salt can be used.
  • a scale inhibitor may be added to the water to be treated.
  • the scale inhibitor for example, a phosphate scale inhibitor or a polymer scale inhibitor can be used.
  • the pH of the water to be treated is preferably 9 or higher.
  • a reverse osmosis membrane treatment apparatus includes a reverse osmosis membrane that separates water to be treated into permeate and concentrated water, a chelating agent addition unit that adds a chelating agent to the water to be treated, and a chelate to the water to be treated.
  • the chelating agent is intermittently added to the water to be treated or the amount of the chelating agent added to the water to be treated is intermittently increased, the water to be treated is in a neutral to alkaline condition. Even if it exists, a scale failure can be avoided effectively.
  • the chelating agent is intermittently added to the water to be treated, or the chelating agent is continuously added to the water to be treated, and the amount added is intermittently increased.
  • scales such as carbonates and hydroxides formed on the reverse osmosis membrane surface are dissolved and / or peeled off while performing the reverse osmosis membrane treatment. That is, in the reverse osmosis membrane treatment method of this embodiment, rather than avoiding scale failure by suppressing scale generation, partial scale is generated and membrane performance is recovered from a state where scale failure is occurring. This ensures a stable reverse osmosis membrane treatment.
  • the water to be treated is not acidified by adding sulfuric acid or the like. That is, the water to be treated in the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment is neutral to alkaline at pH 7 or higher. Moreover, it is preferable that the pH of to-be-processed water is 9 or more, and it becomes possible not only to avoid a scale failure but also to prevent biofouling (slime failure).
  • the adjustment method of pH of to-be-processed water is not specifically limited, It can carry out using well-known alkaline agents, such as sodium hydroxide.
  • the chelating agent used in the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment is not particularly limited.
  • NTA nitrilotriacetic acid
  • HEDTA hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • DTPA diethylenetriamine Pentaacetic acid
  • TTHA triethylenetetraamine hexaacetic acid
  • citric acid oxalic acid, gluconic acid, or a salt thereof
  • these chelating agents can also be used independently, you may use it in combination of 2 or more type.
  • ethylenediaminetetraacetic acid or a salt thereof gluconic acid or a salt thereof.
  • gluconic acid or a salt thereof react with the scale components generated in the reverse osmosis membrane and are unlikely to become a gel or precipitate that is difficult to re-dissolve. There is little risk of deteriorating performance.
  • citric acid and oxalic acid do not exhibit sufficient effects under alkaline conditions, and therefore these compounds are unsuitable when the pH of the water to be treated is 9 or more.
  • the addition frequency or increase frequency of the chelating agent is not particularly limited, and is appropriately set according to the scale component concentration in the water to be treated and the operating conditions of the reverse osmosis membrane treatment.
  • the performance recovery effect of the reverse osmosis membrane can be obtained with a low concentration and a short time treatment as compared with general chemical cleaning performed by stopping the reverse osmosis membrane treatment.
  • the chelating agent is not always added, and even when always added, scale is generated on the concentrated water and reverse osmosis membrane surface generated by the reverse osmosis membrane treatment in order to suppress the addition to a small amount.
  • the scale of the reverse osmosis membrane surface is amorphous at the time of generation and is easily dissolved and peeled, but it is expected to grow and become stronger as the operation of the reverse osmosis membrane treatment continues.
  • the chelating agent is added to the treated water at a frequency of once / day to once / week for 2 to 12 hours, or the amount of the chelating agent added to the treated water is increased. By this, it can melt
  • the amount of the chelating agent added to the water to be treated is not particularly limited, but in the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment, the already generated scale is redissolved to restore the differential pressure.
  • the concentration of the chelating agent in the water to be treated during intermittent addition or intermittent increase is set to a relatively high concentration. Specifically, the chelating agent is intermittently added so that the concentration in the water to be treated is 10 mg / L or more, or the chelating agent is intermittently added so that the concentration is constantly twice or more of the concentration at the time of addition. It is preferable to increase the amount.
  • a chelating agent is added to the water to be treated or the amount of the chelating agent is added in a state where scale is generated on the concentrated water or the reverse osmosis membrane surface. Increase the amount.
  • the chelating agent acts on the scale component in the concentrated water, but preferentially acts on the scale component on the reverse osmosis membrane surface present at a higher concentration.
  • a scale inhibitor can be added to the water to be treated as necessary.
  • the above-mentioned “chelating agent” may also be treated as a “scale inhibitor”.
  • the “scale inhibitor” does not include those that form a chelate complex with a metal ion.
  • the scale inhibitor used in the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment is not particularly limited, but since an excellent scale prevention effect can be obtained even in water to be treated at pH 7 or higher, 1-hydroxyethylidene Phosphoric acid scale inhibitors such as 1,1-diphosphonic acid (HEDP) and 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid (PBTC), or acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (Polymeric scale inhibitors such as AMPS are preferred.
  • HEDP 1,1-diphosphonic acid
  • PBTC 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid
  • Polymeric scale inhibitors such as AMPS are preferred.
  • these scale inhibitors can also be used independently, you may use it in combination of 2 or more type.
  • the pH of the water to be treated is 9 or more
  • a substance that decomposes under alkaline conditions to produce normal phosphoric acid such as sodium hexametaphosphate is not suitable.
  • the scale inhibitor can be added intermittently in the same manner as the chelating agent, but it is preferable that a specific amount is always added to the water to be treated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a reverse osmosis membrane treatment apparatus to which the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment is applied.
  • the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment includes a chelating agent addition unit 2 that adds a chelating agent to water to be treated and a control unit 4 that controls the chelating agent addition unit 2. It can be implemented by a processing device.
  • the chelating agent addition unit 2 is provided in a flow path connecting the tank 1 in which the water to be treated is stored and the reverse osmosis membrane 5.
  • the control unit 4 controls the addition amount, addition time, addition frequency, and the like of the chelating agent in the chelating agent addition unit 2. Specifically, when the chelating agent is not constantly added to the treated water, the chelating agent is constantly added to the treated water so that the chelating agent is intermittently added to the treated water. In the case, the chelating agent addition unit 2 is controlled so that the addition amount is intermittently increased.
  • the reverse osmosis membrane treatment apparatus can be provided with a scale inhibitor addition unit 3 for adding a scale inhibitor to the water to be treated, if necessary.
  • the addition amount, addition time, and addition frequency of the scale inhibitor by the scale inhibitor addition unit 3 can be controlled independently, but may be controlled by the control unit 4 together with the chelating agent addition unit 2.
  • a pH adjusting unit (not shown) for adjusting the pH of the water to be treated downstream of the chelating agent adding unit 2 and the scale inhibitor adding unit 3. Can also be provided.
  • a chelating agent is intermittently added to the water to be treated having a pH of 7 or more, or the chelating agent is continuously added. Since the amount added is intermittently increased, the scale generated on the film surface can be easily dissolved and peeled off by the chelating action. As a result, the occurrence of scale failure in the reverse osmosis membrane treatment can be effectively avoided.
  • the conventional scale failure avoidance method that suppresses the generation of scale itself by using a scale inhibitor makes stable treatment taking into account fluctuations in the quality of the water to be treated.
  • scale obstacles can be efficiently avoided with the addition of a small amount of chelating agent.
  • the reverse osmosis membrane treatment method of the present embodiment does not need to stop the reverse osmosis membrane treatment or prepare an alternative machine like conventional chemical cleaning, and even when an unintentional scale failure occurs. It is possible to restore the membrane performance without stopping the reverse osmosis membrane treatment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the results of a continuous water flow test in the first example.
  • Example 1 As the raw water, simulated waste water having a calcium concentration of about 0.1 mg / L, an M alkalinity of about 50 mg / L (as CaCO 3 ), and an iron concentration of about 0.1 mg / L was used. And the residual chlorine was removed from raw
  • the pH of the water to be treated was adjusted to 10 to 10.5 with sodium hydroxide, and this was supplied to a reverse osmosis membrane (ES20 manufactured by Nitto Denko Corporation) to perform a reverse osmosis membrane treatment.
  • the reverse osmosis membrane treatment was performed in a constant permeation flux operation with a permeation flux of 0.7 m 3 / m 2 ⁇ d under conditions of a water temperature of about 25 ° C. and a water recovery rate of 85%.
  • ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium as a chelating agent was added to the water to be treated at a frequency of once every 7 days for 6 hours so that the concentration of the water to be treated was 10 mg / L.
  • the chelating agent addition time is shown by the arrow.
  • This continuous water flow test was conducted for about one month, and the change with time of the reverse osmosis differential pressure (osmotic pressure 0, converted to 25 ° C.) was confirmed. As a result, as shown in FIG. 2, the reverse osmosis differential pressure was maintained at 0.5 MPa or less.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a continuous water flow test in the second example.
  • Example 2 As the raw water, simulated waste water having a calcium concentration of about 1 mg / L, an M alkalinity of about 100 mg / L (as CaCO 3 ), and iron, copper, nickel, and zinc concentrations of about 0.1 mg / L was used. And the residual chlorine was removed from raw
  • the pH of the water to be treated was adjusted to 10 to 10.5 with sodium hydroxide, and this was supplied to a reverse osmosis membrane (ES20 manufactured by Nitto Denko Corporation) to perform a reverse osmosis membrane treatment.
  • the reverse osmosis membrane treatment was performed in a constant permeation flux operation with a permeation flux of 0.7 m 3 / m 2 ⁇ d under conditions of a water temperature of about 25 ° C. and a water recovery rate of 85%.
  • Byhibit AM (containing 50% by mass of PBTC manufactured by Lanxess) as a scale inhibitor was constantly added to the water to be treated so that the concentration of the water to be treated was 1 mg / L. Further, sodium gluconate is constantly added as a chelating agent so that the concentration of the water to be treated is 1.5 mg / L, and tetrasodium ethylenediaminetetraacetate is added so that the concentration of the water to be treated is 20 mg / L.
  • tetrasodium ethylenediaminetetraacetate is added so that the concentration of the water to be treated is 20 mg / L.
  • the addition time of ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium is shown by the arrow.
  • the reverse osmosis membrane treatment methods of Examples 1 and 2 maintain the reverse osmosis membrane differential pressure of 0.5 MPa or less ( ⁇ 0.1 MPa / month or less) in a continuous water flow test for one month. Stable operation was possible. This result indicates that the reverse osmosis membrane treatment can be recovered without stopping the reverse osmosis membrane treatment, and the reverse osmosis membrane performance can be recovered continuously.
  • the reverse osmosis membrane treatment method of the present invention stable membrane performance can be obtained with a smaller amount of chelating agent, so that it is stable without performing reverse osmosis membrane performance recovery treatment such as chemical cleaning. It was confirmed that the reverse osmosis membrane treatment can be carried out over a long period of time, and the operating cost due to the chelating agent can be reduced.

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Abstract

　被処理水が中性からアルカリ性の条件において、スケール障害を回避することができる逆浸透膜処理方法を提供する。　逆浸透膜処理を行う被処理水に、キレート剤を間欠的に添加するか、又は被処理水にキレート剤を連続的に添加し、その添加量を間欠的に増量する。その際、被処理水のｐＨは７以上とし、好ましくは被処理水のｐＨを９以上とする。また、被処理水には、必要に応じて、キレート剤と併せて、スケール防止剤を添加することができる。

Description

逆浸透膜処理方法及び逆浸透膜処理装置
　本発明は、逆浸透膜を使用した水処理方法及び水処理装置に関する。より詳しくは、逆浸透膜処理におけるスケール障害回避技術に関する。
　近年、環境基準や水質基準は益々厳しくなる傾向にあり、河川などへの放流水についても高度処理による浄化が求められている。一方、水不足解消の目的から、各種排水については、放流せずに回収し、再利用する動きが高まっている。このような状況の下、より高度な水処理技術が望まれており、特に、逆浸透膜（Reverse Osmosis Membrane：ＲＯ膜）処理は、水中のイオン類、有機物及び微粒子などの不純物を効果的に除去できることから、様々な分野で利用されている（例えば、特許文献１～３参照。）。
　例えば、特許文献１には、現像工程で発生する排水を、逆浸透膜装置などで処理し、得られた処理水を再度現像工程で利用する回収再利用方法が開示されている。また、特許文献２には、生物処理と逆浸透膜処理とを組み合わせることにより原水中の有機物を効率的に除去し、有機物濃度が極めて低い高純度な超純水を得る超純水製造方法が開示されている。更に、電子デバイス製造工場などから排出されるアセトンやイソプロピルアルコールなどの有機物を高濃度に含有する排水、並びに特許文献３に記載されているような化石燃料を湿式洗浄した際に排出されるセレン類、フッ素類及びホウ素類などを含有する排水の処理にも、逆浸透膜処理が適用されている。
　しかしながら、特許文献２，３に記載されているような生物処理後の排水を逆浸透膜処理装置に通水する処理方法は、微生物による有機物分解で生成された代謝物により逆浸透膜の膜面が閉塞され、フラックスが低下することがある。一方、生物処理を行わずに有機物を含有する排水などを直接逆浸透膜処理装置に通水すると、装置内で微生物が繁殖しやすくなる。このため、従来の逆浸透膜処理においては、有機物を含有する排水を処理する際は、スライムコントロール剤を多量に添加することにより、微生物の繁殖を抑制している。
　また、スライムコントロール剤は高価であることから、現在、逆浸透膜装置に通水する被処理水をｐＨ９以上に調整することで、微生物の繁殖を抑制する方法も採用されている（例えば特許文献４，５参照）。これら特許文献４，５に記載の処理方法では、スケール防止剤添加の前、後又は同時にアルカリを添加してｐＨを９．５以上に調整した有機物含有排水を、逆浸透膜処理装置に導入して分離処理を行っている。
　微生物は、アルカリ性域では生息することができないため、特許文献４，５に記載の処理方法を適用することにより、栄養源を残したままで微生物が生息できない環境を作り出すことができ、高価なスライムコントロール剤の添加を必要とすることなく、微生物が繁殖することで発生するバイオファウリング（スライム障害）を防止することが可能となる。加えて、特許文献４，５に記載の処理方法では、非イオン界面活性剤などの有機物が逆浸透膜面に吸着することで発生するフラックス（透過流束）の低下や、炭酸カルシウムなど無機成分が析出することで発生するスケール障害も防止することができるため、安定して逆浸透膜処理することができる。
　また、従来、スケールの発生を抑制するため、被処理水のｐＨを９以上に調整すると共に、側鎖にカルボキシル基を有する重合体を有効成分とするスケール分散剤を添加する純水の製造方法も提案されている（特許文献６参照）。更に、塩酸に比べて腐食性が低く、揮発性もなくかつ安価な硫酸を、原水に間欠的に添加することで、逆浸透膜を一時的にｐＨ４以下の酸性条件にして殺菌処理する技術も提案されている（特許文献７参照）。
特開２００１－２７６８２５号公報 特開２００２－２１０３３５号公報 特開２０１１－２００８４８号公報 特開２００５－１６９３７２号公報 特開２００７－２５３１１５号公報 特開２００５－１１８７１２号公報 特開２０００－３００９６６号公報
　逆浸透膜を用いた脱塩処理は、一般に、水回収率が９０％未満で実施される濃縮処理である。即ち、逆浸透膜処理では、被処理水量の９０％程度は逆浸透膜を透過し、脱塩された処理水として得られるが、１０％程度は排除した塩類が濃縮された凝縮水をして排出される。この逆浸透膜処理において、スケールの生成自体を抑制するためには、透過水にリークした分を除き、順次濃縮されていく被処理水中に含まれる全てのスケール生成成分にスケール防止剤を作用させなければならず、多量のスケール防止剤が必要となる。
　例えば、前述した特許文献４，５に記載された処理方法では、スケール障害を防止するためには、カルシウムイオン濃度の５質量倍以上と、スケール防止剤を多量に添加する必要がある。このため、これら従来の処理方法には、スケール防止剤にコストがかかり、運転コストの増加を招くという問題点がある。また、被処理水にスケール防止剤を多量に添加すると、逆浸透膜処理後の濃縮水にスケール防止剤が濃縮され、その後の排水処理における負荷が増大するという問題や、放流水が及ぼす環境負荷が増大するといった問題も生じる。
　一方、特許文献６に記載の処理方法は、被処理水におけるスケール生成成分の濃度が極々低濃度の場合には有効と考えられるが、それよりもスケール生成成分濃度が高い被処理水については、脱炭酸処理やイオン交換処理との併用なくしては、十分なスケール防止効果が得られないものと推定される。また、特許文献７に記載の方法は、被処理水（原水）にＣａ、Ｂａ及びＳｒなどが含有されていると、硫酸カルシウム、硫酸バリウム及び硫酸ストロンチウムなどのスケールが発生するため、被処理水に硫酸を添加する際は、併せてスケール防止剤を添加する必要がある。
　そこで、本発明は、被処理水が中性からアルカリ性の条件において、スケール障害を回避することができる逆浸透膜処理方法及び逆浸透膜処理装置を提供することを主目的とする。
　本発明者は、逆浸透膜（ＲＯ膜）処理において、スケール障害を防止する有効な方法について、鋭意実験研究を行った結果、被処理水にキレート剤を間欠的に添加すると、スケール防止剤を常時添加する場合に比べて、より少ない添加量で、同等以上の性能が得られることを見出し、本発明に至った。
　即ち、本発明に係る逆浸透膜処理方法は、ｐＨ７以上の中性からアルカリ性の被処理水に対して、キレート剤を間欠的に添加するか、又はキレート剤を連続的に添加し、その添加量を間欠的に増量する。
　本発明の逆浸透膜処理方法では、被処理水にキレート剤を間欠的添加するか又は被処理水へのキレート剤添加量を間欠的に増加しているため、生成したスケールを、キレート作用によって溶解及び／又は剥離することが可能である。
　前記キレート剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸及びその塩、グルコン酸及びその塩からなる群から選択される少なくとも１種の化合物を使用することができる。
　また、前記被処理水には、キレート剤の他に、スケール防止剤を添加してもよい。その場合、スケール防止剤としては、例えばリン酸系のスケール防止剤やポリマー系のスケール防止剤を使用することができる。
　更に、被処理水のｐＨは９以上であることが好ましい。
　本発明に係る逆浸透膜処理装置は、被処理水を透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜と、前記被処理水にキレート剤を添加するキレート剤添加部と、前記被処理水にキレート剤を間欠的に添加するか、又は前記被処理水にキレート剤を連続的に添加してその添加量を間欠的に増量するように、前記キレート剤添加部を制御する制御部とを、少なくとも備えるものである。
　本発明によれば、被処理水に間欠的にキレート剤を添加するか又は被処理水へのキレート剤添加量を間欠的に増加しているため、被処理水が中性からアルカリ性の条件であっても、スケール障害を効果的に回避することができる。
本発明の実施形態の逆浸透膜処理方法を適用した逆浸透膜処理装置の構成例を示す図である。 本発明の第１実施例における連続通水試験の結果を示す図である。 本発明の第２実施例における連続通水試験の結果を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
　本発明の実施形態に係る逆浸透膜処理方法は、被処理水にキレート剤を間欠的に添加するか、又は被処理水にキレート剤を連続的に添加し、その添加量を間欠的に増量することで、逆浸透膜処理を行いつつ、逆浸透膜表面に形成された炭酸塩や水酸化物などのスケールを溶解及び／又は剥離させる。即ち、本実施形態の逆浸透膜処理方法においては、スケール生成を抑制することでスケール障害を回避するのではなく、一部スケールが生成し、スケール障害が起こりつつある状態から膜性能を回復させることにより、安定した逆浸透膜処理を確保する。
　従来、逆浸透膜にスケール障害が発生した場合の性能回復方法としては、薬品洗浄が一般的である。しかしながら、薬品洗浄によりスケールを溶解及び／又は除去する場合、逆浸透膜の１次側（被処理水側）を薬液で置換すると共に、系に薬液を循環させるか又は膜を薬液に浸漬する必要がある。そして、これらの操作を行う際は、逆浸透膜処理を停止しなければならず、引き続き処理を行うには代替機を準備しなければならない。これに対して、本実施形態の逆浸透膜処理方法は、逆浸透膜処理を停止することなく、生成したスケールを溶解及び／除去し、逆浸透膜の性能を回復させることが可能である。
［被処理水のｐＨ］
　本実施形態の逆浸透膜処理方法では、硫酸添加などによる被処理水の酸性化は行わない。即ち、本実施形態の逆浸透膜処理方法における被処理水は、ｐＨ７以上の中性からアルカリ性である。また、被処理水のｐＨは９以上であることが好ましく、これにより、スケール障害の回避だけでなく、バイオファウリング（スライム障害）も防止することが可能となる。なお、被処理水のｐＨの調整方法は、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウムなどの公知のアルカリ剤を用いて行うことができる。
［キレート剤］
　本実施形態の逆浸透膜処理方法で使用するキレート剤は、特に限定されるものではないが、例えばニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸（ＨＥＤＴＡ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トリエチレンテトラアミン六酢酸（ＴＴＨＡ）、クエン酸、シュウ酸、グルコン酸又はこれらの塩などを使用することができる。なお、これらのキレート剤は、単独で使用することもできるが、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　特に、被処理水のｐＨが９以上の場合には、エチレンジアミン四酢酸又はその塩、グルコン酸又はその塩を使用することが好ましい。これらのキレート剤は、逆浸透膜で生成したスケール成分と反応し、ゲル化したり、再溶解しにくい析出物となる可能性が低く、間欠的に高濃度で添加する場合でも、逆浸透膜の性能を悪化させるリスクが少ない。一方、クエン酸やシュウ酸は、アルカリ性の条件下では十分な効果が発揮されないため、被処理水のｐＨが９以上の場合には、これらの化合物は不適である。
［キレート剤の添加条件］
　本実施形態の逆浸透膜処理方法において、キレート剤の添加頻度又は増量頻度は、特に限定されるものではなく、被処理水中のスケール成分濃度や逆浸透膜処理の運転条件に応じて適宜設定することができるが、１回あたり２～１２時間の添加又は増量を、１回／日～１回／週程度行うことが好ましい。これにより、逆浸透膜処理を停止して行う一般的な薬品洗浄に比べて、低濃度かつ短時間の処理で、逆浸透膜の性能回復効果を得ることができる。
　本実施形態の逆浸透膜処理方法では、キレート剤の常時添加はせず、常時添加する場合でも少量の添加に抑えるため、逆浸透膜処理により生じる濃縮水や逆浸透膜面でスケールが生成する。そして、逆浸透膜面のスケールは、生成時はアモルファス状で溶解・剥離しやすい状態であるが、逆浸透膜処理の運転を継続に伴い成長し、より強固なものとなっていくと予想される。
　実際、スケール生成当初は、低濃度薬液による短時間の簡易洗浄で、スケール生成以前の状態まで逆浸透膜の性能を回復することが可能であるが、スケール障害が進行した状態では、より高濃度の薬液で長時間洗浄を行う必要があり、そのような洗浄を行っても、元の状態に回復できないこともある。一方、１回／日～１回／週の頻度で、１回あたり２～１２時間、被処理水にキレート剤を添加するか、又は被処理水に添加しているキレート剤の量を増量することにより、逆浸透膜面に生成したスケールが強固なものとなる前に溶解及び／又は剥離することができる。
　また、被処理水に添加するキレート剤の量も特に限定されるものではないが、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、既に生成しているスケールを再溶解して差圧を回復させるため、間欠添加時又は間欠増量時における被処理水のキレート剤濃度を比較的高濃度とする。具体的には、被処理水中の濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上になるようにキレート剤を間欠的に添加するか、又は、常時添加時の濃度の２倍以上となるようにキレート剤を間欠的に増量することが好ましい。
　前述したように、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、濃縮水中や逆浸透膜面にスケールが生成している状態で、被処理水にキレート剤を添加したり、キレート剤の添加量を増量する。この場合、キレート剤は、濃縮水中のスケール成分にも作用するが、より高濃度で存在している逆浸透膜面のスケール成分に優先的に作用する。そして、少量のキレート剤を常時添加し、間欠的に添加量を増加して被処理水中のキレート剤濃度を高濃度にすると、キレート剤とスケール成分との反応効率が高まり、スケール障害の回避効果が向上する。
　このように、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、キレート剤の添加頻度及び添加濃度を調節することにより、スケール防止剤やキレート剤を一定量常時添加する場合よりも、少量の添加で、同等以上のスケール障害回避効果を得ることが可能である。
［スケール防止剤］
　また、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、必要に応じて、被処理水に、スケール防止剤を添加することができる。なお、一般には、前述した「キレート剤」も「スケール防止剤」として扱われることがあるが、本発明においては、「キレート剤」と「スケール防止剤」とを明確に区別するため、ここでいう「スケール防止剤」には、金属イオンとキレート錯体を形成するものは含まないこととする。
　また、本実施形態の逆浸透膜処理方法で使用するスケール防止剤は、特に限定されるものではないが、ｐＨ７以上被処理水においても優れたスケール防止効果が得られることから、１－ヒドロキシエチリデン－１，１－ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）及び２－ホスホノブタン－１，２，４－トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）などのリン酸系スケール防止剤、又はアクリル酸及び２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）などのポリマー系スケール防止剤が好適である。なお、これらのスケール防止剤は、単独で使用することもできるが、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　ただし、被処理水のｐＨが９以上の場合には、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどのように、アルカリ性の条件下で分解して正リン酸を生成するものは、不適である。なお、スケール防止剤は、キレート剤と同様に間欠的に添加することもできるが、被処理水に対して、常に、特定量添加されていることが好ましい。
［逆浸透膜処理装置］
　図１は本実施形態の逆浸透膜処理方法を適用した逆浸透膜処理装置の構成例を示す図である。本実施形態の逆浸透膜処理方法は、図１に示すように、被処理水にキレート剤を添加するキレート剤添加部２と、キレート剤添加部２を制御する制御部４を備える逆浸透膜処理装置により実施することができる。
　この逆浸透膜処理装置では、キレート剤添加部２は、被処理水が貯留されるタンク１と逆浸透膜５とを連結する流路に設けられている。また、制御部４は、キレート剤添加部２におけるキレート剤の添加量、添加時間及び添加頻度などを制御する。具体的には、被処理水にキレート剤が常時添加されていない場合は、被処理水にキレート剤が間欠的に添加されるように、また、被処理水にキレート剤が常時添加されている場合は、その添加量が間欠的に増量されるように、キレート剤添加部２を制御する。
　また、逆浸透膜処理装置には、必要に応じて、被処理水にスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加部３を設けることができる。このスケール防止剤添加部３によるスケール防止剤の添加量、添加時間及び添加頻度などは、独立制御することもできるが、キレート剤添加部２と併せて、制御部４により制御してもよい。更に、逆浸透膜処理装置には、必要に応じて、キレート剤添加部２及びスケール防止剤添加部３よりも後段に、被処理水のｐＨを調整するためのｐＨ調整部（図示せず）を設けることもできる。
　以上詳述したように、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、ｐＨが７以上の被処理水に対して、キレート剤を間欠的に添加するか、又はキレート剤を連続的に添加しつつその添加量を間欠的に増量しているため、膜面に生成したスケールをキレート作用により、容易に溶解し、剥離することができる。その結果、逆浸透膜処理におけるスケール障害の発生を、効果的に回避することができる。
　逆浸透膜処理において、スケール防止剤を用いてスケールの生成自体を抑制する従来のスケール障害回避方法では、被処理水の水質の変動も考慮し、安定した処理を行うため、多量のスケール防止剤を添加する必要があったが、本実施形態の逆浸透膜処理方法では、少量のキレート剤添加で、効率的にスケール障害を回避することができる。また、本実施形態の逆浸透膜処理方法は、従来の薬品洗浄のように、逆浸透膜処理を停止したり、代替機を用意する必要がなく、意図的ではないスケール障害が発生した場合でも、逆浸透膜処理を停止させずに膜性能を回復させることが可能である。
　以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
（第１実施例）
　第１実施例では、約１ヶ月間の連続通水試験を実施し、被処理水にキレート剤を間欠的に添加した場合（実施例１）と、一定量を常時添加した場合（比較例１，２）とで、逆浸透膜処理における安定性を比較した。図２は第１実施例における連続通水試験の結果を示す図である。
＜実施例１＞
　原水には、カルシウム濃度が約０．１ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度が約５０ｍｇ／Ｌ（ａｓ　ＣａＣＯ３）、鉄濃度が約０．１ｍｇ／Ｌの模擬排水を用いた。そして、粒状活性炭（栗田工業株式会社製　クリコールＷＧ１６０）を充填した活性炭濾過器により、原水から残留塩素を除去し、被処理水とした。
　次に、水酸化ナトリウムにより被処理水のｐＨを１０～１０．５に調整し、これを逆浸透膜（日東電工株式会社製　ＥＳ２０）に供給して、逆浸透膜処理を行った。逆浸透膜処理は、水温２５℃程度、水回収率８５％の条件で、透過流束が０．７ｍ３／ｍ２・ｄの定透過流束運転で実施した。
　そして、被処理水に対して、キレート剤としてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウムを、被処理水の濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように、１回／７日の頻度で、１回あたり６時間添加した。なお、図２では、キレート剤添加時点を矢印で示している。この連続通水試験を、約１ヶ月間行い、逆浸透膜間差圧（浸透圧０、２５℃換算）の経時変化を確認した。その結果、図２に示すように、逆浸透膜間差圧は０．５ＭＰａ以下を維持していた。
＜比較例１＞
　被処理水に対して、キレート剤としてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウムを、被処理水の濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように常時添加した以外は、前述した実施例１と同様の条件で連続通水試験を実施した。その結果、図２に示すように、逆浸透膜間差圧は、試験開始から３週間目で０．６ＭＰａを超え、安定した性能は得られなかった。なお、比較例１におけるキレート剤使用量は、実施例１の使用量の２．８倍であった。
＜比較例２＞
　被処理水に対して、キレート剤としてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウムを、被処理水の濃度が５ｍｇ／Ｌとなるように常時添加した以外は、前述した実施例１と同様の条件で連続通水試験を実施した。その結果、図２に示すように、約１ヶ月間の連続通水試験において、逆浸透膜間差圧は０．５ＭＰａ以下を維持しており、安定した性能が得られた。ただし、比較例２におけるキレート剤使用量は、実施例の使用量の１４倍であった。
（第２実施例）
　第２実施例では、約１ヶ月間の連続通水試験を実施し、被処理水にスケール防止剤を常時添加すると共に、キレート剤を間欠的に添加した場合（実施例２）と、スケール剤及びキレート剤の両方を常時添加した場合（比較例３）とで、逆浸透膜処理における安定性を比較した。図３は第２実施例における連続通水試験の結果を示す図である。
＜実施例２＞
　原水には、カルシウム濃度が約１ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度が約１００ｍｇ／Ｌ（ａｓ　ＣａＣＯ３）、鉄、銅、ニッケル及び亜鉛の濃度がそれぞれ約０．１ｍｇ／Ｌの模擬排水を用いた。そして、粒状活性炭（栗田工業株式会社製　クリコールＷＧ１６０）を充填した活性炭濾過器により、原水から残留塩素を除去し、被処理水とした。
　次に、水酸化ナトリウムにより被処理水のｐＨを１０～１０．５に調整し、これを逆浸透膜（日東電工株式会社製　ＥＳ２０）に供給して、逆浸透膜処理を行った。逆浸透膜処理は、水温２５℃程度、水回収率８５％の条件で、透過流束が０．７ｍ３／ｍ２・ｄの定透過流束運転で実施した。
　そして、被処理水に対して、スケール防止剤として、Ｂｙｈｉｂｉｔ　ＡＭ（Ｌａｎｘｅｓｓ社製　ＰＢＴＣ５０質量％含有）を、被処理水の濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように、常時添加した。また、キレート剤として、グルコン酸ナトリウムを、被処理水の濃度が１．５ｍｇ／Ｌとなるように常時添加すると共に、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウムを、被処理水の濃度が２０ｍｇ／Ｌとなるように、１回／７日の頻度で、１回あたり６時間添加した。なお、図３では、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウムの添加時点を矢印で示している。
　この連続通水試験を、約１ヶ月間行い、逆浸透膜間差圧（浸透圧０、２５℃換算）の経時変化を確認した。その結果、図３に示すように、逆浸透膜間差圧は０．４ＭＰａ以下を維持することができた。
＜比較例３＞
　被処理水に対して、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウムを、間欠添加ではなく、被処理水の濃度が５ｍｇ／Ｌとなるように常時添加した以外は、前述した実施例２と同様の条件で連続通水試験を実施した。その結果、図３に示すように、１ヶ月間の間に逆浸透膜間差圧が０．５ＭＰａを超え、安定した性能は得られなかった。なお、比較例３におけるエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム使用量は、実施例２の使用量の７倍であった。
　前述したように、実施例１，２の逆浸透膜処理方法は、１ヶ月間の連続通水試験において、逆浸透膜間差圧を０．５ＭＰａ以下（Δ０．１ＭＰａ／月以下）を維持する安定運転が可能であった。この結果は、逆浸透膜処理を停止することなく、また、逆浸透膜透過水を連続的に得ながら、逆浸透膜の性能を回復できる有効な技術であることを示している。
　これに対して、比較例１，３の逆浸透膜処理方法は、実施例１，２に比べて、キレート剤やスケール防止剤を多量に使用しているにも関わらず、安定した性能が得られなかった。一方、安定性能が得られた比較例２の逆浸透膜処理方法においても、安定性能を得るためには実施例１に比べて、多量のキレート剤が必要であった。
　以上の結果から、本発明の逆浸透膜処理方法によれば、より少量のキレート剤で安定した膜性能が得られるため、薬品洗浄などの逆浸透膜の性能回復処理を実施することなく、安定した逆浸透膜処理を長期間に亘って実施することが可能であり、キレート剤に起因する運転コストも低減可能であることが確認された。
　１　タンク
　２　キレート剤添加部
　３　スケール防止剤添加部
　４　制御部
　５　逆浸透膜

Claims (7)

  1. 　ｐＨ７以上の中性からアルカリ性の被処理水に対して、キレート剤を間欠的に添加するか、又はキレート剤を連続的に添加し、その添加量を間欠的に増量する逆浸透膜処理方法。
  2. 　前記キレート剤が、エチレンジアミン四酢酸又はその塩及びグルコン酸又はその塩からなる群から選択される少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜処理方法。
  3. 　前記被処理水に、更に、スケール防止剤を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透膜処理方法。
  4. 　前記スケール防止剤が、リン酸系又はポリマー系であることを特徴とする請求項３に記載の逆浸透膜処理方法。
  5. 　被処理水のｐＨが９以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の逆浸透膜処理方法。
  6. 　前記キレート防止剤を、１回／日～１回／週の頻度で添加又は増量することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の逆浸透膜処理方法。
  7. 　被処理水を透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜と、
    　前記被処理水にキレート剤を添加するキレート剤添加部と、
    　前記被処理水にキレート剤を間欠的に添加するか、又は前記被処理水にキレート剤を連続的に添加してその添加量を間欠的に増量するように、前記キレート剤添加部を制御する制御部と、
    を有する逆浸透膜処理装置。
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