WO2021240967A1 - 逆浸透膜処理方法 - Google Patents
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Abstract
被処理水をｐＨ４～８の範囲に調整して逆浸透膜装置に通水する逆浸透膜処理方法であって、間欠的にｐＨ９．５以上のアルカリ水を該逆浸透膜装置の逆浸透膜に接触させることを特徴とする逆浸透膜処理方法。原水を活性炭などで前処理して前記被処理水としてもよい。前記被処理水がｐＨ９．５以上の場合、前記アルカリ水としてこの被処理水を用いてもよい。
Description
本発明は被処理水を逆浸透膜装置（以下、ＲＯ装置ということがある。）で処理する逆浸透膜処理方法に関する。詳しくは、本発明は、ｐＨ９．５以上の高アルカリ性水をＲＯ膜装置に間欠的に接触させる逆浸透膜処理方法に関する。
逆浸透膜（ＲＯ膜）を用い、被処理水中の濁質や溶解性物質、イオン類を分離する逆浸透膜分離処理においては、被処理水中に含まれる微生物が装置配管内や膜面で増殖してスライムを形成し、透過水量（フラックス）低下等の障害を引き起こすことがある。
このような微生物による透過膜の汚染を防止するために、被処理水に殺菌剤を常時又は間欠的に添加し、被処理水又は装置内を殺菌しながら膜分離する方法が知られている。一般的には、安価であり取り扱いも比較的容易な殺菌剤として、次亜塩素酸ナトリウムなどの塩素系酸化剤を添加し、微生物を殺菌する方法が行われている。
しかしながら、透過膜がポリアミド系高分子膜のような耐塩素性を持たない透過膜である場合、このような塩素系酸化剤を添加すると、透過膜は塩素系酸化剤由来の遊離塩素による酸化劣化をうけ、除去率が低下してしまうという問題があった。
特開平１－１０４３１０号公報、特開平１－１３５５０６号公報には、このような透過膜の劣化を最小限にするために、遊離塩素による殺菌後、アンモニウムイオンを添加し、クロラミン（モノクロラミン、ジクロラミン）を生成させる方法、或いはクロラミンＴ、ジクロラミンＴ等の結合塩素化合物を添加する方法が示されている。
特開２００６－２６３５１０号公報には、膜分離装置への給水又は洗浄水に、塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物とからなる結合塩素剤を存在させる膜分離方法が記載されている。
特開２００５－８１２６９号公報には、有機物含有排水を逆浸透膜処理する方法において、フラックス低下を防止するために、有機物含有排水にアルカリを添加してｐＨ９．５以上に調整した後、逆浸透膜処理し、その後ｐＨを４～８に調整することが記載されている。
アンモニアを含有する被処理水をＲＯ処理する場合、被処理水を高ｐＨにすると、アンモニアはその大部分が非イオン性のＮＨ４として存在し、ＲＯによって十分にアンモニアを除去することができない。そのため、高ｐＨかつアンモニアを含有する被処理水をＲＯ処理する場合は、酸を添加してｐＨ４～８程度にすると共に、膜ファウリングを防止するためにスライム抑制剤（スライム防止剤）を添加した後、ＲＯ装置に供給する。
このようにスライム抑制剤を添加しても、ＴＯＣ濃度が高く、バイオポテンシャルの高い被処理水にあっては、経時的にスライム発生等により膜ファウリングが進行するので、定期的に又は差圧上昇時に膜洗浄を行う必要がある。この洗浄としては、アルカリ剤を用いた定置洗浄（ＣＩＰ洗浄）が行われることが多い。
この定期的な膜洗浄の頻度を多くすると、洗浄薬剤コストが高くなる。洗浄頻度を少なくしたのでは、膜ファウリングが進行する。また、膜差圧上昇を検知して膜洗浄を行う場合には、差圧を検知して洗浄を行う機構や運転作業員が必要となる。
以上のように、アンモニアを含有するＴＯＣ濃度が高い被処理水を中和し、スライム抑制剤を添加してＲＯ処理する従来方法にあっては、洗浄薬剤コストが嵩む、定置洗浄設備が必要となる、あるいは作業人件費コストが嵩む等の課題があった。
本発明は、被処理水を低コストで、かつスライムを抑制して効率よく処理することができる逆浸透膜処理方法を提供することを目的とする。
本発明の逆浸透膜処理方法は、被処理水をｐＨ４～８の範囲に調整して逆浸透膜装置に通水する逆浸透膜処理方法であって、間欠的にｐＨ９．５以上のアルカリ水を該逆浸透膜装置の逆浸透膜に接触させることを特徴とする。
本発明の一態様では、前記被処理水がｐＨ９．５以上であって、前記アルカリ水として前記ｐＨ９．５以上の前記被処理水を用いる。
本発明の一態様では、前記アルカリ水は、同じ施設内の異なる工程からの排水である。
本発明の一態様では、前記逆浸透膜装置が並列に複数設置されており、少なくとも一つの逆浸透膜装置の逆浸透膜にｐＨ９．５以上のアルカリ水を接触させている間、他の逆浸透膜装置にｐＨ４～８に調整した被処理水を通水して逆浸透膜処理する。
本発明の一態様では、原水を前処理して前記被処理水及び／又はアルカリ水とする工程を有する。
本発明の一態様では、前記前処理は活性炭処理である。
本発明の一態様では、前記被処理水及び／又はアルカリ水のアンモニア濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である。
本発明の一態様では、前記被処理水のＴＯＣ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上である。
本発明の一態様では、前記ｐＨ９．５以上のアルカリ水と前記逆浸透膜とを接触させる工程を１２時間～１カ月に１回の頻度で行う。
本発明の逆浸透膜処理方法では、高ｐＨの被処理水や他工程からの排水を用いてＲＯ膜の洗浄を行うため、洗浄頻度を多くしても、ＲＯ膜の洗浄薬剤コストがかからないので、洗浄コストが低い。また、洗浄頻度を多くすることにより、ＲＯ膜ファウリングを十分に抑制することができる。
本発明の一態様では、高ｐＨの被処理水をｐＨ４～８に調整した後、ＲＯ処理するので、被処理水がアンモニアを含有する場合でも、十分にアンモニアを除去することができる。
本発明の一態様では、ｐＨ９．５以上の被処理水（原水）をｐＨ４～８、好ましくは５～７に調整してから逆浸透膜装置（ＲＯ装置）に通水する。本発明では、被処理水がアンモニアを含むもの、特にアンモニア濃度が１ｍｇ／Ｌ以上とりわけ１～１００００ｍｇ／Ｌの高濃度である被処理水を処理する場合に好適である。アンモニアは弱塩基性であるため、このような濃度のアンモニア含有水は通常ｐＨ９．５以上となる。また、ＴＯＣ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上、特に２～５０ｍｇ／Ｌの被処理水を処理する場合に好適である。このような被処理水としては、半導体は液晶などの製造工程の洗浄排水などが例示されるが、これに限定されない。被処理水のｐＨの上限は特に制限されるものではないが、通常はｐＨ１２未満である。
本発明では、被処理水を活性炭等によって前処理してもよい。被処理水を前処理として活性炭処理することにより、オゾン、過酸化物などを除去してＲＯ膜の劣化を防止することができる。また、被処理水中の有機物（ＴＯＣ成分）の一部を除去してＲＯ膜のＴＯＣ負荷を低減する効果も奏される。なお、前処理手段は活性炭処理に限定されるものではなく、活性汚泥や浮遊担体法による生物処理、薬剤によるＨ２Ｏ２の還元処理、除濁フィルターや濾過装置或は除濁膜装置による除濁処理などの１又は２以上を採用してもよい。
このように必要に応じて活性炭等によって前処理した被処理水に酸を添加してｐＨ４～８好ましくは５～７に調整する。また、このｐＨ調整の後（又は前もしくは同時）にスライム抑制剤を添加する。酸としては、硫酸、塩酸などを用いることができる。スライム抑制剤としては、前述の特許文献１～３に記載のものが例示されるが、その他のものであってもよい。なお、ＲＯ膜が耐塩素性が低いものである場合には、塩素系酸化剤以外のスライム抑制剤を用いることが好ましい。
ｐＨ調整及びスライム抑制剤添加された被処理水を、必要に応じフィルターに通水した後、ＲＯ装置に通水する。フィルターとしては、カートリッジフィルターやフィルターエレメントを用いた自動逆洗式フィルターなどを用いることができる。
このように、高ｐＨの被処理水をｐＨ４～８に調整した後、ＲＯ処理するので、被処理水がアンモニアを含有する場合でも、十分にアンモニアを除去することができる。
ＲＯ装置への被処理水の通水を所定時間行った後、ｐＨ９．５以上の被処理水によってＲＯ膜を洗浄する。この膜洗浄用のｐＨ９．５以上の被処理水としては、原水を懸濁物質除去処理したものが好適であり、上記の前処理水特に活性炭処理水が好適である。膜洗浄に供する被処理水のｐＨの上限は特に制限されるものではないが、ＲＯ膜の劣化を防止するため１２未満とすることが好ましい。このため、被処理水のｐＨが１２を超える場合には、適宜酸などを添加してｐＨ＝９．５～１２の範囲とすることができる。
ＲＯ膜の洗浄を行うには、ＲＯ装置の原水側にｐＨ９．５以上の被処理水を導入した後、この導入を停止し、所定時間（例えば下限としては２時間とくに５時間が好ましく、上限としては２４時間特に１２時間が好ましい）その状態を維持するのが好ましい。膜洗浄用に導入した被処理水のｐＨが９．５以上であるため、この間に、膜面等に付着したスライムが溶解除去される。
その後、好ましくはＲＯ装置の透過水、ｐＨ４～８に調整した原水或はその他の清浄水を用いてＲＯ装置を洗浄（リンス）した後、ＲＯ装置へのｐＨ４～８の被処理水の通水（ＲＯ処理）を再開する。
このｐＨ９．５以上の被処理水による膜洗浄には、アルカリ薬剤を使用しないので、薬剤コストが実質的にかからない。（ただし、必要に応じ、少量のアルカリ薬剤を膜洗浄用のｐＨ９．５以上の被処理水に添加してもよい。）そのため、膜洗浄を例えば１２時間から１カ月、好ましくは１２時間から１週間、とりわけ１２時間から６０時間に１回程度の高頻度で行っても、薬剤コストはゼロ又は著しく低いものとなる。また、この洗浄方法であれば、従来のアルカリ薬剤を用いた膜洗浄のような洗浄設備が不要であり、洗浄設備コストも著しく低いものとなる。洗浄作業のための人件費コストもゼロ又は著しく低いものとなる。更に、洗浄間隔を短くすることにより、膜の汚染が進行しない状況で洗浄を実施することが可能となるため、効果的に洗浄を行うことが可能となる。
図１に、上記の洗浄方法が適用される水処理設備の一例を示す。
原水は、活性炭塔１を経て反応槽２に導入され、酸添加されてｐＨ４～８に調整されると共に、スライム抑制剤が添加される。活性炭塔１は生物活性炭塔であってもよい。反応槽２内の水は、中継槽３、フィルター４及びポンプ（図示略）を経てＲＯ装置５に通水され、処理水が得られる。濃縮水は、濃縮水排出ライン（図示略）によって排出される。活性炭塔１の流出水をＲＯ装置５（この例では、フィルター４の前段側）に導入するために、バイパス配管６が設けられている。
図１では、ＲＯ装置５が１基のみ設置されているが、複数基、例えば図２のように、３基のＲＯ装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃを並列に設置し、メリーゴーランド方式にて運転を行ってもよい。なお、各ＲＯ装置５Ａ～５Ｃの前後にバルブ７Ａ～７Ｃ、８Ａ～８Ｃが設けられている。
メリーゴーランド方式の運転を行う場合、例えばまずＲＯ装置５Ａ，５ＢでＲＯ処理工程を行い、ＲＯ装置５Ｃを洗浄工程とする。具体的には、バルブ７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂを開とし、ＲＯ装置５Ａ，５Ｂに反応槽２からの被処理水を通水する。また、バルブ７Ｃ，８Ｃを閉とし、ＲＯ装置５Ｃに活性炭塔流出水をフィルター４Ｃを経由して導入し、洗浄工程を行う。活性炭塔流出水をＲＯ装置５Ｃに導入するに先立ち、まず、活性炭塔流出水をフィルター４Ｃに通水し、フィルター４Ｃの濾過洗浄排水排出配管（図示略）よりフィルター４Ｃ洗浄排水を排出する工程を設けることが好ましい。この工程を設けることで、フィルター４Ｃに付着した汚染物質がＲＯ装置５Ｃを再汚染することを防止することができる。洗浄終了後は、反応槽２で酸を添加してｐＨ４～８に調整した原水で、ＲＯ装置５Ｃを洗浄（リンス）した後、ＲＯ処理工程に復帰する。なお、洗浄排水はＲＯ装置５Ｃの洗浄排水排出配管（図示略）から系外に排出する。
ＲＯ装置５Ａで洗浄工程を行い、ＲＯ装置５Ｂ，５ＣでＲＯ処理工程を行うときには、ＲＯ装置５Ａに活性炭塔流出水を導入し、ＲＯ装置５Ｂ，５Ｃには反応槽２からの被処理水を通水する。ＲＯ装置５Ｂで洗浄工程を行い、ＲＯ装置５Ａ，５ＣでＲＯ処理工程を行うときには、ＲＯ装置５Ｂに活性炭塔流出水を導入し、ＲＯ装置５Ａ，５Ｃには反応槽２からの被処理水を通水する。
上記説明は本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。
例えば図２では、ＲＯ装置が３基示されているが、２基又は４基以上であってもよい。また、図２では１基のＲＯ装置で洗浄工程を行い、他のＲＯ装置でＲＯ処理工程を行うものとしているが、多数のＲＯ装置を並列設置した場合には、２以上のＲＯ装置で洗浄工程を行い、他のＲＯ装置でＲＯ処理工程を行うようにしてもよい。
また、図１および図２では、活性炭塔流出水を洗浄工程で用いるが、活性炭塔塔１で処理する前のｐＨ９．５以上のアルカリ水を洗浄工程で用いても良い。ただし、濁質やＴＯＣ成分などはＲＯ装置５の給水と同等以上の水質であることが好ましいので、ｐＨ調整以外はＲＯ装置５の給水と同等の前処理を行うことが好ましい。
また、図２では活性炭塔が用いられているが、活性炭塔以外の前処理手段が設置されてもよい。
本発明では、前記アルカリ水は、同じ施設内の異なる工程からの排水であってもよい。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
本出願は、２０２０年５月２８日付で出願された日本特許出願２０２０－０９３４５８に基づいており、その全体が引用により援用される。
本出願は、２０２０年５月２８日付で出願された日本特許出願２０２０－０９３４５８に基づいており、その全体が引用により援用される。
１ 活性炭塔
２ 反応槽
３ 中継槽
４，４Ａ～４Ｃ フィルター
５，５Ａ～５Ｃ ＲＯ装置
２ 反応槽
３ 中継槽
４，４Ａ～４Ｃ フィルター
５，５Ａ～５Ｃ ＲＯ装置
Claims (9)
- 被処理水をｐＨ４～８の範囲に調整して逆浸透膜装置に通水する逆浸透膜処理方法であって、間欠的にｐＨ９．５以上のアルカリ水を該逆浸透膜装置の逆浸透膜に接触させることを特徴とする逆浸透膜処理方法。
- 前記被処理水がｐＨ９．５以上であって、前記アルカリ水として前記ｐＨ９．５以上の前記被処理水を用いる、請求項１の逆浸透膜処理方法。
- 前記アルカリ水は、同じ施設内の異なる工程からの排水である、請求項１又は２の逆浸透膜処理方法。
- 前記逆浸透膜装置が並列に複数設置されており、少なくとも一つの逆浸透膜装置の逆浸透膜にｐＨ９．５以上のアルカリ水を接触させている間、他の逆浸透膜装置にｐＨ４～８に調整した被処理水を通水して逆浸透膜処理する、請求項１～３のいずれかの逆浸透膜処理方法。
- 原水を前処理して前記被処理水及び／又はアルカリ水とする工程を有する、請求項１～４のいずれかの逆浸透膜処理方法。
- 前記前処理は活性炭処理である、請求項５の逆浸透膜処理方法。
- 前記被処理水及び／又はアルカリ水のアンモニア濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である、請求項１～６のいずれかの逆浸透膜処理方法。
- 前記被処理水のＴＯＣ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上である、請求項１～７のいずれかの逆浸透膜処理方法。
- 前記ｐＨ９．５以上のアルカリ水と前記逆浸透膜とを接触させる工程を１２時間～１カ月に１回の頻度で行う、請求項１～８のいずれかの逆浸透膜処理方法。
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