JP2014213306A - 純水製造装置、純水およびろ過水製造装置、純水製造方法、ならびに純水およびろ過水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劇物としての酸およびアルカリを使用しなくても純水を製造することができる純水製造装置および純水製造方法を提供する。【解決手段】劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理装置１０と、前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得る逆浸透膜処理装置１２と、を備える純水製造装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、純水製造装置、純水およびろ過水製造装置、純水製造方法、ならびに純水およびろ過水製造方法に関する。

純水は工業等において様々な用途で用いられている。純水の製造に関しては、イオン交換法、逆浸透膜法等が挙げられる。

イオン交換法は、イオン交換樹脂等のイオン交換体を用いる方法である。イオン交換法は水利用効率が高いために、表流水および井水等の淡水を原水とした場合の純水製造方法として広く利用されているが、イオン交換樹脂の再生に大量の酸またはアルカリを必要とする。

逆浸透膜法は、逆浸透膜を用いる方法であるが、適切な運転を行わないと逆浸透膜の膜面にスケール成分が析出し、閉塞してしまう課題がある。そのようなスケール成分析出を抑制するために、逆浸透膜処理の前段での前処理やｐＨ調整、分散剤等のスケール防止剤の添加等を行うことで運用する場合が多い。また、遊離炭酸の除去率を高める目的で、アルカリ等の薬剤を添加することで処理水質の向上を図ることも多い。

例えば、特許文献１には、原水に酸を添加してスケール成分を析出させ、析出したスケール成分を膜分離処理し、透過水にアルカリを添加してから２段の逆浸透膜処理を行う方法が記載されている。

特許文献２には、被処理水にスケール防止剤を供給した後、前段逆浸透膜処理を行い、その濃縮水に酸を供給した後、後段逆浸透膜処理を行う方法が記載されている。

特許文献３には、原水に酸等のスケール防止剤を添加した後、２段または３段の逆浸透膜処理を行う方法や、原水に酸を添加した後、１段目の逆浸透膜処理を行い、その透過水にアルカリを添加した後、２段目および３段目の逆浸透膜処理を行う方法が記載されている。

ところで、工場によっては酸およびアルカリのような劇物の使用が禁止または制限される場合がある。そのような酸およびアルカリの使用が禁止または制限されている条件下においては、上記のようなスケール成分析出の抑制や処理水質の向上を目的とした酸およびアルカリの使用は望ましくない。

特開平９−２７６８６５号公報 特開平９−２０６７４９号公報 特開２００８−１６１８１８号公報

本発明の目的は、劇物としての酸およびアルカリを使用しなくても純水を製造することができる純水製造装置、純水およびろ過水製造装置、純水製造方法、ならびに純水およびろ過水製造方法を提供することにある。

本発明は、劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理手段と、前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得る逆浸透膜処理手段と、を備える純水製造装置である。

また、前記純水製造装置において、前記逆浸透膜処理における回収率が、濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件に設定されることが好ましい。

また、本発明は、劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理手段と、前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得るとともに濃縮水をろ過水として得る逆浸透膜処理手段と、を備える純水およびろ過水製造装置である。

また、本発明は、劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理工程と、前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得る逆浸透膜処理工程と、を含む純水製造方法である。

また、前記純水製造方法において、前記逆浸透膜処理における回収率を、濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件に設定することが好ましい。

また、本発明は、劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理工程と、前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得るとともに濃縮水をろ過水として得る逆浸透膜処理工程と、を含む純水およびろ過水製造方法である。

本発明の純水製造装置および純水製造方法では、劇物としての酸およびアルカリを使用しなくても純水を製造することができる。また、本発明の純水およびろ過水製造装置ならびに純水およびろ過水製造方法では、劇物としての酸およびアルカリを使用しなくても純水およびろ過水を製造することができる。

本発明の実施形態に係る純水製造装置の一例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本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純水製造装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。純水製造装置１は、前処理装置１０と、逆浸透膜処理装置１２とを備える。

図１の純水製造装置１において、前処理装置１０の入口には原水配管１４が接続され、前処理装置１０の出口と逆浸透膜処理装置１２の入口とは前処理水配管１６により接続され、逆浸透膜処理装置１２の透過水出口には透過水配管１８が接続され、濃縮水出口には濃縮水配管２０が接続されている。前処理装置１０の前段側に必要に応じて原水槽が設けられてもよい。

本実施形態に係る純水製造方法および純水製造装置１の動作について説明する。

処理対象となる原水は、原水配管１４を通して前処理装置１０へ送液され、前処理装置１０において劇物としての酸およびアルカリ（以下、単に「酸およびアルカリ」という場合がある）を使用しない条件で、原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分等が除去されて前処理水が得られる（前処理工程）。ここで、本願明細書でいう「劇物」とは、毒物及び劇物取締法第２条と毒物及び劇物指定令によって定義される劇物をいう。前処理水に酸化剤が含まれる場合、逆浸透膜を劣化させる可能性があるので、還元処理を行うことが望ましい。還元処理としては、還元剤を添加する方法、活性炭と接触させる方法等が挙げられる。前処理水は、前処理水配管１６を通して逆浸透膜処理装置１２へ送液され、逆浸透膜処理装置１２において酸およびアルカリを使用しない条件で、逆浸透膜処理されて透過水が純水として得られる（逆浸透膜処理工程）。逆浸透膜処理装置１２における透過水は、前処理装置１０の前段側に返送されて原水に混合されてもよいし、ろ過水として利用されてもよい。

処理対象となる原水は、特に制限はないが、例えば、表流水、井水等の淡水等が挙げられる。特に、カルシウム、マグネシウム等の硬度成分、鉄イオン、マンガンイオン、アルミニウムイオン等の金属イオン成分、シリカ成分等を含む原水を処理対象とする。

前処理装置１０としては、酸およびアルカリを使用しない条件で濁度成分および鉄イオン、マンガンイオン、アルミニウムイオン等の金属イオン成分等を除去することができるものであれば、どのようなものでもよい。前処理装置１０としては、例えば、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、膜ろ過装置等が挙げられる。しかしながら、凝集剤を使用する凝集沈殿装置、加圧浮上装置等は、最適凝集条件としてｐＨ調整を行うことが望ましいことから、酸およびアルカリを使用しない条件下では凝集剤の使用量が多くなり、大きな設備となってしまう場合がある。そのような観点から、膜ろ過装置が好ましい。膜ろ過装置としては、精密ろ過（ＭＦ）膜や限外ろ過（ＵＦ）膜による膜ろ過装置が挙げられる。

原水が鉄やマンガン等の金属イオン成分を含む場合には、鉄やマンガン等を酸化処理して膜ろ過装置で除去できる形態とするため、原水に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を添加してから膜ろ過装置で処理を行ってもよい。

この場合、添加した次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤が前処理水に残存すると、生物繁殖が抑制されるものの、次工程の逆浸透膜を酸化劣化させる要因となる可能性があるので、前処理装置１０の後段側かつ逆浸透膜処理装置１２の前段側において、活性炭との接触や還元剤の添加等の酸化剤除去処理手段により酸化剤を除去してもよい。酸化剤除去処理手段として活性炭を使用した場合は、酸化剤除去処理水に活性炭の微粒子が混入する可能性があるので、酸化剤除去処理水が逆浸透膜処理装置１２へ導入される前に安全フィルタ等の微粒子除去手段を設けてもよい。

逆浸透膜処理装置１２では、酸およびアルカリを使用しない条件で逆浸透膜処理が行われる。逆浸透膜処理工程では、逆浸透膜処理における回収率（透過水量／（透過水量＋濃縮水量））を、濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件に設定して運転することが好ましい。

スケール成分とは、カルシウムやマグネシウムといった硬度成分に由来する成分、シリカ成分、金属イオン成分等が代表的なものとして挙げられる。

通常、硬度成分に対応するためには、軟化装置による除去等が有効であるが、装置が大型化してしまう。逆浸透膜への通水時にｐＨを低下して、スケール成分の析出を抑える技術もあるが、酸およびアルカリを使用しない条件とすることは困難である。そこで、例えば、濃縮水のランゲリア指数（ＬＳＩ）が負になる範囲内で回収率を設定することが好ましい。

ランゲリア指数（ＬＳＩ）とは、スケール成分の析出発生の指標となる数値である。ランゲリア指数（ＬＳＩ）を算出する方法としては、一般的には簡便計算法が用いられる。簡便計算法は、ランゲリア・インデックス（藤田賢二（２００３）『水処理薬品ハンドブック』，５１−５２頁）を用いてランゲリア指数を算出する方法である。

このランゲリア指数（ＬＳＩ）がプラスの値で数値が大きいほど、硬度成分が析出しやすい状態であり、ゼロであれば、硬度成分は析出も溶解もしない平衡状態にあり、マイナスの値であれば、硬度成分が析出しにくい状態であることを示す。

原水がシリカ成分を含む場合、シリカ成分に対応するためには、濃縮水においてシリカの濃度をシリカの溶解度以下とすることが有効である。シリカの溶解度はｐＨによって変化するので、例えば濃縮水をｐＨ１０程度のアルカリ条件にすることでシリカスケールの析出を抑制することができるが、酸およびアルカリを使用しない条件とすることは困難である。そこで、濃縮水のシリカの濃度がシリカの溶解度以下になる範囲内で回収率を設定することが好ましい。

硬度成分およびシリカ成分の析出を抑制するために、分散剤等のスケール防止剤を添加する方法がある。しかし、金属イオンの存在下、特にアルミニウムイオンの存在下においてシリカ濃度が上昇すると、分散剤等のスケール防止剤の効果が著しく低下し、スケール成分が析出してしまうことがある。金属イオン成分は前述した前処理装置１０によって除去することが望ましいが、酸およびアルカリを使用しない条件下において、特にアルミニウムイオンは最適なｐＨ条件としないと除去することが困難であるため、前処理設備１０で処理しても前処理水に残存する可能性がある。そこで、原水中にアルミニウムイオンが存在する場合、逆浸透膜処理装置１２においてこのようなアルミニウムイオンに起因するスケール成分の析出を抑制する濃度として、濃縮水において例えば０．２５ｍｇ−Ａｌ／Ｌ程度以下となるような回収率を設定することが好ましい。

したがって、以上の条件を満たした逆浸透膜処理における回収率は、例えば、３０〜５０％程度の範囲となる。本実施形態に係る純水製造装置および純水製造方法では、逆浸透膜処理装置１２を通常設定する回収率よりも低い回収率に設定することによって、通常は排水とする濃縮水を必要に応じてろ過水としても使用できることに着目して構成されている。

本実施形態に係る純水製造装置および純水製造方法で得られる透過水は、塩濃度が通常の塩濃度に対して３０〜５０％程度高くなっているものの、除濁処理はされており、逆浸透膜処理でスケール成分が析出しにくい条件で運転されていることから、スケールが発生している懸念のない水質が得られる。

一方、ろ過水中の残留成分となる可能性がある前述した分散剤等のスケール防止剤を使用しなくてもよいので、濃縮水をろ過水として利用することができる。

また、逆浸透膜処理装置１２の後段側に脱気処理装置を設置して脱気処理を行ってもよい。これにより得られる純水の水質をより向上することができる。

要求される純水の導電率が、逆浸透膜処理装置１２による一段の逆浸透膜処理で満たされない場合、逆浸透膜処理装置１２の後段側にさらに少なくとも１つの逆浸透膜処理装置を設置して、多段の逆浸透膜処理を行ってもよい。これにより、得られる純水の水質をより向上することができる。

多段の逆浸透膜処理を行う場合、少なくとも１段目の逆浸透膜処理において、回収率を、上記のように濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件、例えば回収率を３０〜５０％程度の範囲に設定して運転すればよい。１段目より後の逆浸透膜処理においては、例えば回収率を８０〜９０％程度の範囲に設定して運転すればよい。

脱気処理を行う場合には、複数の逆浸透膜処理装置の間、例えば１段目の逆浸透膜処理装置と２段目の逆浸透膜処理装置間に脱気膜等の脱気処理装置を設置してもよい。脱気処理装置により脱炭酸処理を行うことにより、得られる純水の水質をより向上することができる。

最後段の逆浸透膜処理装置の透過水出口に交換式のイオン交換樹脂塔を設置するか、電気再生式のイオン交換樹脂処理装置を設置してもよい。これにより、得られる純水の水質をより向上することができる。

以上のような本実施形態に係る純水製造装置および純水製造方法は、水利用効率が高く、純水に加え、必要に応じてろ過水を供給することができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す純水製造装置を用い、以下の条件で処理を行った。逆浸透膜処理手段として２つの逆浸透膜処理装置を用いて２段の逆浸透膜処理を行った。結果を表１に示す。
原水：工業用水
前処理装置：ＵＦ膜（ＤＯＷ製、ＳＦＰ−２８８０）
逆浸透膜処理装置：ＲＯ膜（オルガノ製、ＯＦＲ−２４０ＨＪ８）
原水のカルシウム濃度：８２．５ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ
原水のアルカリ度：７９．１ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ
原水の蒸発残留物：３２０ｍｇ／Ｌ
水温：１５℃
ｐＨ：７．５
１段目逆浸透膜処理回収率：３５％
２段目逆浸透膜処理回収率：８０〜９０％

実施例１において、１段目逆浸透膜処理装置の濃縮水のランゲリア指数が以下の通り負の値（−０．４）になるように回収率を設定した。
濃縮水のＣａＣＯ_３計算値：１２６．９ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ → ２．５３ｍｅｑ／Ｌ
濃縮水のアルカリ度計算値：１２１．７ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ → ２．４３ｍｅｑ／Ｌ
濃縮水のＳｄ（溶解性物質ＴＤＳ濃度）値：４９２．３ｍｇ／Ｌ
ランゲリア・インデックス（藤田賢二（２００３）『水処理薬品ハンドブック』，５１−５２頁）を用いてランゲリア指数を算出すると、
全固形分（濃縮水のＳｄ値）に基づく係数Ａ＝０．２
温度に基づく係数Ｂ＝２．２
カルシウム硬度に基づく係数Ｃ＝１．７
アルカリ度に基づく係数Ｄ＝２．１
ｐＨｓ＝９．３＋Ａ＋Ｂ−（Ｃ＋Ｄ）
＝９．３＋０．２＋２．２−（１．７＋２．１）
＝７．９
ランゲリア指数（ＬＳＩ）＝ｐＨ−ｐＨｓ
＝７．５−７．９
＝−０．４

（比較例１）
１段目の逆浸透膜処理回収率を８０〜９０％として、１段目の逆浸透膜処理の前にスケール防止剤として分散剤（オルパージョン、オルガノ製）を１０ｍｇ／Ｌ添加した以外は、実施例１と同様にして処理を行った。結果を表１に示す。

実施例１のように処理を行うことにより、酸およびアルカリを使用しなくても純水を製造することができた。また、実施例１では分散剤を使用しなくてもスケール成分をほとんど析出することなく純水を製造することができた。

１ 純水製造装置、１０ 前処理装置、１２ 逆浸透膜処理装置、１４ 原水配管、１６ 前処理水配管、１８ 透過水配管、２０ 濃縮水配管。

Claims (6)

1. 劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、
   原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理手段と、
   前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得る逆浸透膜処理手段と、
   を備えることを特徴とする純水製造装置。
2. 請求項１に記載の純水製造装置であって
   前記逆浸透膜処理における回収率が、濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件に設定されることを特徴とする純水製造装置。
3. 劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、
   原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理手段と、
   前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得るとともに濃縮水をろ過水として得る逆浸透膜処理手段と、
   を備えることを特徴とする純水およびろ過水製造装置。
4. 劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、
   原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理工程と、
   前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得る逆浸透膜処理工程と、
   を含むことを特徴とする純水製造方法。
5. 請求項４に記載の純水製造方法であって
   前記逆浸透膜処理における回収率を、濃縮水においてスケール成分の析出が起こりにくい条件に設定することを特徴とする純水製造方法。
6. 劇物としての酸およびアルカリを使用しない条件において、
   原水中に含有する濁度成分および金属イオン成分を除去して前処理水を得る前処理工程と、
   前記前処理水を逆浸透膜処理して透過水を純水として得るとともに濃縮水をろ過水として得る逆浸透膜処理工程と、
   を含むことを特徴とする純水およびろ過水製造方法。

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