JP4531213B2

JP4531213B2 - 脱塩装置

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Publication number: JP4531213B2
Application number: JP2000212955A
Authority: JP
Inventors: 裕充太田; 晋折坂
Original assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Current assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP2002028660A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用水、市水、井水などの原水を逆浸透膜処理装置と電気式脱イオン装置で処理する脱塩装置に係り、特に脱塩装置を長期的に安定して、しかも維持コストを少なく抑えて運転することができ、しかも高純度の処理水を安定して生成することのできる脱塩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、脱塩水を生成する装置として、逆浸透膜処理装置の後段に、電気式脱イオン装置を設けた脱塩装置が広く用いられるようになってきている。
【０００３】
一般に、電気式脱イオン装置は、図１に示すように、陽極１と陰極２の間に複数のアニオン交換膜３とカチオン交換膜４とを交互に配置してアニオン交換膜３とカチオン交換膜４によって仕切られた脱塩室５と濃縮室６とが交互に形成され、被処理水が供給される脱塩室５にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体７が充填され、陽極１と陰極２間には直流電圧が印加されるように構成されている。なお８は陽極室、９は陰極室であり、１０は、被処理水からのイオン成分の濃縮率を高くするために濃縮室６に流す水を循環させる循環ポンプである。
【０００４】
このように構成された電気式脱イオン装置では、供給水中のイオン成分は、脱塩室５のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体７に吸着されるが、混合体７に吸着されたイオン成分は直流電流の作用により濃縮室６に移行されてアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体７は連続的に再生される。
【０００５】
すなわち、電気式脱イオン装置ではイオンの吸着と再生が並行して行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の逆浸透膜処理装置と電気式脱イオン装置により構成される脱塩装置では、電気式脱イオン装置のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体７が連続的に再生されるため、本来的には長期的に安定して運転することができるという特徴を有するが、往々にして電気式脱イオン装置内の濃縮水循環系において、菌（バクテリア）が繁殖し、これによって濃縮室流量が低下し、ついには電気式脱イオン装置の運転バランスが崩れて処理水質の低下を招いてしまうという問題があった。
【０００７】
また、このような逆浸透膜処理装置と電気式脱イオン装置で処理する脱塩装置では、逆浸透膜処理装置において硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ等）の大部分は除去されるが、一部はリークして電気式脱イオン装置に流入し、電気式脱イオン装置内に硬度スケールを発生させ、処理水質の悪化と頻繁な薬品洗浄によるコストアップを招くという問題もあった。
【０００８】
さらに、このような逆浸透膜処理装置と電気式脱イオン装置で構成される脱塩装置においては、原水中の濁度成分等により逆浸透膜処理装置が目詰まりを起こす恐れがあり、目詰まりが起きると、その要因によって逆浸透膜処理装置のクリーニングを必要としたり、あるいは逆浸透膜処理装置の処理水質の悪化を招き、後段の電気式脱イオン装置の安定運転の障害になるという問題もあった。
【０００９】
したがって、本願発明の目的は、工業用水、市水、井水などの原水より脱塩水を生成する脱塩装置、特に、電気式脱イオン装置を使用する脱塩装置において、前記電気式脱イオン装置を長期的に安定して、しかも維持コストを少なく抑えて運転することができ、しかも高純度の処理水を安定して生成することのできる脱塩装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の脱塩装置は、膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、ナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置及び電気式脱イオン装置を流路に沿って順に配置して被処理水を脱塩する装置において、前記電気式脱イオン装置供給水にアルカリ剤を添加して前記電気式脱イオン装置供給水のｐＨを７．５以上、１１．０以下に調整するアルカリ剤添加手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の脱塩装置は、膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、ナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置及び電気式脱イオン装置を流路に沿って順に配置して被処理水を脱塩する装置において、前記電気式脱イオン装置内の濃縮水循環流路にアルカリ剤を添加して前記電気式脱イオン装置内の濃縮水循環系のｐＨを９．０以上に調整するアルカリ添加手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の脱塩装置は、請求項１及び２の脱塩装置において、前記の添加されるアルカリ剤は、２価以上のカチオンを実質的に含まないことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図２と図３に示す。なお、本発明の脱塩装置はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、それぞれの構成機器間に別の機器を配置することも可能である。
【００１４】
本発明に使用される膜式除濁装置は、工業用水、市水、井水などの原水から懸濁物質（ＳＳ）、ファウリング物質等を除去するためのもので、例えば、限外濾過膜や精密濾過膜などを使用した装置を使用し得るが、特に、中空糸タイプのモジュールを用いた内圧式全量濾過装置が本発明には好適している。
【００１５】
原水を、膜式除濁装置で処理して除濁することにより、後段の逆浸透膜処理装置の負荷を軽減し、処理水質を向上させることができる。
【００１６】
本発明に使用する逆浸透膜処理装置に用いる逆浸透膜には特に制限はないが、アラミド系膜、ポリアミド系膜、酢酸セルロース膜などが本発明に使用可能なものとして例示される。特に、スパイラル型の架橋アラミド系複合膜が本発明の効果をより発揮しやすく、本発明に好適している。
【００１７】
逆浸透膜処理装置は、膜式除濁装置の処理水中の炭酸イオンを含むイオン類、シリカ等の不純物を分離除去する作用をする。後述する電気式脱イオン装置においても、これらのイオン類、シリカ等の分離除去は可能であるが、電気式脱イオン装置のみによりこれらの不純物を除去したのでは処理コストが高くなるので、予め逆浸透膜処理装置により脱塩し電気式脱イオン装置への負荷を低減しておくことが重要である。なお、この逆浸透膜処理装置は、水中の微粒子、有機物、生菌等も除去するので、それらの流入による電気式脱イオン装置の汚染を防止することができ、安定した電気式脱イオン装置の運転を可能とする。
【００１８】
本発明に使用するナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置は、電気式脱イオン装置に供給される被処理水から硬度成分（Ｃａ，Ｍｇ等）を予め除去するためのものである。
【００１９】
Ｃａイオン、Ｍｇイオン等は逆浸透膜処理装置においても大部分が除去されるが、本発明において、別にナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置を設けたのは、次の理由による。
【００２０】
すなわち、シリカ成分（ＳｉＯ₂）や炭酸（ＣＯ₂）は、アルカリ性下においてイオン化し易くなることが知られており、このため、アルカリ性下では、電気式脱イオン装置によるシリカ成分（ＳｉＯ₂）や炭酸（ＣＯ₂）等の除去率の向上が期待されるが、従来の逆浸透膜処理装置の後段に電気式脱イオン装置を設けた脱塩装置においては電気式脱イオン装置をアルカリ性下で運転しても長期的に処理水質が安定しない。
【００２１】
その原因について検討したところ、電気式脱イオン装置に導入する供給水に残存する硬度成分（Ｃａ，Ｍｇ等）がアルカリ性下で析出し、電気式脱イオン装置内の濃縮室に硬度スケールが発生して電気抵抗となり、これによって電気式脱イオン装置からの処理水質を悪化させていたことが分かった。すなわち、Ｃａイオン、Ｍｇイオン等は逆浸透膜処理装置において大部分は除去されるものの微量リークし、アルカリ性下の電気式脱イオン装置に流入すると硬度スケールの原因となり、電気式脱イオン装置処理水の比抵抗値の低下など、処理水質に大きく影響を与えていたのである。
【００２２】
本発明におけるナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置は、逆浸透膜処理装置で取りきれなかった硬度成分を実質的に完全に除去して電気式脱イオン装置におけるスケールの形成を防止する作用をする。
【００２３】
なお、本発明では、カチオン交換樹脂としてＮａ型強酸性カチオン交換樹脂を適用しているが、その理由は次のとおりである。
【００２４】
すなわち、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂ではなく、Ｈ型に再生された強酸性カチオン交換樹脂を用いても硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ等）を除去することは可能であるが、Ｈ型に再生された強酸性カチオン交換樹脂を使用した場合には、被処理水から電気式脱イオン装置において容易に除去可能なナトリウムイオン（Ｎａ⁺）等の一価のイオンも一緒に除去されてしまうため、当該強酸性カチオン交換樹脂の再生頻度が高くなって脱塩装置のランニングコストが著しく上昇してしまう。
【００２５】
また、Ｎａ型に再生された弱酸性カチオン交換樹脂を使用した場合には、強酸性カチオン交換樹脂に比べてイオン交換速度が遅くなって電気式脱イオン装置に供給する被処理水に対し硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ等）の残存量を０．２５ｐｐｍ（ａｓＣａＣＯ₃）程度以下に到達させることが非常に困難となり、電気式脱イオン装置における硬度スケールの発生防止の効果を達成することはできない。
【００２６】
なお、本発明の脱塩装置では、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂装置の前段に逆浸透膜処理装置があるので、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂装置のメンテナンスを著しく軽減することができる。
【００２７】
請求項１の脱塩装置におけるアルカリ剤添加手段は、電気式脱イオン装置の供給水、すなわちＮａ型強酸性カチオン交換樹脂装置の処理水にアルカリ剤を添加して電気式脱イオン装置供給水のｐＨを７．５以上、１１．０以下に調整するものである。
【００２８】
このアルカリ剤添加手段によるｐＨ調整は、供給水中の菌（バクテリア）数を０個／ｍｌに近づけるため行うもので、ｐＨ調整は７．５から１１．０付近、好ましくはｐＨを７．５から１０．０、更に好ましくは７．５から９．０にする。ｐＨが７以下では、電気式脱イオン装置の供給水の菌（バクテリア）数が１ｍｌ当り１００個程度となるが、アルカリ剤を添加することによって、電気式脱イオン装置供給水中の菌（バクテリア）の細胞膜を崩し、供給水中の生菌を失活させ、これによって電気式脱イオン装置の濃縮水中の菌数を０個／ｍｌに近づけることができる。この効果によって、電気式脱イオン装置では、菌（バクテリア）による濃縮室流量低下からの運転バランスの崩れと、それによる処理水質低下の問題が解消され、長期間安定した水質を得る事ができ、また高純度の水質を得ることができる。しかし、ｐＨがおよそ１１を超えると、電気式脱イオン装置の供給水中のイオン負荷量が著しく増大するため経済的ではなく、場合によっては電気式脱イオン装置の処理水質の悪化を招くことがあるので好ましくない。
【００２９】
本発明の請求項第２項の脱塩装置においては、アルカリ剤添加手段は、電気式脱イオン装置内の濃縮水循環流路にアルカリ剤を添加して前記電気式脱イオン装置内の濃縮水循環系のｐＨを常時９．０以上に調整し、これによって濃縮水中の菌（バクテリア）数を激減することができる。添加されたアルカリ剤は、電気式脱イオン装置濃縮水中の菌（バクテリア）の細胞膜を分解して、濃縮水循環系に存在する生菌を不活性化させ、これによって上記電気式脱イオン装置の濃縮室流量低下からの運転バランスの崩れと、それによる処理水質低下を回避させ、長期間安定した水質を得ることができる。
【００３０】
なお、電気式脱イオン装置の供給水に添加されるアルカリ剤、あるいは電気式脱イオン装置の濃縮室循環系に添加されるアルカリ剤としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ₄ＯＨ、ＮＨ₃ガスのような実質的に２価以上のカチオンを含まないアルカリ剤が使用される。添加するアルカリ剤に２価以上のカチオンが含まれていると電気式脱イオン装置に硬度スケーリングが発生する危険性が高くなる。
【００３１】
次に本発明の実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１〜４）
図４は実施例１〜４に使用した本願発明の脱塩装置の系統図である。
【００３３】
この実施例の装置は、膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂、電気式脱イオン装置を被処理水の流れに沿って順に配置して構成されている。
【００３４】
電気式脱イオン装置の供給水に添加したアルカリ剤はＮａＯＨである。当該供給水のｐＨを７．７、８．７、９．８、１０．８に調整し、３０日間それぞれ連続運転を行った。
【００３５】
各試験条件の運転初期における電気式脱イオン装置の濃縮室流量を1.０とした時の、運転３０日後の当該濃縮室流量比を表１に示す。また、３０日後の電気式脱イオン装置の処理水質と当該濃縮水中の生菌数を同様に表１に示す。なお、使用した原水は、神奈川県厚木市市水であり、使用した装置と運転条件は下記の通りである。
【００３６】
膜式除濁装置：ＮＭＬ−Ｅ２ＨＳ−４（野村マイクロ・サイエンス社製）
逆浸透膜：ＳＵ−７１０（東レ社製）
水回収率（６５％）、水温（２０〜２５℃）
ナトリウム型強酸性カチオン交換樹脂：デュオライトＣ−２０（ローム＆ハース社製）
電気式脱イオン装置：ＥＤＩ−５０（Ｉｏｎｉｃ社製）
水回収率（９５％）、直流電圧（４５０〜６００Ｖ）
供給水流量（１１．４ｍ³／ｈ）
（比較例１〜２）
実施例１において、電気式脱イオン装置供給水のｐＨを6.０と7.３にしたこと以外は、実施例１と同様にして試験した。結果を表１に示す。
【表１】

【００３７】
（実施例５〜７）
図５は実施例５〜７に使用した本願発明の脱塩装置の系統図である。
【００３８】
この実施例の装置は、膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂、電気式脱イオン装置を被処理水の流れに沿って順に配置して構成されている。前記電気式脱イオン装置の濃縮水循環系に添加したアルカリ剤はＮａＯＨである。当該濃縮水のｐＨを９．３、１０．７、１２．１に調整し、３０日間それぞれ連続運転した。各試験条件の運転初期における電気式脱イオン装置の濃縮室流量を1.０とした時の、運転３０日後の当該濃縮室流量比と生菌数を表２に示す。
【表２】

【００３９】
（比較例３〜４）
実施例５において、電気式脱イオン装置濃縮水循環系のｐＨを7.３と８．７にしたこと以外は、実施例５と同様にして試験した。結果を表２に示す。
【００４０】
（比較例５〜６）
実施例５において、電気式脱イオン装置濃縮水循環系のｐＨ調整剤として、２価のカチオンを含むＣａ（ＯＨ）₂を使用し、当該濃縮水のｐＨを９．５、１０．４にしたこと以外は、実施例５と同様にして試験した。ただし、濃縮室流量の低下が急激であったため、濃縮室流量比と濃縮水中の生菌数は、運転開始から１０日後の値を用いた。結果を表３に示す。
【表３】

【００４１】
（実施例８）
実施例１における逆浸透膜処理装置の、供給水圧力と濃縮水圧力の差（差圧）の経時変化を図６に示す。また、同様に、実施例１における電気式脱イオン装置処理水比抵抗の経時変化を図７に示す。
【００４２】
（比較例７）
実施例８において、図４中の点線に示す通り、膜式除濁装置とナトリウム型強酸性カチオン交換樹脂をバイパスしたこと以外は、実施例８と同様に試験した。逆浸透膜処理装置の供給水圧力と濃縮水圧力の差（差圧）と、電気式脱イオン装置の処理水比抵抗の経時変化をそれぞれ図６と図７に示す。なお、比較例７では、電気式脱イオン装置の処理水比抵抗が短期間に低下したため、当該装置の濃縮水循環系をＨＣｌにてクリーニング（メンテナンス）している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される電気式脱イオン装置の一例の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の請求項１の脱塩装置の一実施の形態の系統図である。
【図３】本発明の請求項２の脱塩装置の他の実施の形態の系統図である。
【図４】実施例１〜４に使用した脱塩装置の系統図である。
【図５】実施例５〜７に使用した脱塩装置の系統図である。
【図６】実施例１の逆浸透膜処理装置の供給水圧力と濃縮水圧力の差（差圧）の経時変化を示すグラフである。
【図７】実施例１における電気式脱イオン装置処理水比抵抗の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１……陽極、２……陰極、３……アニオン交換膜、４……カチオン交換膜、５……脱塩室、６……濃縮室、７……アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体、８……陽極室、９……陰極室、１０……循環ポンプ。

Claims

膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、ナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置及び電気式脱イオン装置を流路に沿って順に配置して被処理水を脱塩する装置において、
前記電気式脱イオン装置供給水にアルカリ剤を添加して前記電気式脱イオン装置供給水のｐＨを７．５以上、１１．０以下に調整するアルカリ剤添加手段を有することを特徴とする脱塩装置。
膜式除濁装置と逆浸透膜処理装置、ナトリウム（Ｎａ）型強酸性カチオン交換樹脂装置及び電気式脱イオン装置を流路に沿って順に配置して被処理水を脱塩する装置において、
前記電気式脱イオン装置内の濃縮水循環流路にアルカリ剤を添加して前記電気式脱イオン装置内の濃縮水循環系のｐＨを９．０以上に調整するアルカリ添加手段を有することを特徴とする脱塩装置。
前記の添加されるアルカリ剤は、２価以上のカチオンを実質的に含まないことを特徴とする、前記請求項１ないし２に記載の脱塩装置。