JPH06304559A

JPH06304559A - 水処理方法および水処理装置

Info

Publication number: JPH06304559A
Application number: JP5099196A
Authority: JP
Inventors: Fumio Yokoyama; 文郎横山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】高水質の純水、とくに超純水を効率よく製造
する。【構成】（イ）砂ろ過装置１を用い、原水中に含まれ
る主に径が１μｍを超える粒子を除去する工程、（ロ）
精密ろ過装置２を用い、イの工程を経た処理水中の主に
０．０１μｍを超える粒子を除去する工程、（ハ）逆浸
透装置３を用いて、ロの工程を経た処理水中の不純物を
除去する工程、の３工程を含む。また、ロの工程に、限
外ろ過装置２´を用い、イの工程を経た処理水中の０．
００１μｍを超える粒子を除去してもよい。ロまたは／
およびハの工程からの濃縮水や洗浄水を原水に還流する
ことが好ましい。逆浸透膜の目詰まりが激減して膜の洗
浄が殆ど必要でなくなり、逆浸透膜の寿命が長くなる。
処理量を増加させ経済的な効果も大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高水質の純水、とくに
超純水を効率よく製造する水処理方法および水処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子工業や製薬工業をはじめとする各種
産業においては高度の純水を大量に使用しているが、要
求される純水の水質は年々高度になり、需要量も年々大
きく増加している。これらの分野では、高水質の純水、
ことに超純水の製造には、殆どの場合、低分子化合物や
塩類を効率よく分離する能力のある逆浸透装置を使用し
ている。この他、逆浸透装置は、純水の循環利用、造水
などにも多数実用化されている。逆浸透装置が普及する
につれ、さらに丈夫で高度の分離能を具備し、広い用途
に経済的に使用するための研究も進展した。すなわち、
新しい逆浸透膜や各種複合膜が開発され、分離膜の使用
形態、すなわちモジュールもスパイラル型、中空糸型、
チューブラ型など各種のものが実用化されている。

【０００３】一方、逆浸透膜は、藻類などの微生物や
０．１〜５μｍくらいの懸濁粒子およびコロイドなどに
よってトラブルを起こしやすい。そこで、これらの不純
物を含む原水を逆浸透装置で処理する場合には、アルミ
ニウムや鉄イオンを含む電解質を凝集剤として原水に添
加して微粒子類をを凝集させ、砂ろ過法などを用いて凝
集粒子をあらかじめ除去してから、被処理水を逆浸透装
置に送る方法が取られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、各種の
複合膜やモジュールなどの開発によって、逆浸透装置は
技術的に大きく性能が向上し、トラブルも起こりにく
く、安定して長期間使用できるようになった。しかし、
逆浸透装置に対して、さらに処理水の連続安定供給、経
済性向上などの要求が提出され、本発明者はその課題を
解決する手段を研究してきたが、新しい逆浸透分離膜や
モジュールの開発のほかにシステム全体の構築を研究す
ることによって課題の解決が図られることを知った。本
発明は、逆浸透装置の長期安定操業、経済性の向上など
を目的に最も効率のよい工程を研究の結果、完成された
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の発明と
して、（イ）砂ろ過装置を用いて、原水中から、その原
水中に含まれている、径が１〜１００μｍを超える不純
物を除去する工程と、（ロ）精密ろ過装置を用いて、前
記工程（イ）から得られる処理水から、その処理水中に
含まれている、粒径が０．０１〜１０μｍを超える不純
物を除去する工程と、（ハ）逆浸透装置を用いて、前記
工程（ロ）から得られる処理水から、その処理水中に含
まれている不純物を除去する工程、を含む水処理方法を
提供する。

【０００６】また、第２の発明として、（イ）砂ろ過装
置を用いて、原水中から、その原水中に含まれている、
径が１〜１００μｍを超える不純物を除去する工程と、
（ロ）限外ろ過装置を用いて、前記工程（イ）から得ら
れる処理水から、その処理水中に含まれている、粒径が
０．００１〜１μｍを超える不純物を除去する工程と、
（ハ）逆浸透装置を用いて、前記工程（ロ）から得られ
る処理水から、その処理水中に含まれている不純物を除
去する工程、を含む水処理方法を提供する。

【０００７】第１の発明または第２の発明においては、
工程（ロ）から得られる逆洗水および／または濃縮水を
原水中に還流させることができる。また、工程（ハ）か
ら得られる濃縮水を原水中に還流させることもできる。
さらに、第３の発明として、原水導入管と、この原水導
入管に入側を接続して設けた、粒径が１〜１００μｍを
超える不純物を除去する砂ろ過装置と、この砂ろ過装置
の出側に入側を接続して設た、粒径が０．０１〜１０μ
ｍを超える不純物を除去する精密ろ過装置と、この精密
ろ過装置の出側に入側を接続して設けた逆浸透装置とを
備えていることを特徴とする水処理装置を提供する。こ
の水処理装置において、精密ろ過装置と原水導入管とを
連結する配管を設けることができる。

【０００８】さらにまた、第４の発明として、原水導入
管と、この原水導入管に入側を接続して設けた、粒径が
１〜１００μｍを超える不純物を除去する砂ろ過装置
と、この砂ろ過装置の出側に入側を接続して設けた、粒
径が０．００１〜１μｍを超える不純物を除去する限外
ろ過装置と、この限外ろ過装置の出側に入側を接続して
設けた逆浸透装置とを備えていることを特徴とする水処
理装置を提供する。この水処理装置において、限外ろ過
装置と原水導入管とを連結する配管を設けることができ
る。そして、上記の各水処理装置においては、逆浸透装
置と原水導入管とを連結する配管を設けることもでき
る。

【０００９】

【実施態様例と作用】高純度の純水、なかでも超純水を
製造する水処理方法および水処理装置の分野では、従来
の研究がもっぱら逆浸透膜とモジュールとの開発に重点
をおいて進行していた。これに対し、本発明の水処理方
法および水処理装置は、逆浸透装置の性能を高度に発揮
させるための工程全体に重点をおいて完成された。以
下、本発明を実施態様例をあげつつ、図面を参照して説
明する。図１は、本発明を具現化するための実施態様例
を示す概略フローシートである。

【００１０】本発明の水処理方法および水処理装置のう
ち、第１の発明は、少なくとも砂ろ過工程と精密ろ過工
程と逆浸透工程との３工程を、第２の発明は、少なくと
も砂ろ過工程と限外ろ過工程と逆浸透工程との３工程を
含む水処理方法である。また、第３の発明は、少なくと
も砂ろ過装置、精密ろ過装置および逆浸透装置を、第４
の発明は、少なくとも砂ろ過装置、限外ろ過装置および
逆浸透装置を備えた水処理装置である。砂ろ過は、原水
を砂やアンスラサイトなどの粒状ろ材の充填層を通過さ
せ、含有する主に固形分を除去するろ過である。精密ろ
過および限外ろ過は、ともに多孔質膜をろ材とするろ過
であって、使用する多孔質膜の孔径によって両者のおよ
その区別がなされている。一般的に、孔径が０．０１〜
１μｍの多孔質膜を使用する場合を精密ろ過、孔径が
０．００１〜０．０１μｍの多孔質膜を使用する場合を
限外ろ過としている。

【００１１】まず、第１および第３の発明について説明
する。砂ろ過工程は、原水導入配管４から送入される原
水中に含まれる懸濁物質や一部の有機物を除去し、次の
精密ろ過工程およびその次の逆浸透工程において使用す
る、精密ろ過装置２および逆浸透装置３の保護と不純物
の分離効率を高める作用を有する。砂ろ過工程に使用す
る砂ろ過装置１は、公知の圧力式でも重力式でもよく、
通常、平均粒径が０．３〜３ｍｍのろ材を単層または多
層にして使用する。単なる砂ろ過だけで目的の不純物を
十分に分離できない場合には、あらかじめ凝集剤添加配
管１０から原水に凝集剤を添加し、不純物を凝集させる
ことができる。使用する凝集剤としては、硫酸アルミニ
ウム、電解アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどが
あげられる。この他、ｐＨ調整剤として硫酸や水酸化ナ
トリウムなどを、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムな
どを添加することができる。砂ろ過工程では、凝集剤の
作用で形成されるフロックや、原水中に含まれる主に径
が１〜１００μｍを超える大きさの粒子を除去する。逆
洗には、タイマー式や差圧式に代表される自動方式を採
用するとよい。

【００１２】次の精密ろ過工程では、砂ろ過工程を通過
し、処理水中に残存する主に微小粒子や藻類などの微生
物を除去し、次の逆浸透工程に使用する逆浸透装置３の
保護と不純物の分離効率を高める作用を有する。とくに
逆浸透膜にトラブルを引起こしたり、透過効率を損なう
藻類などの微生物や粒径が１μｍ以下の懸濁粒子などを
除去するのに有効である。精密ろ過装置２に使用する膜
としては、酢酸セルロースなどのセルロース誘導体、ポ
リスルホン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリ４フ
ッ化エチレン、ポリプロピレンなどの有機高分子や多孔
性セラミックなどの多孔質膜があげられる。これらの多
孔質膜は、プリーツ状にして支持材とともにスパイラル
に巻いたカートリッジ型や、中空糸束型などにすること
ができるが、実施態様に応じていずれの形態でも選択す
ることができる。精密ろ過装置２は、全ろ過方式でもク
ロスフロー方式でもよいが、逆洗水または濃縮水は原水
に還流することが好ましい。このために、精密ろ過装置
２と原水導入管４とを連結する配管１１を設けておくこ
とが好ましい。

【００１３】そして逆浸透工程において、前記の工程を
通過し処理水中に残存する不純物、たとえば、溶解塩類
や有機物などを分離する。使用する逆浸透装置３にとく
に制限はない。逆浸透膜には、酢酸セルロース系、ポリ
アミド系、ポリエチレンイミン系、ポリエチレンオキシ
ド系、ポリエーテル系などの非対称膜、複合膜を用いる
ことができる。モジュールもスパイラル型、プリーツ
型、中空糸型など、いずれでもよい。通常、逆浸透装置
３に送水する高圧ポンプ８の吸引側には、高圧ポンプ８
の保安のためのフィルタ７を挿入しておく。不純物を分
離除去した純水は配管９からに取り出す。濃縮水は、排
水用配管１３から系外に抜出してもよいが、逆浸透装置
３と原水導入管４とを連結する配管１２を通して原水に
還流すれば、純水の取得率が向上して好ましい結果が得
られる。

【００１４】原水中の不純物の種類や粒度分布によって
は、第１または第３の発明に代えて第２または第４の発
明を利用するとよい。第２または第４の発明において
は、前記の精密ろ過装置２に代えて限外ろ過装置２´を
用いる。限外ろ過工程は、砂ろ過の工程を通過し処理水
中に残存する径が０．００１〜１μｍを超える大きさの
粒子を除去するのに有効であって、処理水中にコロイド
粒子やそれに近いタンパク質をはじめとする溶存高分子
が多量に存在する場合に、逆浸透装置３の負荷を軽減し
保護することができる。限外ろ過膜には、ポリアクリロ
ニトリル、ポリスルホンなどの有機系の膜、グラファイ
トや多孔性セラミックスを用いる無機系の膜などを使用
することができる。モジュールの形状や流通方式など
は、前記の精密ろ過工程に準ずる。限外ろ過装置２´の
逆洗水または濃縮水は原水に還流することが好ましく、
限外ろ過装置と原水導入管とを連結する配管１１´を設
けるとよい。このほか、前記の各発明を実施するため
に、図面では省略したが各装置には、通常、逆洗のため
のポンプや配管が設けられる。また、温度調整、ｐＨ調
整なども必要に応じて実施する。本発明を実施し易いよ
うに、各工程の間に処理水の貯槽５を設けておくとよ
い。そして、原水中の不純物の種類や純水の使用目的な
どに応じて、本発明の各工程の間に、たとえば、イオン
交換処理、活性炭処理、紫外線または塩素殺菌処理など
を実施しても差し支えない。

【００１５】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を説明する。こ
れは、従来、砂ろ過工程と逆浸透工程とからなる水処理
方法を用い、火力発電ボイラ用の純水を供給していたの
を、本発明を利用し、砂ろ過工程と逆浸透工程との間に
精密ろ過工程を挿入して設け、卓越した効果をあげるこ
とができた例である。なお、以下の説明中のＦＩ値は、
ＡＳＴＭＤ４１８９に記載の方法に準拠して測定した
値である。

【００１６】この場合、ＦＩが５．５〜６．３の工業用
水に硫酸を添加してｐＨ６に調整し、さらに凝集剤とし
てポリ塩化アルミニウムが５ｐｐｍになるように添加し
ていた。この原水を、平均径が１．６ｍｍのアンスラサ
イトを６０ｃｍ、平均径が０．６ｍｍの砂を４０ｃｍ充
填した内径６０ｃｍの２層式砂ろ過装置に、ろ過速度が
１０ｍ／ｈになるように通水していた。砂ろ過をおえた
処理水のＦＩは３．０〜４．０であった。従来の水処理
方法では、この処理水を直接逆浸透工程に送水し純水を
製造していた。使用していた逆浸透膜モジュールは、メ
ンブラＳＵ−７２０（東レ（株）製）であった。得られ
た純水量は１００ｍ³／ｈであり、３３ｍ³／ｈの濃縮
水が系外に排出されていた。すなわち、従来の原水の回
収率は７５．２％であった。また、逆浸透膜は、２月に
１回のクエン酸洗浄が必要でその平均寿命は２４月であ
った。

【００１７】そこで、砂ろ過工程の後に新しく精密ろ過
工程を設けて本発明を実施した。使用した精密ろ過膜
は、孔径０．０１μｍのポリスルホン中空糸膜であっ
た。精密ろ過工程を経た処理水のＦＩは、０．３〜１．
０となった。この処理水を逆浸透工程で処理した。その
結果、得られる純水量は、１２０ｍ³／ｈに増加し、原
水の回収率を９０％に向上させても、クエン酸洗浄の回
数を１年に１回に減らすことができ、逆浸透膜の平均寿
命は４８月に延長することができた。

【００１８】

【発明の効果】本発明の水処理方法や水処理装置を利用
すれば、砂ろ過工程と、精密ろ過または限外ろ過工程と
の２工程で、従来、逆浸透装置にトラブルを引起こし負
担を増大させていた原水中の不純物が除去され、安定し
た逆浸透操作が可能になる。その結果、逆浸透膜の目詰
まりは激減して膜の洗浄が殆ど必要でなくなり、その寿
命が長くなる。さらに、処理量を増加させることができ
て経済的な効果も大きい。また、精密ろ過または限外ろ
過工程から排出される逆洗水、および／または逆浸透工
程から排出される濃縮水を原水に還流することによっ
て、純水の取得率が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具現化するための実施態様例を示す
概略フローシート。

【符号の説明】

１：砂ろ過装置２：精密ろ過装置２´：限外ろ過装置３：逆浸透装置４：原水導
入配管５：貯槽６：昇圧ポンプ７：保安フィルタ８：高圧ポン
プ９：純水送出配管１０：凝集剤添加用配管１１：精密ろ過装置と原水
導入管とを連結する配管１１´：限外ろ過装置と原水導入管とを連結する配管１２：逆浸透装置と原水導入管とを連結する配管１
３：排水用配管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）砂ろ過装置を用いて、原水中から、
その原水中に含まれている、径が１〜１００μｍを超え
る不純物を除去する工程と、（ロ）精密ろ過装置を用い
て、前記工程（イ）から得られる処理水から、その処理
水中に含まれている、粒径が０．０１〜１０μｍを超え
る不純物を除去する工程と、（ハ）逆浸透装置を用い
て、前記工程（ロ）から得られる処理水から、その処理
水中に含まれている不純物を除去する工程、を含む水処
理方法。
【請求項２】（イ）砂ろ過装置を用いて、原水中から、
その原水中に含まれている、径が１〜１００μｍを超え
る不純物を除去する工程と、（ロ）限外ろ過装置を用い
て、前記工程（イ）から得られる処理水から、その処理
水中に含まれている、粒径が０．００１〜１μｍを超え
る不純物を除去する工程と、（ハ）逆浸透装置を用い
て、前記工程（ロ）から得られる処理水から、その処理
水中に含まれている不純物を除去する工程、を含む水処
理方法。
【請求項３】工程（ロ）から得られる逆洗水および／ま
たは濃縮水を原水中に還流させる、請求項１または２の
水処理方法。
【請求項４】工程（ハ）から得られる濃縮水を原水中に
還流させる、請求項１、２または３の水処理方法。
【請求項５】原水導入管と、この原水導入管に入側を接
続して設けた、粒径が１〜１００μｍを超える不純物を
除去する砂ろ過装置と、この砂ろ過装置の出側に入側を
接続して設けた、粒径が０．０１〜１０μｍを超える不
純物を除去する精密ろ過装置と、この精密ろ過装置の出
側に入側を接続して設けた逆浸透装置とを備えているこ
とを特徴とする水処理装置。
【請求項６】原水導入管と、この原水導入管に入側を接
続して設けた、粒径が１〜１００μｍを超える不純物を
除去する砂ろ過装置と、この砂ろ過装置の出側に入側を
接続して設けた、粒径が０．００１〜１μｍを超える不
純物を除去する限外ろ過装置と、この限外ろ過装置の出
側に入側を接続して設けた逆浸透装置とを備えているこ
とを特徴とする水処理装置。
【請求項７】精密ろ過装置と原水導入管とを連結する配
管を備えている、請求項５の水処理装置。
【請求項８】限外ろ過装置と原水導入管とを連結する配
管を備えている、請求項６の水処理装置。
【請求項９】逆浸透装置と原水導入管とを連結する配管
を備えている、請求項５、６、７または８の水処理装
置。