(57)【要約】【課題】逆浸透膜によって生成された濃縮水を冷却塔の冷却水として再利用する場合において、水の有効利用を可能とする純水製造装置及び純水製造方法を提供する。【解決手段】原水ｗ１を流す原水供給路２と、原水供給路２から供給された原水ｗ１を、一次透過水ｗ２と一次濃縮水ｗ３とに分離する第１の逆浸透膜３と、一次濃縮水ｗ３を、二次透過水ｗ４と二次濃縮水ｗ５とに分離する第２の逆浸透膜４と、二次透過水ｗ４を、冷却水として冷却塔５に供給する冷却水供給路Ｌ１８と、第２の逆浸透膜４における二次透過水ｗ４の生産量が、冷却塔５における二次透過水ｗ４の需要量を超える場合に、二次透過水ｗ４の余剰分を原水供給路２に返送する返送手段６と、が備えられている純水製造装置１０を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を流す原水供給路と、
前記原水供給路から供給された前記原水を、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜と、
前記一次濃縮水を、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜と、
前記二次透過水を、冷却水として冷却塔に供給する冷却水供給路と、
前記第２の逆浸透膜における前記二次透過水の生産量が、前記冷却塔における前記二次透過水の需要量を超える場合に、前記二次透過水の余剰分を前記原水供給路に返送する返送手段と、が備えられていることを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
前記返送手段は、前記二次透過水を前記原水供給路に返送する返送路と、
前記冷却水供給路に流す前記二次透過水の流量を制御する流量制御手段と、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項３】
前記原水供給路の途中に配置されて前記原水を予熱する予熱手段と、
前記原水供給路の途中に配置されて予熱後の前記原水を加熱する加熱手段と、が更に備えられ、
前記予熱手段は、前記冷却水供給路を流れる前記二次透過水を高温側流体とし、前記原水を低温側流体とする熱交換器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の純水製造装置。
【請求項４】
前記第１の逆浸透膜を透過した前記一次透過水が流れる一次透過水路と、
前記一次透過水路に設置され、前記一次透過水を脱炭酸処理する第１脱炭酸手段と、
前記一次透過水路の前記第１脱炭酸手段の後段に設置され、前記第１脱炭酸手段を通過後の前記一次透過水を脱イオン処理する電気脱イオン装置と、が更に備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の純水製造装置。
【請求項５】
前記返送路に、前記二次透過水を脱炭酸処理する第２脱炭酸手段が備えられている請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の純水製造装置。
【請求項６】
原水を、第１の逆浸透膜により、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜分離工程と、
前記一次濃縮水を、第２の逆浸透膜により、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜分離工程と、
前記二次透過水を、冷却水供給路により、冷却水として冷却塔に供給するとともに、前記第２の逆浸透膜における前記二次透過水の生産量が前記冷却塔における前記二次透過水の需要量を超える場合に、前記二次透過水の余剰分を、返送手段により、前記原水として返送する二次透過水供給工程と、
が備えられていることを特徴とする純水製造方法。
【請求項７】
前記返送手段は、前記二次透過水を、前記原水に返送する返送路と、
前記冷却水供給路に流す前記二次透過水の流量を制御する流量制御手段とからなることを特徴とする請求項６に記載の純水製造方法。
【請求項８】
前記第１の逆浸透膜への供給前の前記原水を予熱する予熱工程と、
予熱後の前記原水を加熱する加熱工程と、が更に備えられ、
前記予熱工程は、前記冷却水供給路を流れる前記二次透過水を高温側流体とし、前記原水を低温側流体とする熱交換器によって行うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の純水製造方法。
【請求項９】
前記一次透過水を、第１脱炭酸手段により、脱炭酸処理する第１脱炭酸工程と、
前記第１脱炭工程後の前記一次透過水を、電気脱イオン装置により、脱イオン処理する電気脱イオン工程と、が更に備えられていることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の純水製造方法。
【請求項１０】
前記返送路を流れる前記二次透過水を、第２脱炭酸手段により、脱炭酸処理する第２脱炭酸工程が備えられている請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造装置及び純水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に純水製造装置には、不純物の除去を目的として、原水を透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜が備えられている。逆浸透膜を透過した透過水は、更にイオン交換処理などがなされた後に、純水としてユースポイントに供給される。一方、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水は、水の有効利用を図るために、原水に返送されて純水製造に再利用されるか、あるいは、冷却塔（クーリングタワー）等の冷却装置の冷却水として再利用される場合がある。
【０００３】
純水製造装置における濃縮水の再利用に関する技術として、特許文献１には、第１の逆浸透膜装置から出された濃縮水を、第２の逆浸透膜装置によって処理することで透過水とし、この透過水を原水槽に戻すことが記載されている。また、特許文献２には、中圧逆浸透によって第１の濃縮水を産出し、この第１の濃縮水を高圧逆浸透によって処理することで第２の透過水を産出し、第２の透過水を再利用することが記載されている。更に、特許文献３には、逆浸透膜処理装置によって生成される濃縮水を循環冷却水として使用する濃縮水の利用方法が記載されている。
【０００４】
逆浸透膜によって生成された濃縮水には不純物が濃化されているため、カルシウムやシリカなどの成分が原水よりも高濃度で含まれる。このような濃縮水が冷却塔に供給されると、冷却塔内の配管においてカルシウムやシリカが析出して目詰まりが発生するおそれがある。そのため、純水製造装置の逆浸透膜によって生成した濃縮水を冷却塔に再利用する場合は、特許文献１〜３に記載のように、１段目の逆浸透膜によって生成された濃縮水を２段目の逆浸透膜によって処理することで不純物濃度を下げるか、あるいは、逆浸透膜における濃縮倍率を調整することで、カルシウムやシリカによる目詰まりを予防する場合がある。
【０００５】
しかし、冷却塔における冷却水の需要量と、逆浸透膜による濃縮水の生成量とは合致しない場合が多く、特に、冷却水の需要量が濃縮水の生成量を下回る場合は、余剰の濃縮水を純水製造装置から排出せざるを得ず、純水製造装置における水の有効利用が図られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１３５２９号公報
【特許文献２】特開２０１８−８６６４９号公報
【特許文献３】特開２０１７−１０４７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、逆浸透膜によって生成された濃縮水を冷却塔の冷却水として再利用する場合において、水の有効利用を可能とする純水製造装置及び純水製造方法を提供するこことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］  原水を流す原水供給路と、
前記原水供給路から供給された前記原水を、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜と、
前記一次濃縮水を、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜と、
前記二次透過水を、冷却水として冷却塔に供給する冷却水供給路と、
前記第２の逆浸透膜における前記二次透過水の生産量が、前記冷却塔における前記二次透過水の需要量を超える場合に、前記二次透過水の余剰分を前記原水供給路に返送する返送手段と、が備えられていることを特徴とする純水製造装置。
［２］  前記返送手段は、前記二次透過水を前記原水供給路に返送する返送路と、
前記冷却水供給路に流す前記二次透過水の流量を制御する流量制御手段と、から構成されていることを特徴とする［１］に記載の純水製造装置。
［３］  前記原水供給路の途中に配置されて前記原水を予熱する予熱手段と、
前記原水供給路の途中に配置されて予熱後の前記原水を加熱する加熱手段と、が更に備えられ、
前記予熱手段は、前記冷却水供給路を流れる前記二次透過水を高温側流体とし、前記原水を低温側流体とする熱交換器であることを特徴とする［１］または［２］に記載の純水製造装置。
［４］  前記第１の逆浸透膜を透過した前記一次透過水が流れる一次透過水路と、
前記一次透過水路に設置され、前記一次透過水を脱炭酸処理する第１脱炭酸手段と、
前記一次透過水路の前記第１脱炭酸手段の後段に設置され、前記第１脱炭酸手段を通過後の前記一次透過水を脱イオン処理すると、が更に備えられていることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載の純水製造装置。
［５］  前記返送路に、前記二次透過水を脱炭酸処理する第２脱炭酸手段が備えられている［２］乃至［４］の何れか一項に記載の純水製造装置。
【０００９】
［６］  原水を、第１の逆浸透膜により、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜分離工程と、
前記一次濃縮水を、第２の逆浸透膜により、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜分離工程と、
前記二次透過水を、冷却水供給路により、冷却水として冷却塔に供給するとともに、前記第２の逆浸透膜における前記二次透過水の生産量が前記冷却塔における前記二次透過水の需要量を超える場合に、前記二次透過水の余剰分を、返送手段により、前記原水として返送する二次透過水供給工程と、
が備えられていることを特徴とする純水製造方法。
［７］  前記返送手段は、前記二次透過水を、前記原水に返送する返送路と、
前記冷却水供給路に流す前記二次透過水の流量を制御する流量制御手段とからなることを特徴とする［６］に記載の純水製造方法。
［８］  前記第１の逆浸透膜への供給前の前記原水を予熱する予熱工程と、
予熱後の前記原水を加熱する加熱工程と、が更に備えられ、
前記予熱工程は、前記冷却水供給路を流れる前記二次透過水を高温側流体とし、前記原水を低温側流体とする熱交換器によって行うことを特徴とする［６］または［７］に記載の純水製造方法。
［９］  前記一次透過水を、第１脱炭酸手段により、脱炭酸処理する第１脱炭酸工程と、
前記第１脱炭酸工程後の前記一次透過水を、電気脱イオン装置により、脱イオン処理する電気脱イオン工程と、が更に備えられていることを特徴とする［６］乃至［８］の何れか一項に記載の純水製造方法。
［１０］  前記返送路を流れる前記二次透過水を、第２脱炭酸手段により、脱炭酸処理する第２脱炭酸工程が備えられている［７］乃至［９］の何れか一項に記載の純水製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の純水製造装置によれば、第２の逆浸透膜における二次透過水の生産量が、冷却塔における二次透過水の需要量を超える場合に、二次透過水の余剰分を原水供給路に返送する返送手段が備えられているので、余剰な二次透過水を廃棄することなく有効利用することができる。
【００１１】
また、本発明の純水製造装置によれば、返送手段が、二次透過水を原水供給路に返送する返送路と、冷却水供給路に流す二次透過水の流量を制御する流量制御手段とから構成されているので、冷却塔への二次透過水の供給量と、原水供給路への二次透過水の返送量とを最適な割合に調整することができ、水の有効利用を図ることができる。
【００１２】
更に、本発明の純水製造装置によれば、原水供給路の途中に原水を予熱する予熱手段及び加熱手段が配置される場合に、予熱手段を熱交換器として利用し、冷却水供給路を流れる二次透過水の熱を予熱手段によって回収することで、加熱手段におけるエネルギー消費を低減できるとともに、冷却塔に送る二次透過水を冷却することができる。
【００１３】
更にまた、本発明の純水製造装置によれば、第１の逆浸透膜を透過した一次透過水が流れる一次透過水路に、第１脱炭酸手段と電気脱イオン装置とが更に備えられているので、一次透過水の不純物量を更に低減することができ、高純度の純水を製造できる。
【００１４】
また、本発明の純水製造装置によれば、二次透過水と原水供給路に返送する返送路に、二次透過水を脱炭酸処理する第２脱炭酸手段が備えられているので、脱炭酸処理された二次透過水を原水供給路に返送することができ、これにより原水の炭酸濃度が減少し、一次透過水路に配置した第１脱炭酸手段の負荷を軽減できる。
【００１５】
次に、本発明の純水製造方法によれば、第２の逆浸透膜における二次透過水の生産量が、冷却塔における二次透過水の需要量を超える場合に、二次透過水の余剰分を原水供給路に返送する二次透過水供給工程が備えられているので、余剰な二次透過水を廃棄することなく有効利用することができる。
【００１６】
また、本発明の純水製造方法によれば、返送手段が、二次透過水を原水供給路に返送する返送路と、冷却水供給路に流す二次透過水の流量を制御する流量制御手段とから構成されているので、冷却塔への二次透過水の供給量と、原水供給路への二次透過水の返送量とを最適な割合に調整することができ、水の有効利用を図ることができる。
【００１７】
更に、本発明の純水製造方法によれば、原水供給路の途中に原水を予熱する予熱工程及び加熱工程がなされる場合に、冷却水供給路を流れる二次透過水の熱を予熱手段によって回収するので、加熱工程におけるエネルギー消費を低減できるとともに、冷却塔に送る二次透過水を冷却することができる。
【００１８】
更にまた、本発明の純水製造方法によれば、第１の逆浸透膜を透過した一次透過水に対して、第１脱炭酸工程と電気脱イオン工程とを順次行うことで、一次透過水の不純物量を更に低減することができ、高純度の純水を製造できる。
【００１９】
また、本発明の純水製造方法によれば、二次透過水を原水供給路に返送する際に、二次透過水に対して第２脱炭酸工程を行うので、脱炭酸処理された二次透過水を原水供給路に返送することができ、これにより原水の炭酸濃度が減少し、一次透過水路における第１脱炭酸工程の負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である純水製造装置の構成を説明する模式図。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態である純水製造装置の構成を説明する模式図。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態である純水製造装置の構成を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態である純水製造装置及び純水製造方法を説明する。
【００２２】
まず、純水製造装置１の全体構成を説明する。本実施形態の純水製造装置１は、原水ｗ１を流す原水供給路２と、原水ｗ１を一次透過水ｗ２と一次濃縮水ｗ３に分離する第１の逆浸透膜３と、一次濃縮水ｗ３を二次透過水ｗ４と二次濃縮水ｗ５に分離する第２の逆浸透膜４と、二次透過水ｗ４を冷却水として冷却塔５に供給する冷却水供給路Ｌ８と、二次透過水ｗ４の余剰分を原水供給路２に返送する返送手段６とが備えられている。また、純水製造装置１には、一次透過水ｗ２を流す一次透過水路Ｌ３、Ｌ４と、第１脱炭酸手段３１と、電気脱イオン装置３２とが備えられている。更に、第１の逆浸透膜３と第２の逆浸透膜４との間には、一次濃縮水ｗ３を貯留する濃縮水槽８が備えられている。更にまた、濃縮水槽８と第２の逆浸透膜４との間には、一次濃縮水ｗ３の水質を調整する水質調整手段４２が備えられている。
【００２３】
また、図１に示すように、原水供給路２の前段には前処理装置４１が備えられている。前処理装置４１は、純水製造装置１に含めてもよく、含めなくてもよい。
【００２４】
原水供給路２は、原水槽２ａと、前処理装置４１と原水槽２ａとを接続する水路Ｌ１と、原水槽２ａと第１の逆浸透膜３とを接続する水路Ｌ２とから構成されている。
【００２５】
返送手段６は、二次透過水ｗ４を原水供給路２に返送する返送路Ｌ９と、流量制御手段７とから構成されている。流量制御手段７は、流量調整弁７ａと制御装置７ｂとから構成されている。
【００２６】
また、純水製造装置１には、各装置及び各手段の間に水を流すための水路が備えられている。すなわち、原水供給路２には水路Ｌ１及び水路Ｌ２がある。また、第１の逆浸透膜３と第１脱炭酸手段３１とが一次透過水路Ｌ３によって接続され、第１脱炭酸手段３１と電気脱イオン装置３２とが一次透過水路Ｌ４によって接続されている。また、電気脱イオン装置３２と原水供給路２の原水槽２ａとが水路Ｌ１０によって接続されている。なお、水路Ｌ１０は、原水槽２ａに限らず、水路Ｌ１、Ｌ２のいずれかに接続されていてもよい。
【００２７】
また、第１の逆浸透膜３と濃縮水槽８とが水路Ｌ５によって接続され、濃縮水槽８と第２の逆浸透膜４とが水路Ｌ６によって接続され、第２の逆浸透膜４と流量調整弁７ａとが水路Ｌ７によって接続され、流量調整弁７ａと冷却塔５とが冷却水供給路Ｌ８によって接続されている。更に、水路Ｌ７の途中から返送路Ｌ９が分岐している。返送路Ｌ９は原水槽２ａに接続されている。なお、返送路Ｌ９は、原水槽２ａに限らず、水路Ｌ１、Ｌ２のいずれかに接続されていてもよい。
【００２８】
次に、純水製造装置１を構成する各装置及び各手段について説明する。
前処理装置４１は、上水道水や工業用水等の原水ｗ１に対して凝集沈降、濾過、イオン交換等を行うことによって、原水ｗ１の不純物量を所定の濃度以下に低減させるものである。前処理装置４１によって処理された原水ｗ１は、水路Ｌ１によって原水槽２ａに送られる。
【００２９】
原水槽２ａは、原水ｗ１を一時的に貯留する。また、原水槽２ａには、水路Ｌ１０及び返送路Ｌ９が接続されており、これらの水路Ｌ９、Ｌ１０から返送された水も原水ｗ１として貯留する。貯留された原水ｗ１は水路Ｌ２によって第１の逆浸透膜３に送られる。
【００３０】
第１の逆浸透膜３は、原水供給路２から供給された原水ｗ１を、一次透過水ｗ２と一次濃縮水ｗ３に分離させる。原水ｗ１は、第１の逆浸透膜３に通水されることによって、不純物が除去されて一次透過水ｗ２とされる。除去された不純物は一次濃縮水ｗ３に含有される。第１の逆浸透膜３は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
第１の逆浸透膜３には、一次透過水ｗ２を流す一次透過水路Ｌ３と、一次濃縮水ｗ３を流す水路Ｌ５とが接続されている。
【００３２】
また、第１の逆浸透膜３は２つ以上直列に設けられていてもよい。第１の逆浸透膜３が２つ以上直列に設けられる場合、前段の逆浸透膜の透過水が後段の逆浸透膜の供給水となるように設けられる。
【００３３】
第１脱炭酸手段３１は、一次透過水ｗ２を脱炭酸処理するものである。第１脱炭酸手段３１としては、第１の逆浸透膜３を透過した一次透過水ｗ２に溶存している二酸化炭素を主に除去できるものであれば、特に限定されない。第１脱炭酸手段３１としては、例えば、中空糸膜等の脱気膜から構成される膜脱気装置や、脱炭酸塔等を用いることができる。第１脱炭酸手段３１には、一次透過水ｗ２を電気脱イオン装置３２に送る一次透過水路Ｌ４が接続されている。
【００３４】
電気脱イオン装置３２は、第１脱炭酸手段３１の後段に設置されている。電気脱イオン装置３２は、一次透過水ｗ２を脱イオン処理することにより、一次透過水ｗ２に残存するイオン性物質を更に除去するためのものである。除去されたイオン性物質は濃縮水ｗ６に濃縮される。電気脱イオン装置３２は、例えば、陽極と陰極との間がアニオン交換膜とカチオン交換膜とで区画され、陽極室、陰極室、脱塩室および濃縮室が形成されてなるものが用いられる。
【００３５】
また、電気脱イオン装置３２には水路Ｌ１０が接続されている。水路Ｌ１０は、濃縮水ｗ６を原水槽２ａに返送させる。更に、電気脱イオン装置３２には水路Ｌ１１が接続されている。水路Ｌ１１は、ユースポイントに接続されており、脱イオン処理された一次透過水ｗ２を純水としてユースポイントに供給させる。
【００３６】
第１の逆浸透膜３に接続された水路Ｌ５の先には、濃縮水槽８が設置されている。濃縮水槽８は、一次濃縮水ｗ３を一時的に貯留する。また、濃縮水槽８には一次濃縮水ｗ３を第２の逆浸透膜４に送るための水路Ｌ６が接続されている。
【００３７】
水路Ｌ６の途中には、一次濃縮水ｗ３の水質調整をするための水質調整手段４２が接続されている。一次濃縮水ｗ３の水質調整の主な目的は、第２の逆浸透膜４におけるスケールの析出を予防して、膜の閉塞を予防することである。そのため、水質調整手段４２では、一次濃縮水ｗ３の水質を酸性に、例えばｐＨ５．５以下に調整するとともに、スケール分散剤を添加する。ｐＨの調整は、硫酸等の添加によって行うことが好ましい。なお、水質調整手段４２は水路Ｌ６の途中に設置することに限定されず、濃縮水槽８に設置してもよい。
【００３８】
第２の逆浸透膜４は、水質調整手段４２によって水質調整された一次濃縮水ｗ３を、二次透過水ｗ４と二次濃縮水ｗ５に分離させる。一次濃縮水ｗ３は、第２の逆浸透膜４に通水されることによって、不純物が除去されて二次透過水ｗ４とされる。除去された不純物は二次濃縮水ｗ５に含有される。第２の逆浸透膜４は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
第２の逆浸透膜４には、二次透過水ｗ４を流す水路Ｌ７と、二次濃縮水ｗ５を流す水路Ｌ１２とが接続されている。
【００４０】
また、第２の逆浸透膜４は２つ以上直列に設けられていてもよい。第２の逆浸透膜４が２つ以上直列に設けられる場合、前段の逆浸透膜の透過水が後段の逆浸透膜の供給水となるように設けられる。
【００４１】
返送手段６は、水路Ｌ７の途中から分岐する返送路Ｌ９と、流量制御手段７とから構成されている。流量制御手段７は、流量調整弁７ａと制御装置７ｂとから構成されている。流量調整弁７ａは、水路Ｌ７と冷却水供給路Ｌ８との間に配置されている。冷却水供給路Ｌ８は冷却塔５に接続されており、二次透過水ｗ４を冷却塔５に供給させる。冷却塔５では、二次透過水ｗ４を冷却水として利用する。
【００４２】
流量調整弁７ａは、制御装置７ｂの指令を受けて、冷却水供給路Ｌ８における二次透過水ｗ４の流量を調整する。また、制御装置７ｂは、冷却塔５における冷却水（二次透過水ｗ４）の使用量を監視しており、二次透過水ｗ４の供給量が不足する場合は流量調整弁７ａを制御して冷却水供給路Ｌ８における二次透過水ｗ４の流量を増加させ、逆に二次透過水ｗ４の供給量が過剰な場合は流量調整弁７ａを制御して冷却水供給路Ｌ８における二次透過水ｗ４の流量を減少させる。
【００４３】
流量調整弁７ａ及び制御装置７ｂによる二次透過水ｗ４に対する流量制御の結果、二次透過水ｗ４に余剰が生じると、余剰分の二次透過水ｗ４は返送路Ｌ９に流され、原水供給路２の原水槽２ａに送られる。
【００４４】
次に図１を参照しつつ、本実施形態の純水製造方法について説明する。本実施形態の純水製造方法は、原水ｗ１を、第１の逆浸透膜３により、一次透過水ｗ２と一次濃縮水ｗ３とに分離する第１の逆浸透膜分離工程と、一次濃縮水ｗ３を、第２の逆浸透膜４により、二次透過水ｗ４と二次濃縮水ｗ５とに分離する第２の逆浸透膜分離工程と、二次透過水ｗ４を、冷却水として冷却塔５に供給するとともに、二次透過水ｗ４の余剰分を第１の逆浸透膜３の前段に返送する二次透過水供給工程と、を行う。また、本実施形態の純水製造方法では、一次透過水ｗ２を、第１脱炭酸手段３１により脱炭酸処理する第１脱炭酸工程と、第１脱炭酸工程後の一次透過水ｗ２を、電気脱イオン装置３２により、脱イオン処理する電気脱イオン工程とを行う。
以下、各工程について説明する。
【００４５】
まず、上水道水や工業用水等の原水ｗ１に対して前処理装置４１によって凝集沈降、濾過、イオン交換等を行うことで、原水ｗ１の不純物量を所定の濃度以下に低減させる。前処理装置４１によって処理された原水ｗ１は、水路Ｌ１によって原水槽２ａに送る。
【００４６】
次に、第１の逆浸透膜分離工程では、原水供給路２の原水槽２ａから供給された原水ｗ１を、一次透過水ｗ２と一次濃縮水ｗ３に分離する。原水ｗ１は、第１の逆浸透膜３によって不純物が除去されて一次透過水ｗ２とされる。また、除去された不純物は一次濃縮水ｗ３に含有される。そして、一次透過水ｗ２は一次透過水路Ｌ３を介して第１脱炭酸手段３１に送られる。また、一次濃縮水ｗ３は水路Ｌ５を介して濃縮水槽８に送られる。
【００４７】
濃縮水槽８に送られた一次濃縮水ｗ３は、更に水路Ｌ６を介して第２の逆浸透膜４に送られるが、その前に、水質調整手段４２によって一次濃縮水ｗ３の水質を調整する。一次濃縮水ｗ３は、第１の逆浸透膜分離工程において不純物が濃縮された水であるため、カルシウム、シリカ、炭酸イオンといった不純物が比較的高い濃度で含まれており、スケールが生成しやすい水質になっている。特に、第２の逆浸透膜分離工程においてスケールが生成すると、スケールによって膜の閉塞が起きてしまう。このため、予め、一次濃縮水ｗ３の水質調整を行う。具体的には、一次濃縮水ｗ３を酸性に、例えばｐＨ５．５以下に調整するとともに、スケール分散剤を添加する。一次濃縮水ｗ３のｐＨを下げることでスケールの析出が抑制される。また、スケール分散剤を添加しておくことで、仮にスケールが生成してしまった場合でもスケールを凝集させずに膜の閉塞が防止される。なお、一次濃縮水ｗ３中でのスケール生成の可能性が低いと見込まれる場合は、一次濃縮水ｗ３の水質調整は省略してもよい。
【００４８】
次に、第２の逆浸透膜分離工程では、一次濃縮水ｗ３を、二次透過水ｗ４と二次濃縮水ｗ５に分離する。一次濃縮水ｗ３は、第２の逆浸透膜４によって不純物が除去されて二次透過水ｗ４とされる。また、除去された不純物は二次濃縮水ｗ５に含有される。そして、二次透過水ｗ４は水路Ｌ７に送られる。一方、二次濃縮水ｗ５は水路Ｌ１２を介して純水製造装置１から排出される。
【００４９】
第２の逆浸透膜分離工程によって一次濃縮水ｗ３から二次透過水ｗ４を分離することで、一次濃縮水ｗ３よりも不純物量が低減された二次透過水ｗ４が得られる。この二次透過水ｗ４は、不純物濃度が低くスケールが析出しにくいため、冷却塔５において冷却水として利用されたとしても、冷却塔５の配管内においてスケールを生成させることがなく、目詰まりを起こすおそれが少ない。
【００５０】
次に、二次透過水供給工程では、二次透過水ｗ４を冷却水として冷却塔５に供給するとともに、二次透過水ｗ４の余剰分を返送手段６によって原水として原水槽２ａに返送する。冷却塔５における冷却水の需要量は季節変動があり、気温や水温が比較的高くなる夏期では冷却塔５における冷却水の需要量が増大し、一方、気温や水温が比較的低くなる冬期では冷却塔５における冷却水の需要量が減少する。また、二次透過水ｗ４の生産量も、様々な要因で変動し得る。このような要因として例えば、水不足による原水ｗ１の取水制限、コスト削減のための原水ｗ１の使用量の減少、環境負荷軽減のための原水ｗ１の使用量の減少などが挙げられる。そこで、第２の逆浸透膜４における二次透過水ｗ４の生産量が冷却塔５における二次透過水ｗ４の需要量を超える場合には、二次透過水ｗ４の余剰分を、返送手段６によって原水として返送することとする。
【００５１】
具体的には、制御装置７ｂが、冷却塔５における冷却水（二次透過水ｗ４）の使用量を監視する。二次透過水ｗ４の供給量が不足する場合は、制御装置７ｂが流量調整弁７ａを制御して冷却水供給路Ｌ８における二次透過水ｗ４の流量を増加させる。一方、二次透過水ｗ４の供給量が過剰な場合は、制御装置７ｂが流量調整弁７ａを制御して冷却水供給路Ｌ８における二次透過水ｗ４の流量を減少させる。
【００５２】
二次透過水ｗ４の流量を減少させると、余剰の二次透過水ｗ４が発生する。この余剰の二次透過水ｗ４は、水路Ｌ７から分岐する返送路Ｌ９に流入し、原水槽２ａに送られる。返送路Ｌ９は、流量調整弁７ａよりも上流側にあるため、流量調整弁７ａが二次透過水ｗ４の流量を減少させると、二次透過水ｗ４が返送路Ｌ９にも流入するようになる。
【００５３】
原水槽２ａに戻された二次透過水ｗ４は、原水ｗ１として再び第１の逆浸透膜３に送られ、第１の逆浸透膜分離工程によって処理され、一次透過水ｗ２及び一次濃縮水ｗ３が生成される。
【００５４】
次に、第１の逆浸透膜分離工程において分離された一次透過水ｗ２は、一次透過水路Ｌ３を介して第１脱炭酸手段３１に送られる。第１脱炭酸手段３１では、第１脱炭酸工程を行う。第１脱炭酸工程では、一次透過水ｗ２を脱炭酸処理することで、一次透過水ｗ２中に溶存する二酸化炭素を一次透過水ｗ２から除去する。
【００５５】
次いで、電気脱イオン工程では、第１脱炭酸工程後の一次透過水ｗ２に対して脱イオン処理することにより、残存する不純物を更に除去する。電気脱イオン工程では、一次透過水ｗ２に対して脱イオン処理することによって、不純物が濃縮された濃縮水ｗ６が生成する。この濃縮水ｗ６は、水路Ｌ１０を介して原水槽２ａに戻され、原水ｗ１として再び第１の逆浸透膜３に送られ、第１の逆浸透膜分離工程によって処理される。一方、脱イオン処理された一次透過水ｗ２は、水路Ｌ１１を介してユースポイントに送られ、純水として利用される。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の純水製造装置１によれば、第２の逆浸透膜４における二次透過水ｗ４の生産量が、冷却塔５における二次透過水ｗ４の需要量を超える場合に、二次透過水ｗ４の余剰分を原水槽２ａに返送する返送手段６が備えられているので、余剰の二次透過水ｗ４を廃棄することなく有効利用することができる。
【００５７】
また、本実施形態の純水製造装置１によれば、返送手段６が、二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送する返送路Ｌ９と、冷却水供給路Ｌ８に流す二次透過水ｗ４の流量を制御する流量制御手段７とから構成されているので、冷却塔５への二次透過水ｗ４の供給量と、原水槽２ａへの二次透過水ｗ４の返送量とを最適な割合に調整することができ、水の有効利用を図ることができる。
【００５８】
更にまた、本実施形態の純水製造装置１によれば、第１の逆浸透膜３を透過した一次透過水ｗ２が流れる一次透過水路Ｌ３、Ｌ４に、第１脱炭酸手段３１と電気脱イオン装置３２とが更に備えられているので、一次透過水ｗ２の不純物量を更に低減することができ、高純度の純水を製造できる。
【００５９】
次に、本実施形態純水製造方法によれば、第２の逆浸透膜４における二次透過水ｗ４の生産量が、冷却塔５における二次透過水ｗ４の需要量を超える場合に、二次透過水ｗ４の余剰分を原水槽２ａに返送する二次透過水供給工程が備えられているので、余剰の二次透過水ｗ４を廃棄することなく有効利用することができる。
【００６０】
また、本実施形態の純水製造方法によれば、返送手段６が、二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送する返送路Ｌ９と、冷却水供給路Ｌ８に流す二次透過水ｗ４の流量を制御する流量制御手段７とから構成されているので、冷却塔５への二次透過水ｗ４の供給量と、原水槽２ａへの二次透過水ｗ４の返送量とを最適な割合に調整することができ、水の有効利用を図ることができる。
【００６１】
更にまた、本実施形態の純水製造方法によれば、第１の逆浸透膜３を透過した一次透過水ｗ２に対して、第１脱炭酸工程と電気脱イオン工程とを順次行うことで、一次透過水ｗ２の不純物量を更に低減することができ、高純度の純水を製造できる。
【００６２】
特に、冷却塔５における冷却水の需要量は上述したような季節変動があり、また、二次透過水ｗ４の生産量も上述したような様々な要因で変動し得る。本実施形態の純水製造装置１及び純水製造方法では、返送手段６または二次透過水供給工程によって水の有効利用を図ることで、様々な外的要因の変動があったとしても、安定して純水を製造でき、かつ、冷却塔にも冷却水を供給できる。
【００６３】
また、二次透過水ｗ４は、上水や工業用水あるいは一次濃縮水ｗ３に比べると純度が高く、一次透過水ｗ２に比べると不純物量が多いため純度が低い。例えば、前処理後の原水ｗ１の電気伝導率は１００μＳ／ｃｍ程度であり、逆浸透膜透過後の一次透過水ｗ２は１〜１０μＳ／ｃｍ程度であり、一次濃縮水ｗ３は２００〜６００μＳ／ｃｍ程度であり、二次透過水ｗ４は１０〜４０μＳ／ｃｍ程度である。このため、冷却塔５の配管等を構成する鉄や銅等の金属に対する腐食性は、一次透過水ｗ２よりも二次透過水ｗ４の方が低くなり、二次透過水ｗ４は配管等を腐食しにくい。また、上水や工業用水は、配管等においてスケールを生成する可能性があり、一方、二次透過水ｗ４はスケール生成の可能性が低い。このため、本実施形態における二次透過水ｗ４は、冷却塔５において冷却水として好適に用いることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、原水ｗ１よりも純度高い二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送するので、原水槽２ａに貯留されている原水ｗ１の不純物量を低減することが出来、これにより、純水製造装置１の負担を低減させることができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
図２を参照して、本発明の第２の実施形態である純水製造装置及び純水製造方法を説明する。本実施形態の純水製造装置１０と第１の実施形態の純水製造装置１との相違点は、本実施形態の純水製造装置１０では予熱手段と加熱手段を有する点である。以下、この相違点を中心に説明する。また、図２において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付して、その説明を省略若しくは簡素化する。
【００６６】
本実施形態の純水製造装置１０には、原水槽２ａと第１の逆浸透膜３との間の水路Ｌ２（原水供給路２）に、予熱手段１１と加熱手段１２とが備えられている。予熱手段１１は原水ｗ１を予熱して原水ｗ１の水温を上昇させ、加熱手段１２は予熱後の原水ｗ１を更に加熱して原水の水温を更に上昇させる。
【００６７】
予熱手段１１には、二次透過水ｗ４を流す冷却水供給路Ｌ１８が引き込まれている。予熱手段１１では、原水ｗ１と二次透過水ｗ４との間で熱交換が可能とされている。これにより予熱手段１１は、冷却水供給路Ｌ１８を流れる二次透過水ｗ４を高温側流体とし、原水ｗ１を低温側流体とする熱交換器となっている。
【００６８】
加熱手段１２は、原水ｗ１を加熱するものであり、具体的には、電気ヒータまたは各種の熱交換器を用いることができる。熱交換器としては、二次透過水ｗ４以外の高温流体、例えば燃焼ガス、加熱空気、高温の油、高温水等の流体を高温流体とし、原水ｗ１を低温流体とする熱交換器を例示できる。
【００６９】
本実施形態の純水製造方法は、第１の実施形態の場合と同様に、第１の逆浸透膜分離工程、第２の逆浸透膜分離工程及び二次透過水供給工程、第１脱炭酸工程及び電気脱イオン工程を行うことで、一次透過水ｗ２を製造してこれを純水としてユースポイントに送り、また、二次透過水ｗ４を冷却塔５に送る。
【００７０】
ここで、本実施形態の純水製造方法では、第２の逆浸透膜分離工程によって生成した二次透過水ｗ４を、冷却水供給路Ｌ１８によって予熱手段１１に送り、予熱手段１１において原水と熱交換した後に、再び冷却水供給路Ｌ１８によって冷却塔５に送る。これにより、原水ｗ１は予熱手段１１によって予熱される。
【００７１】
また、予熱後の原水ｗ１は、加熱手段１２によって所定の温度まで加熱される。加熱されて原水ｗ１は、第１の逆浸透膜３に供給される。
【００７２】
このように、予熱手段１１及び加熱手段１２によって原水ｗ１を加熱することで、原水ｗ１の水温調整を行うことができる。例えば、原水ｗ１の水温が比較的低くなると、原水ｗ１の粘度が低下することで逆浸透膜における有効圧力が低下し、不純物の阻止率が低下するおそれがある。そこで、原水ｗ１を予熱及び加熱することで、有効圧力の低下を防止して不純物の阻止率を高く維持することができる。
【００７３】
本実施形態の純水製造方法によって、加熱手段１２によって加熱された原水ｗ１から二次透過水ｗ４が得られるが、二次透過水ｗ４は、原水ｗ１が加熱された影響により、その水温が高くなっている。そこで、比較的高水温になっている二次透過水ｗ４を予熱手段１１において原水ｗ１との間で熱交換を行うことで、熱回収が行われる。また、熱回収後の二次透過水ｗ４は、水温が比較的低くなるので、冷却塔５の冷却水として好適である。
【００７４】
以上のように、本実施形態の純水製造装置１０及び純水製造方法によれば、予熱手段１１を熱交換器として利用し、冷却水供給路Ｌ１８を流れる二次透過水の熱を回収することで、加熱手段１２におけるエネルギー消費を低減できるとともに、冷却塔５に送る二次透過水ｗ４を冷却することができる。
【００７５】
（第３の実施形態）
図３を参照して、本発明の第３の実施形態である純水製造装置及び純水製造方法を説明する。本実施形態の純水製造装置２０と第１または第２の実施形態の純水製造装置１、１０との相違点は、本実施形態の純水製造装置２０では返送路Ｌ９に第２脱炭酸手段を有する点である。以下、この相違点を中心に説明する。また、図３において、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符号を付して、その説明を省略若しくは簡素化する。
【００７６】
本実施形態の純水製造装置２０には、返送路Ｌ９の途中に、第２脱炭酸手段２１を配置する。第２脱炭酸手段２１は、返送中の二次透過水ｗ４を脱炭酸処理するものである。第２脱炭酸手段２１としては、二次透過水ｗ４に溶存している二酸化炭素を主に除去できるものであれば、特に限定されない。第２脱炭酸手段２１としては、例えば、中空糸膜等の脱気膜から構成される膜脱気装置や、脱炭酸塔等を用いることができる。
【００７７】
本実施形態の純水製造方法は、第１または第２の実施形態の場合と同様に、第１の逆浸透膜分離工程、第２の逆浸透膜分離工程及び二次透過水供給工程、第１脱炭酸工程及び電気脱イオン工程を行うことで、一次透過水ｗ２を製造してこれを純水としてユースポイントに送り、また、二次透過水ｗ４を冷却塔５に送る。
【００７８】
ここで、本実施形態の純水製造方法では、第２の逆浸透膜分離工程によって生成した二次透過水ｗ４の余剰分を、返送路Ｌ９によって原水槽２ａに返送する際に、第２脱炭酸工程として、第２脱炭酸手段２１によって二次透過水ｗ４の脱炭酸処理を行う。脱炭酸処理された二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送することで、原水槽２ａに貯留されている原水ｗ１の炭酸濃度を低減される。
【００７９】
このように、本実施形態の純水製造装置２０及び純水製造方法によれば、二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送する際に、二次透過水ｗ４に対して第２脱炭酸工程を行うので、脱炭酸処理された二次透過水ｗ４を原水槽２ａに返送することができ、これにより原水ｗ１の炭酸濃度が減少し、第１脱炭酸手段３１における第１脱炭酸工程の負荷を軽減できる。
【００８０】
なお、本発明の純水製造装置は図１〜図３に示されたものに限定されるものではなく、例えば、第２脱炭酸手段２１を図１の純水製造装置１に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１、１０、２０…純水製造装置、２…原水供給路、２ａ…原水槽、３…第１の逆浸透膜、４…第２の逆浸透膜、５…冷却塔、６…返送手段、７…流量制御手段、７ａ…流量調整弁、７ｂ…制御装置、１１…熱交換器（予熱手段）、１２…加熱手段、２１…第２脱炭酸手段、３１…第１脱炭酸手段、３２…電気脱イオン装置、４１…前処理装置、Ｌ３、Ｌ４…一次透過水路、Ｌ８、Ｌ１８…冷却水供給路、Ｌ９…返送路、ｗ１…原水、ｗ２…一次透過水、ｗ３…一次濃縮水、ｗ４…二次透過水、ｗ５…二次濃縮水。
【図１】
2020157274.tif 000003
【図２】
2020157274.tif 000004
【図３】
2020157274.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月13日(2020.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記一次透過水を、第１脱炭酸手段により、脱炭酸処理する第１脱炭酸工程と、
前記第１脱炭酸工程後の前記一次透過水を、電気脱イオン装置により、脱イオン処理する電気脱イオン工程と、が更に備えられていることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の純水製造方法。