(57)【要約】【課題】水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とが可能なリン含有高硬度水の浄化方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る浄化方法は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化方法であって、上記リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成工程と、上記アパタイト生成工程後の処理水を固液分離する固液分離工程と、上記固液分離工程で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化方法であって、
上記リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成工程と、
上記アパタイト生成工程後の処理水を固液分離する固液分離工程と、
上記固液分離工程で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理工程と
を備えるリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項２】
上記アパタイト生成工程後かつ固液分離工程前に、凝集剤により上記リン含有高硬度水に含まれる有機物を沈降分離する沈降分離工程をさらに備える請求項１に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項３】
上記アパタイトがハイドロキシアパタイトである請求項１又は請求項２に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項４】
上記アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を８．２５以上９．５以下とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項５】
上記膜処理工程で得られる膜透過水に酸を注入する酸注入工程と、
上記酸注入工程後の膜透過水を逆浸透膜で分離する逆浸透膜処理工程と
をさらに備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項６】
上記酸注入工程における膜透過水のｐＨ調整値を５以上６．５以下とする請求項５に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項７】
上記逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水で上記限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄する逆洗浄工程をさらに備える請求項５又は請求項６に記載のリン含有高硬度水の浄化方法。
【請求項８】
硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化装置であって、
リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成部と、
上記アパタイト生成部でアパタイトを生成した処理水を固液分離する固液分離部と、
上記固液分離部で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理部と
を備えるリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項９】
上記アパタイト生成部と固液分離部との間に、凝集剤により上記リン含有高硬度水に含まれる有機物を沈降分離する沈降分離部をさらに備える請求項８に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項１０】
上記膜処理部で得られる膜透過水に酸を注入する酸注入部と、
上記酸注入部で酸を注入された膜透過水を逆浸透膜で分離する逆浸透膜処理部と
をさらに備える請求項８又は請求項９に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項１１】
上記固液分離部で分離した固形分濃縮液を中和する中和槽をさらに備え、
上記逆浸透膜処理部で得られる濃縮水を上記中和槽へ供給する流路を有する請求項１０に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項１２】
上記逆浸透膜処理部で得られる逆浸透膜透過水で上記限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄する逆洗浄機構をさらに備える請求項１０又は請求項１１に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項１３】
上記アパタイト生成部がｐＨ調整剤を供給するポンプと、ｐＨ調整剤を撹拌する撹拌装置とを有し、
上記撹拌装置がインラインミキサー又は曝気槽を備える請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【請求項１４】
上記ｐＨ調整剤が水酸化ナトリウムである請求項１３に記載のリン含有高硬度水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水や工場排水等の原水を水処理して再利用するために水処理装置が用いられている。この水処理装置としては、例えば原水から濁質を取り除く限外濾過膜又は精密濾過膜と、この濾過膜を透過した膜透過水を逆浸透膜透過水と濃縮液に分離する逆浸透膜とを有するものが知られている（再表２０１１−０１６４１０号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再表２０１１−０１６４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水処理の対象である原水が硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水である場合、上記従来の水処理装置を用いると、この原水中の硬度成分及びリン酸が濾過膜の膜面で濃縮されて析出物となり、膜の目詰まりが頻発する。このため頻繁に濾過膜の薬品洗浄が必要となり、水処理設備を安定運転することが難しい。また、上記析出物により透過流束と回収率とが低下し易く、再利用水としての安定供給が難しい。さらに、濾過膜の差圧が高い状態での運転が続き易く、単位処理量当たりの水処理装置の消費電力が増加し易い。このため、リン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置が望まれている。
【０００５】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とが可能なリン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る浄化方法は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化方法であって、上記リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成工程と、上記アパタイト生成工程後の処理水を固液分離する固液分離工程と、上記固液分離工程で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理工程とを備える。
【０００７】
本発明の別の一態様に係る浄化装置は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化装置であって、リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成部と、上記アパタイト生成部でアパタイトを生成した処理水を固液分離する固液分離部と、上記固液分離部で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のリン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置を用いることで、水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の浄化装置を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の浄化装置の撹拌装置の構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、図２とは異なる撹拌装置の構成例を示す模式図である。
【図４】図４は、図１とは異なる浄化装置を示す模式図である。
【図５】図５は、アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値と濾過膜の差圧との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、アパタイト生成の有無による濾過膜の差圧の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１１】
本発明の一態様に係る浄化方法は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化方法であって、上記リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成工程と、上記アパタイト生成工程後の処理水を固液分離する固液分離工程と、上記固液分離工程で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理工程とを備える。
【００１２】
当該リン含有高硬度水の洗浄方法では、アパタイト生成工程でリン含有高硬度水のｐＨを調整することでリン含有高硬度水中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトが生成する。当該リン含有高硬度水の浄化方法は、このアパタイトを固液分離工程で固体として分離することで、膜処理工程で膜分離する処理水に含まれる硬度成分及びリン酸を低減できる。このため、当該リン含有高硬度水の洗浄方法は、硬度成分及びリン酸による膜の目詰まりを低減できる。従って、当該リン含有高硬度水の浄化方法を用いることで、水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とができる。
【００１３】
上記アパタイト生成工程後かつ固液分離工程前に、凝集剤により上記リン含有高硬度水に含まれる有機物を沈降分離する沈降分離工程をさらに備えるとよい。沈降分離工程において、凝集剤を添加することによりアパタイトを核としてリン含有高硬度水内の有機物が凝集する。この凝集した有機物を沈降分離することで、膜処理工程で膜面に付着する有機物を減少できるので、濾過膜の目詰まりをさらに低減できる。
【００１４】
上記アパタイトがハイドロキシアパタイトであるとよい。ハイドロキシアパタイトは、固液分離により効率的に除去することができる。また、ハイドロキシアパタイトは、固液分離工程後の処理水に残留する場合があるが、限外濾過膜及び精密濾過膜に付着し難く、付着しても剥離し易いので、洗浄等により容易に除去することができる。このため、消費電力の削減効果を高められる。
【００１５】
上記アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値としては、８．２５以上９．５以下が好ましい。上記アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を上記範囲内とすることで、カルシウム及びリン酸からのアパタイトの生成効率を高められるので、リン含有高硬度水からのカルシウム及びリン酸の除去効率を高められる。従って、濾過膜の目詰まりをさらに低減できる。
【００１６】
上記膜処理工程で得られる膜透過水に酸を注入する酸注入工程と、上記酸注入工程後の膜透過水を逆浸透膜で分離する逆浸透膜処理工程とをさらに備えるとよい。上記膜処理工程で得られる膜透過水に酸を注入することで、膜透過水中に残留するアパタイト生成に寄与する硬度成分を溶解できる。この酸注入工程後の膜透過水を逆浸透膜処理工程で分離するので、逆浸透膜がアパタイトにより目詰まりすることを抑止しつつ、塩分等の不純物を含む濃縮水と、不純物を実質的に含まない逆浸透膜透過水とを分離することができる。
【００１７】
上記酸注入工程における膜透過水のｐＨ調整値としては、５以上６．５以下が好ましい。上記酸注入工程における膜透過水のｐＨ調整値を上記範囲内とすることで、逆浸透膜の酸による劣化及び阻止率の低下を抑止しつつ、アパタイトの溶解効率を高めることができるので、逆浸透膜の目詰まり抑止効果を高められる。
【００１８】
上記逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水で上記限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄する逆洗浄工程をさらに備えるとよい。上記逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水は、酸性であるので、この逆浸透膜透過水を用いて限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄することで、限外濾過膜又は精密濾過膜に付着するアパタイトを溶解させて効率的に除去することができる。このため、逆洗浄工程で必要とする消費電力を低減できる。
【００１９】
本発明の別の一態様に係る浄化装置は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化装置であって、リン含有高硬度水のｐＨ調整によりアパタイトを生成するアパタイト生成部と、上記アパタイト生成部でアパタイトを生成した処理水を固液分離する固液分離部と、上記固液分離部で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する膜処理部とを備える。
【００２０】
当該リン含有高硬度水の洗浄装置は、アパタイト生成部でリン含有高硬度水のｐＨを調整することでリン含有高硬度水中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトを生成する。当該リン含有高硬度水の浄化装置は、このアパタイトを固液分離部で固体として分離することで、膜処理部で膜分離する処理水に含まれる硬度成分及びリン酸を低減できる。このため、当該リン含有高硬度水の洗浄装置は、硬度成分及びリン酸による膜の目詰まりを低減できる。従って、当該リン含有高硬度水の浄化装置を用いることで、水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とができる。
【００２１】
上記アパタイト生成部と固液分離部との間に、凝集剤により上記リン含有高硬度水に含まれる有機物を沈降分離する沈降分離部をさらに備えるとよい。沈降分離部において、凝集剤を添加することによりアパタイトを核としてリン含有高硬度水内の有機物が凝集する。この凝集した有機物を沈降分離することで、膜処理部で膜面に付着する有機物を減少できるので、濾過膜の目詰まりをさらに低減できる。
【００２２】
上記膜処理部で得られる膜透過水に酸を注入する酸注入部と、上記酸注入部で酸を注入された膜透過水を逆浸透膜で分離する逆浸透膜処理部とをさらに備えるとよい。上記膜処理部で得られる膜透過水に酸注入部で酸を注入することで、膜透過水中に残留するアパタイト生成に寄与する硬度成分を溶解できる。この酸注入部で酸を注入された膜透過水を上記逆浸透膜処理部で分離するので、逆浸透膜がアパタイトにより目詰まりすることを抑止しつつ、塩分等の不純物を含む濃縮水と、不純物を実質的に含まない逆浸透膜透過水とを分離することができる。
【００２３】
上記固液分離部で分離した固形分濃縮液を中和する中和槽をさらに備え、上記逆浸透膜処理部で得られる濃縮水を上記中和槽へ供給する流路を有するとよい。逆浸透膜処理部で得られる濃縮水は酸性である。この濃縮水を上記流路を介して上記中和槽に供給し、中和に用いることで新たな酸等を必要とせず効率的に水処理を行えるので、さらに消費電力を低減できる。
【００２４】
上記逆浸透膜処理部で得られる逆浸透膜透過水で上記限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄する逆洗浄機構をさらに備えるとよい。上記逆浸透膜処理部で得られる逆浸透膜透過水は酸性であるので、この逆浸透膜透過水を用いて限外濾過膜又は精密濾過膜を逆洗浄することで、限外濾過膜又は精密濾過膜に付着するアパタイトを溶解させて効率的に除去することができる。このため、逆洗浄機構で必要とする消費電力を低減できる。
【００２５】
上記アパタイト生成部がｐＨ調整剤を供給するポンプと、ｐＨ調整剤を撹拌する撹拌装置とを有し、上記撹拌装置がインラインミキサー又は曝気槽を備えるとよい。上記撹拌装置がインラインミキサーを備えることで、リン含有高硬度水のｐＨの均一化を容易に行うことができる。また、上記撹拌装置が曝気槽を備えることで、緩やかな撹拌ができるので、生成されるアパタイトの粒子径が大きくなる。このため、固液分離部でのアパタイトの分離効率が向上する。また、曝気は比較的低電力で行うことができるので、消費電力をさらに低減できる。
【００２６】
上記ｐＨ調整剤が水酸化ナトリウムであるとよい。上記ｐＨ調整剤として電離度が高く安価に入手できる水酸化ナトリウムを用いることで、アパタイトの生成効率を高めることができるので、逆浸透膜の目詰まり抑止効果を高められる。
【００２７】
ここで、本願において、「精密濾過膜」とは膜孔の平均径が０．１μｍ超１０μｍ以下である濾過膜を意味し、「限外濾過膜」とは膜孔の平均径が０．００２μｍ超０．１μｍ以下である濾過膜を意味し、「逆浸透膜」とは膜孔の平均径が２ｎｍ以下である半透膜を意味するものとする。なお、膜孔の平均径は、濾過膜又は半透膜の表面における空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置（例えばＰｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の多孔質材料自動細孔径分布測定システム）により測定することができる。
【００２８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るリン含有高硬度水の洗浄方法及び洗浄装置について説明する。
【００２９】
〔第一実施形態〕
当該浄化方法は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水の浄化方法である。当該浄化方法は、アパタイト生成工程と、固液分離工程と、膜処理工程と、酸注入工程と、逆浸透膜処理工程と、中和処理工程と、逆洗浄工程とを主に備える。
【００３０】
当該浄化方法には、例えば図１に示す浄化装置が用いられる。図１の浄化装置は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水Ｘの浄化装置である。当該浄化装置は、アパタイト生成部１と、固液分離部２と、膜処理部３と、酸注入部４と、逆浸透膜処理部５と、逆洗浄機構６と、中和槽７とを主に備える。さらに、当該浄化装置は、上記逆浸透膜処理部５で得られる濃縮水を上記中和槽７へ供給する流路８を有する。
【００３１】
上記アパタイト生成工程では、上記アパタイト生成部１においてリン含有高硬度水ＸのｐＨを調整することでリン含有高硬度水Ｘ中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトを生成する。上記固液分離工程では、上記固液分離部２において上記アパタイト生成部１でアパタイトを生成した処理水を固液分離する。上記膜処理工程では、上記膜処理部３において上記固液分離部２で固形分を分離した処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜で膜分離する。
【００３２】
当該リン含有高硬度水の洗浄方法及び浄化装置は、上述のようにアパタイト生成部１でリン含有高硬度水ＸのｐＨを調整することでリン含有高硬度水Ｘ中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトを生成する。当該リン含有高硬度水Ｘの浄化方法及び浄化装置は、このアパタイトを固液分離部２で固体として分離することで、膜処理部３で膜分離する処理水に含まれる硬度成分及びリン酸を低減できる。このため、当該リン含有高硬度水の洗浄方法及び洗浄装置は、硬度成分及びリン酸による膜の目詰まりを低減できる。従って、当該リン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置を用いることで、水処理設備の安定運転と、濾過膜３ａの目詰まりの低減による消費電力の削減とができる。
【００３３】
〔浄化装置〕
当該浄化装置は、リン含有高硬度水Ｘを一時的に貯留するリン含有高硬度水貯留部９、放流水Ｙを一時的に貯留する排水貯留槽１０、再利用水Ｚを系外に排出するポンプ１１をさらに備える。
【００３４】
＜リン含有高硬度水貯留部＞
リン含有高硬度水貯留部９は、リン含有高硬度水Ｘが導入されると共にこのリン含有高硬度水Ｘを一時的に貯留するリン含有高硬度水貯留槽９ａと、上記リン含有高硬度水貯留槽９ａに貯留されたリン含有高硬度水Ｘをアパタイト生成部１側に圧送するポンプ９ｂとを有する。リン含有高硬度水貯留部９は、リン含有高硬度水貯留槽９ａに貯留されるリン含有高硬度水Ｘをポンプ９ｂによって圧送することで、リン含有高硬度水Ｘをアパタイト生成部１に供給可能に構成されている。
【００３５】
＜アパタイト生成部＞
アパタイト生成部１は、ｐＨ調整剤Ａをリン含有高硬度水Ｘに供給するポンプ１ａと、ｐＨ調整剤Ａをリン含有高硬度水Ｘ中で撹拌する撹拌装置１ｂと、ｐＨ測定器１ｃとを有する。
【００３６】
このアパタイト生成部１は、ｐＨ調整剤Ａを供給してリン含有高硬度水ＸのｐＨを調整することによりアパタイトを生成する。アパタイトは、カルシウム及びリン酸を含む化合物であり、後述する固液分離部２で固体分として分離可能である。従って、当該浄化装置は、リン含有高硬度水Ｘ中のカルシウムとリン酸とを同時に低減することができる。
【００３７】
上記アパタイトがハイドロキシアパタイトであるとよい。ハイドロキシアパタイトは、固液分離により効率的に除去することができる。また、ハイドロキシアパタイトは、固液分離後の処理水に残留する場合があるが、濾過膜３ａに付着し難く、付着しても剥離し易いので、洗浄等により容易に除去することができる。このため、当該浄化装置の消費電力の削減効果を高められる。なお、ハイドロキシアパタイトは、アパタイトのうち１価の陰イオンとして水酸基を含むものであり、ＯＨ−イオンが存在する下でｐＨを調整することで
１０Ｃａ２＋＋６ＰＯ４３−＋２ＯＨ−→Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２
の反応により生成することができる。
【００３８】
上記ｐＨ調整剤Ａとしては、アパタイトの生成効率の観点からアルカリが好ましい。上記アルカリとしては、ハイドロキシアパタイトを生成する観点から電離度が高いものが好ましく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができる。中でも水酸化ナトリウムが好適に用いられる。水酸化ナトリウムは、例えば粒状乃至フレーク状の水和物を用いてもよいが、例えば濃度５０質量％程度の水溶液を用いることできる。このような水酸化ナトリウム水溶液は、比較的安価であると共にハンドリングが容易であることから、工業用に広く利用されている。
【００３９】
上記ポンプ１ａは、ｐＨ調整剤Ａを撹拌装置１ｂへ供給する。このポンプ１ａによりｐＨ調整剤Ａの供給量が制御され、ｐＨ調整剤Ａとリン含有高硬度水Ｘとが混合された処理水のｐＨを調整できる。
【００４０】
上記撹拌装置１ｂは、リン含有高硬度水Ｘに供給されたｐＨ調整剤Ａを撹拌する。上記撹拌装置１ｂとしては、図２に示すような混合槽１２と、インラインミキサー１３とを備えるものを用いることができる。図２に示す撹拌装置１ｂでは、ｐＨ調整剤Ａはリン含有高硬度水Ｘと混合され、インラインミキサー１３で撹拌された後、混合槽１２に貯留される。インラインミキサーは、ｐＨの均一化がし易く、リン含有高硬度水ＸのｐＨ調整の制御性がよい。
【００４１】
また、上記撹拌装置１ｂとして、図３に示すような気泡供給機構１４を有する曝気槽１５を用いることもできる。図３に示す撹拌装置１ｂでは、ｐＨ調整剤Ａ及びリン含有高硬度水Ｘは、曝気槽１５へ供給される。また、上記気泡供給機構１４は、外部から供給される空気Ｃにより気泡Ｄを曝気槽１５内に供給し、リン含有高硬度水Ｘ内のｐＨ調整剤Ａを撹拌する。このように上記撹拌装置１ｂが曝気槽１５を備えることで、緩やかな撹拌ができるので、生成されるアパタイトの粒子径が大きくなる。このため、固液分離部２でのアパタイトの分離効率が向上する。また、曝気は比較的低電力で行うことができるので、当該浄化装置の消費電力をさらに低減できる。
【００４２】
上記撹拌装置１ｂとして曝気槽１５を用いる場合、撹拌するリン含有高硬度水１ｍ３当たりの曝気量（空気Ｃの供給量）の下限としては、１０Ｌ／ｍｉｎが好ましく、２０Ｌ／ｍｉｎがより好ましい。一方、上記曝気量の上限としては、１００Ｌ／ｍｉｎが好ましく、５０Ｌ／ｍｉｎがより好ましい。上記曝気量が上記下限未満であると、ｐＨ調整剤Ａの撹拌が不十分となり、アパタイトの生成が不十分となるおそれがある。逆に、上記曝気量が上記上限を超えると、当該浄化装置の消費電力低減効果が不十分となるおそれや、生成されるアパタイトの粒子径が小さくなり、固液分離部２での分離が困難となるおそれがある。
【００４３】
上記気泡供給機構１４から供給される気泡Ｄの平均径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。一方、上記気泡Ｄの平均径の上限としては、５ｍｍが好ましく、４．５ｍｍがより好ましい。上記気泡Ｄの平均径が上記下限未満であると、ｐＨ調整剤Ａの撹拌が不十分となるおそれがある。逆に、上記気泡Ｄの平均径が上記上限を超えると、リン含有高硬度水ＸのｐＨの均一化が不十分となるおそれがある。なお、平均気泡径は、例えば上昇する気泡を鉛直軸に対して垂直な方向からＣＣＤカメラ等で撮影し、この撮影画像を画像解析することで算出することができる。具体的には、個々の気泡径について撮影された気泡の形状から等価な面積を持つ円の直径を算出し、その平均値を求める。
【００４４】
上記曝気槽１５内のリン含有高硬度水Ｘの滞留時間の下限としては、５分が好ましく、７分がより好ましい。一方、上記滞留時間の上限としては、１０分が好ましく、８分がより好ましい。上記滞留時間が上記下限未満であると、アパタイトの生成が不十分となるおそれがある。逆に、上記滞留時間が上記上限を超えると、リン含有高硬度水Ｘを貯留するために必要な曝気槽１５の容量が増大するため、設備コストが大きくなるおそれがある。
【００４５】
上記ｐＨ測定器１ｃは、上記撹拌装置１ｂ内のリン含有高硬度水ＸのｐＨを測定する。アパタイト生成部１では、このｐＨ測定器１ｃにより測定されるｐＨに基づいて例えばｐＨ調整剤Ａの供給量をポンプ１ａにより制御することで、ｐＨ調整を行うことができる。
【００４６】
＜固液分離部＞
固液分離部２は、上記アパタイト生成部１でアパタイトを生成した処理水を固液分離する固液分離装置２ａと、固形分を分離した処理水を一時的に貯留する固液分離処理水貯留槽２ｂとを有する。また、上記固液分離部２は、上記固液分離装置２ａから排出される固形分濃縮液を後述する中和槽７へ排出する固形分濃縮液排出管２ｃを有する。
【００４７】
上記固液分離装置２ａとしては、公知の固液分離装置、例えば砂濾過装置や液体サイクロンを用いることができる。この固液分離装置２ａによりアパタイトは主に固形分として固形分濃縮液に分離される。従って、当該浄化装置は、膜処理部３で膜分離する処理水に含まれる硬度成分及びリン酸を低減できる。
【００４８】
＜膜処理部＞
膜処理部３は、固液分離部２から送られる処理水を膜分離する濾過膜３ａと、濾過膜３ａを透過した膜透過水を一時的に貯留する膜透過水貯留槽３ｂと、濾過膜３ａに処理水を圧送するポンプ３ｃとを有する。また、膜処理部３は、濾過膜３ａを収容する容器（不図示）を有する。
【００４９】
膜処理部３は、ポンプ３ｃによって上記処理水を濾過膜３ａに圧送し、濾過膜３ａを透過した膜透過水を膜透過水貯留槽３ｂに貯留すると共に、上記処理水に含まれる濁質や浮遊物質を濾過膜３ａの表面で捕捉する。なお、濾過膜３ａが限外濾過膜である場合の作動圧としては、例えば３００ｋＰａ以下とすることができる。また、濾過膜３ａが精密濾過膜である場合の作動圧としては、例えば２００ｋＰａ以下とすることができる。
【００５０】
上記濾過膜３ａは、スパイラル型やチューブラー型に構成されてもよく、中空糸膜又は平膜として構成されてもよい。また、濾過膜３ａによる濾過方式としては、特に限定されるものではなく、内圧式、外圧式、クロスフロー式等、公知の濾過方式を採用することが可能である。
【００５１】
濾過膜３ａの主成分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも耐アルカリ性や耐酸性に優れ、多孔質性であるＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがより好ましい。なお、濾過膜３ａの形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。また、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば５０質量％以上含有される成分をいう。
【００５２】
＜酸注入部＞
酸注入部４は、上記膜処理部３で得られる膜透過水に酸Ｂを注入する。酸注入部４は、酸注入管４ａを有する。上記酸注入管４ａは、上記膜処理部３の膜透過水貯留槽３ｂに貯留される処理水を後述する逆浸透膜処理部５に供給する配管の途中に接続される。上記酸注入部４は、上記酸注入管４ａを介して上記膜処理部３で得られる膜透過水に酸Ｂを注入することができる。
【００５３】
当該浄化装置では、上記膜処理部３で得られる膜透過水に酸注入部４で酸Ｂを注入することで、膜透過水中に残留するアパタイト生成に寄与する硬度成分を溶解できる。この酸注入部４で酸Ｂを注入された膜透過水を後述する逆浸透膜処理部５で分離するので、アパタイトにより逆浸透膜５ａが目詰まりすることを抑止しつつ、塩分等の不純物を含む濃縮水と、不純物を実質的に含まない逆浸透膜透過水とを分離することができる。
【００５４】
上記酸Ｂとしては、特に限定されないが、例えば塩酸、硫酸等を用いることができる。中でも、カルシウム塩としてカルシウムが析出し難い塩酸が好ましい。
【００５５】
＜逆浸透膜処理部＞
逆浸透膜処理部５は、上記酸注入部４で酸Ｂを注入された膜透過水を逆浸透膜で分離する。逆浸透膜処理部５は、上記酸注入部４で酸Ｂを注入された膜透過水を逆浸透膜透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜５ａと、上記逆浸透膜透過水を一時的に貯留する逆浸透膜透過水貯留槽５ｂと、上記濃縮水を一時的に貯留する濃縮水貯留槽５ｃと、逆浸透膜５ａに上記膜透過水を圧送するポンプ５ｄとを有する。また、逆浸透膜処理部５は、逆浸透膜５ａを収容する容器（不図示）を有する。
【００５６】
逆浸透膜処理部５は、上記膜透過水のうち逆浸透膜５ａを透過した逆浸透膜透過水を逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに貯留すると共に、逆浸透膜５ａを透過しなかった濃縮水を濃縮水貯留槽５ｃに貯留する。当該浄化装置は、膜処理部３によって濁質や浮遊物質が捕捉されているため、上記濃縮水には濁質や浮遊物質は実質的に含まれていない。なお、逆浸透膜５ａの作動圧としては、例えば０．１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下とすることができる。
【００５７】
逆浸透膜５ａの主成分としては、例えばポリアミド、酢酸セルロース等の合成樹脂が挙げられる。また、逆浸透膜５ａは、スパイラル型や中空糸膜で構成することができる。
【００５８】
なお、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに貯留された逆浸透膜透過水は、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに設けられるポンプ１１によって再利用水Ｚとして系外に排出される。
【００５９】
＜逆洗浄機構＞
逆洗浄機構６は、上記逆浸透膜処理部５で得られる逆浸透膜透過水で上記濾過膜３ａを逆洗浄する。逆洗浄機構６は、濾過膜３ａが収容される容器に接続され、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂの逆浸透膜透過水を洗浄水として供給する洗浄水供給管６ａと、濾過膜３ａが収容される容器に接続され、濾過膜３ａ洗浄後の洗浄水を中和槽７へ排出する洗浄水排出管６ｂとを有する。また、逆洗浄機構６は、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに配設されるポンプ６ｃを有する。なお、上記洗浄水供給管６ａは、膜処理部３で処理水が濾過膜３ａを通過する方向とは逆方向に洗浄水が濾過膜３ａを通過するように濾過膜３ａの下流側に接続される。
【００６０】
逆洗浄機構６は、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに貯留された逆浸透膜透過水をポンプ６ｃによって濾過膜３ａ側に圧送することで逆洗浄を行う。なお、逆洗浄機構６による逆洗浄は、濾過膜３ａの作動を停止した状態で行われる。
【００６１】
上記逆浸透膜処理部５で得られる逆浸透膜透過水が酸性であるので、この逆浸透膜透過水を用いて濾過膜３ａを逆洗浄することで、濾過膜３ａに付着するアパタイトを溶解させて効率的に除去することができる。このため、逆洗浄機構６で必要とする消費電力を低減できる。
【００６２】
＜中和槽＞
中和槽７は、上記固液分離部２で分離した固形分濃縮液を中和する。当該浄化装置は、上記逆浸透膜処理部５で得られる濃縮水を流路８を介して上記中和槽７へ供給できる。この濃縮水を上記中和槽７での中和に用いることで効率的に水処理を行えるので、当該浄化装置はさらに消費電力を低減できる。
【００６３】
また、中和槽７にはポンプ７ａが配設されている。当該浄化装置は、このポンプ７ａを用いて中和後の固形分濃縮液及び洗浄後の洗浄水を後述する排水貯留槽１０に排出する。
【００６４】
＜排水貯留槽＞
排水貯留槽１０は、中和槽７から送られた中和後の固形分濃縮液及び洗浄後の洗浄水（以下、まとめて「排水」ともいう）を排水貯留槽１０に貯留する。また、排水貯留槽１０は、排水を系外に排出するポンプ１０ａを有する。当該浄化装置は、このポンプ１０ａによって排水貯留槽１０に貯留された排水を放流水Ｙとして系外に排出する。なお、排水貯留槽１０には、中和槽７から送られた排水の濃度を低くするために、リン含有高硬度水Ｘの一部を適宜供給してもよい。
【００６５】
〔浄化方法〕
次に、当該浄化装置を用いた浄化方法の各工程について説明する。
【００６６】
＜アパタイト生成工程＞
アパタイト生成工程では、アパタイト生成部１においてリン含有高硬度水ＸのｐＨ調整によりアパタイトを生成する。具体的には、リン含有高硬度水貯留槽９ａに貯留されるリン含有高硬度水Ｘをポンプ９ｂによってアパタイト生成部１の撹拌装置１ｂへ圧送すると共に、アパタイト生成部１のポンプ１ａを作動させて、ｐＨ調整剤Ａを撹拌装置１ｂへ供給する。このとき、ｐＨ測定器１ｃにより測定されるｐＨ値が所望の値となるようにアパタイト生成部１のポンプ１ａを制御してｐＨ調整剤Ａの供給量を調整する。
【００６７】
上記アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値の下限としては、８．２５が好ましく、８．３がより好ましく、８．４がさらに好ましい。一方、上記ｐＨ調整値の上限としては、９．５が好ましく、９がより好ましく、８．７がさらに好ましい。上記ｐＨ調整値が上記下限未満であると、アパタイトの生成量が少なくなるため、硬度成分及びリン酸の低減効果が不足し、濾過膜３ａの目詰まり低減効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記ｐＨ調整値が上記上限を超えると、アパタイトよりも水酸化物が生成される割合が高まるため、濾過膜３ａの目詰まり低減効果が不十分となるおそれがある。
【００６８】
＜固液分離工程＞
固液分離工程では、固液分離部２において上記アパタイト生成工程後の処理水を固液分離する。具体的には、固液分離装置２ａを用いて固形分を分離した処理水を固液分離処理水貯留槽２ｂに貯留する。一方、上記固液分離装置２ａから排出される固形分濃縮液は、固形分濃縮液排出管２ｃを介して中和槽７へ排出する。
【００６９】
＜膜処理工程＞
膜処理工程では、膜処理部３において上記固液分離工程で固形分を分離した処理水を濾過膜３ａで膜分離する。具体的には、固液分離処理水貯留槽２ｂに貯留されている処理水をポンプ３ｃにより濾過膜３ａに圧送し、濾過膜３ａにより膜分離を行う。また、濾過膜３ａを透過した膜透過水は、膜透過水貯留槽３ｂに貯留される。この膜分離により処理水に含まれる濁質や浮遊物質が分離できる。
【００７０】
＜酸注入工程＞
酸注入工程では、酸注入部４において上記膜処理工程で得られる膜透過水に酸Ｂを注入する。具体的には、膜透過水貯留槽３ｂに貯留される処理水を後述する逆浸透膜処理部５に供給する配管に酸注入管４ａを介して酸Ｂを供給する。このとき、酸注入後の膜透過水のｐＨが所望の値となるように酸Ｂの供給量を調整する。
【００７１】
上記酸注入工程における膜透過水のｐＨ調整値の下限としては、５が好ましく、５．５がより好ましい。一方、上記ｐＨ調整値の上限としては、６．５が好ましく、６がより好ましい。上記ｐＨ調整値が上記下限未満であると、酸Ｂによる逆浸透膜５ａの劣化及び阻止率の低下が発生するおそれがある。逆に、上記ｐＨ調整値が上記上限を超えると、アパタイトが膜透過水に溶解し難くなり、酸注入による逆浸透膜５ａの目詰まり抑止効果が不十分となるおそれがある。
【００７２】
＜逆浸透膜処理工程＞
逆浸透膜処理工程では、逆浸透膜処理部５において上記酸注入工程後の膜透過水を逆浸透膜５ａで分離する。具体的には、ポンプ５ｄを用いて上記膜透過水を逆浸透膜５ａに圧送し、逆浸透膜５ａを透過した逆浸透膜透過水と逆浸透膜５ａを透過しなかった濃縮水とを分離する。また、逆浸透膜透過水は逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに貯留され、濃縮水は濃縮水貯留槽５ｃに貯留される。
【００７３】
なお、上記逆浸透膜透過水は、後述する逆洗浄工程で逆洗水として用いられる他、再利用水Ｚとして系外に排出される。
【００７４】
＜中和工程＞
中和工程では、中和槽７において上記逆浸透膜処理工程で得られる濃縮水を用いて上記固液分離工程で分離した固形分濃縮液を中和する。具体的には、流路８を介して上記濃縮水を中和槽７に供給し、中和槽７に貯留された固形分濃縮液を中和する。中和後の排水は、ポンプ７ａにより排水貯留槽１０に排出される。
【００７５】
なお、排水貯留槽１０に排出された排水は、必要に応じてリン含有高硬度水Ｘの一部と混合され、ポンプ１０ａによって放流水Ｙとして系外に排出される。
【００７６】
＜逆洗浄工程＞
逆洗浄工程では、逆洗浄機構６を用いて上記逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水で上記濾過膜３ａを逆洗浄する。具体的には、逆浸透膜透過水貯留槽５ｂに配設されるポンプ６ｃにより、洗浄水供給管６ａを介して逆浸透膜透過水貯留槽５ｂの逆浸透膜透過水を洗浄水として濾過膜３ａが収容される容器に供給することで行う。また、濾過膜３ａ洗浄後の洗浄水は洗浄水排出管６ｂを介して中和槽７へ排出される。
【００７７】
逆洗浄機構６による濾過膜３ａの洗浄は、例えば濾過膜３ａの連続濾過時間が一定の時間に達した場合に行ってもよく、濾過膜３ａの差圧が一定以上となった場合に行ってもよい。濾過膜３ａによる連続濾過と上記逆洗浄工程とを交互に行う場合、この逆洗浄工程を行う間隔としては、例えば２０分以上５０分以下が好ましい。また、上記逆洗浄工程では、洗浄水による洗浄に加え、濾過膜３ａに気泡等の空気を擦過させてもよい。
【００７８】
〔第二実施形態〕
当該浄化方法は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水Ｘの浄化方法である。当該浄化方法は、アパタイト生成工程と、沈降分離工程と、固液分離工程と、膜処理工程と、酸注入工程と、逆浸透膜処理工程と、中和処理工程と、逆洗浄工程とを主に備える。
【００７９】
当該浄化方法には、例えば図４に示す浄化装置が用いられる。図４の浄化装置は、硬度成分及びリン酸を含むリン含有高硬度水Ｘの浄化装置である。当該浄化装置は、アパタイト生成部１と、固液分離部２と、膜処理部３と、酸注入部４と、逆浸透膜処理部５と、逆洗浄機構６と、中和槽７とを主に備える。さらに、当該浄化装置は、上記逆浸透膜処理部５で得られる濃縮水を上記中和槽７へ供給する流路８を有する。また、当該浄化装置は、アパタイト生成部１と固液分離部２との間に、凝集剤Ｅにより上記リン含有高硬度水Ｘに含まれる有機物Ｗを沈降分離する沈降分離部１６をさらに備える。
【００８０】
当該浄化方法及び当該浄化装置では、凝集剤Ｅを添加することによりアパタイトを核としてリン含有高硬度水Ｘ内の有機物Ｗが凝集する。この凝集した有機物Ｗを沈降分離することで、膜処理を行う際に膜面に付着する有機物Ｗを減少できるので、濾過膜３ａの目詰まりをさらに低減できる。
【００８１】
〔浄化装置〕
当該浄化装置は、リン含有高硬度水Ｘを一時的に貯留するリン含有高硬度水貯留部９、放流水Ｙを一時的に貯留する排水貯留槽１０、再利用水Ｚを系外に排出するポンプ１１をさらに備える。
【００８２】
当該浄化装置の構成のうち、沈降分離部１６を除く構成は、図１に示す浄化装置と同様であるので、同一の符合を付して説明を省略する。以下、沈降分離部１６について説明する。
【００８３】
＜沈降分離部＞
沈降分離部１６は、アパタイト生成部１で処理された処理水に凝集剤Ｅを供給して、有機物Ｗを沈降分離する沈降分離槽１６ａを有する。また、沈降分離部１６は、有機物Ｗを沈降させた処理水の上澄みを固液分離部２へ排出する上澄液排出管１６ｂと、沈降させた有機物Ｗを系外へ排出する沈降物排出管１６ｃとを有する。
【００８４】
上記沈降分離槽１６ａとしては、例えば上記処理水及び凝集剤Ｅが供給される円筒状の供給部及び供給部の下方に接続され、中央が下方に突出する漏斗状の底部を備える沈降分離槽を用いることができる。この沈降分離槽１６ａは、供給部内の上澄みを排出する排出口、及び漏斗状の底部の先端に有機物Ｗを回収できる回収口を有する。また、上澄液排出管１６ｂは上記排出口に接続され、沈降物排出管１６ｃは上記回収口に接続される。
【００８５】
上記凝集剤Ｅとしては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）やＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等のアルミ系無機凝集剤や、ポリ鉄、塩化第二鉄等の鉄系無機凝集剤などを用いることができる。中でも添加量の管理が容易であるＰＡＣが好ましい。
【００８６】
上記処理水中の上記凝集剤Ｅの添加量の下限としては、１ｐｐｍが好ましく、２ｐｐｍがより好ましい。一方、上記凝集剤Ｅの添加量の上限としては、２０ｐｐｍが好ましく、１０ｐｐｍがより好ましい。上記凝集剤Ｅの添加量が上記下限未満であると、有機物Ｗの除去効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記凝集剤Ｅの添加量が上記上限を超えると、処理水のｐＨが下がり易くなり、アパタイトが溶解し濾過膜３ａの目詰まりが発生し易くなるおそれがある。
【００８７】
〔浄化方法〕
次に、当該浄化装置を用いた浄化方法について説明する。当該浄化方法の工程のうち、沈降分離工程を除く各工程は、図１に示す浄化装置を用いた浄化方法の各工程と同様であるので、以下、沈降分離工程について説明する。
【００８８】
＜沈降分離工程＞
沈降分離工程では、沈降分離部１６においてアパタイト生成工程後の処理水を沈降分離する。この沈降分離工程は、アパタイト生成工程後かつ固液分離工程前に行われる。具体的には、沈降分離槽１６ａにアパタイト生成工程後の処理水と共に凝集剤Ｅを供給する。この凝集剤Ｅの添加によりアパタイトを核としてリン含有高硬度水Ｘ内の有機物Ｗが凝集する。凝集した有機物Ｗは沈降分離槽１６ａ内で沈降し、沈降物排出管１６ｃを介して系外へ排出される。一方、凝集した有機物Ｗが分離された沈降分離槽１６ａ内の上澄みは、上澄液排出管１６ｂを介して固液分離部２へ送られる。
【００８９】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００９０】
上記実施形態では、洗浄方法が酸注入工程を備える場合を説明したが、酸注入工程は必須の構成要件ではなく、例えば固液分離工程でアパタイトが十分に分離されている場合等酸注入工程を省略してもよい。酸注入工程を行わない場合は、洗浄装置の酸注入部も省略することができる。
【００９１】
また、逆浸透膜処理工程を省略することもできる。この場合においても酸注入工程を省略することができる。また、洗浄装置の酸注入部及び逆浸透膜処理部も省略することができる。
【００９２】
上記実施形態では、逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水をそのまま用いて逆洗浄を行う場合を説明したが、上記逆浸透膜透過水にさらに酸を注入して洗浄水として用いてもよい。このように洗浄水のｐＨを下げることで、濾過膜に付着しているアパタイトをさらに効果的に除去できる。なお、酸注入後の洗浄水のｐＨは、濾過膜の酸による劣化及び阻止率の低下抑止と洗浄力の向上効果との観点から、４以上５以下が好ましい。
【００９３】
また、逆浸透膜処理工程で得られる逆浸透膜透過水を逆洗浄に用いることは必須ではなく、例えば洗浄水として外部の水や膜透過水貯留槽に貯留される処理水を用いてもよい。洗浄水として外部の水等を用いる場合においても、酸を注入して洗浄水のｐＨを下げるとよい。また、切替えバルブを設けて、例えば逆浸透膜透過水及び膜透過水貯留槽に貯留される処理水を選択的に、あるいは混合して用いてもよい。
【００９４】
上記実施形態では、固液分離部で分離した固形分濃縮液を、逆浸透膜処理部で得られる濃縮水を用いて中和槽で中和する場合を説明したが、濃縮水を用いることは必須ではなく、例えば中和槽に酸を直接注入してもよい。中和槽での中和に濃縮水を用いない場合は、濃縮水を中和槽へ供給する流路は省略できる。この場合、濃縮水は例えば排水貯留槽に排出される。
【００９５】
上記実施形態では、アパタイトを固液分離部で分離する場合について説明したが、アパタイトはこの固液分離部での分離に加えて、アパタイト生成部で分離してもよい。アパタイト生成部で分離する方法としては、例えば沈降分離を用いることができる。また、アパタイト生成部で分離されたアパタイトは系外に排出される。
【実施例】
【００９６】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９７】
［Ｎｏ．１］
図１の浄化装置を用いたリン含有高硬度水の浄化方法によってリン含有高硬度水（原水）を浄化した。原水の水質は表１に示す。図１の浄化装置で、アパタイト生成部におけるｐＨ調整剤には、水酸化ナトリウムを用いた。また、膜処理部に設けられる濾過膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の濾過膜を用いた。酸注入部における酸には、塩酸を用いた。
【００９８】
＜ｐＨ調整値の評価＞
図１の浄化装置において、運転フラックスを５０ＬＭＨに固定し、ｐＨ調整剤である水酸化ナトリウムの供給量を調整することでアパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を変化させ、そのときの濾過膜の差圧（ＴＭＰ）を測定した。結果を図５に示す。なお、固液分離工程では処理水のｐＨ値はほとんど変化しないため、アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値は、濾過膜に供給される処理水のｐＨ値と実質的に等しい。
【００９９】
図５のグラフから分かるようにアパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を８．２５以上９．５以下とすることで、濾過膜の差圧が低減できている。ｐＨ調整値を上記範囲内とすることで、リン含有高硬度水からのカルシウム及びリン酸の除去効率を高められ、濾過膜の目詰まりをさらに低減できることが分かる。
【０１００】
＜処理水の水質評価＞
運転フラックスを５０ＬＭＨ、アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を８．３として浄化した際の各工程での処理水の水質を測定した。結果を表１に示す。
【０１０１】
【表１】
2018114490.tif 000003
【０１０２】
表１において、ＴＣは全炭素量（Ｔｏｔａｌ  Ｃａｒｂｏｎ）、ＩＣは無機態炭素量（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）、ＴＯＣは全有機炭素量（Ｔｏｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）、ＤＯＣは溶存有機炭素量（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）をそれぞれ表す。
【０１０３】
表１から分かるようにアパタイト生成工程後にカルシウムイオン及びリン酸イオンが大きく減少している。また、濾過膜表面に付着した物質をＦＴ−ＩＲにより解析したところ、１１００ｃｍ−１付近にハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）と考えられるピークが観測された。以上から、ｐＨ調整によりリン含有高硬度水中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトが生成され、膜処理工程で膜分離する処理水に含まれる硬度成分及びリン酸を低減できることが分かる。
【０１０４】
＜ＨＡＰの生成効果の比較＞
図１の浄化装置を用いて、アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を８．５としてアパタイト生成を行った場合と、ｐＨ調整剤を供給しない、すなわちアパタイト生成を行わない場合とを比較した。上記比較は、運転フラックスを３０ＬＭＨから６０ＭＬＨの範囲で変化させたときの濾過膜の差圧を測定することにより行った。結果を図６に示す。
【０１０５】
図６のグラフから分かるようにいずれの運転フラックスにおいてもｐＨ調整を行いアパタイト生成した場合の方がアパタイト生成を行わない場合よりも濾過膜の差圧が低い。このことからリン含有高硬度水のｐＨを調整することでリン含有高硬度水中に含まれるカルシウム及びリン酸によりアパタイトを生成することで濾過膜の目詰まりが低減できることが分かる。
【０１０６】
＜消費電力の評価＞
さらに、アパタイト生成工程を行った場合と行わない場合について、濾過膜で消費される電力を算出し、比較した。消費電力の算出にあたっては、処理水量１００００ｍ３／日、供給圧力を１００ｋＰａ、ポンプ効率を８３％とし、以下の式を用いて処理水単位量当たりの消費電力を求めた。結果を表２に示す。
Ｐ＝ρ×ｇ×Ｑ×Ｈ／（１０×η）                            ・・・（１）
ここで、
Ｐ：ポンプの消費電力（ｋＷ）
ρ：処理水の密度（１０００ｋｇ／ｍ３）
Ｑ：流速（ｍ３／ｓ）
Ｈ：ポンプヘッド（ｍ）
η：ポンプ効率（％）
ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ２）
【０１０７】
【表２】
2018114490.tif 000004
【０１０８】
表２の結果から、アパタイトを生成することで、濾過膜の目詰まりが低減され、消費電力が２０％以上削減できることが分かる。
【０１０９】
［Ｎｏ．２］
次に、図４の浄化装置を用いたリン含有高硬度水の浄化方法によってリン含有高硬度水（原水）を浄化した。原水にはＮｏ．１と同じものを用いた。沈降分離部における凝集剤としてはＰＡＣを用い、その添加量は１０ｐｐｍとした。アパタイト生成部におけるｐＨ調整剤、膜処理部に設けられる濾過膜、及び酸注入部における酸については、Ｎｏ．１と同じものを用いた。
【０１１０】
＜評価＞
運転フラックスを５０ＬＭＨ、アパタイト生成工程におけるｐＨ調整値を８．３として浄化し、Ｎｏ．１との比較を行った。結果を表３に示す。
【０１１１】
【表３】
2018114490.tif 000005
【０１１２】
表３で、凝集剤添加の「−」は、凝集剤を添加していないことを示す。
【０１１３】
表３から、Ｎｏ．２の固液分離前のＴＯＣは、Ｎｏ．１の固液分離前のＴＯＣより小さいことが分かる。このことから、アパタイト生成後に凝集剤を添加することで、処理水から有機物を効果的に除去できていることが分かる。
【０１１４】
また、Ｎｏ．１では１日８回の逆洗を行いつつ運転した場合、３週間で膜濾過の差圧が７０ｋＰａに達し、薬品洗浄が必要となった。これに対し、Ｎｏ．２では１日４回の逆洗であっても、１ヶ月後の膜濾過の差圧が５０〜６０ｋＰａであり、安定した運転が可能であった。
【０１１５】
このことから、アパタイト生成後に凝集剤を添加することによりリン含有高硬度水内の有機物を凝集させ沈降分離することで、膜処理部で膜面に付着する有機物を減少できるので、濾過膜の目詰まりをさらに低減できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明のリン含有高硬度水の浄化方法及び浄化装置を用いることで、水処理設備の安定運転と、濾過膜の目詰まりの低減による消費電力の削減とができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  アパタイト生成部
１ａ  ポンプ
１ｂ  撹拌装置
１ｃ  ｐＨ測定器
２  固液分離部
２ａ  固液分離装置
２ｂ  固液分離処理水貯留槽
２ｃ  固形分濃縮液排出管
３  膜処理部
３ａ  濾過膜
３ｂ  膜透過水貯留槽
３ｃ  ポンプ
４  酸注入部
４ａ  酸注入管
５  逆浸透膜処理部
５ａ  逆浸透膜
５ｂ  逆浸透膜透過水貯留槽
５ｃ  濃縮水貯留槽
５ｄ  ポンプ
６  逆洗浄機構
６ａ  洗浄水供給管
６ｂ  洗浄水排出管
６ｃ  ポンプ
７  中和槽
７ａ  ポンプ
８  流路
９  リン含有高硬度水貯留部
９ａ  リン含有高硬度水貯留槽
９ｂ  ポンプ
１０  排水貯留槽
１０ａ  ポンプ
１１  ポンプ
１２  混合槽
１３  インラインミキサー
１４  気泡供給機構
１５  曝気槽
１６  沈降分離部
１６ａ  沈降分離槽
１６ｂ  上澄液排出管
１６ｃ  沈降物排出管
Ａ  ｐＨ調整剤
Ｂ  酸
Ｃ  空気
Ｄ  気泡
Ｅ  凝集剤
Ｗ  有機物
Ｘ  リン含有高硬度水
Ｙ  放流水
Ｚ  再利用水
【図１】
2018114490.tif 000006
【図２】
2018114490.tif 000007
【図３】
2018114490.tif 000008
【図４】
2018114490.tif 000009
【図５】
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【図６】
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