(57)【要約】【課題】ほう素の水質基準を満足し、設備コストおよび運転コストを低減できる逆浸透膜モジュールを用いた淡水化処理設備及び方法を提供する。【解決手段】海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュール１０により濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理設備１１０であって、逆浸透膜モジュール１０の前段に、原水処理槽５、該原水処理槽５にオゾンガスのマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置６、及び、マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物をオゾン処理槽５から排出するスカム除去装置１２を備えた前処理部が設けられてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理設備であって、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽にマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴とする淡水化処理設備。
【請求項２】
海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理設備であって、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽に流入する原水にアルカリ剤又はほう素の吸着材を注入する薬品注入装置、前記原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴とする淡水化処理設備。
【請求項３】
海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理設備であって、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽に流入する原水にほう素の吸着材を注入する薬品注入装置、前記原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴とする淡水化処理設備。
【請求項４】
前記スカム除去装置により排出される懸濁物から前記吸着材を回収して再生するとともに、該再生された吸着材を再び前記薬品注入装置に供給する再生装置を備えていることを特徴とする請求項３に記載の淡水化処理設備。
【請求項５】
海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理設備であって、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置、前記原水処理槽から得られる原水にアルカリ剤を注入する薬品注入装置、及び、前記アルカリ剤が注入された原水から懸濁物やスケールを取り除くためのろ過装置又は浮上分離装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴とする淡水化処理設備。
【請求項６】
前記浮上分離装置は、前記アルカリ剤が注入された原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の淡水化処理設備。
【請求項７】
前記スカム除去装置は、前記懸濁物が越流する堰と前記原水処理槽の壁面を洗浄する洗浄水ノズルとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の淡水化処理設備。
【請求項８】
前記前処理部と前記逆浸透膜モジュールとの間に、活性炭や膜処理によるろ過装置が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の淡水化処理設備。
【請求項９】
海水や塩類濃度の高い水である原水にアルカリ剤又はほう素の吸着材を注入し、該アルカリ剤又はほう素の吸着材を注入した原水を原水処理槽に流入させ、該原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理方法。
【請求項１０】
海水や塩類濃度の高い水である原水にほう素の吸着材を注入し、該吸着材を注入した原水を原水処理槽に流入させ、該原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理方法。
【請求項１１】
海水や塩類濃度の高い水である原水を原水処理槽に流入させるとともに、該原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水にアルカリ剤を注入した後にろ過装置又は浮上分離装置に流入させて、懸濁物やスケールを取り除き、該懸濁物やスケールが取り除かれた原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離する淡水化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜を用いて海水やかん水を淡水化する水処理設備に係り、特に、ほう素の水質基準を満足し、設備コスト及び運転コストを低減できる淡水化処理設備及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水不足が深刻な地域で、逆浸透膜（Reverse  Osmosis  Membraneのことで、以下、ＲＯ膜という）を用いた海水淡水化設備の導入が増加している。しかし、実用上は、運転コストの低減、ほう素の除去、濃縮水の処理方法など解決すべき課題もある。
【０００３】
ＲＯ膜を用いた海水淡水化設備は、前処理部とＲＯ膜モジュールに大別される。運転コストの内訳は、前処理部では、薬品注入装置やＵＶ装置（紫外線処理装置）の電力費、pH調整や消毒、凝集を目的に注入する薬品費、ＲＯ膜モジュールでは、ポンプ電力費とＲＯ膜の洗浄のための薬品費である。
【０００４】
この中でもポンプ動力の割合は大きく、膜の目詰まりが生じると、目詰まりに起因してモジュール圧力が高くなり、ポンプ動力が大幅に増加する。このため、海水淡水化設備全体の運転コストを低減するには、ＲＯ膜の目詰まりを抑制でき、低コストな前処理プロセスの導入が必要となっている。
【０００５】
ＲＯ膜の進歩により、ほう素が膜を通過するのを阻止する性能は向上しているが、海水の条件によっては、ＷＨＯの飲料水水質ガイドラインに示されている、ほう素濃度が０．５mg／L以下の基準値を満たさない場合もあり、基準値を達成するためには、ＲＯ膜の二段構成や、前処理におけるほう素除去が必要となる。又、ほう素が膜を通過するのを阻止する性能が高い膜は、まだ回収率が低く、一段で構成できてもコスト低減効果が小さいという問題がある。
【０００６】
このような背景から、海水淡水化設備における前処理は、後段のＲＯ膜の目詰まり要因の低減効果があり、ほう素の除去性能を有し、運転・設備コストが低いことが求められる。
【０００７】
下記非特許文献１によると、海水淡水化施設におけるＲＯ膜目詰まりの主な原因として、（１）懸濁物質、有機物の堆積、（２）微生物及び微生物の分泌物（バイオファウリング）、（３）金属の析出（スケール）を挙げている。これらを除去する方法として、次のような前処理方法がある。  
【０００８】
すなわち、（１）懸濁物質、有機物を除去する方法として、凝集、砂ろ過、膜ろ過、粒状活性炭の使用、（２）溶解性有機物を除去する方法として、エアレーションを行う、（３）バイオファウリングを除去する方法として、塩素注入、酸注入、UV照射、オゾン処理を行う、（４）スケールを除去する方法として、ｐＨ調整、スケール防止剤注入を行う、である。又、ほう素の除去方法としては、ｐＨ調整、消石灰、鉄系凝集剤、アルカリ土類金属塩、りん酸塩、硫酸塩添加を行う前処理方法がある。
【０００９】
海水淡水化設備や工場排水などを対象としたRO膜処理プロセスにおいて、上述した方法を組合せた前処理方法が報告されている。
【００１０】
下記特許文献１には、高ｐＨ条件ではＲＯ膜のほう素阻止効率が高いことに着目し、ＲＯ膜の前処理として、アルカリ剤を注入してＲＯ膜のほう素阻止を向上させる方法が開示されている。高pH条件では炭酸塩のスケールが発生しやすいため、イオン交換樹脂によりスケールの要因である被処理水中の二価以上の陽イオンを低減している。
【００１１】
特許文献２には、ＲＯ膜の前処理として、被処理水にアルカリ剤を注入し、さらにオゾン処理を行うことにより、排水中の界面活性剤を酸化分解し、微細物の再繁殖を抑制する方法が開示されている。この場合、炭酸塩のスケールを低減するために、スケール防止剤を注入している。
【００１２】
一方、近年、水処理分野を含め様々な用途へ応用が期待されている技術に、マイクロバブルがある。マイクロバブルは直径が５０μm程度の微細な気泡のことをいう。
【００１３】
非特許文献２によれば、直径が５０μm程度の微細な領域の気泡は、気泡内気体が周囲の液相へ溶解するにしたがって直径が減少するため、表面張力の効果により内部が高圧、高温になり、消滅時にＯＨラジカルなどの酸化力の高いフリーラジカルと圧力波を生じる。又、比表面積が大きく、上昇速度が小さいため、気泡中の気体の溶解速度が高い。
【００１４】
このマイクロバブルを利用した海水淡水化設備の前処理技術が検討されており、特許文献３には、海水を砂ろ過した後、オゾンあるいは空気のマイクロバブルを注入することにより、オゾン或いは発生したラジカルの酸化力により、コロイドなどの微細な有機物を低分子化する、或いはウイルス、微生物などを殺滅して、後段の膜ろ過の目詰まりを抑制する方法が開示されている。又、特許文献４には、半導体工場等の工程排水である被処理水にＣＯ２などのマイクロバブルを注入することにより、低分子量ＴＯＣ成分を微細気泡とともに蒸発させ、微細気泡を曝気処理した後の排水をＵＦ膜又はＭＦ膜で固液分離して被処理水の溶解性有機物を除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平９−２９０２７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０４９４号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５００３号公報
【特許文献４】特開２００９−９５７７４号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「膜の劣化とファウリング対策」、株式会社エヌ・ティー・エス、３２５頁、２００８年
【非特許文献２】「水の特性と新しい利用技術」、株式会社エヌ・ティー・エス、１４２−１４６頁、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に記載の方法は、イオン交換樹脂によりスケールの要因である被処理水中の二価以上の陽イオンを低減しているため、イオン交換膜の再生処理に維持管理費が必要になるという問題がある。
【００１８】
特許文献２に記載の方法では、炭酸塩のスケールを低減するために、スケール防止剤を注入する必要があり、濃縮水のイオン濃度が高まり、薬品費も増加するという問題がある。
【００１９】
特許文献３、特許文献４に記載の方法では、マイクロバブルの注入により、コロイドなどの微細な有機物を低分子化する、或いはウイルス、微生物などを殺滅して、後段の膜ろ過の目詰まりを抑制して、或いは被処理水の溶解性有機物を除去して、ファウリングの低減により電力が低減できるが、ＭＦ膜やＵＦ膜を用いた固液分離が必要であり、アルカリ剤を用いること及びアルカリ剤を添加した後の処理が配慮されておらず、ほう素が低減できないという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ほう素の水質基準を満足し、設備コストおよび運転コストを低減できる淡水化処理設備及び方法を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、水質の信頼性が高く、経済的な淡水化処理設備及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成すべく、本発明に係る淡水化処理設備は、海水や塩類濃度の高い水である原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離することを前提としており、その一つは、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽にマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴としている。
【００２３】
本発明に係る淡水化処理設備の他の一つは、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽に流入する原水にアルカリ剤又はほう素の吸着材を注入する薬品注入装置、前記原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴としている。
【００２４】
本発明に係る淡水化処理設備の別の一つは、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽に流入する原水にほう素の吸着材を注入する薬品注入装置、前記原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴としている。
【００２５】
この場合、好ましくは、前記スカム除去装置により排出される懸濁物から前記吸着材を回収して再生するとともに、該再生された吸着材を再び前記薬品注入装置に供給する再生装置を備える。
【００２６】
本発明に係る淡水化処理設備の他の別の一つは、前記逆浸透膜モジュールの前段に、前記原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置、前記原水処理槽から得られる原水にアルカリ剤を注入する薬品注入装置、及び、前記アルカリ剤が注入された原水から懸濁物やスケールを取り除くためのろ過装置又は浮上分離装置を備えた前処理部が設けられていることを特徴としている。
【００２７】
前記浮上分離装置は、好ましくは、前記アルカリ剤が注入された原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽、該原水処理層に空気のマイクロバブルを注入する微細気泡注入装置、及び、前記マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出するスカム除去装置を備えて構成される。
【００２８】
前記スカム除去装置は、好ましくは、前記懸濁物が越流する堰と前記原水処理槽の壁面を洗浄する洗浄水ノズルとを備えて構成される。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、前記前処理部と前記逆浸透膜モジュールとの間に、活性炭や膜処理によるろ過装置が設けられる。
【００３０】
一方、本発明に係る淡水化処理方法の一つは、海水や塩類濃度の高い水である原水にアルカリ剤又はほう素の吸着材を注入し、該アルカリ剤又はほう素の吸着材を注入した原水を原水処理槽に流入させ、該原水処理槽にオゾンガスのマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離するようにされる。
【００３１】
本発明に係る淡水化処理方法の他の一つは、海水や塩類濃度の高い水である原水にほう素の吸着材を注入し、該吸着材を注入した原水を原水処理槽に流入させ、該原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離するようにされる。
【００３２】
本発明に係る淡水化処理方法の別の一つは、海水や塩類濃度の高い水である原水を原水処理槽に流入させるとともに、該原水処理槽に空気のマイクロバブルを注入し、該マイクロバブルによって水面に浮上し蓄積した金属スケールを含む懸濁物を前記原水処理槽から排出し、前記懸濁物が除去された原水にアルカリ剤を注入した後にろ過装置又は浮上分離装置に流入させて、懸濁物やスケールを取り除き、該懸濁物やスケールが取り除かれた原水を逆浸透膜モジュールにより濃縮水とろ過水に分離するようにされる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ほう素濃度の基準値を満足でき、ＭＦ膜やＵＦ膜、イオン交換樹脂の固液分離器を用いなくても、ＲＯ膜前段の前処理部で膜目詰まりの原因物質を除去でき、ＲＯ膜のろ過流速を増加でき、洗浄頻度を低減できる。その結果、ＲＯ膜に被処理水を注入するポンプの動力を低減でき、洗浄用の薬剤使用量も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る淡水化処理設備の実施例１を示す概略構成図。
【図２】図１に示される微細気泡注入装置等の説明に供される図。
【図３】図２に示される減圧ノズルの概略構成図。
【図４】オゾンの利用効率の説明に供される図。
【図５】実施例１の変形例を示す概略構成図。
【図６】実施例１の変形例を示す概略構成図。
【図７】図５、図６に示される洗浄ノズルの説明に供される図。
【図８】ほう素低減効果の説明に供される図。
【図９】運転コスト低減効果の説明に供される図。
【図１０】設備コスト低減効果の説明に供される図。
【図１１】本発明に係る淡水化処理設備の実施例２を示す概略構成図。
【図１２】本発明に係る淡水化処理設備の実施例３を示す概略構成図。
【図１３】実施例３の変形例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［実施例１］
図１は、本発明に係る淡水化処理設備の実施例１を示す概略構成図である。
図示実施例１の淡水化処理設備１１０は、ＲＯ膜の前処理として、凝集剤注入後にオゾンマイクロバブルを注入するようにしたもので、流路１を流れる原水に供給管４によりアルカリ剤を注入する薬品注入装置３と、アルカリ剤が注入された原水を流入させて一時的に貯留する原水処理槽５と、この原水処理槽５にオゾンマイクロバブル水を注入する微細気泡注入装置６と、微細気泡注入装置６にオゾンガスを供給するオゾナイザ７と、微細気泡注入装置６に同伴水を供給する流路８と、原水処理槽５で発生したオゾンを処理する排オゾン処理装置１６と、原水処理槽５の上部側に設けられた堰１２と、堰１２からスカムを含む原水を排出する流路１３と、原水処理槽５の下部側に設けられ流路１４及びポンプ９を介して接続されたＲＯ膜モジュール１０と、ＲＯ膜モジュール１０に接続されろ過水を流す流路２及び濃縮水を流す流路１１と、を備えて構成される。
【００３６】
ここでは、原水処理槽５に付設された堰１２や流路１３でスカム除去装置が構成され、薬品注入装置３、原水処理槽５、微細気泡注入装置６、オゾナイザ７、排オゾン処理装置１６、スカム除去装置、等で前処理部が構成されている。
【００３７】
前記微細気泡注入装置６は、図２に示される如くに、流路８から供給される同伴水と流路３２を介してオゾナイザ７から供給されるオゾンガスを混合する気体混合器３３と、気体混合器３３に接続され、後述する気液分離器３６で回収される気体を混合する気体混合器３４と、気体混合器３４に接続され、気体混合器３３、３４でオゾンガス及び気体と混合された同伴水を吸入して吐出するポンプ３５と、ポンプ３５の吐出側に接続され、未溶解の気泡を分離する気液分離器３６と、気液分離器３６に接続され、同伴水を減圧する減圧ノズル３７と、減圧ノズル３７に接続された配管と、気液分離器３６に接続され、分離された気泡を滞留させるバッファタンク４０と、バッファタンク４０とオゾン処理槽５を接続する流路４２に設けられた背圧弁４１と、バッファタンク４０と気体混合器３４を接続する流路３８に設けられた減圧弁３９で構成される。
【００３８】
前記減圧弁３９は、一般に、一次側圧力に拘らず二次側圧力を一定に保ちながら排気する弁のことをいう。背圧弁４１は、リリーフ弁とも呼ばれ、一次側圧力が閾値を超えると、あるいは一次側と二次側の差圧が閾値を超えると、二次側に排気する弁のことをいう。
【００３９】
原水処理槽５内は、複数の仕切板５ａによって仕切られ、原水処理槽５に注水された原水がオゾンと接触しながら複数の槽を迂流する構造となっている。
【００４０】
オゾンガスが混合された気液二相流はポンプ３５によって加圧され、オゾンガスの一部が加圧溶解し、残りは粗大な気泡となって気液分離器３６に流入する。気液分離器３６では、加圧溶解しなかった粗大な気泡が、例えば重力分離によって上方に分離され、分離された気体はバッファタンク４０に流入する。
【００４１】
オゾンガスが加圧溶解した水は、減圧ノズル３７を通過する際に減圧されて発泡し、オゾン微細気泡を形成する。このオゾン微細気泡が、原水処理槽５に流入し、原水の消毒，脱臭，脱色など水処理作用を生じる。ここで、気体を混合する水は外部から同伴水として給水し微細気泡を発生させた水を原水処理槽５に直通させているが、原水処理槽５の底部に設けられた流路から供給するようにしてもよい。
【００４２】
一方、バッファタンク４０は、ポンプ３５の吸い込み側に設けられた気体混合器３４と減圧弁３９を介して流路３８で接続されており、バッファタンク４０内の気体の全部あるいは一部が気体混合器３４に戻され、原水にバッファタンク４０で回収したオゾンガスを再注入する構造になっている。ここで、気体混合器３４は、気体混合器３３と同様に流路８を流れる同伴水に気体を混合する機器であり、例えば被処理水の流れる管路に気相配管をＴ形状で合流させるものでも良く、散気管，多孔質体から気相を混合しても良く、エゼクタを用いても良い。気体混合器３３と気体混合器３４は、ポンプ３５の上流の流路に、並列配置してもよく、直列配置してもよい。
【００４３】
回収した気体の再注入は、流路３８を気体混合器３３に連通する流路３２に接続する構成でも可能である。一方で、流路３２のオゾンガスの供給圧力と流路３８の再注入気体の圧力の差によって、オゾンガスの供給流量や再注入気体の流量に変動が生じる可能性がある。従って、本実施例に示すように、流路８を流れる原水に対して、それぞれ独立に気体を混合することが好ましい。
【００４４】
バッファタンク４０は、背圧弁４１を介して流路４２が原水処理槽５に接続されており、背圧弁４１を出たオゾンガスは、原水処理槽５内の原水に散気される。散気された粗大な気泡は溶解効率が低いが、上述した微細気泡と同様に原水の消毒，脱臭，脱色など水処理作用を生じる。流路４２から原水処理槽５への散気には、散気管，多孔質体などを用いて散気気泡径を減じると、被処理水への溶解効率が向上する。
【００４５】
気液分離器３６で気泡を分離する際には、気泡が気液分離器３６に間歇的に流入するため、分離した気体の圧力，流量が変動する。これを直接気体混合器３４に流入させると、流路８を流れる同伴水に対する気体の比である気液比が変動し、ポンプ３５の空走や流動不安定が生じる。
【００４６】
流路３８には減圧弁３９が設けられており、減圧弁３９では二次側圧力が一定になるため、バッファタンク４０のオゾンガスを気体混合器３４に一定圧力で送ることができる。これによって、気体混合器３３、及び気体混合器３４からポンプ３５に流れるガス流量が一定になり、ポンプ３５がガスの巻き込みで空走することなく被処理水の流動が安定する。気液分離器３６で分離された粗大な気泡が一時的に増加しバッファタンク４０内の圧力が過大になった場合には、背圧弁４１によって過剰なオゾンガスが原水処理槽５に散気されるので、バッファタンク４０の圧力が一定に保たれる。
【００４７】
上述したように、本実施例では、気体の回収系を設け、再利用しているので、気液分離器３６で回収した気体を一定の流量で気体混合器３４に送り、ガス再注入流量の変動を防止できる。これによって、気体混合器３３における気液比をポンプ３５が運転可能で高効率が得られる最大値或いは高い範囲に保つことができる。
【００４８】
前記減圧ノズル３７は、図３に示される如くに、ノズル部が多孔板６０で構成され、ハンドル軸６５の回転によって流路制限板６１が上下動し、多孔板６０に設けられた孔６２のうち、開口する孔６２の数を手動で変更できる構造になっている。このように、多孔板６０の孔６２の開口数を調整することによって、減圧ノズル３７の上流側の圧力と流量を変えることができ、オゾンガスの流量の設定値に対応して、微細気泡を生成可能な範囲で、低圧で適正な流量のポンプ３５の運転が可能になる。
【００４９】
また、孔６２の開口数を変えることのできるノズルを採用することにより、孔径を変化させること無くノズル部の圧力損失を調整できるので、微細気泡生成過程におけるポンプ３５の圧力と流量を調整可能である。これによって、生成する微細気泡の径を一定に保つことが可能になり、高い溶解効率を得ることができる。また、気体混合器３３における気液比をポンプ３５が運転可能で高効率が得られる範囲に保つことができる。また、減圧ノズル３７が詰まった際に、開口する孔数を増やすことにより、詰まった孔を別の孔で代替できるので、微細気泡を生成する被処理水の流量を一定に保つことができる。
【００５０】
一方、図４に示される如くに、ポンプ３５での加圧溶解したオゾンガスは、減圧ノズル３７を通過する際に微細気泡になり、加圧溶解しなかった粗大なオゾン気泡は、気液分離器３６で分離されて気体混合器３４に戻され、ポンプ３５の上流側で加圧前の被処理水に再注入される。これによって、ポンプ３５では空走しない範囲で高い気液比でオゾンガスを加圧溶解でき、粗大な気泡が減圧ノズル３７への流入を防止できる。このため、水面から離脱するオゾンガス量を低減することができ、オゾンガスによる水処理効率が向上する。
【００５１】
このように、微細気泡の生成比率を増加させて水面から離脱する排オゾンガス量を減じることができるので、水処理効率が向上してオゾン使用量を低減できる。これによって、液体処理装置の経済性が向上する効果と水処理性能が向上する効果がある。
【００５２】
ここで、以上の説明では、オゾンガスを微細気泡とする場合について説明したが、空気を微細気泡とする場合も同様である。
【００５３】
本実施例の前処理部では、図１に示される如くに、薬品注入装置３から流路４によりアルカリ剤を注入された原水が原水処理槽５に流入する。微細気泡注入装置６では、オゾナイザ７で生成されたオゾンガスと同伴水から、オゾンマイクロバブルを含有したオゾンマイクロバブル水が生成される。原水処理槽５に流入した原水は、オゾンマイクロバブル水と混合され、原水処理槽５を通過する。原水は、流路１４からポンプ９に流入し、ＲＯ膜モジュール１０へ圧送され、流路２を流れるろ過水と、流路１１を流れる濃縮水に分離される。
【００５４】
原水処理槽５では、マイクロバブルの浮上分離効果により、原水に含まれる濁質成分が水面付近に蓄積され、壁面にスカムとして付着する。原水処理槽５の出口付近には堰１２と流路１３が設けられている。堰１２ではスカムを含む原水が越流し、流路１３から系外へ排出される。原水処理槽５の上部から排出される未利用のオゾンガスは，排オゾン処理装置１６で分解され、大気に放出される。
【００５５】
スカムを排出するため、タイマーやセンサーを用いて、設定された時間間隔で堰１２から越流させるようになっている。設定された時間間隔で堰１２から越流させる方法として、原水の流量を設定された時間間隔で増加する、或いは流路１４に流量調整弁を設け、設定された時間間隔で流量調整弁の開度を減少させる方法がある。この他、流量調整弁を用いて、原水を堰１２から一定流量で越流させるようにしてもよい。
【００５６】
図５及び図６は、それぞれ図１に示される淡水化処理設備１１０（実施例１）の変形例を示している。図示変形例の淡水化処理設備１１１、１１２は、それぞれ壁面へのスカム付着、蓄積を防止するため、原水処理槽５内に、壁面に水を流してスカムを洗浄する洗浄水ノズル２４が設けられている。
【００５７】
図５に示される淡水化処理設備１１１では、洗浄水ノズル２４が堰１２の上方に設けられ、この洗浄水ノズル２４に流路２５を通じて洗浄水を供給するようになっている。洗浄水は水道水でもよく、洗浄水の供給元は特に限定されない。
【００５８】
図６に示される淡水化処理設備１１２では、図５に示されるものと同様に洗浄ノズル２４が堰１２の上方に設けられているが、洗浄水の供給元がＲＯ膜モジュール１０となっている。すなわち、ＲＯ膜モジュール１０の濃縮水やろ過水を洗浄水として用いるようになっている。濃縮水を用いる場合は、流路１１内の圧力が高いため、移送動力が不要である。
【００５９】
洗浄水は、図７に示される如くに、堰１２側以外の３方の壁面に流すことにより、水面付近に堰１２側へ向かう流れを作り、壁面から剥離したスカムを水面に浮上したスカムと共に堰１２を越えさせて流路１３に流出させる。この場合は、上述した流量調整弁による原水の流量調整の操作は行わなくてもよい。
【００６０】
前記堰１２と洗浄水ノズル２４を含めてスカム除去部という。このスカム除去部は、スカム除去装置が例えば上下動する可動式に構成してもよい。
【００６１】
次に、上記した本発明の実施例１によるほう素除去効果、コスト低減効果等を、図８、図９、図１０を用いて、従来例と比較して説明する。ここでは、比較対象の従来例として、ＵＦ膜（限外ろ過膜）処理−ＲＯ膜処理（２段）の方式のものを使用した。ほう素は、従来方式ではＲＯ膜２段で除去しているが、本発明実施例１ではスカム除去を行う原水処理槽５等からなる前処理部とＲＯ膜１段で除去している。図８（ａ）（ｂ）に示される如くに、ほう素の規格化値は同等であり、ろ過水の水質は同等である。このときのコストを比較すると、図９、図１０に示される如くに、ＲＯ膜の運転コスト及び設備コストが高いため、本発明実施例１の方が低コストになる可能性が高い。
【００６２】
金属スケールは、原水中の懸濁物に付着してスカムとして排出されるもの以外は、原水処理槽５の内壁、又は流路１４の配管内壁に付着すると考えられる。これらのスケールの蓄積を防止するために、金属のメッシュや金属膜をスケール回収器２３として、原水処理槽５の水中、又は図６に示される如くに、原水処理槽５とポンプ９との間の流路１４に設置してもよい。この場合、スケールが付着しやすいように表面を加工してもよい。
【００６３】
アルカリ剤は、例えば水酸化ナトリウムが用いられる。又、薬品注入装置３でアルカリ剤の他に凝集剤を注入すると、懸濁物や析出したスケールが凝集するため、浮上分離されやすくなり、除去効率を向上できる。凝集剤は、例えば鉄系の凝集剤が用いられる。アルカリ剤を注入することにより、炭酸塩が析出する。又、凝集剤を注入することにより、原水中の懸濁物や析出した炭酸塩が凝集する。続いて微細気泡を注入することにより、これらの懸濁物や析出した塩を浮上分離して除去される。オゾンの微細気泡の場合は、金属の酸化により不溶化する効果や有機物の酸化効果も加わる。
【００６４】
ＲＯ膜モジュールの後段に、消毒のために次亜塩素酸ナトリウムを注入する場合が考えられる。NaClの水溶液を電気分解して、水酸化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムを精製する装置が知られており、本発明実施例１では、高濃度のNaClを含む濃縮水を原料として、pH調整用の水酸化ナトリウムと、消毒用の次亜塩素酸ナトリウムを精製して使用することができる。この場合、電力コストは増加するが、薬品購入コストを低減でき、濃縮水を脱塩処理できるメリットがある。
【００６５】
本発明実施例１によれば、原水にアルカリ剤を注入し、高pH条件にしているので、ＲＯ膜でのほう素阻止率を向上できる。通常、オゾン処理後には膜ろ過や生物活性炭といったろ過設備が設けられることが多く、その場合は、金属スケールはろ過設備の目詰まり要因となり、逆流洗浄・薬品洗浄やろ過設備の交換が必要である。本実施例では、マイクロバブルの浮上分離効果により、金属を含む懸濁物を、ろ過ではなく越流により除去できるため、ろ過設備の洗浄や交換が不要となり、経済性を向上できる。
【００６６】
［実施例２］
図１１は、本発明に係る淡水化処理設備の実施例２を示す概略構成図である。
図示実施例２の淡水化処理設備１２０では、薬品注入装置３から流路１を流れる原水に、ほう素を吸着できる吸着材を注入している（図１に示される実施例１の淡水化処理設備１１０では、流路１を流れる原水にアルカリ剤を注入している）。詳細には、流路１３には洗浄装置２７が接続され、洗浄装置２７は、ポンプ２８を介して薬品注入装置３に接続されている。
【００６７】
本実施例２の前処理部では、原水は、薬品注入装置３から吸着材を注入された後、オゾン処理槽５に流入する。微細気泡注入装置６では、オゾナイザ７で生成したオゾンガスと同伴水８を混合し、オゾンマイクロバブルを含有したオゾンマイクロバブル水が生成される。原水処理槽５に流入した原水は，オゾンマイクロバブル水と混合され、原水処理槽５を通過する。原水は、流路１４からポンプ９に流入し、ＲＯ膜モジュール１０へ圧送され、ろ過水と濃縮水に分離される。
【００６８】
原水処理槽５では、マイクロバブルの浮上分離効果により、原水に含まれる濁質成分と、原水に含まれるほう素や塩類を吸着した吸着剤が水面付近に蓄積し、壁面にスカムとして付着する。原水処理槽５の出口付近には堰１２とスカム排出用の流路１３が設けられている。堰１２ではスカムと吸着剤を含む原水が越流し、流路１３から回収される。回収された吸着剤は再生装置２７でスカムを洗浄除去され、かつ、必要に応じて、吸着したほう素やその他のイオン類が除去されて再生され、再び薬品注入装置３に戻される。吸着材には、イオン交換樹脂やゼオライトが用いられる。吸着材は、マイクロバブルで浮上分離できる寸法、重量に設定されている。
【００６９】
このように、薬品注入装置３から、ほう素を吸着できる吸着材を注入することにより、微細気泡処理装置で浮上分離により吸着材を回収し、再生装置において回収した吸着材から吸着した物質を除去し、再び被処理水へ注入することもできる。
【００７０】
本実施例２では、ほう素や懸濁物は吸着材で除去されるため、必ずしもオゾンを注入する必要はなく、空気のマイクロバブルを用いてもよい。この場合、排オゾン処理装置等も不要である。
【００７１】
本実施例によれば、吸着材でほう素を吸着するため、ほう素の除去が安定し、水質達成の信頼性が向上する。又、ＲＯ膜前段でほう素を除去しているため、ＲＯ膜を２段階にする必要がなく設備コストを低減することができ、経済性を向上できる。
【００７２】
［実施例３］
図１２は、本発明に係る淡水化処理設備の実施例３を示す概略構成図である。
図示実施例３の淡水化処理設備１３０では、実施例１、２では流路１に設置されていた薬品注入装置３が流路１４に設置されるとともに、流路１４にはろ過装置１５が接続されており、オゾンマイクロバブル注入後に、pH調整あるいは凝集剤を注入するようになっている。ろ過装置１５には、ポンプ９を介してＲＯ膜モジュール１０が接続され、ろ過装置１５で分離した懸濁物やスケールを排水として系外へ排出するための流路１８が接続されている。
【００７３】
本実施例３の前処理部では、原水はそのまま原水処理槽５に流入する。微細気泡注入装置６では、オゾナイザ７で生成したオゾンガスと同伴水８を混合して、オゾンマイクロバブルを含有したオゾンマイクロバブル水が生成される。原水処理槽５に流入した原水は、オゾンマイクロバブル水と混合され、原水処理槽５を通過する。原水は、流路１４に流入し、薬品注入装置３からアルカリ剤を注入された後、ろ過装置１５に流入する。その後ポンプ９に流入し、ＲＯ膜モジュール１０へ圧送され、ろ過水と濃縮水に分離される。
【００７４】
原水処理槽５では、マイクロバブルの浮上分離効果により、原水に含まれる濁質成分が水面付近に蓄積し、壁面にスカムとして付着する。原水処理槽５の出口付近には堰１２と流路１３が設けられている。堰１２ではスカムを含む原水が越流し流路１３から排出される。ろ過装置１５では、定期的に逆流洗浄や薬品洗浄を実施し、ろ過装置１５で分離した懸濁物やスケールは、流路１８から排水として系外へ排出される。
【００７５】
原水中の金属イオンは、オゾン処理により不溶化して一部がスカムとともに排出される。その他の内壁に付着しないで流路１４に流出した分は、ろ過装置１５において分離され排出される。
【００７６】
このように、薬品注入装置３は微細気泡処理装置の後段に設けてもよく、この場合、微細気泡処理装置において浮上分離で除去できなかった懸濁物や析出した塩類が、その後段で凝集されて，スケールとともに凝集する。又、微細気泡処理装置と逆浸透膜モジュールの間に、活性炭や膜処理によるろ過設備を設けることにより、浮上分離で除去できなかった塩類などが捕捉され、逆浸透膜へのスケール付着を低減できる。
【００７７】
図１３は、図１２に示される淡水化処理設備１３０（実施例３）の変形例を示している。図示変形例の淡水化処理設備１３１は、ろ過装置１５の代わりに、空気のマイクロバブルを用いた浮上分離装置１９を用いている。この場合、原水は、原水処理槽５の後段で薬品注入装置３よりアルカリ剤や凝集剤を注入された後、浮上分離装置１９に流入し、スカムは流路２０へ流出する。浮上分離装置１９では、微細気泡注入装置２１により空気から生成した空気マイクロバブルが注入される。オゾン、空気いずれの場合でも，エアストリッピング効果により，原水中の揮発性有機物や遊離炭酸を除去でき、炭酸塩のスケールを低減できる。除去対象物質の気相への移動は、気泡の気液界面で生じる。このため、同量の気液比の場合、マイクロバブルを用いると、通常の散気管を用いたエアレーション設備に比べ、気相への移動量が多くなり高い除去効率が得られる。
【００７８】
本実施例３によれば、オゾンにより不溶化した金属がろ過装置で除去されるため、水質達成の安定性が向上する。又、ろ過装置の前に浮上分離で濁質成分が除去されるため、ろ過装置の目詰まりが少なく、ろ過装置の洗浄に要する運転コストを低減できる。又、揮発性有機物および遊離炭酸が除去されるので、ＲＯ膜の有機物や炭酸塩による目詰まりを低減でき、ＲＯ膜の洗浄に要する運転コストを低減できる。
【符号の説明】
【００７９】
１１０、１１１，１１２，１２０、１３０…淡水化処理設備、１、２、８、１１、１３、１４、１８、２０、２２、２５…流路、３…薬品注入装置、４…供給管、５…原水処理槽、６…微細気泡注入装置、７…オゾナイザ、９…ポンプ、１０…ＲＯ膜モジュール、１２…堰、１５…ろ過装置、１６…排オゾン処理装置、１７…吸着材，１９…浮上分離装置、２１…微細気泡注入装置、２３…スケール回収器、２４…洗浄水ノズル。
【図１】
2011088053.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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