(57)【要約】【課題】前処理を実施することなく、地下水を直接逆浸透膜へ供給する透過水の製造方法を提供する。【解決手段】地下水を直接逆浸透膜に供給し、逆浸透膜の濃縮水がｐＨ７．０以下となるように水処理をして得る、透過水の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水を直接逆浸透膜に供給し、逆浸透膜の濃縮水のｐＨが７．０以下となるように水処理をして得る、透過水の製造方法。
【請求項２】
地下水に酸成分を添加することで、前記濃縮水のｐＨを７．０以下とする、請求項１に記載の透過水の製造方法。
【請求項３】
脱炭酸処理工程を更に有する、請求項１または２に記載の透過水の製造方法。
【請求項４】
前記脱炭酸処理工程は、曝気による脱炭酸及び／又は脱気膜による脱炭酸である、請求項３に記載の透過水の製造方法。
【請求項５】
地下水を直接逆浸透膜で処理するための水処理装置であって、地下水に酸成分を添加する酸添加手段と、逆浸透膜と、地下水の少なくとも一部を排水し得る排水手段と、を有する、水処理装置。
【請求項６】
前記水処理装置は、地下水を移送する配管の少なくとも一部が、塩化ビニル管である、請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水処理装置の運転方法であって、
水処理装置を一時停止させた後再稼働する際、地下水を逆浸透膜に移送する配管中に滞留した滞留水を排水するように運転する、水処理装置の運転方法。
【請求項８】
ＦＩ値が３以上、鉄イオン濃度が０．０１ｐｐｍ以上、マンガンイオン濃度が０．０１ｐｐｍ以上、アンモニア性窒素濃度が０．５ｐｐｍ以上および有機物濃度が１０ｐｐｍ以上である被処理水を逆浸透膜に供給し、逆浸透膜の濃縮水のｐＨが７．０以下となるように水処理を行う、透過水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水を、逆浸透膜を用いて処理する水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜は、エネルギー消費量が少ない水処理膜として知られており、様々な分野で使用され、排水、海水、地下水などの処理にも使用されている。
また、従来より、地下水に含まれる溶存鉄、溶存マンガン、炭酸塩、アンモニア性窒素を除去する水処理システムが知られている。
例えば特許文献１には、地下水を化学的手段又は物理的手段により還元状態に調整する還元処理装置と、還元状態に調整された地下水をナノろ過膜又は逆浸透膜により処理し、透過水を製造する膜分離装置とを備えた水処理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８９２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
逆浸透膜を用いる場合、逆浸透膜に導入する被処理水については、被処理水中の不純物等の総量を一定量以下とすることが推奨されている。そのため、逆浸透膜に導入する被処理水は、予め前処理を実施することが通常である。特許文献１では、逆浸透膜へ被処理水を導入する前に、サンドセパレータ、カチオン交換体、紫外線照射、フィルター濾過などの前処理を行っている。
【０００５】
本発明者らが、地下水を処理するに際し、上記特許文献で行われているような前処理を実施せず、地下水を直接逆浸透膜へ導入することを検討したところ、炭酸ガス、アンモニアガス、酸化鉄、酸化マンガン成分の除去が不十分であり、以下の問題が生じることが判明した。
第一に、地下水を化学的手段によりｐＨ７．０以下に調整し、逆浸透膜の被処理水とした場合、被処理水中の遊離炭酸が増加し、これを逆浸透膜で処理すると、炭酸ガスを多く含む透過水が製造される。炭酸ガスを多く含む透過水は、腐食性が高く、逆浸透膜以降の装置等にダメージを与える。
第二に、地下水を物理的手段により還元状態に調整し、逆浸透膜の被処理水とした場合、被処理水中の溶存酸素が除去されるとともに、遊離炭酸も除去されるが、脱炭酸の効果により被処理水のｐＨがアルカリサイドにシフトし、ｐＨ７．０より高くなるに従い、被処理水中のアンモニアガスの割合が、アンモニウムイオンの割合より高い状態となり、これを逆浸透膜で処理すると、アンモニアガスを多く含む透過水が製造される。アンモニアガスを多く含む透過水は、これを飲料水として使用するために添加される次亜塩素酸ソーダの注入量の増加を招く。
第三に、被処理水が逆浸透膜で処理され、炭酸ガスが透過水側に透過することで、濃縮水のｐＨがアルカリサイドにシフトし、ｐＨ７．０より高くなった場合、溶存鉄及び溶存マンガン成分が酸化析出し、逆浸透膜への膜ファウリングを招く。
本発明は、前処理を実施せず、地下水を逆浸透膜へ導入する透過水の製造方法における上記課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、地下水を直接逆浸透膜へ導入する場合における上記課題を解決すべく、
炭酸ガス、アンモニアガス、酸化鉄および酸化マンガン成分の除去について更に検討し、逆浸透膜の濃縮水のｐＨ値が７．０以下になるように水処理を行うことで、課題を解決できることを見出した。
本発明は、以下のものを含む。
［１］地下水を直接逆浸透膜に供給し、逆浸透膜の濃縮水のｐＨが７．０以下となるように水処理をして得る、透過水の製造方法。
［２］地下水に酸成分を添加することで、前記濃縮水のｐＨを７．０以下とする、［１］に記載の透過水の製造方法。
［３］脱炭酸処理工程を更に有する、［１］または［２］に記載の透過水の製造方法。
［４］前記脱炭酸処理工程は、曝気による脱炭酸及び／又は脱気膜による脱炭酸である、［３］に記載の透過水の製造方法。
［５］地下水を直接逆浸透膜で処理するための水処理装置であって、地下水に酸成分を添加する酸添加手段と、逆浸透膜と、地下水の少なくとも一部を排水し得る排水手段と、を有する、水処理装置。
［６］前記水処理装置は、地下水を移送する配管の少なくとも一部が、塩化ビニル管である、［５］に記載の水処理装置。
［７］［５］または［６］に記載の水処理装置の運転方法であって、水処理装置を一時停止させた後再稼働する際、地下水を逆浸透膜に移送する配管中に滞留した滞留水を排水するように運転する、水処理装置の運転方法。
［８］ＦＩ値が３以上、鉄イオン濃度が０．０１ｐｐｍ以上、マンガンイオン濃度が０．０１ｐｐｍ以上、アンモニア性窒素濃度が０．５ｐｐｍ以上および有機物濃度が１０ｐｐｍ以上である被処理水を逆浸透膜に供給し、逆浸透膜の濃縮水のｐＨが７．０以下となるように水処理を行う、透過水の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、透過水への炭酸ガスの透過を抑制するため、逆浸透膜以降の装置等の腐食を抑制できる。また、透過水へのアンモニアガスの透過を抑制するため、後処理で使用する次亜塩素酸ソーダ量を低減することができ、かつ、透過水の品質を維持できる。さらに、濃縮水からの溶存鉄および溶存マンガン成分の酸化析出を抑制するため、逆浸透膜への膜ファウリングが抑制できる。また、水処理装置の一時停止後再稼働する際、装置中に滞留した滞留水を排水するように運転することでも、溶存鉄および溶存マンガン成分の酸化析出を抑制するため、逆浸透膜への膜ファウリングが抑制できる。逆浸透膜への膜ファウリングを抑制することで、装置を長期間運転することが可能となる。これらに加え、地下水を直接逆浸透膜へ導入する場合においては、前処理装置が不要となるため、水処理装置を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態を示す、処理フロー図である。
【図２】実験１の結果を示すグラフである。
【図３】実験２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態を示す、処理フロー図である。当該処理フローが適用される水処理装置１００の一形態では、酸添加手段１、スプレーノズル２、原水槽３、曝気ブロワ４、循環ポンプ５Ａ、供給ポンプ５Ｂ、ｐＨ計６、切替弁７、逆浸透膜８、脱気膜９を含む。これら以外の手段や計測器を含んでもよい。その他の手段としては、透過水を水
道水として使用する場合に必要なアンモニア除去及び／又は滅菌のための次亜塩素酸添加装置などがあげられる。
【００１１】
水処理装置１００は、汲み上げられた地下水１０が、直接逆浸透膜８に供給され得る。
地下水は、地中に存在する水であって、地層中の間隙を満たして存在している水であり、地域により水質が若干異なるものの、地域によって又は国によって特段限定されるものではない。
【００１２】
地下水１０には、様々な物質が含まれる。本実施形態の透過水の製造方法、水処理装置および水処理装置の運転方法は、溶存鉄、溶存マンガン、炭酸塩、アンモニア性窒素および有機物を含有する地下水に好適に使用できる。
溶存鉄を含有する場合には、その濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。下限は特段限定されず、例えば０．０１ｐｐｍ以上であってよく、０．１ｐｐｍ以上であってよく、１ｐｐｍ以上であってよい。
溶存鉄を上記範囲で含有する場合、本実施形態中に含まれる逆浸透膜８による溶存鉄成分の除去が好適に行われる。
溶存マンガンを含有する場合には、その濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。下限は特段限定されず、例えば０．０１ｐｐｍ以上であってよく、０．１ｐｐｍ以上であってよく、１ｐｐｍ以上であってよい。
溶存マンガンを上記範囲で含有する場合、本実施形態中に含まれる逆浸透膜８による溶存マンガン成分の除去が好適に行われる。
炭酸塩を含有する場合には、その濃度が５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１００ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。下限は特段限定されず、例えば１ｐｐｍ以上であってよく、１０ｐｐｍ以上であってよく、５０ｐｐｍ以上であってよい。
炭酸塩を上記範囲で含有する場合、本実施形態中に含まれる脱炭酸処理工程により遊離炭酸の除去が好適に行われる。
アンモニア性窒素を含有する場合には、その濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。下限は特段限定されず、例えば０．５ｐｐｍ以上であってよく、１ｐｐｍ以上であってよく、２ｐｐｍ以上であってよい。
アンモニア性窒素を上記範囲で含有する場合、本実施形態中に含まれる逆浸透膜８によりアンモニアガスの除去が好適に行われる。
有機物を含有する場合には、その濃度が２００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５０ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。下限は特段限定されず、例えば０．３ｐｐｍ以上であってよく、１ｐｐｍ以上であってよく、３ｐｐｍ以上であってよく、１０ｐｐｍ以上であってよい。
有機物を上記範囲で含有する場合、本実施形態中に含まれる逆浸透膜８により有機物の除去が好適に行われる。
その他、地下水は鉱物などに由来する各種ミネラル、例えばカルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオン、硫酸イオン、シリカなどを含んでいてもよい。
また、地下水は、ＦＩ値が６．５以下であることが好ましく、６以下であることが更に好ましく、０以上であることが好ましく、３以上であることが更に好ましい。なお、ＦＩ値とは、逆浸透法において，モジュールへの供給水中の微量な懸濁物質を定量化する指標の値である。
【００１３】
本実施形態では、地下水が直接逆浸透膜に供給される。ここでいう「直接」とは、通常
地下水を逆浸透膜に導入する際に行う前処理、例えば金属除去、有機物除去、滅菌などを目的として行われる処理をすることなく、地下水を逆浸透膜に導入することを意味する。
逆浸透膜を用いる場合、逆浸透膜に導入する被処理水を、被処理水中の不純物等の総量を一定量以下としてから逆浸透膜に導入することが推奨されている。これは、不純物等の総量が低減されないまま逆浸透膜に導入されることで、逆浸透膜に詰まりが生じて透過能が減少する、透過能を維持するため圧力差を大きくすることで逆浸透膜が破損する、などの恐れがあるためである。しかしながら本発明者らは、逆浸透膜の濃縮水のｐＨを一定の値以下に制御し、地下水を連続的に直接逆浸透膜に供給し処理できる結論に至った。
【００１４】
本実施形態における透過水の製造方法は、地下水１０を直接逆浸透膜８に供給し、逆浸透膜の濃縮水１２のｐＨが７．０以下となるように水処理をして得る、透過水１１の製造方法である。
逆浸透膜８は特段限定されず、市販のものを用いることができる。また、通常逆浸透膜と称される膜よりも孔径が若干大きいナノろ過膜（ＮＦ膜ともいう）も、本実施形態において逆浸透膜に含まれる。
【００１５】
地下水１０は、逆浸透膜の濃縮水１２のｐＨが７．０以下となるよう、酸添加手段１により酸成分を添加されてもよい。酸添加手段１は、後述する逆浸透膜８における透過水への、遊離炭酸の透過抑制、および、アンモニアガスの透過抑制、ならびに、逆浸透膜への酸化鉄および酸化マンガンの膜ファウリング抑制の観点から、地下水１０が逆浸透膜８に供給される前段に備えられることが好ましく、地下水１０がスプレーノズル２により原水槽３にスプレー噴霧される前段及び／又は後段に備えられることが好ましい。
【００１６】
酸添加手段１により添加される酸成分としては、地下水１０および濃縮水１２のｐＨを低下させるものであれば特に制限されないが、例えば硫酸、塩酸、硝酸、炭酸等の無機酸、有機酸があげられるが、無機酸が好ましく、硫酸がより好ましい。酸の添加量は地下水１０および濃縮水１２のｐＨの数値により適宜設定することから、ｐＨ計６に示されるｐＨの値を確認しながら酸を添加し、地下水１０および濃縮水１２のｐＨを７．０以下とすることが好ましく、６．５以下とすることがより好ましく、６．０以下とすることがさらに好ましく、５．５以下とすることが最も好ましい。
【００１７】
地下水１０および濃縮水１２のｐＨが７．０以下になると、地下水１０および濃縮水１２中の溶存鉄、溶存マンガン、炭酸塩およびアンモニア性窒素に対し、以下の効果が得られる。
溶存鉄と溶存マンガンは、それぞれ酸化鉄と酸化マンガンとして酸化析出することが抑制され、逆浸透膜８への膜ファウリングが抑制される。また、炭酸塩は、遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオンのうち、遊離炭酸の割合が多い状態となり、後述する脱炭酸処理工程により遊離炭酸が効率的に除去される。さらに、アンモニア性窒素は、アンモニウムイオンとアンモニアガスのうち、アンモニウムイオンの割合が多い状態となり、逆浸透膜８を透過して得られる透過水１１へのアンモニウムイオンの透過が抑制される。
【００１８】
本実施形態における透過水１１の製造方法は、更に脱炭酸処理工程を有してもよい。
脱炭酸処理工程のおける脱炭酸手段は、地下水１０、透過水１１および濃縮水１２中の遊離炭酸を除去することができれば特に制限されないが、例えば、曝気による脱炭酸、減圧による脱炭酸、脱気膜による脱炭酸、またはこれら脱炭酸手段の組み合わせなどがあげられる。
【００１９】
本実施形態の脱炭酸処理工程は、曝気による脱炭酸及び／又は脱気膜による脱炭酸であってもよい。
曝気による脱炭酸は、曝気ブロワ４により、地下水１０に気体を吹き込むことで行われ
る。吹き込まれる気体は、遊離炭酸を地下水１０から除去することができるものであれば特に制限されないが、例えば窒素ガス等の不活性ガスや空気などがあげられる。また、曝気による脱炭酸は、逆浸透膜８の前段に行われるのが好ましく、地下水１０に酸成分が添加された後段に行われるのが好ましい。
一方、脱気膜による脱炭酸は、地下水１０及び／又は透過水１２を移送する配管に設置された脱気膜９により行われる。脱気膜９は、遊離炭酸を地下水１０および透過水１２から除去することができるものであれば特に制限されず、典型的には、中空糸膜が用いられるが、これに限定されない。また、脱気膜による脱炭酸は、逆浸透膜８の前段で行われてもよく、逆浸透膜８の後段で行われてもよく、逆浸透膜８の前段および後段の双方で行われてもよく、地下水１０に酸成分が添加された後段に行われるのが好ましい。
【００２０】
逆浸透膜８に供給される地下水１０及び／又は逆浸透膜８を透過して得られる透過水１２は、上記酸処理および上記脱炭酸工程により、遊離炭酸が効率的に除去されるため、腐食性の高い水になることが抑制される。
【００２１】
本実施形態における水処理装置１００は、地下水の少なくとも一部を排水し得る排水手段を更に有してもよい。
排水手段は、逆浸透膜８の前段に設置されたものであれば特に制限されないが、例えば地下水１０を移送する配管中に設置された切替弁７などがあげられる。
排水手段を設置することで、水処理装置１００を一時停止させた後再稼働する際、地下水１０を原水槽３に移送する配管中に滞留した滞留水中の溶存鉄が酸化析出しても、滞留水を排水する運転方法が可能になるため、逆浸透膜８への膜ファウリングが抑制できる。
【００２２】
本実施形態における水処理装置１００の地下水１０を移送する配管の少なくとも一部は、塩化ビニル管であってもよい。
地下水１０を移送する配管の少なくとも一部が塩化ビニル管にすることで、地下水１０の遊離炭酸による配管の腐食を抑制することができる。
【００２３】
本実施形態における水処理装置１００は、地下水１０を循環させるための循環ポンプ５Ａを有してもよい。循環ポンプ５Ａは逆浸透膜８の前段に設置されていればよく、原水槽３に貯留された地下水１０を循環できるように設置されていることが好ましい。
循環ポンプ５Ａは本実施形態において必須の構成ではないが、逆浸透膜８に供給される地下水１０中の遊離炭酸が多く脱炭酸が不十分な場合に、循環ポンプ５が稼働し、原水槽３の地下水１０を循環させることで、地下水１０に、酸添加手段１による酸処理および曝気ブロワ４による脱炭酸処理を追加的に行う運転方法が可能になるため、有することが好ましい。
【００２４】
本実施形態における水処理装置１００は、地下水１０を逆浸透膜に供給するための供給ポンプ５Ｂを有してもよい。供給ポンプ５Ｂは逆浸透膜８の前段に設置されていればよく、原水槽３に貯留された地下水１０を逆浸透膜に供給できるように設置されていることが好ましい。
供給ポンプ５Ｂは本実施形態において必須の構成ではないが、逆浸透膜８に供給される地下水１０の流量や圧力を一定に保つ運転方法が可能になるため、有することが好ましい。
【００２５】
以下に、逆浸透膜を設けるに際し、諸条件を検討した実験結果を示す。
＜実験１：脱炭酸処理前の地下水のｐＨとアルカリ度除去率の関係＞
脱炭酸処理をする前の地下水のｐＨを変化させ、実験としてはプロセスのマージンを考慮し、ｐＨが変動してもＯＨ−析出しないよう設定するため、地下水のｐＨが６．５になるまで曝気による脱炭酸処理を行い、地下水からのアルカリ度の除去率を測定した結果を
図２に示す。なお、アルカリ度とは水中に含まれる炭酸水素塩、炭酸塩又は水酸化物等のアルカリ分の量をこれに対応する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の濃度で表したものであり、地下水のような自然水の場合、炭酸塩又は炭酸水素塩が主体をなすことが知られている。
図２に示すとおり、アルカリ度の除去率は、脱炭酸処理を行う前の地下水のｐＨが５．５以下であるときに、７５％以上となることが理解できる。したがって、脱炭酸処理前の地下水は、ｐＨを５．５以下とし、地下水のｐＨが７．０になるまで脱炭酸処理を行うことが好ましい。
【００２６】
＜実験２：逆浸透膜に供給する地下水のｐＨと透過水に含まれるアンモニア性窒素濃度の関係＞
アンモニア性窒素濃度４．５ｍｇ／Ｌの地下水のｐＨを変化させ、回収率７０％の条件で逆浸透膜（日東電工製  ＥＳＰＡ２）に供給し、透過水に含まれるアンモニア性窒素濃度を測定した結果を図３に示す。
図３に示すとおり、地下水のｐＨが高くなるにつれ、透過水に含まれるアンモニア性窒素濃度が高くなることが理解できる。したがって、アンモニア性窒素は、地下水のｐＨが７以下であると逆浸透膜による阻止率が上昇し、一方で地下水のｐＨが７．０より高くなるにつれ逆浸透膜による阻止率が低下する。
【符号の説明】
【００２７】
１００  水処理装置
１０    地下水
１１    透過水
１２    濃縮水
１３    排水
１      酸添加手段
２      スプレーノズル
３      原水槽
４      曝気ブロワ
５Ａ    循環ポンプ
５Ｂ    供給ポンプ
６      ｐＨ計
７      切替弁
８      逆浸透膜
９      脱気膜
【図１】
2019107592.tif 000003
【図２】
2019107592.tif 000004
【図３】
2019107592.tif 000005