(57)【要約】【課題】逆浸透膜の濃縮水を安定して電気透析処理することができる逆浸透膜の濃縮水の処理方法を提供する。【解決手段】逆浸透膜の濃縮水を処理する方法において、カチオン交換膜の一部もしくは全てに１価選択性カチオン交換膜を使用して、電気透析により処理することを特徴とする逆浸透膜の濃縮水の処理方法。逆浸透膜の濃縮水中のカルシウム濃度は、好ましくは２ｍＭ以上である。濃縮室への供給水に塩酸、硫酸及び硝酸の少なくとも１種を添加してもよく、スケール抑制剤を添加してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜の濃縮水を電気透析により処理する方法において、カチオン交換膜の一部もしくは全てに１価選択性カチオン交換膜を使用することを特徴とする逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項２】
逆浸透膜の濃縮水中のカルシウム濃度が２ｍＭ以上である請求項１に記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項３】
電気透析の濃縮室における流速を脱塩室における流速よりも高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項４】
濃縮室への供給水に塩酸、硫酸及び硝酸の少なくとも１種を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項５】
濃縮室への供給水にスケール抑制剤を添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項６】
スケール抑制剤が、リン酸基もしくはスルホン酸基を有することを特徴とする請求項５に記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜の濃縮水の処理方法に係り、特に、逆浸透膜を用いた水処理により生じる濃縮水をイオン交換膜を用いて処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜によって河川水、井水、水道水、工業用水、排水回収水等の水を処理して脱塩水と濃縮水とに分離した場合に生じる濃縮水をさらに濃縮したり、濃縮、脱水して固形化したりすることがある。
【０００３】
逆浸透膜の濃縮水を濃縮する技術として、蒸発法、逆浸透膜・ナノ濾過膜法、電気透析法が挙げられる（特許文献１の０００２〜０００６段落）。蒸発法は、相変化を伴うため、エネルギーの消費量が大きくなる。一方、逆浸透膜・ナノ濾過膜法や電気透析法は省エネルギー技術である。
【０００４】
逆浸透膜・ナノ濾過膜法では、カルシウムのような２価のイオンの方がナトリウムのような１価のイオンよりも阻止率が高いため、２価のイオンが濃縮され易い。電気透析法でもカルシウムのような２価のイオンの方がナトリウムのような１価のイオンよりも移動度が大きいため、２価のイオンが濃縮され易い。カルシウムイオンの濃度が高い原水を濃縮するとスケールが生成し、逆浸透膜・ナノ濾過膜や電気透析膜に付着して性能を低下させるという問題が生じる。
【０００５】
濃縮室におけるカルシウムイオン濃度の上昇を抑制するために製塩工程等において電気透析膜として１価選択性カチオン交換膜を用いて海水を処理することが行われている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６２７３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】花田，鍵山，大村，J.ION  Exhanege、Vol.16,No.3,153-156(2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、逆浸透膜の濃縮水を安定して電気透析処理することができる逆浸透膜の濃縮水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の逆浸透膜の濃縮水の処理方法は、逆浸透膜の濃縮水を電気透析により処理する方法において、カチオン交換膜の一部もしくは全てに１価選択性カチオン交換膜を使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様では、逆浸透膜の濃縮水中のカルシウム濃度が２ｍＭ以上である。
【００１１】
本発明の一態様では、電気透析の濃縮室における流速を脱塩室における流速よりも高くする。
【００１２】
本発明の一態様では、濃縮室への供給水に塩酸、硫酸及び硝酸の少なくとも１種を添加する。
【００１３】
本発明の一態様では、濃縮室への供給水にスケール抑制剤を添加する。
【００１４】
本発明の一態様では、スケール抑制剤が、リン酸基もしくはスルホン酸基を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の逆浸透膜の濃縮水の処理方法では、少なくとも一部のカチオン交換膜を１価選択性カチオン交換膜としたので、濃縮室へのカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの多価カチオンの移動が抑制され、濃縮室でのスケール生成が抑制される。これにより、カルシウム等の濃度が高い逆浸透膜濃縮水を安定して電気透析処理することができる。
【００１６】
また、濃縮室におけるカルシウムの濃度分極を抑制し、生成したスケールを流出させるため、濃縮室における流速を高くすることも有効である。さらに、濃縮室においてカルシウム濃度が増加してもスケールの生成を抑制するために、酸の添加、スケール抑制剤の添加も有効である。
【００１７】
本発明によって、逆浸透膜の濃縮水から、さらにイオンを濃縮した部分濃縮水と、排水や他のプロセスに転用が可能な部分脱塩水を安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電気透析装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明では、河川水、井水、水道水、工業用水、排水回収水等を逆浸透膜装置で膜分離処理した際に生じる濃縮水を、１価選択性カチオン交換膜を用いて処理する。この濃縮水は、通常、無機塩分濃度が０．５〜２ｗｔ％程度、カルシウム濃度が２ｍＭ以上例えば２〜２０ｍＭ程度であり、有機物濃度がＴＯＣとして通常５〜１００ｍｇ／Ｌ程度である。
【００２１】
本発明では、この濃縮水を、１価選択性カチオン交換膜を用いて処理する。通常は１価選択性カチオン交換膜を備えた電気透析装置で処理する。図１は、この電気透析装置の好適な一例を示している。この電気透析装置は、陽極と陰極の間に、それぞれ正電極室及びバイポーラ膜ＢＰＭを介して酸室、アニオン交換膜ＡＭ、脱塩室、第１カチオン交換膜ＣＭ、濃縮室、脱塩室、第２カチオン交換膜ＣＭ、アルカリ室、バイポーラ膜ＢＰＭ、負電極室を設けたものである。なお、アニオン交換膜、脱塩室、第１カチオン交換膜、濃縮室が繰り返し単位として複数個（ｎ個）設けられ、第ｎ番目の繰り返し単位の濃縮室がアニオン交換膜、脱塩室及び第２カチオン交換膜を介してアルカリ室に連なるように設けてもよい。
【００２２】
この電気透析装置では、脱塩室内を通過する被処理水中の塩類（ＸＹ）を構成する陰イオンＸ−及び陽イオンＹ＋がそれぞれアニオン交換膜ＡＭ、カチオン交換膜ＣＭを通過して濃縮室内に濃縮されることにより、脱塩室からは塩分が除去された脱塩水が得られ、一方、濃縮室からは、塩分濃縮液が得られる。
【００２３】
本発明では、この電気透析装置において、第１カチオン交換膜（第１ＣＭ）として、１価選択性カチオン交換膜を用いる。これにより、脱塩室内のカチオンのうち１価カチオンが優先的に第１カチオン交換膜（第１ＣＭ）を透過して濃縮室に移動する。このため、濃縮室内の２価カチオン特にカルシウムイオン、マグネシウムイオンの濃度上昇が抑制され、濃縮室でのスケール生成が抑制され、電気透析装置が長期にわたって安定して運転されるようになる。
【００２４】
濃縮室の流速を高くしたり、濃縮室に酸やスケール抑制剤を添加することも、濃縮室でのスケール生成を抑制する上で効果的である。
【００２５】
具体的には、濃縮室の流速を脱塩室の流速の２倍以上、例えば２〜１０倍、特３〜５倍とするのが好適である。酸としては、塩酸、硫酸又は硝酸が好適であり、添加後のｐＨが１〜３程度となるように添加するのが好適である。スケール抑制剤としては、リン酸基又はスルホン酸基を有するものが好適である。
【実施例】
【００２６】
以下、比較例及び実施例について説明する。なお、以下の比較例及び実施例では、逆浸透膜濃縮水として、２．５ｍＭ塩化カルシウム、２．５ｍＭ炭酸水素ナトリウム、２５ｍＭ塩化ナトリウムの水溶液であって、塩酸水溶液と水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ７に調整した模擬逆浸透膜濃縮水を用いた。この模擬逆浸透膜濃縮水の電導度（電気伝導度）は３６０ｍＳ／ｍである。
【００２７】
［比較例１］
図１に示す膜配列構造の電気透析装置を用いて模擬逆浸透膜濃縮水の処理を行った。
【００２８】
具体的には、電気透析装置としては、バイポーラ膜（株式会社アストム製ＢＰ１−Ｅ）、アニオン交換膜（株式会社アストム製ＡＨＡ）、カチオン交換膜（株式会社アストム製ＣＭＸ）、アニオン交換膜（株式会社アストム製ＡＨＡ）、カチオン交換膜（株式会社アストム製ＣＭＸ）、バイポーラ膜（株式会社アストム製ＢＰ１−Ｅ）の順に膜を積層して成る、７室（正極室、酸室、脱塩室、濃縮室、脱塩室、アルカリ室、＋負極室）の電気透析装置を用いた。
【００２９】
この電気透析装置の正、負の各電極室に０．５ＭのＮａＯＨ水溶液を１００ｍＬ／ｍｉｎで通液し、脱塩室、濃縮室には５ｍＬ／ｍｉｎで模擬逆浸透膜濃縮水を通液し、酸室、アルカリ室には５ｍＬ／ｍｉｎで２５ｍＭ塩化ナトリウム水溶液を通液した。
【００３０】
処理は５０Ｖの定電圧運転とし、１時間の処理を行ったところ、最初の１５ｍｉｎまでは脱塩室からの処理液の電導度は１００ｍＳ／ｍ以下であったが、その後は、１００ｍＳ／ｍを超え、２５０ｍＳ／ｍ近くまで上昇した（図２参照）。また、濃縮室には炭酸カルシウムスケールが多く見られた。
【００３１】
［実施例１］
脱塩室と濃縮室の間の第１カチオン交換膜（第１ＣＭ）を１価選択性カチオン交換膜（株式会社アストム製ＣＩＭＳ）としたこと以外は比較例１と同一構造の電気透析装置を用い、比較例１と同一条件にて同一模擬逆浸透膜濃縮水を処理した。
【００３２】
その結果、図２の通り、脱塩室からの処理液の電導度は１００ｍＳ／ｍ以下であった。濃縮室には若干の炭酸カルシウムスケールが見られた。
【００３３】
［実施例２］
実施例１において、濃縮室の入口において１Ｍ塩酸を１００倍希釈されるように添加し、濃縮室における流速を１５ｍＬ／ｍｉｎとしたこと以外は同一条件にて同一模擬逆浸透膜濃縮水を処理した。その結果、脱塩室からの処理液の電導度は、最初の３０ｍｉｍまでは１００ｍＳ／ｍ以下で、その後は１００ｍＳ／ｍから１２５ｍＳ／ｍの間であった（図２参照）。また、濃縮室には炭酸カルシウムのスケールが見られなかった。
【００３４】
以上の比較例及び実施例より、本発明の通り１価選択性カチオン交換膜を用いることで、脱塩室からの処理水質を安定させ、濃縮室における炭酸カルシウムスケールの生成も抑制することができることが認められた。また、濃縮室に酸を添加し、濃縮室における流速を高くすることにより、炭酸カルシウムスケールの生成がさらに抑制されることが認められた。
【図１】
2019098300.tif 000003
【図２】
2019098300.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月8日(2019.1.8)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜の濃縮水を電気透析により処理する方法において、カチオン交換膜の一部もしくは全てに１価選択性カチオン交換膜を使用する逆浸透膜の濃縮水の処理方法であって、
電気透析の濃縮室への供給水にリン酸基もしくはスルホン酸基を有するスケール抑制剤を添加することを特徴とする逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項２】
逆浸透膜の濃縮水中のカルシウム濃度が２ｍＭ以上である請求項１に記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項３】
電気透析の濃縮室における流速を脱塩室における流速よりも高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。
【請求項４】
電気透析の濃縮室への供給水に塩酸、硫酸及び硝酸の少なくとも１種を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の逆浸透膜の濃縮水の処理方法。