(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質工程と、
鉄分改質工程で改質処理された処理水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス；前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、アルカリ金属塩の水溶液を供給して前記陽イオン交換樹脂床を再生する一方で、再生プロセス後の改質プロセスでは、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する、
水処理方法。
【請求項２】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された改質領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量で部分向流再生を行なう、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項６】
全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質装置と、
前記鉄分改質装置で改質処理された処理水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、
前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス；前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床の再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対し、再生液としてアルカリ金属塩の水溶液を供給する再生液供給手段と、
再生プロセス後の改質プロセスにおいて、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する原水供給手段と、を備える、
水処理システム。
【請求項７】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備える、
請求項６に記載の水処理システム。
【請求項９】
前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項８に記載の水処理システム。
【請求項１０】
前記バルブ手段は、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された改質領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量で部分向流再生を行う再生プロセスに切り換え可能に構成された、
請求項６〜９のいずれか一項に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜分離装置を用いた水処理方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水（精製水）が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜を用いた水処理システムでは、原水中に鉄分（典型的には、不溶状態のコロイド状鉄）が含まれると、この鉄分がＲＯ膜の膜面等に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象が発生して、塩除去率及び透過水量が低下する。このため、除鉄装置による前処理を行なうのが一般的である。
【０００４】
例えば、除鉄装置を含む前処理ブロックと、ＲＯ膜装置を含む給水処理ブロックとを、それぞれ独立して制御することにより、種々の運転バリエーションに対応可能な水処理システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１２９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した除鉄装置は、原水に酸化剤を添加して、鉄分を不溶化して除去する設備である。しかし、ＲＯ膜への供給水に酸化剤が残留すると膜自体が劣化するため、除鉄装置の後段に、更に残留酸化剤を除去するための活性炭濾過装置を設ける必要がある。従って、従来の水処理システムでは、供給水に対する前処理が複雑となり、造水のコストが高くなることが避けられなかった。
【０００７】
また、原水に酸を添加して、コロイド状鉄を全てイオン化することにより、ＲＯ膜でのファウリングを抑制することも考えられるが、この処理では、透過水の水質低下を招く虞がある。すなわち、酸の添加は、原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンの遊離炭酸への変化を促進するため、生成した遊離炭酸がＲＯ膜を透過してしまう。
【０００８】
従って、本発明は、前処理として除鉄処理及び酸添加処理することなしに、ＲＯ膜に発生するファウリングを抑制し、長期間に亘って良好な水透過性能を維持することができる水処理方法及び水処理システム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】
本発明は、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質工程と、鉄分改質工程で改質処理された処理水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス；前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスを含んで運転され、再生プロセスでは、アルカリ金属塩の水溶液を供給して前記陽イオン交換樹脂床を再生する一方で、再生プロセス後の改質プロセスでは、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する、水処理方法に関する。
【００１０】
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含むことが好ましい。
また、第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
また、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された改質領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量で部分向流再生を行なうことが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質装置と、前記鉄分改質装置で改質処理された処理水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス；前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床の再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対し、再生液としてアルカリ金属塩の水溶液を供給する再生液供給手段と、再生プロセス後の改質プロセスにおいて、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する原水供給手段と、を備える水処理システムに関する。
【００１２】
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備えることが好ましい。
また、前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
また、前記バルブ手段は、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された改質領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量で部分向流再生を行う再生プロセスに切り換え可能に構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前処理として除鉄処理及び酸添加処理することなしに、ＲＯ膜に発生するファウリングを抑制し、長期間に亘って良好な水透過性能を維持することができる水処理方法及び水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】硬水軟化装置３の概略断面図である。
【図３】制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【図５】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【図６】第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について、図面を参照しながら説明する。水処理システム１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図２は、硬水軟化装置３の概略断面図である。図３は、制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。図４（ａ）〜（ｃ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、鉄分改質装置３と、塩水タンク４と、逆浸透膜分離装置５と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、処理水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５と、濃縮水ラインＬ６と、を備える。
なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１７】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、鉄分改質装置３のプロセス制御バルブ３２（後述）に接続されている。
【００１８】
水処理システム１を用いて精製する原水Ｗ１、すなわち原水ラインＬ１に供給される原水Ｗ１は、不溶状態のコロイド状鉄を夾雑成分として含むものであり、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５のものである。一般に、工業用水、地下水（浅井戸水、深井戸水、湧水又は伏流水等）及び地表水（河川水又は湖沼水等）等の水は、水源に由来のコロイド状鉄を含むことが多く、水処理システム１での処理対象になり得る。また、水道水は、コロイド状鉄を含むことが少ないものの、水道配管の腐食等に起因して鉄分を含む場合には、水処理システム１での処理対象になり得る。
【００１９】
原水Ｗ１のｐＨは、市販のｐＨ電極を用いて測定することができる。また、原水Ｗ１の全鉄濃度は、ＪＩＳ  Ｋ０１０１「工業用水試験法」の鉄の定量に従って測定することができる。更に、原水Ｗ１の鉄微粒子の重量比率は、以下の手法により測定することができる（処理水Ｗ２についても同様）。
（１）孔径０．４５μｍのメンブレンフィルタを用いて、原水Ｗ１のサンプル液を圧力２．１ｋｇ／ｃｍ２（＝０．２０６ＭＰａ）で３０秒間濾過し、濾液を採取する。
（２）サンプル液及び濾液のそれぞれについて、全鉄濃度をＪＩＳ  Ｋ０１０１「工業用水試験法」鉄の定量に従って測定する。
（３）サンプル液の全鉄濃度をＡ［ｍｇＦｅ／Ｌ］、濾液の全鉄濃度をＢ［ｍｇＦｅ／Ｌ］とし、次式によりメンブレンフィルタでの鉄分の捕捉率を求める。
捕捉率［％］＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００
この捕捉率を、「鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率」とする。例えば、サンプル液の全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ、濾液の全鉄濃度が０．０４ｍｇＦｅ／Ｌの場合において、重量比率は、（０．２−０．０４）／０．２×１００＝８０［％］と計算される。
【００２０】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された原水Ｗ１を、鉄分改質装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０（後述）と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。原水ポンプ２は、制御部１０により運転（駆動及び停止）が制御される。
【００２１】
原水ラインＬ１には、原水通水弁（不図示）が設けられている。原水通水弁は、原水ラインＬ１を開閉する。原水通水弁は、弁体の駆動部が不図示の信号線を介して制御部１０と電気的に接続されている。原水通水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。
【００２２】
原水ラインＬ１、原水ポンプ２、不図示の原水通水弁、不図示の原水流量計（又はタイマ）は、水処理システム１における原水供給手段を構成する。
【００２３】
また、原水ラインＬ１、原水ポンプ２及び不図示の原水通水弁は、後述する第２再生プロセスＳＴ５後の改質プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、鉄分改質装置３の陽イオン交換樹脂床３１１（後述）に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する原水供給手段としても機能する。
【００２４】
鉄分改質装置３は、上記の水質を有する原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１（後述）に対して通水し、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が３０％以下に改質された処理水Ｗ２を製造する設備である。すなわち、鉄分改質装置３は、原水Ｗ１に含まれる鉄微粒子を微細化して、粒子径の分布を変化させる目的の設備である。処理水Ｗ２の鉄微粒子の重量比率は、上述の原水Ｗ１の鉄微粒子の重量比率と同様の手法で測定することができる。
【００２５】
鉄分改質装置３は、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床塔としての圧力タンク３１と、バルブ手段としてのプロセス制御バルブ３２と、を主体に構成されている。なお、鉄分改質装置３は、陽イオン交換樹脂床３１１（後述）を有するため、原水Ｗ１が硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウム）や鉄イオンを含む場合には、これらの夾雑成分を除去して、軟水化された処理水Ｗ２を得ることができる。
【００２６】
圧力タンク３１は、上部に開口部を有する有底の筒状体であり、開口部が蓋部材で密閉されている。圧力タンク３１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなる陽イオン交換樹脂床３１１、及び濾過砂利からなる支持床３１２が収容されている。
【００２７】
陽イオン交換樹脂床３１１は、原水Ｗ１に含まれる鉄微粒子を微細化するための処理材として機能する。陽イオン交換樹脂床３１１は、圧力タンク３１の内部において、支持床３１２の上部に積層されている。陽イオン交換樹脂床３１１の深さＤ１は、３００〜１５００ｍｍの範囲に設定されている。
【００２８】
支持床３１２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床３１２は、圧力タンク３１の底部側に収容されている。
【００２９】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン３２１が設けられている。頂部スクリーン３２１は、不図示の第１流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３０】
頂部スクリーン３２１による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン３２１は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部集液部として機能する。
【００３１】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の底部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン３２２が設けられている。底部スクリーン３２２は、不図示の第２流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３２】
底部スクリーン３２２による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部付近に設定される。底部スクリーン３２２は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部集液部として機能する。
【００３３】
圧力タンク３１において、改質領域３１３（後述）より上部であって、陽イオン交換樹脂床３１１の深さ方向の中間部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン３２３が設けられている。中間部スクリーン３２３は、不図示の第３流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３４】
中間部スクリーン３２３による集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部付近に設定される。中間部スクリーン３２３は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。
【００３５】
プロセス制御バルブ３２は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、少なくとも、原水Ｗ１を下降流で通過させて処理水Ｗ２を製造する改質プロセスＳＴ１における原水Ｗ１の流れ；再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部へ配液しながら、底部で集液することにより塩水Ｗ３の下降流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる第１再生プロセスＳＴ３における塩水Ｗ３の流れ；及び、第１再生プロセスＳＴ３後に塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の底部へ配液しながら、中間部で集液することにより塩水Ｗ３の上昇流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の一部を再生する第２再生プロセスＳＴ５における塩水Ｗ３の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００３６】
本実施形態における改質プロセスＳＴ１は、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床３１１で改質処理する鉄分改質工程として実行される。
【００３７】
本実施形態における再生プロセスは、第１再生プロセスＳＴ３、及び第１再生プロセスＳＴ３の終了後に行なわれる第２再生プロセスＳＴ５を含む。第１再生プロセスＳＴ３は、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる並流再生プロセスである。第２再生プロセスＳＴ５は、陽イオン交換樹脂床３１１の一部を再生させる部分向流再生プロセスである。本実施形態における陽イオン交換樹脂床３１１の再生は、二段の再生プロセスにより運転される。詳しくは、並流再生プロセスを第１再生プロセスとして実行し、第１再生プロセス終了後に、部分向流再生プロセスを第２再生プロセスとして実行することにより運転される。
【００３８】
後述する第２再生プロセスＳＴ５では、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床３１１の底部（すなわち、底面）を基点として深さＤ２が１００ｍｍに設定された改質領域３１３（後述）に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。ここで、再生レベルとは、単位容積のイオン交換樹脂の再生に使用される再生剤量をいう。また、再生剤として塩化ナトリウムを用いる場合、１ｅｑは、５８．５ｇに相当する。
【００３９】
改質領域３１３とは、改質プロセスＳＴ１において、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が３０％以下に改質された処理水Ｗ２を確実に製造するために、陽イオン交換樹脂床３１１において十分に再生する必要のある領域である。改質領域３１３の深さは１００ｍｍあればよく、少なくともこの限定された領域を所定の再生レベルで再生することにより、目的とする水質に改質された処理水Ｗ２を安定して得ることができる。なお、原水Ｗ１が硬度成分を含む場合には、改質領域３１３は、処理水Ｗ２の硬度リーク量を極限まで低減させる処理領域としても機能する。
【００４０】
また、プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、第１再生プロセスＳＴ３の後に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部へ配液しながら、底部で集液することにより原水Ｗ１の下降流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す第１押出プロセスＳＴ４における原水Ｗ１の流れ；及び、第２再生プロセスＳＴ５の後に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の底部へ配液しながら、中間部で集液することにより原水Ｗ１の上昇流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す第２押出プロセスＳＴ６における原水Ｗ１の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００４１】
プロセス制御バルブ３２には、排水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。排水ラインＬ４からは、再生プロセスや押出プロセス等において使用された塩水Ｗ３や原水Ｗ１が排水Ｗ４として排出される。
【００４２】
更に、プロセス制御バルブ３２は、内部に備えられた弁体の駆動部が制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。プロセス制御バルブ３２における弁の切り換えは、制御部１０により制御される。
【００４３】
ここで、鉄分改質装置３において実施される各プロセスについて説明する。
本実施形態の水処理システム１において、後述する制御部１０は、プロセス制御バルブ３２の流路を切り換えることにより、図３に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ８の運転を実施する。
（ＳＴ１）原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる改質プロセス（鉄分改質工程）
（ＳＴ２）洗浄水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる第１再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる第１押出プロセス
（ＳＴ５）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の主に改質領域３１３に対して下から上へ通過させる第２再生プロセス
（ＳＴ６）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に改質領域３１３に対して下から上へ通過させる第２押出プロセス
（ＳＴ７）濯ぎ水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（ＳＴ８）補給水としての原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
【００４４】
次に、上記プロセスＳＴ１〜ＳＴ８のうち、主要なプロセスである改質プロセスＳＴ１、第１再生プロセスＳＴ３、及び第２再生プロセスＳＴ５の運転方法について説明する。
【００４５】
改質プロセスＳＴ１では、図４（ａ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、処理水Ｗ２を製造する。製造された処理水Ｗ２は、底部スクリーン３２２から集液される。
【００４６】
後述する第２再生プロセスＳＴ５後の改質プロセスＳＴ１では、原水Ｗ１を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、陽イオン交換樹脂床３１１に対する線速度を５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する。なお、原水Ｗ１等の流体の線速度とは、流体の流量を陽イオン交換樹脂床３１１の横断面積で除したものであり、次式で示される。
線速度［ｍ／ｈ］＝流量［ｍ３／ｈ］÷横断面積［ｍ２］
【００４７】
第１再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、塩水Ｗ３を下降流で通過させて、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する。第１再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させる。陽イオン交換樹脂床３１１を再生した使用済みの塩水Ｗ３は、底部スクリーン３２２から集液される。この第１再生プロセスＳＴ３では、並流再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。
【００４８】
第１再生プロセスＳＴ３の終了後に実施される第１押出プロセスＳＴ４では、図４（ｂ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、陽イオン交換樹脂床３１１に導入された塩水Ｗ３を押し出す。陽イオン交換樹脂床３１１を通過した原水Ｗ１は、底部スクリーン３２２から集液される。
【００４９】
第１再生プロセスＳＴ３及び第１押出プロセスＳＴ４では、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して、並流再生が行われる。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１の全体がほぼ均等に再生されることにより、改質プロセスＳＴ１では、処理水Ｗ２の採水量が最大限にまで高められる。
【００５０】
第２再生プロセスＳＴ５では、図４（ｃ）に示すように、塩水Ｗ３を底部スクリーン３２２から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を上昇流で通過させて、陽イオン交換樹脂床３１１の改質領域３１３を含む下側領域を再生する。陽イオン交換樹脂床３１１の改質領域３１３を含む下側領域を再生した塩水Ｗ３は、中間部スクリーン３２３から集液される。第２再生プロセスＳＴ５では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設定された改質領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。この第２再生プロセスＳＴ５では、部分向流再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の改質領域３１３を含む下側領域を主に再生させる。
【００５１】
第１再生プロセスＳＴ３及び第２再生プロセスＳＴ５を実施することにより、後の改質プロセスＳＴ１において、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水を供給した場合に、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が３０％以下に改質された処理水Ｗ２を確実に、しかも安定して製造することができる。
【００５２】
第２再生プロセスＳＴ５の終了後に実施される第２押出プロセスＳＴ６では、図４（ｃ）に示すように、原水Ｗ１を底部スクリーン３２２から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の主に改質領域３１３に対し、原水Ｗ１を上昇流で通過させて、陽イオン交換樹脂床３１１の改質領域３１３を含む下側領域に導入された塩水Ｗ３を押し出す。改質領域３１３を通過した原水Ｗ１は、中間部スクリーン３２３から集液される。
【００５３】
第２再生プロセスＳＴ５及び第２押出プロセスＳＴ６では、陽イオン交換樹脂床３１１の下部領域に対して、部分向流再生が行われる。そのため、改質領域３１３が重点的に再生されることにより、改質プロセスＳＴ１では、目的とする水質に改質された処理水Ｗ２を安定して得ることができる。
【００５４】
なお、逆洗浄プロセスＳＴ２、リンス・プロセスＳＴ７、及び補水プロセスＳＴ８については、図示による説明を省略する。
【００５５】
再び、図１を参照しながら水処理システム１の構成について説明する。
塩水タンク４は、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する再生液としての塩水Ｗ３を貯留する。塩水Ｗ３は、アルカリ金属塩の水溶液（例えば、塩化ナトリウム水溶液や塩化カリウム水溶液）が使用される。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブ３２と連通し、プロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ３２に組み込まれており、弁体の駆動部が制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、第１再生プロセスＳＴ３及び第２再生プロセスＳＴ５において、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を圧力タンク３１へ送出する。塩水タンク４、不図示の塩水弁、不図示のエゼクタ及び塩水流量計は、本実施形態における再生液供給手段を構成する。
【００５６】
逆浸透膜分離装置５は、鉄分改質装置３により製造された処理水Ｗ２を、逆浸透膜（後述のＲＯ膜モジュール５ｂ）により、溶存塩類等が除去された透過水Ｗ５と、溶存塩類等が濃縮された濃縮水Ｗ６とに膜分離処理する設備である。逆浸透膜分離装置５は、処理水ラインＬ２を介して鉄分改質装置３（プロセス制御バルブ３２）の下流側に接続されている。
【００５７】
逆浸透膜分離装置５は、加圧ポンプ５ａと、逆浸透膜としてのＲＯ膜モジュール５ｂと、を備える。加圧ポンプ５ａは、硬水軟化装置３から送出された処理水Ｗ２を加圧し、ＲＯ膜モジュール５ｂに送出する。ＲＯ膜モジュール５ｂは、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。逆浸透膜分離装置５は、これらＲＯ膜エレメントにより処理水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ５及び濃縮水Ｗ６を製造する。
【００５８】
ＲＯ膜モジュール５ｂの透過水出口には、通水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置５で得られた透過水Ｗ５は、通水ラインＬ５を介して、精製水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール５ｂの濃縮水出口には、濃縮水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置５で得られた濃縮水Ｗ６は、濃縮水ラインＬ６を介して、外部に排出される。なお、膜面での流速を所定範囲に保つため、クロスフロー方式の構成としてもよい。すなわち、濃縮水Ｗ６の一部を逆浸透膜分離装置５の上流側の処理水ラインＬ２に還流させ、その他の濃縮水Ｗ６を外部に排出する構成である。
【００５９】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール５ｂは、特に制限はないが、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有しているものが好ましい。また、この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．３×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となるものが好ましい。このような逆浸透膜には、細孔がルーズな（水透過係数がより大きな）ナノ濾過膜も含まれる。
【００６０】
ここで、操作圧力とは、ＪＩＳ  Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール５ｂの一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。
回収率とは、ＲＯ膜モジュール５ｂへの供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑ１に対する透過水の流量Ｑ２の割合（すなわち、Ｑ２／Ｑ１×１００）をいう。
水透過係数は、透過水量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値であり、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ  Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値であり、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、ＲＯ膜モジュール５ｂへの入口濃度（Ｃ１）及び透過水の濃度（Ｃ２）から、（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００により求められる。
【００６１】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００６２】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の原水流量計、塩水流量計から入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２の動作を制御する。メモリには、本実施形態の鉄分改質装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した改質プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ８を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する。
【００６３】
上記のように構成された水処理システム１において、原水Ｗ１の供給源（不図示）から原水ラインＬ１を介して供給された原水Ｗ１は、原水ポンプ２により鉄分改質装置３のプロセス制御バルブ３２へ送出される。原水Ｗ１は、圧力タンク３１の陽イオン交換樹脂床３１１を通過することにより改質処理され、処理水Ｗ２が製造される。この処理水Ｗ２は、更に処理水ラインＬ２を経て逆浸透膜分離装置５へ送出される。逆浸透膜分離装置５では、処理水Ｗ２がＲＯ膜モジュール５ｂにおいて膜分離処理され、透過水Ｗ５及び濃縮水Ｗ６が製造される。この後、得られた透過水Ｗ５は、通水ラインＬ５を介して、精製水として二次精製装置や需要箇所に送出される。一方、得られた濃縮水Ｗ６は、濃縮水ラインＬ６を介して外部に排出される。
【００６４】
本実施形態の水処理システム１によれば、改質処理において、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ以下、且つ鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が８０％以上、且つｐＨが５．５〜８．５である原水Ｗ１を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、圧力タンク３１の陽イオン交換樹脂床３１１に対して線速度５〜６０ｍ／ｈに設定して通水する。これにより、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率が３０％以下に改質された処理水Ｗ２を製造することができる。
【００６５】
この改質処理では、除鉄処理及び酸添加処理をしないため、製造される処理水Ｗ２における鉄微粒子の濃度は、原水Ｗ１からほとんど変化しない。しかし、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率は３０％以下となる。すなわち、原水Ｗ１に含まれる粒子径の大きな鉄微粒子が微細化され、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ未満の鉄微粒子の重量比率がほぼ７０％以上となる。このように微細化された鉄微粒子を含む処理水Ｗ２をＲＯ膜モジュール５ｂに供給したときには、鉄微粒子がＲＯ膜モジュール５ｂの膜面等に沈着しにくくなり、大半の鉄微粒子が濃縮水Ｗ６中に分散したまま、外部に排出される。このため、ＲＯ膜モジュール５ｂにおけるファウリングの発生が抑制される。従って、長期間に亘って良好な水透過性能を維持することができる。
【００６６】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本実施形態の水処理システム１においては、原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理し、得られた処理水Ｗ２を、ＲＯ膜モジュール５ｂに供給する。これによれば、粒子径の大きな鉄微粒子が微細化されるため、ＲＯ膜モジュール５ｂの膜表面における鉄微粒子の沈着が少なくなり、ＲＯ膜モジュール５ｂにおけるファウリングの発生が抑制される。従って、前処理として除鉄処理及び酸添加処理することなしに、長期間に亘って良好な水透過性能を維持することができる。
【００６７】
また、本実施形態の水処理システム１において、鉄分改質装置３の陽イオン交換樹脂床３１１は、塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部スクリーン３２１へ配液しながら、底部スクリーン３２２で集液することにより塩水Ｗ３の下降流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる第１再生プロセスＳＴ３；及び、第１再生プロセスＳＴ３の後に塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の底部スクリーン３２２へ配液しながら、中間部スクリーン３２３で集液することにより塩水Ｗ３の上昇流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の一部（主に改質領域３１３）を再生する第２再生プロセスＳＴ５を含んで運転される。そのため、処理水Ｗ２の採水量を最大限にまで高めつつ、目的とする水質に改質された処理水Ｗ２を安定して得ることができる。
【００６８】
また、本実施形態の水処理システム１において、第２再生プロセスＳＴ５では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部を基点として深さＤ２（図２参照）が１００ｍｍに設定された改質領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３で部分向流再生を行なう。そのため、目的とする水質に改質された処理水Ｗ２を安定して得ながら、原水Ｗ１が硬度成分を含む場合には、処理水Ｗ２の硬度リーク量を極限まで低減させることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。なお、第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に適用される。
【００７０】
図５に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、鉄分改質装置３と、塩水タンク４と、逆浸透膜分離装置５と、電気脱イオンモジュールとしての電気脱イオン装置６と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、処理水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ７と、濃縮水ラインＬ６，Ｌ８と、を備える。
【００７１】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「濃縮水Ｗ６」を「第１濃縮水Ｗ６」とし、電気脱イオン装置６で得られた濃縮水を「第２濃縮水Ｗ８」とする。
本実施形態では、逆浸透膜分離装置５の下流側に、電気脱イオン装置６を備える点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００７２】
本実施形態において、ＲＯ膜モジュール５ｂ（逆浸透膜分離装置５）の透過水出口には、通水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置６は、逆浸透膜分離装置５の下流側に、通水ラインＬ５を介して接続されている。逆浸透膜分離装置５で得られた透過水Ｗ５は、通水ラインＬ５を介して、電気脱イオン装置６へ送出される。
【００７３】
電気脱イオン装置６は、逆浸透膜分離装置５で得られた透過水Ｗ５を、イオン交換膜（不図示）により脱イオン水Ｗ７と第２濃縮水Ｗ８とに分離する膜分離処理を行なう設備である。具体的には、電気脱イオン装置６は、脱塩室及び濃縮室（いずれも不図示）を備える。脱塩室及び濃縮室は、一対の電極間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜（いずれも不図示）を交互に配列することにより形成される。このうち、脱塩室には、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂が収容されている。なお、脱塩室には、少なくとも陽イオン交換樹脂が収容されていればよい（理由は後述）。
【００７４】
電気脱イオン装置６は、電源回路（不図示）と電気的に接続されている。また、本実施形態の制御部１０は、第１実施形態の機能に加えて、電源回路を介して、電気脱イオン装置６に所定の直流電圧を印加する機能を備える。
【００７５】
電気脱イオン装置６において、一対の電極間に直流電圧が印加されると、イオン交換膜を介したイオンの選択的な移動により、逆浸透膜分離装置５で除去しきれなかった透過水Ｗ５に含まれる残留イオンが、脱塩室で除去される。これにより、脱塩室において、脱イオン水（精製水）Ｗ７が製造される。また、電気脱イオン装置６では、濃縮室において、透過水Ｗ５からイオン濃度が高い第２濃縮水Ｗ８が製造される。
【００７６】
電気脱イオン装置６の脱塩室には、通水ラインＬ７の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置６で製造された脱イオン水Ｗ７は、通水ラインＬ７を介して、精製水として二次精製装置や需要箇所に送出される。一方、電気脱イオン装置６の濃縮室には、濃縮水ラインＬ８の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置６で製造された第２濃縮水Ｗ８は、濃縮水ラインＬ８を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ８は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ８を介して、加圧ポンプ５ａの上流側の処理水ラインＬ２に返送することもできる。
【００７７】
上述した第２実施形態の水処理システム１Ａによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ａでは、逆浸透膜分離装置５の下流側に、更に電気脱イオン装置６を備える。そのため、逆浸透膜分離装置５で除去しきれなかった透過水Ｗ５に含まれるイオンを、電気脱イオン装置６において更に除去することができる。従って、より純度の高い精製水を製造することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、脱イオン処理を実施する装置として、電気脱イオン装置６を備えた構成について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。
イオン交換樹脂混床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合した状態で収容したものである。イオン交換樹脂混床塔においては、透過水Ｗ５に含まれる陽イオン及び陰イオンが同時に除去される。
【００７９】
一方、陽イオン交換樹脂単床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂のみを収容したものである（カチオンポリッシャとも呼ばれる）。本実施形態において、ＲＯ膜モジュール５ｂが負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を備える場合、ＲＯ膜モジュール５ｂでは、陰イオンが除去されやすい一方で、陽イオンが透過しやすい傾向にある（この傾向は、炭酸，ケイ酸（シリカ）、ホウ酸等の弱酸のイオン化を促進するために処理水Ｗ２のｐＨを高くするとより顕著になる）。この場合において、逆浸透膜分離装置５を透過した陽イオンは、下流側に設けられた陽イオン交換樹脂単床塔により除去される。このように、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合には、陰イオン及び陽イオンが段階的に除去される。
なお、上述した電気脱イオン装置６において、脱塩室に陽イオン交換樹脂のみを収容した場合にも、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合と同様に、陰イオン及び陽イオンを段階的に除去することができる。すなわち、電気脱イオン装置６では、逆浸透膜分離装置５を透過した陽イオンが除去される。
【００８０】
以上のように、脱イオン処理を実施する装置として、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成とした場合においても、逆浸透膜分離装置５で除去しきれなかった透過水Ｗ５に含まれるイオンを更に除去することができる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る水処理システム１Ｂについて、図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。なお、第３実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に援用される。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ｂは、原水ポンプ２と、鉄分改質装置３と、塩水タンク４と、第１逆浸透膜分離装置５と、第２逆浸透膜分離装置８と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、処理水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ９と、濃縮水ラインＬ６，Ｌ１０と、を備える。
【００８３】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「逆浸透膜分離装置５」を「第１逆浸透膜分離装置５」とする。本実施形態の第１逆浸透膜分離装置５は、処理水Ｗ２を膜分離処理し、第１透過水Ｗ５及び第１濃縮水Ｗ６を製造する設備である。
本実施形態では、第１実施形態の透過水Ｗ５を「第１透過水Ｗ５」とし、第１実施形態の濃縮水Ｗ６を「第１濃縮水Ｗ６」とする。また、本実施形態では、第２逆浸透膜分離装置８で製造された透過水を「第２透過水Ｗ９」とし、第２逆浸透膜分離装置８で製造された濃縮水を「第２濃縮水Ｗ１０」とする。
【００８４】
本実施形態に係る水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置５の下流側に、第２逆浸透膜分離装置８を備える点が第１実施形態と異なる。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８は、通水ラインＬ５を介して、第１逆浸透膜分離装置５の下流側に接続されている。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態における第２逆浸透膜分離装置８の構成は、第１逆浸透膜分離装置５と同じである。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８の加圧ポンプ８ａは、第１逆浸透膜分離装置５の加圧ポンプ５ａと同じである。また、第２逆浸透膜分離装置８のＲＯ膜モジュール８ｂは、第１逆浸透膜分離装置５のＲＯ膜モジュール５ｂと同じ特性であってもよいし、異なる特性であってもよい。ＲＯ膜モジュール８ｂとしては、例えば、通常の逆浸透膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜を有するＮＦ膜モジュールを用いることもできる。第２逆浸透膜分離装置８は、ＲＯ膜モジュール８ｂにより、第１逆浸透膜分離装置５で製造された第１透過水Ｗ５を膜分離処理し、第２透過水Ｗ９及び第２濃縮水Ｗ１０を製造する。
【００８６】
ＲＯ膜モジュール８ｂの透過水出口には、通水ラインＬ９の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２透過水Ｗ９は、通水ラインＬ９を介して、精製水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８ｂの濃縮水出口には、濃縮水ラインＬ１０の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２濃縮水Ｗ１０は、濃縮水ラインＬ１０を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ１０は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ１０を介して、加圧ポンプ５ａの上流側の処理水ラインＬ２に返送することもできる。
【００８７】
上述した第３実施形態の水処理システム１Ｂによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置５の下流側に、更に第２逆浸透膜分離装置８を備える。そのため、第１逆浸透膜分離装置５で除去しきれなかった第１透過水Ｗ５に含まれるイオンを、第２逆浸透膜分離装置８において更に除去することができる。従って、より純度の高い精製水を製造することができる。
【００８８】
なお、本実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側に、脱イオン処理を実施する装置として、第２実施形態に示した電気脱イオン装置６を更に備えた構成としてもよい。また、電気脱イオン装置６の代わりに、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。このような構成とした場合には、第１逆浸透膜分離装置５及び第２逆浸透膜分離装置８で除去しきれなかった第２透過水Ｗ９に含まれるイオンを更に除去することができる。従って、より一層純度の高い精製水を製造することができる。
【００８９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００９０】
例えば、第１〜第３実施形態において、鉄分改質装置３と逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）５との間にアルカリ剤添加装置（不図示）を設け、逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）５に供給される処理水Ｗ２にアルカリ剤を添加する構成としてもよい。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。鉄分改質装置３で製造された処理水Ｗ２にアルカリ剤を添加してｐＨを８以上に上昇させると、処理水Ｗ２に含まれる遊離炭酸がイオン化し、炭酸水素イオンや炭酸イオンに変化する。このため、下流側に設けられた逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）５において、イオン化した遊離炭酸（炭酸水素イオンや炭酸イオン）を除去することができる。従って、更に純度の高い精製水を製造することができる。
【００９１】
また、処理水Ｗ２にアルカリ剤を添加すると、処理水Ｗ２に含まれるケイ酸（シリカ）の溶解度が上昇するため、シリカ系スケールの発生を抑制することが可能になり、結果として精製水の回収率を向上させることができる。また、処理水Ｗ２にアルカリ剤を添加して、ｐＨを９以上とすることにより、ホウ酸の解離（イオン化）が促進されるため、ホウ酸の除去率を向上させることができる。
【００９２】
また、第３実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側にイオン交換樹脂混床塔を設けた場合には、処理水Ｗ２にアルカリ剤を添加することにより、ケイ酸（シリカ）の解離（イオン化）が促進されることで、イオン交換樹脂混床塔の寿命を延ばすことができる。すなわち、第２透過水Ｗ９中に解離していないケイ酸が残留している場合には、この非イオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂の細孔に物理的に吸着して蓄積していくため、陰イオン交換樹脂の再生利用が困難になる。一方、第２透過水Ｗ９中に解離したケイ酸が残留している場合には、このイオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂でイオン交換によって除去されるため、陰イオン交換樹脂の再生利用が可能になる。このため、後者の場合には、イオン交換樹脂混床塔の負荷が軽減され、その寿命を延ばすことができる。
【００９３】
また、アルカリ剤添加装置を設けた構成については、以下のような実施形態がある。
第３実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８で製造される第２透過水Ｗ９の水質は、ＲＯ膜モジュール８ｂの膜表面のｐＨに依存する。そのため、ＲＯ膜モジュール８ｂの膜表面のｐＨが変動すると、第２逆浸透膜分離装置８で製造される第２透過水Ｗ９の水質も不安定になる。
【００９４】
そこで、第３実施形態において、第２濃縮水Ｗ１０の一部を第１逆浸透膜分離装置５の上流側の処理水ラインＬ２に還流させ、その他の第２濃縮水Ｗ１０を外部に排出する構成とする。そして、ｐＨ検出手段（不図示）を、通水ラインＬ５（第２逆浸透膜分離装置８の入口側）に設ける。ｐＨ検出手段としては、例えば、ｐＨセンサがある。このｐＨセンサは、信号線を介して制御部１０と電気的に接続される。ｐＨセンサで検出された計測値は、制御部１０に送信される。
【００９５】
制御部１０は、ｐＨセンサで検出された計測値に基づいて、アルカリ剤添加装置によるアルカリ剤の添加又は非添加を制御する。具体的には、制御部１０は、ｐＨセンサで検出された計測値に基づいて、第２逆浸透膜分離装置８に送出される第１透過水Ｗ５のｐＨが７〜８となり、且つ第２逆浸透膜分離装置８から排出される第２濃縮水Ｗ１０のｐＨが７〜７．５となるように、アルカリ剤の添加又は非添加を制御する。
【００９６】
本実施形態においては、第１透過水Ｗ５のｐＨを７〜８とすることにより、第１透過水Ｗ５に含まれる遊離炭酸のイオン化を促進することができる。また、第２濃縮水Ｗ１０のｐＨを７〜７．５とすることにより、第２逆浸透膜分離装置８で製造される精製水の純度を向上させることができる。これによれば、ＲＯ膜モジュール８ｂにおける膜表面のｐＨの変動を抑制し、最適なｐＨ領域で膜分離処理を行うことができる。このため、第２逆浸透膜分離装置８で製造される第２透過水Ｗ９の水質をより安定させることができる。また、アルカリ剤の添加量を最適化することができるので、使用するアルカリ剤の使用量を必要最小限に抑えることができる。
【００９７】
また、上記各実施形態においては、並流再生及び部分向流再生からなる二段の再生プロセスを行う鉄分改質装置３について説明したが、これに限定されることなく、スプリット・フロー再生を行う鉄分改質装置を用いてもよい。スプリット・フロー再生とは、再生液を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる再生プロセスである。このスプリット・フロー再生においては、陽イオン交換樹脂床３１１の底部から配液した再生液が中間部で集液されることにより、部分向流再生となる。
【００９８】
また、上記各実施形態において、原水Ｗ１の供給源とは別に、原水ラインＬ１に原水Ｗ１を供給する原水タンクを設け、この原水タンクを含む設備を原水供給手段としてもよい。この場合には、原水タンクに貯留された原水Ｗ１を、洗浄水、押出水、及び濯ぎ水として鉄分改質装置３に供給する。
【実施例】
【００９９】
次に、実施形態の効果について、実施例及び比較例に基づいて、更に詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【０１００】
［試験１］陽イオン交換樹脂床塔による鉄分改質試験
鉄分改質装置の改質効果を確認するために、改質処理していない原水と、改質処理された処理水について、鉄微粒子の重量比率を検証した。
【０１０１】
ここでは、改質プロセスにおいて、全鉄濃度が０．２ｍｇＦｅ／Ｌ、ｐＨ７．２の松山市工業用水を原水とし、床の深さを６００ｍｍに設定した陽イオン交換樹脂床（樹脂量：１１Ｌ−Ｒ）に対して線速度５０ｍ／ｈで通水した。なお、陽イオン交換樹脂床は、予め再生レベルが２ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩化ナトリウム水溶液を用いて再生し、陽イオン交換樹脂床の対イオンをナトリウムに変換した。
【０１０２】
原水及び処理水のそれぞれについて、上述した手法に従って、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率を測定した。原水では、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率は８６％であった。一方、処理水では、鉄微粒子全体に占める０．４５μｍ以上の鉄微粒子の重量比率は５％であった。この結果、改質処理を実施することにより、粒子径の大きな鉄微粒子の微細化が促進されることが確認された。
【０１０３】
［試験２］透水性能試験
実施例
試験１の条件にて鉄分の改質処理を実施した処理水を供給水として、東レ社製「ＳＵＬ−Ｇ１０」エレメント１本を装填した逆浸透膜モジュールに供給し、透過水量２００Ｌ／ｈ、回収率７５％、温度２５℃の条件で運転した。透過水流量は、加圧ポンプの回転数を調節することにより、上記流量に一致させた。また、逆浸透膜モジュールへの通水はクロスフロー方式とし、透過水流量に対して系内の循環流量が５倍となるように、濃縮水の一部を加圧ポンプの１次側へ循環させた。
【０１０４】
比較例
改質処理を実施していない原水を供給水とした点を除き、実施例と同様の条件で供給水を処理した。
【０１０５】
評価
実施例及び比較例のそれぞれにおいて、水処理運転中の逆浸透膜エレメントの有効圧力の変化を経時的に測定した。そして、有効圧力の測定値、透過水流量の設定値、及び逆浸透膜エレメントの有効膜面積から水透過係数を算出し、逆浸透膜モジュールにおける透水性能の指標とした。なお、初期状態の水透過係数は、逆浸透膜エレメントの個体差により多少のばらつきがあるため、水処理運転の開始から１時間経過時点の数値を初期値とした。結果を表１に示す。
【０１０６】
【表１】
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【０１０７】
表１に示す試験結果によれば、改質処理を実施した実施例では、８００時間経過時の水透過係数が初期値を維持しており、鉄微粒子によるファウリングが抑制されていることが分かる。一方、改質処理を実施していない比較例では、８００時間運転後の水透過係数が初期値の８０％まで低下しており、鉄微粒子によるファウリングが進行していることが分かる。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１Ａ，１Ｂ  水処理システム
３  鉄分改質装置
４  塩水タンク
５  逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）
５ｂ  ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜）
６  電気脱イオン装置（電気脱イオンモジュール）
８  第２逆浸透膜分離装置
１０  制御部
３１  圧力タンク（陽イオン交換樹脂床塔）
３２  プロセス制御バルブ（バルブ手段）
３１１  陽イオン交換樹脂床
３１３  改質領域
３２１  頂部スクリーン
３２２  底部スクリーン
３２３  中間部スクリーン
Ｌ１  原水ライン
Ｌ２  処理水ライン
Ｌ３  塩水ライン
Ｌ４  排水ライン
Ｌ５，Ｌ７  通水ライン
Ｌ６，Ｌ８  濃縮水ライン
Ｗ１  原水
Ｗ２  処理水
Ｗ３  塩水（再生液）
Ｗ４  排水
Ｗ５  透過水（第１透過水）
Ｗ６  濃縮水（第１濃縮水）
Ｗ７  脱イオン水
Ｗ８，Ｗ１０  第２濃縮水
Ｗ９  第２透過水
【図１】
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【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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