(57)【要約】【課題】シリカスケールによる逆浸透膜の閉塞を抑制して、長期にわたり安定した運転を可能にする。【解決手段】水処理装置１の運転方法は、被処理水に含まれる懸濁物質を除去する除濁装置１１と、除濁装置１１の下流側に設けられ、除濁装置１１を通過した被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置１２と、除濁装置１１と逆浸透膜装置１２との間に設けられ、逆浸透膜装置１２に供給される被処理水を加圧する加圧ポンプ１４と、を有する水処理装置の運転方法であって、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならないように逆浸透膜装置１２による分離を行い、透過水を処理水タンクに貯留する工程と、逆浸透膜装置１２による分離を停止した後、除濁装置１１を通過した被処理水で逆浸透膜１２装置の一次側をフラッシングする工程と、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に含まれる懸濁物質を除去する除濁装置と、前記除濁装置の下流側に設けられ、前記除濁装置を通過した被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の上流側に設けられ、前記逆浸透膜装置に供給される被処理水を加圧するポンプと、を有する水処理装置の運転方法であって、
前記濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならないように前記逆浸透膜装置による前記分離を行い、前記透過水を処理水タンクに貯留する工程と、
前記逆浸透膜装置による前記分離を停止した後、前記除濁装置を通過した被処理水で前記逆浸透膜装置の一次側をフラッシングする工程と、を含む、水処理装置の運転方法。
【請求項２】
前記逆浸透膜装置が、圧力容器内に収容された単一の逆浸透膜エレメントを有する逆浸透膜モジュールからなる、請求項１に記載の水処理装置の運転方法。
【請求項３】
前記逆浸透膜装置は、補正フラックスが１．４０ｍ／ｄ／ＭＰａ、ａｔ２５℃以上のポリアミド系逆浸透膜を有する、請求項１または２に記載の水処理装置の運転方法。
【請求項４】
前記逆浸透膜装置の一次側をフラッシングしている間、前記除濁装置を通過した被処理水の導電率と前記濃縮水の導電率とを検出する工程と、
前記検出された導電率に基づいて、前記フラッシングを終了するか否かを判定する工程と、をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理装置の運転方法。
【請求項５】
前記除濁装置が、精密ろ過膜を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理装置の運転方法。
【請求項６】
被処理水に含まれる懸濁物質を除去する除濁装置と、
前記除濁装置の下流側に設けられ、前記除濁装置を通過した被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置の上流側に設けられ、前記逆浸透膜装置に供給される被処理水を加圧するポンプと、
請求項１から５のいずれか１項に記載の運転方法を実行する制御装置と、を有する水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置の運転方法および水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水に含まれる不純物を除去する水処理装置として、逆浸透膜（ＲＯ膜）を有するものが知られている。この装置では、所定の供給圧力でＲＯ膜に供給された被処理水（原水）が、ＲＯ膜により透過水と濃縮水とに分離される。これにより、不純物が除去された処理水（透過水）を得ることができる。
【０００３】
ＲＯ膜を有する水処理装置では、長期にわたり安定した運転を行うことが求められており、そのためには、ＲＯ膜の膜面に原水中のシリカが析出してスケールが発生することを抑制することが重要となる。これに対し、従来から、シリカスケールの発生を抑制する方法として、濃縮水のｐＨを６以下に調整することで、濃縮水のシリカ濃度がシリカ溶解度以上であってもシリカの析出を遅らせる方法（例えば、特許文献１参照）や、原水のｐＨを９．５以上に調整することで、シリカ溶解度を上昇させる方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８７６２９号公報
【特許文献２】特許第４４９６７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したいずれの方法においても、透過水のｐＨ調整を行ったり、下流側にさらに別のＲＯ膜を設置したりするなど、追加の対策を行う必要がある。特に中小規模の水処理装置では、設置スペースやコストの点から、そのような追加の対策を行うには限界がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、シリカスケールによる逆浸透膜の閉塞を抑制して、長期にわたり安定した運転を可能にする水処理装置の運転方法および水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明の水処理装置の運転方法は、被処理水に含まれる懸濁物質を除去する除濁装置と、除濁装置の下流側に設けられ、除濁装置を通過した被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、逆浸透膜装置の上流側に設けられ、逆浸透膜装置に供給される被処理水を加圧するポンプと、を有する水処理装置の運転方法であって、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならないように逆浸透膜装置による分離を行い、透過水を処理水タンクに貯留する工程と、逆浸透膜装置による分離を停止した後、除濁装置を通過した被処理水で逆浸透膜装置の一次側をフラッシングする工程と、を含んでいる。
【０００８】
また、本発明の水処理装置は、被処理水に含まれる懸濁物質を除去する除濁装置と、除濁装置の下流側に設けられ、除濁装置を通過した被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、逆浸透膜装置の上流側に設けられ、逆浸透膜装置に供給される被処理水を加圧するポンプと、上記に記載の運転方法を実行する制御装置と、を有している。
【０００９】
このような水処理装置の運転方法および水処理装置によれば、追加の対策を行うための設置スペースを確保したり、余計なコストをかけたりすることなく、シリカスケールの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上、本発明によれば、シリカスケールによる逆浸透膜の閉塞を抑制して、長期にわたり安定した運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施例および比較例におけるフラックス保持率の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。
【００１４】
本実施形態の水処理装置１０は、原水（被処理水）に含まれる不純物を除去して処理水を生成する装置であり、除濁装置１１と、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１２と、処理水タンク１３とを有している。除濁装置１１は、原水に含まれる懸濁物質を捕捉して除去する除濁膜を有している。除濁膜としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）が用いられるが、懸濁物質を除去できるものであればこれに限定されず、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いてもよい。ＲＯ膜装置１２は、除濁装置１１の下流側に設けられ、除濁装置１１で懸濁物質が除去された除濁水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離するものであり、ＲＯ膜を有している。具体的には、ＲＯ膜装置１２は、ＲＯ膜モジュールからなり、円筒状のベッセル（圧力容器）内に収容されたＲＯ膜エレメントを有している。
【００１５】
本実施形態の水処理装置１０は、中小規模の水処理装置としての使用が想定され、設置スペースや原水の給水圧力が制限されることがある。そのため、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜モジュールとしては、単一のベッセル内に単一のＲＯ膜エレメントを収容したものが用いられる。また、ＲＯ膜エレメントのＲＯ膜としては、低い操作圧力で十分な透過水量が得られる極超低圧用のポリアミド系ＲＯ膜が用いられる。具体的には、温度２５℃、濃度５００ｍｇ／Ｌの塩化ナトリウム水溶液を０．７ＭＰａの操作圧力で透過させたときの補正フラックス（補正透過流束）が１．４０ｍ／ｄ／ＭＰａ、ａｔ２５℃以上のポリアミド系ＲＯ膜が用いられる。なお、「補正フラックス（補正透過流束）」とは、ＪＩＳ  Ｋ  ３８０２：２０１５（膜用語）に準拠したものであり、ここでは、単位圧力（１ＭＰａ）および単位膜面積（１ｍ２）当たりの透過水量（ｍ３／ｄ）を水温が２５℃のときの値に換算したものを意味する。このような膜エレメントとしては、例えば、オルガノ株式会社製のＲＯ膜エレメント（品番：ＯＦＲ−６７０）を用いることができる。処理水タンク１３は、ＲＯ膜装置１２で分離されてユースポイントに供給される透過水（処理水）を一時的に貯留するものである。
【００１６】
また、水処理装置１０は、原水や処理水などが流通する複数のラインＬ１〜Ｌ５を有している。すなわち、除濁装置１１に原水を供給する原水ラインＬ１と、除濁装置１１を通過した除濁水をＲＯ膜装置１２に供給する給水ラインＬ２と、ＲＯ膜装置１２からの透過水を流通させて処理水タンク１３に供給する透過水ラインＬ３と、ＲＯ膜装置１２からの濃縮水を流通させて外部に排出する排水ラインＬ４と、処理水タンク１３内の処理水をユースポイントに送水する送水ラインＬ５とを有している。なお、除濁装置１１には、原水ラインＬ１の上流側に設けられた活性炭ろ過器（図示せず）で残留遊離塩素が除去された原水が供給される。
【００１７】
さらに、水処理装置１０は、給水ラインＬ２に設けられた加圧ポンプ１４と、同じく給水ラインＬ２に設けられた給水導電率計１５と、排水ラインＬ４に設けられた濃縮水導電率計１６と、処理水タンク１３に設けられた水位センサ１７とを有している。加圧ポンプ１４は、原水ラインＬ１に設けられた給水ポンプ（図示せず）と共に、ＲＯ膜装置１２に供給される除濁水を加圧する機能を有しており、換言すると、ＲＯ膜装置１２への給水圧力（操作圧力）を調整する圧力調整手段として機能する。給水導電率計１５および濃縮水導電率計１６は、それぞれ給水ラインＬ２を流れる除濁水および排水ラインＬ４を流れる濃縮水の導電率を検出するものであり、後述するフラッシング工程を終了するタイミングを判定するために用いられる。水位センサ１７は、処理水タンク１３内の水位を検出するものであり、後述する採水運転モードを終了および再開するタイミングを判定するために用いられる。また、透過水ラインＬ３と排水ラインＬ４には、それぞれ三方弁Ｖ１および流量調整弁Ｖ２が設けられている。透過水ラインＬ３には、三方弁Ｖ１を介してブローラインＬ６が接続され、三方弁Ｖ１は、ＲＯ膜装置１２からの透過水を処理水タンク１３に供給する第１の位置と、ブローラインＬ６を通じて外部に排出する第２の位置とに切り替え可能である。なお、ＲＯ膜１２として、例えば、上述した極超低圧用のＲＯ膜が用いられる場合には、低い操作圧力でも十分な透過水量が得られるため、加圧ポンプ１４を省略し、給水ポンプのみでＲＯ膜装置１２に供給される除濁水を加圧するようになっていてもよい。
【００１８】
加えて、水処理装置１０は、水処理装置１０の運転を制御する制御装置１８を有している。制御装置１８は、具体的には、水処理装置１０の通常運転時に行われる採水工程から待機工程に移行する際に、ＲＯ膜装置１２の一次側をフラッシングするフラッシング工程を一定時間実行するものである。以下、これら３つの工程について説明する。
【００１９】
採水工程は、水位センサ１７で検出された処理水タンク１３内の水位が所定の下限水位以下になるか、あるいは、ユースポイントからの採水要求があった場合に開始される。採水工程では、加圧ポンプ１４が作動し、三方弁Ｖ１が第１の位置に切り替えられるとともに流量調整弁Ｖ２の開度が調整されることで、ＲＯ膜装置１２による分離が行われ、透過水（処理水）が処理水タンク１３に貯留される。
【００２０】
このとき、ＲＯ膜装置１２による分離は、ＲＯ膜の膜面にシリカが析出してスケールが付着することを抑制するために、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならない条件で行われる。具体的には、予め測定された除濁水のシリカ濃度から、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならないような回収率（透過水の流量と濃縮水の流量との和に対する透過水の流量の割合）が設定され、設定された回収率になるように、排水ラインＬ４を流れる濃縮水の流量が調整される。ここで、濃縮水の流量調整は、排水ラインＬ４に設けられた流量調整弁Ｖ２によって行われ、その設定流量は、回収率の設定値と、ＲＯ膜装置１２の操作圧力の設定値から推定される透過水の流量とに基づいて決定される。なお、中性条件におけるシリカ溶解度Ｓ（ｍｇ／Ｌ）は、水温をＴ（Ｋ）とすると、以下の式（１）で表されることが知られている。
ｌｏｇＳ＝ａ＋ｂＴ−１＋ｃＴ２＋ｄｌｏｇＴ    （１）
ここで、ａ＝−３．６９７、ｂ＝−４８５．２４、ｃ＝−２．２６８×１０−６、ｄ＝３．６０８である。
【００２１】
ところで、本実施形態では、除濁装置１１で懸濁物質が除去された除濁水が加圧ポンプ１４により十分な膜面線速度でＲＯ膜装置１２に供給され、ＲＯ膜装置１２では、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならない条件で採水工程が行われる。したがって、本来であれば、ＲＯ膜の膜面にシリカスケールが発生するはずはなく、運転時間が長期にわたっても安定した運転が可能になるはずである。しかしながら、実際には、本発明者らの検証により、採水工程を停止した後の待機工程の間にＲＯ膜の膜間差圧（膜の一次側と二次側の圧力差）が上昇することがあり、その結果、後述する比較例に示すように、フラックス保持率が運転時間と共に低下することがあることが確認されている。このことは、極超低圧用のＲＯ膜が用いられるためであると考えられるが、本実施形態では、そのような膜間差圧の上昇を抑制するために、上述した採水工程を停止した直後、待機工程が開始されるまでの間、フラッシング工程が実施される。なお、採水工程は、水位センサ１７で検出された処理水タンク１３内の水位が所定の上限水位以上になるか、あるいは、ユースポイントからの採水要求がなくなった場合に停止される。
【００２２】
フラッシング工程では、加圧ポンプ１４が作動した状態で、三方弁Ｖ１が第２の位置に切り替えられるとともに流量調整弁Ｖ２が全開にされることで、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜の一次側に供給された除濁水は、ＲＯ膜を通過することなく、排水ラインＬ４から外部に排出される。こうして、ＲＯ膜装置１２による分離を停止して採水工程を停止した直後に、除濁水でＲＯ膜装置１２の一次側をフラッシングすることで、後述する実施例で示すように、運転時間と共にフラックス保持率が低下することを抑制することができる。
【００２３】
フラッシング工程が一定時間行われた後、加圧ポンプ１４が停止されてフラッシング工程が終了し、待機工程が開始される。待機工程は、水位センサ１７で検出された処理水タンク１３内の水位が所定の下限水位以下になるまで、あるいは、ユースポイントからの採水要求があるまで実施される。そして、待機工程が終了すると、加圧ポンプ１４が作動するとともに流量調整弁Ｖ２の開度が調整されることで、待機工程の間にＲＯ膜の二次側に滞留した水がブローラインＬ６を通じて外部に排出される。その後、三方弁Ｖ１が第１の位置に切り替えられることで、透過水が処理水タンク１３に貯留される採水工程が再開される。
【００２４】
フラッシング工程を実施する時間は、特に限定されず、典型的には２分〜１２時間であるが、運転コスト削減の観点からは、できるだけ短時間であることが好ましい。そこで、フラッシング工程の間、除濁水の導電率とフラッシング排水の導電率を検出し、これら検出された導電率に基づいて、フラッシング工程を終了するか否かを判定してもよい。具体的には、給水導電率計１５による検出値と濃縮水導電率計１６による検出値とを比較し、例えば、後者（フラッシング排水の導電率）が前者（除濁水の導電率）の±５％の範囲に入った時点でフラッシング工程を終了してもよい。なお、導電率計１５，１６の代わりに比抵抗計を設置し、検出された比抵抗に基づいて、同様の判定を行ってもよい。
【００２５】
本実施形態では、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜モジュールとして、単一のベッセル内に単一のＲＯ膜エレメントを収容したものが用いられるが、ＲＯ膜装置１２全体でのＲＯ膜エレメントの数は１つに限定されず、複数であってもよい。すなわち、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜モジュールとしては、単一のベッセル内に複数のＲＯ膜エレメントを収容したものであってもよい。また、ＲＯ膜装置１２は、複数のベッセルからなるＲＯ膜モジュールユニットであってもよく、各ベッセル内には、単一のＲＯ膜エレメントが収容されていても、複数のＲＯ膜エレメントが収容されていてもよい。ただし、本実施形態のフラッシング工程は、ＲＯ膜装置１２全体として複数のＲＯ膜エレメントを有する場合に比べて、エレメント１本当たりの回収率が高くなりやすい単一のＲＯ膜エレメントを有する場合により効果的である。
【００２６】
また、本実施形態では、ＲＯ膜の膜面にシリカやカルシウムなどのスケール成分が析出することをより確実に抑制するために、原水または除濁水に対して、スケール防止剤を薬注ポンプによって添加するようになっていてもよい。スケール防止剤の種類としては、特定ものに限定されず、例えば、例えば、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ニトリロトリメチルホスホン酸などのホスホン酸とその塩類などのホスホン酸系化合物；正リン酸塩、重合リン酸塩などのリン酸系化合物；ポリマレイン酸、マレイン酸共重合物などのマレイン酸系化合物；アクリル酸系ポリマーなどが挙げられ、アクリル酸系ポリマーとしては、ポリ（メタ）アクリル酸、マレイン酸／（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸／スルホン酸、（メタ）アクリル酸／ノニオン基含有モノマーなどのコポリマーや、（メタ）アクリル酸／スルホン酸／ノニオン基含有モノマー、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド−アルキルスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド−アリールスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーなどが挙げられる。ターポリマーを構成する（メタ）アクリル酸としては、例えば、メタアクリル酸およびアクリル酸と、それらのナトリウム塩などの（メタ）アクリル酸塩などが挙げられる。ターポリマーを構成するアクリルアミド−アルキルスルホン酸としては、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸とその塩などが挙げられる。また、ターポリマーを構成する置換（メタ）アクリルアミドとしては、例えば、ｔ−ブチルアクリルアミド、ｔ−オクチルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミドなどが挙げられる。
【００２７】
これらの中でも、ホスホン酸系化合物とアクリル酸系ポリマーのうち少なくとも１種類を含むものを用いることが好ましい。また、カルシウムとシリカに由来するスケールを同時に抑制するためには、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸と、アクリル酸と（メタ）アクリル酸／２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーとの混合物とからなるスケール防止剤を用いることが特に好ましい。
【００２８】
なお、ＲＯ膜用の市販のスケール防止剤としては、オルガノ株式会社製の「オルパージョン」シリーズ、ＢＷＡ  Ｗａｔｅｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ社製の「Ｆｌｏｃｏｎ（登録商標）」シリーズ、Ｎａｌｃｏ社製の「ＰｅｒｍａＴｒｅａｔ（登録商標）」シリーズ、ゼネラル・エレクトリック社製の「Ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ（登録商標）」シリーズ、栗田工業株式会社製の「クリバーター（登録商標）」シリーズなどが挙げられる。
【００２９】
（実施例）
次に、具体的な実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。
【００３０】
本実施例では、図１に示す水処理装置を用いて、採水工程から待機工程に移行する際に２分間のフラッシング工程を実施しながら、採水工程と待機工程の繰り返し運転を１００日間行い、１０時間ごとに上述の補正フラックスを測定した。原水として地下水を用い、その水温は１７℃、シリカ濃度は４９ｍｇ／Ｌであった。また、ＲＯ膜装置のＲＯ膜エレメントとして、測定開始前の補正フラックスが１．４６ｍ／ｄ／ＭＰａ、ａｔ２５℃であったオルガノ株式会社製のＲＯ膜エレメント（品番：ＯＦＲ−６７０）を用い、ＲＯ膜装置の操作圧力を０．７５ＭＰａとし、回収率を４０％とした。したがって、上記式（１）から、濃縮水のシリカ溶解度は９９ｍｇ／Ｌであった。また、スケール防止剤として、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸と、アクリル酸と（メタ）アクリル酸／２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーとの混合物とからなるものを用いた。そして、そのようなスケール防止剤を、濃縮水中の濃度が３０ｍｇ／Ｌになるように除濁水に添加した。なお、待機工程から採水工程に移行する際には、３分間のブロー工程（待機工程の間にＲＯ膜の二次側に滞留した水を外部に排出する工程）を実施した。採水工程の一日あたりの合計実施時間は、約６〜１２時間であった。
【００３１】
また、比較例として、採水工程から待機工程に移行する際にフラッシング工程を実施しないことを除いて、実施例と同様の条件で測定を行った。
【００３２】
図２は、実施例および比較例における測定結果を示すグラフである。なお、グラフの縦軸に示すフラックス保持率は、運転開始時の補正フラックスを１００％としたときの相対値である。
【００３３】
図２から明らかなように、比較例では、濃縮水のシリカ濃度が予め測定された水温でのシリカ溶解度以上にならない条件で採水工程を行ったにもかかわらず、運転時間と共にフラックス保持率が徐々に低下していることが確認された。比較例で用いられた極超低圧用のＲＯ膜は、膜面流速に対して透過水量が多くなる分、膜面近傍での濃縮度が高くなる傾向があるが、比較例におけるフラックス保持率の低下はこのためであり、ＲＯ膜の膜面にシリカが析出し、それによりＲＯ膜の膜面が閉塞したためであると考えられる。
【００３４】
一方で、実施例では、比較例と同様に極超低圧用のＲＯ膜が用いられているにもかかわらず、フラックス保持率の大幅な低下は見られず、安定した運転が継続可能であることが確認された。これは、採水工程を停止する度に除濁水でＲＯ膜の一次側をフラッシングしたことにより、ＲＯ膜の膜面近傍での濃縮度の高まりが緩和され、シリカスケールの発生による膜面の閉塞が抑制されたためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３５】
１  水処理装置
１１  除濁装置
１２  逆浸透膜（ＲＯ膜）装置
１３  処理水タンク
１４  加圧ポンプ
１５，１６  導電率計
１７  水位センサ
Ｌ１  原水ライン
Ｌ２  給水ライン
Ｌ３  透過水ライン
Ｌ４  排水ライン
Ｌ５  送水ライン
Ｖ１  三方弁
Ｖ２  流量調整弁
【図１】
2022001345.tif 000003
【図２】
2022001345.tif 000004