(57)【要約】【課題】逆浸透膜装置の起動時におけるイオン状シリカの過飽和状態を防止し、シリカの析出を抑制するシリカ析出抑制方法を提供すること。【解決手段】イオン状シリカを含有する供給水を、逆浸透膜装置を用いて透過水と所定濃縮倍率の濃縮水とに分離する工程を備える水処理方法において、逆浸透膜装置の起動時から所定時間、供給水にコロイダルシリカが薬注される第１薬注ステップと、所定時間経過後、供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される第２薬注ステップと、を備える、シリカ析出抑制方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン状シリカを含有する供給水を、逆浸透膜装置を用いて透過水と所定濃縮倍率の濃縮水とに分離する工程を備える水処理方法において、
前記逆浸透膜装置の起動時から所定時間、供給水にコロイダルシリカが薬注される第１薬注ステップと、
前記所定時間経過後、供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される第２薬注ステップと、を備える、シリカ析出抑制方法。
【請求項２】
前記第１薬注ステップにおいては、供給水におけるコロイダルシリカ濃度が、定常運転時の濃縮水におけるコロイダルシリカ濃度以上となるように、供給水にコロイダルシリカが薬注される、請求項１に記載のシリカ析出抑制方法。
【請求項３】
前記第１薬注ステップは、濃縮水の濃縮倍率が定常運転時に到達する濃縮倍率の少なくとも９０％となるまで継続する、請求項１又は２に記載のシリカ析出抑制方法。
【請求項４】
前記コロイダルシリカの平均粒径が３０ｎｍ未満である、請求項１〜３いずれかに記載のシリカ析出抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン状シリカを含有する水からシリカの析出を抑制するシリカ析出抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン状シリカを含有する水道水や工業用水等をボイラ給水やクーリングタワー等の循環冷却水として用いる場合において、シリカのスケーリングによる装置の機能低下を防止する逆浸透膜装置（以下、「ＲＯ装置」という）を用いた技術が知られている。ＲＯ装置は、逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」という）により溶存塩類及びイオン状シリカ等の夾雑成分を含有する水（供給水）を、イオン状シリカ等が除去された透過水とイオン状シリカ等が濃縮された濃縮水とに分離する装置であり、イオン状シリカ等が除去された透過水を用いることでシリカのスケーリングが抑制される。
【０００３】
このようにＲＯ装置を用いて水処理を行う場合、濃縮水中のイオン状シリカ濃度が溶解度を超え、過飽和状態になるとＲＯ膜面へのシリカのスケールの生成やファウリングの発生が誘発され、ＲＯ装置の透水能力が低下する問題がある。このような問題に対し、供給水に対する透過水の割合、即ち回収率を低下させ、濃縮水中のイオン状シリカ濃度を低下させる制御が行われているが、回収率を低下させることは排水量が増えることを意味するため不経済である。
【０００４】
そこで、ＲＯ装置の濃縮水をｐＨ６以下に制御すると共にスケール分散剤等を添加してシリカの析出を抑制する方法が提案されている（例えば、後述の特許文献１参照）。この方法によれば、ＲＯ装置において回収率を高め、イオン状シリカが過飽和状態となった場合であってもシリカスケールの生成が抑制され、ＲＯ装置の安定した運転が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７５２７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、濃縮水のｐＨを６以下にすると、濃縮水中の炭酸イオン（ＣＯ３２−）や重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）がそれぞれ遊離炭酸（Ｈ２ＣＯ３）や溶解二酸化炭素（ＣＯ２．ａｑ）に変換され、ＲＯ膜を透過して透過水の水質を悪化させる問題がある。また、ｐＨの監視が必要となるため不経済となる。
【０００７】
そこで、濃縮水にコロイダルシリカを添加する方法が考えられる。この方法によれば、濃縮水中のコロイダルシリカを核としてイオン状シリカの過飽和部分を重合反応させることで、イオン状シリカの過飽和状態を抑制することができる。また、このようなコロイダルシリカはスケールやファウリングの原因物質となりにくい。
【０００８】
ところで、このような濃縮水にコロイダルシリカを添加する方法を用いた場合において、コロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度はこれらの物質の濃度に依存して高くなるが、ＲＯ装置の起動時においては濃縮水中のイオン状シリカの濃度が低いため、十分な反応速度を確保できない。その結果、ＲＯ装置の起動時において濃縮水に一時的にイオン状シリカの大過飽和状態が生じ、シリカのＲＯ膜面への析出によるファウリングが発生し透水能力が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、逆浸透膜装置の起動時におけるイオン状シリカの過飽和状態を防止し、シリカの析出を抑制するシリカ析出抑制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】
【００１０】
本発明は、イオン状シリカを含有する供給水を、逆浸透膜装置を用いて透過水と所定濃縮倍率の濃縮水とに分離する工程を備える水処理方法において、前記逆浸透膜装置の起動時から所定時間、供給水にコロイダルシリカを薬注する第１薬注ステップと、前記所定時間経過後、供給水にコロイダルシリカを第１薬注ステップよりも少ない量で薬注する第２薬注ステップと、を備える、シリカ析出抑制方法に関する。
【００１１】
また、本発明における前記第１薬注ステップにおいては、供給水におけるコロイダルシリカ濃度が、定常運転時の濃縮水におけるコロイダルシリカ濃度以上となるように、供給水にコロイダルシリカが薬注されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明における前記第１薬注ステップは、濃縮水の濃縮倍率が定常運転時に到達する濃縮倍率の少なくとも９０％となるまで継続することが好ましい。
【００１３】
また、本発明において、前記コロイダルシリカの平均粒径が３０ｎｍ未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、逆浸透膜装置の起動時におけるイオン状シリカの過飽和状態を防止し、シリカの析出を抑制するシリカ析出抑制方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るシリカ析出抑制方法が適用可能な水処理装置の全体概略図である。
【図２】従来のシリカ析出抑制方法における、濃縮水中のイオン状シリカ濃度の経時変化を模式的に示したグラフである。
【図３】本実施形態のシリカ析出抑制方法における、濃縮水中のイオン状シリカ濃度の経時変化を模式的に示したグラフである。
【図４】実験例１の結果を示すグラフである。
【図５】実験例２の結果を示すグラフである。
【図６】実験例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態に係るシリカ析出抑制方法は、イオン状シリカを含有する水道水や工業用水をボイラやクーリングタワーに用いる際、イオン状シリカを除去するために用いられるＲＯ装置において、ＲＯ膜面へのシリカの析出を抑制するために用いられる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシリカ析出抑制方法が適用可能な水処理装置１の全体概略図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、ＲＯ装置２０と、薬注装置３０と、を備える。
【００１８】
また、図１に示すように、水処理装置１は、流体の流通が可能な送水経路１０と、処理水路２２０と、排水路２３０と、循環経路２３１と、を備える。
【００１９】
送水経路１０は、供給水が流通する経路であり、水処理装置１に供給される供給水の供給源（図示せず）と、ＲＯ装置２０とを繋ぐ経路である。送水経路１０の上流側の端部は供給水の供給源（図示せず）に接続され、下流側の端部はＲＯ装置２０に接続されている。また、送水経路１０には後述の循環経路２３１が接続されている。
送水経路１０を流通する供給水は、イオン状シリカを含有する。供給水中のイオン状シリカの含有量は、取水源等によって異なる。また供給水は、軟化処理や活性炭処理等の前処理が施されたものであってもよい。前処理によって供給水中の多価の陽イオンや夾雑物が低減されている場合、後述するコロイダルシリカの分散性が高まり、シリカ析出抑制効果が向上する。
【００２０】
ＲＯ装置２０は、ＲＯ装置２０に供給される供給水中に含まれる溶存塩類及びイオン状シリカ等の夾雑成分を、ＲＯ膜によりイオン状シリカ等が除去された透過水とイオン状シリカ等が濃縮された濃縮水とに分離する装置である。ＲＯ装置２０の上流側は送水経路１０に接続され、下流側は透過水が流通する処理水路２２０及び濃縮水が流通する排水路２３０に接続されている。ＲＯ装置２０は、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」という）２１１と、ポンプ２１２と、を備える。
【００２１】
ＲＯ膜モジュール２１１は、単一又は複数の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備える。逆浸透膜エレメントを形成するＲＯ膜としては、例えば架橋芳香族ポリアミド系複合膜等が挙げられる。ＲＯ膜は通常、孔径０．５ｎｍ程度の微孔を全面に有し、分子量が数十程度の物質を濾別可能である。即ち、ＲＯ膜は供給水に含まれるイオン状シリカ等の夾雑成分がＲＯ膜を透過することを阻止する。
【００２２】
ポンプ２１２は、送水経路１０から供給される供給水を加圧してＲＯ膜モジュール２１１に供給する。ポンプ２１２の上流側は送水経路１０に接続され、下流側はＲＯ膜モジュール２１１に接続されている。送水経路１０から供給される供給水は、ポンプ２１２によりＲＯ膜における浸透圧以上に加圧されてＲＯ膜モジュール２１１に供給される。
【００２３】
処理水路２２０は、ＲＯ装置２０により分離された透過水が流通する水路である。処理水路２２０の上流側端部はＲＯ装置２０に接続されており、下流側端部は透過水の供給部（図示せず）に接続されている。
【００２４】
排水路２３０は、ＲＯ装置２０により分離された濃縮水が流通する水路である。排水路２３０の上流側端部はＲＯ装置２０に接続されており、下流側端部は濃縮水の排出部（図示せず）に接続されている。また、排水路２３０からは後述の循環経路２３１が分岐する。更に、排水路２３０には排水制御弁２３２が設けられている。排水制御弁２３２の開度を制御することで、排水路２３０を通じて廃棄される濃縮水の流量が調節される。
【００２５】
循環経路２３１は、ＲＯ装置２０により分離された濃縮水の一部を送水経路１０に返送する経路である。循環経路２３１の上流側の端部は、排水路２３０に接続され、下流側の端部は送水経路１０に接続されている。また、循環経路２３１には調整弁２３３が設けられている。調整弁２３３の開度を制御することで、循環経路２３１を流通する濃縮水の流量が調節され、また、ＲＯモジュール２１１内の圧力が調節される。
【００２６】
薬注装置３０は、ＲＯ装置２０に供給される供給水にコロイダルシリカを薬注する装置である。
コロイダルシリカは、シリカ（ＳｉＯ２）粒子を水中に分散状態で含む分散液であり、本実施形態においては濃縮水中で過飽和となったイオン状シリカを重合反応により吸着して、濃縮水のイオン状シリカの過飽和状態を抑制する機能を有する。コロイダルシリカはその平均粒径がＲＯ膜の孔径より十分大きく、またＲＯ膜上を流れる流水のせん断力を受けやすいことからスケールやファウリングの原因物質となりにくい。
【００２７】
コロイダルシリカの平均粒径は、イオン状シリカの吸着効率が増大することから３０ｎｍ未満であることが好ましく、１５ｎｍ未満であることがより好ましく、４〜６ｎｍであることが更に好ましい。コロイダルシリカの粒径を小さくするほどイオン状シリカの吸着効率が増大する理由としては、比表面積の増大によりイオン状シリカの吸着量が増大することが考えられる。なお、ここでいう「平均粒径」とは、原則としてＢＥＴ法又はＮａＯＨ滴定方法により測定した数値をいう。但し、平均粒径１０ｎｍ以下の数値に関しては、測定精度の点からシアーズ法による測定値を参照することが好ましい。
また、水分散液中のコロイダルシリカの含有量は特に限定されないが、シリカ含有量が５〜５０重量％程度のものが好ましく用いられる。
【００２８】
コロイダルシリカとしては、特に制限されず、市販のものを使用できる。例えば、平均粒径４〜６ｎｍの「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」（日産化学工業株式会社製、シアーズ法により平均粒径を測定）、平均粒径４〜６ｎｍの「カタロイドＳＩ―５５０」（日揮触媒化成株式会社製、ＮａＯＨ法により平均粒径を測定）、平均粒径１０〜１５ｎｍの「スノーテックスＳＴ−３０」（日産化学工業株式会社製、ＢＥＴ法により平均粒径を測定）、平均粒径１０〜１４ｎｍの「カタロイドＳＩ−３０」（日揮触媒化成株式会社製、ＮａＯＨ法により平均粒径を測定）、平均一次粒径１５ｎｍの「クォートロンＰＬ−１」（扶桑化学工業株式会社製、ＢＥＴ法により平均粒径を測定）等を使用できる。なお、コロイダルシリカの平均粒径が範囲を有するのは、測定値が当該範囲内であることを意味する。
【００２９】
また、薬注装置３０で薬注される薬剤としては、コロイダルシリカ以外のものが含まれていてもよい。例えば、硬度成分によるスケールの抑制のためのスケール抑制剤や、菌類の繁殖抑制又はスライムの生成抑制のための殺菌剤等が含まれていてもよい。これらの薬剤はコロイダルシリカと同時に薬注されてもよいし、個別に薬注されてもよい。
【００３０】
次に、上記水処理装置１の動作について図１を参照しながら説明する。水処理装置１が動作を開始すると、供給水が送水経路１０を通じてＲＯ装置２０に供給され、その過程で薬注装置３０によりコロイダルシリカが添加される。ＲＯ装置２０に供給された供給水は、ポンプ２１２によりＲＯ膜の浸透圧以上に加圧されてＲＯ膜モジュール２１１に到達する。ＲＯ膜モジュール２１１に到達した供給水は、ＲＯ膜を透過し、イオン状シリカ等の夾雑成分が除去された透過水と、イオン状シリカ等が濃縮された濃縮水と、に分離される。透過水は処理通路２２０を通じてボイラの給水やクーリングタワーの循環冷却水等として供給される。濃縮水は供給水に加えられた圧力により、排水路２３０を通じて一部が系外に排出され、一部が循環経路２３１を通じて送水経路１０に返送される。返送された濃縮水によりＲＯ装置２０を流通する供給水の流量が増加し、スケーリングやファウリングが抑制される。濃縮水の排出量は排水制御弁２３２の開度を制御することにより調節され、循環経路２３１を流通する濃縮水の流量及びＲＯモジュール２１１内の圧力は調整弁２３３の開度を制御することにより調節される。
【００３１】
このような水処理装置１の動作による、水処理装置１に供給される供給水に対する透過水の割合を回収率という。本実施形態において、回収率は供給水の水量（Ｆ１）に対する透過水の水量（Ｆ２）の割合（％）（即ち、Ｆ２／Ｆ１×１００）で表される。回収率は排水制御弁２３２の開度により調整可能である。即ち、排水制御弁２３２の開度が大きい場合には、濃縮水の排出される流量が多くなるため、回収率は低くなる。排水制御弁２３２の開度が小さい場合には、濃縮水の排出される流量が少なくなるため、回収率は高くなる。
【００３２】
回収率を高めると、供給水の利用効率を高めることができるが、同時に濃縮水中のイオン状シリカの濃度が上昇し、過飽和状態になり得る。濃縮水が過飽和状態になると、ＲＯ膜面のスケーリングやファウリングが発生して透過水量が低下する。従って、高回収率を維持しながら濃縮水の過飽和状態を抑制することが要求される。水処理装置１においては薬注装置３０を設け、過飽和状態のイオン状シリカを吸着するコロイダルシリカを薬注することで、高回収率を維持しながら濃縮水の過飽和状態を抑制できる構成を備えている。
【００３３】
同様に、水処理装置１の系外に排出される濃縮水の水量（Ｆ３）に対する、水処理装置１に供給される供給水の水量（Ｆ１）の割合（Ｆ１／Ｆ３）を所定濃縮倍率という。濃縮水中のイオン状シリカはＲＯ装置２０の起動時から時間が経過するにつれ、所定濃縮倍率程度まで濃縮される。
【００３４】
次に、上記水処理装置１に適用される、シリカ析出抑制方法について説明する。
まず、供給水に一定量のコロイダルシリカを添加する従来の方法における、水処理装置１中のイオン状シリカとコロイダルシリカの挙動について図２を参照しながら以下に説明する。
【００３５】
図２は、従来の方法により供給水にコロイダルシリカを薬注した場合における、濃縮水中のイオン状シリカとコロイダルシリカの濃度変化を模式的に示したグラフである。図２において、グラフの縦軸はシリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を示し、横軸は反応時間を示す。図２中、曲線Ａはコロイダルシリカを薬注した場合におけるイオン状シリカ濃度とコロイダルシリカ濃度の合計である全シリカ濃度を示す。なお、ここでいう「全シリカ濃度」には、コロイダルシリカに吸着されたイオン状シリカ濃度も含まれる。曲線Ｂはコロイダルシリカを添加しない場合の全シリカ濃度（≒イオン状シリカ濃度）を示す。そして、曲線Ｃはコロイダルシリカを薬注した場合における、濃縮水中の、コロイダルシリカに吸着されていないイオン状シリカの濃度変化を示す。
図２では、水処理装置１に供給される供給水におけるイオン状シリカ濃度が４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、コロイダルシリカの添加量が１０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、所定濃縮倍率が１０倍の場合における濃縮水中のイオン状シリカとコロイダルシリカの濃度変化を示している。
【００３６】
ＲＯ装置２０の起動時は、ＲＯ装置２０により分離された濃縮水が循環経路２３１等に存在する水に混合していく段階であり、濃縮水中のイオン状シリカ濃度及び添加されたコロイダルシリカ濃度は定常運転時より低い。コロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度はこれらの物質の濃度に依存して高くなるため、ＲＯ装置の起動時はコロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度が低い。
ＲＯ装置２０の起動時から時間が経過するにつれ、濃縮水中のイオン状シリカ濃度は添加されたコロイダルシリカ濃度と共に上昇する。すると、コロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度が高まる。しかし、この段階ではイオン状シリカの濃縮速度に対し、コロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度は十分ではない。従ってイオン状シリカの過飽和部分が、コロイダルシリカとイオン状シリカの反応により消費しきれず徐々に上昇し大過飽和状態となる（図２の矢印部参照）。
なお、ｐＨ８、３０℃におけるイオン状シリカの溶解度は１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度であるが、大過飽和状態ではイオン状シリカ濃度が３００ｍｇＳｉＯ２／Ｌを超過する場合もあり、ファウリング等が発生するリスクが高い。
更に時間が経過すると、濃縮水中のイオン状シリカ濃度及び添加されたコロイダルシリカ濃度は所定濃縮倍率程度に濃縮された状態となる。この状態ではイオン状シリカ濃度も添加されたコロイダルシリカ濃度も十分に高い状態であるため、イオン状シリカの過飽和部分を消費するために必要な反応速度が得られる。従って、イオン状シリカの大過飽和状態は徐々に緩和される。
【００３７】
上記方法においては、イオン状シリカの大過飽和状態は最終的には緩和されるものの、一時的に発生することとなる。イオン状シリカの大過飽和状態が発生すると、ＲＯ膜にシリカのファウリング等が発生するリスクが増大する。一旦ファウリングが発生すると、たとえ小さなファウリングであってもその箇所を起点としてファウリングが誘発、促進されるため、イオン状シリカの大過飽和状態はたとえ一時的なものであっても抑制されることが好ましい。
【００３８】
これに対し、本実施形態のシリカ析出抑制方法について以下に説明する。
本実施形態のシリカ析出抑制方法は、ＲＯ装置２０の起動時から所定時間、薬注装置３０により供給水にコロイダルシリカが薬注される第１薬注ステップと、所定時間経過後、薬注装置３０により供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される第２薬注ステップと、を備える。
【００３９】
第１薬注ステップにおいて、ＲＯ装置２０の起動時から所定時間、第２薬注ステップにおける薬注量、即ち定常運転時における薬注量よりも多い量のコロイダルシリカがＲＯ装置２０の供給水に薬注される。
【００４０】
第１薬注ステップにおけるコロイダルシリカの薬注量は、定常運転時における薬注量よりも多いものであれば特に制限されないが、供給水におけるコロイダルシリカ濃度が、定常運転時の濃縮水におけるコロイダルシリカ濃度以上になるように供給水にコロイダルシリカが薬注されることが好ましい。なお、定常運転時の濃縮水におけるコロイダルシリカ濃度とは、所定濃縮倍率程度にまで濃縮されたイオン状シリカの過飽和状態を抑制するために必要なコロイダルシリカ濃度を示す。
【００４１】
第１薬注ステップにおけるコロイダルシリカの薬注量の上限は特に制限されず、コロイダルシリカの分散性が確保される範囲内で薬注量を増大させる限りは、薬注量が多いほどコロイダルシリカとイオン状シリカとの反応速度が高まり、イオン状シリカの過飽和状態がより抑制されるため好ましい。第１薬注ステップにおける薬注量を増大させることで第１薬注ステップの継続時間を短くすることが可能となる。
なお、第１薬注ステップにおけるコロイダルシリカの薬注量は一定でなくてもよく、濃縮水中のコロイダルシリカの濃縮度合に応じて徐々に薬注量を減少させてもよい。例えば、ＲＯ装置２０の起動時は薬注量を多くし、多段階的に薬注量を後述の第２薬注ステップにおける薬注量に近づけてもよい。
【００４２】
上述の観点から、第１薬注ステップにおけるコロイダルシリカの薬注量は、５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ〜３,０００ｍｇＳｉＯ２／Ｌであることが好ましい。
【００４３】
図３は、本実施形態におけるシリカ析出抑制方法により供給水にコロイダルシリカを薬注した場合の、濃縮水中のイオン状シリカとコロイダルシリカの濃度変化を模式的に示したグラフである。図３において、グラフの縦軸はシリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を示し、横軸は反応時間を示す。図３中、曲線Ａはコロイダルシリカを薬注した場合におけるイオン状シリカ濃度とコロイダルシリカ濃度の合計である全シリカ濃度を示す。なお、ここでいう「全シリカ濃度」には、コロイダルシリカに吸着されたイオン状シリカ濃度も含まれる。曲線Ｂはコロイダルシリカを添加しない場合の全シリカ濃度（≒イオン状シリカ濃度）を示す。そして、曲線Ｃはコロイダルシリカを薬注した場合における、濃縮水中の、コロイダルシリカに吸着されていないイオン状シリカの濃度変化を示す。
図３では、水処理装置１に供給される供給水におけるイオン状シリカ濃度が４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、コロイダルシリカの添加量が第１薬注ステップにおいて１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、第２薬注ステップにおいて１０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、所定濃縮倍率が１０倍の場合における濃縮水中のイオン状シリカとコロイダルシリカの濃度変化を示している。
【００４４】
本実施形態のシリカ析出抑制方法によれば、第１薬注ステップにおける薬注量を第２薬注ステップにおける薬注量よりも多く設定することで、ＲＯ装置起動時におけるコロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度を確保できる。その結果、イオン状シリカの過飽和状態が緩和される（図３の矢印部参照）。即ち、イオン状シリカの過飽和度が溶解度を大きく上回り大過飽和状態となることが抑制されるため、ファウリング等のリスクが低減される。
【００４５】
また、第１薬注ステップは、濃縮水の濃縮倍率が定常運転時に到達する濃縮倍率の少なくとも９０％となるまで継続されることが好ましい。
例えば、濃縮水中の全シリカにて説明した場合、図３において、供給水におけるイオン状シリカ濃度は４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであり、第１薬注ステップにおけるコロイダルシリカの添加量は１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌであり、濃縮倍率は１０倍である。従って、供給水中の全シリカ濃度は１４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであり、濃縮水が定常運転時に到達する濃縮倍率にまで濃縮された場合の全シリカ濃度は１４００ｍｇＳｉＯ２／Ｌである。従って、濃縮水中の全シリカ濃度がその９０％である１２６０ｍｇＳｉＯ２／Ｌとなるまでの時間Ｔの間、第１薬注ステップが継続される。
上記のように第1薬注ステップが継続された状態においては、コロイダルシリカの添加量を定常運転時の添加量と同等の１０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度としても十分な反応速度が得られ、イオン状シリカの過飽和状態が緩和される。
【００４６】
第２薬注ステップにおいては、供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される。
第２薬注ステップにおける薬注量は、定常運転時における、所定濃縮倍率程度にまで濃縮されたイオン状シリカとコロイダルシリカの十分な反応速度を確保できるものであれば特に制限されず、供給水に含まれるイオン状シリカ濃度や所定濃縮倍率等によって適切な薬注量が設定される。一般的に、ＲＯ装置の供給水中におけるイオン状シリカ濃度は１０〜１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌであり、所定濃縮倍率は１．２〜２０倍であるが、このようなＲＯ装置における濃縮水中のコロイダルシリカ濃度が５０〜３０００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度となるように薬注量を設定することが好ましい。
【００４７】
なお、本実施形態におけるシリカ析出抑制方法においては、ｐＨや水温の制御は不要である。即ち、濃縮水のｐＨが６以上であってもよいし、濃縮水の温度が常温（５〜３８℃程度）であってもよい。
【００４８】
また、本実施形態におけるシリカ析出抑制方法は、水処理装置１に供給される供給水に対し軟化処理や活性炭処理等の前処理を行うものであってもよい。軟化処理や活性炭処理等の前処理によって供給水中の夾雑物やカルシウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン、マンガンイオン、アルミニウムイオン等の多価の陽イオンが低減されることで、コロイダルシリカの分散性が高まるので、より高濃度の薬注が可能になると同時に、同じ薬注濃度でも高いシリカ析出抑制効果が得られる。
【００４９】
上述した本実施形態のシリカ析出抑制方法によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
【００５０】
本実施形態のシリカ析出抑制方法は、ＲＯ装置２０の起動時から所定時間、薬注装置３０により供給水にコロイダルシリカが薬注される第１薬注ステップと、所定時間経過後、薬注装置３０により供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される第２薬注ステップと、を備える。
これにより、ＲＯ装置２０の起動時から所定時間、第１薬注ステップにより定常運転時よりも多い量のコロイダルシリカが薬注されるため、イオン状シリカ濃度の上昇速度に対して十分なコロイダルシリカとイオン状シリカの反応速度が得られる。従ってＲＯ装置２０の起動後、一時的に発生するイオン状シリカの過飽和状態を抑制し、シリカのファウリング等を抑制できる。
【００５１】
本実施形態のシリカ析出抑制方法において、第１薬注ステップにより、定常運転時の濃縮水におけるコロイダルシリカ濃度以上となるように供給水にコロイダルシリカが薬注される。
これにより、ＲＯ装置２０の起動時においても、濃縮水中におけるコロイダルシリカ濃度は定常運転時と同等となるため、好ましいコロイダルシリカとイオン状シリカとの反応速度が得られる。従って、ＲＯ装置２０の起動時におけるイオン状シリカの過飽和状態を抑制し、シリカのファウリング等を抑制できる。
【００５２】
本実施形態のシリカ析出抑制方法における第１薬注ステップは、濃縮水の濃縮倍率が定常運転時に到達する濃縮倍率の少なくとも９０％となるまで継続される。
これにより、濃縮水の濃縮倍率が十分高い状態となり、コロイダルシリカとイオン状シリカとの十分な反応速度が得られるまでの間、通常運転時よりもコロイダルシリカの薬注量を増加させた第１薬注ステップを継続させることで、イオン状シリカの過飽和状態を抑制し、シリカのファウリング等をより確実に抑制できる。
【００５３】
本実施形態のシリカ析出抑制方法における第２薬注ステップにおいては、供給水にコロイダルシリカが第１薬注ステップよりも少ない量で薬注される。
ＲＯ装置２０の起動時から所定時間が経過し、濃縮水の濃縮倍率が十分高い状態、例えば定常運転時に到達する濃縮倍率の９０％程度に達した後は、コロイダルシリカの薬注量を第１薬注ステップにおける薬注量より減少させてもコロイダルシリカとイオン状シリカの十分な反応速度を確保できる。そのため、第２薬注ステップにおいて薬注されるコロイダルシリカ量を第１薬注ステップにおける薬注量よりも減少させることで、十分なイオン状シリカとコロイダルシリカの反応速度を確保しつつ、薬注コストを削減できる。
【００５４】
本実施形態のシリカ析出抑制方法において薬注されるコロイダルシリカの平均粒径は３０ｎｍ未満である。
これにより、コロイダルシリカによるイオン状シリカの吸着効率が増大するため、より好ましいシリカのファウリング等の抑制効果が得られる。
【００５５】
以上、本発明のシリカ析出抑制方法が適用される好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００５６】
図１における水処理装置１では、薬注装置３０は送水経路１０に接続され、薬注を行うものとなっているが、これに限定されない。例えば、送水経路１０を通じてＲＯ装置２０に供給する供給水の貯水槽を設け、該貯水槽にコロイダルシリカの薬注を行ってもよい。
また、循環経路２３１内に薬注装置３０を設け、あるいは排水路２３０中、ＲＯ装置２０との接続部と循環経路２３１との接続部との間に薬注装置３０を設け、コロイダルシリカの薬注を行ってもよい。この場合、薬注されたコロイダルシリカは循環経路２３１を通じて送水経路１０からＲＯ装置２０に供給される供給水に混入し、それによって濃縮水に添加される。
【００５７】
［実験例］
次に、本発明のシリカ析出抑制方法の効果を検証する実験例について説明する。本実験は、所定条件下において、イオン状シリカ含有水にコロイダルシリカを添加した場合におけるイオン状シリカの過飽和状態の抑制効果を検証するものである。なお、本発明は、以下の実験例に限定されるものではない。
【００５８】
＜実験例１＞
メタ珪酸ナトリウム九水和物５３２．９ｍｇと、緩衝成分としての炭酸水素ナトリウム４２０ｍｇとをイオン交換水２５０ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が４５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液６０ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで撹拌し、最終ｐＨが約８．３となるように１０％塩酸０．３５ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、平均粒径（シアーズ法）が４〜６ｎｍのコロイダルシリカ（２０重量％水溶液：「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」，日産化学工業株式会社製）をそれぞれ１６７ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、１，６６７ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、３，３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ即座に添加した水溶液、及び添加しなかった水溶液について、水溶液中のイオン状シリカ濃度をＪＩＳ  Ｋ  ０１０１（１９９８）「工業用試験方法」に規定されたモリブデン黄吸光光度法に従って測定した。なお、水溶液の温度を２５℃に維持して測定を行った。結果を図２に示す。図２において、グラフの縦軸はイオン状シリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を示し、横軸は反応時間（分）を示す。反応時間（分）は、調整した水溶液に対して１０％塩酸の添加が完了した時点を０とした。
【００５９】
＜実験例２＞
メタ珪酸ナトリウム九水和物５９２．１ｍｇと、緩衝成分としての炭酸水素ナトリウム８４０．１ｍｇとをイオン交換水５００ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が２５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液６０ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで撹拌し、最終ｐＨが約８．３となるように１０％塩酸０．２０ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、実験例１と同様のコロイダルシリカをそれぞれＳｉＯ２換算で３３３ｍｇ／Ｌ、１，６６７ｍｇ／Ｌ、３，３３３ｍｇ／Ｌ即座に添加した水溶液、及び添加しなかった水溶液について、実験例１と同様の条件で水溶液中のイオン状シリカ濃度を測定した。結果を図３に示す。図３において、グラフの縦軸はイオン状シリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を示し、横軸は反応時間（分）を示す。反応時間（分）は、調整した水溶液に対して１０％塩酸の添加が完了した時点を０とした。
【００６０】
＜実験例３＞
メタ珪酸ナトリウム九水和物１８９４．７ｍｇと、緩衝成分としての炭酸水素ナトリウム１６８０．２ｍｇとをイオン交換水１０００ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が４００ｍｇＳｉＯ２／Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液１００ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで撹拌し、最終ｐＨが約８．３となるように１０％塩酸０．４７ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、平均粒径がそれぞれ４〜６ｎｍ、１０〜１５ｎｍ、４０〜５０ｎｍ、７０〜１００ｎｍのコロイダルシリカ（２０重量％水溶液：「ＳＴ−ＸＳ」、「ＳＴ−３０」、「ＳＴ−２０Ｌ」、「ＳＴ−ＺＬ」，日産化学工業株式会社製）をそれぞれ５００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ即座に添加した及び添加しなかった水溶液について、実験例１と同様の条件で水溶液中のイオン状シリカ濃度を測定した。結果を図４に示す。
【００６１】
図４に示す実験例１の結果から、イオン状シリカの過飽和水溶液に添加するコロイダルシリカの添加量を、１６７ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、１，６６７ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、３，３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、と増大させるにつれ、イオン状シリカ濃度の低減効果が高くなることが分かった。この結果から、イオン状シリカの過飽和水に添加するコロイダルシリカの添加量を増大させることで、イオン状シリカの過飽和状態を抑制する効果が得られることが確認された。
【００６２】
図５に示す実験例２の結果から、イオン状シリカ濃度を実験例１よりも低下させ、比較的低い過飽和状態（２５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）のイオン状シリカの過飽和水溶液に添加するコロイダルシリカの添加量を変化させた場合においても、添加量を３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、１，６６７ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、３，３３３ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、と添加量を増大させるにつれ、イオン状シリカの濃度の低減効果が高くなることが分かった。この結果から、ＲＯ装置の起動時等、比較的低い過飽和状態のイオン状シリカの過飽和水溶液にコロイダルシリカを添加した場合であっても、コロイダルシリカの添加量を増大させることで、イオン状シリカの過飽和状態を抑制する効果が得られることが確認された。
【００６３】
図６に示す実験例３の結果から、イオン状シリカの過飽和水溶液に添加するコロイダルシリカの平均粒径を変化させた場合において、平均粒径を７０〜１００ｎｍ、４０〜５０ｎｍ、１０〜１５ｎｍ、４〜６ｎｍ、と小さくするに従って、イオン状シリカ濃度の低減効果が高くなることが分かった。この結果から、イオン状シリカの過飽和水に添加するコロイダルシリカの添加量が一定である場合、コロイダルシリカの平均粒径が小さいほど、イオン状シリカの過飽和状態を抑制する効果が高いことが確認された。
【符号の説明】
【００６４】
２０    逆浸透膜装置（ＲＯ装置）
【図１】
2017104788.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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