(57)【要約】【課題】ＲＯ装置における濃縮水を循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法を提供すること。【解決手段】イオン状シリカを含む水を逆浸透膜装置２０により処理して生成されるＲＯ濃縮水を、例えばクーリングタワー等の循環冷却水として使用するＲＯ濃縮水の利用方法であって、イオン状シリカを含む水及び／又は濃縮水を含む水に、薬注装置４０によりコロイダルシリカを薬注する薬注ステップを備える、循環冷却水として用いるＲＯ濃縮水の利用方法。【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む水を逆浸透膜装置により処理して生成される濃縮水を循環冷却水として使用する濃縮水の利用方法であって、
前記イオン状シリカを含む水及び／又は前記濃縮水を含む水にコロイダルシリカを薬注する薬注ステップを備える、循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法。
【請求項２】
前記薬注ステップに加えて、さらに腐食性イオンを除去する腐食性イオン除去ステップを備える、請求項１に記載の濃縮水の利用方法。
【請求項３】
前記薬注ステップにおいて、前記循環冷却水におけるコロイダルシリカ濃度が１５０ｐｐｍ以上となるようにコロイダルシリカが薬注される、請求項１又は２に記載の濃縮水の利用方法。
【請求項４】
前記腐食性イオン除去ステップは、前記薬注ステップの一次側に設けられ、
前記腐食性イオン除去ステップでは、イオン状シリカが透過可能かつ、腐食性イオンの透過を抑制するナノろ過膜により腐食性イオンが除去される、請求項２又は３に記載の濃縮水の利用方法。
【請求項５】
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１〜４いずれかに記載の濃縮水の利用方法。
【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む水を逆浸透膜装置により処理して生成される濃縮水を、循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法に関する。
【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をボイラ給水等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が含有する水（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】
イオン状シリカ等が濃縮された濃縮水は、一般的には廃棄されることが多いが、濃縮水を再利用することが可能であれば、経済面からも環境負荷抑制の面からも望ましい。しかし、例えばクーリングタワー等の循環冷却水として濃縮水を用いた場合、循環冷却水は冷却塔において水分が蒸発し、さらにイオン状シリカや塩化物イオン、又は硫酸イオン等の腐食性イオンが濃縮されるため、循環経路に用いられる配管等にスケールや腐食が発生しやすい問題がある。
【０００４】
イオン状シリカ濃度が高い循環冷却水からイオン状シリカを除去する手段としては、例えば、カラム等に充填したシリカゲル等のシードと循環冷却水を接触させ、イオン状シリカをシードに吸着させる脱シリカ装置を循環経路内に設けることで循環冷却水中からイオン状シリカを除去する、開放循環式冷却設備を用いた方法が提案されている（例えば、後述の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２４２９６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、特許文献１に記載された開放循環式冷却設備は、循環経路の一部でのみイオン状シリカの除去を行うものであるため、例えば冷却塔等、循環経路内において局所的にイオン状シリカ濃度が高い箇所でスケールが発生する可能性がある。また、濃縮水のようなイオン状シリカの過飽和度が高い用水を循環冷却水として用いる事を前提としたものではないため、濃縮水を循環冷却水として用いた場合、脱シリカ装置におけるシリカの析出量が過大となりシードの膨潤等の問題が発生する。その結果、脱シリカ装置の交換頻度が高くなるため、手間、コストがかかり現実的ではない。
よって濃縮水のようなイオン状シリカ濃度が高い水を循環冷却水として用いる方法については、未だ検討がなされていないのが現状である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＲＯ装置における濃縮水を循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、イオン状シリカを含む水を逆浸透膜装置により処理して生成される濃縮水を循環冷却水として使用する濃縮水の利用方法であって、前記イオン状シリカを含む水及び／又は前記濃縮水を含む水にコロイダルシリカを薬注する薬注ステップを備える、循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法に関する。
【０００９】
また、本発明においては、前記薬注ステップに加えて、さらに腐食性イオンを除去する腐食性イオン除去ステップを備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記薬注ステップにおいて、前記循環冷却水におけるコロイダルシリカ濃度が１５０ｐｐｍ以上となるようにコロイダルシリカが薬注されることが好ましい。
【００１１】
また、前記腐食性イオン除去ステップは、前記薬注ステップの一次側に設けられ、前記腐食性イオン除去ステップでは、イオン状シリカが透過可能かつ、腐食性イオンの透過を抑制するナノろ過膜により腐食性イオンが除去されることが好ましい。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明によれば、ＲＯ装置における濃縮水を循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る濃縮水の利用方法が適用可能な水処理装置の全体概略図である。
【図２】実験例１の結果を示すグラフである。
【図３】実験例２の結果を示すグラフである。
【図４】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】
【００１５】
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。
イオン状シリカを含有する水道水や工業用水をボイラ給水等として用いる場合に用いられ、水道水や工業用水からイオン状シリカ等の夾雑成分を除去するＲＯ装置においては、ＲＯ装置からイオン状シリカ等が濃縮されたＲＯ濃縮水が排出される。
本実施形態に係る濃縮水の利用方法は、かかるＲＯ濃縮水をクーリングタワー等の循環冷却水として利用することを目的とする。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る濃縮水の利用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、ナノろ過装置（以下、「ＮＦ装置」という）３０と、薬注装置４０と、貯水タンク５０と、を備える。
【００１７】
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、ＲＯ処理水路２２０と、ＲＯ排水路２３０と、ＮＦ処理水路３２０と、ＮＦ排水路３３０と、循環経路３３１と、を備える。
【００１８】
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３３１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。イオン状シリカの含有量は、供給水の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を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、スケール抑制効果が向上する。
【００１９】
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ＲＯ透過水とイオン状シリカ等が濃縮されたＲＯ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ＲＯ透過水が流通するＲＯ処理水路２２０及びＲＯ濃縮水が流通するＲＯ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
ＲＯ処理水路２２０は、ＲＯ装置２０により分離されたＲＯ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ＲＯ透過水の供給部（図示せず）に接続されている。
【００２３】
ＲＯ排水路２３０は、ＲＯ処理装置２０により分離されたＲＯ濃縮水が流通する水路である。ＲＯ排水路２３０の上流側端部はＲＯ装置２０に接続されており、下流側端部は後述のＮＦ装置３０に接続されている。さらに、ＲＯ排水路２３０には調整弁２３１が設けられている。
【００２４】
ＮＦ装置３０は、ＲＯ膜モジュール２１１により分離されたＲＯ濃縮水を、塩化物イオン（Ｃｌ−）や硫酸イオン（ＳＯ４２−）等の腐食性イオンが除去されたＮＦ透過水と、これらの腐食性イオンを含むＮＦ濃縮水とに分離する装置である。ＮＦ装置３０の上流側はＲＯ排水路２３０に接続され、下流側はＮＦ透過水が流通するＮＦ処理水路３２０及びＮＦ濃縮水が流通するＮＦ排水路３３０に接続されている。ＮＦ装置３０は、ナノろ過モジュール（以下、「ＮＦモジュール」という）３１１を備える。
【００２５】
ＮＦモジュール３１１は、単一又は複数のナノろ過膜（以下「ＮＦ膜」という）を備える。ＮＦ膜としては、例えばポリアミド系、ポリエーテル系等の合成高分子膜が挙げられる。ＮＦ膜は、分子量が数十程度の物質を濾別可能なＲＯ膜と分子量が１０００〜３０００００程度の物質を濾別可能な限外ろ過膜との中間に位置する機能を有する。即ち、ＮＦ膜はイオン状シリカが透過可能であるが、塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンが透過することを阻止する。
【００２６】
ＮＦ処理水路３２０は、ＮＦ装置３０により分離されたＮＦ透過水が流通する水路である。ＮＦ処理水路３２０の上流側端部はＮＦ装置３０に接続されており、下流側端部は後述の貯水タンク５０に接続されている。
【００２７】
ＮＦ排水路３３０は、ＮＦ装置３０により分離されたＮＦ濃縮水が流通する水路である。ＮＦ排水路３３０の上流側端部はＮＦ装置３０に接続されており、下流側端部はＮＦ濃縮水の排出部（図示せず）に接続されている。また、ＮＦ排水路３３０には後述の循環経路３３１が接続されている。さらに、ＮＦ排水路３３０には排水制御弁３３２が設けられている。
【００２８】
循環経路３３１は、ＮＦ装置３０により分離されたＮＦ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３３１の上流側の端部は、ＮＦ排水路３３０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３３１には調整弁３３３が設けられている。
【００２９】
上記調整弁２３１及び排水制御弁３３２及び調整弁３３３の開度を制御することで、ＲＯ排水路２３０を流通するＲＯ濃縮水及び排水路３３０を通じて廃棄されるＮＦ濃縮水及び循環経路３３１を流通するＮＦ濃縮水の流量が調節されると共に、ＲＯモジュール２１１及びＮＦモジュール３１１内の圧力が調節される。
【００３０】
薬注装置４０は、ＮＦ装置３０により分離されたＮＦ透過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イオン状シリカより十分大きく、流水中でせん断力を受けやすいことからスケールの原因物質となりにくい。
【００３１】
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であることがさらに好ましい。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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、薬注装置４０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。
【００３４】
貯水タンク５０は、ＮＦ処理装置３０により分離されたＮＦ透過水を貯水する。貯水タンク５０の上流側はＮＦ処理水路３２０に接続されており、下流側はクーリングタワー等の循環冷却水の供給部（図示せず）に接続されている。
【００３５】
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ＲＯ透過水と、イオン状シリカ等が濃縮されたＲＯ濃縮水と、に分離される。ＲＯ透過水はＲＯ処理通路２２０を通じてボイラ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。ＲＯ濃縮水はＲＯ排水路２３０を通じてＮＦ装置３０に供給される。ＮＦ装置３０に供給されたＲＯ濃縮水は、ポンプ２１２により加圧された状態であるため、新たなポンプ等を要することなくＮＦ膜モジュール３１１に到達し、ＮＦ膜を透過する。こうしてＲＯ濃縮水は、塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンが除去されたＮＦ透過水と、これらの腐食性イオンを含むＮＦ濃縮水と、に分離される。ＮＦ透過水には薬注装置４０によりコロイダルシリカが添加され、貯水タンク５０に貯水される。
【００３６】
ＮＦ濃縮水は、供給水に加えられた圧力により、一部がＮＦ排水路３３０を通じて系外に排出され、一部が循環経路３３１を通じて送水経路１０に返送される。返送されたＮＦ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。
ＲＯ排水路２３０を流通するＲＯ濃縮水及び排水路３３０を通じて廃棄されるＮＦ濃縮水及び循環経路３３１を流通するＮＦ濃縮水の流量は、調整弁２３１及び排水制御弁３３２及び調整弁３３３の開度を制御することで調節される。また、ＲＯモジュール２１１内の圧力及びＮＦモジュール３１１内の圧力も同様に調整弁２３１及び排水制御弁３３２及び調整弁３３３の開度を制御することで調節される。
【００３７】
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ＲＯ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ＲＯ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３３２の開度により調整可能である。即ち、排水制御弁３３２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３３２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。
【００３８】
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ＲＯ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。
【００３９】
ＲＯ透過水の水量（Ｆ２）に対するＲＯ濃縮水（Ｆ３）の水量の割合を循環比という。また、本実施形態のようにＲＯ装置に加えＮＦ装置を設けた場合、循環比はＲＯ透過水量とＮＦ透過水量の合計水量に対するＮＦ濃縮水量の割合として算出される。
また、ＲＯ装置２０の外部に排出されるＲＯ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。
【００４０】
次に、上記水処理装置１に適用される、本実施形態の循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法について説明する。
本実施形態における濃縮水の利用方法は、イオン状シリカを含む水及び／又は濃縮水を含む水にコロイダルシリカを薬注する薬注ステップを備える。
【００４１】
薬注ステップにおいては、薬注装置４０によりイオン状シリカを含む水及び／又は濃縮水にコロイダルシリカが薬注される。本実施形態では、薬注ステップは、ＮＦ装置３０の後段に設けられる。
薬注ステップにおけるコロイダルシリカの薬注量は特に制限されないが、循環冷却水におけるコロイダルシリカ濃度が１５０ｐｐｍ以上となるように薬注されることが好ましい。また、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、より確実なスケール抑制効果が得られるためより好ましいが、コスト的な観点から３０００ｐｐｍ未満に抑える事が好ましい。
なお、１５０ｐｐｍよりも薬注量を少なく設定した場合であっても、循環冷却水として用いられる濃縮水中のイオン状シリカ濃度が十分高い場合、イオン状シリカとコロイダルシリカの重合反応は進行し得るため、一定のスケール抑制効果が得られる。
【００４２】
また、本実施形態における循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法は、さらに腐食性イオンを除去する腐食性イオン除去ステップを備える。
【００４３】
腐食性イオン除去ステップにおいては、ＮＦ装置３０によりＲＯ濃縮水中に含まれる塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンが除去されることが好ましい。
ＲＯ装置２０により、イオン状シリカだけでなく塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンも除去されるため、ＲＯ濃縮水中ではこれらの腐食性イオンが濃縮された状態となっている。ＲＯ濃縮水の循環冷却水としての利用を考慮すると、配管等の腐食防止のため、これらの腐食性イオンは可能な限り除去されることが好ましい。従って、これらの腐食性イオンをＮＦ装置３０により除去することで、ＲＯ濃縮水を循環冷却水として好ましく利用できる。
ＮＦ装置による腐食性イオンの除去率は、例えば塩化物イオン除去率が８０％、硫酸イオン除去率が９５％程度である。また、ＲＯ濃縮水中に含まれるイオン状シリカはＮＦ膜を透過可能である。なお、「除去率」とは、濃縮水中の各成分濃度に対する透過水中の各成分濃度を示す。
【００４４】
ここで、表１は、ＮＦ装置を設けない場合のＲＯ濃縮水の利用方法において、各水処理段階における水中の成分濃度及び水量を示し、表２は、本実施形態に係るＮＦ装置３０を設けた場合のＲＯ濃縮水の利用方法において、各水処理段階における水中の成分濃度及び水量を示したものである。
表１及び表２に係る濃縮水の利用方法いずれも、供給水中にはイオン状シリカが３０ｍｇ／Ｌ、塩化物イオンが１５ｍｇ／Ｌ、硫酸イオンが１５ｍｇ／Ｌの濃度でそれぞれ含有されており、ＲＯ装置の回収率は７５％、ＲＯ装置の除去率はイオン状シリカ除去率が９９．０％、塩化物イオン除去率が９９．０％、硫酸イオン除去率が９９．５％である。また、循環比はいずれも５．０であり、循環冷却水中の各成分濃度は、循環冷却水中で４倍濃縮されることを想定した数値となっている。
また、表２に係る濃縮水の利用方法におけるＮＦ装置の除去率はイオン状シリカ除去率が０％、塩化物イオン除去率が８０．０％、硫酸イオン除去率が９５．０％である。
【００４５】
表１及び表２における「供給水」とは、水処理装置に供給される水、即ち原水を示し、「循環水」とは、ＲＯ装置若しくはＮＦ装置の濃縮水の一部が循環経路を通じて返送された水を示す。「ＲＯ供給水」とは、ＲＯ装置に供給される水を示し、上記供給水及び循環水が混合された水である。
表１におけるＮＦ装置を設けない濃縮水の利用方法は、ＲＯ濃縮水の一部である排水を循環冷却水として利用するものであるが、排水が循環冷却水中で４倍濃縮された結果、塩化物イオン濃度が２３３．０１ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度が２３６．４５ｍｇ／Ｌとなり、日本冷凍空調工業会（ＪＲＡ）標準規格である、２００ｍｇ／Ｌをどちらも上回っている。
これに対し、表２におけるＮＦ装置３０を設けた本実施形態に係る濃縮水の利用方法は、ＲＯ濃縮水からＮＦ装置３０により腐食性イオンを除去した、ＮＦ透過水を循環冷却水として利用するものである。ＮＦ透過水が循環冷却水中で４倍濃縮された結果、塩化物イオン濃度が１７８．５１ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度が１０７．２９ｍｇ／Ｌとなり、ＪＲＡ標準規格である、２００ｍｇ／Ｌをどちらも下回っている。また、イオン状シリカ濃度は４６６．０２ｍｇ／Ｌであり、ｐＨ８、３０℃におけるイオン状シリカの溶解度である１５０ｍｇ／Ｌを上回るものの、上記薬注ステップによるコロイダルシリカの薬注により過飽和状態が抑制されるため、スケールの析出等を抑制できる。
【００４６】
【表１】
2017104787.tif 000003
【００４７】
【表２】
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【００４８】
腐食性イオン除去ステップを設ける箇所については特に制限されないが、薬注ステップの一次側に設けることが好ましい。
【００４９】
本実施形態における循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法において、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ってもよい。軟化処理や活性炭処理等の前処理によって、ＲＯ装置への供給水又は循環冷却水として用いられる濃縮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、より高いスケール抑制効果が得られる。
【００５０】
このように本実施形態の濃縮水の利用方法により処理されたＲＯ濃縮水は、循環冷却水として好ましく用いられるが、特にクーリングタワーの循環冷却水として用いられることが好ましい。
クーリングタワーは、熱交換機等の負荷装置を冷却するための装置であり、クーリングタワーに用いられる循環冷却水は、クーリングタワーで循環冷却水の蒸発により冷却され、供給ラインを通じて負荷装置に供給される。負荷装置を冷却することで加温された循環冷却水は、回収ラインを通じてクーリングタワーに回収される。即ち、循環冷却水はクーリングタワーと負荷装置との間を循環する。
【００５１】
クーリングタワーに用いられる循環冷却水は滞留時間が長いため、コロイダルシリカとイオン状シリカとの反応時間を十分に確保できる。また、循環冷却水は冷却塔において水分が蒸発し濃縮されるため、循環冷却水中のイオン状シリカ及びコロイダルシリカの濃度が上昇し、ｐＨが上昇する。このような条件下においても、イオン状シリカの濃度上昇に伴いコロイダルシリカとイオン状シリカとの反応性が向上し、また高ｐＨ条件下ではコロイダルシリカとイオン状シリカとの反応性が向上すると共にコロイダルシリカの分散安定性が向上するため、好ましいスケール抑制効果が得られる。
【００５２】
上述した本実施形態の循環冷却水として用いる濃縮水の利用方法によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
【００５３】
本実施形態の濃縮水の利用方法は、イオン状シリカを含む水及び／又は濃縮水を含む水に、薬注装置４０によりコロイダルシリカを薬注する薬注ステップを備える。
これにより、濃縮水中に含まれるイオン状シリカはコロイダルシリカと重合反応し吸着される。コロイダルシリカに吸着されたイオン状シリカはスケーリングの原因物質となりにくい。従って、このようなコロイダルシリカが薬注された濃縮水を循環冷却水として用いた場合、濃縮水中のイオン状シリカ濃度を低減でき、スケーリングが抑制されるため濃縮水を循環冷却水として利用できる。
また、コロイダルシリカとイオン状シリカとの重合反応の速度はこれらの物質の濃度等によって変化するため、このようなコロイダルシリカが薬注された濃縮水の用途によっては十分なスケール抑制効果が得られない場合がある。しかし、循環冷却水としての用途であれば、コロイダルシリカとイオン状シリカの反応時間を確保できるため、十分なスケール抑制効果が得られる。
【００５４】
本実施形態の濃縮水の利用方法における薬注ステップにおいては、循環冷却水におけるコロイダルシリカ濃度が１５０ｐｐｍ以上となるように薬注される。
これにより、濃縮水中におけるコロイダルシリカとイオン状シリカの好ましい反応速度が得られるため、濃縮水を循環冷却水として利用した場合において、より確実なスケール抑制効果が得られる。
【００５５】
本実施形態の濃縮水の利用方法における薬注ステップにおいて薬注されるコロイダルシリカの粒径は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、より好ましいスケール抑制効果が得られる。
【００５６】
本実施形態の濃縮水の利用方法は、さらに腐食性イオンを除去する腐食性イオン除去ステップを備える。
ＲＯ膜を塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンは透過しないため、ＲＯ濃縮水中において腐食性イオン濃度は非常に高いものとなる恐れがある。そのため、これらの腐食性イオンに対し何ら処理を行わずにＲＯ濃縮水を循環冷却水として用いた場合、循環経路に用いられる配管等の腐食が生じる恐れがある。しかし、本実施形態における腐食性イオン除去ステップにより腐食性イオンが除去されるため、ＲＯ濃縮水を循環冷却水として用いた場合における循環経路等の腐食を防止できる。
【００５７】
本実施形態の濃縮水の利用方法において、腐食性イオン除去ステップは薬注ステップの一次側に設けられ、腐食性イオン除去ステップにおいて、イオン状シリカが透過可能かつ、腐食性イオンの透過を抑制するＮＦ膜により腐食性イオンが除去される。
腐食性イオン除去ステップにおいて、ＮＦ膜により腐食性イオンを除去することで十分な腐食性イオンの除去効果が得られる。ＮＦ膜をイオン状シリカは透過可能であるため、濃縮水をＮＦ膜に透過させてもＮＦ膜にイオン状シリカが捕捉され、ＮＦ膜が閉塞することはない。また、薬注ステップにおいて薬注されるコロイダルシリカの粒径がＮＦ膜の孔径より大きい場合、腐食性イオン除去ステップを薬注ステップの二次側に設けると、コロイダルシリカはＮＦ膜を透過できず、コロイダルシリカが添加された濃縮水を得ることができない。しかし、本実施形態においては腐食性イオン除去ステップを薬注ステップの一次側に設けているため、かかる問題を回避できる。
【００５８】
以上、本発明の循環冷却水として用いる濃縮水の利用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。
【００５９】
図１における水処理装置１では、薬注装置４０はＮＦ処理水路３２０を流通するＮＦ処理水に対して薬注を行うものとなっているが、これに限定されず、イオン状シリカを含む水又は濃縮水を含む水、あるいはこれらの両方に薬注を行うものであってもよい。
即ち、図１における水処理装置１はＮＦ装置３０を備えた構成となっているが、これに限定されず、ＮＦ装置を設けなくともよい。かかる場合、送水経路１０を流通する供給水に対して薬注を行うものであってもよいし、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。即ち、最終的に循環冷却水として用いられる濃縮水にコロイダルシリカが含まれるように薬注されるものであればよい。
また、循環経路３３１内に薬注装置４０を設け、あるいはＲＯ排水路２３０中に薬注装置４０を設けることで、濃縮水に薬注を行うものであってもよい。この場合、薬注されたコロイダルシリカは循環経路３３１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、それによって最終的に循環冷却水に添加される。
その他、クーリングタワー等を流通する循環冷却水に対し、直接コロイダルシリカの薬注を行ってもよい。
【００６０】
水処理装置１から循環冷却水として濃縮水を供給する際、上記発明の効果を阻害しない範囲内で上水やその他の処理水、その他の排水等をブレンドし、循環冷却水として供給するものであってもよい。この場合、ブレンドされる水に対しコロイダルシリカの薬注を行ってもよい。
【００６１】
また、図１における水処理装置１では、循環経路３３１を設けて構成しているが、これに限定されず、循環経路３３１を設けずに水処理装置を構成してもよい。即ち、ＮＦ濃縮水を送水経路１０に返送せずに排水するものであってもよい。
【００６２】
［実験例］
次に、本発明の循環冷却水として用いる濃縮水の利用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。
【００６３】
＜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、調製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。
【００６４】
＜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、調製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。
【００６５】
＜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。
【００６６】
図２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、イオン状シリカの濃縮水に添加するコロイダルシリカの添加量を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以上に増大させることで、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。
【００６７】
図３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、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。
【００６８】
図４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】
【００６９】
２０  逆浸透膜装置（ＲＯ装置）
３０  ナノろ過膜装置（ＮＦ装置）
４０  薬注装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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