(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素含有水を通水するアニオン交換樹脂塔と、アニオン交換樹脂塔処理水のｐＨを１０以上に調整するｐＨ調整装置と、ｐＨが調整された水が通水されるホウ素除去用逆浸透膜装置とによって純水又は超純水を製造することを特徴とするホウ素含有水の処理装置。
【請求項２】
アニオン交換樹脂塔の前段に、カチオン交換樹脂塔を有する請求項１記載のホウ素含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホウ素含有水の処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、長期間にわたって逆浸透膜の透過水量を低下させることなく、ホウ素、シリカ、有機体炭素などの除去率を高めることができるホウ素含有水の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ素を含有する原水を処理して純水を製造する装置として、pH調整装置によりアルカリを添加してpHを１０以上にし、逆浸透膜装置に通水する純水製造装置が知られている。また、このような逆浸透膜処理においては、カルシウムスケールが発生しやすいため、前処理として弱酸性カチオン交換装置及び脱気装置を用いてカルシウムと炭酸を除去し、カルシウムスケールの発生を防止する装置が知られている。
第４７回全国水道研究会発表会（平成８年５月、発表番号４−９８）では、逆浸透膜を利用したホウ素低減システムにおいて、水のpHを１０以上とすることによりホウ素排除率が高くなるが、微量のカルシウムなどの硬度成分が析出して膜閉塞を生じ、短時間で造水量が低下することが報告されている。
また、珪酸を比較的多量に含有する原水を逆浸透膜によって脱塩するにあたり、カチオン交換樹脂を用いて原水中のカルシウムなどの硬度成分を除去したのち、pHを８以上に保って逆浸透膜処理することにより、膜面への珪酸及び硬度成分の析出を抑制する方法が提案されている。カルシウムの除去に弱酸性カチオン交換樹脂塔を用いると、原水中のカルシウムの形態がＣａ(ＨＣＯ3)2の場合はカルシウムは効果的に除去されるが、ＣａＣｌ2のような形態であると除去は困難であり、カルシウムが残存する。このような場合、原水にアルカリを添加して、通水しながらカチオン交換樹脂の一部をＮａ型に変えることにより、ＣａＣｌ2のような形態のカルシウムを除去することも考えられるが、再生後の通水初期でのカルシウム除去性の低下や、原水のカルシウム濃度の変動に対してアルカリ添加量の調整が必要になるなど、装置の運転が難しいという問題がある。
また、従来のホウ素含有水の処理方法においては、アルカリを添加してpH１０以上とした被処理水を、逆浸透膜装置に通水することにより、ホウ素の除去率を高めているが、pHを高くするために水酸化ナトリウムなどのアルカリの添加量が著しく多くなり、逆浸透膜装置の透過水中にアルカリ成分がリークしてアルカリ濃度が高くなり、後段へのアルカリ負荷が大きくなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ホウ素含有水を逆浸透膜に通水して処理する装置において、膜面へのカルシウムスケールなどの付着による透過速度の低下がなく、長期間にわたって高い透過水量を維持することができるとともに、逆浸透膜からのアルカリ成分のリークが少なく、純度の高い純水を製造することができるホウ素含有水の処理装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原水にアルカリを添加するｐＨ調整装置と逆浸透膜装置を有するホウ素含有水の処理装置において、ｐＨ調整装置の前段にアニオン交換樹脂塔を設けることにより、長期間にわたって逆浸透膜の透過水量の低下がなく、かつ、原水のｐＨ調整に必要なアルカリの添加量が少なくなり、逆浸透膜からのアルカリ成分のリーク量が減少することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）ホウ素含有水を通水するアニオン交換樹脂塔と、アニオン交換樹脂塔処理水のｐＨを１０以上に調整するｐＨ調整装置と、ｐＨが調整された水が通水されるホウ素除去用逆浸透膜装置とによって純水又は超純水を製造することを特徴とするホウ素含有水の処理装置、及び、
（２）アニオン交換樹脂塔の前段に、カチオン交換樹脂塔を有する第(１)項記載のホウ素含有水の処理装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のホウ素含有水の処理装置は、ホウ素含有水を通水するアニオン交換樹脂塔と、アニオン交換樹脂塔処理水のpHを９.２以上に調整するpH調整装置と、pHが調整された水を通水する逆浸透膜装置を有するものである。
図１は、本発明装置の一態様の系統図である。本態様の処理装置は、アニオン交換樹脂塔１と、pHセンサー２、制御器３、アルカリ貯槽４及び薬注ポンプ５を備えたpH調整装置６と、逆浸透膜装置７を接続したものである。
本発明装置において、アニオン交換樹脂塔に充填するアニオン交換樹脂は、強塩基性アニオン交換樹脂であることが好ましい。このようなアニオン交換樹脂としては、例えば、栗田工業(株)製のＥＸ−ＡＧ、バイエル社製のＬｅｗａｔｉｔＭＰ５００Ａ、ＡＰ２４７Ａなどを挙げることができる。アニオン交換樹脂塔において、アニオン交換樹脂は１種を単独で充填することができ、あるいは２種以上を組み合わせて充填することもできる。アニオン交換樹脂塔は、その通水速度をＳＶ＝１０〜３０hr-1程度とし得るものであることが好ましい。
【０００６】
本発明装置においては、ホウ素含有水をアニオン交換樹脂塔に通水することにより、スケールを形成する成分のうち、炭酸イオンＣＯ32-、フッ化物イオンＦ-、硫酸イオンＳＯ42-などの負イオンを効果的に除去することができるので、カルシウムイオンＣａ2+、マグネシウムイオンＭｇ2+などの硬度成分の正イオンが水中に存在しても、pH１０程度の高アルカリ条件で逆浸透膜装置に通水したとき、逆浸透膜へのスケールの付着による膜閉塞を生じて、透過水量が低下するおそれがない。また、アニオン交換樹脂塔において、緩衝作用の大きい炭酸イオンＣＯ32-や重炭酸イオンＨＣＯ3-などが除去されるので、pH調整装置において添加する水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤の添加量が少なく、その結果、逆浸透膜装置におけるアルカリ成分のリークが少なくなり、電気伝導率の低い高純度の処理水を得ることができる。
本発明装置において、アニオン交換樹脂塔は、定期的に薬品再生を行ことが好ましい。アニオン交換樹脂の再生液としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液や、水酸化ナトリウム水溶液などを挙げることができる。逆浸透膜装置の濃縮水は、高pHとなるので、アニオン交換樹脂の再生液として再利用することができる。
【０００７】
本発明装置において、pH調整装置には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリの水溶液を添加する撹拌機つきのpH調整槽や、通水ラインに設けたアルカリ水溶液注入口とその下流側に設けたスタチックミキサーの組み合わせなどを挙げることができる。図１に示す態様においては、スタチックミキサー９の下流側にpHセンサー２を設けて水のpHを測定し、信号を制御器３に送って薬注ポンプ５を制御し、必要量のアルカリ水溶液をアルカリ貯槽４からスタチックミキサーの上流側に注入することにより、pHの調整を行う。本発明装置において、pH調整装置は、水のpHをホウ酸の酸解離指数ｐＫa９.２（２５℃）以上に調整し得るものであることが好ましく、pHを１０以上に調整し得るものであることがより好ましい。水のpHを９.２以上に調整して逆浸透膜装置に供給することにより、水中のホウ素を効果的に除去することができる。
【０００８】
本発明装置において、逆浸透膜は、長期的にpH１０以上となっても劣化を受けない耐アルカリ性逆浸透膜であることが好ましい。この場合、アルカリ条件に調整した供給水のpHよりも、濃縮水のpHの方が高くなるので、濃縮水のpHを考慮して耐アルカリ性逆浸透膜を選択することが好ましい。このような耐アルカリ性逆浸透膜としては、例えば、pH１１まで長期耐久性のあるものとして市販されている Ｆｉｌｍ Ｔｅｃ社製の ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０や、pH１０まで長期耐久性のあるものとして市販されている日東電工(株)製のＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７５９、東レ(株)製のＳＵ７００などのポリアミド系の膜などを挙げることができる。
本発明装置において、pHを９.２以上に調整した水を通水する逆浸透膜装置は、１段又は多段に設けることができる。逆浸透膜装置を多段に設ける場合は、前段の逆浸透膜装置の透過水を後段の逆浸透膜装置の供給水とする。逆浸透膜により供給水からホウ素を除去する場合、逆浸透膜のホウ素に対する除去性能は、高アルカリ条件の方が高いことは知られていたが、ナトリウムイオンなどのカチオン成分に対する除去性能と異なり、濃度依存性が少なく、特に低濃度においても除去率の低下の度合が少ないことが、新たな知見として明らかになった。このため、逆浸透膜装置を多段に設け、それぞれの供給水のpHを９.２以上に調整することにより、ホウ素除去率を高めることができる。例えば、ホウ素３０μｇ／リットルを含有する原水を、逆浸透膜装置１段を用いて処理すると、処理水のホウ素濃度は、通常１μｇ／リットル程度となるが、さらに逆浸透膜装置を多段に設けることにより、処理水のホウ素濃度を０.１μｇ／リットル以下にすることができる。
【０００９】
本発明装置においては、逆浸透膜装置の後段にイオン交換塔を設けることができる。イオン交換塔は、原水の水質が変動した場合にも安定した水質の処理水を与えることができるので、純水の仕上げとして好適に用いることができる。特に、逆浸透膜装置を多段に設けた場合には、イオン交換塔に対するイオン負荷は小さいので、再生が不要な非再生型イオン交換塔を用いて、コンパクトな処理装置とすることができる。逆浸透膜装置の透過水を非再生型イオン交換塔に通水することにより、ホウ素、ナトリウムなどの除去率を一層高めることができる。
逆浸透膜装置を多段に設けた場合、供給水中のアルカリ成分は濃縮水中に濃縮され、後段の逆浸透膜装置への供給水となる前段の逆浸透膜装置の透過水のpHは低くなるので、前段の逆浸透膜装置の透過水にアルカリ剤を添加してpH調整を行ったのち、後段の逆浸透膜装置に供給することが好ましい。また、アルカリ成分が濃縮された逆浸透膜装置の濃縮水は、上述したようにアニオン交換樹脂塔の再生液として利用することができる。逆浸透膜装置の濃縮水をアニオン交換樹脂塔の再生液として用いる場合、さらに水酸化ナトリウムや塩化ナトリウムを添加したり、あるいは、別に調製した水酸化ナトリウム水溶液や塩化ナトリウム水溶液と組み合わせて用いることもできる。
【００１０】
本発明のホウ素含有水の処理装置においては、アニオン交換樹脂塔の前段にさらにカチオン交換樹脂塔を設けることができる。図２は、本発明装置の他の態様の系統図である。本態様の処理装置は、図１に示す処理装置のアニオン交換樹脂塔１の前段に、カチオン交換樹脂塔８を設けたものである。
本発明装置において、カチオン交換樹脂塔に充填するカチオン交換樹脂は、強酸性カチオン交換樹脂であることが好ましい。このようなカチオン交換樹脂としては、例えば、栗田工業(株)製のＥＸ−ＣＧ、バイエル社製のＬｅｗａｔｉｔ ＣＮＰ８０、Ｓ１００ＷＳなどを挙げることができる。カチオン交換樹脂塔において、カチオン交換樹脂は１種を単独で充填することができ、あるいは２種以上を組み合わせて充填することもできる。カチオン交換樹脂塔は、その通水速度をＳＶ＝１０〜３０hr-1程度とし得るものであることが好ましい。
【００１１】
本発明装置において、逆浸透膜装置の濃縮水にさらに水酸化ナトリウムなどを添加して、アニオン交換樹脂塔の再生液として再利用すると、逆浸透膜装置の濃縮水には、硬度成分も濃縮されて含まれるために、再生液によってイオン交換樹脂や配管などにスケールが発生するおそれがある。ホウ素含有水をカチオン交換樹脂塔に通水することにより、スケールを形成する成分のうち、カルシウムイオンＣａ2+、マグネシウムイオンＭｇ2+などの硬度成分を効果的に除去することができるので、逆浸透膜装置の濃縮水をアニオン交換樹脂塔の再生液として利用しても、スケールが発生するおそれがない。
本発明装置において、カチオン交換樹脂塔は、定期的に薬品再生を行ことが好ましい。カチオン交換樹脂の再生液としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩酸、硫酸などを挙げることができる。
本発明のホウ素含有水の処理装置によれば、長期間にわたって逆浸透膜の透過水量を低下させることなく、原水中のホウ素などを高い除去率で除去し、アルカリ成分のリークも少なく、高水質の純水を安定して製造することができる。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図１に示す処理装置を用いて、ホウ素含有水の処理を行った。原水として、ホウ素３０μｇ／リットルを含有する厚木市水を用いた。アニオン交換樹脂塔には、アニオン交換樹脂［バイエル社、Ｌｅｗａｔｉｔ ＭＰ５００Ａ］３０リットルを充填し、使用前に塩化ナトリウム水溶液を用いて２００ｇＮａＣｌ／リットル樹脂の量で再生した。逆浸透膜装置には、耐アルカリ性逆浸透膜［Ｆｉｌｍ Ｔｅｃ社、ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０］を用い、入口圧１０kg／cm2で運転した。
アニオン交換樹脂塔に、原水を３００リットル／hrの通水速度で通水した。アニオン交換樹脂塔より流出する水に、水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH１０に調整し、逆浸透膜装置への供給水とした。逆浸透膜装置に３００リットル／hrで供給水を供給し、濃縮水は６０リットル／hrとした。
７２０時間通水を継続したのち、逆浸透膜装置の透過水の量は２４０リットル／hrであり、そのホウ素濃度は１.０μｇ／リットル、電気伝導率は８μＳ／cmであった。１,４４０時間通水を継続したのち、逆浸透膜装置の透過水の量は２４０リットル／hrであり、そのホウ素濃度は１.０μｇ／リットル、電気伝導率は８μＳ／cmであった。
実施例２
図２に示す処理装置を用いて、ホウ素含有水の処理を行った。カチオン交換樹脂塔には、カチオン交換樹脂［バイエル社、Ｌｅｗａｔｉｔ ＣＮＰ８０］２５リットルを充填した。使用した原水、アニオン交換樹脂塔、逆浸透膜装置は、実施例１で使用したものと同一であり、運転条件も実施例１と同じである。
７２０時間通水を継続したのち、逆浸透膜装置の透過水の量は２４０リットル／hrであり、そのホウ素濃度は１.０μｇ／リットル、電気伝導率は６μＳ／cmであった。また、１,４４０時間通水を継続したのち、逆浸透膜装置の透過水の量は２４０リットル／hrであり、ホウ素濃度は１.０μｇ／リットル、電気伝導率は６μＳ／cmであった。
比較例１
原水をアニオン交換樹脂塔に通水することなく、原水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH１０に調整し、逆浸透膜装置へ直接供給した以外は、実施例１と同じ条件で処理を行った。
７２０時間通水を継続したところ、透過水量が１００リットル／hrに低下したので処理を中止した。このとき、逆浸透膜装置の透過水のホウ素濃度は１.０μｇ／リットルであり、電気伝導率は３０μＳ／cmであった。
実施例１〜２及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１３】
【表１】
0003826546.tif 000002
【００１４】
第１表の結果から、pH調整装置の前段にアニオン交換樹脂塔を有し、原水をアニオン交換樹脂と接触したのちに、pH調整して逆浸透膜装置に供給する本発明装置を用いることにより、ホウ素濃度と電気伝導率の低い良好な水質を維持したまま、長期間にわたって逆浸透膜装置の透過水量を低下させることなく、水処理が可能であることが分かる。これに対して、アニオン交換樹脂塔を有しない装置を用いた場合には、処理水の電気伝導率が高い上に、逆浸透膜の透過水量が急速に低下する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のホウ素含有水の処理装置によれば、長期間にわたって逆浸透膜の透過水量を低下させることなく、原水中のホウ素などを高い除去率で除去し、アルカリ成分のリークも少なく、高水質の純水を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置の一態様の系統図である。
【図２】図２は、本発明装置の他の態様の系統図である。
【符号の説明】
１  アニオン交換樹脂塔
２  pHセンサー
３  制御器
４  アルカリ貯槽
５  薬注ポンプ
６  pH調整装置
７  逆浸透膜装置
８  カチオン交換樹脂塔
９  スタチックミキサー
【図１】
0003826546.tif 000003
【図２】
0003826546.tif 000004