特開 2022-108707 水処理装置および水処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022108707

(43)【公開日】2022-07-26

(54)【発明の名称】水処理装置および水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20220719BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20220719BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20220719BHJP

   B01D 61/04 20060101ALI20220719BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20220719BHJP

   C02F 1/52 20060101ALI20220719BHJP

   C02F 1/04 20060101ALI20220719BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 E

B01D61/00 500

B01D61/02 500

B01D61/04

B01D61/58

C02F1/52 Z

C02F1/04 B

【審査請求】有

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021139894

(22)【出願日】2021-08-30

(31)【優先権主張番号】P 2021003270

(32)【優先日】2021-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 祐也

(72)【発明者】

【氏名】辻 猛志

(72)【発明者】

【氏名】渕上 浩司

(72)【発明者】

【氏名】功刀 亮

(72)【発明者】

【氏名】大里 彩

(72)【発明者】

【氏名】江川 拓也

【テーマコード（参考）】

4D006

4D015

4D034

【Ｆターム（参考）】

4D006GA05

4D006GA06

4D006GA07

4D006GA14

4D006HA01

4D006HA21

4D006HA41

4D006HA61

4D006KA01

4D006KA52

4D006KA53

4D006KA54

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA71

4D006KB11

4D006KB13

4D006KB14

4D006KB15

4D006KB18

4D006MA01

4D006MA02

4D006MA03

4D006MA06

4D006MC09

4D006MC22

4D006MC48

4D006MC57

4D006MC62

4D006PA01

4D006PB03

4D006PB04

4D006PB08

4D015BA22

4D015BA24

4D015BB05

4D015BB08

4D015BB12

4D015DA02

4D015DA04

4D015DA05

4D015DA13

4D015DA16

4D015DA19

4D015DB02

4D015EA15

4D015EA32

4D015FA02

4D015FA15

4D015FA17

4D015FA22

4D034AA01

4D034BA03

4D034BA05

4D034CA12

(57)【要約】

【課題】不純物を含む被処理水から水を抽出する場合に、スケールの発生を抑制しつつ水の回収率を向上すること。
【解決手段】被処理水から不純物の少なくとも一部を凝集させて除去する複数の凝集沈殿部と、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出可能な正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方を有して被処理水から透過水を抽出するとともに、被処理水から透過水が抽出されて得られた濃縮水を排出する複数の水抽出部と、を備え、被処理水の流れ方向に沿って、第１凝集沈殿部の後段に第１水抽出部、第１水抽出部の後段に第２凝集沈殿部、および第２凝集沈殿部の後段に第２水抽出部が設けられている。第２水抽出部は、第１水抽出部が排出した濃縮水から透過水を抽出するとともに、第１水抽出部が排出した濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する一方、第１凝集沈殿部および第２凝集沈殿部においてシリカの少なくとも一部を凝集して除去する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理装置であって、
前記被処理水から前記不純物の少なくとも一部を凝集させて除去する複数の凝集沈殿部と、
溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出可能な正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方を有して前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水が抽出されて得られた濃縮水を排出する複数の水抽出部と、を備え、
前記被処理水の流れ方向に沿って、前記複数の凝集沈殿部のうちの一部である第１凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの一部である第１水抽出部と、前記第１水抽出部の後段に前記複数の凝集沈殿部のうちの他部である第２凝集沈殿部と、前記第２凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの他部である第２水抽出部とが設けられ、
前記第２水抽出部は、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方を有し、前記第１水抽出部が排出した濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記第１水抽出部が排出した濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出し、
前記第１凝集沈殿部および前記第２凝集沈殿部において前記シリカの少なくとも一部を凝集して除去する
ことを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記被処理水または前記濃縮水のろ過を行うろ過部が複数設けられ、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の一部である第１ろ過部が設けられ、
前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の他部である第２ろ過部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。

【請求項3】

前記第１水抽出部が、低圧逆浸透膜を有する低圧逆浸透部からなるとともに、前記第２水抽出部が、高圧逆浸透膜を有する高圧逆浸透部または前記正浸透膜を有する正浸透部からなる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記第２水抽出部の後段に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および／または晶析処理を行って精製水を排出する蒸留晶析部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段と、前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段との少なくとも一方に、前記カルシウムを除去可能なカルシウム除去部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿った前記第１水抽出部の前段における前記被処理水にカルシウム分散剤を添加可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記凝集沈殿部において前記シリカを凝集させる凝集剤が、前記凝集沈殿部に沈殿された凝集沈殿汚泥を含む
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項9】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理方法であって、
前記被処理水に対して、前記不純物に含まれる前記シリカの少なくとも一部を凝集させて除去する第１凝集沈殿工程と、
前記第１凝集沈殿工程の後に、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方によって前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水を抽出して得られた前記濃縮水を排出する第１水抽出工程と、
前記第１水抽出工程の後に、前記濃縮水に対して前記不純物に含まれる前記シリカの少なくとも一部を凝集させて除去する第２凝集沈殿工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後に、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方によって前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する第２水抽出工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。

【請求項10】

前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程において、前記被処理水のｐＨを、８以上１２以下に調整する
ことを特徴とする請求項９に記載の水処理方法。

【請求項11】

前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水をろ過する第１ろ過工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前に、前記濃縮水をろ過する第２ろ過工程と、を含む
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の水処理方法。

【請求項12】

前記第１水抽出工程が、低圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する低圧逆浸透工程を含むとともに、前記第２水抽出工程が、高圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する高圧逆浸透工程、または前記正浸透膜によって前記透過水を抽出する正浸透工程を含む
ことを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項13】

前記第２水抽出工程の後に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および／または晶析処理を行って精製水を排出する蒸留晶析工程を含む
ことを特徴とする請求項９～１２のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項14】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前と、前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前との少なくとも一方において、前記カルシウムを除去するカルシウム除去工程を含む
ことを特徴とする請求項９～１３のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項15】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水にカルシウム分散剤を添加するカルシウム分散工程を含む
ことを特徴とする請求項９～１４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項16】

前記凝集沈殿工程において前記シリカを凝集させる凝集剤が、前記凝集沈殿工程において凝集沈殿された凝集沈殿汚泥を含む
ことを特徴とする請求項９～１５のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項17】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項９～１６のいずれか１項に記載の水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理装置および水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場などからの排水量を減容させる技術が提案されている。具体的に、逆浸透膜（ＲＯ膜）などを用いて排水を濃縮して透過水を回収し、排水を減容化する方法などが提案されている。排水を減容する方法として、ＲＯ膜により濃縮された濃縮水をさらに蒸留または晶析させる方法によって、固形分以外の廃棄物を極力発生させないゼロ排水プロセス（ＺＬＤ：Zero Liquid Discharge）が知られている。

【0003】

ところで、ＲＯ膜などの膜を用いて水処理を行う過程における濃縮に伴って、膜の内部で溶解度を超えてしまうと、塩類が析出する、いわゆるスケーリングが生じ、膜の閉塞の原因になる。スケーリングは溶解度の低い塩類が原因であって、スケーリングが発生すると、膜の水透過性の低下や原水の供給側における圧力損失の上昇を引き起こし、水処理装置の運転の継続が困難になる。スケーリングを発生させる塩類は溶解度の低い成分である。

【0004】

非特許文献１には、凝集沈殿によってカルシウムをある程度除去した後に軟水器によってカルシウムを完全に除去し、さらにＲＯ膜によって被処理水をアルカリ性にした環境で運転することによって、シリカのスケーリングを抑制する方法が開示されている。非特許文献１に記載の技術は、Ｃａ系のスケールやシリカのスケールを抑制する水処理装置として用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１４／１５１２９５号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１５／００２３０９号

【特許文献3】特開２０２０－０１８９９２号公報

【特許文献4】特開２０２０－０５８９６３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】"California Utility chooses HERO(TM)/Crystallizer for ZLD，Project Profile #35"、［online］、［令和２年６月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.aquatech.com/wp-content/uploads/35.Magnolia-HERO.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した特許文献１および非特許文献１に開示された従来技術による水処理方法においては、スケールの発生をある程度抑制することが可能になるが、特にＺＬＤにおいては、従来に比して大幅に高い濃縮を実現して水の回収率の向上が望まれていた。この要請は、ＺＬＤ以外の濃縮排水が生じる排水プロセスにおいても同様に求められ、スケールの発生を抑制しつつ濃縮排水をさらに濃縮させて、被処理水から回収する水の回収率を向上させる技術が求められていた。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、不純物を含む被処理水から水を抽出する場合に、スケールの発生を抑制しつつ水の回収率を向上できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理装置は、シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理装置であって、前記被処理水から前記不純物の少なくとも一部を凝集させて除去する複数の凝集沈殿部と、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出可能な正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方を有して前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水が抽出されて得られた濃縮水を排出する複数の水抽出部と、を備え、前記被処理水の流れ方向に沿って、前記複数の凝集沈殿部のうちの一部である第１凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの一部である第１水抽出部と、前記第１水抽出部の後段に前記複数の凝集沈殿部のうちの他部である第２凝集沈殿部と、前記第２凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの他部である第２水抽出部とが設けられ、前記第２水抽出部は、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方を有し、前記第１水抽出部が排出した濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記第１水抽出部が排出した濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出し、前記第１凝集沈殿部および前記第２凝集沈殿部において前記シリカの少なくとも一部を凝集して除去することを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記被処理水または前記濃縮水のろ過を行うろ過部が複数設けられ、前記被処理水の流れ方向に沿って、前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の一部である第１ろ過部が設けられ、前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の他部である第２ろ過部が設けられていることを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記第１水抽出部が、低圧逆浸透膜を有する低圧逆浸透部からなるとともに、前記第２水抽出部が、高圧逆浸透膜を有する高圧逆浸透部または前記正浸透膜を有する正浸透部からなることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記第２水抽出部の後段に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および／または晶析処理を行って精製水を排出する蒸留晶析部が設けられていることを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記不純物がカルシウムを含み、前記被処理水の流れ方向に沿って、前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段と、前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段との少なくとも一方に、前記カルシウムを除去可能なカルシウム除去部が設けられていることを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記不純物がカルシウムを含み、前記被処理水の流れ方向に沿った前記第１水抽出部の前段における前記被処理水にカルシウム分散剤を添加可能に構成されていることを特徴とする。

【0015】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記凝集沈殿部において前記シリカを凝集させる凝集剤が、前記凝集沈殿部に沈殿された凝集沈殿汚泥を含むことを特徴とする。

【0016】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記不純物がマグネシウムを含むことを特徴とする。

【0017】

本発明の一態様に係る水処理方法は、シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理方法であって、前記被処理水に対して、前記不純物に含まれる前記シリカの少なくとも一部を凝集させて除去する第１凝集沈殿工程と、前記第１凝集沈殿工程の後に、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方によって前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水を抽出して得られた前記濃縮水を排出する第１水抽出工程と、前記第１水抽出工程の後に、前記濃縮水に対して前記不純物に含まれる前記シリカの少なくとも一部を凝集させて除去する第２凝集沈殿工程と、前記第２凝集沈殿工程の後に、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方によって前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する第２水抽出工程と、を含むことを特徴とする。

【0018】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程において、前記被処理水のｐＨを、８以上１２以下に調整することを特徴とする。

【0019】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水をろ過する第１ろ過工程と、前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前に、前記濃縮水をろ過する第２ろ過工程と、を含むことを特徴とする。

【0020】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第１水抽出工程が、低圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する低圧逆浸透工程を含むとともに、前記第２水抽出工程が、高圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する高圧逆浸透工程、または前記正浸透膜によって前記透過水を抽出する正浸透工程を含むことを特徴とする。

【0021】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第２水抽出工程の後に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および／または晶析処理を行って精製水を排出する蒸留晶析工程を含むことを特徴とする。

【0022】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、 前記不純物がカルシウムを含み、前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前と、前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前との少なくとも一方において、前記カルシウムを除去するカルシウム除去工程を含むことを特徴とする。

【0023】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記不純物がカルシウムを含み、前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水にカルシウム分散剤を添加するカルシウム分散工程を含むことを特徴とする。

【0024】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記凝集沈殿工程において前記シリカを凝集させる凝集剤が、前記凝集沈殿工程において凝集沈殿された凝集沈殿汚泥を含むことを特徴とする。

【0025】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記不純物がマグネシウムを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

本発明に係る水処理装置および水処理方法によれば、不純物を含む被処理水から水を抽出する場合に、スケールの発生を抑制しつつ水の回収率を向上することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態の第１変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図3】図３は、比較例としての従来技術による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施形態の第２変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図6】図６は、本発明の第３の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図7】図７は、本発明の第３の実施形態の第３変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図8】図８は、本発明の第４の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図9】図９は、本発明の第４の実施形態の第４変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態による凝集沈殿部およびろ過部の第１構成例を模式的に示すブロック図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態による凝集沈殿部およびろ過部の第２構成例を模式的に示すブロック図である。

【図12】図１２は、本発明の実施形態による凝集沈殿部およびろ過部の第３構成例を模式的に示すブロック図である。

【図13】図１３は、本発明の実施形態による凝集沈殿部およびろ過部の第４構成例を模式的に示すブロック図である。

【図14】図１４は、本発明の実施形態による正浸透装置の第１装置例を模式的に示すブロック図である。

【図15】図１５は、本発明の実施形態による正浸透装置の第２装置例を模式的に示すブロック図である。

【図16】図１６は、本発明の実施形態による正浸透装置の第３装置例を模式的に示すブロック図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態による正浸透装置の第４装置例を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

【0029】

本発明は、被処理水としてブローダウン水、海水、河川水、工業排水などの含水溶液を処理して淡水を得る水処理において、カルシウム塩やシリカなどに起因するスケーリングを抑制しつつ、淡水の回収率を向上する技術に関する。

【0030】

まず、本発明の理解を容易にするために、本発明者が行った鋭意検討について以下に説明する。上述したように、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜などの膜を用いて水処理を行う過程における濃縮に伴って膜の内部で溶解度を超えてしまうと、スケーリングが生じ、膜の閉塞の原因になる。スケーリングが発生すると、膜の水透過性の低下や原水の供給側における圧力損失の上昇を引き起こし、水処理装置の運転の継続が困難になる。

【0031】

スケーリングを発生させる塩類は溶解度の低い成分である。具体的に、スケーリングを発生させる原因物質は、主として難溶性の塩であって、例えば、シリカ（ＳｉＯ₂、二酸化ケイ素）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）、およびフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）などが挙げられる。以下に、ＣａＳＯ₄およびシリカを例にスケーリングの抑制について説明する。

【0032】

まず、ＣａＳＯ₄は難溶性の塩であって、酸やアルカリに溶解しないことから、一度析出すると除去が困難である。そこで、膜を用いて濃縮する被処理水にＣａＳＯ₄が含まれている場合、ＣａＳＯ₄を析出させない方法として、膜の前段に凝集沈殿部を設けたりカチオン交換樹脂を用いた軟水器を設置したりすることによって、カルシウム（Ｃａ）を除去する方法や、膜の前段においてスケール分散剤などの薬剤を添加してＣａＳＯ₄の生成を抑制する方法などが知られている。

【0033】

本発明者は種々検討を行い、シリカも難溶性の塩であることから、膜の前段に凝集沈殿部を設けてシリカを除去する方法を案出した。なお、本明細書において、シリカとは、二酸化ケイ素、またはＳｉＯ₂によって構成される物質の総称である。ここで、シリカはアルカリ性においては溶解度が大幅に上昇する。そのため、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのｐＨ調整剤を凝集沈殿部に添加して、被処理水をアルカリ性にすることによって、シリカからなるスケールの発生を抑制できるが、膜がアルカリに対して耐性を有する必要がある。また、シリカは酸性において溶解度の変化が微小であるものの、結晶化の速度が低下するため、ｐＨ調整剤として塩酸（ＨＣｌ）や硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）などの酸を添加することによって、シリカからなるスケールの発生を抑制できる場合がある。また、シリカを除去するために、ＣａＳＯ₄の場合と同様に、膜の前段にスケール分散剤などの薬剤を添加する場合もある。

【0034】

また、本発明者はさらに検討を進め、ＲＯ膜などによる膜を用いて得られた濃縮水に対してさらに凝集沈殿処理を行うことにより、Ｃａやシリカを除去した上で、正浸透装置や高圧逆浸透膜などによって濃縮水をさらに濃縮させる方法を案出した。以下に説明する実施形態は、以上の本発明者の鋭意検討に基づいて、案出されたものである。

【0035】

（第１の実施形態）
（水処理装置）
まず、本発明の第１の実施形態による水処理装置について説明する。以下に説明する第１の実施形態による水処理装置１は、例えば、冷却塔などから排出されたブローダウン水を被処理水として、再利用可能な再生水および廃棄物となる高濃縮塩水または固体の塩を得る装置である。図１は、第１の実施形態による水処理装置１を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態による水処理装置１は、第１凝集沈殿部１０、第１ろ過部２０、軟水器３０、低圧逆浸透部４０、第２凝集沈殿部５０、第２ろ過部６０、正浸透装置７０、および蒸留晶析部８０を備えて構成される。

【0036】

複数の凝集沈殿部の一部としての第１凝集沈殿部１０は、シリカやカルシウムなどのスケール成分を含む被処理水に対して凝集剤を添加することにより、スケール成分をスラッジとして凝集沈殿させる処理部である。第１凝集沈殿部１０においては、スケール成分として、ＣａＣＯ₃およびシリカを除去する。第１凝集沈殿部１０には、例えばＮａＯＨまたは水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)₂）などのアルカリと、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）と、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：ＡｌＣｌ₃）とを添加する。なお、ポリ塩化アルミニウムの代わりに、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）を用いても良い。

【0037】

ここで、第１凝集沈殿部１０において、凝集沈殿を生じさせる反応槽（図１中、図示せず）のｐＨは、８以上１２以下の例えば１０．５に調整することが好ましい。また、Ｎａ₂ＣＯ₃の濃度はＣａに対して当量とし、ＰＡＣの濃度はＳｉＯ₂に対して２倍当量とすることが好ましいが、必ずしも限定されない。

【0038】

第１凝集沈殿部１０において例えば３０分間以上静置された被処理水は、ｐＨが４以上８以下の例えば６．５程度に調整された後、第１ろ過部２０に供給される。被処理水のｐＨが６．５程度に調整されることにより、被処理水に含まれるＰＡＣに起因するアルミニウム（Ａｌ）が不溶性になる。

【0039】

複数のろ過部の一部としての第１ろ過部２０は、例えば砂ろ過器などから構成される。第１ろ過部２０は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）などの所定の膜を用いた膜ろ過装置から構成しても良い。第１ろ過部２０においては、供給されたＰＡＣを含む被処理水が例えば３０分間以上静置される。これにより、第１ろ過部２０において、未反応のＰＡＣが除去される。ＰＡＣが除去された被処理水は、軟水器３０に供給される。上述した第１凝集沈殿部１０およびろ過部２０の詳細については、後述する。

【0040】

カルシウム除去部としての軟水器３０は、被処理水に含まれるＣａイオンやマグネシウム（Ｍｇ）イオンなどの陽イオンを、陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）によって、ナトリウム（Ｎａ）イオンに置換する装置である。被処理水において、ＨＣＯ₃やＳＯ₄などの濃度が高い状態であって、Ｃａを含むスケール成分のスケールリスクが高い場合、第１凝集沈殿部１０による凝集沈殿で低減されたＣａ濃度では不十分な場合がある。このような場合に、軟水器３０を用いてＣａを除去することが好ましい。

【0041】

第１の実施形態において軟水器３０は、低圧逆浸透部４０の前段に設けられているが、必ずしも限定されない。軟水器３０は、第１凝集沈殿部１０や第２凝集沈殿部５０と、スケーリングが発生しやすい装置との間に設けることが好ましい。また、軟水器３０を設けることによって、Ｍｇを除去できるので、後段に設けられた低圧逆浸透部４０などをアルカリ性の条件下で運転する場合に、Ｍｇ（ＯＨ）₂のスケールリスクを効率良く低減することができる。

【0042】

ここで、軟水器３０の再生には、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液が用いられる。また、ゼロ排水プロセス（ＺＬＤ）の場合、再生廃液は、蒸留晶析部８０において処理できる。また、ＲＯ膜をアルカリ性の条件下で使用する場合、Ｍｇ(ＯＨ)₂のスケールリスクが高いが、軟水器３０によってＭｇを除去できるので、低圧逆浸透膜や高圧逆浸透膜におけるスケールリスクを低減できる。さらに、軟水器３０から微量のＣａがリークして、ＣａＣＯ₃からなるスケールが生じる可能性がある場合には、軟水器３０の後段に脱炭酸塔や脱炭酸膜（いずれも図示せず）を設置することによって、ＣａＣＯ₃からなるスケールの発生を抑制することが好ましい。

【0043】

複数の水抽出部の一部または第１水抽出部としての低圧逆浸透部４０は、低圧逆浸透膜（低圧ＲＯ膜）を有して構成される。低圧ＲＯ膜としては、例えば商品名が「ＥＳＰＡ２－ＬＤ」、「ＥＳＰＡ２ ＭＡＸ」、または「ＥＳＰＡ１」（いずれもHydranautics社製）や、商品名が「ＴＭＧ２０－４００」、「ＴＭＧ２０－４４０Ｃ」、または「ＴＬＦ－４００ＤＧ」（いずれも東レ社製）などが用いられる。低圧逆浸透部４０は、例えば４ＭＰａ程度の低圧力を作用させた逆浸透によって被処理水から不純物濃度が低下された透過水を得るとともに、不純物が濃縮された濃縮水を排出する。得られた透過水は再生水として回収される。一方、排出された濃縮水は第２凝集沈殿部５０に供給される。

【0044】

複数の凝集沈殿部の他部としての第２凝集沈殿部５０は、被処理水である濃縮水に含まれるスケール成分をスラッジとして凝集沈殿させる点については、第１凝集沈殿部１０と同様である。第２凝集沈殿部５０においては、スケール成分としてＳｉＯ₂を除去する。そのため、第１凝集沈殿部１０と異なり、第２凝集沈殿部５０の被処理水としての濃縮水には、凝集剤としてＰＡＣが添加される。これにより、濃縮水に含まれるＳｉＯ₂がスラッジとして凝集沈殿されて、除去される。

【0045】

第２凝集沈殿部５０において例えば３０分間以上静置された濃縮水は、ｐＨが４以上８以下の例えば６．５程度に調整された後、第２ろ過部６０に供給される。濃縮水のｐＨが６．５程度に調整されることにより、濃縮水に含まれるＰＡＣに起因するＡｌが不溶性になる。なお、濃縮水のｐＨを５程度に調整することも可能である。

【0046】

複数のろ過部の他部としての第２ろ過部６０は、第１ろ過部２０と同様に構成される。第２ろ過部６０においては、供給された濃縮水を例えば３０分間以上静置させることによって、未反応のＰＡＣが除去される。ＰＡＣが除去された濃縮水は、第２ろ過部６０から正浸透装置７０に供給される。

【0047】

複数の水抽出部の他部または正浸透部としての正浸透装置７０においては、例えば温度感応性吸水剤を用いた正浸透処理が実行され、濃縮水から透過水が得られるとともに、濃縮水がさらに濃縮されて高濃度濃縮水（以下、高濃縮水）とされる。換言すると、高濃縮水は濃縮水に対する濃縮水である。得られた透過水は再生水として、低圧逆浸透部４０から排出される透過水に合流される。一方、高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給される。

【0048】

なお、正浸透装置７０に設けられる正浸透（ＦＯ：Forward Osmosis）膜（図１中、図示せず）の材質が酢酸セルロースの場合、酢酸セルロースはアルカリに弱く、シリカの溶解度を上げることができるアルカリ性の条件下では、正浸透装置７０の運転が困難になる。そのため、上述したように、正浸透装置７０の前段の第２凝集沈殿部５０によってシリカを除去することにより、正浸透装置７０における被処理水を中性に調整できるので、酢酸セルロースからなるＦＯ膜を用いた運転を維持できる。さらに、シリカのスケールを抑制するためには、正浸透装置７０における原水側の出口のｐＨを５．５程度になるように調整することが望ましい。

【0049】

蒸留晶析部８０においては、所定のエネルギー、具体的にはスチーム（蒸気）や、電力を供給することによって、高濃縮水に対して従来公知の蒸留処理や晶析処理などの精製処理を行う。蒸留晶析部８０において精製された精製水は、低圧逆浸透部４０から排出される透過水に合流されて再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。これにより、固形分以外の廃棄物を極力発生させないゼロ排水プロセス（ＺＬＤ）を達成することができる。

【0050】

（第１実施例）
（水処理方法）
次に、以上のように構成された第１の実施形態による水処理装置１を用いた水処理方法の第１実施例について説明する。なお、第１実施例においては、冷却塔などから排出されたブローダウン水を被処理水とし、単位時間当たり、１０００Ｌ（１０００Ｌ／ｈ）の被処理水から９９６Ｌ（９９６Ｌ／ｈ）の再生水を得るとともに、４Ｌ（４Ｌ／ｈ）分に相当する塩を排出する場合を例に説明する。

【0051】

まず、水処理装置１に導入される被処理水の流量および各成分は以下のようになる。
流量；１０００Ｌ／ｈ、ＴＤＳ（総溶解固形分：Total Dissolved Solids）：４０２２ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：２６６ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１２６ｍｇ／Ｌ

【0052】

（第１凝集沈殿工程）
被処理水が水処理装置１に導入されると第１凝集沈殿部１０に供給されて、第１凝集沈殿工程が行われる。第１凝集沈殿部１０の被処理水に添加されるｐＨ調整剤は、例えばＮａＯＨおよびＣａ（ＯＨ）₂の少なくとも一方、すなわちアルカリである。なお、アルカリとしては、これらに限定されない。これにより、被処理水のｐＨは１０．５程度に調整される。

【0053】

第１凝集沈殿部１０の被処理水に添加される凝集剤は、例えばＮａ₂ＣＯ₃およびＰＡＣである。ここで添加するＮａ₂ＣＯ₃はＣａに対して当量、ＰＡＣはＳｉＯ₂に対して２倍当量加えることが好ましいが限定されない。第１凝集沈殿部１０においては、この状態で３０分程度静置される。第１凝集沈殿部１０においては、被処理水からスケール成分として、ＣａＣＯ₃およびシリカの少なくとも一部が凝集されて除去される。第１凝集沈殿部１０から排出される被処理水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４００５ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、第１凝集沈殿部１０において、Ｃａが（２６６－５０＝）２１６ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂が（１２６－１０＝）１１６ｍｇ／Ｌだけ、除去される。

【0054】

（第１ろ過工程）
第１凝集沈殿部１０においてスケール成分が凝集沈殿されて得られた上澄み水は、被処理水として第１ろ過部２０に供給されて、第１ろ過工程が行われる。第１ろ過部２０においては、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）またはＨＣｌなどの酸を添加することにより、ｐＨが６．５程度に調整される。第１ろ過部２０においては、被処理水が３０分間以上静置されて、未反応のＰＡＣが除去される。

【0055】

（カルシウム除去工程）
第１ろ過部２０においてＰＡＣが除去された被処理水は、軟水器３０に供給されてカルシウム除去工程が行われる。軟水器３０においては、例えば、カチオン交換樹脂などによって被処理水からＣａが除去される。なお、カルシウム除去工程は、第１凝集沈殿工程や後述する第２凝集沈殿工程の後であって、カルシウム塩などのスケーリングが発生しやすい工程の前に行うことが好ましい。軟水器３０から排出される被処理水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０３０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、軟水器３０において、Ｃａが略（５０－０＝）５０ｍｇ／Ｌ（全量）除去される。

【0056】

（低圧逆浸透工程）
軟水器３０においてＣａが除去された被処理水は、低圧逆浸透部４０に供給されて水抽出工程または第１水抽出工程としての低圧逆浸透工程が行われる。低圧逆浸透部４０においては、ＴＤＳに依存する所定の圧力、ここでは例えば４．０ＭＰａの圧力を作用させたＲＯ膜によって被処理水から９０％の再生水を回収する一方、１０％の濃縮水が排出される。ここで、第１凝集沈殿部１０においてシリカが除去されていることにより、低圧逆浸透部４０による再生水の回収率を９０％まで向上させることができる。

【0057】

第１実施例においては、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×９０％＝）９００Ｌ／ｈの流量で被処理水が排出されて再生水として回収される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ
すなわち、低圧逆浸透部４０において、ＴＤＳが（４０／４０３０≒）０．０１倍、ＳｉＯ₂が（１／１０≒）０．１倍まで低減される。

【0058】

また、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×１０％＝）１００Ｌ／ｈの流量で濃縮水が排出される。濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３９９４０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：９１ｍｇ／Ｌ
すなわち、被処理水は低圧逆浸透部４０において、ＴＤＳが（３９９４０／４０３０≒）９．９倍、ＳｉＯ₂が（９１／１０＝）９．１倍に濃縮される。

【0059】

（第２凝集沈殿工程）
低圧逆浸透部４０において濃縮された濃縮水は、第２凝集沈殿部５０に供給されて第２凝集沈殿工程が行われる。なお、第１実施例においては、軟水器３０によって被処理水からＣａが除去されているため、第２凝集沈殿部５０の濃縮水に添加される凝集剤は、ＳｉＯ₂を凝集させる例えばＰＡＣである。ここで添加するＰＡＣはＳｉＯ₂に対して２倍当量加えることが好ましい。第１凝集沈殿部１０においては、この状態で３０分程度静置される。第１凝集沈殿部１０においては、被処理水からスケール成分として、シリカの少なくとも一部が凝集されて除去される。

【0060】

（第２ろ過工程）
第２凝集沈殿部５０においてスケール成分としてシリカが凝集沈殿されて得られた濃縮水は、第２ろ過部６０に供給されて、第２ろ過工程が行われる。第２ろ過部６０においては、Ｈ₂ＳＯ₄またはＨＣｌなどの酸を添加することにより、ｐＨが５～６．５程度に調整される。第２ろ過部６０においては、濃縮水が３０分間以上静置されて、未反応のＰＡＣが除去される。
第２ろ過部６０から排出される濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０３５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、第２凝集沈殿部５０および第２ろ過部６０によって、ＳｉＯ₂が（９１－１０＝）８１ｍｇ／Ｌ除去される。

【0061】

（正浸透処理工程）
次に、第２ろ過部６０から排出された濃縮水は、正浸透装置７０に供給されて正浸透処理工程が行われる。正浸透装置７０においては、濃縮水から再生水が得られるとともにさらに濃縮された高濃縮水が排出される。具体的に、正浸透装置７０においては、ＦＯ膜によって濃縮水から（２／３≒）６７％の再生水を回収する一方、（１／３≒）３３％の高濃縮水が排出される。

【0062】

第１実施例においては、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×６７％＝）６７Ｌ／ｈの流量で再生水として排出されて回収される。一方、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×３３％＝）３３Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１２１０５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３０ｍｇ／Ｌ
すなわち、濃縮水は、正浸透装置７０において、ＴＤＳが（１２１１０５０／４０３５０＝）３倍、ＳｉＯ₂が（３０／１０＝）３倍に濃縮される。すなわち、第１実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水は、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水として排出できることになる。一方、従来技術においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水に対して、排出される濃縮水の流量が２５０Ｌ／ｈである。すなわち、第１実施例による水処理装置１によれば、従来に比して被処理水をさらに７．６倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0063】

（蒸留晶析工程）
正浸透装置７０において濃縮された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部８０においては、スチームや電力が供給されて、例えば１２０℃程度の温度で高濃縮水に対して従来公知の蒸留処理や晶析処理などの精製処理が行われる。なお、精製処理は、蒸留処理や晶析処理に限定されるものではなく、蒸発固化技術であれば種々の処理を採用できる。蒸留晶析部８０によって精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。第１実施例においては、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が２９Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0064】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、正浸透装置７０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第１の実施形態による水処理装置１によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋６７＋２９＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0065】

（第１変形例）
次に、上述した第１の実施形態による水処理装置の第１変形例について説明する。図２は、第１の実施形態の第１変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、第１変形例による水処理装置２は、水処理装置１の正浸透装置７０の代わりに高圧逆浸透部９０が設けられる。

【0066】

複数の水抽出部の他部または第２水抽出部としての高圧逆浸透部９０は、高圧逆浸透膜（高圧ＲＯ膜）を有して構成される。高圧ＲＯ膜としては例えば、商品名が「ＳＷＣ５－ＬＤ」または「ＳＷＣ５ ＭＡＸ」（いずれもHydranautics社製）や、商品名が「ＴＭ８２０Ｍ－４４０」、「ＴＭ８２０Ｒ－４４０」、または「ＴＭ８２０Ｖ－４４０」（いずれも東レ社製）などが用いられる。高圧逆浸透部９０においては、例えば８ＭＰａ程度の高圧力を作用させた逆浸透によって濃縮水から不純物濃度が低下された透過水を排出するとともに、濃縮水がさらに濃縮された高濃縮水を排出する。排出された透過水は再生水として、低圧逆浸透部４０から排出される透過水に合流される。一方、排出された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

【0067】

また、高圧ＲＯ膜にポリアミド系素材を用いる場合、アルカリ性の条件下での運転が可能になる。そのため、第２凝集沈殿部５０においてシリカの除去率が低い場合に、高圧逆浸透部９０をアルカリ性の条件下で運転することにより、高圧ＲＯ膜へのスケーリングを抑制することができる。この場合、上述した正浸透装置７０と同様に、透過水の排出側においてｐＨを５．５程度になるように調整できる。

【0068】

（第２実施例）
（水処理方法）
次に、以上のように構成された第１の変形例による水処理装置２を用いた水処理方法の第２実施例について説明する。なお、第２実施例における被処理水の条件については、第１実施例における被処理水と同様である。まず、第２実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程、第１ろ過工程、カルシウム除去工程、逆浸透工程、第２凝集沈殿工程、および第２ろ過工程については、第１実施例と同様である。

【0069】

（高圧逆浸透工程）
次に、第２ろ過工程に続いて、第２ろ過部６０から排出された濃縮水は、高圧逆浸透部９０に供給されて第２水抽出工程としての高圧逆浸透工程が行われる。高圧逆浸透部９０においては、濃縮水から透過水が得られるとともにさらに濃縮された高濃縮水が排出される。具体的に、高圧逆浸透部９０においては、高圧逆浸透膜（高圧ＲＯ膜）によって濃縮水から（１／２＝）５０％の再生水を回収される一方、（１／２＝）５０％の高濃縮水が排出される。

【0070】

第１実施例においては、高圧逆浸透部９０から（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。一方、高圧逆浸透部９０から（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：８０７００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：２０ｍｇ／Ｌ

【0071】

すなわち、濃縮水は、高圧逆浸透部９０によって、ＴＤＳが（８０７００／４０３５０＝）２倍、ＳｉＯ₂が（２０／１０＝）２倍に濃縮される。これにより、第２実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水が排出されることになる。一方、従来技術においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水に対して、排出される濃縮水の流量が２５０Ｌ／ｈである。すなわち、第２実施例による水処理装置２によれば、従来に比して被処理水をさらに５倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0072】

（蒸留晶析工程）
高圧逆浸透部９０において濃縮された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部８０においては、高濃縮水に対して、例えば１２０℃程度の温度で精製処理が行われ、精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。第２実施例においては、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が４６Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0073】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、高圧逆浸透部９０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第１変形例による水処理装置２によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋５０＋４６＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0074】

（従来技術による水処理装置）
次に、以上説明した水処理装置１，２による効果を説明するために、従来技術による水処理装置について説明する。図３は、非特許文献１に記載された比較例としての従来技術による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【0075】

図３に示すように、従来技術による水処理装置１００は、凝集沈殿部１１０、ろ過部１２０、軟水器１３０、低圧逆浸透部１４０、および蒸留晶析部１８０を有して構成される。凝集沈殿部１１０は、従来公知の凝集沈殿槽を有して構成される。ろ過部１２０は、従来公知の砂ろ過装置から構成される。軟水器１３０、低圧逆浸透部１４０、および蒸留晶析部１８０はそれぞれ、第１の実施形態による軟水器３０、低圧逆浸透部４０、および蒸留晶析部８０と同様の構成を有する。

【0076】

（水処理方法）
（比較例）
次に、比較例として、従来技術による水処理装置１００を用いた水処理方法について説明する。なお、比較例における被処理水の条件は、第１および第２実施例における被処理水と同様であり、水処理装置１００に導入される被処理水の流量および各成分は以下のようになる。
流量；１０００Ｌ／ｈ、ＴＤＳ：４０２２ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：２６６ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１２６ｍｇ／Ｌ

【0077】

（凝集沈殿工程）
被処理水が水処理装置１００に導入されると凝集沈殿部１１０に供給されて、凝集沈殿工程が行われる。凝集沈殿部１１０の被処理水に添加されるｐＨ調整剤は、ＮａＯＨおよびＣａ（ＯＨ）₂の少なくとも一方である。これにより被処理水のｐＨは、１０～１０．５程度に調整される。また、凝集沈殿部１１０の被処理水には、Ｃａを凝集沈殿させるＮａ₂ＣＯ₃であり、Ｎａ₂ＣＯ₃はＣａに対して当量だけ加えられる。凝集沈殿部１１０においては、被処理水からＣａＣＯ₃が凝集されて除去される。凝集沈殿部１１０から排出される被処理水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０２７ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１２６ｍｇ／Ｌ
すなわち、凝集沈殿部１１０においては、第１実施例と同様に、Ｃａが（２６６－５０＝）２１６ｍｇ／Ｌだけ、除去される。

【0078】

（ろ過工程）
凝集沈殿部１１０においてＣａＣＯ₃が凝集沈殿されて得られた上澄み水は、被処理水としてろ過部１２０に供給されて、ろ過工程が行われる。

【0079】

（カルシウム除去工程）
ろ過部１２０から得られた被処理水は、軟水器１３０に供給されてカルシウム除去工程が行われる。軟水器１３０においては被処理水からＣａが除去される。軟水器１３０から排出される被処理水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４１３４ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１２６ｍｇ／Ｌ

【0080】

（低圧逆浸透工程）
軟水器１３０においてＣａが除去された被処理水は、低圧逆浸透部１４０に供給されて低圧逆浸透工程が行われる。低圧逆浸透部４０においては、４．０ＭＰａ程度の圧力を作用させたＲＯ膜によって被処理水から７５％の再生水を回収する一方、２５％の濃縮水が排出される。なお、本発明者の知見によれば、低圧逆浸透部１４０に供給される被処理水にはシリカが含有されていることにより、再生水の回収率は高々７５％である。

【0081】

比較例においては、低圧逆浸透部１４０から（１０００Ｌ／ｈ×７５％＝）７５０Ｌ／ｈの流量で被処理水が排出されて再生水として回収される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３ｍｇ／Ｌ
すなわち、低圧逆浸透部１４０において、ＴＤＳが（４０／４１３４≒）０．０１倍、ＳｉＯ₂が（３／１２６≒）０．０２倍まで低減される。

【0082】

一方、低圧逆浸透部１４０から（１０００Ｌ／ｈ×２５％＝）２５０Ｌ／ｈの流量で濃縮水が排出される。濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１６４２０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：４９５ｍｇ／Ｌ
すなわち、被処理水は低圧逆浸透部１４０において、ＴＤＳが（１６４２０／４１３４≒）３．９倍、ＳｉＯ₂が（４９５／１２６≒）３．９倍に濃縮される。

【0083】

すなわち、従来技術による水処理装置１００においては、凝集沈殿部１１０によってＣａの一部を除去し、軟水器１３０によってＣａを完全に除去している。その上で、水処理装置１００においては、Ｃａが除去された被処理水に対して、低圧逆浸透部１４０をｐＨが１０～１０．５程度のアルカリ性の条件下で運転させることによって、シリカのスケーリングを抑制している（非特許文献１参照、ＨＥＲＯプロセス）。しかしながら、本発明者の知見によれば、低圧逆浸透部１４０をｐＨが１０～１０．５程度のアルカリ性の条件下で運転させても、シリカ濃度の析出限界は高々４００ｍｇ／Ｌ程度であって、低圧ＲＯ膜による濃縮倍率は、高々３～４倍程度である。

【0084】

（蒸留晶析工程）
低圧逆浸透部１４０によって得られた濃縮水は、蒸留晶析部１８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部１８０においては、スチームや電力が供給されて、１２０℃程度の温度で濃縮水に対して従来公知の蒸留処理や晶析処理などの精製処理が行われる。蒸留晶析部８０によって精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。比較例においては、流量が２５０Ｌ／ｈの濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が２４６Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0085】

以上により従来技術による水処理装置１００においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（７５０＋２４６＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：２ｍｇ／Ｌ

【0086】

ここで、比較例で採用した水処理装置１００における電力、蒸気、およびコストをそれぞれ基準「１００」とした場合の、第１実施例および第２実施例でそれぞれ採用した水処理装置１，２における電力、蒸気、およびコストの比率を表１に示す。また、比較例、第１実施例、および第２実施例で採用した水処理装置１００，１，２における、単位排水量あたりの電力の使用量および蒸気の使用量を表２に示す。

【0087】

【表1】

【0088】

【表2】

【0089】

表１および表２から、第１実施例および第２実施例で使用した水処理装置１，２における電力がそれぞれ、比較例に比して２．３倍および２．０倍であることが分かる。これは、水処理装置１，２においては、水処理装置１００と比較して、正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０が増加していることに起因している。一方、表１および表２から、水処理装置１，２においては、水処理装置１００と比較して、使用される蒸気の使用量がそれぞれ、比較例に比して０．２３倍および０．１５倍と大幅に低減されていることが分かる。これは、水処理装置１，２においては、低圧逆浸透部４０において、水処理装置１００の低圧逆浸透部１４０よりも被処理水が高濃度に濃縮されていることに起因すると考えられる。

【0090】

蒸留処理や晶析処理は、蒸気や電力の消費量が大きい上に設備に要する費用も高コスト化しやすいため、蒸留晶析部８０は小型化することが望ましい。また、蒸気の生成にはエネルギーを要することから、蒸気の使用量を大幅に低減することによって、水処理装置１，２の運転に要する総エネルギーを水処理装置１００の運転に要する総エネルギーに比して大幅に低くできる。その結果、表１に示すように、第１の実施形態による水処理装置１，２によれば、設備や運転に要するコストを３５～４０％低減することが可能となる。

【0091】

すなわち、従来技術による水処理方法においては、スケールの発生をある程度抑制することが可能になるが、特にＺＬＤにおいては、従来に比して大幅に高い濃縮を実現する必要があった。上述した従来技術（非特許文献１参照）においては、水処理装置の最終段に蒸留や晶析を行う処理部を設けることによって、ＺＬＤを実現しているが、必要となるエネルギーが大きくなるという問題があった。この問題は、ＺＬＤ以外の濃縮排水が生じる排水プロセスにおいても同様に存在する問題であり、必要となるエネルギーの低減が求められていた。これに対し、第１の実施形態によれば、不純物を含む被処理水から水を抽出する場合に、スケールの発生を抑制しつつ必要となるエネルギーを低減できる水処理装置１，２および水処理方法を提供するができる。

【0092】

以上説明した第１の実施形態によれば、低圧逆浸透部４０の前段の第１凝集沈殿部１０において、Ｃａに加えてシリカを除去していることにより、低圧逆浸透部４０における低圧ＲＯ膜に生じるシリカの析出を抑制して、スケーリングの発生を抑制できる。これにより、低圧逆浸透部４０における濃縮倍率を向上できる。

【0093】

また、第１の実施形態によれば、低圧逆浸透部４０と正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０との間に第２凝集沈殿部５０を設け、被処理水が濃縮された濃縮水からシリカを除去していることにより、正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０におけるスケーリングの発生を抑制でき、濃縮倍率をさらに向上できる。また、低圧逆浸透部４０の前段に軟水器３０を設け、第１凝集沈殿部１０においてＣａが一部除去された被処理水からさらにＣａを除去していることにより、低圧逆浸透部４０におけるＣａに起因するスケーリングの発生を抑制できる。

【0094】

また、従来の水処理装置１００においては、例えば流量が２５０Ｌ／ｈの濃縮水を蒸留処理や晶析処理する必要があったのに対し、第１の実施形態およびその第１変形例による水処理装置１，２においては、流量が３３～５０Ｌ／ｈの高濃縮水を蒸留処理や晶析処理すれば良いので、総エネルギーの低減およびコストの低減が可能になる。

【0095】

さらに、例えば特許文献２に記載の従来技術においては、２段階で凝集沈殿を行っているが、１段目においては分散剤を用いており、シリカを除去していないため、本発明に比して分散剤のコストが嵩む上、スケールの発生を抑制する能力が低く、高濃縮が困難であるという問題を有している。すなわち、特許文献２に記載の技術においては、シリカに起因したスケールの抑制のために分散剤を用いているが、分散剤は高コスト化しやすい問題点を有し、スケールの発生を抑制する効果が限定的であるという問題がある。

【0096】

特許文献３に記載の従来技術においては、凝集沈殿を１段階で行っており、アルカリを用いてスケールの生成を抑制した後に凝集沈殿によってシリカを除去している。すなわち、特許文献３には、シリカにより発生するスケールを抑制するためにアルカリを用いる技術が開示されている。しかしながら、高アルカリ性の環境下においては、ＲＯ膜やＦＯ膜の劣化が促進されやすいことから、スケールの発生を抑制するためにアルカリを用いることはＲＯ膜やＦＯ膜にとっては好ましくない。また、後段に蒸発器が設けられている場合には、蒸発器において多量のシリカが固化する可能性が高く、蒸発缶にシリカが付着しやすくなって、蒸発器の負荷が高くなるという問題が生じる。

【0097】

特許文献４に記載の従来技術においては、凝集沈殿を１段階で行っており、凝集沈殿によってシリカを除去し、処理水をＲＯ膜に通水した後にＦＯ膜に通水させているため、ＦＯ膜におけるシリカスケールのリスクがあり，濃縮の向上には限界がある。これに対し、本発明においては、凝集沈殿をＲＯ膜の前段とＦＯ膜の前段との２段階で行い、いずれの凝集沈殿においてもシリカを除去していることにより、脱塩膜におけるスケールの発生を大幅に抑制でき、高濃縮を実現することが可能になる。

【0098】

さらに、濃縮を行っていく過程で濃縮水量が極端に少なくなる場合には、高圧ＲＯ膜やＦＯ膜に最低濃縮水量を流すことが困難になる。濃縮流量を確保するために循環系を設けることがあるが、必要とするエネルギーが増加してしまうという問題が生じる。さらに、最低濃縮水量以下で運用しようとすると、飽和溶解度以下であっても、濃度分極の影響によってスケールの発生する可能性が高くなる。この点からも、上述した第１の実施形態による水処理装置１による２段階の凝集沈殿によってシリカを除去することが好ましい。

【0099】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による水処理装置について説明する。図４は、第２の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図４に示すように、第２の実施形態による水処理装置３は、第１の実施形態による水処理装置１と異なり、軟水器３０が設けられておらず、第１ろ過部２０から排出された被処理水に対してカルシウム分散剤が添加される機構（図示せず）が設けられる。その他の構成は、第１の実施形態による水処理装置１と同様である。

【0100】

（水処理方法）
（第３実施例）
次に、以上のように構成された第２の実施形態による水処理装置３を用いた水処理方法の第３実施例について説明する。なお、第３実施例において水処理装置３に導入される被処理水については、第１，第２実施例における被処理水と同様である。また、第３実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程および第１ろ過工程については、第１実施例と同様である。
第１ろ過工程後の被処理水の各成分は第１実施例と同様に以下のようになる。
ＴＤＳ：４００５ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ

【0101】

（カルシウム分散工程）
第１ろ過部２０においてＰＡＣが除去された被処理水に対して、カルシウム分散剤を添加することによって、ＣａＳＯ₄の生成を抑制するカルシウム分散工程が行われる。カルシウム分散剤の添加量は、分散剤の種類に依存するが、１ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。なお、カルシウム分散剤以外にも、第１ろ過部２０において被処理水のｐＨを６．５から５．０に調整するＨ₂ＳＯ₄またはＨＣｌを添加する。なお、酸性溶液であれば、必ずしもこれらに限定されない。なお、カルシウム分散工程は、第１凝集沈殿工程の後であって、カルシウム塩などのスケーリングが発生しやすい工程の前に行うことが好ましい。

【0102】

（低圧逆浸透工程）
カルシウム分散剤の添加によってＣａＳＯ₄の生成が抑制された被処理水は、低圧逆浸透部４０に供給されて低圧逆浸透工程が行われる。低圧逆浸透部４０においては、ＴＤＳに依存する所定の圧力、ここでは例えば４．０ＭＰａの圧力を作用させた低圧ＲＯ膜によって被処理水から９０％の再生水が回収される一方、１０％の濃縮水が排出される。

【0103】

第３実施例においては、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×９０％＝）９００Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。透過水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ
すなわち、低圧逆浸透部４０において、ＴＤＳが（４０／４００５≒）０．０１倍、ＳｉＯ₂が（１／１０≒）０．１倍まで低減される。

【0104】

また、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×１０％＝）１００Ｌ／ｈの流量で濃縮水が排出される。濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４００５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１００ｍｇ／Ｌ
すなわち、被処理水は低圧逆浸透部４０において、ＴＤＳが（４００５０／４００５＝）１０倍、Ｃａが（５００／５０＝）１０倍、ＳｉＯ₂が（１００／１０＝）１０倍に濃縮される。

【0105】

（第２凝集沈殿工程）
低圧逆浸透部４０において濃縮された濃縮水は、第２凝集沈殿部５０に供給されて第２凝集沈殿工程が行われる。なお、第３実施例においては、被処理水にカルシウム分散剤が添加されてＣａが残存していることから、第２凝集沈殿部５０の濃縮水には、ｐＨ調整剤および凝集剤が添加される。添加されるｐＨ調整剤は第１凝集沈殿部１０に添加されたｐＨ調整剤と同様に、ＮａＯＨまたはＣａ（ＯＨ）₂であるが、必ずしも限定されない。添加される凝集剤は、Ｃａおよびシリカを凝集させるために例えば、Ｎａ₂ＣＯ₃およびＰＡＣである。また、Ｎａ₂ＣＯ₃の濃度はＣａに対して当量とし、ＰＡＣの濃度はＳｉＯ₂に対して２倍当量とすることが好ましいが、必ずしも限定されない。第２凝集沈殿部５０においては、この状態で３０分程度静置される。第２凝集沈殿部５０においては、被処理水からスケール成分として、ＣａＣＯ₃およびシリカの一部が凝集されて除去される。

【0106】

（第２ろ過工程）
第２凝集沈殿部５０においてスケール成分としてＣａＣＯ₃およびシリカが凝集沈殿されて得られた濃縮水は、第２ろ過部６０に供給されて、第２ろ過工程が行われる。第２ろ過部６０においては、Ｈ₂ＳＯ₄またはＨＣｌなどの酸が添加されて、ｐＨが５～６．５程度に調整される。第２ろ過部６０においては、濃縮水が３０分間以上静置されて、未反応のＰＡＣが除去される。
第２ろ過部６０から排出される濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、第２凝集沈殿部５０および第２ろ過部６０によって、Ｃａが（５００－５０＝）４５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂が（１００－１０＝）９０ｍｇ／Ｌ除去される。

【0107】

（正浸透処理工程）
次に、第２ろ過部６０から排出された濃縮水は、正浸透装置７０に供給されて正浸透処理工程が行われ、濃縮水から再生水が得られるとともにさらに濃縮された高濃縮水が排出される。具体的に、正浸透装置７０においては、ＦＯ膜によって濃縮水から（２／３≒）６７％の再生水を回収する一方、（１／３≒）３３％の高濃縮水が排出される。

【0108】

第３実施例においては、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×６７％＝）６７Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。一方、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×３３％＝）３３Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１２００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３０ｍｇ／Ｌ
すなわち、濃縮水は、正浸透装置７０において、ＴＤＳが（１２００００／４００００＝）３倍、Ｃａが（１５０／５０＝）３倍、ＳｉＯ₂が（３０／１０＝）３倍に濃縮される。また、第３実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水からは、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水が排出できることになるので、第３実施例において採用した水処理装置３によれば、従来技術に比して被処理水をさらに７．６倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0109】

（蒸留晶析工程）
正浸透装置７０において濃縮された高濃縮水は、第１実施例と同様に蒸留晶析部８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部８０によって精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。第３実施例においては、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が２９Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0110】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、正浸透装置７０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第３実施例においては、第２の実施形態による水処理装置３によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋６７＋２９＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0111】

（第２変形例）
次に、上述した第２の実施形態による水処理装置の第２変形例について説明する。図５は、第２変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図５に示すように、第２変形例による水処理装置４は、水処理装置３の正浸透装置７０の代わりに第１変形例と同様の高圧逆浸透部９０が設けられる。

【0112】

高圧逆浸透部９０においては、例えば８ＭＰａ程度の高圧力を作用させた逆浸透によって濃縮水から不純物濃度が低下された透過水を排出するとともに、濃縮水がさらに濃縮された高濃縮水を排出する。排出された透過水は再生水として、低圧逆浸透部４０から排出される透過水に合流される。一方、排出された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給される。その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

【0113】

（水処理方法）
（第４実施例）
次に、以上のように構成された第２変形例による水処理装置４を用いた水処理方法の第４実施例について説明する。なお、第４実施例における被処理水は、第１～第３実施例における被処理水と同様である。まず、第４実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程、第１ろ過工程、カルシウム分散工程、低圧逆浸透工程、第２凝集沈殿工程、および第２ろ過工程については、第３実施例と同様である。

【0114】

（高圧逆浸透工程）
次に、第２ろ過工程に続いて、第２ろ過部６０から排出された濃縮水は、高圧逆浸透部９０に供給されて高圧逆浸透工程が行われる。高圧逆浸透部９０においては、濃縮水から透過水が得られるとともにさらに濃縮された高濃縮水が排出される。

【0115】

具体的に、高圧逆浸透部９０においては、高圧逆浸透膜（高圧ＲＯ膜）によって濃縮水から（１／２＝）５０％の透過水が再生水として回収される一方、（１／２＝）５０％の高濃縮水が排出される。第４実施例においては、高圧逆浸透部９０から（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。一方、高圧逆浸透部９０から（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：８００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：２０ｍｇ／Ｌ

【0116】

すなわち、濃縮水は、高圧逆浸透部９０によって、ＴＤＳが（８００００／４００００＝）２倍、Ｃａが（１００／５０＝）２倍、ＳｉＯ₂が（２０／１０＝）２倍に濃縮される。これにより、第４実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水が排出されることになる。一方、従来技術においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水に対して、排出される濃縮水の流量が２５０Ｌ／ｈである。すなわち、第２実施例による水処理装置２によれば、従来に比して被処理水をさらに５倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0117】

（蒸留晶析工程）
高圧逆浸透部９０において濃縮された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部８０においては、高濃縮水に対して、例えば１２０℃程度の温度で精製処理が行われ、精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。第２実施例においては、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が４６Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0118】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、高圧逆浸透部９０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第４実施例においては、第２変形例による水処理装置４によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋５０＋４６＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は第２の実施形態と同様に、以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0119】

以上説明した第２の実施形態によれば、低圧逆浸透部４０の前段の第１凝集沈殿部１０において、Ｃａに加えてシリカを除去し、低圧逆浸透部４０と正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０との間に第２凝集沈殿部５０を設け、被処理水が濃縮された濃縮水からシリカを除去していることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0120】

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による水処理装置について説明する。図６は、第３の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図３に示すように、第３の実施形態による水処理装置３は、第２の実施形態による水処理装置３と異なり、蒸留晶析部８０が設けられておらず、正浸透装置から排出される高濃縮水は、濃縮排水として廃棄される。その他の構成は、第２の実施形態による水処理装置３と同様である。

【0121】

（第５実施例）
（水処理方法）
次に、以上のように構成された第３の実施形態による水処理装置５を用いた水処理方法の第５実施例について説明する。なお、第５実施例において水処理装置５に導入される被処理水については、第１～第４実施例における被処理水と同様である。また、第５実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程、第１ろ過工程、カルシウム分散工程、低圧逆浸透工程、第２凝集沈殿工程、第２ろ過工程、および正浸透処理工程については、第３実施例と同様である一方、蒸留晶析工程が行われない。

【0122】

第５実施例においては、正浸透処理工程において正浸透装置７０から排出される被処理水の流量は３３Ｌ／ｈであり、各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１２００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３０ｍｇ／Ｌ

【0123】

第５実施例においては、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×６７％＝）６７Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。一方、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×３３％＝）３３Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１２００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３０ｍｇ／Ｌ
すなわち、濃縮水は、正浸透装置７０において、ＴＤＳが（１２００００／４００００＝）３倍、Ｃａが（１５０／５０＝）３倍、ＳｉＯ₂が（３０／１０＝）３倍に濃縮される。また、第５実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水からは、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水が排出できることになるので、第５実施例において採用した水処理装置５によれば、従来技術に比して被処理水をさらに７．６倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0124】

また、第５実施例においては、正浸透装置７０から排出された高濃縮水は廃棄され、低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、正浸透装置７０から得られる透過水が供給されて回収される。これにより、第５実施例においては、第３の実施形態による水処理装置５によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋６７＝）９６７Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、３３Ｌ／ｈの高濃縮水が廃棄される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３７ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0125】

（第３変形例）
次に、上述した第３の実施形態による水処理装置の第３変形例について説明する。図７は、第３変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図７に示すように、第３変形例による水処理装置６は、水処理装置３の正浸透装置７０の代わりに第１，第２変形例と同様の高圧逆浸透部９０が設けられる。高圧逆浸透部９０においては、例えば８ＭＰａ程度の高圧力を作用させた逆浸透によって濃縮水から不純物濃度が低下された透過水を排出して再生水として回収されるとともに、濃縮水がさらに濃縮された高濃縮水は濃縮排水として廃棄される。その他の構成は、第３の実施形態と同様である。

【0126】

（水処理方法）
（第６実施例）
次に、以上のように構成された第３変形例による水処理装置６を用いた水処理方法の第６実施例について説明する。なお、第６実施例における被処理水は、第１～第５実施例における被処理水と同様である。まず、第６実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程、第１ろ過工程、カルシウム分散工程、低圧逆浸透工程、第２凝集沈殿工程、および第２ろ過工程については、第３の実施形態と同様である。また、第６実施例による水処理方法においては、高圧逆浸透工程については、第１，第２変形例と同様である。

【0127】

第６実施例においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水が排出される。一方、従来技術においては、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水に対して、排出される濃縮水の流量が２５０Ｌ／ｈである。すなわち、第６実施例による水処理装置６によれば、従来に比して被処理水を５倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0128】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、高圧逆浸透部９０から得られる透過水が供給されて回収される。これにより、第６実施例においては、第３変形例による水処理装置６によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋５０＝）９５０Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、５０Ｌ／ｈの濃縮排水が廃棄される。高圧逆浸透部９０から回収される透過水の流量が、正浸透装置７０から回収される透過水の流量より低いことにより、ＴＤＳは第３の実施形態に比して大きくなる。そのため、再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３８ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0129】

以上説明した第３の実施形態によれば、低圧逆浸透部４０の前段に第１凝集沈殿部１０を設け、低圧逆浸透部４０と正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０との間に第２凝集沈殿部５０を設けていることにより、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0130】

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による水処理装置について説明する。図８は、第４の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図８に示すように、第４の実施形態による水処理装置３は、第１の実施形態による水処理装置１と異なり、軟水器３０が、低圧逆浸透部４０の前段に設けられておらず、正浸透装置７０の前段に設けられている。なお、第４の実施形態において軟水器３０はさらに、第２ろ過部６０の後段に設けられている。その他の構成は、第１の実施形態による水処理装置１と同様である。

【0131】

（水処理方法）
（第７実施例）
次に、以上のように構成された第４の実施形態による水処理装置７を用いた水処理方法の第７実施例について説明する。なお、第７実施例において水処理装置７に導入される被処理水については、第１～第６実施例における被処理水と同様である。また、第７実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程および第１ろ過工程については、第１実施例と同様である。
第１ろ過工程後の被処理水の各成分は第１実施例と同様に以下のようになる。
ＴＤＳ：４００５ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ

【0132】

（低圧逆浸透工程）
第１ろ過部２０においてＰＡＣが除去された被処理水は、低圧逆浸透部４０に供給されて低圧逆浸透工程が行われる。低圧逆浸透部４０においては、ＴＤＳに依存する所定の圧力、例えば４．０ＭＰａの圧力を作用させた低圧ＲＯ膜によって被処理水から９０％の再生水が回収される一方、１０％の濃縮水が排出される。ここで、第１凝集沈殿部１０においてシリカが除去されていることにより、低圧逆浸透部４０による再生水の回収率を９０％まで向上させることができる。

【0133】

第７実施例においては、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×９０％＝）９００Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。透過水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ
すなわち、低圧逆浸透部４０によって、ＴＤＳが（４０／４００５≒）０．０１倍、Ｃａが（１／５０＝）０．０２倍、ＳｉＯ₂が（１／１０≒）０．１倍まで低減される。

【0134】

また、低圧逆浸透部４０から（１０００Ｌ／ｈ×１０％＝）１００Ｌ／ｈの流量で濃縮水が排出される。濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４００５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１００ｍｇ／Ｌ
すなわち、被処理水は低圧逆浸透部４０において、ＴＤＳが（４００５０／４００５＝）１０倍、Ｃａが（５００／５０＝）１０倍、ＳｉＯ₂が（１００／１０＝）１０倍に濃縮される。

【0135】

（第２凝集沈殿工程）
低圧逆浸透部４０において濃縮された濃縮水は、第２凝集沈殿部５０に供給されて第２凝集沈殿工程が行われる。なお、第７実施例においては、被処理水にＣａが残存していることから、第２凝集沈殿部５０の濃縮水には、ｐＨ調整剤および凝集剤が添加される。添加されるｐＨ調整剤は第１凝集沈殿部１０に添加されたｐＨ調整剤と同様に、例えばＮａＯＨまたはＣａ（ＯＨ）₂であるが、必ずしも限定されない。添加される凝集剤は、Ｃａおよびシリカを凝集させるために、例えばＮａ₂ＣＯ₃およびＰＡＣである。Ｎａ₂ＣＯ₃の濃度はＣａに対して当量とし、ＰＡＣの濃度はＳｉＯ₂に対して２倍当量とすることが好ましいが、必ずしも限定されない。第２凝集沈殿部５０においては、この状態で３０分程度静置される。第２凝集沈殿部５０においては、被処理水からスケール成分として、ＣａＣＯ₃およびシリカの一部が凝集されて除去される。

【0136】

（第２ろ過工程）
第２凝集沈殿部５０においてスケール成分としてＣａＣＯ₃およびシリカが凝集沈殿されて得られた濃縮水は、第２ろ過部６０に供給されて、第２ろ過工程が行われる。第２ろ過部６０においては、Ｈ₂ＳＯ₄またはＨＣｌなどの酸が添加されて、ｐＨが５～６．５程度に調整される。第２ろ過部６０においては、濃縮水が３０分間以上静置されて、未反応のＰＡＣが除去される。
第２ろ過部６０から排出される濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４００００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、第２凝集沈殿部５０および第２ろ過部６０によって、Ｃａが（５００－５０＝）４５０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂が（１００－１０＝）９０ｍｇ／Ｌ除去される。

【0137】

（カルシウム除去工程）
第２ろ過部６０においてＰＡＣが除去された被処理水は、軟水器３０に供給されてカルシウム除去工程が行われる。軟水器３０においては、例えば、カチオン交換樹脂などによって被処理水からＣａが除去される。軟水器３０から排出される被処理水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：４０３５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：１０ｍｇ／Ｌ
すなわち、軟水器３０において、Ｃａが（５０－０＝）５０ｍｇ／Ｌ（全量）除去される。

【0138】

（正浸透処理工程）
次に、軟水器３０から排出された濃縮水は、正浸透装置７０に供給されて正浸透処理工程が行われる。正浸透処理工程においては、濃縮水から再生水が得られるとともに、さらに濃縮された高濃縮水が排出される。

【0139】

具体的に、正浸透装置７０においては、ＦＯ膜によって濃縮水から（２／３≒）６７％の再生水が回収される一方、（１／３≒）３３％の高濃縮水が排出される。第７実施例においては、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×６７％＝）６７Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収される。一方、正浸透装置７０から（１００Ｌ／ｈ×３３％＝）３３Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：１２１０５０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：３０ｍｇ／Ｌ

【0140】

すなわち、濃縮水は、正浸透装置７０において、ＴＤＳが（１２１０５／４００００≒）約３倍、ＳｉＯ₂が（３０／１０＝）３倍に濃縮される。また、第７実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水からは、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水が排出できることになる。これにより、第７実施例において採用した水処理装置７によれば、第１実施例と同様に、従来技術に比して被処理水をさらに７．６倍程度濃縮して排出でき、再生水の回収率を大幅に向上できる。

【0141】

（蒸留晶析工程）
正浸透処理工程後の蒸留晶析工程は、第１実施例と同様である。すなわち、第７実施例においては、流量が３３Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が２９Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0142】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、正浸透装置７０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第７実施例においては、第４の実施形態による水処理装置７によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋６７＋２９＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0143】

（第４変形例）
次に、上述した第４の実施形態による水処理装置の第４変形例について説明する。図９は、第４変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。図９に示すように、第４変形例による水処理装置８は、第４の実施形態による水処理装置７の正浸透装置７０の代わりに第１変形例と同様の高圧逆浸透部９０が設けられる。

【0144】

高圧逆浸透部９０においては、濃縮水から不純物濃度が低下された透過水を排出するとともに、濃縮水がさらに濃縮された高濃縮水を排出する。排出された透過水は再生水として、低圧逆浸透部４０から排出される透過水に合流される。一方、排出された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給される。その他の構成は、第４の実施形態と同様である。第４変形例においては、軟水器３０を高圧逆浸透部９０の前段に設けていることにより、高圧逆浸透部９０をアルカリ性の条件下で運転する場合に、Ｍｇ（ＯＨ）₂のスケールリスクを低減することができる。

【0145】

（水処理方法）
（第８実施例）
次に、以上のように構成された第４変形例による水処理装置８を用いた水処理方法の第８実施例について説明する。なお、第８実施例における被処理水は、第１～第７実施例における被処理水と同様である。まず、第８実施例による水処理方法においては、第１凝集沈殿工程、第１ろ過工程、低圧逆浸透工程、第２凝集沈殿工程、第２ろ過工程、およびカルシウム除去工程については、第７実施例と同様である。

【0146】

（高圧逆浸透工程）
次に、カルシウム除去工程に続いて、軟水器３０から排出された濃縮水は、高圧逆浸透部９０に供給されて高圧逆浸透工程が行われる。高圧逆浸透部９０においては、濃縮水から透過水が得られるとともにさらに濃縮された高濃縮水が排出される。

【0147】

具体的に、高圧逆浸透部９０においては、高圧ＲＯ膜によって濃縮水から（１／２＝）５０％の透過水が再生水として回収される一方、（１／２＝）５０％の高濃縮水が排出される。第８実施例においては、高圧逆浸透部９０から（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で透過水が排出されて再生水として回収され、（１００Ｌ／ｈ×５０％＝）５０Ｌ／ｈの流量で高濃縮水が排出される。高濃縮水の各成分は以下のようになる。
ＴＤＳ：８０７００ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂：２０ｍｇ／Ｌ

【0148】

すなわち、濃縮水は、高圧逆浸透部９０によって、ＴＤＳが（８０７００／４０３５０＝）２倍、ＳｉＯ₂が（２０／１０＝）２倍に濃縮される。これにより、第８実施例において、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水が排出されることになり、第８実施例で採用された水処理装置８によれば、従来に比して被処理水をさらに５倍程度濃縮して排出でき、再生水の生成効率を大幅に向上できる。

【0149】

（蒸留晶析工程）
高圧逆浸透部９０において濃縮された高濃縮水は、蒸留晶析部８０に供給されて蒸留晶析工程が行われる。蒸留晶析部８０においては、高濃縮水に対して、例えば１２０℃程度の温度で精製処理が行われ、精製された精製水は再生水として回収される。精製水から分離された固形成分としての塩は、外部に廃棄される。第２実施例においては、流量が５０Ｌ／ｈの高濃縮水から、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去されて、流量が４６Ｌ／ｈの精製水が再生水として回収される。

【0150】

以上の低圧逆浸透部４０から得られる透過水に、高圧逆浸透部９０から得られる透過水および蒸留晶析部８０から得られる精製水が供給されて回収される。これにより、第８実施例においては、第２変形例による水処理装置４によって、流量が１０００Ｌ／ｈの被処理水から、流量が（９００＋５０＋４６＝）９９６Ｌ／ｈの再生水が回収されるとともに、４Ｌ／ｈ分の固形成分が除去される。再生水の各成分は第４の実施形態と同様に、以下のようになる。
ＴＤＳ：３６ｍｇ／Ｌ、Ｃａ：１ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ₂：１ｍｇ／Ｌ

【0151】

以上説明した第４の実施形態によれば、低圧逆浸透部４０の前段の第１凝集沈殿部１０において、Ｃａに加えてシリカを除去し、低圧逆浸透部４０と正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０との間に第２凝集沈殿部５０を設け、被処理水が濃縮された濃縮水からシリカを除去していることにより、第１～第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、正浸透装置７０や高圧逆浸透部９０の前段に軟水器３０を設けていることにより、ＦＯ膜やＲＯ膜に生じやすいＣａのスケーリングを抑制できるので、水処理装置７，８による被処理水の濃縮率を、従来の水処理装置に比して向上できる。

【0152】

（凝集沈殿部およびろ過部）
次に、第１～第４の実施形態による水処理装置１～８に採用される凝集沈殿部およびろ過部の構成について説明する。なお、凝集沈殿部およびろ過部は、第１凝集沈殿部１０および第１ろ過部２０と、第２凝集沈殿部５０および第２ろ過部６０との少なくとも一方を示す。

【0153】

従来、特にシリカの原因物質であるケイ酸イオン（ＳｉＯ₄ ^4-）は水中において種々の形態をとることが知られており、塩を含有する水からの除去が極めて困難なスケーリングの原因物質の１つである。ケイ酸イオン（ＳｉＯ₄ ^4-）を除去するためには、主として樹脂や吸着剤を利用した除去方法と、薬剤投与による共沈または凝集沈殿による除去方法との２つの方法が検討されている。

【0154】

これらのうちの樹脂や吸着剤を利用したシリカの除去方法として、純水製造プロセスにおいてはイオン交換樹脂を利用したシリカの除去方法が知られている。ところが、高濃度のシリカ含有排水や、シリカ以外の陰イオンが多く存在する陰イオンリッチな高塩濃度の排水においては、イオン交換樹脂の再生頻度が増加することになるため、水処理が高コスト化するため好ましくない。また、イオン交換樹脂の交換容量の近傍においては、吸着していたシリカが溶出して、シリカ濃度が急激に上昇するという問題も生じる。この場合、不可逆的なシリカによるスケールが突然発生することになるため、半透膜を用いた水処理プロセスにおいて大きな問題になる。そこで、凝集剤を投与することによってシリカを除去する方法を採用すると、凝集剤の高コスト化が問題になることから、被処理水を処理する際の凝集剤の使用量の低減が求められていた。

【0155】

上述した問題を解決するために、以下に説明する凝集沈殿部およびろ過部（以下、まとめて凝集沈殿部と称する）の第１構成例、第２構成例、第３構成例、および第４構成例は、被処理水を処理する際に、添加する凝集剤の使用量を低減できる凝集沈殿部である。

【0156】

（凝集沈殿部）
（第１構成例）
まず、本発明の実施形態による水処理装置１～８の凝集沈殿部の第１構成例について説明する。図１０は、第１構成例による凝集沈殿部を模式的に示すブロック図である。図１０に示すように、第１構成例による凝集沈殿部１０Ａ，５０Ａは、受入槽１１、反応槽１２、ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、およびろ過部２０，６０を備える。

【0157】

受入槽１１は、例えば冷却塔（図示せず）などから排出される排水などの被処理水が流入される槽である。受入槽１１におけるシリカ濃度（ＳｉＯ₂濃度）はシリカ濃度計５１により計測される。シリカを含む被処理水は、受入槽１１に貯留された後に反応槽１２に供給される。反応槽１２には、シリカを凝集沈殿させる例えばＰＡＣ、およびＣａを凝集沈殿させる例えばＮａ₂ＣＯ₃などの凝集剤が添加される。これとともに反応槽１２においては、ｐＨが８以上１２以下の例えば１０．５程度に調整されて、被処理水からＣａやシリカなどのスケール成分が除去される。なお、反応槽１２は、並列して被処理水を流入可能な２槽や３槽などの複数の槽から構成して、処理水の流れを複数系列として構成することが可能である。

【0158】

反応槽１２において得られた上澄み水は、ｐＨ調整槽１３に供給されてｐＨが４以上８以下の例えば６．５程度に調整される。これにより、上澄み水のＡｌが不溶性になる。ｐＨ調整槽１３におけるシリカ濃度は、シリカ濃度計５２により計測される。ｐＨ調整槽１３においてｐＨが調整された調整水であるＡｌ含有水は、ろ過部２０，６０に供給される。ろ過部２０，６０は砂ろ過または所定の膜を有して構成される。ろ過部２０，６０においては、調整水からＡｌを除去するろ過処理が行われ、処理水が得られる。

【0159】

上述したように凝集沈殿部１０Ａ，５０Ａにおける反応槽１２においては、Ｃａおよびシリカを含むスケール成分が除去される。すなわち、例えば冷却塔などから排出された被処理水はＣａおよびシリカを含む被処理水として受入槽１１に一時的に貯留された後、反応槽１２に供給される。反応槽１２の初期状態としては、すでに複数回の凝集沈殿処理が行われた後における、凝集汚泥としてのスラッジＳの一部が残留した状態とする。反応槽１２のｐＨは、塩基性を示すｐＨに調整される。

【0160】

次に、反応槽１２において、例えばスケール成分を除去するために、ＰＡＣや例えばＮａ₂ＣＯ₃などの薬剤を注入しながら、攪拌部（図示せず）によって撹拌が実行される。第１構成例においては、攪拌されたスラッジＳが凝集剤として機能して、被処理水に含有されたシリカと混合して、シリカの一部が沈殿する。なお、スケール成分としては、主としてＳｉＯ₂を含むシリカ、および例えばＣａＣＯ₃、ＣａＳＯ₄、およびＣａＦ₂などのＣａの化合物が含まれる。

【0161】

スラッジが沈降した反応槽１２から、ポンプ１４によってスラッジＳの一部を排出させて、脱水機１５に供給する。スラッジＳの排出量としては、初期状態におけるスラッジＳの量に対して、増加したスラッジＳの増加量分とすることが好ましい。排出されたスラッジＳは、脱水機１５によって脱水されて脱水ケーキとなって、廃棄または所定の用途に再利用される。

【0162】

次に、反応槽１２において、ｐＨ調整手段としての薬剤注入装置（図示せず）によってｐＨ調整剤を添加する一方、攪拌手段としての攪拌部（図示せず）によって攪拌を行う。これにより、スラッジＳが再度攪拌されて懸濁状態となる。第１構成例においては、懸濁状態となったスラッジＳが凝集剤として機能して、被処理水からシリカの一部がスラッジＳに吸着され、沈殿することによって除去される。なお、上述した反応槽１２において計測されたシリカ濃度に応じて、ＰＡＣをさらに添加しても良い。スラッジＳが沈殿した後、上澄み水は、後段のｐＨ調整槽１３に供給される。また、水処理は、流入・薬剤注入に復帰する。

【0163】

（凝集沈殿汚泥）
次に、凝集剤として機能する凝集沈殿汚泥であるスラッジＳについて説明する。まず、反応槽１２に流入される例えば冷却塔からの排水などの被処理水に含まれるシリカについて、本発明者が行った鋭意検討について説明する。

【0164】

すなわち、本発明者の知見によれば、シリカは、排水中で溶解性シリカと非溶解性のコロイド状シリカに分類される。本発明者の実験および実験に伴う鋭意検討によれば、溶解性シリカおよびコロイド状シリカに対して、アルミニウム塩の投与によって発生する凝集汚泥フロックは、次のような効果を示すと考えられる。

【0165】

まず、主としてケイ酸イオンを含む溶解性シリカは、ｐＨが８以上１２以下の塩基性条件下において負の電荷を帯びている。一般に、塩基性条件下における溶解性シリカは、重合して不溶性のシリカとなる反応速度が速いことが知られている。一方、アルミニウム塩を含んだ凝集汚泥フロックは、アルミニウムイオンに由来する正の電荷を帯びた部位が局在している。そこで、本発明者が、凝集沈殿汚泥を再使用する実験を行ったところ、凝集汚泥フロックは、アルミニウムイオンの価数およびモル数から導出されるイオン強度よりも、多くの溶解性シリカを捕捉していることが判明した。

【0166】

そこで、溶解性シリカの凝集汚泥フロックに対する反応機構は、次の通りに考えられる。すなわち、負に帯電した溶解性シリカは、凝集汚泥フロック中におけるアルミニウムイオンのような正に帯電した部分（吸着活性点）に静電気的に引き寄せられて吸着する。塩基性条件下においては、ケイ酸イオンの重合速度が大きいことから、溶解性シリカは、ケイ酸イオンが吸着したサイトの近傍に接近した他の溶解性シリカと重合して凝集汚泥フロックに吸着される。このため、吸着可能なシリカの量は、アルミニウムの価数から導き出される量より大きくなる。攪拌を行うことにより、溶解性シリカと凝集汚泥フロック中の吸着活性点との接触確率が増加することから、シリカの除去率が向上する。さらに、スラッジＳの使用回数、すなわちサイクル回数を多くすることによって、未活用の吸着活性点を低減することが可能となる。

【0167】

また、コロイド状シリカは、溶解性シリカが互いに重合して数１０ｎｍ～数ｌ００ｎｍの大きさになったものである。コロイド状の場合、粒子径が小さいため沈降性が極めて低い。また、塩基性条件下におけるコロイド状シリカは、一部が溶解して溶解性シリカと同様の形態になり、上述した反応機構と同様の反応が生じる。溶解しなかったコロイド状シリカにおいても、表面が負の電荷を帯びていることから、アルミニウムイオンの正の電荷に静電気的に引き寄せられ、凝集および重合して沈降性が向上する。これにより、被処理水からシリカが除去される。

【0168】

以上のようにして、被処理水に対してＰＡＣなどの凝集剤を添加することによって得られたスラッジＳは、シリカ除去率は低下するものの、複数回再利用することが可能である。本発明者が反応槽１２におけるｐＨに応じたシリカ除去率について実験を行ったところ、反応槽１２内の被処理水のｐＨを８とした場合には、スラッジＳのサイクル回数に伴って、シリカ除去率が４７％程度から２７％程度まで低減することが判明した。さらに、本発明者が反応槽１２内の被処理水のｐＨを１０．５とした場合には、シリカ除去率がスラッジＳのサイクル回数に伴って、シリカ除去率が９７％程度から７０％程度まで低減することが判明した。すなわち、反応槽１２内の被処理水のｐＨを８とした場合に比して、ｐＨを１０．５としてより塩基性を強くした場合には、シリカ除去率が２～２．６倍程度向上した。そのため、反応槽１２内の被処理水に対するシリカの除去処理を行った場合に、被処理水のｐＨ、およびＰＡＣを添加する場合にはＰＡＣの添加量を設定することによって、所望とするシリカ濃度を得ることが可能になる。

【0169】

以上説明したように凝集沈殿部の第１構成例によれば、シリカの除去の際に発生した凝集沈殿汚泥であるスラッジＳを、改めてシリカの吸着核、すなわち凝集剤として使用しているので、シリカの除去に要するＰＡＣなどの薬剤の添加量を低減できる。さらに、スラッジＳを凝集剤として使用していることにより、排出する汚泥の量を低減できるので、排出されたスラッジＳの後処理に要するコストを低減することが可能になる。

【0170】

（第２構成例）
次に、凝集沈殿部の第２構成例について説明する。図１１は、第２構成例による凝集沈殿部を示すブロック図である。図１１に示すように、第２構成例による凝集沈殿部１０Ｂ，５０Ｂは、受入槽１１、反応槽１２，ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、汚泥貯留槽１８、およびろ過部２０，６０を備える。受入槽１１、反応槽１２，ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、およびろ過部２０，６０については、第１構成例と同様である。汚泥貯留槽１８は、ポンプ１４を用いて、反応槽１２から排出させたスラッジＳを一時的に貯留した後に反応槽１２に戻すための槽である。

【0171】

凝集沈殿部１０Ｂ，５０Ｂにおける反応槽１２においては、シリカを含むスケール成分が除去される。すなわち、被処理水は、受入槽１１に一時的に貯留された後に、反応槽１２に供給される。反応槽１２の初期状態としては、すでに複数回の凝集沈殿処理が行われた後における、凝集汚泥としてのスラッジＳの一部が残留した状態とする。反応槽１２のｐＨは、塩基性を示すｐＨに調整され、例えば８以上１２以下の１０．５に調整される。

【0172】

次に、反応槽１２において、スケール成分である例えばＣａの化合物などを除去するための例えばＮａ₂ＣＯ₃などの薬剤を注入しながら、攪拌部（図示せず）によって撹拌が実行される。ここで、第２構成例においては、汚泥貯留槽１８に貯留されたスラッジＳの一部を脱水機１５に供給して脱水を行う一方、スラッジＳの残部の少なくとも一部を反応槽１２に供給する。これにより、反応槽１２内で攪拌されたスラッジＳは凝集剤として機能して、被処理水におけるシリカと混合して、シリカの一部が沈殿する。

【0173】

スラッジＳが沈降した反応槽１２から、ポンプ１４によってスラッジＳの少なくとも一部、好適には全部を汚泥貯留槽１８に供給する。ここで、汚泥貯留槽１８に貯留されたスラッジＳのうちの脱水機１５に供給されるスラッジＳの量は、初期状態におけるスラッジＳの量に対して増加した増加量分とすることが好ましい。

【0174】

次に、反応槽１２において、ｐＨ調整剤を添加する一方、攪拌部（図示せず）によって攪拌を行う。これにより、スラッジＳが再度攪拌されて懸濁状態となる。第２構成例においては、懸濁状態となったスラッジＳが凝集剤として機能して、被処理水からシリカの一部がスラッジＳに吸着され、沈殿することによって除去される。なお、上述したシリカ濃度計によって計測されたシリカ濃度に応じて、ＰＡＣをさらに添加しても良い。ＰＡＣを添加する場合、添加量はシリカ濃度の１当量以上２当量以下が好ましい。スラッジＳが沈殿した後、上澄み水は、後段のｐＨ調整槽１３に供給される。その他の構成は、第１構成例と同様である。

【0175】

以上説明したように凝集沈殿部の第２構成例によれば、反応槽１２における凝集沈殿処理によって得られた凝集沈殿汚泥であるスラッジＳを、シリカの凝集剤として用いていることにより、第１構成例と同様の効果を得ることができる。さらに、反応槽１２からスラッジＳの少なくとも一部、好適には全部を排出させて汚泥貯留槽１８に一時的に貯留していることにより、アルミニウム凝集剤とシリカ以外の夾雑物との反応を抑制することが可能になるので、使用する薬剤の量を低減でき、薬剤のコストが低減できる。

【0176】

（第３構成例）
次に、凝集沈殿部の第３構成例について説明する。図１２は、第３構成例による凝集沈殿部を示すブロック図である。図１２に示すように、第３構成例による凝集沈殿部１０Ｃ，５０Ｃは、受入槽１１、薬注装置１９が設けられた第１反応槽１２１、第２反応槽１２２、沈殿槽１２３、ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、およびろ過部２０，６０を備える。受入槽１１、ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、およびろ過部２０，６０はそれぞれ、第１構成例と同様である。

【0177】

（反応工程）
反応部を構成する反応槽としての第１反応槽１２１においては、シリカを含む被処理水を塩基性とするように、ｐＨ調整部（図示せず）によってｐＨが調整され、例えば８以上１２以下、好適には１０．５程度に調整される。第１反応槽１２１においては、主としてシリカ以外のスケール成分として、Ｃａの難溶性塩などを除去するために、例えばＮａ₂ＣＯ₃などの凝集剤が注入される。第１反応槽１２１においては、攪拌部１２１ａによって撹拌が実行され、被処理水は懸濁状態となる。被処理水は、第１反応槽１２１の上部から越流させて第２反応槽１２２の下部に供給される。

【0178】

被処理水が第２反応槽１２２に供給されると、第２反応槽１２２には、凝集剤として、後段の沈殿槽１２３において採取された凝集沈殿汚泥であるスラッジＳが添加される。他方、反応部を構成する反応槽としての第２反応槽１２２には、必要に応じて、第２反応槽１２２に設けられた凝集剤添加部（図示せず）によって、凝集剤として、例えばＰＡＣなどのアルミニウム塩が添加される。第２反応槽１２２に添加されるＰＡＣの添加量は、シリカ濃度計１６，１７により計測されたシリカ濃度の計測値に基づいて決定される。第２反応槽１２２においては、攪拌部１２２ａによって撹拌が実行され、被処理水は懸濁状態となる。被処理水は、第２反応槽１２２から沈殿槽１２３に供給される。なお、後段のシリカ濃度計１７により計測されたシリカ濃度が所定のシリカ濃度以下であれば、ＰＡＣなどのアルミニウム塩を添加しなくても良い。

【0179】

（沈殿工程）
沈殿槽１２３においては、被処理水が静置されることより、攪拌されたスラッジＳが凝集剤として機能し、被処理水に含有されたシリカと混合してシリカを含むスラッジＳが沈殿する。すなわち、第２反応槽１２２において、懸濁状態となったスラッジＳが凝集剤として機能して、被処理水からシリカの一部がスラッジＳに吸着され、沈殿槽１２３において沈殿することによって除去される。なお、沈殿槽１２３において、ｐＨ調整部（図示せず）によって、被処理水のｐＨを、８以上１２以下、好適には１０．５程度に調整しても良い。

【0180】

（汚泥輸送工程）
沈殿槽１２３において沈殿したスラッジＳの少なくとも一部は、汚泥輸送部としてのポンプ１４によって引き抜かれる。ポンプ１４によって引き抜くスラッジＳの量は、沈殿槽１２３内におけるスラッジＳの略全量としても良い。この場合、ポンプ１４は、引き抜いたスラッジＳの一部、例えばスラッジＳの沈殿量の２０％や、引き抜く周期の時間において沈殿した量の分を、例えばフィルタープレスなどの脱水機１５に供給することができる。この場合、沈殿槽１２３に沈殿しているスラッジＳの全沈殿量の８０％分や、引き抜く周期の時間において沈殿した分と略同量の古いスラッジＳを除いた残部が、第２反応槽１２２に投入される。

【0181】

また、ポンプ１４は、沈殿槽１２３内におけるスラッジＳの一部だけ引き抜くようにしても良い。この場合、ポンプ１４によって引き抜かれたスラッジＳにおいて、被処理水との接触が累計で所定回数以上、例えば５回以上となったスラッジＳを脱水機１５に供給することも可能である。また、ポンプ１４は、沈殿槽１２３においては、略一定量のスラッジＳが残留するように引き抜き量を調整することも可能である。ここで、一定量は、スラッジＳを引き抜く１周期分の時間において増加するスラッジＳの量の５倍程度とすることができる。これにより、スラッジＳにおいて凝集剤としての機能を確保できる。

【0182】

引き抜かれたスラッジＳの一部は、ポンプ１４によって第２反応槽１２２に供給される。引き抜かれたスラッジＳの残部は、脱水機１５に供給されて脱水され、脱水ケーキとなって廃棄または所定の用途に再利用される。

【0183】

沈殿槽１２３の後段である被処理水の流出側で、ｐＨ調整槽１３の前段である流入側に、シリカ濃度計１７が設けられている。シリカ濃度計１７によって、例えば６分～１０分の間隔で継続して沈殿槽１２３の上澄み水のシリカ濃度が計測される。その後、シリカ濃度計１６，１７によって計測されたシリカ濃度に基づいたフィードバック制御によって、第２反応槽１２２におけるアルミニウム塩の添加量が決定される。具体的に、第２反応槽１２２にスラッジＳが添加されて、懸濁状態のスラッジＳが凝集剤として機能することにより、被処理水中のシリカが除去される。続いて、シリカ濃度計１７によって計測されたシリカ濃度が、シリカ濃度計１６によって計測されたシリカ濃度から所望とするシリカ濃度以下になるために必要なアルミニウム塩の量を、アルミニウム塩の添加量に決定する。アルミニウム塩としてＰＡＣを添加する場合、添加量は、計測されたシリカ濃度の１当量以上２当量以下が好ましい。これにより、従来に比して、アルミニウム塩の添加量を低減できる。

【0184】

なお、上述した凝集沈殿部１０Ｃ，５０Ｃにおいて、第１反応槽１２１、第２反応槽１２２、および沈殿槽１２３をそれぞれ複数設け、第１反応槽１２１、第２反応槽１２２、および沈殿槽１２３からなる水処理系列を複数並列させて、被処理水を処理可能な２系列や３系列などの複数系列から構成しても良い。

【0185】

また、上述した凝集沈殿部１０Ｃ，５０Ｃにおいて、被処理水の流れ方向に沿って第１反応槽１２１の上流側に、少なくとも１槽の他の反応槽を設けても良い。また、被処理水の流れ方向に沿った第１反応槽１２１と第２反応槽１２２の間に、さらに少なくとも１槽の他の反応槽を設けても良い。これらの場合、第２反応槽１２２を、反応部を構成する複数の反応槽のうちの、被処理水の流れ方向に沿った最下流の反応槽としても良い。また、被処理水の流れ方向に沿って第２反応槽１２２の下流側に、さらに少なくとも１槽の反応槽が設けられていても良い。この場合、第１反応槽１２１を、反応部を構成する複数の反応槽において、被処理水の流れ方向に沿った最上流の反応槽としても良い。さらに、これらの構成を組み合わせることも可能である。すなわち、反応部を３槽以上の複数の反応槽から構成し、これらの３槽以上の反応槽のうちの１つの反応槽を第１反応槽１２１とし、第１反応槽１２１より下流側の少なくとも１槽の反応槽のうちの１つの反応槽を第２反応槽１２２としても良い。

【0186】

また、第１反応槽１２１を複数の反応槽から構成しても良く、第２反応槽１２２を複数の反応槽から構成しても良い。同様に、沈殿部を構成する沈殿槽１２３を、被処理水が直列に輸送される複数の沈殿槽から構成しても良い。

【0187】

（アルミニウム除去工程）
沈殿槽１２３において得られた上澄み水は、ｐＨ調整槽１３に供給されてｐＨが４以上８以下の例えば６．５程度に調整される。これにより、上澄み水のＡｌが不溶性になって除去される。ｐＨ調整槽１３においてｐＨが調整された調整水であるＡｌ含有水は、ろ過部２０，６０に供給される。なお、ｐＨ調整槽１３においてｐＨが調整されたＡｌ含有水の一部を第２反応槽１２２に戻すようにしても良い。

【0188】

ろ過部２０，６０においては、ｐＨ調整槽１３から供給された調整水からＡｌを除去するろ過処理が行われる。これにより、処理水が得られる。

【0189】

上述したように、シリカの処理槽である第２反応槽１２２の前段に、シリカ以外の夾雑物を除去する第１反応槽１２１を設けていることにより、第２反応槽１２２において、アルミニウム塩がシリカ以外の物質によって消費されるのを抑制することが可能となる。

【0190】

以上説明したように凝集沈殿部の第３構成例によれば、沈殿槽１２３において沈殿した凝集沈殿汚泥であるスラッジＳを、沈殿槽１２３の前段の反応槽、具体的には第２反応槽１２２に再度投入して被処理水からシリカを除去している。すなわち、第３構成例においては、沈殿槽１２３において凝集沈殿したスラッジＳを、第２反応槽１２２に投入して、改めてシリカの吸着核、すなわち凝集剤として使用しているので、シリカの除去に要するＰＡＣなどの薬剤の添加量を低減できる。さらに、スラッジＳを凝集剤として使用していることにより、排出するスラッジＳの量を低減できるので、排出されたスラッジＳの後処理に要するコストを低減することが可能となる。

【0191】

（第４構成例）
次に、第４構成例による凝集沈殿部について説明する。図１３は、第４構成例による凝集沈殿部を示すブロック図である。図１３に示すように、第４構成例による凝集沈殿部１０Ｄ，５０Ｄは、第３構成例と同様に、受入槽１１、第１反応槽１２１、第２反応槽１２２、沈殿槽１２３，ｐＨ調整槽１３、ポンプ１４、脱水機１５、シリカ濃度計１６，１７、薬注装置１９、およびろ過部２０，６０を備える。

【0192】

第４構成例においては、沈殿槽１２３において、被処理水が静置されることより、攪拌されたスラッジＳが凝集剤として機能し、被処理水に含有されたシリカと混合してシリカを含むスラッジＳが沈殿する。沈殿したスラッジＳの少なくとも一部は、ポンプ１４によって引き抜かれる。引き抜くスラッジＳの量は、沈殿槽１２３内におけるスラッジＳの増加量分とすることが好ましいが限定されない。換言すると、沈殿槽１２３においては、略一定量のスラッジＳが残留するように引き抜き量を調整することが好ましい。第４構成例においては、第３構成例と異なり、引き抜かれたスラッジＳの一部は、ポンプ１４によって第１反応槽１２１に供給される。これにより、第１反応槽１２１には、後段の沈殿槽１２３からスラッジＳが輸送されて添加される。添加されたスラッジＳによって第１反応槽１２１内のシリカの一部が除去される。

【0193】

一方、第１反応槽１２１においては、被処理水を塩基性とするようにｐＨが調整され、例えば８以上１２以下、好適には１０．５程度に調整される。また、第１反応槽１２１においては、主としてシリカ以外のスケール成分として、例えばＣａの難溶性塩などを除去するために、例えばＮａ₂ＣＯ₃などのＣａの凝集剤が注入される。第１反応槽１２１においては、攪拌部１２１ａによって撹拌が実行され、被処理水は懸濁状態となる。これによって、第１反応槽１２１内においては、Ｃａの凝集剤によってＣａの難溶性塩などが除去されるとともに、スラッジＳによってシリカの一部が除去される。

【0194】

懸濁状態の被処理水は、第１反応槽１２１の上部から越流させて第２反応槽１２２の下部に供給される。被処理水のシリカ濃度は、第１反応槽１２１の後段で第２反応槽１２２の前段に設けられたシリカ濃度計１６により計測される。なお、第１反応槽１２１において被処理水のシリカ濃度を計測しても良い。

【0195】

第４構成例においては、第１反応槽１２１から流出された被処理水のシリカ濃度と、沈殿槽１２３から流出された被処理水のシリカ濃度とに基づいて、第２反応槽１２２内の被処理水に添加する、例えばＰＡＣなどのアルミニウム塩の添加量が決定される。すなわち、シリカ濃度計１７によって、例えば６分～１０分の間隔で継続して沈殿槽１２３の上澄み水のシリカ濃度が計測される。同様にして、シリカ濃度計１６によって、例えば６分～１０分の間隔で第１反応槽１２１から流出された被処理水のシリカ濃度が計測される。シリカ濃度計１６，１７によって計測されたシリカ濃度に基づいたフィードバック制御によって、第２反応槽１２２におけるアルミニウム塩の添加量が決定される。その他の構成は、第３構成例と同様である。

【0196】

以上説明したように凝集沈殿部の第４構成例によれば、第１反応槽１２１、第２反応槽１２２、および沈殿槽１２３における凝集沈殿処理によって得られた凝集沈殿汚泥であるスラッジＳを、シリカの凝集剤として用いていることにより、第１～第３構成例と同様の効果を得ることができる。さらに、第４構成例によれば、第１反応槽１２１に凝集剤として機能するスラッジＳを投入して、第１反応槽１２１の下流側においてシリカ濃度を計測していることにより、スラッジＳに吸着するシリカの濃度をより正確に計測することができるので、第２反応槽１２２において添加するアルミニウム塩の添加量を最適化できる。また、受入槽１１から第１反応槽１２１の下部に被処理水を注入し、第１反応槽１２１の上部から被処理水を越流させて第２反応槽１２２の下部に注入していることにより、スラッジＳの侵入量を抑制できるので、新たに注入するＰＡＣなどのアルミニウム塩とスラッジＳとの反応を抑制でき、第３構成例に比してシリカの除去率をさらに向上できる。

【0197】

上述した第１～第４構成例による凝集沈殿部およびろ過部については、第１凝集沈殿部１０と第２凝集沈殿部５０とを同様の構成としても良く、互いに異なる構成としても良い。

【0198】

上述した第１～第４構成例において凝集剤として用いる薬剤は、被処理水に添加することによって凝集沈殿を生じさせる凝集剤と、この凝集剤によって凝集沈殿されたシリカと、を含み、被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿した凝集沈殿汚泥からなる薬剤である。ここで、被処理水に添加することによって凝集沈殿を生じさせる凝集剤とは、アルミニウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、およびポリマー系凝集剤から選ばれた少なくとも１種類の化合物から構成される。

【0199】

また、上述した第１～第４構成例において凝集剤として用いる薬剤は、被処理水に凝集剤を添加する工程と、被処理水に含まれるシリカを凝集沈殿させて凝集沈殿汚泥を生成する工程と、含む製造方法によって製造可能である。この際、被処理水のｐＨを８以上１２以下に調整することが好ましい。

【0200】

（正浸透装置）
次に、第１～第４の実施形態による水処理装置１～８に採用される正浸透装置の構成について説明する。

【0201】

まず、従来の正浸透装置においては、水分離ドロー溶液を正浸透装置におけるドロー溶液として循環させて用いると、高温の再生ドロー溶液の冷却が不十分になるという問題があった。そこで、高温のドロー溶液を冷却するための冷却機構を設ける方法が考えられるが、冷却機構を新たに設けると水処理装置に要するエネルギーが増加してランニングコストが増加するという問題が生じる。そのため、正浸透装置において、配管構造を可能な限り簡素化しつつ、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる技術が求められていた。以下に説明する正浸透装置の第１装置例、第２装置例、第３装置例、および第４装置例は、配管構造を簡素にしつつ、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる正浸透装置である。

【0202】

（第１装置例による正浸透装置）
まず、本発明の実施形態による水処理装置１～８の正浸透装置７０の第１装置例について説明する。図１４は、第１装置例による正浸透装置を模式的に示すブロック図である。図１４に示すように、第１装置例による正浸透装置７１は、膜モジュール７１１、熱交換器７１２，７１３、加熱器７１４、分離槽７１５、および最終処理ユニット７１６を備えて構成される。

【0203】

膜モジュール７１１は、例えば円筒形または箱形の容器であって、内部に正浸透膜としての半透膜７１１ａが設置されることによって、内部が半透膜７１１ａによって２つの室に仕切られる。膜モジュール７１１の形態は、例えばスパイラルモジュール型、積層モジュール型、中空糸モジュール型などの種々の形態を挙げることができる。膜モジュール７１１としては、公知の半透膜装置を用いることができ、市販品を用いることもできる。

【0204】

膜モジュール７１１に設けられた半透膜７１１ａは、水を選択的に透過できるものが好ましく、ＦＯ膜が用いられるが、ＲＯ膜を用いても良い。半透膜７１１ａの分離層の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。半透膜７１１ａの構成は、分離層に用いられる材質を１種類（１層）のみから構成しても良く、分離層を物理的に支持して実質的に分離に寄与しない支持層を有する２層以上から構成しても良い。支持層としてはポリスルホン系、ポリケトン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタラート系、一般的な不織布などの材質を挙げることができる。なお、半透膜７１１ａの形態についても限定されるものではなく、平膜、管状膜、または中空糸など種々の形態の膜を用いることができる。

【0205】

膜モジュール７１１の内部において半透膜７１１ａによって仕切られた一方の室に、含水溶液を流すことができ、他方の室に吸水溶液であるドロー溶液を流すことができる。ドロー溶液の膜モジュール７１１への導入圧力は、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下、第１装置例においては例えば０．２ＭＰａである。含水溶液は、例えば濃縮水、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、もしくは下水、または必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液である。

【0206】

ドロー溶液としては、少なくとも１つの曇点を有する温度感応性吸水剤（ポリマー）を主体とする溶液が用いられる。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水に良く溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇にしたがって吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し溶解度が低下する物質である。

【0207】

第１装置例においてポリマーは、少なくとも疎水部および親水部が含まれ、基本骨格にエチレンオキシド群とプロピレンオキシドおよびブチレンオキシドからなる少なくとも一方の群とを含む、ブロックまたはランダム共重合体が好ましい。基本骨格は例えば、グリセリン骨格や炭化水素骨格などが挙げられる。この一実施形態においてポリマーは、例えばエチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドの重合体を有する薬剤（ＧＥ１０００－ＢＢＰＰ（Ａ３）など）が用いられる。このようなポリマーにおいて、水溶性と水不溶性とが変化する温度は、曇点と呼ばれる。ドロー溶液の温度が曇点に達すると疎水性化した温度感応性吸水剤が凝集して白濁が生じる。温度感応性吸水剤は、各種界面活性剤、分散剤、または乳化剤などとして利用される。第１装置例において、ドロー溶液は、含水溶液から水を誘引する誘引物質として用いられる。膜モジュール７１１においては、含水溶液からドロー溶液に水が誘引されて、希釈されたドロー溶液（希釈ドロー溶液）が流出される。

【0208】

熱交換器７１２は、膜モジュール７１１に対して含水溶液の流れ方向に沿った上流側に設けられる。熱交換器７１２は、後述する分離槽７１５から流出される再利用されるドロー溶液（以下、再生ドロー溶液）の流れ方向に沿った下流側に設けられ、分離槽７１５から流出される再生ドロー溶液と外部から供給される含水溶液との間で熱交換を行う。熱交換器７１２に流入される含水溶液の流量は、膜モジュール７１１に供給される再生ドロー溶液の温度が所定温度になるように温度制御される。膜モジュール７１１に供給される再生ドロー溶液は、２５℃以上５０℃以下の、例えば４０℃程度の所定温度に温度制御される。なお、再生ドロー溶液の温度を所望温度に維持しつつ、膜モジュール７１１に供給する含水溶液の流量を一定にする必要がある場合には、膜モジュール７１１と熱交換器７１２との間に、調整弁としてのブロー弁（図示せず）を設けることが望ましい。

【0209】

熱交換器７１３は、膜モジュール７１１に対して、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられている。また、熱交換器７１３は、後述する分離槽７１５から流出される水リッチ溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられ、膜モジュール７１１から流出された希釈ドロー溶液と、分離槽７１５によって得られた水リッチ溶液との間で、熱交換を行う。

【0210】

ドロー溶液の加熱手段としての加熱器７１４は、ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽７１５の上流側に設けられる。加熱器７１４は、膜モジュール７１１から流出して熱交換器７１３によって熱交換された希釈ドロー溶液を、曇点の温度以上に加熱する。加熱器７１４によって曇点の温度以上に加熱された希釈ドロー溶液は、ポリマーと水とに分相される。

【0211】

水分離手段としての分離槽７１５においては、加熱器７１４によって分相された希釈ドロー溶液が、水を主体とする水リッチ溶液とポリマーを主体として水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離される。水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液は、再生ドロー溶液として、熱交換器７１２を介して膜モジュール７１１に供給される。

【0212】

分離処理手段としての最終処理ユニット７１６は、例えばコアレッサー、活性炭吸着ユニット、ＵＦ膜ユニット、ナノろ過膜（ＮＦ膜）ユニット、またはＲＯ膜ユニットから構成される。最終処理ユニット７１６は、分離槽７１５から流出した水リッチ溶液において、残存するポリマーを水リッチ溶液から分離させて、透過水としての淡水を生成する。最終処理ユニット７１６によって分離されたポリマーを含むポリマー溶液は、廃棄したり、加熱器７１４の少なくとも上流側において希釈ドロー溶液に導入したりしても良い。さらに、分離されたポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液をドロー溶液として、少なくとも加熱器７１４の上流側または熱交換器７１３の上流側における希釈ドロー溶液に導入することも可能である。ここで、ポリマー溶液を希釈ドロー溶液に導入する方法としては、希釈ドロー溶液が流れる配管に導入する方法のみならず、希釈ドロー溶液を一時的に貯留するタンク（図示せず）に導入する方法など、種々の方法を採用することが可能である。

【0213】

（正浸透処理工程）
次に、第１装置例による正浸透装置７１を用いた正浸透処理工程について説明する。

【0214】

（流入側熱交換工程）
流入側熱交換手段としての熱交換器７１２においては、流入側熱交換工程が行われる。すなわち、外部から水処理装置１に供給される含水溶液は、まず、熱交換器７１２に供給される。一方、熱交換器７１２には、分離槽７１５から流出された再生ドロー溶液が供給される。第１装置例においては、熱交換器７１２によって、再生ドロー溶液を所定温度、具体的に例えば４０℃程度の温度に調整する。後述するように、分離槽７１５には、加熱された希釈ドロー溶液が流入されるため、分離槽７１５から流出する再生ドロー溶液の温度は含水溶液よりも高温である。そこで、熱交換器７１２によって、再生ドロー溶液を降温させる。再生ドロー溶液を所定温度に降温させるために、熱交換器７１２に流入される含水溶液の流量が調整される。すなわち、熱交換器７１２において、再生ドロー溶液は含水溶液によって冷却される一方、含水溶液は再生ドロー溶液によって加熱される。なお、膜モジュール７１１と熱交換器７１２との間に調整弁としてのブロー弁（図示せず）を設けて、再生ドロー溶液の温度を所望温度に維持しつつ、膜モジュール７１１に供給する含水溶液の流量を一定に調整することも可能である。熱交換が行われて降温された再生ドロー溶液は膜モジュール７１１の他方の室に供給されるとともに、熱交換が行われて昇温された含水溶液は、膜モジュール７１１における一方の室に供給される。

【0215】

（正浸透工程）
正浸透手段としての膜モジュール７１１においては、第２水抽出工程としての正浸透工程が行われる。すなわち、膜モジュール７１１において、含水溶液と再生ドロー溶液とを半透膜７１１ａを介して接触させることによって、浸透圧差により含水溶液中の水が半透膜７１１ａを通過して再生ドロー溶液に移動する。含水溶液が供給される一方の室からは、水が移動して濃縮された濃縮含水溶液が流出する。再生ドロー溶液が供給される他方の室からは水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。ここで、熱交換器７１２において、含水溶液と再生ドロー溶液との間で熱交換されていることにより、膜モジュール７１１の内部においては、互いに略同温度の含水溶液と再生ドロー溶液との間で、水が移動される。そのため、膜モジュール７１１から流出される希釈ドロー溶液の温度は、再生ドロー溶液の温度と略同程度の温度である。

【0216】

（加熱工程）
加熱手段としての加熱器７１４においては、加熱工程が行われる。すなわち、正浸透工程によって含水溶液から水が移動して希釈された希釈ドロー溶液を、後述する流出側熱交換工程において昇温した後に、加熱器７１４によってさらに曇点以上の温度まで加熱することにより、ポリマーの少なくとも一部を凝集させて、相分離させる。加熱工程における加熱温度は、加熱器７１４を制御することによって調整可能である。なお、加熱温度は、１００℃以下が好ましく、第１装置例において加熱温度は、曇点以上１００℃以下の例えば８８℃である。

【0217】

（水分離工程）
分離槽７１５においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽７１５において、希釈ドロー溶液は、水分を多く含有する水リッチ溶液と、ポリマーを高濃度に含む濃縮された再生ドロー溶液とに分離される。なお、分離槽７１５における圧力は大気圧である。水リッチ溶液と再生ドロー溶液との相分離は、曇点以上の液温で静置することによって行うことができる。第１装置例において液温は、曇点以上１００℃以下の例えば８８℃である。希釈ドロー溶液から分離されて濃縮されたドロー溶液は、再生ドロー溶液として膜モジュール７１１に供給される。再生ドロー溶液のドロー濃度は、例えば６０～９５％である。一方、希釈ドロー溶液から分離された水リッチ溶液は、熱交換器７１３を介して最終処理ユニット７１６に供給される。水リッチ溶液は例えば、水が９９％、ドロー濃度が１％である。

【0218】

（流出側熱交換工程）
流出側熱交換手段としての熱交換器７１３においては、流出側熱交換工程が行われる。すなわち、膜モジュール７１１から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器７１３に供給される。一方、熱交換器７１３には、分離槽７１５において得られた水リッチ溶液が供給される。第１装置例においては、熱交換器７１３によって、水リッチ溶液を所定温度、具体的に例えば４５℃程度の温度に調整する。上述したように、分離槽７１５においては液温が曇点以上１００℃以下で水分離工程が行われる。そのため、分離槽７１５から流出する水リッチ溶液は、熱交換器７１２において降温された後に膜モジュール７１１から流出する希釈ドロー溶液よりも高温である。一方、後段の最終処理ユニット７１６における処理温度は、例えば２０℃以上５０℃以下、好適には３５℃以上４５℃以下、第１装置例においては、例えば４５℃である。そこで、熱交換器７１３において、水リッチ溶液を所定温度まで降温させる温度調整が行われる。すなわち、熱交換器７１３において、水リッチ溶液は希釈ドロー溶液によって冷却される一方、希釈ドロー溶液は水リッチ溶液によって加熱される。

【0219】

（最終処理工程）
最終処理ユニット７１６においては、分離処理工程としての最終処理工程が行われる。すなわち、分離槽７１５において分離された水リッチ溶液においては、ポリマーが残存している可能性がある。そこで、最終処理ユニット７１６において、水リッチ溶液から分離処理ドロー溶液となるポリマー溶液を分離することによって、淡水などの透過水が得られる。

【0220】

水リッチ溶液から分離された透過水は、含水溶液から得られた最終生成物として、外部の必要な用途に供給される。なお、最終処理ユニット７１６において、透過水と分離されたドロー溶液は、ドロー濃度が０．５～２５％程度のポリマー溶液であり、外部に廃棄されるか、少なくとも加熱器７１４または熱交換器７１３の上流側における希釈ドロー溶液に導入される。また、透過水と分離されたポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液を少なくとも加熱器７１４の上流側または熱交換器７１３の上流側における希釈ドロー溶液に導入することも可能である。

【0221】

（第１装置実施例）
次に、以上のように構成された正浸透装置７１の第１装置実施例について説明する。なお、第１装置実施例においては、正浸透装置７１を用いて、流量が１００Ｌ／ｈの含水溶液（濃縮水）から流量が６７Ｌ／ｈの淡水（透過水）を生成する場合を例に説明する。

【0222】

第１装置実施例においては、正浸透装置７１に外部から導入された濃縮水に対して熱交換器７１２によって熱交換を行い、４０℃の温度の濃縮水を膜モジュール７１１に供給する。膜モジュール７１１によって濃縮された濃縮水は、３３Ｌ／ｈの流量で膜モジュール７１１から排出される。すなわち、膜モジュール７１１において、６７Ｌ／ｈの流量で水の移動が行われる。

【0223】

一方、熱交換器７１２において濃縮水によって熱交換された４０℃の温度の再生ドロー溶液は、膜モジュール７１１に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は１００Ｌ／ｈである。膜モジュール７１１から流出される希釈ドロー溶液の温度は、４０℃であり、流量は１６７Ｌ／ｈである。その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器７１３において８８℃の水リッチ溶液と熱交換されて加熱され、４０℃から５２℃の温度まで昇温された後、加熱器７１４に供給されてさらに加熱され、５２℃から８８℃の温度まで昇温される。希釈ドロー溶液は、分離槽７１５に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。

【0224】

再生ドロー溶液は、温度が８８℃、流量が１００Ｌ／ｈである。水リッチ溶液は、温度が８８℃、流量が６７Ｌ／ｈである。再生ドロー溶液は、熱交換器７１２に供給されて低温の含水溶液と熱交換されて、８８℃から４０℃まで降温される。

【0225】

水リッチ溶液は、熱交換器７１３に供給されて４０℃の希釈ドロー溶液と熱交換されて、８８℃から４５℃まで降温された後に、最終処理ユニット７１６に供給される。最終処理ユニット７１６においては、６７Ｌ／ｈの流量で透過水が得られる。なお、最終処理ユニット７１６において、透過水から分離されるドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、１００Ｌ／ｈの流量の濃縮水から、６７Ｌ／ｈの流量の透過水が得られる。

【0226】

以上説明したように第１装置例によれば、外部から流入する濃縮水などの含水溶液を用いて、膜モジュール７１１に供給する再生ドロー溶液を所望の温度に調整している。これにより、膜モジュール７１１において含水溶液およびドロー溶液の温度を近い温度にできるので、膜モジュール７１１における処理を安定させることができる。また、分離槽７１５から流出した高温の水リッチ溶液を用いて、膜モジュール７１１から流出した希釈ドロー溶液を昇温させた後に、加熱器７１４によって分離槽７１５に供給する希釈ドロー溶液を曇点以上１００℃以下の温度に加熱している。これにより、加熱器７１４によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を小さくできるので、加熱器７１４による加熱に必要なエネルギーを低減でき、正浸透装置７１において、加熱に消費するエネルギーを低減できる。さらに、希釈ドロー溶液を２つの流路に分岐させることなく、熱交換によって希釈ドロー溶液および再生ドロー溶液の温度調整を行っている。これにより、流路における流量のバランスを容易に調整できるので、配管構造を簡素にしつつ、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる。

【0227】

（第２装置例）
（正浸透装置および正浸透処理工程）
まず、本発明の実施形態による水処理装置１～８の正浸透装置７０の第２装置例について説明する。図１５は、第２装置例による正浸透装置を模式的に示すブロック図である。図１５に示すように、第２装置例による正浸透装置７２は、内部に半透膜７２１ａが設けられた膜モジュール７２１、熱交換器７２２，７２３，７２４、加熱器７２５、分離槽７２６、および最終処理ユニット７２７を備えて構成される。正浸透装置７２における、膜モジュール７２１、半透膜７２１ａ、熱交換器７２２，７２３、加熱器７２５、分離槽７２６、および最終処理ユニット７２７はそれぞれ、第１装置例による正浸透装置７１における、膜モジュール７１１、半透膜７１１ａ、熱交換器７１２，７１３、加熱器７１４、分離槽７１５、および最終処理ユニット７１６と同様である。

【0228】

第２装置例による正浸透装置７２においては、第１装置例と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器７２３の下流側で加熱器７２５の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽７２６の下流側で熱交換器７２２の上流側に、熱交換器７２４が設けられている。中間熱交換手段としての熱交換器７２４によって、中間熱交換工程が行われる。すなわち、第２装置例による正浸透処理工程においては、膜モジュール７２１から流出した希釈ドロー溶液は、熱交換器７２３において高温の水リッチ溶液との間で熱交換が行われて昇温された後に、さらに熱交換器７２４において水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換が行われて昇温される。その後、加熱器７２５によって、希釈ドロー溶液は、曇点以上１００℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第１装置例と同様である。

【0229】

（第２装置実施例）
第２装置実施例においては、正浸透装置７２に外部から導入された濃縮水に対して熱交換器７２２によって熱交換を行い、４０℃の温度の濃縮水を膜モジュール７２１に供給する。膜モジュール７２１によって濃縮された濃縮水は、３３Ｌ／ｈの流量で膜モジュール７２１から排出される。すなわち、膜モジュール７２１において、６７Ｌ／ｈの流量で水の移動が行われる。

【0230】

一方、熱交換器７２２において濃縮水によって熱交換された４０℃の温度の再生ドロー溶液は、膜モジュール７２１に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は１００Ｌ／ｈである。膜モジュール７２１から流出される希釈ドロー溶液は、温度が４０℃、流量が１６７Ｌ／ｈである。その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器７２３によって加熱されて５２℃の温度まで昇温された後、熱交換器７２４に供給される。

【0231】

希釈ドロー溶液は、熱交換器７２４によって８８℃の再生ドロー溶液と熱交換されて加熱され、５２℃から７１℃の温度まで昇温された後、加熱器７２５に供給されてさらに加熱され、７１℃から８８℃の温度まで昇温される。希釈ドロー溶液は、分離槽７２６に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。

【0232】

再生ドロー溶液は、温度が８８℃、流量が１００Ｌ／ｈである。水リッチ溶液は、温度が８８℃、流量が６７Ｌ／ｈである。再生ドロー溶液は、熱交換器７２４により８８℃から６３．５℃まで降温された後、熱交換器７２２により６３．５℃から４０℃まで降温される。

【0233】

水リッチ溶液は、熱交換器７２３によって８８℃から４５℃まで降温された後に、最終処理ユニット７２７に供給される。最終処理ユニット７２７においては、６７Ｌ／ｈの流量で透過水が得られる。なお、最終処理ユニット７２７において、透過水から分離されるドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、１００Ｌ／ｈの流量の濃縮水から、６７Ｌ／ｈの流量の透過水が得られる。

【0234】

以上説明した第２装置例によれば、熱交換器７２２，７２３によって熱交換を行っていることにより、第１装置例と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器７２４によって、膜モジュール７２１に供給するための再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、分離槽７２６に供給するための希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、加熱器７２５によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅をさらに小さくできる。したがって、加熱器７２５による加熱に必要なエネルギーをさらに低減でき、正浸透装置７２において、加熱に消費するエネルギーをより一層低減できる。

【0235】

（第３装置例）
（正浸透装置および正浸透処理工程）
次に、本発明の第３装置例について説明する。図１５は、第３装置例による正浸透装置７３を示す。図１５に示すように、第３装置例による正浸透装置７３は、内部に半透膜７３１ａが設けられた膜モジュール７３１、熱交換器７３２，７３３，７３４、加熱器７３５、分離槽７３６、および最終処理ユニット７３７を備えて構成される。正浸透装置７３における、膜モジュール７３１、半透膜７３１ａ、熱交換器７３２，７３３、加熱器７３５、分離槽７３６、および最終処理ユニット７３７はそれぞれ、第１装置例による正浸透装置７１における、膜モジュール７１１、半透膜７１１ａ、熱交換器７１２，７１３、加熱器７１４、分離槽７１５、および最終処理ユニット７１６と同様である。

【0236】

第３装置例による正浸透装置７３においては、第１装置例と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った膜モジュール７３１の下流側で熱交換器７３３の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽７３６の下流側で熱交換器７３２の上流側に、熱交換器７３４が設けられている。前段熱交換手段としての熱交換器７３４によって、前段熱交換工程が行われる。すなわち、第３装置例による正浸透処理工程においては、膜モジュール７３１から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器７３４において分離槽７３６から供給された高温の再生ドロー溶液との間で熱交換が行われて昇温される。続けて、さらに熱交換器７３３において分離槽７３６から供給された高温の水リッチ溶液との間で熱交換が行われて昇温される。その後、加熱器７３５によって、希釈ドロー溶液は、曇点以上１００℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第１装置例と同様である。

【0237】

（第３装置実施例）
第３装置実施例においては、正浸透装置７３に外部から導入された濃縮水に対して熱交換器７３２によって熱交換を行い、４０℃の温度の濃縮水を膜モジュール７３１に供給する。膜モジュール７３１によって濃縮された濃縮水は、３３Ｌ／ｈの流量で膜モジュール７３１から排出される。すなわち、膜モジュール７３１において、６７Ｌ／ｈの流量で水の移動が行われる。

【0238】

一方、熱交換器７３２において濃縮水によって熱交換された４０℃の温度の再生ドロー溶液は、膜モジュール７３１に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は１００Ｌ／ｈである。膜モジュール７３１から流出される希釈ドロー溶液は、温度が４０℃、流量が１６７Ｌ／ｈである。

【0239】

その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器７３４において分離槽７３６から供給された８８℃の再生ドロー溶液と熱交換を行って加熱されて５２℃の温度まで昇温された後、熱交換器７３３に供給される。希釈ドロー溶液は、熱交換器７３３において分離槽７３６から供給された８８℃の水リッチ溶液と熱交換されて６１℃の温度まで昇温された後、加熱器７３５に供給されてさらに加熱され、６１℃から８８℃の温度まで昇温される。希釈ドロー溶液は、分離槽７３６に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。

【0240】

再生ドロー溶液は、温度が８８℃、流量が１００Ｌ／ｈである。水リッチ溶液は、温度が８８℃、流量が６７Ｌ／ｈである。再生ドロー溶液は、熱交換器７３４により８８℃から７２．４℃まで降温された後、熱交換器７３２により７２．４℃から４０℃まで降温される。

【0241】

水リッチ溶液は、熱交換器７３３によって８８℃から５７℃まで降温された後に、最終処理ユニット７３７に供給される。なお、最終処理ユニット７３７として膜処理装置を用いる場合などのように、最終処理ユニット７３７における耐熱性が低い場合には、熱交換器７３３と最終処理ユニット７３７との間に、さらに冷却手段（図示せず）を設置することによって、水リッチ溶液を所定の温度まで冷却しても良い。

【0242】

最終処理ユニット７３７においては、６７Ｌ／ｈの流量で透過水が得られる。なお、最終処理ユニット７３７において、透過水から分離されるドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、１００Ｌ／ｈの流量の濃縮水から、６７Ｌ／ｈの流量の透過水が得られる。

【0243】

以上説明したように第３装置例によれば、熱交換器７３２，７３３によって熱交換を行っていることにより、第１装置例と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器７３４によって、膜モジュール７３１に供給するための再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、第２装置例と同様の効果を得ることができる。

【0244】

（第４装置例）
（正浸透装置および正浸透処理工程）
次に、本発明の第４装置例による正浸透装置について説明する。図１７は、第４装置例による正浸透装置７４を模式的に示すブロック図である。図１７に示すように、第４装置例による正浸透装置７４は、半透膜７４１ａを有する膜モジュール７４１、熱交換器７４２ａ，７４２ｂ，７４２ｃ、前処理ユニット７４３、加熱器７４４、分離槽７４５、最終処理ユニット７４６、温度計７４７ａ，７４７ｂ、流量計７４８、調節弁７４９ａ，７４９ｂ、および制御部７５０を備えて構成される。正浸透装置７４における、膜モジュール７４１、半透膜７４１ａ、熱交換器７４２ａ，７４２ｂ，７４２ｃ、加熱器７４４、分離槽７４５、および最終処理ユニット７４６はそれぞれ、第２装置例による正浸透装置７２における、膜モジュール７２１、半透膜７２１ａ、熱交換器７２２，７２３，７２４、加熱器７２５、分離槽７２６、および最終処理ユニット７２７と同様である。

【0245】

前処理手段としての前処理ユニット７４３は、含水溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール７４１の上流側に設けられる。前処理ユニット７４３は、外部から供給される含水溶液を膜モジュール７４１に導入する前に、含水溶液に含まれる濁質などの不純物を除去する処理を行う。前処理ユニット７４３としては、砂ろ過や、ＭＦ膜またはＵＦ膜などの前処理膜など、従来公知の前処理装置を採用することができる。

【0246】

熱交換器７４２ａは、膜モジュール７４１に対して含水溶液の流れ方向に沿った上流側、かつ分離槽７４５から流出されて再利用される再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽７４５の下流側に設けられる。熱交換器７４２ａは、分離槽７４５から流出される再生ドロー溶液と外部から供給される含水溶液との間で熱交換を行う。

【0247】

含水溶液温度計測手段としての温度計７４７ａは、膜モジュール７４１に対して含水溶液の流れ方向に沿った少なくとも上流側、第４装置例においては、前処理ユニット７４３の上流側かつ熱交換器７４２ａの下流側に設けられる。温度計７４７ａは、熱交換器７４２ａによって熱交換された含水溶液の温度を計測し、温度の計測値を制御部７５０に供給する。

【0248】

ドロー溶液温度計測手段としての温度計７４７ｂは、膜モジュール７４１に対して、再生ドロー溶液の流れ方向に沿った少なくとも上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器７４２ａの下流側に設けられる。温度計７４７ｂは、熱交換器７４２ａによって熱交換された再生ドロー溶液の温度を計測し、温度の計測値を制御部７５０に供給する。

【0249】

流量計測手段としての流量計７４８は、膜モジュール７４１に対して含水溶液の流れ方向に沿った少なくとも上流側に設けられる。流量計７４８は、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を計測し、流量の計測値を制御部７５０に供給する。

【0250】

調節弁７４９ａは、膜モジュール７４１に対して含水溶液の流れ方向に沿った少なくとも上流側、第４装置例においては、前処理ユニット７４３の上流側かつ熱交換器７４２ａの下流側に設けられる。調節弁７４９ａは、前処理ユニット７４３に流入する含水溶液の流量、ひいては膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を調整するための正浸透流量調節手段である。調節弁７４９ａは、流量計７４８による含水溶液の流量の計測値や、温度計７４７ａ，７４７ｂによる温度の計測値に基づいて、制御部７５０によって開度が制御される。具体的に、前処理ユニット７４３に流入する含水溶液の流量が一定になって、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量が一定になるように、制御部７５０によって調節弁７４９ａの開度が調整される。

【0251】

熱交換流量調節手段としての調節弁７４９ｂは、バイパス手段としてのバイパス配管に設けられている。バイパス配管は、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って熱交換器７４２ｃの上流側から下流側に連通させて、希釈ドロー溶液を通過可能に構成されている。これにより、調節弁７４９ｂの開度を調整することによって、中間熱交換手段としての熱交換器７４２ｃを通過する希釈ドロー溶液の流量を調節可能に構成される。

【0252】

すなわち、調節弁７４９ｂの開度が０であって、全閉の場合、膜モジュール７４１から流出した希釈ドロー溶液は全量、熱交換器７４２ｃを通過する。一方、調節弁７４９ｂの開度が最大であって全開の場合、膜モジュール７４１から流出した希釈ドロー溶液は、バイパス配管に流れ得る量だけ調節弁７４９ｂを通過する。この場合、熱交換器７４２ｃを通過する希釈ドロー溶液の流量は最小になる。このように、調節弁７４９ｂの開度に応じて、熱交換器７４２ｃにおいて熱交換される希釈ドロー溶液の流量を調整可能に構成される。これにより、調節弁７４９ｂの開度に応じて、分離槽７４５から流出した再生ドロー溶液の温度を調整することができる。

【0253】

再生ドロー溶液の温度の調整は、温度計７４７ｂにより計測される温度が略一定、具体的に例えば４０℃程度になるように行うことが望ましい。このように、膜モジュール７４１に供給される再生ドロー溶液の温度を所定温度で略一定に維持するように、調節弁７４９ｂの開度を制御することによって，正浸透装置７４の全体において、熱交換効率を向上でき、調節弁７４９ａを通じて行われる含水溶液の廃棄量を削減できるので、ブローダウン水の送水に要するエネルギーを低減できる。

【0254】

制御手段としての制御部７５０は、シーケンサーと呼ばれる機器を用いることができる。物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびインターフェースなどを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。制御部７５０は、ＲＡＭに入力されたデータおよびあらかじめＲＯＭなどに記憶されているデータを使用して演算を行い、その演算結果を指令信号として出力する。制御部７５０は、ＲＯＭに保持されるプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することで、ＣＰＵの制御に基づいて正浸透装置７４の各種装置を動作させるとともに、記録部としてのＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出しおよびＲＡＭへの書き込みを行う。制御部７５０は、温度計７４７ａ，７４７ｂおよび流量計７４８から計測値のデータが入力されるとともに、調節弁７４９ａ，７４９ｂの開度を制御する。

【0255】

次に、第４装置例による正浸透装置７４を用いた正浸透処理工程について説明する。第４装置例による正浸透処理工程において、正浸透工程、加熱工程、水分離工程、流出側熱交換工程、および最終処理工程は、第１装置実施例と同様である。

【0256】

（前処理工程）
前処理手段としての前処理ユニット７４３においては、前処理工程が行われる。すなわち、前処理ユニット７４３においては、外部から供給される含水溶液に対して、含水溶液に含まれる濁質などの不純物を除去する処理が行われる。前処理工程が行われた含水溶液は、膜モジュール７４１に供給される。

【0257】

（流入側熱交換工程）
第４装置例においては、流入側熱交換手段としての熱交換器７４２ａ、調節弁７４９ｂ、および制御部７５０によって、流入側熱交換工程が行われる。すなわち、外部から正浸透装置７４に供給される含水溶液は、まず、熱交換器７４２ａに供給される。一方、熱交換器７４２ａには、分離槽７４５から流出されて熱交換器７４２ｃを通過した再生ドロー溶液が供給される。第４装置例においては、熱交換器７４２ａによって、再生ドロー溶液および含水溶液の温度が所定温度、例えば４０℃程度に調整される。ここで、第４装置例における、含水溶液および再生ドロー溶液の温度を所定温度に調整する流入側熱交換工程について説明する。

【0258】

まず、温度計７４７ｂによって、再生ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器７４２ａの下流側での温度を計測する。計測された温度の計測値は、制御部７５０に供給される。一方、温度計７４７ａによって、含水溶液の流れ方向に沿った熱交換器７４２ａの下流側での温度を計測する。計測された温度の計測値は、制御部７５０に供給される。制御部７５０は、温度計７４７ａ，７４７ｂから供給された計測値と、あらかじめ設定された膜モジュール７４１に供給する際の所定温度とを比較した結果に基づいて、中間熱交換工程を行う希釈ドロー溶液の流量を調節する熱交換流量調節工程を行う。

【0259】

（熱交換流量調節工程および中間熱交換工程）
熱交換器７４２ｃにおいては、希釈ドロー溶液と再生ドロー溶液との間で熱交換が行われる中間熱交換工程が行われる。制御部７５０は、温度計７４７ａ，７４７ｂから制御部７５０に供給される温度の計測値に基づいて、調節弁７４９ｂを調整する熱交換流量調整工程を行う。制御部７５０は、必要に応じて、温度計７４７ａ，７４７ｂから制御部７５０に供給される温度の計測値に基づいて調節弁７４９ａを調節する。

【0260】

すなわち、制御部７５０は、温度計７４７ａ，７４７ｂにより計測される温度が、それぞれ略一定に維持されるように、調節弁７４９ａ，７４９ｂの開度をそれぞれ制御する。また、調節弁７４９ａ，７４９ｂの開度は、制御部７５０によって独立に制御される。以下に、温度計７４７ａ，７４７ｂが計測する温度を、それぞれ略一定に維持するように、調節弁７４９ａ，７４９ｂの開度をそれぞれ制御する制御方法の一例について説明する。なお、調節弁７４９ａ，７４９ｂの制御方法は以下の方法に限定されるものではない。

【0261】

まず、温度計７４７ａによる計測値が所定温度より高い場合、制御部７５０は、熱交換器７４２ａを通過する再生ドロー溶液の温度を低下させる制御を行う。この場合、制御部７５０は、調節弁７４９ｂの開度を小さくすることによって、バイパス配管を流れる希釈ドロー溶液の流量を低減させる。これに伴って、熱交換器７４２ｃを流れる希釈ドロー溶液の流量が増加して、熱交換器７４２ｃにおいて再生ドロー溶液から希釈ドロー溶液に移動する熱量が増加する。これにより、熱交換器７４２ａを通過する再生ドロー溶液の温度は、調節弁７４９ｂの開度を小さくする前に比して低下して、含水溶液の温度の上昇も抑制される。

【0262】

反対に、温度計７４７ａによる計測値が所定温度より低い場合、制御部７５０は、熱交換器７４２ａを通過する再生ドロー溶液の温度を上昇させる制御を行う。すなわち、制御部７５０は、調節弁７４９ｂの開度を大きくすることによって、バイパス配管を流れる希釈ドロー溶液の流量を増加させる。これに伴って、熱交換器７４２ｃを流れる希釈ドロー溶液の流量が低減して、熱交換器７４２ｃにおいて再生ドロー溶液から希釈ドロー溶液に移動する熱量が低減する。これにより、熱交換器７４２ａを通過する再生ドロー溶液の温度は、調節弁７４９ｂの開度を小さくする前に比して上昇して、含水溶液の温度も上昇される。

【0263】

また、具体的に、調節弁７４９ｂが全閉の場合や比較的絞られている場合、熱交換器７４２ａには、調節弁７４９ｂが全開の場合に比して低い温度の再生ドロー溶液が供給される。この際、再生ドロー溶液の温度を低下させるために熱交換器７４２ａに供給される含水溶液は比較的少なくて良いため、前処理ユニット７４３や膜モジュール７４１に供給される含水溶液を一定にするための調節弁７４９ａからの廃棄量は低減される。

【0264】

一方、調節弁７４９ｂが全開の場合や比較的開けられている場合、熱交換器７４２ａに供給される再生ドロー溶液の温度は、調節弁７４９ｂが全閉の場合に比して高くなる。この際、再生ドロー溶液を冷却するとともに、温度計７４７ａにより計測される含水溶液の温度を所定温度に維持するために、熱交換器７４２ａに供給される含水溶液を多くする必要があるため、調節弁７４９ａからの廃棄量は増加する。

【0265】

以上の制御原理に基づいて、温度計７４７ｂにより計測される温度を所定温度の例えば４０℃に維持するように、調節弁７４９ｂの開度を調節するとともに、温度計７４７ａの温度を所定温度の例えば４０℃に維持するように、調節弁７４９ｂの開度を調節する。ここで、調節弁７４９ｂの開度の調整のみで温度計７４７ａ，７４７ｂの計測値をいずれも一定に維持することが困難な場合には、さらに調節弁７４９ａの開度を調整することによって、温度計７４７ａ，７４７ｂの計測値をともに一定になるように調整する。

【0266】

以上のようにして、制御部７５０は、温度計７４７ａ，７４７ｂの計測値に基づいて調節弁７４９ａ，７４９ｂの開度を制御することによって、含水溶液の温度と再生ドロー溶液の温度とが互いに略同じ温度で所定温度になるように制御する。熱交換器７４２ａにおいて熱交換が行われて降温された再生ドロー溶液は膜モジュール７４１の他方の室に供給されるとともに、熱交換が行われて昇温された含水溶液は、前処理ユニット７４３に供給されて、濁質が除去される。前処理ユニット７４３から流出した含水溶液は、流量計７４８を通過して膜モジュール７４１における一方の室に供給される。膜モジュール７４１に供給される前の含水溶液が昇温されていることにより、膜モジュール７４１の透過水量（ｍ／日）を向上させることができる。また、膜モジュール７４１に供給される含水溶液の温度を一定に維持することによって、膜モジュール７４１における透過水量を安定化させることができる。

【0267】

（正浸透流量調節工程）
第４装置例においては、さらに、流量計７４８、調節弁７４９ａ、および制御部７５０によって、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を調節する正浸透流量調節工程が行われる。

【0268】

すなわち、外部から正浸透装置７４に供給される含水溶液は、熱交換器７４２ａを介し、前処理ユニット７４３によって濁質が除去された後、膜モジュール７４１に供給される。流量計７４８は、含水溶液の流れ方向に沿って膜モジュール７４１の上流側の流量を計測して、計測値を制御部７５０に供給する。

【0269】

制御部７５０は、流量計７４８から供給された計測値と、あらかじめ設定された膜モジュール７４１に供給する際の所定流量とを比較する。計測値が所定流量より大きい場合、制御部７５０は、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を低減する制御を行う。

【0270】

すなわち、制御部７５０は、調節弁７４９ａの開度を大きくすることによって、前処理ユニット７４３の上流側において、外部に廃棄する含水溶液の流量を増加させる。これにより、前処理ユニット７４３に供給される含水溶液の流量が減少して、膜モジュール７４１に供給される含水溶液の流量が低減される。反対に、計測値が所定流量より小さい場合、制御部７５０は、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を増加させる制御を行う。すなわち、制御部７５０は、調節弁７４９ａの開度を小さくすることによって、前処理ユニット７４３の上流側において、外部に廃棄する含水溶液の流量を減少させる。これにより、前処理ユニット７４３に供給される含水溶液の流量が増加して、膜モジュール７４１に供給される含水溶液の流量が増加される。したがって、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の流量を略一定の所定流量に維持することができる。

【0271】

（第４装置実施例）
次に、以上のように構成された正浸透装置７４の第４装置実施例について説明する。なお、第４実施例においては、正浸透装置７４を用いて、１００Ｌ／ｈの流量のブローダウン水から６７Ｌ／ｈの透過水を生成する場合を例に説明する。

【0272】

第４実施例においては、正浸透装置７４に外部から導入されたブローダウン水に対して熱交換器７４２ａによって熱交換が行われる。ブローダウン水は、熱交換器７４２ａによって、４０℃の温度に昇温されて前処理ユニット７４３および膜モジュール７４１に供給される。

【0273】

ここで、含水溶液の流れ方向に沿った前処理ユニット７４３の上流側、かつ熱交換器７４２ａの下流側の温度に応じて、調節弁７４９ｂの開度が制御され、熱交換器７４２ｃに通過する希釈ドロー溶液の流量が制御される。これにより、熱交換器７４２ｃにおいて再生ドロー溶液から希釈ドロー溶液に移動する熱量が制御されて、熱交換器７４２ａを通過する再生ドロー溶液の温度が制御され、再生ドロー溶液からブローダウン水に移動する熱量が制御される。膜モジュール７４１によって濃縮されたブローダウン水は、３３Ｌ／ｈの流量で膜モジュール７４１から排出される。すなわち、膜モジュール７４１において、６７Ｌ／ｈの流量で水の移動が行われる。

【0274】

一方、再生ドロー溶液は、熱交換器７４２ａにおけるブローダウン水との熱交換によって温度調整が行われ、４０℃の温度に降温される。再生ドロー溶液は、膜モジュール７４１に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は１００Ｌ／ｈである。膜モジュール７４１から流出される希釈ドロー溶液は、温度が４０℃であり、流量が１６７Ｌ／ｈである。その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器７４２ｂにおいて温度が８８℃の水リッチ溶液と熱交換されて加熱され、４０℃から５２℃の温度まで昇温される。

【0275】

続いて、希釈ドロー溶液は、熱交換器７４２ｃに供給されて熱交換が行われる。熱交換器７４２ｃにおいて希釈ドロー溶液は、含水溶液の流れ方向に沿った膜モジュール７４１の上流側の温度に応じて制御される調節弁７４９ｂの開度に対応して温度が制御され、５２℃から５２℃以上７１℃以下の温度に昇温される。その後、加熱器７４４に供給されてさらに加熱され、８８℃の温度まで昇温される。

【0276】

希釈ドロー溶液は、分離槽７４５に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。分離槽７４５から流出される再生ドロー溶液は、温度が８８℃、流量が１０００Ｌ／ｈである。再生ドロー溶液は、熱交換器７４２ｃに供給されて低温の希釈ドロー溶液と熱交換される。熱交換器７４２ｃにおける熱交換は、調節弁７４９ｂの開度に応じて温度が制御され、８８℃から６５℃以上８８℃未満の温度に降温される。

【0277】

分離槽７４５から流出される水リッチ溶液は、温度が８８℃、流量が６７Ｌ／ｈである。水リッチ溶液は、熱交換器７４２ｂに供給されて４０℃の希釈ドロー溶液と熱交換されて、８８℃から４５℃まで降温された後に、最終処理ユニット７４６に供給される。最終処理ユニット７４６においては、６７Ｌ／ｈの流量で透過水が得られる。なお、最終処理ユニット７４６において、透過水から分離されるドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、１００Ｌ／ｈの流量のブローダウン水から、６７Ｌ／ｈの流量の透過水が得られる。

【0278】

以上説明したように第４装置例によれば、熱交換器７４２ｃにおける希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った上流側と下流側とをバイパスするバイパス配管の流量を調整する調節弁７４９ｂを設け、膜モジュール７４１に流入する含水溶液の温度に応じて、調節弁７４９ｂの開度を制御することによって、含水溶液と再生ドロー溶液との熱交換を制御していることにより、膜モジュール７４１に供給する含水溶液および再生ドロー溶液を所望の温度に調整している。これにより、膜モジュール７４１において含水溶液およびドロー溶液の温度を極めて近い温度にできるので、膜モジュール７４１における処理効率を安定化できる。

【0279】

第４装置例によれば、含水溶液の流れ方向に沿った少なくとも膜モジュール７４１の上流側に調節弁７４９ａを設け、膜モジュール７４１の上流側の流量に応じて調節弁７４９ａの開度を調節していることにより、膜モジュール７４１に供給される含水溶液を所定流量に維持することができる。これにより、膜モジュール７４１における処理効率をより一層安定化することができる。

【0280】

なお、正浸透装置７４において、熱交換器７４２ｂを設けない構成も可能である。すなわち、正浸透装置７４において、希釈ドロー溶液と水リッチ溶液との間で熱交換を行わない構成も可能である。また、正浸透装置７４において、正浸透装置７４において、前処理ユニット７４３を設けない構成や、前処理ユニット７４３および熱交換器７４２ｂをいずれも設けない構成も可能である。この場合、正浸透装置７４に導入される前段階において、含水溶液に対して濁質などを除去する前処理が実行される。

【0281】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良く、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。

【0282】

例えば、上述した実施形態においては、シリカの凝集剤として、ＰＡＣを用いているが、ＰＡＣ以外の凝集剤を用いることも可能であり、反応槽に沈殿したスラッジＳを凝集剤として使用することが可能である。具体的に、ＰＡＣ以外にも、例えば水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）、硫酸アルミニウム（Ａｌ₂（ＳＯ₄）₃）などのアルミニウム塩、例えばＭｇ（ＯＨ）₂、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）などのマグネシウム塩、例えば塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）、硫酸第二鉄（Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃）、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）などの鉄塩、ならびに例えばポリアクリルアミド系などポリマー系凝集剤から選ばれた少なくとも１種類の凝集剤、または上述した凝集剤を２つ以上組み合わせた凝集剤においても、上述と同様の反応機構を経ることによって、ＰＡＣの場合と同様の効果を得ることが可能である。

【0283】

上述した第１～第４の実施形態および第１～第４変形例による水処理装置１～８は適宜組み合わせることができる。例えば、第１の実施形態による第１凝集沈殿部１０の後段の軟水器３０と、第４の実施形態による第２凝集沈殿部５０の後段の軟水器３０とをともに設けることも可能である。

【符号の説明】

【0284】

１，２，３，４，５，６，７，８ 水処理装置
１０ 第１凝集沈殿部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ 凝集沈殿部
１１ 受入槽
１２ 反応槽
１３ ｐＨ調整槽
１４ ポンプ
１５ 脱水機
１６，１７，５１，５２ シリカ濃度計
１８ 汚泥貯留槽
１９ 薬注装置
２０ 第１ろ過部
３０ 軟水器
４０ 低圧逆浸透部
５０ 第２凝集沈殿部
６０ 第２ろ過部
７０，７１，７２，７３，７４ 正浸透装置
８０ 蒸留晶析部
９０ 高圧逆浸透部
１２１ 第１反応槽
１２１ａ，１２２ａ 攪拌部
１２２ 第２反応槽
１２３ 沈殿槽
７１１，７２１，７３１，７４１ 膜モジュール
７１１ａ，７２１ａ，７３１ａ，７４１ａ 半透膜
７１２，７１３，７２２，７２３，７２４，７３２，７３３，７３４，７４２ａ，７４２ｂ，７４２ｃ 熱交換器
７１４，７２５，７３５，７４４ 加熱器
７１５，７２６，７３６，７４５ 分離槽
７１６，７２７，７３７，７４６ 最終処理ユニット
７４３ 前処理ユニット
７４７ａ，７４７ｂ 温度計
７４８ 流量計
７４９ａ，７４９ｂ 調節弁
７５０ 制御部
Ｓ スラッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【手続補正書】

【提出日】2022-01-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理装置であって、
前記被処理水から前記不純物の少なくとも一部を凝集させて除去する複数の凝集沈殿部と、
溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出可能な正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方を有して前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水が抽出されて得られた濃縮水を排出する複数の水抽出部と、を備え、
前記被処理水の流れ方向に沿って、前記複数の凝集沈殿部のうちの一部である第１凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの一部である第１水抽出部と、前記第１水抽出部の後段に前記複数の凝集沈殿部のうちの他部である第２凝集沈殿部と、前記第２凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの他部である第２水抽出部とが設けられ、
前記第１凝集沈殿部は、前記被処理水から前記シリカの一部を除去した後、前記被処理水を前記第１水抽出部に供給し、
前記第１水抽出部は、前記シリカの一部が除去された前記被処理水から前記透過水を抽出するとともに前記濃縮水を排出して、前記濃縮水を前記第２凝集沈殿部に供給し、
前記第２凝集沈殿部は、前記濃縮水から前記シリカの残部を除去した後、前記濃縮水を前記第２水抽出部に供給し、
前記第２水抽出部は、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方を有し、前記第２凝集沈殿部から供給された前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する
ことを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記被処理水または前記濃縮水のろ過を行うろ過部が複数設けられ、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の一部である第１ろ過部が設けられ、
前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の他部である第２ろ過部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記第１ろ過部に供給される前記被処理水、および前記第２ろ過部に供給される前記濃縮水のｐＨを、４以上８以下に調整可能に構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記第１水抽出部が、低圧逆浸透膜を有する低圧逆浸透部からなるとともに、前記第２水抽出部が、高圧逆浸透膜を有する高圧逆浸透部または前記正浸透膜を有する正浸透部からなる
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記第２水抽出部の後段に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および晶析処理の少なくとも一方の処理を行って精製水を排出する蒸留晶析部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～４いずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段と、前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段との少なくとも一方に、前記カルシウムを除去可能なカルシウム除去部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿った前記第１水抽出部の前段における前記被処理水にカルシウム分散剤を添加可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記凝集沈殿部において前記シリカを凝集させる凝集剤が、ポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムと、前記被処理水にポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムが添加されて前記凝集沈殿部に沈殿された凝集沈殿汚泥と、を含む
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項9】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項10】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理方法であって、
前記被処理水に対して、前記不純物に含まれる前記シリカの一部を凝集させて除去する第１凝集沈殿工程と、
前記第１凝集沈殿工程の後に、正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方によって前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水を抽出して得られた濃縮水を排出する第１水抽出工程と、
前記第１水抽出工程の後に、前記濃縮水に対して前記不純物に含まれる前記シリカの残部を凝集させて除去する第２凝集沈殿工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後に、正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方によって前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する第２水抽出工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。

【請求項11】

前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程において、前記被処理水のｐＨを、８以上１２以下に調整する
ことを特徴とする請求項１０に記載の水処理方法。

【請求項12】

前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水をろ過する第１ろ過工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前に、前記濃縮水をろ過する第２ろ過工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の水処理方法。

【請求項13】

前記第１ろ過工程における前記被処理水のｐＨを４以上８以下に調整し、
前記第２ろ過工程における前記濃縮水のｐＨを４以上８以下に調整する
ことを特徴とする請求項１２に記載の水処理方法。

【請求項14】

前記第１水抽出工程が、低圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する低圧逆浸透工程を含むとともに、前記第２水抽出工程が、高圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する高圧逆浸透工程、または前記正浸透膜によって前記透過水を抽出する正浸透工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１３のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項15】

前記第２水抽出工程の後に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および晶析処理の少なくとも一方を行って精製水を排出する蒸留晶析工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項16】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前と、前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前との少なくとも一方において、前記カルシウムを除去するカルシウム除去工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１５のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項17】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水にカルシウム分散剤を添加するカルシウム分散工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１６のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項18】

前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程において前記シリカを凝集させる凝集剤が、ポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムと、前記被処理水にポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムが添加されて前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程の少なくとも一方において凝集沈殿された凝集沈殿汚泥と、を含む
ことを特徴とする請求項１０～１７のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項19】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項１０～１８のいずれか１項に記載の水処理方法。

【手続補正書】

【提出日】2022-06-20

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理装置であって、
前記被処理水から前記不純物の少なくとも一部を凝集させて除去する複数の凝集沈殿部と、
溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出可能な正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方を有して前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水が抽出されて得られた濃縮水を排出する複数の水抽出部と、を備え、
前記被処理水の流れ方向に沿って、前記複数の凝集沈殿部のうちの一部である第１凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの一部である第１水抽出部と、前記第１水抽出部の後段に前記複数の凝集沈殿部のうちの他部である第２凝集沈殿部と、前記第２凝集沈殿部の後段に前記複数の水抽出部のうちの他部である第２水抽出部とが設けられ、
前記第１凝集沈殿部は、ｐＨが８以上１２以下に調整された前記被処理水から前記シリカの一部を除去した後、前記被処理水を前記第１水抽出部に供給し、
前記第１水抽出部は、前記シリカの一部が除去された前記被処理水から前記透過水を抽出するとともに前記濃縮水を排出して、前記濃縮水を前記第２凝集沈殿部に供給し、
前記第２凝集沈殿部は、ｐＨが８以上１２以下に調整された前記濃縮水から前記シリカの残部を除去した後、前記濃縮水を前記第２水抽出部に供給し、
前記第２水抽出部は、前記正浸透膜および前記逆浸透膜の少なくとも一方を有し、前記第２凝集沈殿部から供給された前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する
ことを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記被処理水または前記濃縮水のろ過を行うろ過部が複数設けられ、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の一部である第１ろ過部が設けられ、
前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段に、前記複数のろ過部の他部である第２ろ過部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記第１ろ過部に供給される前記被処理水、および前記第２ろ過部に供給される前記濃縮水のｐＨを、４以上８以下に調整可能に構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記第１水抽出部が、低圧逆浸透膜を有する低圧逆浸透部からなるとともに、前記第２水抽出部が、高圧逆浸透膜を有する高圧逆浸透部または前記正浸透膜を有する正浸透部からなる
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記第２水抽出部の後段に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および晶析処理の少なくとも一方の処理を行って精製水を排出する蒸留晶析部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～４いずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿って、
前記第１凝集沈殿部の後段かつ前記第１水抽出部の前段と、前記第２凝集沈殿部の後段かつ前記第２水抽出部の前段との少なくとも一方に、前記カルシウムを除去可能なカルシウム除去部が設けられている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記被処理水の流れ方向に沿った前記第１水抽出部の前段における前記被処理水にカルシウム分散剤を添加可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記凝集沈殿部において前記シリカを凝集させる凝集剤が、ポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムと、前記被処理水にポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムが添加されて前記凝集沈殿部に沈殿された凝集沈殿汚泥と、を含み、
前記凝集沈殿汚泥を前記凝集沈殿部から引き抜いて再生処理を行うことなく前記凝集沈殿部に添加する
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項9】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項10】

シリカを含有した不純物を含む被処理水から水を抽出する水処理方法であって、
前記被処理水に対して、ｐＨを８以上１２以下に調整し、前記不純物に含まれる前記シリカの一部を凝集させて除去する第１凝集沈殿工程と、
前記第１凝集沈殿工程の後に、正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方によって前記被処理水から透過水を抽出するとともに、前記被処理水から前記透過水を抽出して得られた濃縮水を排出する第１水抽出工程と、
前記第１水抽出工程の後に、前記濃縮水に対して前記不純物に含まれる前記シリカの残部を凝集させて除去する第２凝集沈殿工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後に、正浸透膜および逆浸透膜の少なくとも一方によって前記濃縮水から透過水を抽出するとともに、前記濃縮水をさらに濃縮した高濃縮水を排出する第２水抽出工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。

【請求項11】

前記第２凝集沈殿工程において、前記濃縮水のｐＨを、８以上１２以下に調整する
ことを特徴とする請求項１０に記載の水処理方法。

【請求項12】

前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水をろ過する第１ろ過工程と、
前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前に、前記濃縮水をろ過する第２ろ過工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の水処理方法。

【請求項13】

前記第１ろ過工程における前記被処理水のｐＨを４以上８以下に調整し、
前記第２ろ過工程における前記濃縮水のｐＨを４以上８以下に調整する
ことを特徴とする請求項１２に記載の水処理方法。

【請求項14】

前記第１水抽出工程が、低圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する低圧逆浸透工程を含むとともに、前記第２水抽出工程が、高圧逆浸透膜によって前記透過水を抽出する高圧逆浸透工程、または前記正浸透膜によって前記透過水を抽出する正浸透工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１３のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項15】

前記第２水抽出工程の後に、前記高濃縮水に対して蒸留処理および晶析処理の少なくとも一方を行って精製水を排出する蒸留晶析工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項16】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１凝集沈殿工程の後かつ前記第１水抽出工程の前と、前記第２凝集沈殿工程の後かつ前記第２水抽出工程の前との少なくとも一方において、前記カルシウムを除去するカルシウム除去工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１５のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項17】

前記不純物がカルシウムを含み、
前記第１水抽出工程の前に、前記被処理水にカルシウム分散剤を添加するカルシウム分散工程を含む
ことを特徴とする請求項１０～１６のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項18】

前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程において前記シリカを凝集させる凝集剤が、ポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムと、前記被処理水にポリ塩化アルミニウムまたは塩化アルミニウムが添加されて前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程の少なくとも一方において凝集沈殿された凝集沈殿汚泥と、を含み、
前記凝集沈殿汚泥を前記第１凝集沈殿工程および前記第２凝集沈殿工程の少なくとも一方を行う凝集沈殿部から引き抜いて再生処理を行うことなく前記凝集沈殿部に添加する
ことを特徴とする請求項１０～１７のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項19】

前記不純物がマグネシウムを含む
ことを特徴とする請求項１０～１８のいずれか１項に記載の水処理方法。