(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】P2022181919
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】水処理方法及び水処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/469 20060101AFI20221201BHJP
C02F 1/50 20060101ALI20221201BHJP
C02F 1/28 20060101ALI20221201BHJP
B01D 61/04 20060101ALI20221201BHJP
B01D 61/48 20060101ALI20221201BHJP
B01D 61/52 20060101ALI20221201BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20221201BHJP
C02F 1/70 20060101ALI20221201BHJP
C02F 1/76 20060101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
C02F1/469
C02F1/50 510A
C02F1/50 520B
C02F1/50 531P
C02F1/50 531L
C02F1/50 531M
C02F1/50 540B
C02F1/50 550C
C02F1/50 550H
C02F1/50 560B
C02F1/50 560E
C02F1/50 560F
C02F1/28 D
B01D61/04
B01D61/48
B01D61/52 500
B01D61/58
C02F1/50 550L
C02F1/70 Z
C02F1/76 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021089150
(22)【出願日】2021-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】000004400
【氏名又は名称】オルガノ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】森田 樹生
(72)【発明者】
【氏名】吉川 浩
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 雄大
【テーマコード（参考）】
4D006
4D050
4D061
4D624
【Ｆターム（参考）】
4D006GA03
4D006GA17
4D006HA47
4D006JA30C
4D006JA57Z
4D006KA02
4D006KA03
4D006KA52
4D006KA53
4D006KA55
4D006KA56
4D006KA57
4D006KB12
4D006KB30
4D006KD24
4D006KD30
4D006KE13P
4D006KE30Q
4D006MA03
4D006MA13
4D006MA14
4D006PA01
4D006PB02
4D050AA01
4D050AB06
4D050AB44
4D050AB45
4D050AB46
4D050BA06
4D050BB03
4D050BB04
4D050BB06
4D050BD03
4D050BD06
4D050BD08
4D050CA06
4D050CA09
4D050CA10
4D061DA02
4D061DB13
4D061EA09
4D061EB01
4D061EB04
4D061EB13
4D061EB19
4D061FA06
4D061FA08
4D061FA09
4D061FA10
4D061FA17
4D624AA01
4D624AB11
4D624BA02
4D624BB02
4D624BC01
4D624CA01
4D624DB05
4D624DB09
4D624DB27
(57)【要約】
【課題】アンモニアを含む被処理水を逆浸透膜５１とその後段に配置された電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）１０とによって処理するときに、逆浸透膜やＥＤＩ装置の劣化を防ぎつつ、逆浸透膜用のスライムコントロール剤を有効利用できるようにする。
【解決手段】被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、アンモニア濃度が低減された被処理水が逆浸透膜５１に供給されるようにする。スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である。
【選択図】図１
【解決手段】被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、アンモニア濃度が低減された被処理水が逆浸透膜５１に供給されるようにする。スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンモニアを含有する被処理水を対象として、逆浸透膜に前記被処理水を透過させたのち前記逆浸透膜の透過水を電気式脱イオン水製造装置に供給し前記電気脱イオン水製造装置から処理水を得る水処理方法であって、
前記被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、前記被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、アンモニア濃度が低減された前記被処理水が前記逆浸透膜に供給されるようにし、
前記スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である、水処理方法。
前記被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、前記被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、アンモニア濃度が低減された前記被処理水が前記逆浸透膜に供給されるようにし、
前記スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である、水処理方法。
【請求項2】
前記スライムコントロール剤を前記被処理水に添加するときに間欠的に添加する、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項3】
前記スライムコントロール剤を前記被処理水に添加する前に、前記被処理水に添加された前記次亜塩素酸及び／またはその塩を除去する、請求項１または２に記載の水処理方法。
【請求項4】
前記スライムコントロール剤が添加された前記被処理水を２段直列に設けられた前記逆浸透膜に透過させ、後段の前記逆浸透膜の濃縮水の少なくとも一部を前段の逆浸透膜の入口側に戻す、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項5】
前記透過水に対して全塩素濃度の測定を行い、
前記全塩素濃度の測定値が０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以上であるときに、前記スライムコントロール剤の添加量を制御する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理方法。
前記全塩素濃度の測定値が０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以上であるときに、前記スライムコントロール剤の添加量を制御する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項6】
アンモニアを含有する被処理水を対象とする水処理装置であって、
逆浸透膜を備える逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置の透過水が脱塩室に供給されて前記脱塩室から処理水を排出する電気脱イオン水製造装置と、
前記被処理水に対して次亜塩素酸及び／またはその塩を添加する第１の添加手段と、
前記第１の添加手段により前記次亜塩素酸及び／またはその塩が添加された前記被処理水にスライムコントロール剤を添加する第２の添加手段とを有し、
前記第２の添加手段により前記スライムコントロール剤が添加された前記被処理水が前記逆浸透膜装置に供給され、
前記スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である、水処理装置。
逆浸透膜を備える逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置の透過水が脱塩室に供給されて前記脱塩室から処理水を排出する電気脱イオン水製造装置と、
前記被処理水に対して次亜塩素酸及び／またはその塩を添加する第１の添加手段と、
前記第１の添加手段により前記次亜塩素酸及び／またはその塩が添加された前記被処理水にスライムコントロール剤を添加する第２の添加手段とを有し、
前記第２の添加手段により前記スライムコントロール剤が添加された前記被処理水が前記逆浸透膜装置に供給され、
前記スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である、水処理装置。
【請求項7】
前記逆浸透膜装置に供給される前記被処理水を貯える供給タンクと、
前記供給タンクと前記逆浸透膜装置とを接続するラインにおいて前記供給タンクと前記第２の添加手段との間に設けられて前記次亜塩素酸及び／またはその塩を除去する除去手段と、
をさらに備え、
前記第１の添加手段は前記供給タンクまたは前記供給タンクの前段の位置に設けられている、請求項６に記載の水処理装置。
前記供給タンクと前記逆浸透膜装置とを接続するラインにおいて前記供給タンクと前記第２の添加手段との間に設けられて前記次亜塩素酸及び／またはその塩を除去する除去手段と、
をさらに備え、
前記第１の添加手段は前記供給タンクまたは前記供給タンクの前段の位置に設けられている、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項8】
前記逆浸透膜装置に供給される前記被処理水を貯える供給タンクをさらに備え、
前記供給タンクと前記逆浸透膜装置とを接続するラインに前記第２の添加手段が設けらえている、請求項６に記載の水処理装置。
前記供給タンクと前記逆浸透膜装置とを接続するラインに前記第２の添加手段が設けらえている、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項9】
前記逆浸透膜装置は、第１の逆浸透膜を備える第１の逆浸透膜装置と、第２の浸透膜を備えて前記第１の逆浸透膜装置の透過水が供給される第２の逆浸透膜装置と、を備え、
前記第２の逆浸透膜装置の濃縮水の少なくとも一部が前記第１の逆浸透膜装置の前段に戻される、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記第２の逆浸透膜装置の濃縮水の少なくとも一部が前記第１の逆浸透膜装置の前段に戻される、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項10】
前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室の少なくとも一部に混床形態でイオン交換樹脂が充填されている、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンモニアを含む被処理水を逆浸透膜（ＲＯ膜）及び電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）により順次処理する水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
水処理分野では、被処理水を逆浸透膜で処理することがしばしば行われている。逆浸透膜では生菌に由来するバイオファウリングが発生することがあるので、逆浸透膜への供給水には殺菌のために逆浸透膜用のスライムコントロール剤（スライム抑制剤）が添加される。スライムコントロール剤としては、例えばハロゲン（塩素または臭素）を含む酸化剤すなわちハロゲン系酸化剤が広く使用されている。特許文献１は、逆浸透膜を備える逆浸透膜装置に対する供給水にアンモニアが含まれている場合に、供給水に添加されたハロゲン系酸化剤が逆浸透膜を透過しやすくなることを開示している。
【0003】
逆浸透膜装置の透過水出口に対して電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electrodeionization)装置）を設けて逆浸透膜の透過水に対して脱塩処理を行うこともしばしば行われている。ＥＤＩ装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置であって、陽極と陰極との間にイオン交換膜によって区画された脱塩室を備えている。ＥＤＩ装置では、少なくともその脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されており、陽極と陰極との間に直流電流を印加し、脱塩室に被処理水を通水することにより、イオン成分が除去された処理水が脱塩室から流出する。ＥＤＩ装置は、薬剤によってイオン交換樹脂を再生する処理を不要とするという利点を有する。しかしながら、特許文献２に記載されるように、ＥＤＩ装置に酸化剤が流入すると、ＥＤＩ装置にイオン交換樹脂やイオン交換膜が劣化し、処理水における急激な水質の低下や通水差圧の上昇が起こることが知られており、このような現象が生じたときは、ＥＤＩ装置の交換が必要となることがある。したがって、逆浸透膜装置の後段にＥＤＩ装置を設ける場合には、ＥＤＩ装置に対して逆浸透膜用のスライムコントロール剤が流入しないようにする制御を行なう必要がある。逆浸透膜装置に供給される供給水にアンモニアが含まれる場合には、上述したようにスライムコントロール剤である酸化剤が逆浸透膜を透過しやすくなるので、ＥＤＩ装置の劣化を引き起こす可能性がある。
【0004】
ところで特許文献３は、逆浸透膜装置への供給水に対してスライムコントロール剤を間欠的に添加することを開示している。しかしながら、逆浸透膜装置への供給水を一時的に貯えるタンクが設けられているときにそのタンクにスライムコントロール剤を間欠添加した場合、タンク内で希釈されるため、目標とする濃度に達しなかったり、所定にタイムスケジュールで添加できなかったりすることがあるなど、正確な制御を行なえなくなって十分な殺菌効果が得られなくなる恐れがある。
【0005】
次亜塩素酸は、ハロゲン系酸化剤の範疇に含まれるが、逆浸透膜を劣化させることが知られている。そのため、逆浸透膜装置への次亜塩素酸の流入を抑制する必要がある。逆浸透膜の劣化を抑制するという観点から、逆浸透膜用のスライムコントロール剤として、結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤が好ましく用いられている。結合塩素系酸化剤は、次亜塩素酸などの塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物などとの化合物であり、代表的なものとしてクロロスルファミン酸が挙げられる。安定化臭素系酸化剤は、特許文献４などに記載されるように、例えば臭素系酸化剤とスルファミン酸化合物との化合物であって、安定化次亜臭素酸組成物とも呼ばれる。ここでいう臭素系酸化剤には、例えば、臭素、塩化臭素、及び次亜臭素酸が含まれ、さらには、臭化ナトリウムと次亜塩素酸との反応生成物が含まれる。特許文献５は、安定化次亜臭素酸組成物の製造方法の一例を開示している。
【0006】
一方で次亜塩素酸は、バイオファウリングの抑制に大きな効果を有し、配管やタンクにおける殺菌のために頻繁に使用されている。そこで、配管やタンクに対する殺菌剤として次亜塩素酸を使用するときは、添加制御を行なったり、逆浸透膜装置の入口側において逆浸透膜の供給水に対して還元剤を添加して次亜塩素酸を分解除去したりするなどの対策をとる必要がある。還元剤を添加するときは、逆浸透膜装置への次亜塩素酸の流入を完全に抑えるためには還元剤を過剰に加える必要があるが、逆浸透膜用のスライムコントロール剤が余剰分の還元剤によって消費されてしまう。特に、還元剤を連続添加するときは、逆浸透膜用のスライムコントロール剤を常時過剰に添加する必要がある。特許文献６－８は、逆浸透膜装置への供給水を一時的に貯えるタンクを備えてそのタンクまたはその前段において供給水に次亜塩素酸ナトリウムが添加される場合に、タンクから逆浸透膜装置に至る配管において、還元剤である例えば亜硫酸水素ナトリウムを供給水に変化し、続いて逆浸透膜用のスライムコントロール剤を添加することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１８－３００６１号公報
【特許文献2】特開平１１－１６５１７６号公報
【特許文献3】特開２０２０－１４２２１１号公報
【特許文献4】特開２０１８－１５６７９号公報
【特許文献5】特開２０１４－１０１２５１号公報
【特許文献6】国際公開第２０１６／１５８６３３号
【特許文献7】特開２０１０－２０１３１３号公報
【特許文献8】特開２０１６－２２１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
逆浸透膜とその後段に配置されたＥＤＩ装置によって被処理水の水処理を行うときに被処理水にアンモニアあるいはその解離型であるアンモニウムイオンが含まれていると、酸化剤であるスライムコントロール剤が逆浸透膜を透過してＥＤＩ装置に到達しやすくなり、ＥＤＩ装置が劣化するおそれがある。また、逆浸透膜自体も次亜塩素酸により劣化するため、次亜塩素酸を除去するために逆浸透膜の前段で被処理水に還元剤を添加することがあるが、その場合、逆浸透膜用のスライムコントロール剤も還元剤によって消費されてしまうという問題が生じる。
【0009】
本発明の目的は、アンモニアを含む被処理水を逆浸透膜とその後段に配置されたＥＤＩ装置とによって処理するときに、逆浸透膜やＥＤＩ装置の劣化を防ぎつつ、逆浸透膜用のスライムコントロール剤を有効に活用できる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の水処理方法は、アンモニアを含有する被処理水を対象として、逆浸透膜に被処理水を透過させたのち逆浸透膜の透過水を電気式脱イオン水製造装置に供給し電気脱イオン水製造装置から処理水を得る水処理方法であって、被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、アンモニア濃度が低減された被処理水が逆浸透膜に供給されるようにする。スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である。
【0011】
本発明の水処理装置は、アンモニアを含有する被処理水を対象とする水処理装置であって、逆浸透膜を備える逆浸透膜装置と、逆浸透膜装置の透過水が脱塩室に供給されて脱塩室から処理水を排出する電気脱イオン水製造装置と、被処理水に対して次亜塩素酸及び／またはその塩を添加する第１の添加手段と、第１の添加手段により次亜塩素酸及び／またはその塩が添加された被処理水にスライムコントロール剤を添加する第２の添加手段とを有し、第２の添加手段によりスライムコントロール剤が添加された被処理水が逆浸透膜装置に供給され、スライムコントロール剤は結合塩素系酸化剤または安定化臭素系酸化剤である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、アンモニアを含む被処理水を逆浸透膜とその後段に配置されたＥＤＩ装置とによって処理するときに、逆浸透膜やＥＤＩ装置の劣化を防ぎつつ、逆浸透膜用のスライムコントロール剤を有効利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の一形態の水処理装置を示す図である。
【図2】ＥＤＩ装置の構成の一例を示す図である。
【図3】水処理装置の別の構成例を示す図である。
【図4】水処理装置の別の構成例を示す図である。
【図5】水処理装置の別の構成例を示す図である。
【図6】ＥＤＩ装置の構成の別の例を示す図である。
【図7】実施例１の結果を説明する図である。
【図8】実施例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の水処理装置の構成を示す図である。図１に示す水処理装置は、アンモニア（ＮＨ３）を含む被処理水を処理するものである。よく知られているように水中においてアンモニアはアンモニウムイオン（ＮＨ４
＋）との間で、
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ ⇔ ＮＨ４ ＋＋ＯＨ－
で表される酸塩基平衡状態にあり、被処理水が極端に酸性あるいは極端に塩基性でなければ、被処理水にはアンモニアとアンモニウムイオンとが共存する。以下の説明では、アンモニア及び／またはアンモニウムイオンを含有する被処理水のことをアンモニア含有被処理水とも呼ぶ。アンモニア含有被処理水と言った場合においても、その被処理水には、通常、アンモニアのほかにアンモニウムイオンが含まれている。
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ ⇔ ＮＨ４ ＋＋ＯＨ－
で表される酸塩基平衡状態にあり、被処理水が極端に酸性あるいは極端に塩基性でなければ、被処理水にはアンモニアとアンモニウムイオンとが共存する。以下の説明では、アンモニア及び／またはアンモニウムイオンを含有する被処理水のことをアンモニア含有被処理水とも呼ぶ。アンモニア含有被処理水と言った場合においても、その被処理水には、通常、アンモニアのほかにアンモニウムイオンが含まれている。
【0015】
水処理装置は、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）１０を備えるとともに、被処理水を貯える供給タンク４０と、逆浸透膜５１が設けられた逆浸透膜装置５０とを備えている。被処理水に対しては、供給タンク４０の前段で次亜塩素酸が例えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液の形態で添加される。次亜塩素酸は、供給タンク４０における殺菌などのために添加されるものである。供給タンク４０の前段で被処理水に次亜塩素酸を添加する代わりに、図１において破線で示すように、被処理水とは独立して供給タンク４０に次亜塩素酸を投入してもよい。
【0016】
供給タンク４０の出口には配管４２が接続し、この配管４２の先端に逆浸透膜装置５０が接続する。配管４２には、供給タンク４０中の被処理水を逆浸透膜装置５０に向けて圧送するためにポンプ４４が設けられている。供給タンク４０の出口とポンプ４４の一次側との間の位置において、配管４２を流れる被処理水に対してスライムコントロール剤が添加されるようになっている。スライムコントロール剤は、被処理水に対して連続的に添加してもよいが、間欠的に添加することが好ましい。スライムコントロール剤を間欠的に添加する場合、配管４２において被処理水が定常的に逆浸透膜装置５０に向かって流動しており、被処理水にスライムコントロール剤を添加する期間を添加期間、添加しない期間を無添加期間として、例えば、いずれの２４時間以内においても添加期間が１２時間以内であるように、添加期間を０．２５～１２時間の範囲とし、無添加期間を３～３２０時間の範囲として被処理水にスライムコントロール剤を添加することができる。本実施形態において、配管４２を流れる被処理水に添加されるスライムコントロール剤は、逆浸透膜用のスライムコントロール剤であり、例えば、結合塩素系酸化剤を含むスライムコトントール剤、あるいは安定化臭素系酸化剤を含むスライムコントロール剤であり、特に、安定化臭素系酸化剤を含むスライムコントロール剤であることが好ましい。
【0017】
さらに、供給タンク４０の出口とスライムコントロール剤の添加位置との間で、配管４２を流れる被処理水に対して、次亜塩素酸の除去手段として還元剤が添加されるようにしてもよい。還元剤を添加するときは、連続的に添加してもよいし、間欠的に添加してもよいが、還元剤は逆浸透膜の劣化を抑制するためのものであるので、その観点からは還元剤を連続的に添加する方が好ましい。また、逆浸透膜の劣化を防ぐために還元剤を過剰に添加することが多いが、その場合、余剰分の還元剤によってスライムコントロール剤が消費される恐れがある。スライムコントロール剤を添加するときに連続的に添加するよりも間欠的に添加する方が、還元剤によるスライムコントロール剤の消費を抑えることができる。次亜塩素酸を除去するために被処理水に添加される還元剤は、例えば亜硫酸水素ナトリウムである。逆浸透膜装置５０において逆浸透膜５１を透過しなかった被処理水すなわち濃縮水は、逆浸透膜装置５０の濃縮水出口から排出される。一方、逆浸透膜５１を透過した被処理水すなわち透過水は、ＥＤＩ装置１０の脱塩室２３（図２参照）に供給される。
【0018】
図２は、ＥＤＩ装置１０の構成の一例を示している。ＥＤＩ装置１０は、陽極１１を備えた陽極室２１と陰極１２を備えた陰極室２５との間に脱塩室２３を備えたものであり、脱塩室２３の陽極室２１の側には濃縮室２２が配置し、脱塩室２３の陰極室２５の側には濃縮室２４が配置している。陽極室２１と濃縮室２２の間はカチオン交換膜３１で仕切られ、濃縮室２２と脱塩室２３の間はアニオン交換膜３２で仕切られている。脱塩室２３と濃縮室２４の間はカチオン交換膜３３で仕切られ、濃縮室２４と陰極室２５の間はアニオン交換膜３４で仕切られている。結局、脱塩室２３は、陽極１１の側に位置するアニオン交換膜３２と、陰極１２の側に位置するカチオン交換膜３３とによって区画されていることになる。脱塩室２３内には、イオン交換樹脂が充填されている。図示されたものでは、アニオン交換樹脂（ＡＥＲ）とカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）とが混床形態（ＭＢ）で充填されている。また陽極室２１にはカチオン交換樹脂が充填され、濃縮室２２，２４にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混床形態で充填され、陰極室２５にはアニオン交換樹脂が充填されている。
【0019】
ＥＤＩ装置１０では、その陽極室２１、濃縮室２２，２４及び陰極室２５にそれぞれ供給水を通水し、陽極１１と陰極１２との間に直流電流を印加した状態で、被処理水を脱塩室２３に通水させる。その結果、脱塩室２３において被処理水の脱塩処理が行なわれ、脱塩室２３からは、イオン成分が除去された処理水すなわち脱イオン水が排出される。本実施形態では脱塩室１３に供給される被処理水は、逆浸透膜５１の透過水である。濃縮室２２，２４からは、被処理水から移行したイオン成分を含む濃縮水が排出され、陽極室２１及び陰極室２５からは電極水がそれぞれ排出される。なお、直流電流の印加は被処理水の通水時に連続的に行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
【0020】
図２に示すＥＤＩ装置１０では、［濃縮室（Ｃ）２２｜アニオン交換膜（ＡＥＭ）３２｜脱塩室（Ｄ）２３｜カチオン交換膜（ＣＥＭ）３３｜濃縮室（Ｃ）２４］からなる基本構成が陽極１１と陰極１２の間に配置されている。この基本構成をセルセットと呼ぶ。実際には、電極間にこのようなセルセットを複数個（図２では「Ｎセット」）並置し、電気的には複数個のセルセットが一端を陽極１１とし、他端を陰極１２として直列接続されるようにして、処理能力の増大を図ることができる。この場合、隣接するセルセット間で隣り合う濃縮室を共有することができるので、ＥＤＩ装置１０の構成としては、［ＡＥＭ｜Ｄ｜ＣＥＭ｜Ｃ］からなる繰り返し単位をＸで表すこととすると、［陽極室｜ＣＥＭ｜Ｃ｜Ｘ｜Ｘ｜・・・｜Ｘ｜ＡＥＭ｜陰極室］の構成とすることができる。このような直列構造において、陽極室２１に最も近い脱塩室２３に関し、陽極室２１との間に独立の濃縮室２２を介在させることなく陽極室２１自体を濃縮室２２として機能させることができる。同様に、陰極室２５に最も近い脱塩室２３に関し、陰極室２５との間に独立の濃縮室２４を介在させることなく陰極室２５自体を濃縮室２４として機能させることができる。
【0021】
次に、図１に示す水処理装置の動作を説明する。アンモニア含有被処理水である被処理水は、タンク内の殺菌などのために次亜塩素酸が添加されて、供給タンク４０に一時的に貯えられる。次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ－）はアンモニウムイオンと反応してモノクロラミン（ＮＨ２Ｃｌ）を生じる（このことは、次亜塩素酸ナトリウムとアンモニアとが反応してモノクロラミンを生じることと等価である）から、被処理水中のアンモニウムイオン濃度が低減する。また、モノクロラミンの生成に伴って、被処理水中の次亜塩素酸濃度も低下する。その後、この被処理水は、供給タンク４０から配管４２を介して逆浸透膜装置５０に供給され、その際にスライムコントロール剤が添加されるが、被処理水中のアンモニア濃度が低減しているので、酸化剤であるスライムコントロール剤は逆浸透膜５１を透過しにくくなっている。その結果、逆浸透膜装置５０からＥＤＩ装置１０の脱塩室２３には、次亜塩素酸がほとんど含まれず、かつ、酸化剤であるスライムコントロール剤のリークも抑えられた被処理水が供給されることとなり、ＥＤＩ装置１０に含まれるイオン交換樹脂やイオン交換膜が酸化剤により劣化することが抑制され、ＥＤＩ装置１０の劣化を防止することができる。
【0022】
本実施形態の水処理装置では、次亜塩素酸を添加しアンモニウムイオンと反応させることにより、被処理水におけるアンモニウムイオン濃度を低減させている。このとき被処理水に含まれるアンモニウムイオンの当量よりも多い次亜塩素酸を添加すると、反応で消費されなかった次亜塩素酸が逆浸透膜５１を劣化させることになる。その一方で、被処理水中のアンモニウムイオンの当量よりも少ない量の次亜塩素酸しか添加しなかった場合にはアンモニウムイオンが残存し、その結果、スライムコントロール剤が逆浸透膜５１を透過してＥＤＩ装置１０を劣化させる恐れがある。後述の実施例からも明らかになるように、アンモニウムイオンが残存する場合においてスライムコントロール剤を間欠的に添加することにより、ＥＤＩ装置１０の劣化の程度を抑えることが可能である。また本実施形態では、供給タンク４０ではなく、その後段の位置であって被処理水が定常的に一方向に流れる位置において被処理水にスライムコントロール剤を添加することにより、タンクにおけるスライムコントロール剤の希釈の影響を受けずに、より正確で効果的な殺菌をもたらすようにスラインコントロール剤の間欠添加を行うことが可能になる。
【0023】
図１に示した水処理装置では、上述したように、配管４２においてスライムコントロール剤を添加する前段の位置において還元剤を被処理水に添加し、過剰の次亜塩素酸を除去することもできる。ここで次亜塩素酸を除去するための除去手段として、還元剤を添加すること以外の手段を用いることもできる。図３は、本発明に基づく水処理装置の別の構成例を示している。図３に示す水処理装置は、図１に示す水処理装置において、還元剤を添加する代わりに、配管４２における還元剤の添加位置に活性炭塔４３を配置したものである。活性炭塔４３の内部には次亜塩素酸を吸着除去する活性炭が充填されており、被処理水が活性炭塔４３内を通水する。本発明に基づく水処理装置では、被処理水から次亜塩素酸を除去する除去手段としては、還元剤や活性炭によるもの以外の手段を用いることも可能である。
【0024】
本実施形態の水処理装置では、アンモニア含有被処理水に対して次亜塩素酸とスライムコントロール剤とを上述のように添加することにより、スライムコントロール剤などの酸化剤が逆浸透膜５１を透過してＥＤＩ装置１０に流入することを防いでいる。しかしながら、酸化剤が万が一逆浸透膜５１を透過してしまった場合に備えるために、逆浸透膜装置５０の透過水出口とＥＤＩ装置１０の入口との間に活性炭フィルターを設置し、活性炭フィルターにおいて酸化剤を捕捉して酸化剤がＥＤＩ装置１０に流れ込まないようにすることができる。その場合、捕捉すべき酸化剤の量はわずかであると考えられるので、活性炭フィルターとしては、例えば特開２０２０－１８９７０号公報に開示されるような繊維状活性炭フィルターを用いることが好ましい。
【0025】
図４は、本発明に基づく水処理装置の別の構成例を示している。図４に示す水処理装置は、図１に示す水処理装置における逆浸透膜装置５０とＥＤＩ装置１０との間にもう１つ逆浸透膜装置５５を配置したものである。逆浸透膜装置５５には逆浸透膜５６が設けられている。前段の逆浸透膜装置５０からの透過水が後段の逆浸透膜装置５５に供給され、この逆浸透膜装置５５の透過水がＥＤＩ装置１０の脱塩室２３に供給される。前段の逆浸透膜装置５０からの濃縮水は、図１に示す水処理装置の場合と同様に、外部に排出される。これに対し、後段の逆浸透膜装置５５からの濃縮水は、その少なくとも一部が供給タンク４０に循環する。この水処理装置では、後段の逆浸透膜装置５５から循環する濃縮水によって供給タンク４０の被処理水が希釈されるので、供給タンク４０中の被処理水におけるアンモニウムイオン濃度が低下し、スライムコントロール剤とアンモニウムイオンとの接触濃度及び接触時間が減少し、これにより、逆浸透膜５１，５６でのスライムコントロール剤の透過がより抑制されて、ＥＤＩ装置１０の劣化をより抑制することができる。
【0026】
本発明に基づく水処理装置は、アンモニア含有被処理水に次亜塩素酸及び／またはその塩を添加し、その後、その被処理水にスライムコントロール剤を添加してからその被処理水を逆浸透膜装置５０とＥＤＩ装置１０とによって順次処理する構成であればよい。したがって、本発明に基づく水処理装置は、図１、図３及び図４に示した構成のものに限定されない。図５は、本発明に基づく水処理装置のさらに別の構成例を示している。図５に示す水処理装置は、図１に示す水処理装置において、被処理水を一時的に貯える供給タンク４０の前段に活性炭塔４３を設け、次亜塩素酸が添加されたアンモニア含有被処理水が活性炭塔４３を通水してから供給タンク４０に供給されるようにしたものである。スライムコントロール剤は供給タンク４０において被処理水に添加されるが、供給タンク４０の後段、例えば配管４２においてスライムコントロール剤を被処理水に添加するようにしてもよい。活性炭塔４３が次亜塩素酸の除去手段として設けられているので、この水処理装置では、被処理水に対する還元剤の添加は行われない。図５に示す水処理装置では、次亜塩素酸が供給タンク４０には流入しない構成となっているが、次亜塩素酸は、アンモニアあるいはアンモニウムイオンの除去だけでなく殺菌を行う能力を有しており、水が滞留しやすく生菌が繁殖しやすいという供給タンク４０の特徴を考えれば、次亜塩素酸が供給タンク４０に流入できて供給タンク４０の殺菌を行えるような構成の方が好ましい。
【0027】
図６は、上述した水処理装置の各々において使用できるＥＤＩ装置の別の例を示している。図６に示すＥＤＩ装置は、図２に示したＥＤＩ装置１０の脱塩室２３を中間イオン交換膜で仕切り、中間イオン交換膜よりも陽極１１の側を第１小脱塩室２７とし、中間イオン交換膜よりも陰極１２の側を第２小脱塩室２８としたものである。中間イオン交換膜としてはアニオン交換膜３７が用いられている。したがって、第１小脱塩室２７はアニオン交換膜３２とアニオン交換膜３７により区画され、第２小脱塩室２８はアニオン交換膜３７とカチオン交換膜３３により区画されることになる。このＥＤＩ装置では、被処理水はまず第１小脱塩室２７に供給され、第１小脱塩室２７の出口水がそのまま第２小脱塩室２８に供給され、第２小脱塩室２８からは、このＥＤＩ装置の処理水が排出する。ここで示す例では第１小脱塩室２７にはアニオン交換樹脂が充填されている。第２小脱塩室２８は、複床構成となっており、被処理水の流れの方向に沿って上流側にはカチオン交換樹脂が充填され、下流側にはアニオン交換樹脂が充填されている。図６に示すＥＤＩ装置においても、アニオン交換膜３２、第１小脱塩室２７、アニオン交換膜３７、第２小脱塩室２８、カチオン交換膜３３及び濃縮室２３からなる並びを繰り返し単位Ｘとして、陽極室２１に隣接する濃縮室２２と、陰極室２５に接するアニオン交換膜３４との間に、繰り返し単位Ｘを直列に複数セット設けることができる。
【0028】
本発明に基づく水処理装置で用いられるＥＤＩ装置１０は、隣接する２つの濃縮室２２，２４の間に１つの脱塩室２３を有する例えば図２に示すＥＤＩ装置であっても、隣接する２つの濃縮室２２，２４の間に中間イオン交換膜（例えばアニオン交換膜３７）で仕切られた２つの小脱塩室２７，２８を有する例えば図６に示すＥＤＩ装置であってもよい。各脱塩室２３あるいは各小脱塩室２７，２８では、イオン交換樹脂は、単床形態、混床形態あるいは複床形態のいずれの形態で充填されていてもよい。
【0029】
本発明に基づく水処理装置を運転するときは、装置内の各所における被処理水あるいは処理水中の酸化剤濃度を測定して管理したいことがある。次亜塩素酸も、スライムコントロール剤として用いられる結合塩素系酸化剤及び安定化臭素系酸化剤も、一般的に用いられる全塩素濃度測定を行ったときにそれらの濃度に応じた値を示す。例えば、これらの酸化剤は、いずれも、全塩素濃度の測定法として知られているＤＰＤ（Ｎ，Ｎ－ジエチルパラフェニレンジアミン）を用いる比色法（すなわちＤＰＤ法）による測定を行ったときに、酸化剤濃度に応じた呈色を示す。ＤＰＤ法以外にも、酸化剤がヨウ化カリウムを酸化することにより遊離したヨウ素を、チオ硫酸ナトリウムによる酸化還元滴定で定量することによる全塩素濃度測定法を酸化剤の濃度管理に用いることができる。したがって、酸化剤の種類を問わずに酸化剤濃度を管理するときは、全塩素濃度の測定を行い、その測定値をもって酸化剤の濃度を管理することできる。その場合、酸化剤の濃度は、全塩素濃度換算値として表される。以下の説明において酸化剤濃度の値は、全塩素濃度の測定を行ったときの測定値（すなわち全塩素濃度換算値）で表されており、そのことを明示するために「ａｓ Ｃｌ２」が付記されている。
【0030】
酸化剤濃度を測定し、その測定値に基づいて水処理装置の制御を行なう例を説明する。図１に示す水処理装置において、スライムコントロール剤として安定化臭素系酸化剤を用いるものとする。逆浸透膜装置５０の透過水、すなわちＥＤＩ装置１０に対する供給水における安定化臭素系酸化物の濃度をＤＰＤ法による全塩素濃度測定によって求め、その測定値が例えば０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以上であるときに、測定値が０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以下となるように配管４２において被処理水に添加されるスライムコントロール剤の量を変化させる制御を行なうことができる。図４に示す水処理装置の場合は、後段の逆浸透膜装置５５の透過水における安定化臭素系酸化物の濃度の測定値が例えば０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以上であるときに、測定値が０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２以下となるように、後段の逆浸透膜装置５５の濃縮水のうち供給タンク４０に戻される水の量を変化させる制御を行なうことができる。
【0031】
以上説明したように本発明に基づく水処理方法及び水処理装置では、被処理水にアンモニアが含まれている場合にＥＤＩ装置１０へのスライムコントロール剤の流入を抑制するために、被処理水に次亜塩素酸を添加してアンモニウムイオン濃度を低減している。逆浸透膜用のスライムコントロール剤を被処理水に間欠添加することにより、ＥＤＩ装置１０における脱塩室の構成や脱塩室へのイオン交換樹脂の充填形態によらずにＥＤＩ装置１０の劣化を抑制している。さらに、次亜塩素酸を除去するために被処理水に還元剤を添加する場合においては、過剰の還元剤によってスライムコントロール剤が消費されることを大きく抑制している。供給タンク４０の後段において、還元剤及びスライムコントロール剤をこの順で被処理水に添加することにより、スライムコントロール剤の添加に関し、正確で効果的な殺菌をもたらす間欠添加が可能になる。さらに、２段直列に逆浸透膜装置５０，５５を設けた時は、後段の逆浸透膜装置５５からの濃縮水を前段に戻すことによって被処理水中のアンモニアが希釈され、それにより、スライムコントロール剤が逆浸透膜５１，５６を透過することを抑制できる。本発明において用いられるＥＤＩ装置は、図２に示したような、隣接する濃縮室２２，２４の間に単一の脱塩室２３が設けられているものであってもよいし、あるいは、図６に示したような、隣接する濃縮室２２，２４の間に中間イオン交換膜で仕切られた２つの小脱塩室２７，２８を有するものであってもよい。脱塩室や小脱塩室に対するイオン交換樹脂の充填形態も、単床であっても混床であってもよい。ただしＥＤＩ装置の構成として、隣接する濃縮室の間に単一の脱塩室が設けられているものよりも、中間イオン交換膜で仕切られた２つの小脱塩室を有するものの方が好ましい。イオン交換樹脂の充填形態として、混床形態よりも、脱塩室あるいは小脱塩室に対してその少なくとも一部に単床でイオン交換樹脂が充填されているものの方が好ましい。
【実施例0032】
次に、本発明について、実施例及び参考例によりさらに詳しく説明する。
【0033】
［実施例１］
アンモニア含有被処理水の処理を行うときに、次亜塩素酸の添加によるアンモニウムイオンの低減処理を行う場合と行わない場合とについて、後段のＥＤＩ装置からの処理水の水質の劣化の有無を検討した。図１に示す水処理装置を組み立て、アンモニア含有被処理水が試験水として水処理装置に通水されるようにした。そして供給タンク４０の前段において試験水に次亜塩素酸を添加した場合と添加しない場合とについて、ＥＤＩ装置１０から排出される処理水の比抵抗の変化を調べた。還元剤の添加は行わなかった。ＥＤＩ装置１０として、脱塩室が２つの小脱塩室に区画されていない図２に示すＥＤＩ装置（構造１とする）と、脱塩室が中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画されている図６に示すＥＤＩ装置（構造２）とを使用した。試験水は、純水にアンモニウム塩を添加したものであり、水温は２５℃、ｐＨは７であった。スライムコントロール剤として安定化次亜臭素酸を使用した。結果を図７に示す。図７において「ＮＨ４ ＋処理済」は、次亜塩素酸を添加することによってアンモニウムイオンを低減させた試験水に対する結果を示し、「ＮＨ４ ＋未処理」は、次亜塩素酸を添加しなかった試験水に対する対する結果を示している。また、次亜塩素酸を添加しない試験水では逆浸透膜装置５０の入口でのアンモニウムイオン濃度は１ｍｇ／Ｌであり、この試験水を逆浸透膜装置５０を透過させて得られる透過水の全塩素濃度を測定したところ、０．１４ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２であった。一方、次亜塩素酸を添加した試験水では逆浸透膜装置５０の入口においてアンモニウムイオンは検出されず、この試験水を逆浸透膜装置５０を透過させて得られる透過水の全塩素濃度を測定したところ、０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２未満であった。
アンモニア含有被処理水の処理を行うときに、次亜塩素酸の添加によるアンモニウムイオンの低減処理を行う場合と行わない場合とについて、後段のＥＤＩ装置からの処理水の水質の劣化の有無を検討した。図１に示す水処理装置を組み立て、アンモニア含有被処理水が試験水として水処理装置に通水されるようにした。そして供給タンク４０の前段において試験水に次亜塩素酸を添加した場合と添加しない場合とについて、ＥＤＩ装置１０から排出される処理水の比抵抗の変化を調べた。還元剤の添加は行わなかった。ＥＤＩ装置１０として、脱塩室が２つの小脱塩室に区画されていない図２に示すＥＤＩ装置（構造１とする）と、脱塩室が中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画されている図６に示すＥＤＩ装置（構造２）とを使用した。試験水は、純水にアンモニウム塩を添加したものであり、水温は２５℃、ｐＨは７であった。スライムコントロール剤として安定化次亜臭素酸を使用した。結果を図７に示す。図７において「ＮＨ４ ＋処理済」は、次亜塩素酸を添加することによってアンモニウムイオンを低減させた試験水に対する結果を示し、「ＮＨ４ ＋未処理」は、次亜塩素酸を添加しなかった試験水に対する対する結果を示している。また、次亜塩素酸を添加しない試験水では逆浸透膜装置５０の入口でのアンモニウムイオン濃度は１ｍｇ／Ｌであり、この試験水を逆浸透膜装置５０を透過させて得られる透過水の全塩素濃度を測定したところ、０．１４ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２であった。一方、次亜塩素酸を添加した試験水では逆浸透膜装置５０の入口においてアンモニウムイオンは検出されず、この試験水を逆浸透膜装置５０を透過させて得られる透過水の全塩素濃度を測定したところ、０．０２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２未満であった。
【0034】
図７より、逆浸透膜装置５０への供給水にアンモニウムイオンが含まれる場合（「ＮＨ４
＋未処理」の場合）、ＥＤＩ装置１０が構造１、構造２のいずれのものであっても水質劣化が確認された。「ＮＨ４
＋処理済」の結果から、次亜塩素酸によりアンモニウムイオンを除去することによって、ＥＤＩ装置１０からの処理水の水質（導電率）を１８ＭΩ・ｃｍに維持できることが分かった。
【0035】
［参考例１］
スライムコントロール剤を間欠添加することによる効果を調べた。ＥＤＩ装置１０として構造１（図２）のＥＤＩ装置を使用して図１に示す水処理装置を組み立て、アンモニア含有被処理水を試験水として水処理装置に通水し、配管４２を流れる試験水に対してスライムコントロール剤を間欠的に添加し、ＥＤＩ装置１０から排出される処理水の比抵抗の変化を調べた。次亜塩素酸と還元剤の添加は行わなかった。試験水としては、純水に対してアンモニウムイオン濃度が１ｍｇ／Ｌとなるようにアンモニウム塩を添加したものを使用した。試験水の水温は２５℃であり、ｐＨは７であった。スライムコントロール剤としては安定化次亜臭素酸を使用し、添加時に逆浸透膜濃縮水における濃度が２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２となるように間欠添加を行った。結果を図８に示す。図８に示すように、スライムコントロール剤を間欠添加することにより、非添加時に水質が素早く回復し、かつ、添加を繰り返しても水質が一定に維持されることが分かった。言い換えれば、酸化剤であるスライムコントロール剤が逆浸透膜をリークしてしまうような条件であっても、スライムコントロール剤を間欠添加することにより、水質を維持でき、ＥＤＩ装置の劣化も防ぐことができることが分かった。
スライムコントロール剤を間欠添加することによる効果を調べた。ＥＤＩ装置１０として構造１（図２）のＥＤＩ装置を使用して図１に示す水処理装置を組み立て、アンモニア含有被処理水を試験水として水処理装置に通水し、配管４２を流れる試験水に対してスライムコントロール剤を間欠的に添加し、ＥＤＩ装置１０から排出される処理水の比抵抗の変化を調べた。次亜塩素酸と還元剤の添加は行わなかった。試験水としては、純水に対してアンモニウムイオン濃度が１ｍｇ／Ｌとなるようにアンモニウム塩を添加したものを使用した。試験水の水温は２５℃であり、ｐＨは７であった。スライムコントロール剤としては安定化次亜臭素酸を使用し、添加時に逆浸透膜濃縮水における濃度が２ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌ２となるように間欠添加を行った。結果を図８に示す。図８に示すように、スライムコントロール剤を間欠添加することにより、非添加時に水質が素早く回復し、かつ、添加を繰り返しても水質が一定に維持されることが分かった。言い換えれば、酸化剤であるスライムコントロール剤が逆浸透膜をリークしてしまうような条件であっても、スライムコントロール剤を間欠添加することにより、水質を維持でき、ＥＤＩ装置の劣化も防ぐことができることが分かった。
【符号の説明】
【0036】
１０ 電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）
１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２，２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
２５ 陰極室
２７，２８ 小脱塩室
３１，３３ カチオン交換膜
３２，２４，３７ アニオン交換膜
４０ 供給タンク
４３ 活性炭塔
５０，５５ 逆浸透膜装置
５１，５６ 逆浸透膜
１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２，２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
２５ 陰極室
２７，２８ 小脱塩室
３１，３３ カチオン交換膜
３２，２４，３７ アニオン交換膜
４０ 供給タンク
４３ 活性炭塔
５０，５５ 逆浸透膜装置
５１，５６ 逆浸透膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】