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(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】P2023146102
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】分離膜ユニットの運転方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/44 20230101AFI20231004BHJP
B01D 61/02 20060101ALI20231004BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20231004BHJP
【ＦＩ】
C02F1/44 F
B01D61/02
B01D61/58
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022053121
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000003159
【氏名又は名称】東レ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】山田 一弘
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 良太
【テーマコード（参考）】
4D006
【Ｆターム（参考）】
4D006GA03
4D006HA01
4D006HA21
4D006HA41
4D006HA61
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4D006KE02P
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4D006MC62
4D006MC63
4D006PA01
4D006PA04
4D006PB08
4D006PB59
4D006PB70
(57)【要約】 （修正有）
【課題】有機溶剤を含む廃水の膜分離システムにおいて、濃縮水の有機溶剤濃度を低下させずに、透過水の水質を維持する運転方法を提供する。
【解決手段】廃水を透過水と濃縮水とに分離する分離膜ユニット－１と、該透過水をさらに分離する分離膜ユニット－２とを有し、分離膜ユニット－２の濃縮水を分離膜ユニット－１に返送する分離膜ユニットの運転方法であって、分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、有機溶剤濃度を低下させるために（１）分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、分離膜ユニット－２の回収率を分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する、あるいは（２）分離膜ユニット－1の供給水流量を増加させ、分離膜ユニット－１および２の回収率をそれぞれ、分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する。
【選択図】図１
【解決手段】廃水を透過水と濃縮水とに分離する分離膜ユニット－１と、該透過水をさらに分離する分離膜ユニット－２とを有し、分離膜ユニット－２の濃縮水を分離膜ユニット－１に返送する分離膜ユニットの運転方法であって、分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、有機溶剤濃度を低下させるために（１）分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、分離膜ユニット－２の回収率を分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する、あるいは（２）分離膜ユニット－1の供給水流量を増加させ、分離膜ユニット－１および２の回収率をそれぞれ、分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機溶剤を含む廃水を、透過水と濃縮水とに分離する分離膜ユニットー１と、この分離膜ユニットー１の透過水を、透過水と濃縮水にさらに分離する分離膜ユニットー２とを有し、前記分離膜ユニットー２の濃縮水を、前記分離膜ユニットー１に供給する前記有機溶剤廃水に混合する分離膜ユニットの運転方法であって、
前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、以下の（１）（２）のいずれかの方法により、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度を規定値以下に低下させることを特徴とする分離膜ユニットの運転方法。
（１）前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、前記分離膜ユニットー２の回収率を前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法
（２）前記分離膜ユニット―1の供給水流量を増加させ、前記分離膜ユニットー１および前記分離膜ユニットー２の回収率をそれぞれ、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法。
前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、以下の（１）（２）のいずれかの方法により、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度を規定値以下に低下させることを特徴とする分離膜ユニットの運転方法。
（１）前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、前記分離膜ユニットー２の回収率を前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法
（２）前記分離膜ユニット―1の供給水流量を増加させ、前記分離膜ユニットー１および前記分離膜ユニットー２の回収率をそれぞれ、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法。
【請求項2】
前記（１）において、前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させる方法として、前記分離膜ユニットー１の前記透過水と前記濃縮水の流量を制御する方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜ユニットの運転方法。
【請求項3】
前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の運転において、前記分離膜ユニットー１の回収率が３０％から７０％の範囲であり、前記分離膜ユニットー２の回収率が７０％から９０％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の分離膜ユニットの運転方法。
【請求項4】
前記（１）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の回収率を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法。
【請求項5】
前記（２）において、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を増加させる方法として、前記分離膜ユニットー１の前記透過水と前記濃縮水の流量、および前記分離膜ユニットー２の前記透過水と前記濃縮水の流量を制御する方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜ユニットの運転方法。
【請求項6】
前記（２）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１または５に記載の分離膜ユニットの運転方法。
【請求項7】
前記廃水中の有機溶剤が水溶性のアミン系有機溶剤であり、前記廃水中の有機溶剤濃度が２０％以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分離膜ユニットの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水溶性有機溶剤の濃縮技術では有機溶剤を溶質として含有する原水を、透過水と溶質濃縮水とに分離・濃縮するために、膜分離手段を備えた水処理システムが利用されている。特にＲＯやＮＦなどの分離膜で分離除去率の低い有機溶剤を含有する原水から、より高濃度の有機溶剤濃縮水及び、より良い水質の透過水に分離するため、１段目の分離膜ユニットー１で処理した１次透過水を別の分離膜ユニットで処理する多段プロセスを組む場合が多い。その時、分離膜ユニット－１で分離した１次透過水をさらに２次透過水と２次濃縮水に分離する２段目の分離膜ユニットー２の２次濃縮水は分離膜ユニットー１の供給ラインに循環し、分離膜ユニットー１の１次濃縮水は高濃度有機溶剤含有水として後工程の蒸留塔などでさらに高純度に精製され再利用される。前記プロセスでは分離膜ユニット－１が高圧・高濃縮の条件で運転されるため、逆浸透膜が早期に劣化し有機溶剤の溶質除去率が低下し、分離膜ユニット－２への供給濃度が上昇し、同時に分離膜ユニット－２で分離した２次透過水中の有機溶剤濃度が上昇して、２次透過水の水質が規格値を超える可能性がある。それを防止するために特許文献１のように分離膜ユニット－２の濃縮水流量を増加させ、供給水に対する透過水の流量比率である回収率を低下させることで２次透過水水質を回復させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－３０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本願適用の有機溶剤濃縮システムの目的は本システムへの供給原水に含まれる有機溶剤濃度を高濃度化し、後工程の蒸留システムへ供給することであるが、特許文献１のように２次透過水の水質が低下した場合に分離膜ユニット－２の回収率を低下させると分離膜ユニット－１の濃縮水の有機溶剤濃度が低下し、後工程の蒸留システムで精製に必要なエネルギーが増大し、ランニングコストが悪化してしまう。
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑み、濃縮する有機溶剤濃度を低下させることなく２次透過水の水質を回復することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
そこで、本発明の一態様は、有機溶剤を含む廃水を、透過水と濃縮水とに分離する分離膜ユニットー１と、この分離膜ユニットー１の透過水を、透過水と濃縮水にさらに分離する分離膜ユニットー２とを有し、前記分離膜ユニットー２の濃縮水を、前記分離膜ユニットー１に供給する前記有機溶剤廃水に混合する分離膜ユニットの運転方法であって、
前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、以下の（１）（２）のいずれかの方法により、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度を規定値以下に低下させることを特徴とする分離膜ユニットの運転方法である。
（１）前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、前記分離膜ユニットー２の回収率を前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法
（２）前記分離膜ユニット―1の供給水流量を増加させ、前記分離膜ユニットー１および前記分離膜ユニットー２の回収率をそれぞれ、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法。
前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、以下の（１）（２）のいずれかの方法により、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度を規定値以下に低下させることを特徴とする分離膜ユニットの運転方法である。
（１）前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させつつ、前記分離膜ユニットー２の回収率を前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法
（２）前記分離膜ユニット―1の供給水流量を増加させ、前記分離膜ユニットー１および前記分離膜ユニットー２の回収率をそれぞれ、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率に維持する方法。
【0007】
本発明の一態様は、前記（１）において、前記分離膜ユニット－１の回収率を増加させる方法として、前記分離膜ユニットー１の前記透過水と前記濃縮水の流量を制御する方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の運転において、前記分離膜ユニットー１の回収率が３０％から７０％の範囲であり、前記分離膜ユニットー２の回収率が７０％から９０％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（１）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の回収率を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（２）において、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を増加させる方法として、前記分離膜ユニットー１の前記透過水と前記濃縮水の流量、および前記分離膜ユニットー２の前記透過水と前記濃縮水の流量を制御する方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（２）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１または５に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記廃水中の有機溶剤が水溶性のアミン系有機溶剤であり、前記廃水中の有機溶剤濃度が２０％以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記分離膜ユニットー２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超える前の運転において、前記分離膜ユニットー１の回収率が３０％から７０％の範囲であり、前記分離膜ユニットー２の回収率が７０％から９０％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（１）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の回収率を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（２）において、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を増加させる方法として、前記分離膜ユニットー１の前記透過水と前記濃縮水の流量、および前記分離膜ユニットー２の前記透過水と前記濃縮水の流量を制御する方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記（２）において、前記分離膜ユニット－２の透過水中の有機溶剤濃度が規定値を超えた場合に、前記分離膜ユニットー１の供給水の流量を１．３倍以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１または５に記載の分離膜ユニットの運転方法である。
本発明の一態様は、前記廃水中の有機溶剤が水溶性のアミン系有機溶剤であり、前記廃水中の有機溶剤濃度が２０％以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の分離膜ユニットの運転方法である。
【発明の効果】
【0008】
以上の本発明によれば、有機溶剤濃縮ＲＯシステムにおいて所望の濃縮率を保ちながら２次透過水水質を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一態様である実施形態１の水処理システムの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図１に示す本発明の一態様である実施形態１の水処理システムは、供給ポンプＰ１、分離膜ユニットー１、供給ポンプＰ２、分離膜ユニットー２、１次透過水流量制御部ＦＩＣ１、１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２、１次濃縮水流量調節弁ＣＶ１、２次透過水流量制御部ＦＩＣ３、２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４、２次濃縮水流量調節弁ＣＶ２、２次透過水水質測定部Ａ１、２次透過水水質判断制御部ＣＰ１を備える。
【0012】
分離膜ユニット－１及び２は、有機溶剤が含まれる原廃水または供給水からＲＯ膜やＮＦ膜などの分離膜により透過水と濃縮水とに分離する。分離膜ユニットー１及び２で使用する分離膜は逆浸透膜が好ましい。逆浸透膜としてはポリアミド系、芳香族ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリプロピレン系、ポリフッ化ビニルデン系、ポリフッ化エチレン系、ポリビニルアルコール系、ポリエーテルスルホン系、ポリイミド系、ポリスルホン系、ポリエステル系、酢酸セルロース系、セルロースエステル系、トリアセチルセルセルロース系、尿酸ポリエーテル系、ポリピペリアザミド系、ポリフラン系、ポリエチレンイミン系があるが、特に架橋した芳香族ポリアミド系の逆浸透膜が好ましい。また、使用する逆浸透膜については、低圧用ないしは中高圧用の様々な逆浸透膜が使用可能であるが、水溶性有機物を分離するには特に３０～１２０ｋｇ／ｃｍ２の高圧力で運転可能な高圧用逆浸透膜の使用が好ましく、供給ポンプＰ１は３０～１２０ｋｇ／ｃｍ２の高圧力に耐用できる仕様であることが好ましい。
【0013】
分離膜ユニット－１及び２に用いられる逆浸透膜は耐圧容器内に組み込まれるものが好ましく、逆浸透膜の形状は、平膜、チューブラ、スパイラル、中空糸など任意の形状のものが使用できる。このような逆浸透膜は分子径、イオン性等により分離を行うものであり、水を透過水側に透過して、有機溶剤の溶質を濃縮水側に分離できるものが使用できる。特にスパイラル型のモジュールを採用することが好ましい。分離膜ユニット－１及び２の態様例としては、例えば、有機溶剤が含まれる原廃水または供給水を透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜エレメントを収納した逆浸透膜ベッセルを単数または複数並列もしくは複数直列に備えたものが挙げられる。原廃水に含有するアミン系有機溶剤の種類としては、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等があり水溶性かつ水よりも沸点の高い有機溶剤が好ましい。
【0014】
系外から供給された原廃水は原廃水供給ラインＬ１に配置された供給ポンプＰ１により加圧され分離膜ユニットー１に供給される。供給ポンプＰ１はインバータによる可変速制御で制御可能なものが好ましい。供給ポンプＰ１の１次側には分離膜ユニットー２で分離される２次濃縮水循環ラインＬ５が合流される。分離膜ユニットー１で分離した１次透過水は１次透過水ラインＬ２を流通し分離膜ユニットー２に供給される。分離膜ユニット－１で分離した１次濃縮水は１次濃縮水ラインＬ３を流通し、系外の蒸留精製設備などに送水される。ここで１次透過水ラインＬ２には１次透過水流量制御部ＦＩＣ１が配置され、１次透過水流量が規定値になるように供給ポンプＰ１の駆動インバータにより可変速制御する。１次濃縮水ラインには１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２及び１次濃縮水流量調節弁が配置され、１次濃縮水流量が規定値になるように１次濃縮水流量調節弁によるフィードバック制御がなされる。原廃水供給水量に対する１次透過水量の比である１次回収率は３０～７０％が好ましく、原廃水中に含まれる溶質濃度、分離膜の除去性能から決定すれば良い。
【0015】
１次透過水ラインに流通した１次透過水は供給ポンプＰ２により加圧され、分離膜ユニットー２に供給される。分離膜ユニットー２で分離された２次透過水は２次透過水ラインＬ４を流通し系外へ排出される。ここで系外には廃水処理設備、廃水再利用設備、下水処理設備、雨水処理設備などがあるがその態様は限定されない。２次透過水ラインL４には２次透過水流量制御部ＦＩＣ３が配置され、２次透過水流量が規定値になるように供給ポンプＰ２の駆動インバータにより可変速制御される。また、２次濃縮水ラインＬ５には２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４及び２次濃縮水流量調節弁ＣＶ２が配置され２次濃縮水流量が規定値になるように２次濃縮水流量調節弁によるフィードバック制御がなされる。分離膜ユニットー２供給水量に対する２次透過水量の比である２次回収率は７０～９０％が好ましく、原廃水中に含まれる溶質濃度、分離膜の除去性能から決定すれば良い。
【0016】
２次透過水ラインＬ４には２次透過水の水質を測定する水質測定部Ａ１が配備され２次透過水の水質が計測される。水質測定部Ａ１としては電気伝導度計、屈折率計、ＣＯＤ計などがあるが２次透過水の排出先で管理する水質項目を測定できるものであればよく、その形態は限定されない。
ここで２次透過水は系外の自然界の河川、海、池等や廃水処理設備、廃水再利用設備、下水処理設備、雨水処理設備などに排出される。例えば河川への放流であれば地域によって放流基準が決められており基準値以上の有機溶剤を排出することはできない。そのため２次透過水の有機溶剤濃度は規定値以下に管理する必要がある。
一方で原廃水中の水溶性有機溶剤の濃度が上昇した場合もしくは分離膜ユニットー１の分離性が劣化した場合には１次透過水中に含まれる有機溶剤濃度が上昇する。すなわち分離膜ユニット－２に供給される給水中の有機溶剤濃度が上昇し、分離膜ユニットー２の処理水である２次透過水中の有機溶剤濃度も上昇する。そこで本発明では、その２次透過水中の有機溶剤濃度の上昇を抑えるため、２次透過水中の有機溶剤濃度を水質測定部Ａ１で計測し、水質基準値以下になるよう制御可能とする。具体的には水質測定部Ａ１の測定値を２次透過水水質判断制御部ＣＰ１に入力し規定値以上と検知した場合には分離膜ユニットー１の１次回収率を増加させつつ、分離膜ユニットー２の２次回収率を同等に維持させる。本発明において、回収率が同等とは、±３％の範囲をいう。
すなわち、１次透過水流量制御部ＦＩＣ１の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ１用インバータ運転周波数は増速される。さらには１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２の目標流量設定値を低下させ、１次濃縮水流量調節弁ＣＶ１は閉方向へ動作される。それにより原廃水供給水量に対する１次透過水量の比である１次回収率は増加するが、その増加倍率は１．０～１．３倍が好ましく、２次透過水の水質に合わせて制御すれば良い。
また、１次回収率増加に伴い、１次透過水流量は増加され分離膜ユニットー２への供給水流量も増加される。この時、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率になるよう２次透過水流量制御部ＦＩＣ３及び、２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４の目標流量設定値を増加させる。それにより供給ポンプＰ２用インバータ運転周波数は増速され、２次濃縮水流量調節弁は開方向へ動作される。この結果、１次透過水流量の増加に伴い、分離膜ユニットー２の透過水流量は増加し、溶媒である水の透過速度が溶質である有機溶剤の透過速度よりも高くなる分離膜の特性により、有機溶剤濃度は低下する。
一方で１次回収率を増加させることにより、１次濃縮水量は低下し、それに伴い１次濃縮水中に含まれる有機溶剤濃度を増加することが可能である。すなわち１次濃縮水中の有機溶剤濃度を増加させることにより後工程の蒸留設備のエネルギーコストを保ちつつ、２次透過水濃度を規定値以下に低下することが可能である。
また、別の態様（実施形態２）として、水質測定部Ａ１の測定値を２次透過水水質判断制御部ＣＰ１に入力し規定値以上と検知した場合には、分離膜ユニットー１の供給水流量を増加させつつ、分離膜ユニットー１および分離膜ユニットー２の回収率を同等に維持することで、２次透過水中の有機溶剤濃度の上昇を抑える。すなわち、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率を維持するよう１次透過水流量制御部ＦＩＣ１の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ１用インバータ運転周波数を増速し、さらには１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２の目標流量設定値を増加させ、１次濃縮水流量調節弁ＣＶ１を開方向へ動作させる。また、１次透過水流量の増加により分離膜ユニットー２への供給水流量も増加するため、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率を維持するよう２次透過水流量制御部ＦＩＣ３の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ２用インバータ運転周波数を増速し、さらには２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４の目標流量設定値も増加させ、２次濃縮水流量調節弁ＣＶ２を開方向へ動作させる。
この時、分離膜ユニットー１の１次透過水流量と２次透過水流量の制御により原廃水供給流量は増加するが、その増加倍率は１．０～１．３倍が好ましく、２次透過水の水質に合わせて制御すれば良い。
ここで２次透過水は系外の自然界の河川、海、池等や廃水処理設備、廃水再利用設備、下水処理設備、雨水処理設備などに排出される。例えば河川への放流であれば地域によって放流基準が決められており基準値以上の有機溶剤を排出することはできない。そのため２次透過水の有機溶剤濃度は規定値以下に管理する必要がある。
一方で原廃水中の水溶性有機溶剤の濃度が上昇した場合もしくは分離膜ユニットー１の分離性が劣化した場合には１次透過水中に含まれる有機溶剤濃度が上昇する。すなわち分離膜ユニット－２に供給される給水中の有機溶剤濃度が上昇し、分離膜ユニットー２の処理水である２次透過水中の有機溶剤濃度も上昇する。そこで本発明では、その２次透過水中の有機溶剤濃度の上昇を抑えるため、２次透過水中の有機溶剤濃度を水質測定部Ａ１で計測し、水質基準値以下になるよう制御可能とする。具体的には水質測定部Ａ１の測定値を２次透過水水質判断制御部ＣＰ１に入力し規定値以上と検知した場合には分離膜ユニットー１の１次回収率を増加させつつ、分離膜ユニットー２の２次回収率を同等に維持させる。本発明において、回収率が同等とは、±３％の範囲をいう。
すなわち、１次透過水流量制御部ＦＩＣ１の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ１用インバータ運転周波数は増速される。さらには１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２の目標流量設定値を低下させ、１次濃縮水流量調節弁ＣＶ１は閉方向へ動作される。それにより原廃水供給水量に対する１次透過水量の比である１次回収率は増加するが、その増加倍率は１．０～１．３倍が好ましく、２次透過水の水質に合わせて制御すれば良い。
また、１次回収率増加に伴い、１次透過水流量は増加され分離膜ユニットー２への供給水流量も増加される。この時、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率になるよう２次透過水流量制御部ＦＩＣ３及び、２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４の目標流量設定値を増加させる。それにより供給ポンプＰ２用インバータ運転周波数は増速され、２次濃縮水流量調節弁は開方向へ動作される。この結果、１次透過水流量の増加に伴い、分離膜ユニットー２の透過水流量は増加し、溶媒である水の透過速度が溶質である有機溶剤の透過速度よりも高くなる分離膜の特性により、有機溶剤濃度は低下する。
一方で１次回収率を増加させることにより、１次濃縮水量は低下し、それに伴い１次濃縮水中に含まれる有機溶剤濃度を増加することが可能である。すなわち１次濃縮水中の有機溶剤濃度を増加させることにより後工程の蒸留設備のエネルギーコストを保ちつつ、２次透過水濃度を規定値以下に低下することが可能である。
また、別の態様（実施形態２）として、水質測定部Ａ１の測定値を２次透過水水質判断制御部ＣＰ１に入力し規定値以上と検知した場合には、分離膜ユニットー１の供給水流量を増加させつつ、分離膜ユニットー１および分離膜ユニットー２の回収率を同等に維持することで、２次透過水中の有機溶剤濃度の上昇を抑える。すなわち、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率を維持するよう１次透過水流量制御部ＦＩＣ１の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ１用インバータ運転周波数を増速し、さらには１次濃縮水流量制御部ＦＩＣ２の目標流量設定値を増加させ、１次濃縮水流量調節弁ＣＶ１を開方向へ動作させる。また、１次透過水流量の増加により分離膜ユニットー２への供給水流量も増加するため、２次透過水濃度が規定値を超える前の回収率と同等の回収率を維持するよう２次透過水流量制御部ＦＩＣ３の目標流量設定値を増加させ、供給ポンプＰ２用インバータ運転周波数を増速し、さらには２次濃縮水流量制御部ＦＩＣ４の目標流量設定値も増加させ、２次濃縮水流量調節弁ＣＶ２を開方向へ動作させる。
この時、分離膜ユニットー１の１次透過水流量と２次透過水流量の制御により原廃水供給流量は増加するが、その増加倍率は１．０～１．３倍が好ましく、２次透過水の水質に合わせて制御すれば良い。
【実施例0017】
以下に本発明の実施例について説明する。
【0018】
表１は、図１の態様（実施形態１）において、逆浸透膜ベッセルを２つ直列に備えた分離膜ユニットー１と、逆浸透膜ベッセルを３つ直列に備えた分離膜ユニットー２とを備えた構成における膜性能劣化前のマテリアルバランス試算になる。尚、供給する原廃水には２．０重量％（表において、ｗｔ％と表記）のＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃ）を含有するものとし、分離膜ユニットー１，２に用いた分離膜は海水処理用の東レ株式会社製の８インチエレメント逆浸透膜で、３０℃の運転条件の下、供給ポンプＰ１、Ｐ２で昇圧して膜分離を行うことを前提とする。また２次透過水は下水放流とし、放流基準上限値をＤＭＡｃ０．０５重量％とする。ＤＭＡｃ２．０重量％含有する原廃水とＤＭＡｃ０．５９重量％含有する２次濃縮水を混合したものを運転圧３．１ＭＰａのもとで分離膜ユニットー１に供すると、３．４ｍ３／ｈｒの１次透過水と２．４ｍ３／ｈｒの１次濃縮水に分離される。この時、１次回収率は６０％、１次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．１６重量％、１次濃縮水のＤＭＡｃ濃度は４．２重量％となる。さらに１次透過水は分離膜ユニットー２に供され２．７ｍ３／ｈｒの２次透過水と０．６９ｍ３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。この時、２次回収率は８０％、２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０４５重量％、２次濃縮水のＤＭＡｃ濃度は０．５９重量％となる。
【0019】
【表1】
【0020】
表２は表１の運転条件の元、分離膜ユニットー１の逆浸透膜の有機溶剤除去率が低下し、ＤＭＡｃの透過率が２０％増加した場合（膜性能劣化後）のマテリアルバランスである。その場合、１次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．１９重量％と増加する。次いで２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０５３重量％と増加し下水への放流基準上限値を超過する。
【0021】
【表2】
【0022】
表３は表２に示す放流基準上限値を超過した２次透過水のＤＭＡｃ０．０５３重量％を低下させるための実施形態１のマテリアルバランスであって、分離膜ユニットー１の１次回収率を増加させ、分離膜ユニットー２の２次回収率を一定に維持することで、２次透過水水質を改善したものである。分離膜ユニットー１の１次回収率を２次透過水濃度が規定値を超える前の６０％から７０％に増加させる。すなわち４．２ｍ３／ｈｒの１次透過水と１．８ｍ３／ｈｒの１次濃縮水に分離する。この時、４．２ｍ３／ｈｒの１次透過水は分離膜ユニットー２へ供給され、２次回収率は２次透過水濃度が規定値を超える前の８０％を維持し、３．３ｍ３／ｈｒの２次透過水と０．８５ｍ３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。１次透過水すなわち分離膜ユニットー２への供給量を増加させることで２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０４７重量％となり、放流上限値の超過を防止することが可能である。また同時に１次濃縮水のDMAc濃度は５．６重量％となり後段の蒸留精製設備での精製エネルギーを増加させることなく２次透過水水質を上限値以下に抑えることが可能である。
【0023】
【表3】
【0024】
表４は表２に示す放流基準上限値を超過した２次透過水のＤＭＡｃ０．０５３重量％を低下させるための実施形態２のマテリアルバランスであり、分離膜ユニット１への供給水流量を増加させ、分離膜ユニットー１および分離膜ユニットー２の回収率を一定に維持することで、２次透過水水質を改善したものである。
原廃水流量を２次透過水濃度が規定値を超える前の５．１m３／ｈｒから１０％増加した５．６m３／ｈｒに増加し、２次濃縮水と混合後、分離膜ユニットー１への供給水流量が６．４ｍ３／ｈｒに増加される。１次回収率は６０％で維持し３．７ｍ３／ｈｒの１次透過水と２．６ｍ３／ｈｒの１次濃縮水に分離する。３．７ｍ３／ｈｒの１次透過水は分離膜ユニットー２へ供給され、２次回収率は８０％で維持し、３．０ｍ３／ｈｒの２次透過水と０．７６ｍ３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。すなわち、分離膜ユニットー１への供給水量を増加させつつ１次回収率及び２次回収率を同等に維持することで、分離膜ユニットー２への供給量を増加させ、２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０４５重量％となり、放流上限値の超過を防止することが可能である。
原廃水流量を２次透過水濃度が規定値を超える前の５．１m３／ｈｒから１０％増加した５．６m３／ｈｒに増加し、２次濃縮水と混合後、分離膜ユニットー１への供給水流量が６．４ｍ３／ｈｒに増加される。１次回収率は６０％で維持し３．７ｍ３／ｈｒの１次透過水と２．６ｍ３／ｈｒの１次濃縮水に分離する。３．７ｍ３／ｈｒの１次透過水は分離膜ユニットー２へ供給され、２次回収率は８０％で維持し、３．０ｍ３／ｈｒの２次透過水と０．７６ｍ３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。すなわち、分離膜ユニットー１への供給水量を増加させつつ１次回収率及び２次回収率を同等に維持することで、分離膜ユニットー２への供給量を増加させ、２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０４５重量％となり、放流上限値の超過を防止することが可能である。
【0025】
【表4】
【0026】
以下に本発明の比較例について説明する。
【0027】
表５は、表３の実施形態１に対する比較例として、分離膜ユニットー１の１次回収率を増加させ、分離膜ユニットー２の２次回収率も増加させたマテリアルバランスを示したものである。分離膜ユニットー１では、表３と同様に、１次回収率を２次透過水濃度が規定値を超える前の６０％から７０％に増加させる。すなわち３．９m３／ｈｒの１次透過水と１．７m３／ｈｒの１次濃縮水に分離する。この時、３．９m３／ｈｒの１次透過水は分離膜ユニットー２へ供給される。ここで、表３では、分離膜ユニットー２の２次回収率は、２次透過水濃度が規定値を超える前の８０％を維持していたが、比較例として、２次回収率を８８％まで上昇させたとする。すなわち、３．４m３／ｈｒの２次透過水と０．４８m３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。この結果、２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０６１重量％となり、放流上限値０．０５重量％を超える結果を得た。すなわち、分離膜ユニットー１の回収率を増加させても、分離膜ユニットー２の回収率を変えることで、本願の目的を達成できないことが示唆された。
【0028】
【表5】
【0029】
表６は、表４の実施形態２に対する比較例として、分離膜ユニットー１への供給水流量を増加させ、分離膜ユニットー１の１次回収率は一定に維持し、分離膜ユニットー２の２次回収率を増加させたマテリアルバランスを示したものである。分離膜ユニットー１では、表４と同様に、原廃水流量を２次透過水濃度が規定値を超える前の５．１m３／ｈｒから１０％増加した５．６m３／ｈｒに増加した。２次濃縮水と混合後の分離膜ユニットー１への供給水流量は６．１ｍ３／ｈｒとなる。１次回収率は表４と同様に６０％で維持し、３．６ｍ３／ｈｒの１次透過水と２．５ｍ３／ｈｒの１次濃縮水に分離する。この時、３．６m３／ｈｒの１次透過水は分離膜ユニットー２へ供給される。ここで、表４では、分離膜ユニットー２の２次回収率は、２次透過水濃度が規定値を超える前の８０％を維持していたが、比較例として、２次回収率を８８％まで上昇させたとする。すなわち、３．１m３／ｈｒの２次透過水と０．４４m３／ｈｒの２次濃縮水に分離される。この結果、２次透過水のＤＭＡｃ濃度は０．０５８重量％となり、放流上限値０．０５重量％を超える結果を得た。すなわち、分離膜ユニットー１への供給水流量を増加させても、分離膜ユニットー２の回収率を変えることで、本願の目的を達成できないことが示唆された。
【0030】
【表6】
【符号の説明】
【0031】
Ｐ１：供給ポンプ１
Ｐ２：供給ポンプ２
ＲＯ１：分離膜ユニットー１
ＲＯ２：分離膜ユニットー２
ＦＩＣ１：１次透過水流量制御部
ＦＩＣ２：１次濃縮水流量制御部
ＣＶ１：１次濃縮水流量調節弁
ＦＩＣ３：２次透過水流量制御部
ＦＩＣ４：２次濃縮水流量制御部
ＣＶ２：２次濃縮水流量調節弁
Ａ１：２次透過水水質測定部
ＣＰ１：２次透過水水質判断制御部
Ｐ２：供給ポンプ２
ＲＯ１：分離膜ユニットー１
ＲＯ２：分離膜ユニットー２
ＦＩＣ１：１次透過水流量制御部
ＦＩＣ２：１次濃縮水流量制御部
ＣＶ１：１次濃縮水流量調節弁
ＦＩＣ３：２次透過水流量制御部
ＦＩＣ４：２次濃縮水流量制御部
ＣＶ２：２次濃縮水流量調節弁
Ａ１：２次透過水水質測定部
ＣＰ１：２次透過水水質判断制御部
【図1】