特開 2023-166805 濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム及び濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法

(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】P2023166805

(43)【公開日】2023-11-22

(54)【発明の名称】濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム及び濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20231115BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 E

B01D61/02 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077597

(22)【出願日】2022-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】田力 弘道

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006JA57Z

4D006KA03

4D006KA72

4D006KB30

4D006KD11

4D006KD17

4D006KE14P

4D006KE15Q

4D006KE23Q

4D006PA01

4D006PC22

(57)【要約】

【課題】 蒸発濃縮装置が汚染するなどして凝縮水の回収再利用や外部環境への排出が困難であっても蒸発濃縮装置を停止する必要のない濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを提供する。
【解決手段】 濃縮処理システム１は、被処理水Ｗの貯槽２と、この被処理水ＷのｐＨを調整するｐＨ調整槽３と、逆浸透膜装置４と、蒸発濃縮装置５と、蒸発濃縮装置５の濃縮水Ｗ４から重金属を回収、あるいは廃棄処理する濃縮排水処理装置６と、蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３を回収する排水回収手段７とを有する。蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３は、排出管８を経由して排出されるが、この排出管８には、排水回収手段７に連通する回収管８Ａと、逆浸透膜装置４の前段で供給管２Ａに合流する返送管８Ｂとに分岐している。この分岐箇所には、切替手段９が設けられていて、回収管８Ａと返送管８Ｂとに切換可能となっている。排出管８の蒸発濃縮装置５の一次側には、水質計測手段１０が設けられている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

濃縮対象物含有排水を通水して透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、
この濃縮水を蒸発濃縮して凝縮水と濃縮水とに分離する蒸発濃縮装置と、
前記蒸発濃縮装置の濃縮水中の濃縮対象物を処理する濃縮排水処理装置と、
前記蒸発濃縮装置の凝縮水を処理する排水処理装置と、
前記蒸発濃縮装置の凝縮水を前記排水処理装置に供給することなく逆浸透膜装置の前段に返送可能な返送手段と、
を有する、濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム。

【請求項2】

前記蒸発濃縮装置の凝縮水の水質を監視する水質計測手段を有し、前記返送手段が前記計測手段の計測値に基づいて制御可能となっている、請求項１に記載の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム。

【請求項3】

前記逆浸透膜装置の前段に前記濃縮対象物含有排水のｐＨを調整するｐＨ調整手段を有する、請求項１又は２に記載の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム。

【請求項4】

濃縮対象物含有排水を逆浸透膜で分離処理し、透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程と、
前記逆浸透膜分離工程の濃縮水を蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、
前記蒸発濃縮工程の濃縮水中の濃縮対象物を処理する濃縮排水処理工程と、
前記蒸発濃縮装置の凝縮水を前記逆浸透膜分離工程の前段の濃縮対象物含有排水に返送する返送工程と、
を有する、濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法。

【請求項5】

前記返送工程が、前記凝縮水の水質を監視して、該凝縮水の水質が所定の範囲を超えたら前記逆浸透膜分離工程の前段の濃縮対象物含有排水に返送し、所定の範囲内であれば返送せずに前記凝縮水を排水処理する、請求項４に記載の濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法。

【請求項6】

前記逆浸透膜分離工程の前段に前記濃縮対象物含有排水のｐＨを調整するｐＨ調整工程を有する、請求項４又は５に記載の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばメッキ排水における有価物などの濃縮対象物を含有する排水から対象物を濃縮する処理システム、及びこれを用いた濃縮対象物を含有する排水の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

メッキ排水などの高濃度の重金属（Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕ）のイオン性不純物を含む排水は、多量の水の中から重金属イオンを除去した後に排出、あるいは放流しなければならない。しかしながら、メッキ排水に代表される重金属含有排水は製造工程で使用される複数の薬品や他系統の排水との混合の影響を受け、一般的なの凝集沈殿処理では処理性が安定せず要求処理水質を満足しない場合がある。そこで、当該排水の水分を蒸発濃縮装置で蒸発させて濃縮対象物を含まない凝縮水と、濃縮対象物を含有する濃縮液とに分離する方法が考えられるが、そのまま水分を蒸発させるには、大きな蒸発潜熱に相当する熱量が必要となる。

【0003】

そこで、図３に示すような高濃度の重金属イオン含有排水の濃縮処理システムが用いられている。図３において、濃縮処理システム２１は、高濃度の重金属イオン含有排水（被処理水）Ｗの貯槽２２と、この貯留された被処理水Ｗを供給する供給管２２Ａと、この被処理水Ｗを所定のｐＨ（例えば、ｐＨ６～８程度）に調整するｐＨ調整槽２３と、逆浸透膜装置２４と、この逆浸透膜装置２４の濃縮水Ｗ２を濃縮する例えば膜蒸留装置などを用いた蒸発濃縮装置２５と、この蒸発濃縮装置２５の濃縮水Ｗ４を各種沈殿処理により重金属を沈殿させて回収・あるいは廃棄処理する濃縮排水処理装置２６とを備える。そして、逆浸透膜装置２４の透過水Ｗ１及び蒸発濃縮装置２５の凝縮水Ｗ３を回収する排水回収手段２７を有する。

【0004】

上述したような濃縮処理システム２１において、供給管２２Ａから供給された被処理水Ｗは必要に応じｐＨ調整槽２３で後段の逆浸透膜装置２４での処理に好適なｐＨに調整される。例えば、被処理水Ｗが強酸性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤としてアルカリ剤を、強アルカリ性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤として酸を添加する。その後、逆浸透膜装置２４で被処理水Ｗを処理することで、透過水Ｗ１と重金属イオン性不純物がある程度濃縮された濃縮水Ｗ２とに分離する。この濃縮水Ｗ２を蒸発濃縮装置２５で蒸発濃縮処理することで、凝縮水Ｗ３と、重金属イオン性不純物が濃縮された濃縮水Ｗ４とを得る。そして、この濃縮水Ｗ４を濃縮排水処理装置２６で処理することで、重金属を有価物として回収したり、産廃物として廃棄したりする。一方、逆浸透膜装置２４の透過水Ｗ１と蒸発濃縮装置２５の凝縮水Ｗ３とは、それぞれ排水回収手段２７に送られる。なお、排水回収手段２７により排水回収せずに、排水として外部環境に放出してもよい。このような濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム２１により、蒸発濃縮装置２５での処理水量を大幅に削減することができるので、エネルギー消費量が大きい蒸発濃縮装置２５の稼働時間を低減することができるだけでなく、蒸発濃縮装置２５の規模を抑制することができるので、装置コストを低減することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、蒸発濃縮装置２５の凝縮水Ｗ３の水質は、原水である被処理水Ｗの水質に依存するため、被処理水Ｗ中の揮発性物質（有機溶剤、塩酸、あるいはフッ化水素などの鉱酸）の濃度変動や蒸発濃縮装置２５自体の運転条件（温度等）、あるいは長期間の使用に伴う蒸発濃縮装置２５内の汚染（スケーリングや膜蒸留装置の膜の疎水性の低下に起因するウエッティング現象など）により、予定していた水質の凝縮水Ｗ３が得られなくなり、回収再利用が困難になったり、排水処理して外部環境に排出することが困難になったりする。このような場合には、濃縮処理システム２１の運転調整、メンテナンス、蒸発濃縮装置２５の洗浄作業を行うなどする必要があり、その間は蒸発濃縮装置２５を停止しなければならず、その間は被処理水Ｗを処理できない期間が発生する、という問題点がある。この対策として、濃縮処理システム２１に逆浸透膜装置２４と蒸発濃縮装置２５の予備系列を設けるか、凝縮水Ｗ３が所定の水質となるような二次的な処理装置を別途設けることが考えられるが、いずれの場合にも設備コストが嵩み、維持管理費の増大を招く、という問題点がある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、蒸発濃縮装置が汚染するなどして凝縮水の回収再利用や外部環境への排出が困難な場合であっても、蒸発濃縮装置を停止する必要のない濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために本発明は第一に、濃縮対象物含有排水を通水して透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、この濃縮水を蒸発濃縮して凝縮水と濃縮水とに分離する蒸発濃縮装置と、前記蒸発濃縮装置の濃縮水中の濃縮対象物を処理する濃縮排水処理装置と、前記蒸発濃縮装置の凝縮水を処理する排水処理装置と、前記蒸発濃縮装置の凝縮水を前記排水処理装置に供給することなく逆浸透膜装置の前段に返送可能な返送手段とを有する、濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを提供する（発明１）。

【0008】

かかる発明（発明１）によれば、蒸発濃縮装置の凝縮水の水質が排水処理装置での処理に適しない水質である場合には、前記蒸発濃縮装置の凝縮水を浸透膜装置の前段に返送することにより、蒸発濃縮装置を連続して運転することができる。

【0009】

上記発明（発明１）においては、前記蒸発濃縮装置の凝縮水の水質を監視する水質計測手段を有し、前記返送手段が前記計測手段の計測値に基づいて制御可能となっていることが好ましい（発明２）。

【0010】

かかる発明（発明２）によれば、凝縮水の水質を監視して、この凝縮水の水質が所定の範囲を超えたら逆浸透膜分離工程の前段に返送し、所定の範囲内であれば排水処理装置に送水することで、凝縮水の適切な処理と蒸発濃縮装置の連続運転とを両立することができる。

【0011】

上記発明（発明１，２）においては、前記逆浸透膜装置の前段に前記濃縮対象物含有排水のｐＨを調整するｐＨ調整手段を有することが好ましい（発明３）。

【0012】

かかる発明（発明３）によれば、濃縮対象物含有排水のｐＨが逆浸透膜装置での処理に適するように、被処理水Ｗが強酸性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤としてアルカリ剤を、強アルカリ性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤として酸を添加するｐＨ調整手段を設けることで、濃縮対象物含有排水のｐＨに関わらず処理することができる。

【0013】

また、本発明は第二に、濃縮対象物含有排水を逆浸透膜で分離処理し、透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程と、前記逆浸透膜分離工程の濃縮水を蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、前記蒸発濃縮工程の濃縮水中の濃縮対象物を処理する濃縮排水処理工程と、前記蒸発濃縮装置の凝縮水の少なくとも一部を前記逆浸透膜分離工程の前段の濃縮対象物含有排水に返送する返送工程とを有する、濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法を提供する（発明４）。

【0014】

かかる発明（発明４）によれば、蒸発濃縮装置の凝縮水の水質が排水処理装置に適しない水質である場合には、前記蒸発濃縮装置の凝縮水を浸透膜装置の前段の濃縮対象物含有排水に返送して合流させることにより、蒸発濃縮装置を連続して運転することができる。

【0015】

上記発明（発明４）においては、前記返送工程が、前記凝縮水の水質を監視して、該凝縮水の水質が所定の範囲を超えたら前記逆浸透膜分離工程の前段の濃縮対象物含有排水に返送し、所定の範囲内であれば返送せずに前記凝縮水を排水処理することが好ましい（発明５）。

【0016】

かかる発明（発明５）によれば、凝縮水の水質を監視して、この凝縮水の水質に応じて逆浸透膜分離工程の前段への返送し、排水処理装置での処理を切り替えることで凝縮水の適切な処理と蒸発濃縮装置の連続運転とを両立することができる。

【0017】

上記発明（発明４，５）においては、前記逆浸透膜分離工程の前段に前記濃縮対象物含有排水のｐＨを調整するｐＨ調整工程を有することが好ましい（発明６）。

【0018】

かかる発明（発明６）によれば、濃縮対象物含有排水のｐＨが逆浸透膜装置での処理に適するように、被処理水Ｗが強酸性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤としてアルカリ剤を、強アルカリ性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤として酸を添加するｐＨ調整手段を設けることで、濃縮対象物含有排水のｐＨに関わらず処理することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムは、逆浸透膜装置の前段に返送可能な返送手段を有するので、蒸発濃縮装置の凝縮水の水質が排水処理装置に適しない水質である場合には、蒸発濃縮装置の凝縮水を排水処理装置に供給することなく、前記蒸発濃縮装置の凝縮水を浸透膜装置の前段に返送することにより、蒸発濃縮装置を連続して運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一の実施形態による濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを示す系統図である。

【図2】本発明の第二の実施形態による濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを示す系統図である。

【図3】従来の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムについて添付図面を参照して詳細に説明する。

【0022】

＜第一の実施形態＞
（濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム）
図１は、本発明の第一の実施形態による濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを示している。図１において、濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム１は高濃度の重金属イオン含有排水（被処理水）Ｗの貯槽２と、貯留された被処理水Ｗを供給する供給管２Ａと、この被処理水Ｗを所定のｐＨ（例えば、ｐＨ６～８程度）に調整するｐＨ調整槽３と、逆浸透膜装置４と、この逆浸透膜装置４の濃縮水Ｗ２を濃縮する例えば膜蒸留装置などを用いた蒸発濃縮装置５と、この蒸発濃縮装置５の濃縮水Ｗ４を各種沈殿処理により重金属を沈殿させて回収・あるいは廃棄処理する濃縮排水処理装置６とを備える。そして、逆浸透膜装置４の透過水Ｗ１と蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３とを処理する排水回収手段７を有する。なお、排水回収手段７の代わりに、透過水Ｗ１と凝縮水Ｗ３とをさらに処理する２次水処理手段としてもよい。

【0023】

蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３は、排出管８を経由して排出されるが、この排出管８には、排水回収手段７に連通する回収管８Ａと、逆浸透膜装置４の前段かつｐＨ調整槽３の前段で供給管２Ａに合流する返送手段としての返送管８Ｂとに分岐しており、この分岐箇所には三方弁などの切替手段９が設けられていて、回収管８Ａと返送管８Ｂとに切換可能となっている。そして、排出管８の蒸発濃縮装置５の一次側には、導電率計及びｐＨ計とからなる水質計測手段１０が設けられている。そして、この水質計測手段１０は、図示しない制御手段に計測データを送信可能となっていて、この制御手段は、水質計測手段１０の計測値に基づいて、切替手段９を回収管８Ａ側か返送管８Ｂ側に切り換え制御する。

【0024】

上述したような濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム１において、逆浸透膜装置４と蒸発濃縮装置５とは、凝縮水Ｗ３の全量を重金属イオン含有排水（被処理水）Ｗに追加したとしても処理可能な能力のものを選定して用いる。

【0025】

（濃縮対象物含有排水）
本実施形態において、濃縮対象物含有排水Ｗの濃縮対象物は、有価物として回収される重金属類、あるいは外部環境に放出することのできない重金属類であり、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕやあるいは白金族系金属などである。また、アミン類などの有機窒素化合物なども含む。この濃縮対象物含有排水Ｗとしては、例えば、めっき排水などを好適に適用することができる。

【0026】

（濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法）
次に上述したような濃縮処理システム１を用いた、本実施形態の濃縮対象物含有排水の濃縮処理方法について説明する。

【0027】

まず、被処理水Ｗを供給管２ＡからｐＨ調整槽３に供給して、被処理水のｐＨを調製する。このｐＨ調整は、被処理水Ｗが強酸性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤としてアルカリ剤を、強アルカリ性の場合には必要に応じてｐＨ調整剤として酸を添加して、所定のｐＨ（例えばｐＨ５～９程度、特にｐＨ６～８程度）に調整する。

【0028】

このようにしてｐＨを調整した後、逆浸透膜装置４で被処理水Ｗを処理することで、透過水Ｗ１と重金属イオン性不純物がある程度濃縮された逆浸透膜濃縮水Ｗ２とに分離する。この濃縮水Ｗ２を蒸発濃縮装置５で蒸発濃縮処理することで、凝縮水Ｗ３と重金属イオンなどの濃縮対象が濃縮された濃縮水Ｗ４とを得る。そして、この濃縮水Ｗ４を濃縮排水処理装置６で処理することで、重金属などの濃縮対象物を有価物として回収したり、産廃物として廃棄したりする。

【0029】

一方、逆浸透膜装置４の透過水Ｗ１は、排水回収手段７に送られて、再生水として再利用するか、排水として外部環境に放出する。

【0030】

また、蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３は、排出管８の一次側に水質計測手段１０で導電率及びｐＨを監視する。このとき、凝縮水Ｗ３の水質計測手段１０の計測値に対して、ｐＨ及び導電率に閾値を設定しておく。この閾値は、排水回収手段７での処理が可能な範囲で設定する。例えば、導電率１００ｍＳ／以下、ｐＨ３～１１を排水回収手段７での処理が可能な範囲として設定し、導電率及びｐＨの両方が上記範囲内であれば、制御手段は、定常状態と判断して、切替手段９の回収管８Ａ側に開成させて、凝縮水Ｗ３を排水回収手段７で処理する。一方、導電率及びｐＨのいずれか一方でも上記範囲を超えた場合には、制御手段は、排水回収手段７での処理に適さないと判断して、切替手段９の回収管８Ａ側を閉鎖して返送管８Ｂ側を開成する。そして、この凝縮水Ｗ３を逆浸透膜装置４の前段かつｐＨ調整槽３の前段で供給管２Ａに合流させて、再度ｐＨ調整槽３、逆浸透膜装置４及び蒸発濃縮装置５での処理を繰り返す。

【0031】

この際、本実施形態においては、逆浸透膜装置４と蒸発濃縮装置５とは、凝縮水Ｗ３の全量を重金属イオン含有排水（被処理水）Ｗに追加したとしても処理可能な能力のものを選定して用いるので、凝縮水Ｗ３を返送しても濃縮処理システム１による処理を継続することができる。

【0032】

なお、以下の（１）～（４）の場合の対策として、被処理水Ｗの導電率あるいはｐＨに基づいて、あらかじめ凝縮水Ｗ３の導電率及びｐＨの臨界値を設定しておき、導電率あるいはｐＨがこの臨界値を超えたら、返送管８Ｂを閉鎖して凝縮水Ｗ３の返送を中止するとともに濃縮処理システム１の運転を停止し、濃縮処理システム１の逆浸透膜装置４及び蒸発濃縮装置５の運転調整やメンテナンス、蒸発濃縮装置５の洗浄作業などを行えばよい。
（１）凝縮水Ｗ３の導電率が被処理水Ｗの導電率よりも大きい場合
（２）被処理水Ｗが酸性のときには被処理水Ｗよりも凝縮水Ｗ３のｐＨが低い場合
（３）被処理水Ｗがアルカリ性のときには被処理水Ｗよりも凝縮水Ｗ３のｐＨが高い場合
（４）凝縮水Ｗ３を被処理水Ｗ合流させることにより被処理水Ｗの水質が逆浸透膜装置４の給水条件を超える場合

【0033】

上述したような本実施形態の濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム１によれば、蒸発濃縮装置５の凝縮水Ｗ３が回収手段７で処理できないような水質の場合であっても、濃縮対象の不純物濃度が被処理水Ｗよりも低い、あるいは逆浸透膜装置４の給水条件を満たす限りは蒸発濃縮装置５の運転を継続することができる。上述したような本実施形態の濃縮処理システム１は、逆浸透膜装置４の不純物の除去率が蒸発濃縮装置５よりも高い、あるいは除去率の安定性が高い場合に特に有効である。このような濃縮処理システム１により、逆浸透膜装置４及び蒸発濃縮装置５の予備系列を設ける必要がなく、設備投資費及び維持管理の削減が可能となる、という効果も奏する。

【0034】

＜第二の実施形態＞
次に本発明の第二の実施形態による水処理装置について説明する。

【0035】

図２は、第二の実施形態による濃縮対象物含有排水の濃縮処理システムを示している。本実施形態の濃縮処理システム１は、前述した第一の実施形態において、ｐＨ調整槽３の前段で供給管２Ａに合流する返送管８ＢをｐＨ調整槽３の後段で逆浸透膜装置４の前段で合流する構成とした以外、同じ構成を有する。

【0036】

凝縮水Ｗ３のｐＨの調製が不要であることが明確である場合には、本実施形態のようにｐＨ調整槽３の直前に凝縮水Ｗ３を返送してもよい。このような構成を採用することによりｐＨ調整槽３におけるｐＨ調整剤の削減を図ることができる。なお、この第二の実施形態の場合には、水質計測手段１０はｐＨ計を用いずに電率計のみで構成してもよい。

【0037】

以上、本発明について前記各実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、水質計測手段１０としては、導電率計及びｐＨ計の両方で構成したが、いずれか一方を用いたものでもよい。また、導電率計及びｐＨ計以外の水質計測機器を用いて水質計測手段１０を構成してもよい。さらに被処理水ＷのｐＨ調整が不要の場合には、ｐＨ調整槽３は設けなくてもよい。

【符号の説明】

【0038】

１ 濃縮対象物含有排水の濃縮処理システム
２ 被処理水の貯槽
２Ａ 供給管
３ ｐＨ調整槽
４ 逆浸透膜装置
５ 蒸発濃縮装置
６ 濃縮排水処理装置
７ 排水回収手段
８ 排出管
８Ａ 回収管
８Ｂ 返送管（返送手段）
９ 切替手段
１０ 水質計測手段
Ｗ 高濃度の重金属イオン含有排水（被処理水）
Ｗ１ 逆浸透膜透過水
Ｗ２ 逆浸透膜濃縮水
Ｗ３ 凝縮水
Ｗ４ 蒸発濃縮装置濃縮水

【図1】

【図2】

【図3】