特開 2023-90374 水処理装置

(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】P2023090374

(43)【公開日】2023-06-29

(54)【発明の名称】水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20230622BHJP

   C02F 1/42 20230101ALI20230622BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 A

C02F1/44 E

C02F1/42 A

C02F1/42 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021205305

(22)【出願日】2021-12-17

(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】金井 修

(72)【発明者】

【氏名】大橋 伸一

(72)【発明者】

【氏名】中野 徹

(72)【発明者】

【氏名】中村 勇規

(72)【発明者】

【氏名】中円尾 淳

【テーマコード（参考）】

4D006

4D025

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006GA06

4D006GA07

4D006JA53Z

4D006JA57Z

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4D006JA67Z

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4D006KB14

4D006KB30

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4D006KE23Q

4D006KE28P

4D006MB06

4D006PA01

4D006PB08

4D006PB70

4D025AA09

4D025AB05

4D025BA16

4D025CA05

4D025DA05

(57)【要約】

【課題】所定の物質の除去が可能で、放水可能な処理水の水量を増やすことのできる水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置１は、所定の物質を含む原水を貯留する原水タンク２と、原水タンク２から送水された原水を透過水と濃縮水とに分離する少なくとも一つの逆浸透膜装置６と、濃縮水を原水タンク２に戻す濃縮水循環ラインＬ５と、透過水を処理水として貯留する処理水タンク７と、処理水タンク７に貯留された処理水中の所定の物質の濃度を取得する濃度取得手段１０と、を有している。そして、濃度取得手段１０で取得された濃度が所定の値に達したときに、処理水タンク７に貯留された処理水の少なくとも一部が処理水タンク７から排出される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の物質を含む原水を貯留する原水タンクと、
前記原水タンクから送水された原水を透過水と濃縮水とに分離する少なくとも一つの逆浸透膜装置と、
前記濃縮水を前記原水タンクに戻す濃縮水循環ラインと、
前記透過水を処理水として貯留する処理水タンクと、
前記処理水タンクに貯留された処理水中の前記所定の物質の濃度を取得する濃度取得手段と、を有し、
前記濃度取得手段で取得された前記濃度が所定の値に達したときに、前記処理水タンクに貯留された前記処理水の少なくとも一部が前記処理水タンクから排出される、水処理装置。

【請求項2】

前記濃度取得手段で取得された前記濃度が前記所定の値に達したときに、前記原水タンクに貯留された水の少なくとも一部が前記原水タンクから排出される、請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記処理水タンクに貯留された処理水中の前記所定の物質の濃度と相関する濃度相関パラメータの測定手段を有し、
前記濃度取得手段は、前記測定手段で測定された前記濃度相関パラメータに基づき、前記処理水タンクに貯留された前記処理水の前記所定の物質の濃度が前記所定の値に達したか否かを判定する、請求項１または２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記濃度相関パラメータは、前記原水タンクの水量、前記処理水タンクの水量、前記逆浸透膜装置での処理開始後の経過時間の、少なくともいずれかである、請求項３に記載の水処理装置。

【請求項5】

イオン交換装置と、
前記処理水タンクと前記イオン交換装置とを接続し、前記処理水タンクに貯留された前記処理水を前記イオン交換装置との間で循環させる処理水循環ラインと、
を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記少なくとも一つの逆浸透膜装置は直列に接続された複数の逆浸透膜装置を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記複数の逆浸透膜装置の間に中間貯蔵タンクを有し、前記中間貯蔵タンクは前記中間貯蔵タンクの上流側の前記逆浸透膜装置の透過水を貯留するとともに、前記中間貯蔵タンクの下流側の前記逆浸透膜装置に前記透過水を送水する、請求項６に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記複数の逆浸透膜装置の間に直列に配置された２つの中間貯蔵タンクを有し、上流側の前記中間貯蔵タンクは前記上流側の中間貯蔵タンクの上流側の前記逆浸透膜装置の透過水を貯留し、下流側の前記中間貯蔵タンクは前記下流側の中間貯蔵タンクの下流側の前記逆浸透膜装置に前記透過水を送水する、請求項６に記載の水処理装置。

【請求項9】

前記原水の主供給ラインと、
前記原水タンクと、前記少なくとも一つの逆浸透膜装置と、前記濃縮水循環ラインと、前記処理水タンクと、前記原水タンクへの原水の供給ラインと、前記供給ラインに設けられた弁と、をそれぞれが有する複数のユニットと、を有し、
前記主供給ラインが前記複数のユニットの前記供給ラインに接続されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項10】

前記所定の物質はホウ素である、請求項１から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】

本発明は水処理装置に関し、特にホウ素含有水からホウ素を除去する水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

産業排水や発電所の排水に含まれるホウ素を逆浸透膜装置で除去する水処理装置が知られている。ホウ素は、飲料水基準（ＷＨＯ、国内）が設けられ（１ｍｇ／Ｌ）、排水規制でも排出基準が設けられている（国内では海域２３０ｍｇ／Ｌ、陸域１０ｍｇ／Ｌ）。ホウ素は海水中にも含まれている（４～５ｍｇ／Ｌ程度）。ホウ素はホウ酸とホウ酸イオンの平衡状態で水中に存在し、特にホウ酸の状態で存在しているホウ素（イオン化していないホウ素）は、逆浸透膜を透過しやすい特質がある。従って、ホウ素は排水中に多く含まれることがある物質であるが、除去しにくい物質でもある。そこで、ホウ素の除去率を高めるために、逆浸透膜装置の濃縮水を逆浸透膜装置に戻す再循環方式が採用されることがある（特許文献１，２）。濃縮水を逆浸透膜装置に戻すことで、濃縮水中のホウ素濃度が高められ、濃縮水の減容処理も容易となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１４４９９７号公報

【特許文献2】特開２００８－２３７９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１，２に開示された水処理装置においては、逆浸透膜装置の入口水のホウ素濃度が時間ともに増加する。しかし、逆浸透膜装置のホウ素阻止率、すなわち、逆浸透膜装置の１次側（濃縮側）と２次側（透過側）におけるホウ素濃度の比率は、原水中のホウ素濃度によらずほぼ一定であるため、逆浸透膜の２次側のホウ素濃度も時間とともに増加する。上述の通り、処理水中のホウ素濃度が所定の放水基準値に達すると放水ができなくため、１次側の原水を抜き、ホウ素濃度の低い原水に入れ替えるといった作業が必要となる。従って、従来の技術では、放水可能な処理水の水量を増やすことは困難である。ホウ素以外の物質についても同様の課題が存在する。

【0005】

本発明は、所定の物質の除去が可能で、放水可能な処理水の水量を増やすことのできる水処理装置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】

【0006】

本発明の水処理装置は、所定の物質を含む原水を貯留する原水タンクと、原水タンクから送水された原水を透過水と濃縮水とに分離する少なくとも一つの逆浸透膜装置と、濃縮水を原水タンクに戻す濃縮水循環ラインと、透過水を処理水として貯留する処理水タンクと、処理水タンクに貯留された処理水中の所定の物質の濃度を取得する濃度取得手段と、を有している。そして、濃度取得手段で取得された濃度が所定の値に達したときに、処理水タンクに貯留された処理水の少なくとも一部が処理水タンクから排出される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、所定の物質の除去が可能で、放水可能な処理水の水量を増やすことのできる水処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【図2】処理時間と濃度相関パラメータとの関係の一例を示す図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【図5】本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係る水処理装置の概略構成図である。

【図6】本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係る水処理装置の概略構成図である。

【図7】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の水処理装置のいくつかの実施形態について説明する。以下の実施形態において、逆浸透膜装置は原水中のホウ素を除去するために設けられているが、原水は逆浸透膜装置が除去可能な所定の物質を含んでいればよい。本実施形態では所定の物質はホウ素であるが、所定の物質はホウ素に限定されない。対象とする原水のホウ素濃度は限定されないが、例えば数十～数千ｐｐｍオーダーである。

【0010】

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る水処理装置１の概略構成を示す。水処理装置１は、ホウ素を含む原水を貯留する原水タンク２を有している。原水は、ホウ素を取り扱う工場、発電所、温泉施設、廃棄物の埋立場、鉱山などから排出されるホウ素含有排水である。原水タンク２には原水の供給ライン（以下、原水供給ラインＬ１という）が接続され、原水供給ラインＬ１には第１の弁Ｖ１が設けられている。水処理装置１は、原水タンク２から供給される原水を透過水と濃縮水とに分離する、少なくとも一つ（本実施形態では一つ）の逆浸透膜装置６を有している。逆浸透膜装置６は逆浸透膜６１によって、原水が濃縮される濃縮側空間６２と、透過水が透過する透過側空間６３とに分けられる。逆浸透膜６１は、膜に作用する圧力によって高圧用、中圧用、低圧用、超低圧用などに分類されるが、本実施形態ではどのタイプも利用可能である。しかし、ホウ素阻止率は高圧用の逆浸透膜の方が高いため、特に原水のホウ素濃度が高い場合は、高圧用の逆浸透膜を用いることがより好ましい。高圧用逆浸透膜とは、一般に、２５℃条件下において、膜面有効圧力１．０ＭＰａあたりの透過流束が０．３～０．６５ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙであり、ＮａＣｌ除去率が９９．５％以上のものである。原水タンク２と逆浸透膜装置６との間には、原水の供給方向に沿って上流から下流に向けて、原水を圧送するポンプ３と、原水中の夾雑物や塵埃を除去するフィルタ４と、原水のｐＨを調整するｐＨ調整手段５とが、直列に設けられている。フィルタ４としては、メッシュストレーナ、限外濾過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、安全フィルタなどを使用することができる。ホウ素の除去効率はｐＨを高くすることで向上する。ｐＨは５～９が好ましいが、これに限定されない。フィルタ４とｐＨ調整手段５の設置は任意であり、いずれかまたは両方を省略することもできる。また、フィルタ４とｐＨ調整手段５は、原水タンク２の前段に設置しても構わない。

【0011】

水処理装置１は、透過水を貯留する処理水タンク７を有している。逆浸透膜装置６の透過側空間６３は透過水ラインＬ２によって、処理水タンク７に接続されている。透過水ラインＬ２には第２の弁Ｖ２が設けられている。後で詳しく説明するように、処理水タンク７は本実施形態における特徴的な設備であり、逆浸透膜装置６を透過した透過水はそのまま放水されずに、一旦処理水タンク７に貯留される。処理水タンク７は放水ラインＬ３に接続され、放水ラインＬ３には第３の弁Ｖ３が設けられている。原水タンク２には濃縮水排出ラインＬ４が接続され、濃縮水排出ラインＬ４には第４の弁Ｖ４が設けられている。逆浸透膜装置６の濃縮側空間６２と原水タンク２は、濃縮水を原水タンク２に戻す濃縮水循環ラインＬ５で接続されている。原水タンク２が小さい場合、ポンプ３の吐出圧が高い場合、透過水量を少なく設定した場合などは、濃縮水の循環により原水の温度が高くなる可能性がある。このため、濃縮水循環ラインＬ５には、濃縮水を冷却するための熱交換器Ｌ１３が設けられ、濃縮水の温度が高くなる場合は、温度を下げることができる。熱交換器Ｌ１３は、シェル＆チューブ型やプレート型などを使用することができる。熱交換器Ｌ１３は、省略することもできる。図１に示す弁Ｖ１～Ｖ４は、水処理装置１のバッチ運転中の状態を示している。なお、以下の説明において透過水は逆浸透膜装置６の透過側空間６３内の水であり、逆浸透膜装置６の出口水と同義である。処理水は処理水タンク７に貯蔵されている水を意味する。後述するように、透過水と処理水は異なる。

【0012】

水処理装置１は、処理水タンク７に貯留された処理水中のホウ素濃度を取得する濃度取得手段１０を有している。濃度取得手段１０は処理水タンク７に設けたホウ素濃度計であってもよいが、本実施形態では他の測定値から間接的に処理水中のホウ素濃度を算定する方法を採用している。後述するように、処理水中のホウ素濃度は所定の濃度相関パラメータと相関関係にある。濃度相関パラメータは、原水タンク２の水量、処理水タンク７の水量、逆浸透膜装置６での処理を開始してからの経過時間（以下、処理時間という）の、少なくともいずれかである。濃度相関パラメータは、濃度相関パラメータの測定手段８，９によって測定することができる。濃度相関パラメータの測定手段８，９は、原水タンク２の水量を得るために原水タンク２の水位を測定する第１の水位計８、処理水タンク７の水量を得るために処理水タンク７の水位を測定する第２の水位計９を有している。また、逆浸透膜装置６での処理時間を測定するためのタイマー（図示せず）を有していてもよい。図中には、濃度相関パラメータの測定手段８，９の例として、第１の水位計８と第２の水位計９を示している。濃度取得手段１０は、濃度相関パラメータの測定手段８，９の測定値を処理水タンク７の処理水中のホウ素濃度に換算する手段を有している。そして、濃度取得手段１０は、濃度相関パラメータの測定手段８，９で測定された濃度相関パラメータに基づき、処理水タンク７に貯留された処理水中の平均ホウ素濃度を算出し、算出した平均ホウ素濃度が所定の値に達したか否かを判定する。濃度取得手段１０は、例えば、水処理装置１の制御装置にプログラムとして組み込まれるが、運転員が濃度相関パラメータの測定値と換算表から処理水中の平均ホウ素濃度を求めることもできる。

【0013】

（水処理装置１の運転方法）
次に、水処理装置１の運転方法について説明する。まず、第１の弁Ｖ１、第２の弁Ｖ２を開き、第３の弁Ｖ３、第４の弁Ｖ４を閉じる。原水供給ラインＬ１から原水を原水タンク２に供給し、所定量の原水が原水タンク２に貯留されると第１の弁Ｖ１を閉じる。原水は、ホウ素含有水を多量に貯留している原水槽、排水槽などの塔槽類や、その他の水処理施設等（図示せず）から送水される。本実施形態において、水処理装置１はバッチ運転（回分式処理）で運転される。このため、バッチ運転中は第１の弁Ｖ１、第３の弁Ｖ３、第４の弁Ｖ４は閉じられており、水処理装置１の外部との水の出入りはない。

【0014】

次に、ポンプ３を起動し、逆浸透膜装置６に原水を送水し、原水を逆浸透膜装置６で処理する。送水流量と循環水流量（濃縮水循環ラインＬ５の流量）は、逆浸透膜装置６の膜種ごとに定められた最低必要流量が確保されるように選定する。透過水流量（透過水ラインＬ２の流量）は、膜の通水条件を逸脱しないように第２の弁Ｖ２の開度で調整する。第２の弁Ｖ２は定流量弁または調整弁でもよい。あるいは、ポンプ３の回転数で透過水流量を制御してもよい。原水に含まれるホウ素のうち、逆浸透膜６１のホウ素阻止率に相当する量が除去され、残りが透過側空間６３に透過する。ホウ素阻止率は、逆浸透膜装置６の入口水のホウ素濃度をＡ、逆浸透膜装置６の出口水のホウ素濃度をＢとしたときに、（Ａ－Ｂ）／Ａで求められる。透過側空間６３に透過した透過水は透過水ラインＬ２を通って、処理水として処理水タンク７に貯蔵される。濃縮側６２に残った原水は、濃縮水として濃縮水循環ラインＬ５を通って原水タンク２に戻され、ポンプ３によって再び逆浸透膜装置６に送水される。

【0015】

以上のプロセスを繰り返すに従い、原水タンク２の原水が徐々に減少し、処理水タンク７の処理水が徐々に増えていく。また、濃縮水は原水タンク２に戻されるため、原水タンク２のホウ素濃度は、徐々に高くなる。すなわち、原水中に含まれるホウ素の総量は徐々に減っていくが、原水の量もそれ以上の割合で減っていくため、原水中のホウ素濃度は徐々に増加する。そのため、処理を継続していくに従い、透過水中のホウ素濃度も徐々に増加する。

【0016】

図２は、原水タンク２の水位、原水タンク２の原水中のホウ素濃度、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度及び処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度と、処理時間との関係の計算例を示している。この計算は、ホウ素濃度５００ｍｇ／Ｌ（ｐｐｍ）の原水を原水タンク２に水位３．９ｍ（容積１００００Ｌ）まで供給し、一定の透過水量１．５ｍ^３／ｈで原水を逆浸透膜装置６で処理した場合の計算例である。処理水タンク７の初期水位は０ｍである。逆浸透膜装置６のホウ素阻止率は８０％とした。処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度が２００ｍｇ／Ｌ（放水可能なホウ素濃度の基準値の例）に達したときの通水時間は約５．６ｈ、原水タンク２の水位は約０．７ｍ、原水タンク２の原水中のホウ素濃度は約２１００ｍｇ／Ｌ（ｐｐｍ）であった。

【0017】

この図からわかるように、処理が進むにつれ原水タンク２の水位（水量）が減少し、原水タンク２の原水中のホウ素濃度、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度、処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度が増加していく。ホウ素濃度は原水タンク２で最も大きく、処理水タンク７で最も小さく、逆浸透膜装置６の透過水がその中間である。そして、重要なことは、原水タンク２の水位（水量）、原水タンク２の原水中のホウ素濃度、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度、処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度、処理時間は相互に相関しており、いずれか一つが分かれば他の値が推定可能ということである。また、バッチ処理を行っているため、原水タンク２と処理水タンク７の貯蔵水の総量は一定である。従って、原水タンク２の水位（水量）の代わりに、または原水タンク２の水位（水量）とともに、処理水タンク７の水位（水量）を用いることも可能である。

【0018】

ホウ素濃度はホウ素濃度計で測定するのが最も確実である。しかし、ホウ素濃度計は非常に高価である。そこで、本実施形態では、ホウ素濃度計の代わりに原水タンク２の水位（水量）、処理水タンク７の水位（水量）、処理時間を濃度相関パラメータとして用いている。処理時間を濃度相関パラメータとして用いる場合、透過処理量が一定であることが必要である。図２の例においては、濃度取得手段１０は、通水時間約５．６ｈ、原水タンク２の水位約０．７ｍ、処理水タンク７の水位約３．２ｍ（３．９ｍ－０．７ｍ）に達したときに、ホウ素濃度が放出可能濃度の上限（２００ｍｇ／Ｌ（ｐｐｍ））に達したと判定する。この時、濃度取得手段１０がアラームを出し、運転員がそれに応じて水処理装置１を停止してもよいし、濃度取得手段１０で取得したホウ素濃度をポンプ３の制御装置に送信し、制御装置がポンプ３を自動停止するようにしてもよい。いずれの場合も、放水基準値に対して余裕を見込み、放水基準値より多少低いホウ素濃度に達したときに水処理装置１のバッチ運転を停止することが好ましい。

【0019】

上述の制御を行うためには、原水のホウ素濃度をあらかじめ把握しておくことが望ましい。また、ホウ素阻止率に影響する原水の線速度ＬＶ、ｐＨ、温度等も事前に把握することが望ましい。具体的には、まず、原水のホウ素濃度、ｐＨ、温度を測定し、原水の水質を把握する。次に必要とする処理量から逆浸透膜６１の膜面積を設定し、逆浸透膜装置６に供給される原水のＬＶを計算する。次に、これら水質やＬＶの条件から、使用する逆浸透膜６１のホウ素阻止率を設定する。ホウ素阻止率はこれらの条件に対して予め求められている。ホウ素阻止率は、ＬＶやｐＨ、温度により異なるが、通常は５０～９５％程度である。これらの条件から、例えば１時間後の処理水の水量が計算でき、ホウ素阻止率から処理水中のホウ素濃度が計算でき、更に阻止されたホウ素の量から濃縮水中のホウ素濃度が計算できる。２，３，４時間後について同様の計算をすることで、処理水の水量及び処理水に含まれるホウ素の総量が算出でき、処理水中の平均ホウ素濃度が算出できる。この計算をより細かく行えば、より精度を高くすることができる。このようにして、図２に相当する、濃度相関パラメータと処理水中の平均ホウ素濃度との関係を事前に把握し、水処理装置１の運転管理を行うことができる。複数の濃度相関パラメータを複合的に監視し、水処理装置１の運転管理を行ってもよい。

【0020】

なお、ホウ素濃度計を用いることも可能である。その場合は、濃度相関パラメータを使う必要はなく、ホウ素濃度計で測定されたホウ素濃度が放水基準値に達したとき、または達する前にバッチ運転を停止する。ホウ素濃度はホウ素濃度計によって常時監視することが好ましい。

【0021】

水処理装置１のバッチ運転が終了したら（すなわち、濃度取得手段１０で取得されたホウ素濃度が所定の値に達したら）、第３の弁Ｖ３を開き、処理水タンク７に貯留された処理水の少なくとも一部（本実施形態では全量）を処理水タンク７から排出する。処理水タンク７の処理水は、別の処理水槽（図示せず）へ送水して、水質を確認後放出してもよいし、排水処理設備（図示せず）に送水してもよい。これと同時に、またはこれと前後して、第４の弁Ｖ４を開き、原水タンク２に貯留された水（濃縮水）の少なくとも一部（本実施形態では全量）を原水タンク２から排出する。濃縮水は濃縮水槽（図示せず）に送り、凝集沈殿処理を行う。ホウ素濃度が高められているため、効率よく処理ができる。または、濃縮水を蒸発濃縮装置を用いて濃縮して、処理水の更なる濃縮を行ってもよい。濃縮水が既に濃縮減容化されているため、凝集沈殿処理装置や蒸発濃縮装置の設備規模や運転コストを低減することができる。蒸発濃縮処理の後、固化処理を行ってもよい。

【0022】

次に本実施形態の効果について説明する。ホウ素を含む透過水を放水する場合、ホウ素濃度が放水基準値を上回ると放水が不可能となる。本実施形態の水処理装置１は再循環方式を用いているため、上述したように逆浸透膜６１の透過水中のホウ素濃度は徐々に増加する。ここで、本実施形態から処理水タンク７を省略したものを比較例とする。比較例では、ホウ素濃度が放水基準値を超えていないことを確認しながら、逆浸透膜装置６の透過水を順次放水する。この場合、図２において、４ｈ程度の時間が経過すると、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度が放水基準値（２００ｐｐｍ）に達し、放水ができなくなる。

【0023】

これに対して、本実施形態では、逆浸透膜装置６の透過水を一旦処理水タンク７に溜めている。処理水タンク７の処理水中のホウ素濃度は処理開始後の初期段階では低いため、後から処理水タンク７に流入した、ホウ素濃度の高い透過水が、先に処理水タンク７に流入した、ホウ素濃度の低い透過水によって、いわば「希釈」ないし「平均化」される。この結果、処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度は、平均ホウ素濃度算出時における逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度と比べて、低い値に抑えられる。それでも、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度は徐々に増加するので、処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度も徐々に増加するが、放水基準値（２００ｐｐｍ）に達するのは、前述の通り５．６ｈ後である。従って、比較例では約４ｈ分の透過水しか放水できないのに対し、本実施形態では５．６ｈ分、つまり約４割多い透過水を、規制を遵守しつつ、放水することが可能となる。換言すれば、ホウ素濃度が放水基準値を超えた透過水も、「希釈」ないし「平均化」することによって放水が可能となる。また、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度が放水基準値を超えても水処理装置１の運転を継続することができ、比較例よりも長時間バッチ運転を行える結果、原水タンク２の水位が低下し、濃縮水のさらなる減容化が可能となる。原水中に含まれるホウ素以外の成分も、逆浸透膜装置６で阻止可能な成分であれば、濃縮水側に残すことができる。濃縮水が減容化されているため、当該成分の回収や後処理が必要である場合に、回収や後処理の負荷を低減できる。

【0024】

逆浸透膜装置でホウ素含有水を処理する際にホウ素が逆浸透膜を透過することは、これまでも知られており、従来はホウ素除去率の向上を課題として、装置や素材の開発が行われてきた。しかし、ホウ素が透過することを許容した上で、透過水中のホウ素濃度を調整するという発想はこれまでになかったものである。また、透過水中のホウ素濃度が放水基準値を超えた後に水処理装置１の運転継続を許容するという発想もなかった。本実施形態は、処理水タンク７を設置し、処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度を放水基準値に収めるという新規な発想に基づくものである。この結果、逆浸透膜装置６の透過水中のホウ素濃度が放水基準値を超えた後に、その透過水に含まれるホウ素を別処理で除去したり、透過水を純水等で希釈して目的の濃度に調整したりする必要がなくなる。本実施形態は、処理水タンク７を設けるだけでよいので、コストへの影響も限定的である。

【0025】

（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態に係る水処理装置１の概略構成を示す。水処理装置１は、処理水タンク７に接続されたイオン交換装置１１を有している。処理水タンク７とイオン交換装置１１は処理水循環ラインＬ６で接続され、処理水タンク７に貯留された処理水が処理水循環ラインＬ６に沿って、イオン交換装置１１との間で循環する。これによって、処理水に含まれるホウ素をイオン交換樹脂に吸着させ、処理水中のホウ素濃度を低減することができる。処理水を放出する際は、ホウ素濃度が放出基準値を満たしていることを最終確認することが望ましいが、万が一ホウ素濃度が放出基準値を上回った場合は、イオン交換装置１１で処理水中のホウ素濃度を放出基準値以下まで下げてから放出する。ホウ素濃度は連続的に監視する必要がないため、処理水タンク７の処理水をサンプリングして、市販のホウ素濃度測定キット等を用いて測定することができる（高価なホウ素濃度計は不要である）。イオン交換装置１１に充填するイオン交換樹脂は、陰イオン交換樹脂であれば特に限定されないが、多価アルコールの官能基を持った塩基性陰イオン交換樹脂（例えば、Ｄｕｐｏｎｔ社製ＩＲＡ－７４３）等の、ホウ素を選択的に吸着するものが好ましい。イオン交換装置１１は常時運転するものではなく、処理水中のホウ素濃度が放出基準値を上回った場合に一時的に運転するだけであるため、非再生型が好ましい。再生型を用いると再生設備が必要となり、水処理装置１が複雑となり、コストも高くなる。

【0026】

（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態に係る水処理装置１の概略構成を示す。本実施形態の水処理装置１は、直列に接続された複数の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂを有する。以降の各実施形態において、逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂのそれぞれに対応するポンプ３、フィルタ４、ｐＨ調整手段５、熱交換器１３、弁等がある場合、図面中の符号にＡ，Ｂを追加して説明を省略する場合がある。

【0027】

原水のホウ素濃度が高い場合、１段の逆浸透膜処理ではホウ素濃度を十分に下げることができない可能性がある。本実施形態では２段の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂを設けているため、１段当たりのホウ素阻止率が８０％の場合、２段の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂ全体でのホウ素阻止率は９６％となり、ホウ素阻止率の大幅な向上が可能である。逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂの段数は限定されない。逆浸透膜装置６Ａと逆浸透膜装置６Ｂとの間に中間貯蔵タンク１２が設けられている。中間貯蔵タンク１２は上流側の逆浸透膜装置６Ａの透過水を貯蔵し、下流側の逆浸透膜装置６Ｂに透過水を送水する。中間貯蔵タンク１２は逆浸透膜装置６Ａと逆浸透膜装置６Ｂの透過水量の差を吸収することができるため、水処理装置１の制御を容易にする。中間貯蔵タンク１２は省略することもできる。２段の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂの濃縮水はそれぞれの濃縮水循環ラインＬ５Ａ，Ｌ５Ｂを通って原水タンク２に戻されるが、後段の逆浸透膜装置６Ｂの濃縮水の一部を中間貯蔵タンク１２に戻し、残りを原水タンク２に戻すことも可能である。この目的で、濃縮水循環ラインＬ５Ｂから分岐して中間貯蔵タンク１２に接続される濃縮水戻りラインＬ７が設けられている。濃縮水戻りラインＬ７は省略することもできる。

【0028】

図５に、第３の実施形態の第１の変形例に係る水処理装置１の概略構成を示す。本変形例の水処理装置１は、第１の実施形態の水処理装置１を一つのユニットとしたときに、複数のユニットＵＡ，ＵＢを直列に配置した構成となっている。ただし、１段目のユニットＵＡの処理水タンク７と２段目のユニットＵＢの原水タンク２は中間貯蔵タンク１２に統合されている。すなわち、複数の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂの間に中間貯蔵タンク１２が配置されている。中間貯蔵タンク１２は中間貯蔵タンク１２の上流側の逆浸透膜装置６Ａの透過水を貯留するとともに、中間貯蔵タンク１２の下流側の逆浸透膜装置６Ｂに透過水を送水する。中間貯蔵タンク１２の水位は、中間貯蔵タンク１２に設けられた第３の水位計１３（濃度相関パラメータの測定手段）で測定される。１段目のユニットＵＡは第３の弁Ｖ３を有しておらず、２段目のユニットＵＢは第１の弁Ｖ１を有していない。

【0029】

１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢは選択的に稼働する。図５は１段目のユニットＵＡが稼働し、２段目のユニットＵＢが停止している状態を示している。１段目のユニットＵＡが稼働する場合は、第１の弁Ｖ１Ａと第４の弁Ｖ４Ａを閉め、第２の弁Ｖ２Ａを開く。２段目のユニットＵＢの第２～第４の弁Ｖ２Ｂ,Ｖ３,Ｖ４Ｂは閉めておく（但し、第３の弁Ｖ３は開いていてもよい）。これによって、１段目のユニットＵＡは外部と水の出入りがない状態となる。１段目のユニットＵＡを運転することで、中間処理水が中間貯蔵タンク１２に貯蔵される。中間貯蔵タンク１２の中間処理水中の平均ホウ素濃度の目安値は、原水中のホウ素濃度、放出基準値、逆浸透膜装置６Ａのホウ素阻止率等から予め求めておき、平均ホウ素濃度が目安値に達したときに１段目のユニットＵＡの運転を停止する。濃度取得手段１０Ａは、濃度相関パラメータの測定手段８，１３の測定値を中間貯蔵タンク１２の処理水中のホウ素濃度に換算する。

【0030】

次に、２段目のユニットＵＢの第２の弁Ｖ２Ｂを開く（第３の弁Ｖ３が開いている場合は閉める）。これによって、２段目のユニットＵＢは外部と水の出入りがない状態となる。そして、２段目のユニットＵＢを１段目のユニットＵＡと同様に運転する。処理水タンク７の処理水中の平均ホウ素濃度が目安値に達したとき、またはその前に２段目のユニットＵＢの運転を停止する。濃度取得手段１０Ｂは、濃度相関パラメータの測定手段９，１３の測定値を処理水タンク７の処理水中のホウ素濃度に換算する。その後、第３の弁Ｖ３を開き、処理水タンク７から処理水を放出する。

【0031】

本変形例も、直列に接続された複数の逆浸透膜装置６Ａ，６Ｂを有しているので、第３の実施形態と同様の効果を奏する。本変形例では、２段目のユニットＵＢの運転中に１段目のユニットＵＡの原水タンク２に原水を供給することができるので、１段目のユニットＵＡへの切り替え後、速やかに１段目のユニットＵＡの運転を開始できる。また、１段目（２段目）のユニットＵＡ（ＵＢ）からの濃縮水の取り出しは２段目（１段目）のユニットＵＢ（ＵＡ）の運転中に可能であるので、濃縮水の取り出しが水処理装置１の稼働率を下げることもない。

【0032】

図６に、第３の実施形態の第２の変形例に係る水処理装置１の概略構成を示す。本変形例の水処理装置１は、複数の逆浸透膜装置６の間に直列に配置された２つの中間貯蔵タンク１２Ａ，１２Ｂを有している。上流側の中間貯蔵タンク１２Ａは第１の実施形態の処理水タンク７に相当し、下流側の中間貯蔵タンク１２Ｂは第１の実施形態の原水タンク２に相当する。上流側の中間貯蔵タンク１２Ａは、その上流側の逆浸透膜装置６Ａの透過水を貯留し、下流側の中間貯蔵タンク１２Ｂは、その下流側の逆浸透膜装置６Ｂに透過水を送水する。つまり、本変形例も、第１の実施形態の水処理装置１を一つのユニットとしたときに、複数のユニットＵＡ，ＵＢを直列に配置した構成となっている。

【0033】

本変形例の水処理装置１は第１の変形例の水処理装置１と同様に作動する。ただし、上流側の中間貯蔵タンク１２Ａと下流側の中間貯蔵タンク１２Ｂとの間の第３の弁Ｖ３Ａを閉じることで、１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢを同時に運転することができる。１段目のユニットＵＡの中間貯蔵タンク１２Ａの処理水中のホウ素濃度が所定の目安に達したら、１段目のユニットＵＡの運転を停止する。そして、第３の弁Ｖ３Ａを開き、処理水を２段目のユニットＵＢの中間貯蔵タンク１２Ｂに移送する。２段目のユニットＵＢは運転を開始し、１段目のユニットＵＡの中間貯蔵タンク１２Ａに貯蔵されていた処理水の処理を行う。２段目のユニットＵＢの処理水タンク７の処理水中のホウ素濃度が所定の目安に達したら、２段目のユニットＵＢの運転を停止する。この間、１段目のユニットＵＡは新たな原水を受け入れ、運転を開始し、新たな原水の処理を行う。この様にして、１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢを同時に運転することができるため、処理効率が大きく向上する。１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢは同じタイミングで運転を開始し、運転を停止することが好ましい。

【0034】

（第４の実施形態）
図７に、本発明の第４の実施形態に係る水処理装置１の概略構成を示す。本実施形態の水処理装置１は、第１の実施形態の水処理装置１を一つのユニットとしたときに、複数のユニットＵＡ，ＵＢを並列に配置した構成となっている。１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢはそれぞれ、原水タンク２Ａ,２Ｂと、少なくとも一つの逆浸透膜装置６Ａ,６Ｂと、濃縮水循環ラインＬ５Ａ，Ｌ５Ｂと、処理水タンク７Ａ，７Ｂと、原水供給ラインＬ１Ａ，Ｌ１Ｂと、原水供給ラインＬ１Ａ，Ｌ１Ｂに設けられた第１の弁Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂと、を有している。水処理装置１は、原水の主供給ラインＬ８を有し、主供給ラインＬ８が１段目のユニットＵＡの供給ラインＬ１Ａと、２段目のユニットＵＢの原水の供給ラインＬ１Ｂに接続されている。

【0035】

本実施形態の水処理装置１では、１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢは完全に独立して運転することができる。例えば、１段目のユニットＵＡの運転中は２段目のユニットＵＢが原水を受け入れ、２段目のユニットＵＢの運転中は１段目のユニットＵＡが原水を受け入れるようにすることができる。これによって、水処理装置１全体としては、常に原水を受け入れることができるので、実質的に連続処理が可能となる。この場合、複数のユニットＵＡ，ＵＢの第１の弁Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂは同時に一つしか開かない。また、一時的に大量の原水が発生する場合は１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢが同時に原水を受け入れるようにすることができる。本実施形態は１段目のユニットＵＡと２段目のユニットＵＢが相互に影響しないため、原水の発生状況に合わせて様々な運転方法が可能である。

【0036】

以上本発明のいくつかの実施形態によって説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、濃縮水の戻し先を原水タンク２の上流側の原水槽とすることもできる。原水槽が十分に大きく、仮に濃縮水を原水槽に戻しても、原水タンク２に供給される原水中のホウ素濃度が大きく変動しない場合は、このような構成も可能である。また、第１～第４の実施形態（第１、第２の変形例も含む）は相互に組み合わせることが可能である。例えば、第２の実施形態のイオン交換装置１１は他の任意の実施形態または変形例と組み合わせることができる。個々のユニットＵＡ，ＵＢを第３の実施形態またはその変形例（図４～６）に示すように構成し、これらのユニットＵＡ，ＵＢを第４の実施形態（図７）に示すように並列に組み合わせることができる。この場合、複数の逆浸透膜装置６Ａ,６Ｂが各々直列接続された複数のユニットＵＡ，ＵＢが並列に接続されるため、ホウ素濃度の高い原水を高効率で処理することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 水処理装置
２ 原水タンク
６，６Ａ，６Ｂ 逆浸透膜装置
７、７Ａ，７Ｂ 処理水タンク
８，９，８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１３ 濃度相関パラメータの測定手段
１０ 濃度取得手段
１１ イオン交換装置
１２、１２Ａ，１２Ｂ 中間貯蔵タンク
１３、１３Ａ、１３Ｂ 熱交換器
Ｌ５、Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂ 濃縮水循環ライン
Ｌ６ 処理水循環ライン
Ｌ７ 濃縮水戻りライン
Ｌ８ 原水の主供給ライン
Ｖ１～Ｖ４ 弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】