特開 2024-139374 水処理システム及び水処理方法

(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】P2024139374

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】水処理システム及び水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20230101AFI20241002BHJP

   B01J 49/53 20170101ALI20241002BHJP

   B01J 49/57 20170101ALI20241002BHJP

   C02F 1/76 20230101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

C02F1/42 B

B01J49/53

B01J49/57

C02F1/76 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050278

(22)【出願日】2023-03-27

(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】高橋 悠介

(72)【発明者】

【氏名】高橋 一重

【テーマコード（参考）】

4D025

4D050

【Ｆターム（参考）】

4D025AA03

4D025AB06

4D025AB08

4D025BA08

4D025BA13

4D025BA25

4D025BB02

4D025BB03

4D025BB04

4D025BB09

4D025BB10

4D025CA01

4D025DA01

4D025DA03

4D025DA04

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4D025DA06

4D025DA10

4D050AA01

4D050AB34

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4D050BA04

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4D050BB03

4D050BB04

4D050BD03

4D050BD04

4D050BD06

4D050CA03

4D050CA06

4D050CA07

4D050CA08

4D050CA09

4D050CA10

4D050CA13

4D050CA15

4D050CA17

(57)【要約】

【課題】水処理システムにおいて、難分解性有機物の分解性能を長期間にわたって維持する。
【解決手段】水処理システム１は、有機物を含む被処理水にハロゲンオキソ酸を添加するハロゲンオキソ酸添加手段１２と、ハロゲンオキソ酸添加手段１２の下流に位置し、少なくともアニオン交換体が充填された少なくとも一つのイオン交換体充填装置１４と、を有している。少なくとも一つのイオン交換体充填装置１４に、ハロゲンオキソ酸添加手段１２によって添加されたハロゲンオキソ酸の濃度が実質的に維持された被処理水が通水される。被処理水は少なくとも、アニオン交換体のイオン選択性がハロゲンオキソ酸より高い１種の特定アニオンを含む。少なくとも一つのイオン交換体充填装置１４は再生式である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を含む被処理水にハロゲンオキソ酸を添加するハロゲンオキソ酸添加手段と、前記ハロゲンオキソ酸添加手段の下流に位置し、少なくともアニオン交換体が充填された少なくとも一つのイオン交換体充填装置と、を有し、前記少なくとも一つのイオン交換体充填装置に、前記ハロゲンオキソ酸添加手段によって添加された前記ハロゲンオキソ酸の濃度が実質的に維持された前記被処理水が通水され、
前記被処理水は少なくとも、前記アニオン交換体のイオン選択性が前記ハロゲンオキソ酸より高い１種の特定アニオンを含み、前記少なくとも一つのイオン交換体充填装置は再生式である水処理システム。

【請求項2】

前記被処理水に含まれる前記特定アニオンの濃度と前記被処理水の流量に基づいて、前記アニオン交換体の再生タイミングが決定される、請求項１に記載の水処理システム。

【請求項3】

前記特定アニオンは２価以上のアニオンである、請求項１に記載の水処理システム。

【請求項4】

前記ハロゲンオキソ酸は次亜臭素酸である、請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理システム。

【請求項5】

前記被処理水は尿素を含む、請求項１に記載の水処理システム。

【請求項6】

少なくとも前記イオン交換体充填装置の処理水に含まれる尿素の濃度に基づいて前記アニオン交換体の再生タイミングが決定される、請求項５に記載の水処理システム。

【請求項7】

前記イオン交換体充填装置の前記処理水に含まれる尿素の濃度を検出する検出手段を有し、
前記検出手段が検出した尿素の濃度に基づいて前記アニオン交換体の再生タイミングが決定される、請求項６に記載の水処理システム。

【請求項8】

前記イオン交換体充填装置の前記被処理水に含まれる尿素の濃度と、前記イオン交換体充填装置の前記処理水に含まれる尿素の濃度と、を検出する検出手段を有し、
前記検出手段が検出した前記被処理水に含まれる尿素の濃度と、前記検出手段が検出した前記処理水に含まれる尿素の濃度と、に基づいて前記アニオン交換体の再生タイミングが決定される、請求項６に記載の水処理システム。

【請求項9】

前記少なくとも一つのイオン交換体充填装置は互いに並列または直列に接続された複数のイオン交換体充填装置である、請求項１に記載の水処理システム。

【請求項10】

ハロゲンオキソ酸添加手段によって、有機物を含む被処理水にハロゲンオキソ酸を添加することと、
前記ハロゲンオキソ酸添加手段によって添加された前記ハロゲンオキソ酸の濃度が実質的に維持された前記被処理水を、少なくともアニオン交換体が充填されたイオン交換体充填装置に通水することと、
前記アニオン交換体を再生することと、を有し、
前記被処理水は少なくとも、前記アニオン交換体のイオン選択性が前記ハロゲンオキソ酸より高い１種の特定アニオンを含む、水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理システム及び水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

純水水質への高度な要求が顕在化するに伴って、近年、純水中に含まれる微量の有機物、特に尿素などの難分解性有機物を分解し除去する方法が検討されている。特許文献１には、尿素を含む被処理水にハロゲンオキソ酸を添加し、この被処理水を少なくともアニオン交換体が充填されたイオン交換体充填装置に通水することで、難分解性有機物を除去する水処理システムが開示されている。イオン交換体充填装置は非再生式である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－４６４２６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に記載された水処理システムは、尿素などの難分解性有機物を効果的に分解除去することができる。これはアニオン交換体に捕捉されたハロゲンオキソ酸が難分解性有機物を分解するためである。しかし、ハロゲンオキソ酸よりアニオン交換体のイオン選択性が高い物質（例えば硫酸イオン）が被処理水に含まれる場合、ハロゲンオキソ酸がアニオン交換体に捕捉されにくくなり、イオン交換体充填装置の難分解性有機物を分解する性能が徐々に低下する。

【0005】

本発明は、難分解性有機物の分解性能を長期間にわたって維持することが容易な水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】

【0006】

本発明の水処理システムは、有機物を含む被処理水にハロゲンオキソ酸を添加するハロゲンオキソ酸添加手段と、ハロゲンオキソ酸添加手段の下流に位置し、少なくともアニオン交換体が充填された少なくとも一つのイオン交換体充填装置と、を有している。少なくとも一つのイオン交換体充填装置に、ハロゲンオキソ酸添加手段によって添加されたハロゲンオキソ酸の濃度が実質的に維持された被処理水が通水される。被処理水は少なくとも、アニオン交換体のイオン選択性がハロゲンオキソ酸より高い１種の特定アニオンを含む。少なくとも一つのイオン交換体充填装置は再生式である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、難分解性有機物の分解性能を長期間にわたって維持することが容易な水処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る水処理システム１の概略構成図である。

【図2】第２の実施形態に係る水処理システム１の概略構成図である。

【図3】第３の実施形態に係る水処理システム１の概略構成図である。

【図4】第４の実施形態に係る水処理システム１の概略構成図である。

【図5】実施例と比較例における尿素除去率の時間変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の水処理システム及び水処理方法の実施形態について説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る水処理システム１の概略構成を示している。水処理システム１は原水から純水を製造するシステムで、１次システムとも呼ばれる。水処理システム１は下流側のサブシステム（２次システムとも呼ばれる）とともに超純水製造装置を構成する。水処理システム１に供給される原水は尿素などの難分解性有機物を含む有機物を含有している。

【0010】

水処理システム１は、上流側水処理装置１１と、イオン交換体充填装置１４と、ハロゲンオキソ酸除去手段１５と、下流側水処理装置１６と、を有している。これらは母管Ｌ１に沿って配置され、被処理水の流通方向Ｄに関し、上流側水処理装置１１、イオン交換体充填装置１４、ハロゲンオキソ酸除去手段１５、下流側水処理装置１６の順に配置されている。後述するように、イオン交換体充填装置１４は、少なくともアニオン交換体が充填された再生式の装置である。

【0011】

上流側水処理装置１１は少なくとも一つの水処理装置を含んでいる。水処理装置は被処理水に含まれる所定の成分の除去を目的とする装置であり、流量制御、温度制御、計測等を目的とする装置（ポンプ、熱交換器、弁、計器等）は含まない。上流側水処理装置１１は例えば以下のように構成されるが、これらに限定されない。Ａ／Ｂ／Ｃ・・は流通方向Ｄに関し上流からＡ，Ｂ，Ｃ・・の順で配置されることを意味する。
・ろ過装置／活性炭塔／脱イオン装置／脱気装置
・生物処理装置／ろ過装置／脱イオン装置／脱気装置

【0012】

ろ過装置は例えば砂ろ過器のように比較的粒径の大きな塵埃を除去する装置の他、限外ろ過膜装置や精密ろ過膜装置などを含んでもよい。活性炭塔は高分子有機物などの不純物を除去する。脱イオン装置としてはイオン交換体充填装置、逆浸透膜装置などが挙げられ、これらの組み合わせでもよい。脱気装置は被処理水中の溶存酸素や炭酸を除去する。生物処理装置は微生物を用いて有機物を分解する。

【0013】

イオン交換体充填装置１４の上流のイオン濃度や溶存酸素濃度が高いと、イオン交換体充填装置１４における難分解性有機物の除去効率が低下する。脱イオン装置や、脱気装置等の溶存酸素除去手段を設けることで、イオン交換体充填装置１４における難分解性有機物の除去効率の低下を抑制することができる。

【0014】

水処理システム１は、尿素を含有する被処理水にハロゲンオキソ酸を添加するハロゲンオキソ酸添加手段１２を有している。ハロゲンオキソ酸はｐＨによってイオンまたは酸として存在することがある。ハロゲンオキソ酸とはこれらの形態を総称したものである。本実施形態では、ハロゲンオキソ酸は次亜ハロゲン酸であるが、ハロゲン酸、過ハロゲン酸、亜ハロゲン酸などでもよい。安定性の面で、次亜ハロゲン酸を用いるのが好ましい。また、本実施形態では、次亜ハロゲン酸は次亜臭素酸であるが、次亜塩素酸または次亜ヨウ素酸であってもよい。ハロゲンオキソ酸以外に、例えば結合塩素、または結合臭素など、一般的な残留塩素計にて測定可能な物質を用いることもできるが、尿素の除去効率の面でハロゲンオキソ酸が好ましい。

【0015】

ハロゲンオキソ酸添加手段１２は、臭化物塩の貯蔵タンク１２ａと、酸化剤の貯蔵タンク１２ｂと、臭化物塩と酸化剤の滞留槽１２ｃと、移送ポンプ１２ｄと、を有する。臭化物塩として、臭化ナトリウム（NaBr）や臭化カリウム（KBr）などが挙げられる。酸化剤として、次亜塩素酸塩（例えば、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO））、過マンガン酸塩、過酸化水素、過硫酸塩などが挙げられる。次亜臭素酸は長期間の保存が困難であるため、使用するタイミングに合わせて臭化物塩と酸化剤を混合して生成する。滞留槽１２ｃで臭化物塩と酸化剤とが混合されて生成された次亜臭素酸は、移送ポンプ１２ｄで昇圧され、母管Ｌ１を通る被処理水に添加される。臭化物塩と酸化剤を直接母管Ｌ１に供給し、母管Ｌ１内の被処理水の流れによってこれらを攪拌して、次亜臭素酸を生成してもよい。次亜臭素酸は連続的に被処理水に添加してもよいし、間欠的に被処理水に添加してもよい。あるいは、ラインミキサーや、オリフィスなどを母管Ｌ１に設置し、これらの設備で乱流を作り、臭化物塩と酸化剤を混合させて、次亜臭素酸を生成してもよい。あらかじめ準備された次亜臭素酸を被処理水に添加してもよい。添加するハロゲンオキソ酸は１種類だけでもよいし、２種類以上のハロゲンオキソ酸の混合物を添加してもよい。また、次亜臭素酸は反応後臭化物イオンとなり、水処理システム１内で再度次亜塩素酸と反応して次亜臭素酸となるため、次亜臭素酸の生成に必要な理論量より多くの次亜塩素酸を供給することが好ましい。

【0016】

ハロゲンオキソ酸の濃度は被処理水中の難分解性有機物（例えば尿素）の６～２００重量倍であることが好ましく、３０重量倍以上であることがさらに好ましい。２００重量倍を超えるハロゲンオキソ酸を添加すると後段設備の負荷が高くなる。被処理水におけるハロゲンオキソ酸の濃度及び難分解性有機物の濃度は、イオン交換体充填装置１４の入口における値である。

【0017】

ハロゲンオキソ酸添加手段１２の母管Ｌ１との接続部、すなわち、ハロゲンオキソ酸の被処理水への添加部は上流側水処理装置１１とイオン交換体充填装置１４の中間にある。イオン交換体充填装置１４は、ハロゲンオキソ酸添加手段１２の母管Ｌ１との接続部のすぐ下流に位置し、ハロゲンオキソ酸が添加された被処理水は直ちにイオン交換体充填装置１４で処理される。「すぐ下流」とは、ハロゲンオキソ酸添加手段１２の添加部とイオン交換体充填装置１４との間に、水処理装置が設けられていないことを意味する。水処理装置は、有機材料からなる接液部を有する水処理装置（例えば、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜などのろ過膜、イオン交換装置）、脱気装置、紫外線照射装置などを含むが、前述のように熱交換器、ポンプ、弁、計器などは含まない。従って、イオン交換体充填装置１４には、ハロゲンオキソ酸添加手段１２によって添加されたハロゲンオキソ酸の濃度が実質的に維持された被処理水が供給される。「実質的に維持された」とはハロゲンオキソ酸濃度が大きく変動（特に減少）していないことであり、一例では、イオン交換体充填装置１４の入口におけるハロゲンオキソ酸濃度が、ハロゲンオキソ酸添加手段１２によって添加されたハロゲンオキソ酸の濃度の９０％以上１１０％以下であることを意味する。

【0018】

水処理システム１は、被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整手段１３を有している。ハロゲンオキソ酸添加手段１２とｐＨ調整手段１３は、どちらが上流側にあってもよい。ｐＨ調整手段１３は上流側水処理装置１１の一部として設けることもできる。ｐＨ調整手段１３はアルカリ性液（例えばＮａＯＨ溶液）の供給手段と、酸性液（例えばＨＣｌ溶液）の供給手段と、を有している。ｐＨ調整手段１３は被処理水をアルカリ性、より好ましくは被処理水のｐＨを９～１２の範囲に調整する。これによって、イオン交換体充填装置１４のアニオン交換体やカチオン交換体の酸化劣化を防止し、従って、難分解性有機物の除去効率の低下、全有機炭素（ＴＯＣ）の増加、及び通水差圧の増加を抑制することができる。通常はアルカリ性液だけが使用されるため、被処理水のｐＨによっては酸性液の供給手段は省略することができる。被処理水のｐＨによってはｐＨ調整手段１３を省略することもできる。

【0019】

イオン交換体充填装置１４は、少なくともアニオン交換体が充填された塔である。イオン交換体充填装置１４にはカチオン交換体がさらに充填されていてもよい。この場合、カチオン交換体はアニオン交換体と混床充填されるが、複床充填されてもよく、複床充填される場合、アニオン交換体がカチオン交換体の上流側にあることが好ましい。尿素除去効率の観点からは、イオン交換体充填装置１４にはアニオン交換体だけが充填されていることがより好ましい。一方、カチオン交換体とアニオン交換体を混床充填または複床充填する場合、アニオン交換体から流出する正に帯電した溶出物をカチオン交換体で吸着することができる。アニオン交換体及びカチオン交換体としてはアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が好適に使用されるが、モノリス状ないし繊維状のアニオン交換体及びカチオン交換体を使用することもできる。イオン交換樹脂は、ゲル型、ＭＲ型のどちらでもよい。アニオン交換樹脂は限定されず、強塩基性樹脂、弱塩基性樹脂のどちらでもよく、強塩基性樹脂の場合、OH形でもよいし、Cl形等であってもよい。また、イオン交換体充填装置１４は、アニオン交換樹脂を充填した電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）であってもよい。

【0020】

ハロゲンオキソ酸が添加された被処理水を、イオン交換体充填装置１４に充填されたアニオン交換体に接触させることで、尿素を短時間で効率的に除去することができる。尿素の大半は、被処理水がイオン交換体充填装置１４を通過する数秒～数分程度の時間で除去される。従来、尿素を除去するために反応槽が用いられることがあるが、反応槽は数時間オーダーの滞留時間を要していたことから、反応槽と比べて極めて短時間で尿素を除去することができる。また、反応槽の場合、被処理水の滞留時間を確保するために装置の大型化が避けられないが、イオン交換体充填装置１４は一般的なイオン交換装置と同様の構成を有しているため、設置面積の観点からも反応槽より有利である。

【0021】

このようにハロゲンオキソ酸、特に次亜ハロゲン酸が添加された被処理水をアニオン交換体に接触させることで、尿素を短時間で効率的に除去できる理由について、発明者は以下のように考えている。ハロゲンオキソ酸がアニオン交換体に接触することで、ハロゲンオキソ酸イオンがアニオン交換体に捕捉される。この結果、アニオン交換体の内部にハロゲンオキソ酸イオンが濃縮される。また、被処理水はアニオン交換体の空隙（樹脂の場合は、樹脂同士の隙間）に沿って流れるため、アニオン交換体には尿素が滞留しやすい。以上より、ハロゲンオキソ酸イオンが尿素と接触する可能性が高くなり、短時間で尿素を除去することができる。従って、イオン交換体充填装置１４には、ハロゲンオキソ酸イオンを捕捉するために、少なくともアニオン交換体が充填されている必要がある。

【0022】

イオン交換体充填装置１４と下流側水処理装置１６との間に、被処理水中に残存したハロゲンオキソ酸を除去するハロゲンオキソ酸除去手段１５が設置されている。ハロゲンオキソ酸除去手段１５としては過酸化水素、亜硫酸塩などの還元剤が用いられる。ハロゲンオキソ酸除去手段１５は還元剤の貯蔵タンク（図示せず）と、移送ポンプ（図示せず）と、を有している。還元剤は、移送ポンプで昇圧され、イオン交換体充填装置１４と下流側水処理装置１６との間で、母管Ｌ１を通る被処理水に添加される。ハロゲンオキソ酸除去手段１５は、同様の効果を有する限り還元剤に限定されず、例えばパラジウム（Ｐｄ）等の白金族金属触媒担体、活性炭などを用いることもできる。あるいは、これらのハロゲンオキソ酸除去手段を直列で組み合わせてもよい。

【0023】

下流側水処理装置１６は少なくとも一つの水処理装置を含んでいる。下流側水処理装置１６は例えば以下のように構成されるが、これらに限定されない。要求水質によっては下流側水処理装置１６を省略することもできる。
・脱イオン装置
・脱イオン装置／紫外線照射装置／脱イオン装置／脱気装置
脱イオン装置はイオン交換体充填装置、逆浸透膜装置などが挙げられ、これらの組み合わせでもよい。

【0024】

脱イオン装置は余剰の還元剤（ハロゲンオキソ酸除去手段１５として還元剤を用いた場合）を除去する。紫外線照射装置は被処理水に紫外線を照射して有機物を分解する。紫外線照射装置としては、例えば２５４ｎｍ、１８５ｎｍ、１７２ｎｍの少なくともいずれかの波長を含む紫外線ランプを用いることができる。紫外線照射装置の下流の脱イオン装置は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが充填された再生式イオン交換樹脂塔であり、紫外線照射によって被処理水中に発生した有機物の分解生成物を除去する。紫外線照射装置とその下流の脱イオン装置は余剰の還元剤を除去する効果も有している。還元剤の除去手段として白金族金属触媒担体を用いることもできる。脱気装置は、被処理水中の溶存酸素、炭酸等を除去する。

【0025】

次亜臭素酸などのハロゲンオキソ酸は酸化作用が強いため、有機構造体を容易に劣化させる。従って、本来は、本実施形態のようにハロゲンオキソ酸をアニオン交換体などの有機構造体に接触させることは、有機材料の剥離による被処理水の水質低下を招きやすく、望ましくない。一方、ハロゲンオキソ酸が添加された被処理水をアニオン交換体に接触させることによって、尿素を短時間で且つ高効率で除去することが本願発明者により見出された。このため、本実施形態では有機材料の剥離の可能性が高まるという問題点に拘わらず、敢えてハロゲンオキソ酸が添加された被処理水をアニオン交換体に接触させている。そして、その結果発生する可能性のある有機物を下流側水処理装置１６で除去する。

【0026】

被処理水、より正確には、イオン交換体充填装置１４への供給水は少なくとも、イオン交換体充填装置１４に充填されるアニオン交換体のイオン選択性がハロゲンオキソ酸より高い、１種のアニオン（以下、特定アニオンという）を含んでいる。特定アニオンは例えば硫酸イオン（SO₄ ^2-）、炭酸イオン（CO₃ ^2-）、リン酸イオン（PO₄ ^3-）などの２価以上のアニオンである。被処理水の通水初期ではアニオン交換体に一定量以上のハロゲンオキソ酸イオンが捕捉されるため、除去対象物質（例えば尿素）の除去効率は高い。しかし、特定アニオンはハロゲンオキソ酸イオンよりイオン選択性が高いため、ハロゲンオキソ酸イオンは徐々にアニオン交換体から剥離し、特定アニオンに置換されていく。これによってアニオン交換体に捕捉されるハロゲンオキソ酸イオンの量が低下していき、除去対象物質の処理性能が低下する。これに対処するためにハロゲンオキソ酸の添加量を多くすることも考えられるが、コストの増加につながる。

【0027】

また、１価のアニオンであっても、濃度が高い場合はハロゲンオキソ酸イオンのアニオン交換体への吸着を阻害しやすい。従って、ハロゲンオキソ酸イオンよりモル濃度の高い１価以上のアニオンも特定アニオンに含まれる。但し、濃度の高いアニオンは予めイオン交換装置で除去したり被処理水を希釈したりすることで、ハロゲンオキソ酸イオンに対する相対的な濃度を十分に下げることが可能である。これに対し、２価以上のアニオンはハロゲンオキソ酸イオンよりイオン選択性が高く、濃度を下げても、残ったアニオンがハロゲンオキソ酸イオンのアニオン交換体への吸着を阻害するため、濃度を下げる効果が相対的に小さい。従って、特定アニオンとしては主に２価以上のアニオンを考慮すればよいが、必要に応じハロゲンオキソ酸イオンより濃度の高い１価のアニオンも考慮することが望ましい。

【0028】

本実施形態では再生式のイオン交換体充填装置１４を用いている。再生とは、イオン交換体のイオン形をあるイオン形（例えば、OH形やCl形）に置き換える処理である。尿素処理性能が低下する前にイオン交換体充填装置１４のアニオン交換体の再生を行うことで、尿素処理性能を高いレベルで維持することができる。非再生式のイオン交換体充填装置を尿素除去性能が低下するたびに交換することも可能であるが、再生式のイオン交換体充填装置１４を用いることで、非再生式のイオン交換体充填装置と比べてイオン交換体の交換頻度が減少し、運転コストが低減する。後述するように、イオン交換体充填装置１４の再生装置１７が必要であるため、初期コストは増加する可能性があるが、初期コストの増分はイオン交換体を再生することで回収可能である。

【0029】

また、新品のイオン交換体充填装置に交換する場合、イオン交換体のコンディショニングが必要となる。このコンディショニングは１～２日を要するため、イオン交換体充填装置の立ち上げに要する時間も長くなる。イオン交換体を再生する場合はコンディショニングが不要であるため、イオン交換体充填装置１４の立ち上げに要する時間も短縮される。

【0030】

なお、再生後のアニオン交換体のイオン形によっては（例えばCl形の場合）、被処理水のｐＨがアルカリでも、通水初期は処理水が中性域となりうる。この場合は、イオン交換体充填装置１４の出口側にｐＨ計を設置し、このｐＨ計の測定値（イオン交換体充填装置１４の処理水のｐＨ）をアルカリ側に調整し、その後ハロゲンオキソ酸を供給することがより好ましい。

【0031】

上述のように、２価以上のアニオンや濃度が高い１価のアニオンはハロゲンオキソ酸イオンのアニオン交換体への吸着を阻害しやすい。従って、例えば、ハロゲンオキソ酸添加手段１２の上流にイオン交換体充填装置１４とは別のイオン交換体充填装置、好ましくはアニオン交換体が単床で充填されたイオン交換体充填装置を設け、これらのアニオンを予め除去することも考えられる。この場合、別のイオン交換体充填装置は再生式でも非再生式でもよく、アニオンの除去性能が低下したらイオン交換体の再生または装置の交換をすることができる。しかし、このような水処理システムは本実施形態と同様の効果を得られるものの、イオン交換体充填装置の増加につながり、コストの増加を招く。

【0032】

イオン交換体充填装置１４が再生式であることから、水処理システム１はイオン交換体充填装置１４に充填されたイオン交換体の再生装置１７を有している。図１（ｂ）は、イオン交換体充填装置１４にアニオン交換樹脂だけが単床充填される場合に用いられる再生装置１７の概略構成を示している。まず、イオン交換体充填装置１４を母管Ｌ１から隔離した後、ラインＬ１１を通してイオン交換体充填装置１４にアニオン交換樹脂の再生水を供給し、樹脂の再生を行う。再生水は排水ラインＬ１３を通って排出される。再生水は再生剤を水で希釈したものである。再生剤は特に限定されないが、例えばHClを用いることができる。希釈に用いる水も特に限定されず、水処理システム１内の任意の水、例えば逆浸透膜装置やＥＤＩの濃縮水を用いることができる。再生水の通水方向は、上昇流、下降流のどちらでもよい。次にラインＬ１１とラインＬ１２を弁（図示せず）によって切り替え、ラインＬ１２を通してイオン交換体充填装置１４に洗浄水を供給し、イオン交換体充填装置１４に残った再生水を排出する。再生水は洗浄水とともにラインＬ１３から排出される。洗浄水は例えば上述の再生剤を希釈する水と同じでよい。その後、イオン交換体充填装置１４を母管Ｌ１に接続する。イオン交換体充填装置１４にアニオン交換樹脂だけが単床充填される場合、次に説明するアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混床充填の場合と比べて、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の分離工程やカチオン交換樹脂の再生工程を省略することができる。

【0033】

図１（ｃ）は、イオン交換体充填装置１４にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混床充填される場合に用いられる再生装置１７の概略構成を示している。まず、イオン交換体充填装置１４に上向きの水流または気体を供給し樹脂を浮き上がらせた後、樹脂を自然沈降させる。アニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃは比重差により分離し、カチオン交換樹脂１７ｃの上部にアニオン交換樹脂１７ａが移動する。次に、イオン交換体充填装置１４の上部からアニオン交換樹脂１７ａのアルカリ性再生水を供給しアニオン交換樹脂１７ａの再生を行う。この際、イオン交換体充填装置１４の底部からアルカリ成分及び酸性成分を実質的に含まない洗浄水を上向流で供給する。アルカリ性再生水と洗浄水はアニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃの境界面付近に設けられた排水部から排水される。これによってカチオン交換樹脂１７ｃがアルカリ性再生水と接触することが抑制される。

【0034】

次に、イオン交換体充填装置１４の底部からカチオン交換樹脂１７ｃの酸性再生水を供給しカチオン交換樹脂１７ｃの再生を行う。この際、イオン交換体充填装置１４の上部からアルカリ成分及び酸性成分を実質的に含まない洗浄水を下向流で供給する。酸性再生水と洗浄水は上記排水部から排水される。これによってアニオン交換樹脂１７ａが酸性再生水と接触することが抑制される。カチオン交換体の再生剤としてNaOHやNaClを用いることができる。次に、イオン交換体充填装置１４の上部と底部から洗浄水を供給し、再生されたアニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃを洗浄する。その後アニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃを混合し、再生工程が終了する。

【0035】

上述の方法ではイオン交換体充填装置１４の内部でアニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃの再生を行うが、アニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃを再生用の容器に移送し、再生用の容器でアニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃの再生を行ってもよい。あるいは、アニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃを別々の再生用の容器に移送し、それぞれの容器でアニオン交換樹脂１７ａとカチオン交換樹脂１７ｃの再生を行ってもよい。

【0036】

イオン交換体充填装置１４に充填されたイオン交換体の再生タイミングあるいは再生頻度は、いくつかの方法によって決定することができる。例えば、被処理水中の特定アニオンの濃度をあらかじめサンプリングなどによって測定し、測定された濃度と被処理水の流量に基づき再生タイミングあるいは再生頻度を決定することができる。あるいは、原水中の特定アニオンの濃度をあらかじめサンプリングなどによって測定し、測定された濃度から被処理水の特定アニオンの濃度を推定し、この推定値と被処理水の流量に基づき再生タイミングあるいは再生頻度を決定することができる。特定アニオンの濃度は時間的に変動する可能性があるため、これらの測定値や推定値を用いる場合、測定値や推定値に一定の係数（安全率）を乗じた値を評価用の濃度としてもよい。被処理水中に複数の特定アニオンが含まれている場合、それぞれの特定イオンに基づき再生頻度を算出し、最も短い再生頻度をイオン交換体充填装置１４に充填されたイオン交換体の再生頻度とすることができる。例えば、硫酸イオンに対する再生頻度が４ヶ月、リン酸イオンに対する再生頻度が２ヶ月と求められた場合、イオン交換体の再生頻度を２ヶ月として決定することができる。

【0037】

他の方法として、母管Ｌ１に特定アニオンの濃度を測定する計器（図示せず）を設け、計器の測定値に基づき再生タイミングあるいは再生頻度を決定してもよい。計器の位置は特に限定されないが、特定アニオンの濃度がイオン交換体充填装置１４の入口水に対して実質的に変わらない部位が好ましく、例えば、特定アニオンを捕捉、分解または供給する装置のうちイオン交換体充填装置１４に最も近接する装置の後段であって、イオン交換体充填装置１４の前段が好ましい。計器をイオン交換体充填装置１４の出口側に設けることもできる。アニオン交換体に捕捉される特定イオンの量は徐々に増えていくが、最終的に飽和する。つまり、アニオン交換体に捕捉されるイオンの比率は平衡状態に達する。この状態ではアニオン交換体は特定イオンをさらに捕捉することができないため、特定イオンはアニオン交換体から流出し始め（破過）、イオン交換体充填装置１４の処理水の特定アニオンの濃度が増加する。この現象は比較的急激に生じるため、容易に検知することができる。特定アニオンの濃度が所定の値を超えたときがイオン交換体の再生タイミングとなる。

【0038】

イオン交換体充填装置１４に充填されたイオン交換体が再生タイミングも達したことは適宜の方法でオペレータに通知される。例えば、イオン交換体充填装置１４または水処理システム１の制御装置（図示せず）、あるいは監視手段（図示せず）に再生頻度や再生タイミングを入力し、再生タイミングに達したときに制御装置や監視手段がアラームを出力することができる。あるいは、被処理水中の特定アニオンの濃度の測定値または推定値と被処理水の流量を制御装置や監視手段に入力し、制御装置や監視手段が再生頻度や再生タイミングを算出してもよい。再生タイミングはオペレータ自身が管理してもよい。再生タイミングに達したときはオペレータが手動で再生を行ってもよいし、自動で再生を行う機構によってイオン交換体の再生を行ってもよい。

【0039】

［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態に係る水処理システム１の概略構成を示している。説明を省略した構成や効果は第１の実施形態と同様である。水処理システム１は、イオン交換体充填装置１４の尿素除去率の検出手段２４と、監視手段２２と、を有する。尿素除去率の検出手段２４は、イオン交換体充填装置１４の上流側、好ましくは入口の近傍に設けられてイオン交換体充填装置１４の被処理水の尿素濃度を測定する上流側尿素濃度計２４ａと、イオン交換体充填装置１４の下流側、好ましくは出口の近傍に設けられてイオン交換体充填装置１４の処理水の尿素濃度を測定する下流側尿素濃度計２４ｂと、を有している。監視手段２２は省略することも可能であり、尿素除去率の検出手段２４が測定した尿素濃度に基づき、オペレータがイオン交換体充填装置１４の再生の必要性やタイミングについて判断してもよい。

【0040】

監視手段２２またはオペレータは上流側尿素濃度計２４ａと下流側尿素濃度計２４ｂが検出した尿素濃度に基づいて、イオン交換体充填装置１４の尿素除去率を算出する。尿素除去率は、上流側尿素濃度計２４ａの尿素濃度の測定値をＣ１，下流側尿素濃度計２４ｂの尿素濃度の測定値をＣ２としたときに、（Ｃ１－Ｃ２）／Ｃ１×１００（％）として計算できる。監視手段２２またはオペレータは尿素除去率の検出手段２４が検出した尿素除去率が所定の値（例えば９０％）を下回ったときに、アニオン交換体の再生のタイミングが到来したと判断することができる。

【0041】

あるいは、監視手段２２またはオペレータは下流側尿素濃度計２４ｂが検出した尿素の濃度が所定の値を上回ったときに、アニオン交換体の再生タイミングが到来したと判断してもよい。この場合、上流側尿素濃度計２４ａは省略可能である。

【0042】

［第３の実施形態］
図３は本発明の第３の実施形態に係る水処理システム１の概略構成を示している。説明を省略した構成や効果は第１の実施形態と同様である。水処理システム１は、複数のイオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂを有している。イオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂは並列に配置されている。すなわち、母管Ｌ１はイオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂの入口側でラインＬ２とラインＬ３に分岐し、ラインＬ２にイオン交換体充填装置１４Ａと弁Ｖ１が、ラインＬ３にイオン交換体充填装置１４Ｂと弁Ｖ２が設置されている。イオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂの出口側でラインＬ２とラインＬ３は合流している。

【0043】

弁Ｖ１，Ｖ２を同時開とすることで、イオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂの並列処理が可能となる。弁Ｖ１を開、弁Ｖ２を閉とすることで、イオン交換体充填装置１４Ａでの処理を続けながらイオン交換体充填装置１４Ｂのメンテナンス（例えば前述の再生）が可能となる。弁Ｖ１を閉、弁Ｖ２を開とすることで、イオン交換体充填装置１４Ｂでの処理を続けながらイオン交換体充填装置１４Ａのメンテナンス（例えば前述の再生）が可能となる。

【0044】

変形例として、通常運転時にイオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂのいずれかだけを運転するようにしてもよい。上述の実施形態では、イオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂのいずれかだけを運転する場合、流量が大きくなって処理性能が低下する可能性がある。本変形例では、イオン交換体充填装置１４Ａ，１４Ｂの一方が運転され、他方は予備機として待機するか、メンテナンス（例えば前述の再生）が行われるため、イオン交換体充填装置の処理性能を常に一定に保つことができる。図示は省略するが、複数のイオン交換体充填装置１４を直列で設けることもできる。個々のイオン交換体充填装置１４をバイパスするバイパスラインを設け、弁によってイオン交換体充填装置１４とバイパスラインとを切り替えることで第２の実施形態と同様の運用が可能となる。

【0045】

［第４の実施形態］
図４は本発明の第４の実施形態に係る水処理システム１の概略構成を示している。説明を省略した構成や効果は第１の実施形態と同様である。水処理システム１は逆浸透膜装置１８と脱気装置１９とを有している。逆浸透膜装置１８と脱気装置１９はハロゲンオキソ酸添加手段１２の上流に設けられている。イオン交換体充填装置１４は尿素などの難分解性有機物だけでなく普通のイオンも除去する。逆浸透膜装置１８を設けることでイオン交換体充填装置１４のイオン負荷が低減し、イオン交換体充填装置１４の再生頻度を少なくすることができる。脱気装置１９は被処理水に含まれる炭酸ガスや溶存酸素を除去する。炭酸ガスを除去することでイオン交換体充填装置１４のイオン負荷が低減し、イオン交換体充填装置１４の再生頻度を少なくすることができる。溶存酸素を除去することで樹脂の劣化が抑制され、イオン交換体充填装置１４の樹脂をより長期間にわたって使用することができる。逆浸透膜装置１８と脱気装置１９はどちらが上流側に位置してもよい。

【0046】

図示は省略するが、逆浸透膜装置１８の代わりにイオン交換体充填装置を設けてもよい。イオン交換体充填装置は普通のイオンを除去するため、逆浸透膜装置１８と同様の効果を奏する。この場合も、イオン交換体充填装置と脱気装置１９のどちらが上流側に位置してもよい。また、図示は省略するが、複数の逆浸透膜装置１８を直列で設けてもよい。この場合、すべての逆浸透膜装置をハロゲンオキソ酸添加手段１２の上流に設けてもよいが、少なくとも一つの逆浸透膜装置をハロゲンオキソ酸添加手段１２の上流に設け、少なくとも一つの逆浸透膜装置をハロゲンオキソ酸除去手段１５の下流に設けてもよい。

【0047】

［実施例］
尿素を８０μg/L、硫酸イオンを１mg/L含む被処理水に臭化ナトリウム（臭化物）と次亜塩素酸ナトリウム（次亜塩素酸）を添加して、次亜臭素酸を含む試料水を作成した。臭化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムは、試料水の次亜臭素酸濃度が１mg/L-Cl₂（塩素換算濃度）となるように添加した。アニオン交換体充填装置（以下、カラムという）に、総交換容量１.２eq/L-Rの強塩基性アニオン交換樹脂（容積４００mL）を充填し、試料水を４８L/hでカラムに通水した。３０時間ごとに尿素除去率を測定し、尿素除去率が９５％以下または硫酸イオンの総供給量が０.３５eq/eq-R以上となった時点でアニオン交換樹脂を再生した。再生剤として濃度１Ｎ（規定）のNaClをＳＶ１０（/h）で通水した。NaClは樹脂の総交換容量の５倍当量となる量だけ供給した。アニオン交換樹脂の再生後、再び試料水をカラムに通水し尿素除去率を測定した。比較例では実施例と同じ条件で試料水をカラムに通水したが、再生は行わなかった。

【0048】

尿素除去率は、カラムの入口側における被処理水の尿素濃度をＣ１，カラムの出口側における処理水の尿素濃度をＣ２としたときに、（Ｃ１－Ｃ２）／Ｃ１×１００（％）として求めた。尿素濃度は液体クロマトグラフィー質量分析法で測定した。次亜臭素酸の濃度は試料水にグリシンを添加し、遊離塩素を結合塩素に変化させた後、遊離塩素試薬にて残塩濃度計（ＨＡＮＮＡ製）を用いて測定した。

【0049】

図５（ａ）に実施例の、図５（ｂ）に比較例の結果を示す。左側縦軸は尿素除去率を、右側縦軸はアニオン交換樹脂の総交換容量に対する硫酸イオン^-の総当量の比率を示す。硫酸イオンの総当量は初期状態または各再生工程の終了時を起点として算出した。実施例では再生工程を行ったため、９０％以上の尿素除去率が長時間維持された。比較例では１８０時間以降尿素除去率が９０％を下回り、５５％程度で飽和した。これらの結果より、処理水中の硫酸イオンの濃度、被処理水と処理水の尿素濃度に基づいて再生を行うことで安定した尿素除去が可能であることが分かった。

【0050】

また、実施例と比較例では特定アニオンとして硫酸イオンを用い、アニオン交換体の総交換容量に対する硫酸イオンの総供給量の比率が３５％程度となったときに再生を行ったが、この比率は特定アニオンの種類や数によって変動する可能性がある。例えば、特定アニオンの供給量がアニオン交換体の総交換容量の１０％以上、好ましくは３０％以上、且つ、９０％以下、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下の所定の値になったときに、アニオン交換体を再生するようにしてもよい。

【0051】

以上、実施形態及び実施例によって本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されない。イオン交換体充填装置１４に通水される被処理水は特に限定されず、水処理システム内のいずれかの水処理装置の処理水を被処理水とすることができる。あるいは、水処理システムは純水製造システム（１次システム）ではなく、超純水を製造するサブシステムであってもよいし、再生水を製造するシステムや回収水を製造処理するシステムであってもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ 水処理システム
１２ ハロゲンオキソ酸添加手段
１４，１４Ａ，１４Ｂ イオン交換体充填装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】