特開 2024-27297 水処理方法および水処理装置

(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】P2024027297

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】水処理方法および水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20240222BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20240222BHJP

   C02F 5/00 20230101ALI20240222BHJP

   C02F 5/10 20230101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 C

B01D61/58

C02F1/44 D

C02F5/00 610F

C02F5/00 620C

C02F5/10 620C

C02F5/10 620D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022129983

(22)【出願日】2022-08-17

(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】鈴木 雄大

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006JA53A

4D006JA57A

4D006KA03

4D006KA52

4D006KA54

4D006KA56

4D006KD30

4D006KE04Q

4D006KE14Q

4D006KE21P

4D006KE22Q

4D006KE23Q

4D006PA01

4D006PB02

4D006PB12

(57)【要約】

【課題】氷晶石を主成分とするスケールにより逆浸透膜が閉塞するのを抑制し、安定した水処理性能を発揮する。
【解決手段】水処理方法は、被処理水を少なくとも１つの逆浸透膜モジュール１２で処理し、少なくとも１つの逆浸透膜モジュール１２で得られた濃縮水の少なくとも一部を濃縮排水として外部に排出する工程を含み、濃縮排水を排出する工程が、被処理水が少なくとも１つの逆浸透膜モジュール１２に供給され始めてから被処理水に含まれる不純物が少なくとも１つの逆浸透膜モジュール１２で濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでの濃縮時間が１５分以下になるように、外部に排出する濃縮排水の流量を調整することを含んでいる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水を少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで処理し、前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を濃縮排水として外部に排出する工程を含み、
前記濃縮排水を排出する工程が、前記被処理水が前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールに供給され始めてから前記被処理水に含まれる不純物が前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで濃縮されて前記濃縮排水と共に外部に排出されるまでの濃縮時間が１５分以下になるように、外部に排出する前記濃縮排水の流量を調整することを含む、水処理方法。

【請求項2】

前記濃縮排水を排出する工程が、前記被処理水を逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離し、前記逆浸透膜モジュールからの濃縮水の一部を前記濃縮排水として外部に排出する工程を含む、請求項１に記載の水処理方法。

【請求項3】

前記濃縮排水を排出する工程が、前記被処理水を逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離した後、前記逆浸透膜モジュールからの濃縮水を別の逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離し、前記別の逆浸透膜モジュールからの濃縮水を前記濃縮排水として外部に排出する工程を含む、請求項１に記載の水処理方法。

【請求項4】

前記逆浸透膜モジュールからの濃縮水は、ブースターポンプにより前記別の逆浸透膜モジュールに供給される、請求項３に記載の水処理方法。

【請求項5】

前記逆浸透膜モジュールによる前記分離は、前記逆浸透膜モジュールからの濃縮水中のナトリウム濃度、フッ素濃度、およびアルミニウム濃度が、それぞれ１０００ｍｇ／Ｌ以上、１０００ｍｇ／Ｌ以上、および２ｍｇ／Ｌ以上になるように行われる、請求項２から４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項6】

前記逆浸透膜モジュールによる前記分離は、前記逆浸透膜モジュールからの濃縮水中のナトリウムイオン濃度とヘキサフルオロアルミン酸イオン濃度との積が予め測定された水温での氷晶石の溶解度積以上になるように行われる、請求項２から４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールに供給される前の前記被処理水に、アクリル酸と２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸との共重合体からなるスケール防止剤を添加する工程を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項8】

被処理水を処理する少なくとも１つの逆浸透膜モジュールと、
前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を流通させて濃縮排水として外部に排出する排水ラインと、
前記排水ラインに設けられ、前記被処理水が前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールに供給され始めてから前記被処理水に含まれる不純物が前記少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで濃縮されて前記濃縮排水と共に外部に排出されるまでの濃縮時間が１５分以下になるように、前記排水ラインを流れる前記濃縮排水の流量を調整する流量調整手段と、を有する水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理方法および水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被処理水に含まれる不純物を除去する水処理装置として、逆浸透膜（ＲＯ膜）を有するものが知られている。この装置では、所定の供給圧力でＲＯ膜に供給された被処理水（原水）が、ＲＯ膜により透過水と濃縮水とに分離される。これにより、不純物が除去された処理水（透過水）を得ることができる。

【0003】

ＲＯ膜を有する水処理装置では、安定して運転を継続することが求められており、そのためには、ＲＯ膜の膜面に原水中の不純物が析出してスケールが付着することを抑制することが重要となる。近年、環境意識の高まりや水資源の有効利用の観点から、ＲＯ膜の回収率（すなわち、濃縮倍率）は上昇する傾向にあり、それに伴い、これまで問題にならなかったスケール種が問題になりつつある。そのようなスケール種の一つとして、氷晶石（ヘキサフルオロアルミン酸ナトリウム）がある。氷晶石は、２５℃の水に対する溶解度が４１８ｍｇ／Ｌと高く、一般にはスケーリングが発生しにくいと考えられる化合物である。しかしながら、例えば、半導体製造工場からの排水など、氷晶石を構成する成分（ナトリウム、フッ素、アルミニウム）を多く含む原水を処理する場合、濃縮水中の各成分濃度の合計が上記溶解度以上になり、氷晶石を主成分とするスケールが発生することがある。

【0004】

このような氷晶石を主成分とするスケールを除去する方法として、純水などの洗浄水をＲＯ膜に通水する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１２１２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した方法では、洗浄水の通水を実施するために採水運転を停止する必要があるため、装置の稼働率が低下し、回収率が実質的に低下してしまう。このような観点からも、氷晶石によるスケーリングが発生した時点でそれを除去するのではなく、スケーリングが発生する前にそれを未然に抑制することが望ましい。

【0007】

そこで、本発明の目的は、氷晶石を主成分とするスケールにより逆浸透膜が閉塞するのを抑制し、安定した水処理性能を発揮する水処理方法および水処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した目的を達成するために、本発明の水処理方法は、被処理水を少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで処理し、少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を濃縮排水として外部に排出する工程を含み、濃縮排水を排出する工程が、被処理水が少なくとも１つの逆浸透膜モジュールに供給され始めてから被処理水に含まれる不純物が少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでの濃縮時間が１５分以下になるように、外部に排出する濃縮排水の流量を調整することを含んでいる。

【0009】

また、本発明の水処理装置は、被処理水を処理する少なくとも１つの逆浸透膜モジュールと、少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を流通させて濃縮排水として外部に排出する排水ラインと、排水ラインに設けられ、被処理水が少なくとも１つの逆浸透膜モジュールに供給され始めてから被処理水に含まれる不純物が少なくとも１つの逆浸透膜モジュールで濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでの濃縮時間が１５分以下になるように、排水ラインを流れる濃縮排水の流量を調整する流量調整手段と、を有している。

【0010】

このような水処理方法および水処理装置によれば、採水運転を停止することなく、氷晶石によるスケーリングが発生する前にそれを未然に抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

以上、本発明によれば、氷晶石を主成分とするスケールにより逆浸透膜が閉塞するのを抑制し、安定した水処理性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。

【図4】実施例１～５および比較例１におけるフラックス保持率の時間変化を示すグラフである。

【図5】実施例６および比較例２におけるフラックス保持率の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0014】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。

【0015】

水処理装置１０は、原水タンク１１と、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１２とを有し、原水タンク１１に貯留された原水（被処理水）をＲＯ膜装置１２で処理することで、原水中の不純物を除去して処理水を生成する装置である。ＲＯ膜装置１２は、原水タンク１１から供給される原水を、不純物を含む濃縮水と不純物が除去された透過水とに分離するものであり、ＲＯ膜を有している。具体的には、ＲＯ膜装置１２は、ＲＯ膜モジュールからなり、円筒状のベッセル（圧力容器）内に収容された少なくとも１つのＲＯ膜エレメントを有している。なお、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜モジュールとしては、単一のベッセルを有するものであってもよく、複数のベッセルを直列に接続してユニット化したものであってもよい。ＲＯ膜装置１２には、ＲＯ膜装置１２に原水を供給する給水ラインＬ１と、ＲＯ膜装置１２からの透過水を流通させる透過水ラインＬ２と、ＲＯ膜装置１２からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインＬ３とが接続されている。濃縮水ラインＬ３は、濃縮水の一部を外部に排出する排水ラインＬ４と、その残りを原水タンク１１に還流させる還流水ラインＬ５の２つに分岐している。原水タンク１１には、原水補給ラインＬ６が接続され、後述するように、必要に応じて原水が供給される。

【0016】

また、水処理装置１０は、給水ラインＬ１に設けられた加圧ポンプ１３と、原水タンク１１に設けられた水位センサ１４とを有している。加圧ポンプ１３は、ＲＯ膜装置１２に供給される原水を加圧する機能、すなわち、ＲＯ膜装置１２の操作圧力を調整して透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量を調整する機能を有している。水位センサ１４は、原水タンク１１内の水位を検出する機能を有している。また、排水ラインＬ４および還流水ラインＬ５には、それぞれを流れる濃縮水の流量を調整するための手動弁（流量調整手段）Ｖ１，Ｖ２が設けられ、原水補給ラインＬ６には、開閉弁Ｖ３が設けられている。開閉弁Ｖ３は、水位センサ１４により検出された原水タンク１１内の水位に応じて開閉するように構成されている。具体的には、原水タンク１１内の水位が所定の上限水位を下回っている間、開閉弁Ｖ３は開放され、原水補給ラインＬ６を通じて原水タンク１１に原水が供給される。そして、原水タンク１１内の水位が所定の上限水位が達すると、開閉弁Ｖ３が閉鎖されて原水の供給が停止される。これにより、原水タンク１１内の水位を所定の上限水位以下に維持することができる。なお、水位センサ１４の構成としては、上述した２つの水位を検出することができれば特に限定されず、例えば、フロート式のレベルスイッチを用いることができる。また、水位センサ１４と開閉弁Ｖ３の代わりに、ボールタップを用いて、原水タンク１１の水位を所定の上限水位以下に維持してもよい。

【0017】

水処理装置１０の運転時、原水タンク１１に貯留された原水は、ＲＯ膜装置１２に供給され、そこで処理されて透過水と濃縮水とに分離される。透過水は、透過水ラインＬ２を通じて処理水としてユースポイントに供給され、濃縮水の一部は、排水ラインＬ４を通じて濃縮排水として外部に排出され、その残りは、還流水ラインＬ５を通じて濃縮還流水として原水タンク１１に還流する。なお、ＲＯ膜装置１２による原水処理は、原水タンク１１内の水位が所定の下限水位以下になると、加圧ポンプ１３の停止により停止され、原水タンク１１への原水の供給により原水タンク１１内の水位が所定の上限水位に達すると、加圧ポンプ１３の作動により再開される。以下、排水ラインＬ４および還流水ラインＬ５を流れる濃縮水をそれぞれ「濃縮排水」および「濃縮還流水」ともいい、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水を単に「濃縮水」ともいう。

【0018】

ところで、例えば、水処理装置１０が半導体製造工場の排水処理に用いられる場合、その排水には、ナトリウム、フッ素、アルミニウムが多く含まれるため、これらの成分から構成される氷晶石（ヘキサフルオロアルミン酸ナトリウム）がＲＯ膜の膜面に析出する可能性がある。そのため、上述したＲＯ膜装置１２による原水処理は、そのような氷晶石を主成分とするスケール（以下、「氷晶石スケール」ともいう）の発生を抑制するために、濃縮水中の対象成分濃度（ナトリウム濃度、フッ素濃度、アルミニウム濃度）が所定の条件を満たすように行われることが好ましい。ここで、所定の条件とは、理想的には、濃縮水中の各対象成分濃度から算出されるナトリウムイオン濃度とヘキサフルオロアルミン酸イオン濃度との積が予め測定された水温での氷晶石の溶解度積以上にならないことであり、現実的には、濃縮水中の対象成分濃度の合計が予め測定された水温での氷晶石の溶解度以上にならないことである。以下、これらの条件を「析出回避条件」という。

【0019】

したがって、上述したＲＯ膜装置１２による原水処理では、例えば、予め測定された原水中の各対象成分濃度から、濃縮水中の対象成分濃度の合計が予め測定された水温での氷晶石の溶解度以上にならないような回収率（透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合）が設定され、設定された回収率になるように濃縮排水の流量が調整される。このときの濃縮排水の流量調整は、排水ラインＬ４に設けられた手動弁Ｖ１によって行われ、その設定流量は、回収率の設定値と、ＲＯ膜装置１２の操作圧力の設定値から推定される透過水の流量とに基づいて決定される。

【0020】

しかしながら、近年の環境意識の高まりから、ＲＯ膜の回収率は上昇する傾向にあり、水資源の有効利用（節水）の観点からは、ＲＯ膜の回収率はできるだけ高いことが好ましい。そのため、氷晶石スケールの発生リスクを許容してでも、節水を優先して回収率を設定することがあり、その場合、濃縮水中の対象成分濃度の合計が氷晶石の溶解度以上になることで、ＲＯ膜の膜面に氷晶石が析出し、それによりＲＯ膜の膜面が閉塞することが懸念される。一方で、排水量の制限などにより、回収率の下限が決められていることもあり、そのため、濃縮水中の対象成分濃度の合計が氷晶石の溶解度を下回るような回収率に設定できないこともある。その場合、氷晶石スケールの発生リスクを踏まえてＲＯ膜の洗浄を頻繁に行う必要があるが、そのことは、装置の稼働率を低下させ、洗浄コストや人件費の増加にもつながる。

【0021】

これに対し、本発明者らは、ＲＯ膜装置１２内で濃縮水中に対象成分が存在する時間に着目し、この時間を所定時間以下にすることで、上述したように析出回避条件が満たされない場合であっても、氷晶石スケールの発生によるＲＯ膜の膜面の閉塞が抑制できることを見出している。すなわち、原水タンク１１に貯留された原水がＲＯ膜装置１２に供給され始めてから濃縮排水として外部に排出されるまで、つまり、原水中の対象成分がＲＯ膜装置１２で濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでには、必然的に一定時間を要することになる。本発明者らは、この時間（以下、「濃縮時間」という）に着目し、後述する実施例で示すように、この濃縮時間を１５分以下、好ましくは１０分以下、より好ましくは５分以下にすることで、濃縮水中の対象成分濃度の合計が予め測定された水温での氷晶石の溶解度以上（あるいは、濃縮水中のナトリウムイオン濃度とヘキサフルオロアルミン酸イオン濃度との積が予め測定された水温での氷晶石の溶解度積以上）になる場合であっても、氷晶石スケールの発生を抑制できることを見出している。

【0022】

ここでいう「濃縮時間」とは、原水タンク１１からＲＯ膜装置１２に供給される原水中の対象成分がＲＯ膜装置１２で濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでに通過する容積の総和を、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量で割った値として定義されるものである。具体的には、給水ラインＬ１を構成する配管の容積と、ＲＯ膜装置１２のＲＯ膜モジュールの一次側の容積と、濃縮水ラインＬ３および排水ラインＬ４を構成する配管の容積との和を、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量で割った値として定義されるものである。

【0023】

上述の定義によれば、濃縮時間は、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量を調整することで調整可能である。濃縮排水の設定流量（目標流量）は、濃縮時間の目標値（１５分以下、好ましくは１０分以下、より好ましくは５分以下）に基づいて決定され、濃縮排水の流量がその目標流量になるように、手動弁Ｖ１の開度が調整される。ただし、濃縮排水の設定流量が、ＲＯ膜装置１２に要求される最低濃縮水量（ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりを発生させないために濃縮水ラインＬ３に流すべき濃縮水の最低流量）よりも小さくなる場合には、手動弁Ｖ２の開度を調整して濃縮排水の流量を調整することで、最低濃縮水量を確保することができる。なお、上述したように濃縮排水の目標流量が決定されると、その目標流量と、ＲＯ膜装置１２の目標回収率とに基づいて、透過水ラインＬ２を流れる透過水の設定流量（目標流量）が決定され、透過水の流量がその目標流量になるように、加圧ポンプ１３の回転数制御によりＲＯ膜装置１２の操作圧力が調整される。

【0024】

なお、ＲＯ膜の膜面に氷晶石が析出することをより確実に抑制するために、原水に対して、シリカやカルシウムを主成分とするスケール用のスケール防止剤を添加するようになっていてもよい。例えば、シリカスケール用のスケール防止剤は、アニオン基（カルボキシル基）がシリカの析出を促進する多価カチオン（カルシウム、マグネシウム、アルミニウムなど）をキレートすることで、シリカスケールの発生を抑制するものである。したがって、このようなスケール防止剤は、氷晶石の成分の一つであるアルミニウムをキレートすることが期待され、それにより、氷晶石スケールに対しても有効に作用することが期待される。

【0025】

（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装置の構成を示す概略図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成のみ説明する。

【0026】

本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、ＲＯ膜装置（ＲＯ膜モジュール）１２からの濃縮水を処理するために、さらに別のＲＯ膜モジュールが追加されている点で第１の実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態のＲＯ膜装置１２は、第１の実施形態のＲＯ膜装置１２に相当する第１のＲＯ膜モジュール１２ａと、第１のＲＯ膜モジュール１２ａからの濃縮水を処理する第２のＲＯ膜モジュール１２ｂとの２つのＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂから構成されている。

【0027】

これに伴い、本実施形態では、第１のＲＯ膜モジュール１２ａからの濃縮水（以下、「一次濃縮水」ともいう）を貯留する濃縮水タンク２１と、濃縮水タンク２１に貯留された一次濃縮水を第２のＲＯ膜モジュール１２ｂに供給する第２の給水ラインＬ７と、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂからの透過水を流通させる第２の透過水ラインＬ８とが追加して設けられている。また、第２の給水ラインＬ７には、濃縮水タンク２１内の一次濃縮水を加圧して第２のＲＯ膜モジュール１ｂｃに供給する加圧ポンプ２２が設けられ、濃縮水タンク２１には、濃縮水タンク２１内の水位を検出する水位センサ２３が設けられている。さらに、濃縮水ラインＬ３には、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流量を調整するための手動弁Ｖ４が設けられている。なお、本実施形態では、排水ラインＬ４は、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂに接続され、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂからの濃縮水を流通させるようになっており、その一方で、第１の実施形態の還流水ラインＬ５は設けられていない。

【0028】

本実施形態では、水処理装置１０の運転時、原水タンク１１に貯留された原水は、加圧ポンプ１３の作動と手動弁Ｖ４の開度調整により、第１のＲＯ膜モジュール１２ａで処理されて透過水と濃縮水とに分離される。そして、第１のＲＯ膜モジュール１２ａで分離された透過水は、第１の透過水ラインＬ２を通じて処理水としてユースポイントに供給され、第１のＲＯ膜モジュール１２ａで分離された濃縮水（一次濃縮水）は、濃縮水ラインＬ３を通じて濃縮水タンク２１に貯留される。濃縮水タンク２１に貯留された一次濃縮水は、加圧ポンプ２２の作動と手動弁Ｖ１の開度調整により、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂで処理されて透過水と濃縮水とに分離される。そして、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂで分離された透過水は、第１のＲＯ膜モジュール１２ａからの透過水と同様に、第２の透過水ラインＬ８を通じて処理水としてユースポイントに供給され、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂで分離された濃縮水は、排水ラインＬ４を通じて外部に排出される。

【0029】

なお、第１のＲＯ膜モジュール１２ａによる原水処理は、原水タンク１１内の水位が所定の下限水位以下になったり、濃縮水タンク２１内の水位が所定の上限水位に達したりすると、加圧ポンプ１３の停止により停止され、原水タンク１１内の水位が所定の上限水位に達すると、加圧ポンプ１３の作動により再開される。また、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂによる一次濃縮水処理は、濃縮水タンク２１内の水位が所定の下限水位になると、加圧ポンプ２２の停止により停止され、濃縮水タンク２１内の水位が所定の上限水位に達すると、加圧ポンプ２２の作動により再開される。

【0030】

こうして、本実施形態では、第１のＲＯ膜モジュール１２ａからの透過水だけでなく、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂからの透過水も処理水として利用することができる。そのため、第１の実施形態と比べて、ＲＯ膜装置１２全体の回収率（透過水の合計流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の合計流量の割合）を高めることが可能になる。なお、ＲＯ膜装置１２全体の回収率がさほど要求されない場合には、第２の透過水ラインＬ８が原水タンク１１に接続され、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂからの透過水が原水タンク１１に還流するようになっていてもよい。これにより、第１のＲＯ膜モジュール１２ａには、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂからの清澄な透過水で希釈された原水が供給されるため、処理水質を向上させることが可能になる。

【0031】

ところで、第１のＲＯ膜モジュール１２ａによる原水処理は、一次濃縮水中の対象成分濃度が析出回避条件を満たすように行われることが好ましいところ、本実施形態においても、その条件が満たされないことがある。このような場合でも、第１の実施形態と同様に、水処理装置１０の運転時の濃縮時間を１５分以下、好ましくは１０分以下、より好ましくは５分以下にすることで、第１のＲＯ膜モジュール１２ａのＲＯ膜の膜面に氷晶石が析出することを抑制することができる。

【0032】

本実施形態における「濃縮時間」とは、第１の実施形態と同様に、原水タンク１１からＲＯ膜装置１２に供給される原水中の対象成分がＲＯ膜装置１２で濃縮されて濃縮排水と共に外部に排出されるまでに通過する容積の総和を、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量で割った値として定義されるものである。具体的には、第１の給水ラインＬ１を構成する配管の容積と、第１のＲＯ膜モジュール１２ａの一次側の容積と、濃縮水ラインＬ３を構成する配管の容積と、濃縮水タンク２１の最大保有水量（濃縮水タンク２１内の水位が所定の上限水位にあるときの保有水量）に相当する容量と、第２の給水ラインＬ７を構成する配管の容積と、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂの一次側の容積と、排水ラインＬ４を構成する配管の容積との和を、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量で割った値として定義されるものである。ただし、ＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂの一次側の容積や各ラインＬ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ７を構成する配管の容積は、濃縮水タンク２１の容積に比べて小さい場合には、濃縮時間の算出から除外してもよい。

【0033】

濃縮時間は、第１の実施形態と同様に、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量を調整することで調整可能である他、濃縮水タンク２１の最大保有水量が調整可能であれば、その最大保有水量を調整することでも調整可能である。濃縮排水の設定流量（目標流量）は、濃縮時間の目標値（１５分以下、好ましくは１０分以下、より好ましくは５分以下）に基づいて決定され、濃縮排水の流量がその目標流量になるように、手動弁Ｖ１の開度が調整される。具体的には、まず、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の目標流量と、ＲＯ膜装置１２全体の目標回収率とに基づいて、ＲＯ膜装置１２からの処理水の目標流量が決定される。そして、その目標流量に基づいて、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水と第２の透過水ラインＬ８を流れる透過水のそれぞれの目標流量が、各ＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂの負荷も考慮して設定される。こうして、それぞれの目標流量が設定されると、加圧ポンプ１３の回転数制御と手動弁Ｖ４の開度調整が行われ、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量が目標流量に調整される。それと同時に、加圧ポンプ２２の回転数制御と手動弁Ｖ１の開度調整が行われ、第２の透過水ラインＬ８を流れる透過水の流量が目標流量に調整されるとともに、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量も目標流量に調整される。

【0034】

上述したように、濃縮時間は、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量を調整することで調整可能であるが、濃縮水タンク２１の最大保有水量によっては、濃縮排水の流量を調整しても、濃縮時間を１５分以下にすることが困難な場合がある。そのため、濃縮水タンク２１は必ずしも設けられていなくてもよく、その場合、加圧ポンプ２２の代わりに、濃縮水ラインＬ３と第２の給水ラインＬ７との間にブースターポンプが設けられていてもよい。このような構成では、第１のＲＯ膜モジュール１２ａの透過水と濃縮水の流量バランスが変化すると、それに応じて、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂの透過水と濃縮水の流量バランスも変化する。そのため、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量調整は、第１のＲＯ膜モジュール１２ａの透過水と濃縮水の流量バランスが調整された後で行われることが好ましい。すなわち、加圧ポンプ１３の回転数制御と手動弁Ｖ４の開度調整により、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量が目標流量に調整された後で、ブースターポンプの回転数制御と手動弁Ｖ１の開度調整により、第２の透過水ラインＬ８を流れる透過水の流量と排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の流量がそれぞれ目標流量に調整されることが好ましい。

【0035】

（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装置の構成を示す概略図である。以下、上述した実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、上述した実施形態と異なる構成のみ説明する。

【0036】

本実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂからの透過水を処理するために、さらに別のＲＯ膜モジュールが追加されている点で第２の実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態のＲＯ膜装置１２は、第１のＲＯ膜モジュール１２ａと、第２のＲＯ膜モジュール１２ｂと、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂからの透過水を処理する第３のＲＯ膜モジュール１２ｃとの３つのＲＯ膜モジュール１２ａ～１２ｃから構成されている。

【0037】

これに伴い、本実施形態では、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂからの透過水（以下、「一次透過水」ともいう）を貯留する透過水タンク２４と、透過水タンク２４に貯留された一次透過水を第３のＲＯ膜モジュール１２ｃに供給する第３の給水ラインＬ９と、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃからの透過水（処理水）を流通させる処理水ラインＬ１０とが追加して設けられている。また、第３の給水ラインＬ９には、透過水タンク２４内の一次透過水を加圧して第３のＲＯ膜モジュール１２ｃに供給する加圧ポンプ２５が設けられ、透過水タンク２４には、透過水タンク２４内の水位を検出する水位センサ２６が設けられている。なお、本実施形態では、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃからの濃縮水の全部を原水タンク１１に還流させるために、第１の実施形態の還流水ラインＬ５が第３のＲＯ膜モジュール１２ｃに接続されている。

【0038】

本実施形態では、水処理装置１０の運転時、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂで分離された透過水（一次透過水）は、それぞれ第１および第２の透過水ラインＬ２，Ｌ８を通じて透過水タンク２４に貯留される。透過水タンク２４に貯留された一次透過水は、加圧ポンプ２５の作動と手動弁Ｖ２の開度調整により、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃで処理されて透過水と濃縮水とに分離される。そして、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃで分離された透過水は、処理水ラインＬ２を通じて処理水としてユースポイントに供給され、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃで分離された濃縮水は、還流水ラインＬ５を通じて原水タンク１１に還流する。なお、第３のＲＯ膜モジュール１２ｃによる一次透過水処理は、透過水タンク２４内の水位が所定の下限水位になったり、原水タンク１１内の水位が所定の上限水位に達したりすると、加圧ポンプ２５の停止により停止され、透過水タンク２４内の水位が所定の上限水位に達すると、加圧ポンプ２２の作動により再開される。

【0039】

こうして、本実施形態では、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂからの透過水をさらに処理してユースポイントに供給するようになっているため、ＲＯ膜装置１２全体の回収率を高く維持しながら処理水質を向上させることも可能になる。なお、本実施形態は、第１および第２のＲＯ膜モジュール１２ａ，１２ｂからの透過水をさらに処理する点を除いて、第２の実施形態と同様の構成を有している。したがって、濃縮時間の定義や、その濃縮時間を所定時間以下（１５分以下、好ましくは１０分以下、より好ましくは５分以下）にすることで、第１のＲＯ膜モジュール１２ａにおいて氷晶石スケールの発生を抑制できることは、第２の実施形態と同様である。また、滞留時間の調整方法についても、第２の実施形態と同様である。一方で、本実施形態では、第２の実施形態とは異なり、排水ラインＬ４を流れる濃縮排水の目標流量が決定されると、濃縮排水の流量がその目標流量になるように、手動弁Ｖ１の開度が調整される。それと同時に、濃縮排水の目標流量と、ＲＯ膜装置１２全体の目標回収率とに基づいて、処理水ラインＬ１０を流れる処理水の目標流量が決定され、処理水の流量がその目標流量になるように、加圧ポンプ２５の回転数制御と手動弁Ｖ２の開度調整が行われる。

【0040】

なお、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、濃縮水タンク２１は必ずしも設けられていなくてもよく、その場合、加圧ポンプ２２の代わりに、ブースターポンプが設けられていてもよい。

【0041】

次に、具体的な実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。

【0042】

（実施例１）
本実施例では、図１に示す水処理装置を模擬した試験装置を用いて連続運転を行い、ＲＯ膜のフラックス（透過流束）の経時変化を測定した。原水として、純水に塩酸および水酸化ナトリウムを添加してｐＨを６．０に調整し、濃縮水中のナトリウム濃度、フッ素濃度、およびアルミニウム濃度が、それぞれ１３００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、および２．５ｍｇ／Ｌになるように、フッ化ナトリウム、塩化アルミニウム、およびケイ酸ナトリウムを添加したものを用いた。運転期間を通じて、原水の水温は２０～２５℃であった。したがって、上記対象成分濃度の合計は、２５℃の水に対する氷晶石の溶解度（４１８ｍｇ／Ｌ）以上であった。また、上記対象成分濃度から算出される濃縮水中のナトリウムイオン濃度とヘキサフルオロアルミン酸イオン濃度との積は、１．７×１０^－７（ｍｏｌ／Ｌ）^４であり、これは、２５℃における氷晶石の溶解度積（４．０７×１０－^１０（ｍｏｌ／Ｌ）^４）以上であった。また、スケール防止剤として、アクリル酸と２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸との共重合体からなるものを用い、そのようなスケール防止剤を、濃縮水中の濃度が１００ｍｇ／Ｌになるように原水に添加した。

【0043】

ＲＯ膜装置のＲＯ膜モジュールとして、単一のベッセルに１本のＲＯ膜エレメントを収容したものを用い、ＲＯ膜エレメントとして、デュポン社製のＲＯ膜エレメント（品番：ＢＷ３０ＸＦＲ）を用いた。ＲＯ膜モジュールの一次側の容積と、給水ライン、濃縮水ライン、および排水ラインを構成する配管の全容積は、合計で１０Ｌであった。透過水の目標流量を１４０Ｌ／ｈに設定し、ＲＯ膜装置の操作圧力を０．４～０．６ＭＰａとした。そして、濃縮時間が１５分になるように濃縮排水の目標流量を４０Ｌ／ｈに設定した。また、最低濃縮水量として７００Ｌ／ｈを確保するために、濃縮還流水の流量を６６０Ｌ／ｈに調整した。

【0044】

（実施例２）
濃縮時間が１０分になるように濃縮排水の目標流量を６０Ｌ／ｈに設定し、それに伴い、濃縮還流水の流量を６４０Ｌ／ｈに調整したことを除いて、実施例１と同様の条件で測定を行った。

【0045】

（実施例３）
濃縮時間が５分になるように濃縮排水の目標流量を１２０Ｌ／ｈに設定し、それに伴い、濃縮還流水の流量を５８０Ｌ／ｈに調整したことを除いて、実施例１と同様の条件で測定を行った。

【0046】

（実施例４）
スケール防止剤を原水に添加しないことを除いて、実施例１と同様の条件で測定を行った。

【0047】

（実施例５）
スケール防止剤を原水に添加しないことを除いて、実施例２と同様の条件で測定を行った。

【0048】

（実施例６）
濃縮水中のナトリウム濃度、フッ素濃度、およびアルミニウム濃度が、それぞれ１２６０ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、および３．４ｍｇ／Ｌになるように、原水に対して、フッ化ナトリウム、塩化アルミニウム、およびケイ酸ナトリウムを添加したことを除いて、実施例１と同様の条件で測定を行った。なお、このときの濃縮水中のナトリウムイオン濃度とヘキサフルオロアルミン酸イオン濃度との積は、２．１×１０^－７（ｍｏｌ／Ｌ）^４であった。

【0049】

（比較例１）
濃縮時間が２０分になるように濃縮排水の目標流量を３０Ｌ／ｈに設定し、それに伴い、濃縮還流水の流量を６７０Ｌ／ｈに調整したことを除いて、実施例１と同様の条件で測定を行った。

【0050】

（比較例２）
濃縮時間が２０分になるように濃縮排水の目標流量を３０Ｌ／ｈに設定し、それに伴い、濃縮還流水の流量を６７０Ｌ／ｈに調整したことを除いて、実施例６と同様の条件で測定を行った。

【0051】

図４は、実施例１～５および比較例１における測定結果を示すグラフであり、図５は、実施例６および比較例２における測定結果を示すグラフである。なお、グラフの縦軸に示すフラックス保持率は、運転開始時のフラックスを１００％としたときの相対値である。

【0052】

比較例１，２ではいずれも、フラックス保持率は運転時間と共に徐々に減少し、運転開始から１０時間後には１０～２０％程度低下していることが確認された。これは、濃縮水中の対象成分濃度が析出回避条件を満たしていない影響で、ＲＯ膜の膜面に氷晶石が析出し、それによりＲＯ膜の膜面が閉塞したためであると考えられる。これに対し、実施例１～６では、比較例１～３と同様に濃縮水中の対象成分濃度が析出回避条件を満たしていないにもかかわらず、そのような低下は見られていない。また、特に、スケール防止剤を使用しなかった実施例４と実施例５を比較したときに顕著であるが、濃縮時間が短くなるにつれて、フラックス保持率の変化も小さくなっている。このことから、氷晶石には析出時間が存在し、濃縮時間を短くすることで、原水中の不純物（ナトリウム、フッ素、アルミニウムを含む）がその析出時間を超えてＲＯ膜の膜面上に滞留することがなくなるため、氷晶石スケールの発生による膜面の閉塞が抑制されると考えられる。

【0053】

なお、原水の水質および濃縮時間が同じ条件で比較しても、スケール防止剤を使用しなかった場合（実施例４，５）に比べて、スケール防止剤を使用した場合（実施例１，２）には、より良好な結果が得られている。ここで使用したスケール防止剤は、本来はシリカやカルシウムを主成分とするスケールを対象とするものであり、氷晶石スケールを対象とするものではないが、そのようなスケール防止剤が氷晶石スケールにも有効であった理由は、氷晶の成分の一つであるアルミニウムをキレートしたためであると考えられる。

【符号の説明】

【0054】

１０ 水処理装置
１１ 原水タンク
１２ 逆浸透膜（ＲＯ膜）装置
１２ａ 第１の逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュール
１２ｂ 第２の逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュール
１２ｃ 第３の逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュール
１３，２２，２５ 加圧ポンプ
１４，２３，２６ 水位センサ
Ｌ１ 給水ライン（第１の給水ライン）
Ｌ２ 透過水ライン（第１の透過水ライン）
Ｌ３ 濃縮水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５ 還流水ライン
Ｌ６ 原水補給ライン
Ｌ７ 第２の給水ライン
Ｌ８ 第２の透過水ライン
Ｌ９ 第３の給水ライン
Ｌ１０ 処理水ライン
Ｖ１～Ｖ２，Ｖ４ 手動弁
Ｖ３ 開閉弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】