JP2008221063A - 水処理システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】濾過膜装置を備えた水処理システムにおいて、鉄分に起因する濾過膜のファウリングを抑制してこの濾過膜の詰まりを防止する。
【解決手段】給水ライン２に設けられた濾過膜装置４を備え、この濾過膜装置４からの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜装置４の上流側の前記給水ライン２へ還流させる水処理システム１の運転方法であって、前記濾過膜装置４の運転条件を、前記濾過膜装置４への給水における鉄分の粒径に基づいて設定する。具体的には、前記濾過膜装置４への給水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置４からの濃縮水排水流量を多くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、給水ラインに設けられた濾過膜装置を備えた水処理システムの運転方法に関する。

蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器等の熱機器や、半導体洗浄装置等の水使用機器などの機器への給水の水処理システムとして、前記機器への給水ラインに濾過膜装置を設けた水処理システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。前記濾過膜装置においては、一側から流入した給水が濾過膜で濾過され、他側から処理水と濃縮水とが流出する。処理水は、前記給水ラインを流れて前記機器へ供給される。一方、濃縮水は前記濾過膜装置と接続された濃縮水ラインへ流出する。そして、クロスフロー型の濾過膜装置においては、前記濃縮水ラインは、排水ラインと還流ラインとに分岐しており、前記濾過膜装置から流出した濃縮水は、一部が前記排水ラインを介して系外へ排水されるとともに、残部が前記還流ラインを介して前記濾過膜装置の上流側へ還流される。

ここで、前記濾過膜装置への給水としてたとえば地下水を使用する場合、地下水に含まれる鉄分を除去するために、前記濾過膜装置の上流側の前記給水ラインに除鉄装置が設けられる。この場合、前記除鉄装置への給水に酸化剤としてたとえば次亜塩素酸ナトリウムを添加し、水中の鉄分を酸化させて不溶性の水酸化第二鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）とする。そして、前記除鉄装置において、アンスラサイト，濾過砂などの濾材によって給水が濾過され、給水に含まれる鉄分が水酸化第二鉄のかたちで除去される。
特開２００５−２９６９４４号公報

ところで、本願発明者は、水酸化第二鉄などの不溶性の鉄分は、その濃度が高くなるほど、粒子同士が互いに結合して凝集が進行し粒径が大きくなりやすく、また時間が経過するほど粒子同士が互いに結合して凝集が進行し粒径が大きくなることを見出した。ここで、前記除鉄装置から前記濾過膜装置へ供給される給水に、この除鉄装置において除去しきれなかった水酸化第二鉄が含まれている場合、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量が少なくなるほど、前記濾過膜の表面付近において濃縮が進み、水酸化第二鉄の濃度が高くなる。この場合、前記濾過膜の表面付近において水酸化第二鉄の凝集が進行し粒径が大きくなる。また、濃縮水の一部は、前記濾過膜装置の上流側へ還流するので、時間の経過とともに、還流した濃縮水に含まれる水酸化第二鉄の凝集が進行し、その粒径が大きくなる。このようにして水酸化第二鉄の粒径が大きくなると、前記濾過膜の表面において水酸化第二鉄が沈着または吸着するファウリングが発生しやすくなり、前記濾過膜が詰まりやすくなる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、濾過膜装置を備えた水処理システムにおいて、鉄分に起因する濾過膜のファウリングを抑制してこの濾過膜の詰まりを防止することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、給水ラインに設けられた濾過膜装置を備え、この濾過膜装置からの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜装置の上流側の前記給水ラインへ還流させる水処理システムの運転方法であって、前記濾過膜装置の運転条件を、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径に基づいて設定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量を多くすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置への給水への分散剤添加の有無であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記濾過膜装置への給水へ分散剤を添加することを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置への給水流量であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置への給水流量を減少させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記濾過膜装置の運転条件を、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径に基づいて設定することにより、前記濾過膜装置の濾過膜において鉄分に起因して発生するファウリングを抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量を多くするので、前記濾過膜装置の濾過膜の表面付近における鉄分の濃縮度合が低くなり、鉄分の凝集を抑制することができるとともに、粒径が大きくなった鉄分を系外へ排出することができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記濾過膜装置への給水へ分散剤を添加するので、分散剤の作用により鉄分の粒径を小さくすることができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置への給水流量を減少させるので、前記濾過膜へ運ばれる鉄分の量を減少させることができ、前記濾過膜の表面付近における鉄分の濃縮度合を抑制することができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

つぎに、この発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
まず、この発明の第一実施形態について説明する。図１は、この発明の第一実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。

図１に示す水処理システム１は、ボイラ等の熱機器や、半導体洗浄装置等の水使用機器などの機器（図示省略）への給水ライン２を備え、この給水ライン２に上流側から順に除鉄装置３と濾過膜装置４とが設けられている。前記除鉄装置３と前記濾過膜装置４の間の前記給水ライン２には、鉄分の粒径測定手段としてパーティクルカウンター５が接続されており、またこのパーティクルカウンター５の下流側に給水ポンプ６が設けられている。前記パーティクルカウンター５および前記給水ポンプ６は、制御部７と接続されている。

前記除鉄装置３は、アンスラサイト，濾過砂などの濾材（図示省略）を濾過塔（図示省略）に充填して構成され、この濾過塔において給水中の鉄分（具体的には後述する水酸化第二鉄）が捕捉されて除去されるようになっている。

前記除鉄装置３の上流側の前記給水ライン２へは、酸化剤添加装置（図示省略）により、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム溶液が添加されるようになっている。前記給水ライン２へ次亜塩素酸ナトリウムが添加されると、給水に含まれる鉄分が酸化されて不溶性の水酸化第二鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）となり、この水酸化第二鉄が前記除鉄装置３において除去されるようになっている。

前記濾過膜装置４は、濾過膜モジュール（図示省略）により給水を濾過処理し、給水に含まれる不純物を除去するように構成されている。前記濾過膜モジュールの濾過膜は、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）などの合成高分子膜であり、前記機器の種類に応じて適宜選択される。ちなみに、前記逆浸透膜は、分子量が数十程度の物質の透過を阻止できる液体分離膜である。一方、前記ナノ濾過膜は、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止できる液体分離膜である。

前記濾過膜装置４にあっては、一側から供給された給水が、他側から処理水と濃縮水として流出するようになっている。そして、処理水は前記給水ライン２を流れて前記機器へ供給されるようになっている。一方、濃縮水は前記濾過膜装置４と接続された濃縮水ライン８へ流出するようになっている。この濃縮水ライン８は、排水ライン９と還流ライン１０とに分岐しており、この還流ライン１０は前記除鉄装置３と前記濾過膜装置４の間の前記給水ライン２と接続されている。したがって、前記濾過膜装置４から前記濃縮水ライン８へ流出した濃縮水は、一部が前記排水ライン９を介して系外へ排水されるとともに、残部が前記還流ライン１０を介して前記濾過膜装置４の上流側の前記給水ライン２へ還流するようになっている。

前記排水ライン９は、第一排水ライン１１，第二排水ライン１２および第三排水ライン１３に分岐しており、これら各排水ライン１１，１２，１３には、第一排水バルブ１４，第二排水バルブ１５および第三排水バルブ１６がそれぞれ設けられている。前記各排水バルブ１４，１５，１６は、前記制御部７と接続されている。そして、前記各排水バルブ１４，１５，１６は、前記制御部７からの開閉信号を受けて開閉状態が設定されるようになっており、前記各排水バルブ１４，１５，１６の開閉状態を変えることにより、前記排水ライン９からの濃縮水排水流量が段階的に調節されるようになっている。

前記パーティクルカウンター５は、給水中の粒子からの光の散乱の強さを測定し、粒子の大きさに比例した光強度を電気信号として取り出すものである。このパーティクルカウンター５により、給水中の水酸化第二鉄の平均粒径が測定され、その測定結果が前記制御部７へ入力されるようになっている。

さて、前記水処理システム１の運転方法について説明する。ここで、この発明に係る水処理システムの運転方法は、給水ラインに設けられた濾過膜装置の運転に関するものである。具体的には、前記濾過膜装置の運転条件を、この濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径に基づいて設定する。この第一実施形態の水処理システム１では、前記濾過膜装置４の運転条件は、この濾過膜装置４からの濃縮水排水流量である。そして、この濾過膜装置４からの濃縮水排水流量は、この濾過膜装置４への給水における鉄分の粒径に基づいて設定される。

具体的に説明すると、前記濾過膜装置４への給水における鉄分の粒径は、前記パーティクルカウンター５によって測定される。鉄分とは、ここでは具体的には水酸化第二鉄である。そして、前記制御部７は、前記パーティクルカウンター５によって測定された水酸化第二鉄の平均粒径（以下、単に「粒径」と云う）が大きくなるほど、前記濾過膜装置４からの濃縮水排水流量が段階的に多くなるように、前記各排水バルブ１４，１５，１６へ開閉信号を出力する。

以上説明した前記水処理システム１によれば、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置４からの濃縮水排水流量が段階的に多くなるので、前記濾過膜装置４の濾過膜（図示省略）の表面付近における水酸化第二鉄の濃縮度合が低くなり、水酸化第二鉄の凝集を抑制することができるとともに、粒径が大きくなった水酸化第二鉄を系外へ排出することができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

また、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の濃度が高くても、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置４からの濃縮水排水流量を段階的に多くすることにより、前記濾過膜において鉄分に起因して発生するファウリングを抑制することができる。したがって、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の許容濃度を高く設定することもできる。

ここで、この第一実施形態の変形例について説明する。具体的な図示は省略するが、前記水処理システム１において、前記パーティクルカウンター５を前記濃縮水ライン８に設けて濃縮水における水酸化第二鉄の粒径を測定し、前記と同様に、粒径が大きくなるほど前記濾過膜装置４からの濃縮水排水流量を多くしてもよい。

（第二実施形態）
つぎに、この発明の第二実施形態について説明する。図２は、この発明の第二実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。図２において、前記第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第二実施形態の水処理システム２０においては、前記給水ポンプ６と前記濾過膜装置４の間の前記給水ライン２に、分散剤添加装置２１が接続されている。この分散剤添加装置２１は、分散剤供給ライン２２を介して前記給水ライン２と接続された分散剤貯留部２３を備えている。この分散剤貯留部２３には、分散剤としてポリアクリル酸ナトリウムが貯留されている。このポリアクリル酸ナトリウムは、前記分散剤供給ライン２２に設けられ、前記制御部７と接続された分散剤供給ポンプ２４によって、前記給水ライン２へ添加されるようになっている。

ちなみに、図２においては、前記排水ライン９は分岐していない。そして、この排水ライン９には、排水バルブ（図示省略）が設けられている。

さて、前記水処理システム２０の運転方法について説明する。この水処理システム２０では、前記パーティクルカウンター５によって測定された給水の水酸化第二鉄の粒径に基づいて設定される前記濾過膜装置４の運転条件は、前記分散剤添加装置２１による分散剤添加の有無である。

具体的に説明すると、前記制御部７は、前記パーティクルカウンター５によって測定された水酸化第二鉄の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記分散剤供給ポンプ２４へ運転指令を出力する。これにより、前記分散剤供給ポンプ２４が運転され、前記分散剤貯留部２３のポリアクリル酸ナトリウムが前記給水ライン２へ添加される。これにより、給水に含まれる水酸化第二鉄の粒径が小さくなる。

ここで、所定の粒径は、前記濾過膜装置４の濾過膜（図示省略）において水酸化第二鉄に起因するファウリングの発生を抑制することができるように設定される。

以上説明した前記水処理システム２０によれば、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記濾過膜装置４への給水へ分散剤を添加するので、分散剤の作用により水酸化第二鉄の粒径を小さくすることができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

また、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の濃度が高くても、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記濾過膜装置４への給水へ分散剤を添加することにより、前記濾過膜において鉄分に起因して発生するファウリングを抑制することができる。したがって、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の許容濃度を高く設定することもできる。

（第三実施形態）
つぎに、この発明の第三実施形態について説明する。図３は、この発明の第三実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。図３において、前記第一，第二実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第三実施形態の水処理システム３０は、前記第一実施形態の水処理システム１と基本構成を同じくしているが、前記第二実施形態と同様に、前記排水ライン９が分岐しておらず、この排水ライン９に排水バルブ（図示省略）が設けられている。

さて、前記水処理システム３０の運転方法について説明する。この水処理システム３０では、前記パーティクルカウンター５によって測定された給水の水酸化第二鉄の粒径に基づいて設定される前記濾過膜装置４の運転条件は、前記濾過膜装置４への給水流量である。

具体的に説明すると、前記制御部７は、前記パーティクルカウンター５によって測定された水酸化第二鉄の粒径が大きくなるほど、前記給水ポンプ６の回転数を減らし、前記濾過膜装置４への給水流量を少なくする。

以上説明した前記水処理システム３０によれば、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置４への給水流量を減少させるので、前記濾過膜（図示省略）へ運ばれる水酸化第二鉄の量を減少させることができ、前記濾過膜の表面付近における鉄分の濃縮度合を抑制することができる。これにより、前記濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができ、前記濾過膜の詰まりを防止することができる。

また、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の濃度が高くても、前記濾過膜装置４への給水における水酸化第二鉄の粒径に基づいて、前記濾過膜装置４への給水流量を減少させることにより、前記濾過膜において鉄分に起因して発生するファウリングを抑制することができる。したがって、前記除鉄装置３からの給水に含まれる鉄分の許容濃度を高く設定することもできる。

以上、この発明を前記各実施形態によって説明したが、この発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。たとえば、前記第一実施形態の水処理システム１において、前記排水ライン８を前記各排水ライン１１，１２，１３に分岐せずに、前記排水ライン８に比例制御弁を設け、この比例制御弁の開度を調節することにより、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。

この発明の第一実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。 この発明の第二実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。 この発明の第三実施形態を実施するための水処理システムの構成を示す概略的な説明図である。

符号の説明

１，２０，３０ 水処理システム
２ 給水ライン
４ 濾過膜装置

Claims (4)

1. 給水ラインに設けられた濾過膜装置を備え、この濾過膜装置からの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜装置の上流側の前記給水ラインへ還流させる水処理システムの運転方法であって、
   前記濾過膜装置の運転条件を、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径に基づいて設定することを特徴とする水処理システムの運転方法。
2. 前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置からの濃縮水排水流量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の水処理システムの運転方法。
3. 前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置への給水への分散剤添加の有無であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が所定の粒径を超えたとき、前記濾過膜装置への給水へ分散剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の水処理システムの運転方法。
4. 前記濾過膜装置の運転条件は、前記濾過膜装置への給水流量であり、前記濾過膜装置への給水または前記濾過膜装置からの濃縮水における鉄分の粒径が大きくなるほど、前記濾過膜装置への給水流量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の水処理システムの運転方法。

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