水処理方法及び水処理システム
【課題】劣悪な水質の硬水を用いても、高い塩除去率及び透過水量を維持できる水処理方法を提供する。
【解決手段】軟水の脱気処理工程及び脱気処理された処理水の第１逆浸透膜分離工程を備え、且つ原水の軟化プロセス；陽イオン交換樹脂床の全体を対向流により再生させる再生プロセスを含み、再生プロセスでは、硬度リーク防止床に対し再生レベル１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒの再生液量を供給し、軟化プロセスでは、電気伝導率１５０ｍＳ／ｍ以下且つ全硬度５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給し、更にＲＯ膜モジュール６ｂは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成され、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率９９％以上の逆浸透膜を有する。
【解決手段】軟水の脱気処理工程及び脱気処理された処理水の第１逆浸透膜分離工程を備え、且つ原水の軟化プロセス；陽イオン交換樹脂床の全体を対向流により再生させる再生プロセスを含み、再生プロセスでは、硬度リーク防止床に対し再生レベル１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒの再生液量を供給し、軟化プロセスでは、電気伝導率１５０ｍＳ／ｍ以下且つ全硬度５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給し、更にＲＯ膜モジュール６ｂは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成され、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率９９％以上の逆浸透膜を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜分離装置を用いた水処理方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜を用いた純水の製造システムでは、原水中に含まれる鉄分（典型的には、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の膜面等に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象が発生して、塩除去率及び透過水量が低下する。このため、除鉄装置による前処理を行なうのが一般的である。
【０００４】
除鉄装置は、原水に酸化剤を注入して、鉄分を不溶化して除去する設備である。しかし、ＲＯ膜への供給水に酸化剤が残留すると膜自体が劣化するため、除鉄装置の後段に、更に活性炭濾過装置を設ける必要がある。従って、従来の純水の製造システムでは、原水に残留する酸化剤を除去するための前処理が複雑となり、造水のコストが高くなることが避けられなかった。
【０００５】
そこで、本出願人は、硬度が５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水をＲＯ膜に供給することにより、ＲＯ膜の酸化劣化を抑制しつつ、塩除去率を高めて高純度の純水を安定供給することができる純水の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水に対しては、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水を製造することや、実用的な採水量を確保することが困難であった。例えば、特許文献１に開示された向流再生方式の硬水軟化装置では、再生プロセス中にイオン交換樹脂床が流動しやすい。このため、イオン交換樹脂床の再生率が低くなる傾向にあり、ＲＯ膜に対して高純度の軟水を恒常的に供給することが困難となっていた。また、特許文献１に開示されたスプリット・フロー再生方式の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水を使用するに際して、出口領域をほぼ完全に再生する必要があり、その再生条件を最適化することが求められている。
【０００８】
従って、本発明は、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、高い塩除去率及び透過水量を維持することができる水処理方法及び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】
【０００９】
本発明は、原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化工程と、硬水軟化工程で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスを含んで運転され、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する一方で、再生プロセス後の軟化プロセスでは、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の硬水を供給し、前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、水処理方法に関する。
【００１０】
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
【００１１】
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含むことが好ましい。
【００１２】
また、第２逆浸透膜分離工程を含む場合においては、第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記陽イオン交換樹脂床塔においては、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスを含んで運転され、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させると共に、押出プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化装置と、前記硬水軟化装置で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さが１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、再生プロセス後の軟化プロセスにおいて、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給する原水供給手段と、を備え、前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、水処理システムに関する。
【００１５】
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
【００１６】
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備えることが好ましい。
【００１７】
また、第２逆浸透膜分離装置を備える構成においては、前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
【００１８】
また、前記バルブ手段は、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスに切り換え可能に構成され、前記再生液供給手段は、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させるように構成され、前記原水供給手段は、押出プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、高い塩除去率及び透過水量を維持することができる水処理方法及び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】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】硬水軟化装置３の概略断面図である。
【図３】制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【図５】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【図６】第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について、図面を参照しながら説明する。水処理システム１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図２は、硬水軟化装置３の概略断面図である。図３は、制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。図４（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、逆浸透膜分離装置６と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６と、濃縮水ラインＬ７と、を備える。
なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２３】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２（後述）に接続されている。
【００２４】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された水道水や地下水等の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０（後述）と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。原水ポンプ２は、制御部１０により運転（駆動及び停止）が制御される。
【００２５】
原水ラインＬ１には、原水通水弁（不図示）が設けられている。原水通水弁は、原水ラインＬ１を開閉する。原水通水弁は、弁体の駆動部が不図示の信号線を介して制御部１０と電気的に接続されている。原水通水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。
【００２６】
原水ラインＬ１、原水ポンプ２、不図示の原水通水弁、不図示の原水流量計（又はタイマ）は、本実施形態における原水供給手段を構成する。
【００２７】
また、原水ラインＬ１、原水ポンプ２及び不図示の原水通水弁は、後述する再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に供給する原水供給手段としても機能する。
【００２８】
硬水軟化装置３は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を、陽イオン交換樹脂床３１１（後述）においてナトリウムイオン（又はカリウムイオン）に置換して軟水Ｗ２を製造する設備である。硬水軟化装置３は、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床塔としての圧力タンク３１と、バルブ手段としてのプロセス制御バルブ３２と、を主体に構成されている。
【００２９】
圧力タンク３１は、上部に開口部を有する有底の筒状体であり、開口部が蓋部材で密閉されている。圧力タンク３１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなる陽イオン交換樹脂床３１１、及び濾過砂利からなる支持床３１２が収容されている。
【００３０】
陽イオン交換樹脂床３１１は、原水Ｗ１を軟水化する処理材として機能する。陽イオン交換樹脂床３１１は、圧力タンク３１の内部において、支持床３１２の上部に積層されている。陽イオン交換樹脂床３１１の深さＤ１は、３００〜１５００ｍｍの範囲に設定されている。
【００３１】
支持床３１２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床３１２は、圧力タンク３１の底部側に収容されている。
【００３２】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン３２１が設けられている。頂部スクリーン３２１は、不図示の第１流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３３】
頂部スクリーン３２１による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン３２１は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部集液部として機能する。
【００３４】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の底部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン３２２が設けられている。底部スクリーン３２２は、不図示の第２流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３５】
底部スクリーン３２２による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部付近に設定される。底部スクリーン３２２は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部集液部として機能する。
【００３６】
圧力タンク３１において、硬度リーク防止床３１３（後述）より上部であって、陽イオン交換樹脂床３１１の深さ方向の中間部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン３２３が設けられている。中間部スクリーン３２３は、不図示の第３流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３７】
中間部スクリーン３２３による集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部付近に設定される。中間部スクリーン３２３は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。
【００３８】
プロセス制御バルブ３２は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、少なくとも、原水Ｗ１を下降流で通過させて軟水Ｗ２を製造する軟化プロセスＳＴ１における原水Ｗ１の流れ；再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる再生プロセスＳＴ３における塩水Ｗ３の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００３９】
本実施形態における再生プロセスＳＴ３では、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床３１１の底部（すなわち、底面）を基点として深さＤ２が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床３１３（後述）に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。ここで、再生レベルとは、単位容積のイオン交換樹脂の再生に使用される再生剤量をいう。また、再生剤として塩化ナトリウムを用いる場合、１ｅｑは、５８．５ｇに相当する。
【００４０】
硬度リーク防止床３１３とは、軟化プロセスＳＴ１での硬度リークを極力防止するために、陽イオン交換樹脂床３１１において十分に再生する必要のある領域である。硬度リーク防止床３１３の深さは１００ｍｍあればよく、少なくともこの限定された領域を所定の再生レベルで再生すれば、硬度リークを極力防止できる。
【００４１】
また、プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、再生プロセスＳＴ３の後に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水Ｗ１の対向流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す押出プロセスＳＴ４における原水Ｗ１の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００４２】
プロセス制御バルブ３２には、排水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。排水ラインＬ４からは、再生プロセスや押出プロセス等において使用された塩水Ｗ３や原水Ｗ１が排水Ｗ４として排出される。
【００４３】
更に、プロセス制御バルブ３２において、内部に備えられた弁体の駆動部は、制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。プロセス制御バルブ３２における弁の切り換えは、制御部１０により制御される。
【００４４】
ここで、硬水軟化装置３において実施される各プロセスについて説明する。
本実施形態の水処理システム１において、後述する制御部１０は、プロセス制御バルブ３２の流路を切り換えることにより、図３に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ６の運転を実施する。
（ＳＴ１）原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる軟化プロセス
（ＳＴ２）洗浄水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止床３１３に対して下から上へ通過させる再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止床３１３に対して下から上へ通過させる押出プロセス
（ＳＴ５）濯ぎ水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（ＳＴ６）補給水としての原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
【００４５】
次に、上記プロセスＳＴ１〜ＳＴ６のうち、主要なプロセスである軟化プロセスＳＴ１、再生プロセスＳＴ３、及び押出プロセスＳＴ４の運転方法について説明する。
【００４６】
軟化プロセスＳＴ１では、図４（ａ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、軟水Ｗ２を製造する。製造された軟水Ｗ２は、底部スクリーン３２２から集液される。
後述する再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１では、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給する。
【００４７】
再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を下降流で通過させる。同時に、塩水Ｗ３を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を上昇流で通過させる。これにより、塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する。再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させる。また、硬度リーク防止床３１３に対しては、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。陽イオン交換樹脂床３１１を再生した使用済みの塩水Ｗ３は、中間部スクリーン３２３から集液される。この再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３の対向流を生成するスプリット・フロー再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。特に、本発明のスプリット・フロー再生では、硬度リーク防止床３１３に対して特定の再生レベルとなる塩水Ｗ３を供給することから、陽イオン交換樹脂床３１１の硬度リーク防止床３１３を含む下側領域を十分に再生することができる。
【００４８】
再生プロセスＳＴ３の終了後に実施される押出プロセスＳＴ４では、図４（ｂ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させる。同時に、原水Ｗ１を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を上昇流で通過させる。これにより、原水Ｗ１の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１に導入された塩水Ｗ３を押し出す。陽イオン交換樹脂床３１１を通過した原水Ｗ１は、中間部スクリーン３２３から集液される。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる。
【００４９】
再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して、スプリット・フロー再生が行われる。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１の全体がほぼ均等に再生されるが、特に硬度リーク防止床３１３を含む下側領域を十分に再生することができる。従って、軟化プロセスＳＴ１では、純度の高い軟水Ｗ２の採水量を最大限にまで高められる。また、スプリット・フロー再生においては、再生剤の押し出しに原水を使用しつつも、押出量を制限しているため、硬度リーク防止床３１３の汚染がほとんどなく、目標純度の軟水Ｗ２を製造することができる。
【００５０】
この再生プロセスＳＴ３を実施することにより、後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給した場合に、硬度リーク量が０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の高純度の軟水Ｗ２を製造することができる。
【００５１】
なお、逆洗浄プロセスＳＴ２、リンス・プロセスＳＴ５、及び補水プロセスＳＴ６については、図示による説明を省略する。
【００５２】
再び、図１を参照しながら水処理システム１の構成について説明する。
塩水タンク４は、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を貯留する。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブ３２と連通し、プロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ３２に組み込まれており、弁体の駆動部が制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、再生プロセスＳＴ３において、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を圧力タンク３１へ送出する。
塩水タンク４、不図示の塩水弁、不図示のエゼクタ及び塩水流量計は、本実施形態における再生液供給手段を構成する。
【００５３】
脱気処理装置５は、硬水軟化装置３により製造された軟水Ｗ２に含まれる遊離炭酸（炭酸ガス）を、気体分離膜モジュールにより脱気処理して、処理水としての脱気水Ｗ５を得る設備である。脱気処理装置５は、硬水軟化装置３（プロセス制御バルブ３２）と逆浸透膜分離装置６との間に設けられている。すなわち、脱気処理装置５は、軟水ラインＬ２を介して硬水軟化装置３の下流側に接続されると共に、通水ラインＬ５を介して逆浸透膜分離装置６の上流側に接続されている。
【００５４】
本実施形態の脱気処理装置５では、中空糸膜からなる内部灌流式の気体分離膜モジュールが用いられる。この様な用途に適した気体分離膜モジュールとしては、例えば、ＤＩＣ社製：製品名「ＳＥＰＡＲＥＬ ＰＦ−０１５」，「ＳＥＰＡＲＥＬ ＰＦ−０３０」等が挙げられる。
【００５５】
逆浸透膜分離装置６は、脱気処理装置５により脱気処理された脱気水Ｗ５を、逆浸透膜（後述のＲＯ膜モジュール６ｂ）により、溶存塩類等が除去された透過水Ｗ６と、溶存塩類等が濃縮された濃縮水Ｗ７とに膜分離処理する設備である。逆浸透膜分離装置６は、通水ラインＬ５を介して脱気処理装置５の下流側に接続されている。
【００５６】
逆浸透膜分離装置６は、加圧ポンプ６ａと、逆浸透膜としてのＲＯ膜モジュール６ｂと、を備える。加圧ポンプ６ａは、脱気処理装置５から送出された脱気水Ｗ５を加圧し、ＲＯ膜モジュール６ｂに送出する。ＲＯ膜モジュール６ｂは、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。逆浸透膜分離装置６は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ６及び濃縮水Ｗ７を製造する。
【００５７】
ＲＯ膜モジュール６ｂの透過水出口には、通水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、脱塩水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール６ｂの濃縮水出口には、濃縮水ラインＬ７の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた濃縮水Ｗ７は、濃縮水ラインＬ７を介して、外部に排出される。なお、膜面での流速を所定範囲に保つため、濃縮水Ｗ７の一部を逆浸透膜分離装置６の上流側の通水ラインＬ５に還流させ、その他の濃縮水Ｗ７を外部に排出するように構成してもよい。
【００５８】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール６ｂは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有する。この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となるものである。このような性能に設定された逆浸透膜は、淡水の脱塩処理において、供給水の硬度が低いほど、電気伝導率（ＥＣ）で評価したときの塩除去率（すなわち、（供給水ＥＣ−透過水ＥＣ）／供給水ＥＣ×１００）が高くなるという特性を持っている。そのため、スプリット・フロー再生を行う硬水軟化装置３で製造された高純度の軟水Ｗ２（実力値として、０．８ｍｇＣａＣＯ３以下）を、（脱気処理装置５を介して）恒常的に供給することで、高い塩除去率（通常、９８．５％以上）を維持することが可能である。
【００５９】
ここで、操作圧力とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール６ｂの一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。
回収率とは、ＲＯ膜モジュール５ｂへの供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑ１に対する透過水の流量Ｑ２の割合（すなわち、Ｑ２／Ｑ１×１００）をいう。
水透過係数は、透過水量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値であり、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値であり、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、ＲＯ膜モジュール５ｂへの入口濃度（Ｃ１）および透過水の濃度（Ｃ２）から、（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００により求められる。
【００６０】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００６１】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の原水流量計、塩水流量計から入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２の動作を制御する。メモリには、本実施形態の硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する。
【００６２】
上記のように構成された水処理システム１において、原水Ｗ１の供給源（不図示）から原水ラインＬ１を介して供給された原水Ｗ１は、原水ポンプ２により硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２へ送出される。原水Ｗ１は、圧力タンク３１の陽イオン交換樹脂床３１１を通過することにより軟化処理され、軟水Ｗ２が製造される。軟水Ｗ２は、更に軟水ラインＬ２を経て脱気処理装置５へ送出される。脱気処理装置５では、軟水Ｗ２が気体分離膜モジュールにより脱気処理され、脱気水Ｗ５が得られる。脱気水Ｗ５は、通水ラインＬ５を経て逆浸透膜分離装置６へ送出される。逆浸透膜分離装置６では、脱気水Ｗ５がＲＯ膜モジュール６ｂにより膜分離処理され、透過水Ｗ６及び濃縮水Ｗ７が製造される。この後、得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、脱塩水として二次精製装置や需要箇所に送出される。
【００６３】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本実施形態の水処理システム１において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１は、塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部スクリーン３２１及び底部スクリーン３２２へそれぞれ配液しながら、中間部スクリーン３２３で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる再生プロセスＳＴ３を含んで運転される。そのため、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水Ｗ２を実用的な採水量の範囲で最大限に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態の水処理システム１において、再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部を基点として深さＤ２（図２参照）が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１において、硬度リークの防止に重要な出口領域である硬度リーク防止床３１３をほぼ完全に再生することができる。これによれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として硬度レベルの高い劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度リーク量を極限にまで抑制した高純度の軟水Ｗ２を得ることができる。
【００６５】
従って、本実施形態の水処理システム１によれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、逆浸透膜分離装置６に対して高純度の軟水Ｗ２を恒常的に供給することができるため、ＲＯ膜モジュール６ｂにおける酸化劣化のみならず、スケーリングやファウリングを抑制して、高い塩除去率を維持することができる。
【００６６】
また、本実施形態の水処理システム１では、再生プロセスＳＴ３において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１に対して、塩水Ｗ３が０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過するように運転される。また、押出プロセスＳＴ４において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１に対して、原水Ｗ１が０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過するように運転される。このように、再生プロセス及び押出プロセスにおける通液の線速度を上記のような条件に規定することにより、陽イオン交換樹脂床３１１の再生効率を高め、軟水Ｗ２の採水量を高めることができる。また、押出プロセスの押出量を上記のような条件に制限することにより、押出水として劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度成分による硬度リーク防止床３１３の汚染を抑制し、軟水Ｗ２の純度を高めることができる。
【００６７】
更に、本実施形態の水処理システム１では、硬水軟化装置３と逆浸透膜分離装置６との間に脱気処理装置５を備える。そのため、逆浸透膜分離装置６で除去することのできない遊離炭酸を、前段の脱気処理装置５において除去することができる。従って、逆浸透膜分離装置６において、より純度の高い純水を製造することができる。また、脱気処理装置５において、軟水Ｗ２に含まれる遊離炭酸が除去されるので、逆浸透膜分離装置６（ＲＯ膜モジュール６ｂ）の負荷を軽減することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。なお、第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に適用される。
【００６９】
図５に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、逆浸透膜分離装置６と、電気脱イオンモジュールとしての電気脱イオン装置７と、を備える。また、水処理システム１Ａは、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ８と、濃縮水ラインＬ７，Ｌ９と、を備える。
【００７０】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「濃縮水Ｗ７」を「第１濃縮水Ｗ７」とし、電気脱イオン装置７で得られた濃縮水を「第２濃縮水Ｗ９」とする。
本実施形態では、逆浸透膜分離装置６の下流側に、電気脱イオン装置７を備える点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施形態において、ＲＯ膜モジュール６ｂ（逆浸透膜分離装置６）の透過水出口には、通水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７は、逆浸透膜分離装置６の下流側に、通水ラインＬ６を介して接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、電気脱イオン装置７へ送出される。
【００７２】
電気脱イオン装置７は、逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６を、イオン交換膜（不図示）により脱イオン水Ｗ８と第２濃縮水Ｗ９とに分離する膜分離処理を行なう設備である。
【００７３】
具体的には、電気脱イオン装置７は、脱塩室及び濃縮室（いずれも不図示）を備える。脱塩室及び濃縮室は、一対の電極間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜（いずれも不図示）を交互に配列することにより形成される。このうち、脱塩室には、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂が収容されている。なお、脱塩室には、少なくとも陽イオン交換樹脂が収容されていればよい（理由は後述）。
【００７４】
電気脱イオン装置７は、電源回路（不図示）と電気的に接続されている。また、本実施形態の制御部１０は、第１実施形態の機能に加えて、電源回路を介して、電気脱イオン装置７に所定の直流電圧を印加する機能を備える。
【００７５】
電気脱イオン装置７において、一対の電極間に直流電圧が印加されると、イオン交換膜を介したイオンの選択的な移動により、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれる残留イオンが、脱塩室で除去される。これにより、脱塩室において、純水としての脱イオン水Ｗ８が製造される。また、電気脱イオン装置７では、濃縮室において、透過水Ｗ６からイオン濃度が高い第２濃縮水Ｗ９が製造される。
【００７６】
電気脱イオン装置７の脱塩室には、通水ラインＬ８の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７で製造された脱イオン水Ｗ８は、通水ラインＬ８を介して、純水として二次精製装置や需要箇所に送出される。一方、電気脱イオン装置７の濃縮室には、濃縮水ラインＬ９の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７で製造された第２濃縮水Ｗ９は、濃縮水ラインＬ９を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ９は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ９を介して、加圧ポンプ６ａの上流側の通水ラインＬ５に返送することもできる。
【００７７】
上述した第２実施形態の水処理システム１Ａによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ａでは、逆浸透膜分離装置６の下流側に、更に電気脱イオン装置７を備える。そのため、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれるイオンを、電気脱イオン装置７において更に除去することができる。従って、より純度の高い純水を製造することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、脱イオン処理を実施する装置として、電気脱イオン装置７を備えた構成について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。
イオン交換樹脂混床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合した状態で収容したものである。イオン交換樹脂混床塔においては、透過水Ｗ６に含まれる陽イオン及び陰イオンが同時に除去される。
【００７９】
一方、陽イオン交換樹脂単床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂のみを収容したものである（カチオンポリッシャとも呼ばれる）。本実施形態のＲＯ膜モジュール６ｂは、負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を備える。このため、ＲＯ膜モジュール６ｂでは、陰イオンが除去されやすい一方で、陽イオンが透過しやすい傾向にある（この傾向は、炭酸，ケイ酸（シリカ）、ホウ酸等の弱酸のイオン化を促進するために軟水Ｗ２のｐＨを高くするとより顕著になる）。この場合において、逆浸透膜分離装置６を透過した陽イオンは、下流側に設けられた陽イオン交換樹脂単床塔により除去される。このように、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合には、陰イオン及び陽イオンが段階的に除去される。
なお、上述した電気脱イオン装置７において、脱塩室に陽イオン交換樹脂のみを収容した場合にも、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合と同様に、陰イオン及び陽イオンを段階的に除去することができる。すなわち、電気脱イオン装置７では、逆浸透膜分離装置６を透過した陽イオンが除去される。
【００８０】
以上のように、脱イオン処理を実施する装置として、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成とした場合においても、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれるイオンを更に除去することができる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る水処理システム１Ｂについて、図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。なお、第３実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に援用される。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ｂは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、第１逆浸透膜分離装置６と、第２逆浸透膜分離装置８と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ１０と、濃縮水ラインＬ７，Ｌ１１と、を備える。
【００８３】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「逆浸透膜分離装置６」を「第１逆浸透膜分離装置６」とする。本実施形態の第１逆浸透膜分離装置６は、脱気水Ｗ５を膜分離処理し、第１透過水Ｗ６及び第１濃縮水Ｗ７を製造する設備である。
本実施形態では、第１実施形態の透過水Ｗ６を「第１透過水Ｗ６」とし、第１実施形態の濃縮水Ｗ７を「第１濃縮水Ｗ７」とする。また、本実施形態では、第２逆浸透膜分離装置８で製造された透過水を「第２透過水Ｗ１０」とし、第２逆浸透膜分離装置８で製造された濃縮水を「第２濃縮水Ｗ１１」とする。
【００８４】
本実施形態に係る水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に、第２逆浸透膜分離装置８を備える点が第１実施形態と異なる。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８は、通水ラインＬ６を介して、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に接続されている。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態における第２逆浸透膜分離装置８の構成は、第１逆浸透膜分離装置６と同じである。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８の加圧ポンプ８ａは、第１逆浸透膜分離装置６の加圧ポンプ６ａと同じである。また、第２逆浸透膜分離装置８のＲＯ膜モジュール８ｂは、第１逆浸透膜分離装置６のＲＯ膜モジュール６ｂと同じ特性であってもよいし、異なる特性であってもよい。ＲＯ膜モジュール８ｂとしては、例えば、通常の逆浸透膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜を有するＮＦ膜モジュールを用いることもできる。第２逆浸透膜分離装置８は、これらＲＯ膜エレメントにより、第１逆浸透膜分離装置６で製造された第１透過水Ｗ６を膜分離処理し、第２透過水Ｗ１０及び第２濃縮水Ｗ１１を製造する。
【００８６】
ＲＯ膜モジュール８ｂの透過水出口には、通水ラインＬ１０の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２透過水Ｗ１０は、通水ラインＬ１０を介して、純水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８ｂの濃縮水出口には、濃縮ラインＬ１１の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２濃縮水Ｗ１１は、濃縮ラインＬ１１を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ１１は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ１１を介して、加圧ポンプ６ａの上流側の通水ラインＬ５に返送することもできる。
【００８７】
上述した第３実施形態の水処理システム１Ｂによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に、更に第２逆浸透膜分離装置８を備える。そのため、第１逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった第１透過水Ｗ６に含まれるイオンを、第２逆浸透膜分離装置８において更に除去することができる。従って、より純度の高い純水を製造することができる。
【００８８】
なお、本実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側に、脱イオン処理を実施する装置として、第２実施形態に示した電気脱イオン装置７を更に備えた構成としてもよい。また、電気脱イオン装置７の代わりに、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。このような構成とした場合には、第１逆浸透膜分離装置６及び第２逆浸透膜分離装置８で除去しきれなかった第２透過水Ｗ１０に含まれるイオンを更に除去することができる。従って、より一層純度の高い純水を製造することができる。
【００８９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００９０】
例えば、第１〜第３実施形態において、脱気処理装置５と逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６との間にアルカリ剤添加装置（不図示）を設け、逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６に供給される脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加する構成としてもよい。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。脱気処理装置５で製造された脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加してｐＨを８以上に上昇させると、脱気処理装置５で除去しきれなかった遊離炭酸がイオン化し、炭酸水素イオンや炭酸イオンに変化する。このため、下流側の逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６において、イオン化した遊離炭酸（炭酸水素イオンや炭酸イオン）を除去することができる。従って、更に純度の高い純水を製造することができる。
【００９１】
また、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加すると、脱気水Ｗ５に含まれるケイ酸（シリカ）の溶解度が上昇するため、シリカ系スケールの発生を抑制することが可能になり、結果として純水の回収率を向上させることができる。また、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加して、ｐＨを９以上とすることにより、ホウ酸の解離（イオン化）が促進されるため、ホウ酸の除去率を向上させることができる。
【００９２】
また、第３実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側にイオン交換樹脂混床塔を設けた場合には、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加することにより、ケイ酸（シリカ）の解離（イオン化）が促進されることで、イオン交換樹脂混床塔の寿命を延ばすことができる。すなわち、第２透過水Ｗ１０中に解離していないケイ酸が残留している場合には、この非イオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂の細孔に物理的に吸着して蓄積していくため、陰イオン交換樹脂の再生利用が困難になる。一方、第２透過水Ｗ１０中に解離したケイ酸が残留している場合には、このイオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂でイオン交換によって除去されるため、陰イオン交換樹脂の再生利用が可能になる。このため、後者の場合には、イオン交換樹脂混床塔の負荷が軽減され、その寿命を延ばすことができる。
【００９３】
また、第１〜第３実施形態において、硬水軟化装置３と脱気処理装置５との間に酸添加装置（不図示）を設け、脱気処理装置５に供給される軟水Ｗ２のｐＨが６以下になるように酸（例えば、塩酸，硫酸等）を添加する構成としてもよい。
【００９４】
また、第１〜第３実施形態において、原水Ｗ１の供給源とは別に、原水ラインＬ１に原水Ｗ１を供給する原水タンクを設け、この原水タンクを含む設備を原水供給手段としてもよい。この場合には、原水タンクに貯留された原水Ｗ１を、洗浄水、押出水、及び濯ぎ水として硬水軟化装置３に供給する。
【符号の説明】
【００９５】
１，１Ａ，１Ｂ 水処理システム
３ 硬水軟化装置
４ 塩水タンク
５ 逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）
５ｂ ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜）
６ 電気脱イオン装置（電気脱イオンモジュール）
８ 第２逆浸透膜分離装置
１０ 制御部
３１ 圧力タンク（陽イオン交換樹脂床塔）
３２ プロセス制御バルブ（バルブ手段）
３１１ 陽イオン交換樹脂床
３１３ 硬度リーク防止床
３２１ 頂部スクリーン
３２２ 底部スクリーン
３２３ 中間部スクリーン
Ｌ１ 原水ライン
Ｌ２ 軟水ライン
Ｌ３ 塩水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０ 通水ライン
Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１１ 濃縮水ライン
Ｗ１ 原水
Ｗ２ 軟水
Ｗ３ 塩水（再生液）
Ｗ４ 排水
Ｗ５ 脱気水
Ｗ６ 透過水（第１透過水）
Ｗ７ 濃縮水（第１濃縮水）
Ｗ８ 脱イオン水
Ｗ９，Ｗ１１ 第２濃縮水
Ｗ１０ 第２透過水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜分離装置を用いた水処理方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜を用いた純水の製造システムでは、原水中に含まれる鉄分（典型的には、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の膜面等に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象が発生して、塩除去率及び透過水量が低下する。このため、除鉄装置による前処理を行なうのが一般的である。
【０００４】
除鉄装置は、原水に酸化剤を注入して、鉄分を不溶化して除去する設備である。しかし、ＲＯ膜への供給水に酸化剤が残留すると膜自体が劣化するため、除鉄装置の後段に、更に活性炭濾過装置を設ける必要がある。従って、従来の純水の製造システムでは、原水に残留する酸化剤を除去するための前処理が複雑となり、造水のコストが高くなることが避けられなかった。
【０００５】
そこで、本出願人は、硬度が５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水をＲＯ膜に供給することにより、ＲＯ膜の酸化劣化を抑制しつつ、塩除去率を高めて高純度の純水を安定供給することができる純水の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水に対しては、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水を製造することや、実用的な採水量を確保することが困難であった。例えば、特許文献１に開示された向流再生方式の硬水軟化装置では、再生プロセス中にイオン交換樹脂床が流動しやすい。このため、イオン交換樹脂床の再生率が低くなる傾向にあり、ＲＯ膜に対して高純度の軟水を恒常的に供給することが困難となっていた。また、特許文献１に開示されたスプリット・フロー再生方式の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水を使用するに際して、出口領域をほぼ完全に再生する必要があり、その再生条件を最適化することが求められている。
【０００８】
従って、本発明は、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、高い塩除去率及び透過水量を維持することができる水処理方法及び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】
【０００９】
本発明は、原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化工程と、硬水軟化工程で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスを含んで運転され、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する一方で、再生プロセス後の軟化プロセスでは、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の硬水を供給し、前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、水処理方法に関する。
【００１０】
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
【００１１】
また、第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含むことが好ましい。
【００１２】
また、第２逆浸透膜分離工程を含む場合においては、第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記陽イオン交換樹脂床塔においては、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスを含んで運転され、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させると共に、押出プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化装置と、前記硬水軟化装置で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さが１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、再生プロセス後の軟化プロセスにおいて、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給する原水供給手段と、を備え、前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、水処理システムに関する。
【００１５】
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
【００１６】
また、前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備えることが好ましい。
【００１７】
また、第２逆浸透膜分離装置を備える構成においては、前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
【００１８】
また、前記バルブ手段は、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスに切り換え可能に構成され、前記再生液供給手段は、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させるように構成され、前記原水供給手段は、押出プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、高い塩除去率及び透過水量を維持することができる水処理方法及び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】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】硬水軟化装置３の概略断面図である。
【図３】制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【図５】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【図６】第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について、図面を参照しながら説明する。水処理システム１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図２は、硬水軟化装置３の概略断面図である。図３は、制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。図４（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、逆浸透膜分離装置６と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６と、濃縮水ラインＬ７と、を備える。
なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２３】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２（後述）に接続されている。
【００２４】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された水道水や地下水等の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０（後述）と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。原水ポンプ２は、制御部１０により運転（駆動及び停止）が制御される。
【００２５】
原水ラインＬ１には、原水通水弁（不図示）が設けられている。原水通水弁は、原水ラインＬ１を開閉する。原水通水弁は、弁体の駆動部が不図示の信号線を介して制御部１０と電気的に接続されている。原水通水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。
【００２６】
原水ラインＬ１、原水ポンプ２、不図示の原水通水弁、不図示の原水流量計（又はタイマ）は、本実施形態における原水供給手段を構成する。
【００２７】
また、原水ラインＬ１、原水ポンプ２及び不図示の原水通水弁は、後述する再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に供給する原水供給手段としても機能する。
【００２８】
硬水軟化装置３は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を、陽イオン交換樹脂床３１１（後述）においてナトリウムイオン（又はカリウムイオン）に置換して軟水Ｗ２を製造する設備である。硬水軟化装置３は、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床塔としての圧力タンク３１と、バルブ手段としてのプロセス制御バルブ３２と、を主体に構成されている。
【００２９】
圧力タンク３１は、上部に開口部を有する有底の筒状体であり、開口部が蓋部材で密閉されている。圧力タンク３１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなる陽イオン交換樹脂床３１１、及び濾過砂利からなる支持床３１２が収容されている。
【００３０】
陽イオン交換樹脂床３１１は、原水Ｗ１を軟水化する処理材として機能する。陽イオン交換樹脂床３１１は、圧力タンク３１の内部において、支持床３１２の上部に積層されている。陽イオン交換樹脂床３１１の深さＤ１は、３００〜１５００ｍｍの範囲に設定されている。
【００３１】
支持床３１２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床３１２は、圧力タンク３１の底部側に収容されている。
【００３２】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン３２１が設けられている。頂部スクリーン３２１は、不図示の第１流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３３】
頂部スクリーン３２１による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン３２１は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部集液部として機能する。
【００３４】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の底部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン３２２が設けられている。底部スクリーン３２２は、不図示の第２流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３５】
底部スクリーン３２２による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部付近に設定される。底部スクリーン３２２は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部配液部、及び陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部集液部として機能する。
【００３６】
圧力タンク３１において、硬度リーク防止床３１３（後述）より上部であって、陽イオン交換樹脂床３１１の深さ方向の中間部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン３２３が設けられている。中間部スクリーン３２３は、不図示の第３流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３７】
中間部スクリーン３２３による集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部付近に設定される。中間部スクリーン３２３は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。
【００３８】
プロセス制御バルブ３２は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、少なくとも、原水Ｗ１を下降流で通過させて軟水Ｗ２を製造する軟化プロセスＳＴ１における原水Ｗ１の流れ；再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる再生プロセスＳＴ３における塩水Ｗ３の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００３９】
本実施形態における再生プロセスＳＴ３では、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床３１１の底部（すなわち、底面）を基点として深さＤ２が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床３１３（後述）に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。ここで、再生レベルとは、単位容積のイオン交換樹脂の再生に使用される再生剤量をいう。また、再生剤として塩化ナトリウムを用いる場合、１ｅｑは、５８．５ｇに相当する。
【００４０】
硬度リーク防止床３１３とは、軟化プロセスＳＴ１での硬度リークを極力防止するために、陽イオン交換樹脂床３１１において十分に再生する必要のある領域である。硬度リーク防止床３１３の深さは１００ｍｍあればよく、少なくともこの限定された領域を所定の再生レベルで再生すれば、硬度リークを極力防止できる。
【００４１】
また、プロセス制御バルブ３２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、再生プロセスＳＴ３の後に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水Ｗ１の対向流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す押出プロセスＳＴ４における原水Ｗ１の流れ、を切り換え可能に構成されている。
【００４２】
プロセス制御バルブ３２には、排水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。排水ラインＬ４からは、再生プロセスや押出プロセス等において使用された塩水Ｗ３や原水Ｗ１が排水Ｗ４として排出される。
【００４３】
更に、プロセス制御バルブ３２において、内部に備えられた弁体の駆動部は、制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。プロセス制御バルブ３２における弁の切り換えは、制御部１０により制御される。
【００４４】
ここで、硬水軟化装置３において実施される各プロセスについて説明する。
本実施形態の水処理システム１において、後述する制御部１０は、プロセス制御バルブ３２の流路を切り換えることにより、図３に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ６の運転を実施する。
（ＳＴ１）原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる軟化プロセス
（ＳＴ２）洗浄水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止床３１３に対して下から上へ通過させる再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止床３１３に対して下から上へ通過させる押出プロセス
（ＳＴ５）濯ぎ水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（ＳＴ６）補給水としての原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
【００４５】
次に、上記プロセスＳＴ１〜ＳＴ６のうち、主要なプロセスである軟化プロセスＳＴ１、再生プロセスＳＴ３、及び押出プロセスＳＴ４の運転方法について説明する。
【００４６】
軟化プロセスＳＴ１では、図４（ａ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、軟水Ｗ２を製造する。製造された軟水Ｗ２は、底部スクリーン３２２から集液される。
後述する再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１では、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給する。
【００４７】
再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を下降流で通過させる。同時に、塩水Ｗ３を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を上昇流で通過させる。これにより、塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する。再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させる。また、硬度リーク防止床３１３に対しては、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。陽イオン交換樹脂床３１１を再生した使用済みの塩水Ｗ３は、中間部スクリーン３２３から集液される。この再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３の対向流を生成するスプリット・フロー再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。特に、本発明のスプリット・フロー再生では、硬度リーク防止床３１３に対して特定の再生レベルとなる塩水Ｗ３を供給することから、陽イオン交換樹脂床３１１の硬度リーク防止床３１３を含む下側領域を十分に再生することができる。
【００４８】
再生プロセスＳＴ３の終了後に実施される押出プロセスＳＴ４では、図４（ｂ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させる。同時に、原水Ｗ１を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を上昇流で通過させる。これにより、原水Ｗ１の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１に導入された塩水Ｗ３を押し出す。陽イオン交換樹脂床３１１を通過した原水Ｗ１は、中間部スクリーン３２３から集液される。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる。
【００４９】
再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して、スプリット・フロー再生が行われる。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１の全体がほぼ均等に再生されるが、特に硬度リーク防止床３１３を含む下側領域を十分に再生することができる。従って、軟化プロセスＳＴ１では、純度の高い軟水Ｗ２の採水量を最大限にまで高められる。また、スプリット・フロー再生においては、再生剤の押し出しに原水を使用しつつも、押出量を制限しているため、硬度リーク防止床３１３の汚染がほとんどなく、目標純度の軟水Ｗ２を製造することができる。
【００５０】
この再生プロセスＳＴ３を実施することにより、後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給した場合に、硬度リーク量が０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の高純度の軟水Ｗ２を製造することができる。
【００５１】
なお、逆洗浄プロセスＳＴ２、リンス・プロセスＳＴ５、及び補水プロセスＳＴ６については、図示による説明を省略する。
【００５２】
再び、図１を参照しながら水処理システム１の構成について説明する。
塩水タンク４は、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を貯留する。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブ３２と連通し、プロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ３２に組み込まれており、弁体の駆動部が制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、再生プロセスＳＴ３において、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を圧力タンク３１へ送出する。
塩水タンク４、不図示の塩水弁、不図示のエゼクタ及び塩水流量計は、本実施形態における再生液供給手段を構成する。
【００５３】
脱気処理装置５は、硬水軟化装置３により製造された軟水Ｗ２に含まれる遊離炭酸（炭酸ガス）を、気体分離膜モジュールにより脱気処理して、処理水としての脱気水Ｗ５を得る設備である。脱気処理装置５は、硬水軟化装置３（プロセス制御バルブ３２）と逆浸透膜分離装置６との間に設けられている。すなわち、脱気処理装置５は、軟水ラインＬ２を介して硬水軟化装置３の下流側に接続されると共に、通水ラインＬ５を介して逆浸透膜分離装置６の上流側に接続されている。
【００５４】
本実施形態の脱気処理装置５では、中空糸膜からなる内部灌流式の気体分離膜モジュールが用いられる。この様な用途に適した気体分離膜モジュールとしては、例えば、ＤＩＣ社製：製品名「ＳＥＰＡＲＥＬ ＰＦ−０１５」，「ＳＥＰＡＲＥＬ ＰＦ−０３０」等が挙げられる。
【００５５】
逆浸透膜分離装置６は、脱気処理装置５により脱気処理された脱気水Ｗ５を、逆浸透膜（後述のＲＯ膜モジュール６ｂ）により、溶存塩類等が除去された透過水Ｗ６と、溶存塩類等が濃縮された濃縮水Ｗ７とに膜分離処理する設備である。逆浸透膜分離装置６は、通水ラインＬ５を介して脱気処理装置５の下流側に接続されている。
【００５６】
逆浸透膜分離装置６は、加圧ポンプ６ａと、逆浸透膜としてのＲＯ膜モジュール６ｂと、を備える。加圧ポンプ６ａは、脱気処理装置５から送出された脱気水Ｗ５を加圧し、ＲＯ膜モジュール６ｂに送出する。ＲＯ膜モジュール６ｂは、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。逆浸透膜分離装置６は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ６及び濃縮水Ｗ７を製造する。
【００５７】
ＲＯ膜モジュール６ｂの透過水出口には、通水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、脱塩水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール６ｂの濃縮水出口には、濃縮水ラインＬ７の上流側の端部が接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた濃縮水Ｗ７は、濃縮水ラインＬ７を介して、外部に排出される。なお、膜面での流速を所定範囲に保つため、濃縮水Ｗ７の一部を逆浸透膜分離装置６の上流側の通水ラインＬ５に還流させ、その他の濃縮水Ｗ７を外部に排出するように構成してもよい。
【００５８】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール６ｂは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有する。この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となるものである。このような性能に設定された逆浸透膜は、淡水の脱塩処理において、供給水の硬度が低いほど、電気伝導率（ＥＣ）で評価したときの塩除去率（すなわち、（供給水ＥＣ−透過水ＥＣ）／供給水ＥＣ×１００）が高くなるという特性を持っている。そのため、スプリット・フロー再生を行う硬水軟化装置３で製造された高純度の軟水Ｗ２（実力値として、０．８ｍｇＣａＣＯ３以下）を、（脱気処理装置５を介して）恒常的に供給することで、高い塩除去率（通常、９８．５％以上）を維持することが可能である。
【００５９】
ここで、操作圧力とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール６ｂの一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。
回収率とは、ＲＯ膜モジュール５ｂへの供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑ１に対する透過水の流量Ｑ２の割合（すなわち、Ｑ２／Ｑ１×１００）をいう。
水透過係数は、透過水量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値であり、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値であり、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、ＲＯ膜モジュール５ｂへの入口濃度（Ｃ１）および透過水の濃度（Ｃ２）から、（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００により求められる。
【００６０】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００６１】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の原水流量計、塩水流量計から入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２の動作を制御する。メモリには、本実施形態の硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する。
【００６２】
上記のように構成された水処理システム１において、原水Ｗ１の供給源（不図示）から原水ラインＬ１を介して供給された原水Ｗ１は、原水ポンプ２により硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２へ送出される。原水Ｗ１は、圧力タンク３１の陽イオン交換樹脂床３１１を通過することにより軟化処理され、軟水Ｗ２が製造される。軟水Ｗ２は、更に軟水ラインＬ２を経て脱気処理装置５へ送出される。脱気処理装置５では、軟水Ｗ２が気体分離膜モジュールにより脱気処理され、脱気水Ｗ５が得られる。脱気水Ｗ５は、通水ラインＬ５を経て逆浸透膜分離装置６へ送出される。逆浸透膜分離装置６では、脱気水Ｗ５がＲＯ膜モジュール６ｂにより膜分離処理され、透過水Ｗ６及び濃縮水Ｗ７が製造される。この後、得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、脱塩水として二次精製装置や需要箇所に送出される。
【００６３】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本実施形態の水処理システム１において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１は、塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部スクリーン３２１及び底部スクリーン３２２へそれぞれ配液しながら、中間部スクリーン３２３で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる再生プロセスＳＴ３を含んで運転される。そのため、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水Ｗ２を実用的な採水量の範囲で最大限に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態の水処理システム１において、再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部を基点として深さＤ２（図２参照）が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１において、硬度リークの防止に重要な出口領域である硬度リーク防止床３１３をほぼ完全に再生することができる。これによれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として硬度レベルの高い劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度リーク量を極限にまで抑制した高純度の軟水Ｗ２を得ることができる。
【００６５】
従って、本実施形態の水処理システム１によれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、逆浸透膜分離装置６に対して高純度の軟水Ｗ２を恒常的に供給することができるため、ＲＯ膜モジュール６ｂにおける酸化劣化のみならず、スケーリングやファウリングを抑制して、高い塩除去率を維持することができる。
【００６６】
また、本実施形態の水処理システム１では、再生プロセスＳＴ３において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１に対して、塩水Ｗ３が０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過するように運転される。また、押出プロセスＳＴ４において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１に対して、原水Ｗ１が０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過するように運転される。このように、再生プロセス及び押出プロセスにおける通液の線速度を上記のような条件に規定することにより、陽イオン交換樹脂床３１１の再生効率を高め、軟水Ｗ２の採水量を高めることができる。また、押出プロセスの押出量を上記のような条件に制限することにより、押出水として劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度成分による硬度リーク防止床３１３の汚染を抑制し、軟水Ｗ２の純度を高めることができる。
【００６７】
更に、本実施形態の水処理システム１では、硬水軟化装置３と逆浸透膜分離装置６との間に脱気処理装置５を備える。そのため、逆浸透膜分離装置６で除去することのできない遊離炭酸を、前段の脱気処理装置５において除去することができる。従って、逆浸透膜分離装置６において、より純度の高い純水を製造することができる。また、脱気処理装置５において、軟水Ｗ２に含まれる遊離炭酸が除去されるので、逆浸透膜分離装置６（ＲＯ膜モジュール６ｂ）の負荷を軽減することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。なお、第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に適用される。
【００６９】
図５に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、逆浸透膜分離装置６と、電気脱イオンモジュールとしての電気脱イオン装置７と、を備える。また、水処理システム１Ａは、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ８と、濃縮水ラインＬ７，Ｌ９と、を備える。
【００７０】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「濃縮水Ｗ７」を「第１濃縮水Ｗ７」とし、電気脱イオン装置７で得られた濃縮水を「第２濃縮水Ｗ９」とする。
本実施形態では、逆浸透膜分離装置６の下流側に、電気脱イオン装置７を備える点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施形態において、ＲＯ膜モジュール６ｂ（逆浸透膜分離装置６）の透過水出口には、通水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７は、逆浸透膜分離装置６の下流側に、通水ラインＬ６を介して接続されている。逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６は、通水ラインＬ６を介して、電気脱イオン装置７へ送出される。
【００７２】
電気脱イオン装置７は、逆浸透膜分離装置６で得られた透過水Ｗ６を、イオン交換膜（不図示）により脱イオン水Ｗ８と第２濃縮水Ｗ９とに分離する膜分離処理を行なう設備である。
【００７３】
具体的には、電気脱イオン装置７は、脱塩室及び濃縮室（いずれも不図示）を備える。脱塩室及び濃縮室は、一対の電極間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜（いずれも不図示）を交互に配列することにより形成される。このうち、脱塩室には、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂が収容されている。なお、脱塩室には、少なくとも陽イオン交換樹脂が収容されていればよい（理由は後述）。
【００７４】
電気脱イオン装置７は、電源回路（不図示）と電気的に接続されている。また、本実施形態の制御部１０は、第１実施形態の機能に加えて、電源回路を介して、電気脱イオン装置７に所定の直流電圧を印加する機能を備える。
【００７５】
電気脱イオン装置７において、一対の電極間に直流電圧が印加されると、イオン交換膜を介したイオンの選択的な移動により、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれる残留イオンが、脱塩室で除去される。これにより、脱塩室において、純水としての脱イオン水Ｗ８が製造される。また、電気脱イオン装置７では、濃縮室において、透過水Ｗ６からイオン濃度が高い第２濃縮水Ｗ９が製造される。
【００７６】
電気脱イオン装置７の脱塩室には、通水ラインＬ８の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７で製造された脱イオン水Ｗ８は、通水ラインＬ８を介して、純水として二次精製装置や需要箇所に送出される。一方、電気脱イオン装置７の濃縮室には、濃縮水ラインＬ９の上流側の端部が接続されている。電気脱イオン装置７で製造された第２濃縮水Ｗ９は、濃縮水ラインＬ９を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ９は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ９を介して、加圧ポンプ６ａの上流側の通水ラインＬ５に返送することもできる。
【００７７】
上述した第２実施形態の水処理システム１Ａによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ａでは、逆浸透膜分離装置６の下流側に、更に電気脱イオン装置７を備える。そのため、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれるイオンを、電気脱イオン装置７において更に除去することができる。従って、より純度の高い純水を製造することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、脱イオン処理を実施する装置として、電気脱イオン装置７を備えた構成について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。
イオン交換樹脂混床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合した状態で収容したものである。イオン交換樹脂混床塔においては、透過水Ｗ６に含まれる陽イオン及び陰イオンが同時に除去される。
【００７９】
一方、陽イオン交換樹脂単床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂のみを収容したものである（カチオンポリッシャとも呼ばれる）。本実施形態のＲＯ膜モジュール６ｂは、負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を備える。このため、ＲＯ膜モジュール６ｂでは、陰イオンが除去されやすい一方で、陽イオンが透過しやすい傾向にある（この傾向は、炭酸，ケイ酸（シリカ）、ホウ酸等の弱酸のイオン化を促進するために軟水Ｗ２のｐＨを高くするとより顕著になる）。この場合において、逆浸透膜分離装置６を透過した陽イオンは、下流側に設けられた陽イオン交換樹脂単床塔により除去される。このように、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合には、陰イオン及び陽イオンが段階的に除去される。
なお、上述した電気脱イオン装置７において、脱塩室に陽イオン交換樹脂のみを収容した場合にも、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合と同様に、陰イオン及び陽イオンを段階的に除去することができる。すなわち、電気脱イオン装置７では、逆浸透膜分離装置６を透過した陽イオンが除去される。
【００８０】
以上のように、脱イオン処理を実施する装置として、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成とした場合においても、逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった透過水Ｗ６に含まれるイオンを更に除去することができる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る水処理システム１Ｂについて、図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。なお、第３実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。このため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に援用される。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態に係る水処理システム１Ｂは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、脱気処理装置５と、第１逆浸透膜分離装置６と、第２逆浸透膜分離装置８と、制御部１０と、を備える。また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、通水ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ１０と、濃縮水ラインＬ７，Ｌ１１と、を備える。
【００８３】
なお、本実施形態では、第１実施形態における「逆浸透膜分離装置６」を「第１逆浸透膜分離装置６」とする。本実施形態の第１逆浸透膜分離装置６は、脱気水Ｗ５を膜分離処理し、第１透過水Ｗ６及び第１濃縮水Ｗ７を製造する設備である。
本実施形態では、第１実施形態の透過水Ｗ６を「第１透過水Ｗ６」とし、第１実施形態の濃縮水Ｗ７を「第１濃縮水Ｗ７」とする。また、本実施形態では、第２逆浸透膜分離装置８で製造された透過水を「第２透過水Ｗ１０」とし、第２逆浸透膜分離装置８で製造された濃縮水を「第２濃縮水Ｗ１１」とする。
【００８４】
本実施形態に係る水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に、第２逆浸透膜分離装置８を備える点が第１実施形態と異なる。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８は、通水ラインＬ６を介して、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に接続されている。その他の構成は第１実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態における第２逆浸透膜分離装置８の構成は、第１逆浸透膜分離装置６と同じである。すなわち、第２逆浸透膜分離装置８の加圧ポンプ８ａは、第１逆浸透膜分離装置６の加圧ポンプ６ａと同じである。また、第２逆浸透膜分離装置８のＲＯ膜モジュール８ｂは、第１逆浸透膜分離装置６のＲＯ膜モジュール６ｂと同じ特性であってもよいし、異なる特性であってもよい。ＲＯ膜モジュール８ｂとしては、例えば、通常の逆浸透膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜を有するＮＦ膜モジュールを用いることもできる。第２逆浸透膜分離装置８は、これらＲＯ膜エレメントにより、第１逆浸透膜分離装置６で製造された第１透過水Ｗ６を膜分離処理し、第２透過水Ｗ１０及び第２濃縮水Ｗ１１を製造する。
【００８６】
ＲＯ膜モジュール８ｂの透過水出口には、通水ラインＬ１０の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２透過水Ｗ１０は、通水ラインＬ１０を介して、純水として二次精製装置や需要箇所に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８ｂの濃縮水出口には、濃縮ラインＬ１１の上流側の端部が接続されている。第２逆浸透膜分離装置８で製造された第２濃縮水Ｗ１１は、濃縮ラインＬ１１を介して、外部に排出される。なお、第２濃縮水Ｗ１１は、外部に排出することなく、濃縮水ラインＬ１１を介して、加圧ポンプ６ａの上流側の通水ラインＬ５に返送することもできる。
【００８７】
上述した第３実施形態の水処理システム１Ｂによれば、第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏される。特に、本実施形態の水処理システム１Ｂでは、第１逆浸透膜分離装置６の下流側に、更に第２逆浸透膜分離装置８を備える。そのため、第１逆浸透膜分離装置６で除去しきれなかった第１透過水Ｗ６に含まれるイオンを、第２逆浸透膜分離装置８において更に除去することができる。従って、より純度の高い純水を製造することができる。
【００８８】
なお、本実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側に、脱イオン処理を実施する装置として、第２実施形態に示した電気脱イオン装置７を更に備えた構成としてもよい。また、電気脱イオン装置７の代わりに、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えた構成としてもよい。このような構成とした場合には、第１逆浸透膜分離装置６及び第２逆浸透膜分離装置８で除去しきれなかった第２透過水Ｗ１０に含まれるイオンを更に除去することができる。従って、より一層純度の高い純水を製造することができる。
【００８９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００９０】
例えば、第１〜第３実施形態において、脱気処理装置５と逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６との間にアルカリ剤添加装置（不図示）を設け、逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６に供給される脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加する構成としてもよい。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。脱気処理装置５で製造された脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加してｐＨを８以上に上昇させると、脱気処理装置５で除去しきれなかった遊離炭酸がイオン化し、炭酸水素イオンや炭酸イオンに変化する。このため、下流側の逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）６において、イオン化した遊離炭酸（炭酸水素イオンや炭酸イオン）を除去することができる。従って、更に純度の高い純水を製造することができる。
【００９１】
また、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加すると、脱気水Ｗ５に含まれるケイ酸（シリカ）の溶解度が上昇するため、シリカ系スケールの発生を抑制することが可能になり、結果として純水の回収率を向上させることができる。また、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加して、ｐＨを９以上とすることにより、ホウ酸の解離（イオン化）が促進されるため、ホウ酸の除去率を向上させることができる。
【００９２】
また、第３実施形態において、第２逆浸透膜分離装置８の下流側にイオン交換樹脂混床塔を設けた場合には、脱気水Ｗ５にアルカリ剤を添加することにより、ケイ酸（シリカ）の解離（イオン化）が促進されることで、イオン交換樹脂混床塔の寿命を延ばすことができる。すなわち、第２透過水Ｗ１０中に解離していないケイ酸が残留している場合には、この非イオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂の細孔に物理的に吸着して蓄積していくため、陰イオン交換樹脂の再生利用が困難になる。一方、第２透過水Ｗ１０中に解離したケイ酸が残留している場合には、このイオン状のケイ酸は、陰イオン交換樹脂でイオン交換によって除去されるため、陰イオン交換樹脂の再生利用が可能になる。このため、後者の場合には、イオン交換樹脂混床塔の負荷が軽減され、その寿命を延ばすことができる。
【００９３】
また、第１〜第３実施形態において、硬水軟化装置３と脱気処理装置５との間に酸添加装置（不図示）を設け、脱気処理装置５に供給される軟水Ｗ２のｐＨが６以下になるように酸（例えば、塩酸，硫酸等）を添加する構成としてもよい。
【００９４】
また、第１〜第３実施形態において、原水Ｗ１の供給源とは別に、原水ラインＬ１に原水Ｗ１を供給する原水タンクを設け、この原水タンクを含む設備を原水供給手段としてもよい。この場合には、原水タンクに貯留された原水Ｗ１を、洗浄水、押出水、及び濯ぎ水として硬水軟化装置３に供給する。
【符号の説明】
【００９５】
１，１Ａ，１Ｂ 水処理システム
３ 硬水軟化装置
４ 塩水タンク
５ 逆浸透膜分離装置（第１逆浸透膜分離装置）
５ｂ ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜）
６ 電気脱イオン装置（電気脱イオンモジュール）
８ 第２逆浸透膜分離装置
１０ 制御部
３１ 圧力タンク（陽イオン交換樹脂床塔）
３２ プロセス制御バルブ（バルブ手段）
３１１ 陽イオン交換樹脂床
３１３ 硬度リーク防止床
３２１ 頂部スクリーン
３２２ 底部スクリーン
３２３ 中間部スクリーン
Ｌ１ 原水ライン
Ｌ２ 軟水ライン
Ｌ３ 塩水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０ 通水ライン
Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１１ 濃縮水ライン
Ｗ１ 原水
Ｗ２ 軟水
Ｗ３ 塩水（再生液）
Ｗ４ 排水
Ｗ５ 脱気水
Ｗ６ 透過水（第１透過水）
Ｗ７ 濃縮水（第１濃縮水）
Ｗ８ 脱イオン水
Ｗ９，Ｗ１１ 第２濃縮水
Ｗ１０ 第２透過水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化工程と、
硬水軟化工程で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する一方で、再生プロセス後の軟化プロセスでは、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の硬水を供給し、
前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、
当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、
水処理方法。
【請求項２】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させると共に、押出プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項６】
原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化装置と、
前記硬水軟化装置で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、
前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さが１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、
再生プロセス後の軟化プロセスにおいて、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給する原水供給手段と、を備え、
前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、
当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、
水処理システム。
【請求項７】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備える、
請求項６に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項８に記載の水処理システム。
【請求項１０】
前記バルブ手段は、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスに切り換え可能に構成され、
前記再生液供給手段は、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させるように構成され、
前記原水供給手段は、押出プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させるように構成された、
請求項６〜９のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項１】
原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化工程と、
硬水軟化工程で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離工程と、を含み、
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する一方で、再生プロセス後の軟化プロセスでは、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の硬水を供給し、
前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、
当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、
水処理方法。
【請求項２】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
第１逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離工程を含む、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
第２逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させると共に、押出プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項６】
原水を陽イオン交換樹脂床塔で軟化処理して軟水を製造する硬水軟化装置と、
前記硬水軟化装置で製造された軟水を第１逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第１逆浸透膜分離装置と、
前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが３００〜１５００ｍｍの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を製造する軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さが１００ｍｍに設定された硬度リーク防止床に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、
再生プロセス後の軟化プロセスにおいて、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を供給する原水供給手段と、を備え、
前記第１逆浸透膜モジュールは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜を有し、
当該逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上である、
水処理システム。
【請求項７】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第２逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第２逆浸透膜分離装置を備える、
請求項６に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記第２逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項８に記載の水処理システム。
【請求項１０】
前記バルブ手段は、再生プロセスの後に、原水を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水の対向流を生成して、導入された再生液を押し出す押出プロセスに切り換え可能に構成され、
前記再生液供給手段は、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させるように構成され、
前記原水供給手段は、押出プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対して原水を０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させるように構成された、
請求項６〜９のいずれか一項に記載の水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８３４８７（Ｐ２０１２−１８３４８７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８３１４（Ｐ２０１１−４８３１４）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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