水処理装置
【課題】シリカおよび硬度成分を含む原水を逆浸透膜装置を用いて浄化する水処理において、透過水の水質低下を抑えながら透過水の流量の減少を抑制する。
【解決手段】ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むスケール分散剤を第２添加装置１３０から添加しながら供給経路１０を通じて原水を逆浸透膜装置２１０へ供給し、この原水を逆浸透膜モジュール２１１で透過水と濃縮水とに分離する。透過水は、処理水路２２０からイオン捕捉装置または逆浸透膜装置などの精製装置へ送られて残留イオンを除去する精製がされた後に所要の目的のために利用され、濃縮水は、排水路２３０へ流れる。濃縮水は、第１添加装置１２０から原水へ添加するｐＨ調整剤によりｐＨを調整することでランゲリア指数を０以上０．３以下に制御し、また、逆浸透膜モジュール２１１での透過水の回収率を調整することでシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する。
【解決手段】ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むスケール分散剤を第２添加装置１３０から添加しながら供給経路１０を通じて原水を逆浸透膜装置２１０へ供給し、この原水を逆浸透膜モジュール２１１で透過水と濃縮水とに分離する。透過水は、処理水路２２０からイオン捕捉装置または逆浸透膜装置などの精製装置へ送られて残留イオンを除去する精製がされた後に所要の目的のために利用され、濃縮水は、排水路２３０へ流れる。濃縮水は、第１添加装置１２０から原水へ添加するｐＨ調整剤によりｐＨを調整することでランゲリア指数を０以上０．３以下に制御し、また、逆浸透膜モジュール２１１での透過水の回収率を調整することでシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置、特に、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や医薬の製造過程においては、製品の品質向上や安全性確保等の観点から、溶存している天然成分や懸濁物質等の夾雑成分を除去した精製水が大量に使用されており、そのような精製水は、例えば、工業用水、上水または地下水などの原水を逆浸透膜装置によりろ過処理することで製造されている。
【０００３】
このような精製水の製造では、連続的な大量生産が求められることから、逆浸透膜装置でのろ過水量（透過水量）を安定に維持する必要がある。ところが、逆浸透膜装置は、原水に含まれる夾雑成分を逆浸透膜で高度に分離するものであり、結果的に逆浸透膜の一次側、すなわち、原水の導入側において夾雑成分の濃度が高まった濃縮水が接触した状態になるため、当該一次側においてファウリングやスケールが生じ、透過水量が漸減する傾向にある。ここで、ファウリングとは、原水中の懸濁物質や有機物等が逆浸透膜の膜面に沈着または吸着する現象をいい、逆浸透膜での透過水量を低下させる原因となり得る。一方、スケールは、原水に主として天然成分として含まれるカルシウム等の硬度成分やシリカが堆積したものであり、逆浸透膜の微孔を閉塞させることで逆浸透膜での透過水量を低下させる原因となり得る。
【０００４】
一般に、逆浸透膜装置は、回収率、すなわち、原水に対して得られる透過水の割合を高めると濃縮水での夾雑成分濃度が高まり、ファウリングやスケールによる透過水量の減少が短時間で発生しやすくなるため、回収率を低めに制御することで濃縮水での夾雑成分濃度の上昇を抑えて安定な透過水量を比較的長期間に亘って維持することができる。しかし、この場合、透過水量が減少することになるため、原水の処理効率（すなわち、精製水の製造効率）が損なわれる。
【０００５】
このような不具合への対策として、特許文献１は、原水に対してスケール防止剤を添加するとともに、原水のｐＨが５．５程度になるよう酸を添加する方法を開示している。しかし、この方法は、特許文献１に記載のように、透過水の水質が低下するという、精製水の製造において看過できない不具合がある。
【０００６】
因みに、特許文献１に記載の方法において透過水の水質が低下するのは、酸の過剰な添加によって原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化し、この遊離炭酸が酸の過剰な添加によって原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化し、この遊離炭酸が逆浸透膜を透過してしまうことによるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０６７４９号公報（段落００１０、段落００１３並びに段落００４５および段落００５０の比較例１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、シリカおよび硬度成分を含む原水を逆浸透膜装置を用いて浄化する水処理において、透過水の水質低下を抑えながら透過水の流量の減少を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置に関するものであり、この水処理装置は、原水の供給経路と、供給経路からの原水をろ過して透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、逆浸透膜装置で得られた透過水を精製するための精製装置と、供給経路に設けられた、原水のｐＨを調整するための第１調整手段と、逆浸透膜装置での透過水の回収率を調整するための第２調整手段と、供給経路に設けられた、原水へスケール分散剤を添加するための添加装置と、濃縮水の水質を検査するための水質検査装置と、水質検査装置により検査された水質に基づいて、濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算手段と、濃縮水のランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、シリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう、第１調整手段と第２調整手段とを制御する水質制御手段とを備えている。
【００１０】
精製装置は、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置、または、逆浸透膜を備えたろ過装置である。また、精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置と、ろ過装置により精製された透過水をさらに精製するための、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置とを備えていてもよい。
【００１１】
水質制御手段は、通常、濃縮水のランゲリア指数が０以上に維持されるよう第１調整手段を制御する。
【００１２】
第１調整手段は、例えば、ｐＨ調整剤を前記原水へ注入するための注入装置である。ここで用いられるｐＨ調整剤は、通常、原水のｐＨを低下させる酸性薬剤および原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤のうちの少なくとも一つである。
【００１３】
他の観点に係る本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理方法に関するものであり、この水処理方法は、スケール分散剤を添加した原水を逆浸透膜装置へ供給し、透過水と濃縮水とに分離する工程１と、透過水を精製するための工程２とを含み、工程１において、濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する。
【００１４】
この水処理方法では、工程２において、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置により透過水を精製するか、または、逆浸透膜を備えたろ過装置により透過水を精製する。また、工程２は、逆浸透膜を備えたろ過装置により透過水を精製する工程と、ろ過装置により精製された透過水を電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置によりさらに精製する工程とを含んでいてもよい。
【００１５】
工程１では、通常、濃縮水のランゲリア指数を０以上に維持するのが好ましい。
【００１６】
工程１では、通常、原水のｐＨを調整することで濃縮水のランゲリア指数を制御し、かつ、逆浸透膜装置での透過水の回収率を調整することで濃縮水のシリカ濃度を制御する。
【００１７】
本発明において用いられるスケール分散剤は、例えば、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を逆浸透膜装置を用いて浄化するに当たり、逆浸透膜装置での濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持しているため、透過水の水質低下を抑えながら透過水の流量の減少を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の概略図。
【図２】図１のＡ部の詳細図。
【図３】前記水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態２に係る水処理装置の概略図。
【図５】本発明の実施の形態３に係る水処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１
図１および図２（図１のＡ部の詳細図）を参照して、本発明の実施の形態１に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置１は、シリカ（本願では、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ０１０１：１９９８「工業用水試験法」の「４４．シリカ（ＳｉＯ２）」において規定された全シリカを意味する。）および硬度成分（カルシウムイオンおよびマグネシウムイオン）を含む原水、例えば、工業用水、水道水、地下水（浅井戸水、深井戸水、湧水または伏流水等）、地表水（河川水または湖沼水等）若しくは工場排水またはこれらの任意の組み合わせによる混合水を浄化することで精製水を製造するためのものであり、原水の供給経路１０、供給経路１０からの原水を浄化処理するための第１処理部２０、第１処理部２０からの浄化水をさらに精製するための第２処理部３０および制御装置４０を主に備えている。
【００２１】
供給経路１０は、原水の供給源（図示せず）からの原水を第１処理部２０に対して供給するためのものであり、原水の供給および停止を制御するための給水制御弁１１０並びに原水に対して薬剤を添加するための第１添加装置１２０および第２添加装置１３０をこの順に備えている。
【００２２】
第１添加装置１２０（第１調整手段の一例）は、第１処理部２０へ供給する原水に対してｐＨ調整剤を注入するためのものであり、第１部位１２１と第２部位１２２とを備えている。第１部位１２１は、原水に対し、原水のｐＨを低下させる酸性薬剤を注入するための部位である。ここで用いられる酸性薬剤は、特に限定されるものではなく、例えば、塩酸、硫酸または硝酸などの無機酸であり、通常、水溶液として用いられる。一方、第２部位１２２は、原水に対し、原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤を注入するための部位である。ここで用いられるアルカリ性薬剤は、例えば、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属の水酸化物や炭酸塩などであり、通常、水溶液として用いられる。
【００２３】
第１部位１２１および第２部位１２２は、それぞれ、ｐＨ調整剤の貯蔵部と、ｐＨ調整剤を貯蔵部から原水へ注入するための注入部とを有しており、注入部は、ｐＨ調整剤の注入量を調節するための制御弁を有している。
【００２４】
第２添加装置１３０は、第１処理部２０へ供給する原水に対してスケール分散剤を添加するためのものであり、スケール分散剤の貯蔵部と、スケール分散剤を貯蔵部から原水へ添加するための添加部とを有している。添加部は、スケール分散剤の添加量を調節するための制御弁を有している。
【００２５】
ここで用いられるスケール分散剤は、水溶性のものであれば特に限定されるものではないが、例えば、アクリル酸系ポリマー、メタクリル酸系ポリマーおよびマレイン酸系ポリマーなどのポリカルボン酸、ポリスルホン酸並びにホスホン酸などを挙げることができる。これらのスケール分散剤は、二種以上のものが併用されてもよい。また、スケール分散剤は、通常、水溶液として用いられる。
【００２６】
スケール分散剤としては、第１処理部２０の後記する逆浸透膜モジュール２１１において、逆浸透膜の膜面に炭酸カルシウム系スケールが付着するのを効果的に抑制可能なことから、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものが好ましい。このようなスケール分散剤の例として、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含む、濃度が３３〜３７重量％の水溶液であるＢＷＡ ＷＡＴＥＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ社の商品名「フロコン２６０」を挙げることができる。
【００２７】
第１処理部２０は、供給経路１０からの原水をろ過処理することで浄化するためのものであり、逆浸透膜装置２１０、処理水路２２０および排水路２３０を主に備えている。
【００２８】
逆浸透膜装置２１０は、逆浸透膜モジュール２１１と加圧ポンプ２１２とを備えている。逆浸透膜モジュール２１１は、単一または複数の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備えたものである。逆浸透膜エレメントを形成する逆浸透膜は、原水に含まれる分子量が数十程度の微細な夾雑成分の透過を阻止可能な膜であり、原水の処理目的によっては夾雑成分の透過阻止率が若干低いナノ濾過膜（ＮＦ膜）であってもよい。
【００２９】
加圧ポンプ２１２は、供給経路１０からの原水を加圧して逆浸透膜モジュール２１１へ供給可能なものである。供給経路１０からの原水は、この加圧ポンプ２１２により逆浸透膜での浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール２１１へ供給されることで逆浸透膜エレメントにおいて逆浸透し、一部が逆浸透膜エレメントを透過する。これにより、原水は、逆浸透膜エレメントにおいて、夾雑成分が除去された透過水（すなわち、浄化水）と、夾雑成分濃度が高まった濃縮水とに分離される。
【００３０】
処理水路２２０は、逆浸透膜装置２１０において生成した透過水を第２処理部３０へ送るための経路である。排水路２３０は、逆浸透膜装置２１０において生成した濃縮水を当該装置から排出するための経路であり、逆浸透膜装置２１０側から循環経路２３１、水質検査装置２３２および排水制御弁２３３をこの順に備えている。
【００３１】
循環経路２３１は、逆浸透膜装置２１０からの濃縮水の一部を供給経路１０へ循環させるためのものであり、排水路２３０から分岐し、第２添加装置１３０と加圧ポンプ２１２との間において供給経路１０に連絡している。
【００３２】
水質検査装置２３２は、排水路２３０を流れる濃縮水の水質を測定するためのものであり、排水路２３０から分岐する、濃縮水の一部を水質検査用の試料として採取するためのサンプリング経路２４０を有している。サンプリング経路２４０は複数に分岐しており、各分岐路は、それぞれ、濃縮水のｐＨ値を測定するためのｐＨセンサ２４１、濃縮水の温度を測定するための温度センサ２４２、濃縮水の電気伝導率を測定するための電気伝導率センサ２４３、濃縮水のカルシウム硬度を測定するための硬度センサ２４４および濃縮水の総アルカリ度を測定するための総アルカリ度センサ２４５を有している。ｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２および電気伝導率センサ２４３としては、水質検査用において用いられる各種のものを使用することができる。
【００３３】
硬度センサ２４４としては、一般的な比色式のものが用いられる。比色式のセンサは、採取された濃縮水の試料に発色試薬（例えば、２−ヒドロキシ−１−（２’−ヒドロキシ−４’−スルホ−１’−ナフチルアゾ）−３−ナフトエ酸）を添加したときの試料の発色を特定の吸収波長の吸光度の変化として検出し、当該吸光度に基づいてカルシウム硬度を判定するものである。
【００３４】
総アルカリ度センサ２４５により測定される総アルカリ度は、炭酸水素塩、炭酸塩および水酸化物等として濃縮水に含まれるアルカリ成分の量を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の量に換算して表したものであり、各種の水質分析に関わるＪＩＳ規格等において酸消費量（ｐＨ４．８）と称されているものである。一般的な総アルカリ度センサ２４５は、比色式のものであり、これは、採取された濃縮水の試料に発色試薬（例えば、メチルオレンジ）を添加したときの試料の発色を特定の吸収波長の吸光度の変化として検出し、当該吸光度に基づいて総アルカリ度を判定するものである。
【００３５】
排水制御弁２３３は、逆浸透膜装置２１０からの濃縮水の廃棄量を制御するためのものである。
【００３６】
第２処理部３０は、処理水路２２０からの透過水をさらに精製するためのものであり、精製装置３１０と浄水経路３２０とを備えている。精製装置３１０は、透過水に残留しているイオンを捕捉して取り除くためのイオン捕捉装置であり、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたものである。
【００３７】
電気再生式イオン交換装置は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を交互に配置して形成した脱塩室および濃縮室を有し、脱塩室には、混床のイオン交換体（樹脂または繊維）が収容されている。この電気再生式イオン交換装置は、脱塩室において、陽イオン交換体と陰イオン交換体との両方により透過水に残留している陽イオンおよび陰イオンの両方を捕捉して除去可能なものであり、陽イオン交換体および陰イオン交換体によるイオンの捕捉と平行して、両イオン交換体が電気的に連続再生されることから、長期間に亘って透過水を安定に精製することができる。なお、電気再生式イオン交換装置において生成される、除去されたイオンを含む濃縮水は、廃棄されてもよいが、第１処理部２０の原水側へ（すなわち、供給経路１０へ）一部または全量を返送することもできる。
【００３８】
イオン交換樹脂混床塔は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを充填した水処理塔であり、透過水に残留している陽イオンおよび陰イオンの両方を捕捉して除去可能なものである。
【００３９】
陽イオン交換樹脂単床塔は、陽イオン交換樹脂を充填した水処理塔であり、透過水に残留している陽イオンを捕捉して除去可能なものである。一般に、逆浸透膜のスキン層は負荷電性であるので、当該逆浸透膜で処理された透過水に含まれる残留イオンは、陰イオンの割合が少なく、陽イオンの割合が多くなっている。そのため、運転コストを抑制しやすい陽イオン交換樹脂単床塔を用いて、残留割合の多い陽イオンを選択的に除去することにより、透過水を高度に精製することができる。
【００４０】
浄水経路３２０は、精製装置３１０において精製された透過水、すなわち精製水を送水するための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００４１】
制御装置４０は、水処理装置１の動作を制御するためのものであり、動作を統括する中央制御装置、水処理装置１の動作プログラムや各種のデータを記憶する記憶装置および情報の入出力装置（いずれも図示せず）を備えた電子情報処理組織である。入出力装置の入力部は、水質検査装置２３２が連絡しており、ｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２、電気伝導率センサ２４３、硬度センサ２４４および総アルカリ度センサ２４５の各センサでの測定データを受信可能である。また、入力部には、水処理装置１の動作において必要な各種のデータや指令等を手動で入力するための操作盤４１などが連絡している。一方、入出力装置の出力側は、給水制御弁１１０、第１添加装置１２０、第２添加装置１３０、加圧ポンプ２１２、排水制御弁２３３、水質検査装置２３２での測定データやその他の情報を表示したり、所要の情報の手動入力を案内したりするための表示装置４２および必要な場合は精製装置３１０が連絡しており、これらの各部に対して所要の動作信号を発信可能である。
【００４２】
記憶装置に記憶された動作プログラムは、濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算プログラムと、濃縮水の水質制御プログラムとを含んでいる。
【００４３】
ランゲリア指数は、水系におけるスケール発生傾向を評価するための一般的な指標であり、正の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しやすいことを示し、また、負の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しにくいことを示す。また、ランゲリア指数が０のときは、炭酸カルシウムが析出も溶解もしない平衡状態にある。このことから、濃縮水のランゲリア指数が０未満の場合は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面において炭酸カルシウムによるスケールが生成しにくい状態にあり、逆に、０を超える場合は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面において炭酸カルシウムによるスケールが生成しやすいことになる。
【００４４】
濃縮水のランゲリア指数（ＬＳＩ）は、通常、次の式（１）により求められる。
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨｓ （１）
【００４５】
式（１）において、ｐＨは濃縮水のｐＨ値である。また、ｐＨｓは、濃縮水において炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときの理論上のｐＨ値であり、次の式（２）により求められる。
ｐＨｓ＝９．３＋Ａ値＋Ｂ値−Ｃ値−Ｄ値 （２）
【００４６】
式（２）において、Ａ値は、蒸発残留物濃度により定まる補正値である。蒸発残留物濃度は、電気伝導率と相関があるため、所定の換算式を用いて電気伝導率から蒸発残留物濃度を求めることができる。Ｂ値は、水温により定まる補正値である。Ｃ値は、カルシウム硬度により定まる補正値である。Ｄ値は、総アルカリ度により定まる補正値である。
【００４７】
式（１）から明らかなように、濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨの低下とともに小さくなり、ｐＨの上昇とともに大きくなる。したがって、濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨを調整することで制御可能である。
【００４８】
ランゲリア指数の演算プログラムは、水質検査装置２３２の各センサでの測定データから、所定の関係式を用いて算出することで、または、所定の数値テーブルを参照することで、Ａ〜Ｄ値を求める。そして、求めたＡ〜Ｄ値から式（２）によりｐＨｓを求め、このｐＨｓとｐＨセンサ４１１での実測ｐＨとから式（１）によりランゲリア指数を算出する。なお、ランゲリア指数を算出するために必要な各種の数値テーブルは、記憶装置に記憶しておくことができる。
【００４９】
一方、水質制御プログラムは、後記するプロセスにより第１添加装置１２０、加圧ポンプ２１２および排水制御弁２３３を制御することで濃縮水のランゲリア指数およびシリカ濃度を制御するためのものである。
【００５０】
次に、上述の水処理装置１の基本動作を説明する。水処理装置１において、給水制御弁１１０を開放し、原水の供給源から供給経路１０へ原水を供給すると、この原水は、第２添加装置１３０からスケール分散剤が連続的または一定時間毎に添加され、また、加圧ポンプ２１２により逆浸透膜モジュール２１１での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール２１１へ供給される。逆浸透膜モジュール２１１へ加圧されて供給された原水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、夾雑成分が除去された透過水として処理水路２２０から第２処理部３０の精製装置３１０へ連続的に送られる。
【００５１】
精製装置３１０へ送られた透過水は、残留するイオン、すなわち、逆浸透膜モジュール２１１において逆浸透膜を透過したイオンが除去され、精製水として浄水経路３２０を流れる。
【００５２】
一方、逆浸透膜モジュール２１１において、逆浸透膜を透過しない残余の原水は、逆浸透膜により透過を阻止された夾雑成分の濃度が高まった濃縮水として排水路２３０へ押し流される。排水路２３０へ流れた濃縮水は、一部が循環経路２３１へ流れ、供給経路１０を流れる原水に合流する。また、循環経路２３１へ循環しない残余の濃縮水は、排水制御弁２３３から廃棄される。
【００５３】
このような水処理装置１の動作では、逆浸透膜モジュール２１１からの透過水の流量（Ｆ２）および排水制御弁２３３から廃棄される濃縮水の流量（Ｆ３）を制御することで、回収率を調節することができる。ここで、回収率とは、逆浸透膜モジュール２１１へ供給される原水の流量（Ｆ１）に対する透過水の流量（Ｆ２）の割合（％）（すなわち、Ｆ２／Ｆ１×１００）をいう。本実施の形態において、Ｆ１は、給水制御弁１１０から供給される原水の流量である。
【００５４】
次に、図３に示す動作フローチャートを参照して、水処理装置１の動作をより具体的に説明する。ここでは、先ず、原水の試料を採取し、原水のシリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を分析する。原水のシリカ濃度は、市販の測定試薬キット等を用いた化学分析手法により測定することができるが、市販の自動測定装置を用いて測定することもできる。
【００５５】
操作者が水処理装置１を始動すると、動作プログラムは、ステップＳ１において、制御装置４０の表示装置４２に情報入力案内を表示し、ステップＳ２において操作者が原水のシリカ濃度を入力するのを待つ。操作者が予め調べた原水のシリカ濃度を操作盤４１から入力すると、動作プログラムはステップＳ２からステップＳ３へ移行し、逆浸透膜装置２１０において設定すべき回収率を算出する。より具体的には、入力された原水のシリカ濃度に基づいて、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持され得る回収率を算出する。
【００５６】
ここで、回収率は、高く設定することで原水の濃縮倍率が高くなり（すなわち、濃縮水における夾雑成分濃度が高くなり）、低く設定することで原水の濃縮倍率が低くなる（すなわち、濃縮水における夾雑成分濃度が低くなる）。このため、原水のシリカ濃度が判明している場合、回収率の調節により原水の濃縮倍率を制御すれば、結果的に濃縮水のシリカ濃度を制御することができる。例えば、回収倍率を９０％に設定したとき、原水の濃縮倍率は１０倍程度になる。この場合、原水のシリカ濃度が例えば１０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、濃縮水のシリカ濃度は原水での濃度の１０倍、すなわち、１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度に維持されるから、９０％の回収率は濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する上で適切な回収率である。これに対し、原水のシリカ濃度が例えば２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、濃縮水のシリカ濃度は１０倍の２００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度に維持されるから、９０％の回収率は濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する上で不適切な回収率である。
【００５７】
原水の濃縮倍率に基づいて算出される回収率は、濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持可能な上限値である。このような上限値の回収率は、原水において一時的にシリカ濃度が上昇する事態が生じたとき、濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持することができない可能性がある。また、回収率は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面でのファウリングによる原水の処理効率の低下を回避する観点から、通常、９０％以下に設定するのが好ましい。したがって、これらの事情を考慮し、ステップＳ３において算出する回収率は、通常、上述の上限値を補正し、当該上限値よりも小さく設定するのが好ましい。
【００５８】
なお、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌを超える場合、逆浸透膜モジュール２１１の膜面においてシリカ系スケールが生成しやすくなることから、比較的短時間のうちに透過水量が減少し、原水の処理効率が低下する。
【００５９】
次に、動作プログラムはステップＳ４へ移行する。このステップでは、表示装置４２が初期準備の完了を表示し、操作者が水処理装置１の運転開始指令を入力するのを待つ。そして、操作者が操作盤４１を通じて運転開始指令を入力すると、動作プログラムはステップＳ５へ移行し、水処理装置１の運転を開始する。
【００６０】
ステップＳ５において、動作プログラムは、先ず、給水制御弁１１０を開放し、供給源からの原水を供給経路１０へ流す。これにより、水処理装置１は、既述の基本動作を開始する。また、このステップでは、ステップＳ３で算出された回収率が達成されるよう、逆浸透膜モジュール２１１での透過水の流量（Ｆ２）および廃棄する濃縮水の流量（Ｆ３）をそれぞれ加圧ポンプ２１２の回転数および排水制御弁２３３の開度の制御により調節する。これにより、濃縮水のシリカ濃度は、１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持される。
【００６１】
また、ステップＳ５において、動作プログラムは、第２添加装置１３０によるスケール分散剤の添加を開始する。ここで、動作プログラムは、給水制御弁１１０から供給される原水の流量（Ｆ１）を参照し、当該原水におけるスケール分散剤の濃度を制御する。スケール分散剤は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面でのスケールの生成が抑制されるように原水での濃度を設定する必要があり、当該濃度を高めに設定するのが一般的であるが、この実施の形態では、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持され、また、濃縮水のランゲリア指数が後記するように０．３以下の範囲に維持されるため、１〜５ｍｇ／Ｌ程度の微量に設定するだけで効果的に機能し得る。この結果、排水制御弁２３３から廃棄される濃縮水は、スケール分散剤による化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の上昇が抑えられ、環境負荷を与えにくい。
【００６２】
さらに、ステップＳ５において、動作プログラムは、水質検査装置２３２を作動させ、サンプリング経路２４０を通じて排水路２３０から常時採取される濃縮水の試料の水質検査を開始する。
【００６３】
次のステップＳ６において、動作プログラムは、操作者が操作盤４１から水処理装置１の停止指令を入力したか否かを判断する。操作者が停止指令を入力したとき、動作プログラムはステップＳ７へ移行し、給水制御弁１１０を閉鎖するとともに、その他の装置を停止する。これにより、逆浸透膜装置２１０への原水の供給が停止し、水処理装置１は動作を終了する。
【００６４】
一方、水処理装置１の運転中、動作プログラムは、ステップＳ８において濃縮水のランゲリア指数（ＬＳＩ）を算出する。ここでは、水質検査装置２３２のｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２、電気伝導率センサ２４３、硬度センサ２４４および総アルカリ度センサ２４５によりそれぞれ測定されたｐＨ、温度、電気伝導率、硬度および総アルカリ度の各データから所定の数値テーブルを参照することで既述のＡ〜Ｄ値を求め、既述の式（２）および（１）からランゲリア指数を算出する。
【００６５】
ステップＳ８において算出されたランゲリア指数は、次のステップＳ９において０以上０．３以下の範囲にあるか否かが判断される。ランゲリア指数が上記範囲から外れるものと判断されたとき、動作プログラムはステップＳ１０へ移行し、濃縮水のランゲリア指数の制御動作を実行する。
【００６６】
ここで、ランゲリア指数が０．３を超える場合、動作プログラムは、第１添加装置１２０において第１部位１２１の制御弁を作動させ、供給経路１０を流れる原水に対して酸性薬剤を注入する。これにより、濃縮水は、ｐＨが低下し、ランゲリア指数が小さくなる。一方、ランゲリア指数が０未満の場合、動作プログラムは、第１添加装置１２０において第２部位１２２の制御弁を作動させ、供給経路１０を流れる原水に対してアルカリ性薬剤を注入する。これにより、濃縮水は、ｐＨが上昇し、ランゲリア指数が大きくなる。このように、第１添加装置１２０は、酸性薬剤を添加するための第１部位１２１と、アルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２との両方を備えているため、濃縮水のランゲリア指数を上述の狭い範囲に迅速にかつ安定に制御することができる。
【００６７】
動作プログラムは、水処理装置１の運転中、すなわち、操作者が操作盤４１から停止指令を入力しない限り、ステップＳ８およびステップＳ９を繰返し、必要なときはステップＳ１０を実行することで濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下の範囲になるよう制御する。
【００６８】
以上のような動作プログラムにより、第１処理部２０では、運転中において、濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下に維持され、かつ、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持される。このため、逆浸透膜モジュール２１１は、逆浸透膜において炭酸カルシウム系スケールおよびシリカ系スケールの生成が抑制され、透過水の流量を長期間に亘って安定に維持することができる。また、このような透過水の流量の維持は、濃縮水のｐＨを単純に低下させるよう調整することで達成されるのではなく、濃縮水のランゲリア指数を０以上の狭い範囲で精密に制御することで達成されるものであるから、原水に対するｐＨ調整剤、特に、酸性薬剤の注入量を抑制しながら達成することができる。その結果、原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化することを抑制し、逆浸透膜を透過する遊離炭酸の量を減らして透過水の水質低下を抑えることができる。このため、第２処理部３０の精製装置３１０では、残留する遊離炭酸の除去負担が軽減され、夾雑成分が高度に除去された精製水を得ることができる。
【００６９】
実施の形態２
図４を参照して、本発明の実施の形態２に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置２は、実施の形態１と同様の原水から精製水を製造するためのものであり、実施の形態１の水処理装置１において、第２処理部３０を別の第２処理部５０に変更したものである。
【００７０】
この実施の形態において用いられる第２処理部５０は、ろ過装置５１０と第３添加装置５２０とを主に備えている。ろ過装置５１０は逆浸透膜装置５１１、浄水経路５１２および排水路５１３を備えたものであり、逆浸透膜装置５１１は、実施の形態１において逆浸透膜装置２１０で用いられるものと同様の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備えた逆浸透膜モジュール５１４と、処理水路２２０からの透過水を加圧して逆浸透膜モジュール５１４へ供給可能な加圧ポンプ５１５とを備えている。処理水路２２０からの透過水は、加圧ポンプ５１５により逆浸透膜での浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール５１４へ供給されることで逆浸透膜エレメントにおいて逆浸透し、一部が逆浸透膜エレメントを透過する。これにより、透過水は、逆浸透膜エレメントにおいて、残留イオン等の残留夾雑成分が除去された透過水（すなわち、精製水）と、残留イオン等の残留夾雑成分の濃度が高まった濃縮水とに分離される。
【００７１】
浄水経路５１２は、逆浸透膜装置５１１からの精製水を送るための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００７２】
排水路５１３は、供給経路１０において、給水制御弁１１０と第１添加装置１２０との間に連絡しており、逆浸透膜装置５１１において生成した濃縮水を原水へ循環するための経路である。また、排水路５１３は、逆浸透膜装置５１１側から循環経路５１６および排水制御弁５１７をこの順に備えている。循環経路５１６は、排水路５１３から分岐して第３添加装置５２０と加圧ポンプ５１５との間において処理水路２２０に連絡しており、第１処理部２０から第２処理部５０へ供給される透過水に対して逆浸透膜装置５１１からの濃縮水の一部を循環するためのものである。排水制御弁５１７は、逆浸透膜装置５１１からの濃縮水の排水量を制御するためのものであり、この制御により逆浸透膜モジュール５１４での回収率を調整可能である。
【００７３】
第３添加装置５２０は、処理水路２２０を流れる透過水に対して薬剤を添加するためのものである。ここで添加する薬剤は、透過水に含まれる遊離炭酸（溶存炭酸ガス）をイオン化するためのものであり、透過水のｐＨを高めることができるもの、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水溶液が用いられる。
【００７４】
次に、上述の水処理装置２の動作を説明する。水処理装置２において、給水制御弁１１０を開放し、原水の供給源から供給経路１０へ原水を供給すると、この原水は、第２添加装置１３０からスケール分散剤が連続的または一定時間毎に添加され、第１処理部２０の逆浸透膜装置２１０へ供給される。逆浸透膜装置２１０において、供給経路１０からの原水は、加圧ポンプ２１２により逆浸透膜モジュール２１１での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール２１１へ供給される。逆浸透膜モジュール２１１へ加圧されて供給された原水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、夾雑成分が除去された透過水として処理水路２２０から第２処理部５０の逆浸透膜装置５１１へ連続的に送られる。この際、透過水は、第３添加装置５２０からの薬剤が連続的または一定時間毎に添加され、遊離炭酸（溶存炭酸ガス）がイオン化される。透過水に対する薬剤の添加量は、遊離炭酸のイオン化を促進するために、透過水のｐＨを８以上に調整可能なように設定するのが好ましい。
【００７５】
逆浸透膜装置５１１へ送られた透過水は、加圧ポンプ５１５により逆浸透膜モジュール５１４での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール５１４へ供給される。そして、逆浸透膜モジュール５１４へ加圧されて供給された透過水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、逆浸透膜モジュール２１１を透過した残留イオン等の残留夾雑成分、第３添加装置５２０からの薬剤の添加により生成した遊離炭酸由来のイオンおよび添加された薬剤自体に由来のイオンが除去された精製水として浄水経路５１２へ流れる。
【００７６】
一方、逆浸透膜モジュール５１１において、逆浸透膜を透過しない残余の透過水は、逆浸透膜により透過を阻止されたイオン等の濃度が高まった濃縮水として排水路５１３へ押し流される。排水路５１３へ流れた濃縮水は、一部が循環経路５１６へ流れ、処理水路２２０を流れる第１処理部２０からの透過水に合流する。また、循環経路５１６へ循環しない残余の濃縮水は、供給経路１０において、給水制御弁１１０からの原水に合流する。
【００７７】
水処理装置２における上述の動作は、実施の形態１と同様に制御装置４０により制御される。したがって、第１処理部２０は、逆浸透膜装置２１０での濃縮水のランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、シリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう運転される。
【００７８】
実施の形態３
図５を参照して、本発明の実施の形態３に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置３は、実施の形態２の水処理装置２に対し、第３処理部６０をさらに追加したものである。
【００７９】
第３処理部６０は、浄水経路５１２を流れる精製水をさらに精製するためのものであり、精製装置６１０と浄水経路６２０とを備えている。精製装置６１０は、透過水に残留しているイオンを捕捉して取り除くためのイオン捕捉装置であり、通常、実施の形態２の第２処理部３０において用いられるものと同様の電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたものである。
【００８０】
浄水経路６２０は、精製装置６１０において精製された精製水を送るための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００８１】
この水処理装置３では、浄水経路５１２からの精製水に残留しているイオンを精製装置６１０においてさらに除去することができるため、より高純度の精製水を得ることができる。
【００８２】
その他の実施の形態
（１）原水のシリカ濃度は、原水の種類によっては水源の地質的事情により安定していることがある。この場合、季節変化等、原水のシリカ濃度が変動する事情がない限り、実施の形態１の水処理装置１は、作動の毎に原水のシリカ濃度を測定し、その測定値を入力する必要性は低い。このような場合、供給経路１０および第１処理部２０は、最初の始動時に操作者が入力したシリカ濃度を制御装置４０で記憶し、以後の始動時には動作プログラムのステップＳ１からステップＳ３を省略して動作させることもできる。実施の形態２の水処理装置２および実施の形態３の水処理装置３についても同様である。
【００８３】
（２）上述の各実施の形態では、予め原水のシリカ濃度を測定し、その測定値に基づいて第１処理部２０での濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう回収率を調整しているが、水質検査装置２３２に濃縮水のシリカ濃度を測定するためのセンサをさらに設け、このセンサでのシリカ濃度の測定値が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう回収率を調整することもできる。
【００８４】
（３）上述の各実施の形態では、第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下の範囲になるよう制御しているが、本発明では、ランゲリア指数の下限を設けないようにすることもできる。但し、そのようにすると、第１処理部２０での濃縮水において所要のランゲリア指数を達成するために原水に対して比較的多量のｐＨ調整剤（酸性薬剤）を添加することになり、結果的に逆浸透膜装置２１０において逆浸透膜を透過する遊離炭酸の量が増加して透過水の水質が低下する。したがって、ランゲリア指数は、好ましくは０以上に設定するのが好ましく、仮にマイナス値に設定するとしても−０．２〜０の程度にとどめるのが好ましい。
【００８５】
なお、供給源からの原水は、特別な場合を除き、その一般的な水質から酸性薬剤の添加によるｐＨ調整で濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に制御することができる。このため、供給経路１０では、通常、酸性薬剤を添加するための第１部位１２１のみからなる第１添加装置１２０を用いることもできる。
【００８６】
これに対し、供給源からの原水そのもののｐＨが酸性範囲にあるような特別な場合、例えば、原水が工場排水であってｐＨが５〜６程度の場合、第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数は原水のｐＨを調整しなくても０．３以下、特にマイナス値になることが多い。このような場合、透過水の水質を高めるために、アルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２のみからなる第１添加装置１２０を用い、原水にアルカリ性薬剤を適宜添加しながら濃縮水のランゲリア指数を０．３付近まで高めるようにするのが好ましい。
【００８７】
（４）上述の各実施の形態では、第１添加装置１２０にアルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２を設け、そこから原水へアルカリ性薬剤を添加することで原水のｐＨを高めているが、原水の水質において適当な場合は、原水のｐＨを高めるための手段としてエアレーション方式（空気と原水との気液接触を利用した遊離炭酸の除去方法）を採用することもできる。
【００８８】
（５）上述の各実施の形態では、原水を効率的に利用して濃縮水の廃棄量を抑えることを目的とし、第１処理部２０の排水路２３０に循環経路２３１を設けたクロスフロー方式を採用しているが、クロスフロー方式を採らない場合も本発明を同様に実施することができる。また、実施の形態２の水処理装置２は、第２処理部５０において、循環経路５１６を設けずに逆浸透膜装置５１１での濃縮水の全てを廃棄するように変更することもできる。
【００８９】
（６）上述の各実施の形態において、供給経路１０は、第１添加装置１２０の上流側（原水の供給源側）において軟水化装置をさらに備えていてもよい。軟水化装置は、原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により一価の陽イオン（例えば、ナトリウムイオン）と交換することで除去するものであり、原水を軟化水に変換するためのものである。一般的な軟水化装置では、原水のカルシウム硬度を０．１ｍｇ／Ｌ以下に低減することができる。
【００９０】
第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数は、既述の式（２）において明らかなように、原水のカルシウム硬度に基づいて定まるものであり、原水のカルシウム硬度を低下させることで小さくなる。したがって、軟水化装置を用いれば、原水へのｐＨ調整剤、特に、酸性薬剤の添加を抑えて濃縮水のランゲリア指数を所定の範囲に制御しやすくなるため、逆浸透膜装置２１０からの透過水の水質低下をより抑制しやすくなる。
【００９１】
＜実験例＞
実験例１〜３
電気伝導率１５９ｍＳ／ｍ、硬度４１４ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、シリカ濃度４４ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、総アルカリ度９０ｍｇＣａＣＯ３／ＬおよびｐＨ７．６の水質に調整された試験用の供給水を調製し、この供給水をタンクに貯留した。そして、タンクから延びる供給経路を通じ、この供給水を逆浸透膜エレメント（ウンジン・ケミカル社の型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」）を１本装填した逆浸透膜モジュールへ加圧ポンプにより加圧しながら連続的に供給し、透過水流量１０００Ｌ／ｈ、回収率７５％および温度２５℃の条件で運転した。透過水流量は、加圧ポンプの回転数の調節により制御した。逆浸透膜モジュールへの通水はクロスフロー方式とし、透過水流量に対して系内の循環流量が５倍となるように、濃縮水の一部を供給経路へ循環させた。このような供給水の処理運転中において、濃縮水の一部を定期的にサンプルとして採取し、濃縮水のシリカ濃度が概ね１３５〜１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌに、また、濃縮水の電気伝導率が概ね５１０〜５３０ｍＳ／ｍに維持されていることを確認した。
【００９２】
本実験例では、逆浸透膜モジュールへ流れる供給水のｐＨを硫酸の添加により６〜６．６に調整することで濃縮水のｐＨを８〜９程度に調整し、実験例１ではランゲリア指数（ＬＳＩ）を−０．２に、実験例２では同指数を０．１に、実験例３では同指数を０．３にそれぞれ制御した。また、供給水に対し、スケール分散剤としてＢＷＡ ＷＡＴＥＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ社の商品名「フロコン２６０」を原液のまま濃度が２．５ｍｇ／Ｌになるよう添加した。
【００９３】
比較実験例１
供給水への硫酸添加により濃縮水のランゲリア指数を０．５に制御した点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９４】
比較実験例２
供給水への硫酸添加による濃縮水のランゲリア指数の制御をしなかった点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９５】
比較実験例３
供給水への硫酸添加を調整することで濃縮水のランゲリア指数を０．２に制御し、かつ回収率を増加させて濃縮水のシリカ濃度を１７０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度にまで高めた点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９６】
比較実験例４
供給水へのスケール分散剤の添加をしなかった点を除き、ランゲリア指数を０．３に制御した実験例３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９７】
比較実験例５
供給水への硫酸添加によるランゲリア指数の制御、および、供給水へのスケール分散剤の添加をしなかった点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９８】
評価
実験例１〜３および比較実験例１〜５のそれぞれにおいて、水処理運転中の逆浸透膜エレメントの有効圧力の変化を経時的に測定した。そして、有効圧力の測定値、透過水流量の設定値および逆浸透膜エレメントの有効膜面積から透過水の水透過係数を所定時間経過時に算出した。なお、初期状態の水透過係数は、逆浸透膜エレメントの個体差により多少のばらつきがあるため、水処理運転の開始から１時間経過時点の数値を初期値とした。また、水処理運転の開始から２４時間経過時点での透過水の電気伝導率を測定した。電気伝導率は、透過水の水質を示す指標であり、数値が低いほど透過水にイオン成分（夾雑成分）が少ないこと、すなわち、水質が良好なことを表している。結果を表１に示す。なお、比較実験例５は、１２０時間経過時点の水透過係数が初期値の１５％未満まで低下したため、この時点で水処理運転を中止した。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１によると、実験例１〜３では、１５０時間経過時の水透過係数が初期値の９６〜９７％に維持されており、比較実験例１〜５に比べて逆浸透膜エレメントのスケール付着による閉塞が顕著に抑制されていることがわかる。また、実験例１〜３は、比較実験例１〜５に比べて透過水の電気伝導率が同程度の数値となっており、水質の良好な透過水が得られていることがわかる。さらに、実験例１〜３によると、濃縮水のランゲリア指数が０未満の場合に透過水の電気伝導率が若干高くなる傾向が見られるため、濃縮水のランゲリア指数は０以上に維持するのが好ましいこともわかる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３ 水処理装置
１０ 供給経路
４０ 制御装置
１２０ 第１添加装置
１３０ 第２添加装置
２１０ 逆浸透膜装置
２２０ 処理水路
２３０ 排水路
２３２ 水質検査装置
３１０、５１１、６１０ 精製装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置、特に、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や医薬の製造過程においては、製品の品質向上や安全性確保等の観点から、溶存している天然成分や懸濁物質等の夾雑成分を除去した精製水が大量に使用されており、そのような精製水は、例えば、工業用水、上水または地下水などの原水を逆浸透膜装置によりろ過処理することで製造されている。
【０００３】
このような精製水の製造では、連続的な大量生産が求められることから、逆浸透膜装置でのろ過水量（透過水量）を安定に維持する必要がある。ところが、逆浸透膜装置は、原水に含まれる夾雑成分を逆浸透膜で高度に分離するものであり、結果的に逆浸透膜の一次側、すなわち、原水の導入側において夾雑成分の濃度が高まった濃縮水が接触した状態になるため、当該一次側においてファウリングやスケールが生じ、透過水量が漸減する傾向にある。ここで、ファウリングとは、原水中の懸濁物質や有機物等が逆浸透膜の膜面に沈着または吸着する現象をいい、逆浸透膜での透過水量を低下させる原因となり得る。一方、スケールは、原水に主として天然成分として含まれるカルシウム等の硬度成分やシリカが堆積したものであり、逆浸透膜の微孔を閉塞させることで逆浸透膜での透過水量を低下させる原因となり得る。
【０００４】
一般に、逆浸透膜装置は、回収率、すなわち、原水に対して得られる透過水の割合を高めると濃縮水での夾雑成分濃度が高まり、ファウリングやスケールによる透過水量の減少が短時間で発生しやすくなるため、回収率を低めに制御することで濃縮水での夾雑成分濃度の上昇を抑えて安定な透過水量を比較的長期間に亘って維持することができる。しかし、この場合、透過水量が減少することになるため、原水の処理効率（すなわち、精製水の製造効率）が損なわれる。
【０００５】
このような不具合への対策として、特許文献１は、原水に対してスケール防止剤を添加するとともに、原水のｐＨが５．５程度になるよう酸を添加する方法を開示している。しかし、この方法は、特許文献１に記載のように、透過水の水質が低下するという、精製水の製造において看過できない不具合がある。
【０００６】
因みに、特許文献１に記載の方法において透過水の水質が低下するのは、酸の過剰な添加によって原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化し、この遊離炭酸が酸の過剰な添加によって原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化し、この遊離炭酸が逆浸透膜を透過してしまうことによるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０６７４９号公報（段落００１０、段落００１３並びに段落００４５および段落００５０の比較例１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、シリカおよび硬度成分を含む原水を逆浸透膜装置を用いて浄化する水処理において、透過水の水質低下を抑えながら透過水の流量の減少を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置に関するものであり、この水処理装置は、原水の供給経路と、供給経路からの原水をろ過して透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、逆浸透膜装置で得られた透過水を精製するための精製装置と、供給経路に設けられた、原水のｐＨを調整するための第１調整手段と、逆浸透膜装置での透過水の回収率を調整するための第２調整手段と、供給経路に設けられた、原水へスケール分散剤を添加するための添加装置と、濃縮水の水質を検査するための水質検査装置と、水質検査装置により検査された水質に基づいて、濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算手段と、濃縮水のランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、シリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう、第１調整手段と第２調整手段とを制御する水質制御手段とを備えている。
【００１０】
精製装置は、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置、または、逆浸透膜を備えたろ過装置である。また、精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置と、ろ過装置により精製された透過水をさらに精製するための、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置とを備えていてもよい。
【００１１】
水質制御手段は、通常、濃縮水のランゲリア指数が０以上に維持されるよう第１調整手段を制御する。
【００１２】
第１調整手段は、例えば、ｐＨ調整剤を前記原水へ注入するための注入装置である。ここで用いられるｐＨ調整剤は、通常、原水のｐＨを低下させる酸性薬剤および原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤のうちの少なくとも一つである。
【００１３】
他の観点に係る本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理方法に関するものであり、この水処理方法は、スケール分散剤を添加した原水を逆浸透膜装置へ供給し、透過水と濃縮水とに分離する工程１と、透過水を精製するための工程２とを含み、工程１において、濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する。
【００１４】
この水処理方法では、工程２において、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置により透過水を精製するか、または、逆浸透膜を備えたろ過装置により透過水を精製する。また、工程２は、逆浸透膜を備えたろ過装置により透過水を精製する工程と、ろ過装置により精製された透過水を電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置によりさらに精製する工程とを含んでいてもよい。
【００１５】
工程１では、通常、濃縮水のランゲリア指数を０以上に維持するのが好ましい。
【００１６】
工程１では、通常、原水のｐＨを調整することで濃縮水のランゲリア指数を制御し、かつ、逆浸透膜装置での透過水の回収率を調整することで濃縮水のシリカ濃度を制御する。
【００１７】
本発明において用いられるスケール分散剤は、例えば、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、シリカおよび硬度成分を含む原水を逆浸透膜装置を用いて浄化するに当たり、逆浸透膜装置での濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持しているため、透過水の水質低下を抑えながら透過水の流量の減少を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の概略図。
【図２】図１のＡ部の詳細図。
【図３】前記水処理装置の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態２に係る水処理装置の概略図。
【図５】本発明の実施の形態３に係る水処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１
図１および図２（図１のＡ部の詳細図）を参照して、本発明の実施の形態１に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置１は、シリカ（本願では、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ０１０１：１９９８「工業用水試験法」の「４４．シリカ（ＳｉＯ２）」において規定された全シリカを意味する。）および硬度成分（カルシウムイオンおよびマグネシウムイオン）を含む原水、例えば、工業用水、水道水、地下水（浅井戸水、深井戸水、湧水または伏流水等）、地表水（河川水または湖沼水等）若しくは工場排水またはこれらの任意の組み合わせによる混合水を浄化することで精製水を製造するためのものであり、原水の供給経路１０、供給経路１０からの原水を浄化処理するための第１処理部２０、第１処理部２０からの浄化水をさらに精製するための第２処理部３０および制御装置４０を主に備えている。
【００２１】
供給経路１０は、原水の供給源（図示せず）からの原水を第１処理部２０に対して供給するためのものであり、原水の供給および停止を制御するための給水制御弁１１０並びに原水に対して薬剤を添加するための第１添加装置１２０および第２添加装置１３０をこの順に備えている。
【００２２】
第１添加装置１２０（第１調整手段の一例）は、第１処理部２０へ供給する原水に対してｐＨ調整剤を注入するためのものであり、第１部位１２１と第２部位１２２とを備えている。第１部位１２１は、原水に対し、原水のｐＨを低下させる酸性薬剤を注入するための部位である。ここで用いられる酸性薬剤は、特に限定されるものではなく、例えば、塩酸、硫酸または硝酸などの無機酸であり、通常、水溶液として用いられる。一方、第２部位１２２は、原水に対し、原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤を注入するための部位である。ここで用いられるアルカリ性薬剤は、例えば、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属の水酸化物や炭酸塩などであり、通常、水溶液として用いられる。
【００２３】
第１部位１２１および第２部位１２２は、それぞれ、ｐＨ調整剤の貯蔵部と、ｐＨ調整剤を貯蔵部から原水へ注入するための注入部とを有しており、注入部は、ｐＨ調整剤の注入量を調節するための制御弁を有している。
【００２４】
第２添加装置１３０は、第１処理部２０へ供給する原水に対してスケール分散剤を添加するためのものであり、スケール分散剤の貯蔵部と、スケール分散剤を貯蔵部から原水へ添加するための添加部とを有している。添加部は、スケール分散剤の添加量を調節するための制御弁を有している。
【００２５】
ここで用いられるスケール分散剤は、水溶性のものであれば特に限定されるものではないが、例えば、アクリル酸系ポリマー、メタクリル酸系ポリマーおよびマレイン酸系ポリマーなどのポリカルボン酸、ポリスルホン酸並びにホスホン酸などを挙げることができる。これらのスケール分散剤は、二種以上のものが併用されてもよい。また、スケール分散剤は、通常、水溶液として用いられる。
【００２６】
スケール分散剤としては、第１処理部２０の後記する逆浸透膜モジュール２１１において、逆浸透膜の膜面に炭酸カルシウム系スケールが付着するのを効果的に抑制可能なことから、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものが好ましい。このようなスケール分散剤の例として、ポリカルボン酸とホスホン酸とを含む、濃度が３３〜３７重量％の水溶液であるＢＷＡ ＷＡＴＥＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ社の商品名「フロコン２６０」を挙げることができる。
【００２７】
第１処理部２０は、供給経路１０からの原水をろ過処理することで浄化するためのものであり、逆浸透膜装置２１０、処理水路２２０および排水路２３０を主に備えている。
【００２８】
逆浸透膜装置２１０は、逆浸透膜モジュール２１１と加圧ポンプ２１２とを備えている。逆浸透膜モジュール２１１は、単一または複数の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備えたものである。逆浸透膜エレメントを形成する逆浸透膜は、原水に含まれる分子量が数十程度の微細な夾雑成分の透過を阻止可能な膜であり、原水の処理目的によっては夾雑成分の透過阻止率が若干低いナノ濾過膜（ＮＦ膜）であってもよい。
【００２９】
加圧ポンプ２１２は、供給経路１０からの原水を加圧して逆浸透膜モジュール２１１へ供給可能なものである。供給経路１０からの原水は、この加圧ポンプ２１２により逆浸透膜での浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール２１１へ供給されることで逆浸透膜エレメントにおいて逆浸透し、一部が逆浸透膜エレメントを透過する。これにより、原水は、逆浸透膜エレメントにおいて、夾雑成分が除去された透過水（すなわち、浄化水）と、夾雑成分濃度が高まった濃縮水とに分離される。
【００３０】
処理水路２２０は、逆浸透膜装置２１０において生成した透過水を第２処理部３０へ送るための経路である。排水路２３０は、逆浸透膜装置２１０において生成した濃縮水を当該装置から排出するための経路であり、逆浸透膜装置２１０側から循環経路２３１、水質検査装置２３２および排水制御弁２３３をこの順に備えている。
【００３１】
循環経路２３１は、逆浸透膜装置２１０からの濃縮水の一部を供給経路１０へ循環させるためのものであり、排水路２３０から分岐し、第２添加装置１３０と加圧ポンプ２１２との間において供給経路１０に連絡している。
【００３２】
水質検査装置２３２は、排水路２３０を流れる濃縮水の水質を測定するためのものであり、排水路２３０から分岐する、濃縮水の一部を水質検査用の試料として採取するためのサンプリング経路２４０を有している。サンプリング経路２４０は複数に分岐しており、各分岐路は、それぞれ、濃縮水のｐＨ値を測定するためのｐＨセンサ２４１、濃縮水の温度を測定するための温度センサ２４２、濃縮水の電気伝導率を測定するための電気伝導率センサ２４３、濃縮水のカルシウム硬度を測定するための硬度センサ２４４および濃縮水の総アルカリ度を測定するための総アルカリ度センサ２４５を有している。ｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２および電気伝導率センサ２４３としては、水質検査用において用いられる各種のものを使用することができる。
【００３３】
硬度センサ２４４としては、一般的な比色式のものが用いられる。比色式のセンサは、採取された濃縮水の試料に発色試薬（例えば、２−ヒドロキシ−１−（２’−ヒドロキシ−４’−スルホ−１’−ナフチルアゾ）−３−ナフトエ酸）を添加したときの試料の発色を特定の吸収波長の吸光度の変化として検出し、当該吸光度に基づいてカルシウム硬度を判定するものである。
【００３４】
総アルカリ度センサ２４５により測定される総アルカリ度は、炭酸水素塩、炭酸塩および水酸化物等として濃縮水に含まれるアルカリ成分の量を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の量に換算して表したものであり、各種の水質分析に関わるＪＩＳ規格等において酸消費量（ｐＨ４．８）と称されているものである。一般的な総アルカリ度センサ２４５は、比色式のものであり、これは、採取された濃縮水の試料に発色試薬（例えば、メチルオレンジ）を添加したときの試料の発色を特定の吸収波長の吸光度の変化として検出し、当該吸光度に基づいて総アルカリ度を判定するものである。
【００３５】
排水制御弁２３３は、逆浸透膜装置２１０からの濃縮水の廃棄量を制御するためのものである。
【００３６】
第２処理部３０は、処理水路２２０からの透過水をさらに精製するためのものであり、精製装置３１０と浄水経路３２０とを備えている。精製装置３１０は、透過水に残留しているイオンを捕捉して取り除くためのイオン捕捉装置であり、通常、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたものである。
【００３７】
電気再生式イオン交換装置は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を交互に配置して形成した脱塩室および濃縮室を有し、脱塩室には、混床のイオン交換体（樹脂または繊維）が収容されている。この電気再生式イオン交換装置は、脱塩室において、陽イオン交換体と陰イオン交換体との両方により透過水に残留している陽イオンおよび陰イオンの両方を捕捉して除去可能なものであり、陽イオン交換体および陰イオン交換体によるイオンの捕捉と平行して、両イオン交換体が電気的に連続再生されることから、長期間に亘って透過水を安定に精製することができる。なお、電気再生式イオン交換装置において生成される、除去されたイオンを含む濃縮水は、廃棄されてもよいが、第１処理部２０の原水側へ（すなわち、供給経路１０へ）一部または全量を返送することもできる。
【００３８】
イオン交換樹脂混床塔は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを充填した水処理塔であり、透過水に残留している陽イオンおよび陰イオンの両方を捕捉して除去可能なものである。
【００３９】
陽イオン交換樹脂単床塔は、陽イオン交換樹脂を充填した水処理塔であり、透過水に残留している陽イオンを捕捉して除去可能なものである。一般に、逆浸透膜のスキン層は負荷電性であるので、当該逆浸透膜で処理された透過水に含まれる残留イオンは、陰イオンの割合が少なく、陽イオンの割合が多くなっている。そのため、運転コストを抑制しやすい陽イオン交換樹脂単床塔を用いて、残留割合の多い陽イオンを選択的に除去することにより、透過水を高度に精製することができる。
【００４０】
浄水経路３２０は、精製装置３１０において精製された透過水、すなわち精製水を送水するための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００４１】
制御装置４０は、水処理装置１の動作を制御するためのものであり、動作を統括する中央制御装置、水処理装置１の動作プログラムや各種のデータを記憶する記憶装置および情報の入出力装置（いずれも図示せず）を備えた電子情報処理組織である。入出力装置の入力部は、水質検査装置２３２が連絡しており、ｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２、電気伝導率センサ２４３、硬度センサ２４４および総アルカリ度センサ２４５の各センサでの測定データを受信可能である。また、入力部には、水処理装置１の動作において必要な各種のデータや指令等を手動で入力するための操作盤４１などが連絡している。一方、入出力装置の出力側は、給水制御弁１１０、第１添加装置１２０、第２添加装置１３０、加圧ポンプ２１２、排水制御弁２３３、水質検査装置２３２での測定データやその他の情報を表示したり、所要の情報の手動入力を案内したりするための表示装置４２および必要な場合は精製装置３１０が連絡しており、これらの各部に対して所要の動作信号を発信可能である。
【００４２】
記憶装置に記憶された動作プログラムは、濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算プログラムと、濃縮水の水質制御プログラムとを含んでいる。
【００４３】
ランゲリア指数は、水系におけるスケール発生傾向を評価するための一般的な指標であり、正の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しやすいことを示し、また、負の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しにくいことを示す。また、ランゲリア指数が０のときは、炭酸カルシウムが析出も溶解もしない平衡状態にある。このことから、濃縮水のランゲリア指数が０未満の場合は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面において炭酸カルシウムによるスケールが生成しにくい状態にあり、逆に、０を超える場合は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面において炭酸カルシウムによるスケールが生成しやすいことになる。
【００４４】
濃縮水のランゲリア指数（ＬＳＩ）は、通常、次の式（１）により求められる。
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨｓ （１）
【００４５】
式（１）において、ｐＨは濃縮水のｐＨ値である。また、ｐＨｓは、濃縮水において炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときの理論上のｐＨ値であり、次の式（２）により求められる。
ｐＨｓ＝９．３＋Ａ値＋Ｂ値−Ｃ値−Ｄ値 （２）
【００４６】
式（２）において、Ａ値は、蒸発残留物濃度により定まる補正値である。蒸発残留物濃度は、電気伝導率と相関があるため、所定の換算式を用いて電気伝導率から蒸発残留物濃度を求めることができる。Ｂ値は、水温により定まる補正値である。Ｃ値は、カルシウム硬度により定まる補正値である。Ｄ値は、総アルカリ度により定まる補正値である。
【００４７】
式（１）から明らかなように、濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨの低下とともに小さくなり、ｐＨの上昇とともに大きくなる。したがって、濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨを調整することで制御可能である。
【００４８】
ランゲリア指数の演算プログラムは、水質検査装置２３２の各センサでの測定データから、所定の関係式を用いて算出することで、または、所定の数値テーブルを参照することで、Ａ〜Ｄ値を求める。そして、求めたＡ〜Ｄ値から式（２）によりｐＨｓを求め、このｐＨｓとｐＨセンサ４１１での実測ｐＨとから式（１）によりランゲリア指数を算出する。なお、ランゲリア指数を算出するために必要な各種の数値テーブルは、記憶装置に記憶しておくことができる。
【００４９】
一方、水質制御プログラムは、後記するプロセスにより第１添加装置１２０、加圧ポンプ２１２および排水制御弁２３３を制御することで濃縮水のランゲリア指数およびシリカ濃度を制御するためのものである。
【００５０】
次に、上述の水処理装置１の基本動作を説明する。水処理装置１において、給水制御弁１１０を開放し、原水の供給源から供給経路１０へ原水を供給すると、この原水は、第２添加装置１３０からスケール分散剤が連続的または一定時間毎に添加され、また、加圧ポンプ２１２により逆浸透膜モジュール２１１での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール２１１へ供給される。逆浸透膜モジュール２１１へ加圧されて供給された原水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、夾雑成分が除去された透過水として処理水路２２０から第２処理部３０の精製装置３１０へ連続的に送られる。
【００５１】
精製装置３１０へ送られた透過水は、残留するイオン、すなわち、逆浸透膜モジュール２１１において逆浸透膜を透過したイオンが除去され、精製水として浄水経路３２０を流れる。
【００５２】
一方、逆浸透膜モジュール２１１において、逆浸透膜を透過しない残余の原水は、逆浸透膜により透過を阻止された夾雑成分の濃度が高まった濃縮水として排水路２３０へ押し流される。排水路２３０へ流れた濃縮水は、一部が循環経路２３１へ流れ、供給経路１０を流れる原水に合流する。また、循環経路２３１へ循環しない残余の濃縮水は、排水制御弁２３３から廃棄される。
【００５３】
このような水処理装置１の動作では、逆浸透膜モジュール２１１からの透過水の流量（Ｆ２）および排水制御弁２３３から廃棄される濃縮水の流量（Ｆ３）を制御することで、回収率を調節することができる。ここで、回収率とは、逆浸透膜モジュール２１１へ供給される原水の流量（Ｆ１）に対する透過水の流量（Ｆ２）の割合（％）（すなわち、Ｆ２／Ｆ１×１００）をいう。本実施の形態において、Ｆ１は、給水制御弁１１０から供給される原水の流量である。
【００５４】
次に、図３に示す動作フローチャートを参照して、水処理装置１の動作をより具体的に説明する。ここでは、先ず、原水の試料を採取し、原水のシリカ濃度（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）を分析する。原水のシリカ濃度は、市販の測定試薬キット等を用いた化学分析手法により測定することができるが、市販の自動測定装置を用いて測定することもできる。
【００５５】
操作者が水処理装置１を始動すると、動作プログラムは、ステップＳ１において、制御装置４０の表示装置４２に情報入力案内を表示し、ステップＳ２において操作者が原水のシリカ濃度を入力するのを待つ。操作者が予め調べた原水のシリカ濃度を操作盤４１から入力すると、動作プログラムはステップＳ２からステップＳ３へ移行し、逆浸透膜装置２１０において設定すべき回収率を算出する。より具体的には、入力された原水のシリカ濃度に基づいて、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持され得る回収率を算出する。
【００５６】
ここで、回収率は、高く設定することで原水の濃縮倍率が高くなり（すなわち、濃縮水における夾雑成分濃度が高くなり）、低く設定することで原水の濃縮倍率が低くなる（すなわち、濃縮水における夾雑成分濃度が低くなる）。このため、原水のシリカ濃度が判明している場合、回収率の調節により原水の濃縮倍率を制御すれば、結果的に濃縮水のシリカ濃度を制御することができる。例えば、回収倍率を９０％に設定したとき、原水の濃縮倍率は１０倍程度になる。この場合、原水のシリカ濃度が例えば１０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、濃縮水のシリカ濃度は原水での濃度の１０倍、すなわち、１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度に維持されるから、９０％の回収率は濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する上で適切な回収率である。これに対し、原水のシリカ濃度が例えば２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、濃縮水のシリカ濃度は１０倍の２００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度に維持されるから、９０％の回収率は濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する上で不適切な回収率である。
【００５７】
原水の濃縮倍率に基づいて算出される回収率は、濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持可能な上限値である。このような上限値の回収率は、原水において一時的にシリカ濃度が上昇する事態が生じたとき、濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持することができない可能性がある。また、回収率は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面でのファウリングによる原水の処理効率の低下を回避する観点から、通常、９０％以下に設定するのが好ましい。したがって、これらの事情を考慮し、ステップＳ３において算出する回収率は、通常、上述の上限値を補正し、当該上限値よりも小さく設定するのが好ましい。
【００５８】
なお、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌを超える場合、逆浸透膜モジュール２１１の膜面においてシリカ系スケールが生成しやすくなることから、比較的短時間のうちに透過水量が減少し、原水の処理効率が低下する。
【００５９】
次に、動作プログラムはステップＳ４へ移行する。このステップでは、表示装置４２が初期準備の完了を表示し、操作者が水処理装置１の運転開始指令を入力するのを待つ。そして、操作者が操作盤４１を通じて運転開始指令を入力すると、動作プログラムはステップＳ５へ移行し、水処理装置１の運転を開始する。
【００６０】
ステップＳ５において、動作プログラムは、先ず、給水制御弁１１０を開放し、供給源からの原水を供給経路１０へ流す。これにより、水処理装置１は、既述の基本動作を開始する。また、このステップでは、ステップＳ３で算出された回収率が達成されるよう、逆浸透膜モジュール２１１での透過水の流量（Ｆ２）および廃棄する濃縮水の流量（Ｆ３）をそれぞれ加圧ポンプ２１２の回転数および排水制御弁２３３の開度の制御により調節する。これにより、濃縮水のシリカ濃度は、１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持される。
【００６１】
また、ステップＳ５において、動作プログラムは、第２添加装置１３０によるスケール分散剤の添加を開始する。ここで、動作プログラムは、給水制御弁１１０から供給される原水の流量（Ｆ１）を参照し、当該原水におけるスケール分散剤の濃度を制御する。スケール分散剤は、逆浸透膜モジュール２１１の膜面でのスケールの生成が抑制されるように原水での濃度を設定する必要があり、当該濃度を高めに設定するのが一般的であるが、この実施の形態では、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持され、また、濃縮水のランゲリア指数が後記するように０．３以下の範囲に維持されるため、１〜５ｍｇ／Ｌ程度の微量に設定するだけで効果的に機能し得る。この結果、排水制御弁２３３から廃棄される濃縮水は、スケール分散剤による化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の上昇が抑えられ、環境負荷を与えにくい。
【００６２】
さらに、ステップＳ５において、動作プログラムは、水質検査装置２３２を作動させ、サンプリング経路２４０を通じて排水路２３０から常時採取される濃縮水の試料の水質検査を開始する。
【００６３】
次のステップＳ６において、動作プログラムは、操作者が操作盤４１から水処理装置１の停止指令を入力したか否かを判断する。操作者が停止指令を入力したとき、動作プログラムはステップＳ７へ移行し、給水制御弁１１０を閉鎖するとともに、その他の装置を停止する。これにより、逆浸透膜装置２１０への原水の供給が停止し、水処理装置１は動作を終了する。
【００６４】
一方、水処理装置１の運転中、動作プログラムは、ステップＳ８において濃縮水のランゲリア指数（ＬＳＩ）を算出する。ここでは、水質検査装置２３２のｐＨセンサ２４１、温度センサ２４２、電気伝導率センサ２４３、硬度センサ２４４および総アルカリ度センサ２４５によりそれぞれ測定されたｐＨ、温度、電気伝導率、硬度および総アルカリ度の各データから所定の数値テーブルを参照することで既述のＡ〜Ｄ値を求め、既述の式（２）および（１）からランゲリア指数を算出する。
【００６５】
ステップＳ８において算出されたランゲリア指数は、次のステップＳ９において０以上０．３以下の範囲にあるか否かが判断される。ランゲリア指数が上記範囲から外れるものと判断されたとき、動作プログラムはステップＳ１０へ移行し、濃縮水のランゲリア指数の制御動作を実行する。
【００６６】
ここで、ランゲリア指数が０．３を超える場合、動作プログラムは、第１添加装置１２０において第１部位１２１の制御弁を作動させ、供給経路１０を流れる原水に対して酸性薬剤を注入する。これにより、濃縮水は、ｐＨが低下し、ランゲリア指数が小さくなる。一方、ランゲリア指数が０未満の場合、動作プログラムは、第１添加装置１２０において第２部位１２２の制御弁を作動させ、供給経路１０を流れる原水に対してアルカリ性薬剤を注入する。これにより、濃縮水は、ｐＨが上昇し、ランゲリア指数が大きくなる。このように、第１添加装置１２０は、酸性薬剤を添加するための第１部位１２１と、アルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２との両方を備えているため、濃縮水のランゲリア指数を上述の狭い範囲に迅速にかつ安定に制御することができる。
【００６７】
動作プログラムは、水処理装置１の運転中、すなわち、操作者が操作盤４１から停止指令を入力しない限り、ステップＳ８およびステップＳ９を繰返し、必要なときはステップＳ１０を実行することで濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下の範囲になるよう制御する。
【００６８】
以上のような動作プログラムにより、第１処理部２０では、運転中において、濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下に維持され、かつ、濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持される。このため、逆浸透膜モジュール２１１は、逆浸透膜において炭酸カルシウム系スケールおよびシリカ系スケールの生成が抑制され、透過水の流量を長期間に亘って安定に維持することができる。また、このような透過水の流量の維持は、濃縮水のｐＨを単純に低下させるよう調整することで達成されるのではなく、濃縮水のランゲリア指数を０以上の狭い範囲で精密に制御することで達成されるものであるから、原水に対するｐＨ調整剤、特に、酸性薬剤の注入量を抑制しながら達成することができる。その結果、原水に含まれる炭酸水素イオンや炭酸イオンが遊離炭酸（溶存炭酸ガス）に変化することを抑制し、逆浸透膜を透過する遊離炭酸の量を減らして透過水の水質低下を抑えることができる。このため、第２処理部３０の精製装置３１０では、残留する遊離炭酸の除去負担が軽減され、夾雑成分が高度に除去された精製水を得ることができる。
【００６９】
実施の形態２
図４を参照して、本発明の実施の形態２に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置２は、実施の形態１と同様の原水から精製水を製造するためのものであり、実施の形態１の水処理装置１において、第２処理部３０を別の第２処理部５０に変更したものである。
【００７０】
この実施の形態において用いられる第２処理部５０は、ろ過装置５１０と第３添加装置５２０とを主に備えている。ろ過装置５１０は逆浸透膜装置５１１、浄水経路５１２および排水路５１３を備えたものであり、逆浸透膜装置５１１は、実施の形態１において逆浸透膜装置２１０で用いられるものと同様の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備えた逆浸透膜モジュール５１４と、処理水路２２０からの透過水を加圧して逆浸透膜モジュール５１４へ供給可能な加圧ポンプ５１５とを備えている。処理水路２２０からの透過水は、加圧ポンプ５１５により逆浸透膜での浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール５１４へ供給されることで逆浸透膜エレメントにおいて逆浸透し、一部が逆浸透膜エレメントを透過する。これにより、透過水は、逆浸透膜エレメントにおいて、残留イオン等の残留夾雑成分が除去された透過水（すなわち、精製水）と、残留イオン等の残留夾雑成分の濃度が高まった濃縮水とに分離される。
【００７１】
浄水経路５１２は、逆浸透膜装置５１１からの精製水を送るための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００７２】
排水路５１３は、供給経路１０において、給水制御弁１１０と第１添加装置１２０との間に連絡しており、逆浸透膜装置５１１において生成した濃縮水を原水へ循環するための経路である。また、排水路５１３は、逆浸透膜装置５１１側から循環経路５１６および排水制御弁５１７をこの順に備えている。循環経路５１６は、排水路５１３から分岐して第３添加装置５２０と加圧ポンプ５１５との間において処理水路２２０に連絡しており、第１処理部２０から第２処理部５０へ供給される透過水に対して逆浸透膜装置５１１からの濃縮水の一部を循環するためのものである。排水制御弁５１７は、逆浸透膜装置５１１からの濃縮水の排水量を制御するためのものであり、この制御により逆浸透膜モジュール５１４での回収率を調整可能である。
【００７３】
第３添加装置５２０は、処理水路２２０を流れる透過水に対して薬剤を添加するためのものである。ここで添加する薬剤は、透過水に含まれる遊離炭酸（溶存炭酸ガス）をイオン化するためのものであり、透過水のｐＨを高めることができるもの、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水溶液が用いられる。
【００７４】
次に、上述の水処理装置２の動作を説明する。水処理装置２において、給水制御弁１１０を開放し、原水の供給源から供給経路１０へ原水を供給すると、この原水は、第２添加装置１３０からスケール分散剤が連続的または一定時間毎に添加され、第１処理部２０の逆浸透膜装置２１０へ供給される。逆浸透膜装置２１０において、供給経路１０からの原水は、加圧ポンプ２１２により逆浸透膜モジュール２１１での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール２１１へ供給される。逆浸透膜モジュール２１１へ加圧されて供給された原水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、夾雑成分が除去された透過水として処理水路２２０から第２処理部５０の逆浸透膜装置５１１へ連続的に送られる。この際、透過水は、第３添加装置５２０からの薬剤が連続的または一定時間毎に添加され、遊離炭酸（溶存炭酸ガス）がイオン化される。透過水に対する薬剤の添加量は、遊離炭酸のイオン化を促進するために、透過水のｐＨを８以上に調整可能なように設定するのが好ましい。
【００７５】
逆浸透膜装置５１１へ送られた透過水は、加圧ポンプ５１５により逆浸透膜モジュール５１４での浸透圧以上に加圧されて逆浸透膜モジュール５１４へ供給される。そして、逆浸透膜モジュール５１４へ加圧されて供給された透過水は、一部が逆浸透膜を透過し（すなわち、ろ過され）、逆浸透膜モジュール２１１を透過した残留イオン等の残留夾雑成分、第３添加装置５２０からの薬剤の添加により生成した遊離炭酸由来のイオンおよび添加された薬剤自体に由来のイオンが除去された精製水として浄水経路５１２へ流れる。
【００７６】
一方、逆浸透膜モジュール５１１において、逆浸透膜を透過しない残余の透過水は、逆浸透膜により透過を阻止されたイオン等の濃度が高まった濃縮水として排水路５１３へ押し流される。排水路５１３へ流れた濃縮水は、一部が循環経路５１６へ流れ、処理水路２２０を流れる第１処理部２０からの透過水に合流する。また、循環経路５１６へ循環しない残余の濃縮水は、供給経路１０において、給水制御弁１１０からの原水に合流する。
【００７７】
水処理装置２における上述の動作は、実施の形態１と同様に制御装置４０により制御される。したがって、第１処理部２０は、逆浸透膜装置２１０での濃縮水のランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、シリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう運転される。
【００７８】
実施の形態３
図５を参照して、本発明の実施の形態３に係る水処理装置を説明する。図において、水処理装置３は、実施の形態２の水処理装置２に対し、第３処理部６０をさらに追加したものである。
【００７９】
第３処理部６０は、浄水経路５１２を流れる精製水をさらに精製するためのものであり、精製装置６１０と浄水経路６２０とを備えている。精製装置６１０は、透過水に残留しているイオンを捕捉して取り除くためのイオン捕捉装置であり、通常、実施の形態２の第２処理部３０において用いられるものと同様の電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたものである。
【００８０】
浄水経路６２０は、精製装置６１０において精製された精製水を送るための経路であり、精製水を一時的に貯水するためのタンクや、精製水を利用する各種装置（例えば、半導体製造装置、医薬品製造装置および蒸気ボイラ装置等）に連絡している。
【００８１】
この水処理装置３では、浄水経路５１２からの精製水に残留しているイオンを精製装置６１０においてさらに除去することができるため、より高純度の精製水を得ることができる。
【００８２】
その他の実施の形態
（１）原水のシリカ濃度は、原水の種類によっては水源の地質的事情により安定していることがある。この場合、季節変化等、原水のシリカ濃度が変動する事情がない限り、実施の形態１の水処理装置１は、作動の毎に原水のシリカ濃度を測定し、その測定値を入力する必要性は低い。このような場合、供給経路１０および第１処理部２０は、最初の始動時に操作者が入力したシリカ濃度を制御装置４０で記憶し、以後の始動時には動作プログラムのステップＳ１からステップＳ３を省略して動作させることもできる。実施の形態２の水処理装置２および実施の形態３の水処理装置３についても同様である。
【００８３】
（２）上述の各実施の形態では、予め原水のシリカ濃度を測定し、その測定値に基づいて第１処理部２０での濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう回収率を調整しているが、水質検査装置２３２に濃縮水のシリカ濃度を測定するためのセンサをさらに設け、このセンサでのシリカ濃度の測定値が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう回収率を調整することもできる。
【００８４】
（３）上述の各実施の形態では、第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数が０以上０．３以下の範囲になるよう制御しているが、本発明では、ランゲリア指数の下限を設けないようにすることもできる。但し、そのようにすると、第１処理部２０での濃縮水において所要のランゲリア指数を達成するために原水に対して比較的多量のｐＨ調整剤（酸性薬剤）を添加することになり、結果的に逆浸透膜装置２１０において逆浸透膜を透過する遊離炭酸の量が増加して透過水の水質が低下する。したがって、ランゲリア指数は、好ましくは０以上に設定するのが好ましく、仮にマイナス値に設定するとしても−０．２〜０の程度にとどめるのが好ましい。
【００８５】
なお、供給源からの原水は、特別な場合を除き、その一般的な水質から酸性薬剤の添加によるｐＨ調整で濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に制御することができる。このため、供給経路１０では、通常、酸性薬剤を添加するための第１部位１２１のみからなる第１添加装置１２０を用いることもできる。
【００８６】
これに対し、供給源からの原水そのもののｐＨが酸性範囲にあるような特別な場合、例えば、原水が工場排水であってｐＨが５〜６程度の場合、第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数は原水のｐＨを調整しなくても０．３以下、特にマイナス値になることが多い。このような場合、透過水の水質を高めるために、アルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２のみからなる第１添加装置１２０を用い、原水にアルカリ性薬剤を適宜添加しながら濃縮水のランゲリア指数を０．３付近まで高めるようにするのが好ましい。
【００８７】
（４）上述の各実施の形態では、第１添加装置１２０にアルカリ性薬剤を添加するための第２部位１２２を設け、そこから原水へアルカリ性薬剤を添加することで原水のｐＨを高めているが、原水の水質において適当な場合は、原水のｐＨを高めるための手段としてエアレーション方式（空気と原水との気液接触を利用した遊離炭酸の除去方法）を採用することもできる。
【００８８】
（５）上述の各実施の形態では、原水を効率的に利用して濃縮水の廃棄量を抑えることを目的とし、第１処理部２０の排水路２３０に循環経路２３１を設けたクロスフロー方式を採用しているが、クロスフロー方式を採らない場合も本発明を同様に実施することができる。また、実施の形態２の水処理装置２は、第２処理部５０において、循環経路５１６を設けずに逆浸透膜装置５１１での濃縮水の全てを廃棄するように変更することもできる。
【００８９】
（６）上述の各実施の形態において、供給経路１０は、第１添加装置１２０の上流側（原水の供給源側）において軟水化装置をさらに備えていてもよい。軟水化装置は、原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により一価の陽イオン（例えば、ナトリウムイオン）と交換することで除去するものであり、原水を軟化水に変換するためのものである。一般的な軟水化装置では、原水のカルシウム硬度を０．１ｍｇ／Ｌ以下に低減することができる。
【００９０】
第１処理部２０での濃縮水のランゲリア指数は、既述の式（２）において明らかなように、原水のカルシウム硬度に基づいて定まるものであり、原水のカルシウム硬度を低下させることで小さくなる。したがって、軟水化装置を用いれば、原水へのｐＨ調整剤、特に、酸性薬剤の添加を抑えて濃縮水のランゲリア指数を所定の範囲に制御しやすくなるため、逆浸透膜装置２１０からの透過水の水質低下をより抑制しやすくなる。
【００９１】
＜実験例＞
実験例１〜３
電気伝導率１５９ｍＳ／ｍ、硬度４１４ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、シリカ濃度４４ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、総アルカリ度９０ｍｇＣａＣＯ３／ＬおよびｐＨ７．６の水質に調整された試験用の供給水を調製し、この供給水をタンクに貯留した。そして、タンクから延びる供給経路を通じ、この供給水を逆浸透膜エレメント（ウンジン・ケミカル社の型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」）を１本装填した逆浸透膜モジュールへ加圧ポンプにより加圧しながら連続的に供給し、透過水流量１０００Ｌ／ｈ、回収率７５％および温度２５℃の条件で運転した。透過水流量は、加圧ポンプの回転数の調節により制御した。逆浸透膜モジュールへの通水はクロスフロー方式とし、透過水流量に対して系内の循環流量が５倍となるように、濃縮水の一部を供給経路へ循環させた。このような供給水の処理運転中において、濃縮水の一部を定期的にサンプルとして採取し、濃縮水のシリカ濃度が概ね１３５〜１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌに、また、濃縮水の電気伝導率が概ね５１０〜５３０ｍＳ／ｍに維持されていることを確認した。
【００９２】
本実験例では、逆浸透膜モジュールへ流れる供給水のｐＨを硫酸の添加により６〜６．６に調整することで濃縮水のｐＨを８〜９程度に調整し、実験例１ではランゲリア指数（ＬＳＩ）を−０．２に、実験例２では同指数を０．１に、実験例３では同指数を０．３にそれぞれ制御した。また、供給水に対し、スケール分散剤としてＢＷＡ ＷＡＴＥＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ社の商品名「フロコン２６０」を原液のまま濃度が２．５ｍｇ／Ｌになるよう添加した。
【００９３】
比較実験例１
供給水への硫酸添加により濃縮水のランゲリア指数を０．５に制御した点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９４】
比較実験例２
供給水への硫酸添加による濃縮水のランゲリア指数の制御をしなかった点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９５】
比較実験例３
供給水への硫酸添加を調整することで濃縮水のランゲリア指数を０．２に制御し、かつ回収率を増加させて濃縮水のシリカ濃度を１７０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度にまで高めた点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９６】
比較実験例４
供給水へのスケール分散剤の添加をしなかった点を除き、ランゲリア指数を０．３に制御した実験例３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９７】
比較実験例５
供給水への硫酸添加によるランゲリア指数の制御、および、供給水へのスケール分散剤の添加をしなかった点を除き、実験例１〜３と同様の条件で供給水を処理した。
【００９８】
評価
実験例１〜３および比較実験例１〜５のそれぞれにおいて、水処理運転中の逆浸透膜エレメントの有効圧力の変化を経時的に測定した。そして、有効圧力の測定値、透過水流量の設定値および逆浸透膜エレメントの有効膜面積から透過水の水透過係数を所定時間経過時に算出した。なお、初期状態の水透過係数は、逆浸透膜エレメントの個体差により多少のばらつきがあるため、水処理運転の開始から１時間経過時点の数値を初期値とした。また、水処理運転の開始から２４時間経過時点での透過水の電気伝導率を測定した。電気伝導率は、透過水の水質を示す指標であり、数値が低いほど透過水にイオン成分（夾雑成分）が少ないこと、すなわち、水質が良好なことを表している。結果を表１に示す。なお、比較実験例５は、１２０時間経過時点の水透過係数が初期値の１５％未満まで低下したため、この時点で水処理運転を中止した。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１によると、実験例１〜３では、１５０時間経過時の水透過係数が初期値の９６〜９７％に維持されており、比較実験例１〜５に比べて逆浸透膜エレメントのスケール付着による閉塞が顕著に抑制されていることがわかる。また、実験例１〜３は、比較実験例１〜５に比べて透過水の電気伝導率が同程度の数値となっており、水質の良好な透過水が得られていることがわかる。さらに、実験例１〜３によると、濃縮水のランゲリア指数が０未満の場合に透過水の電気伝導率が若干高くなる傾向が見られるため、濃縮水のランゲリア指数は０以上に維持するのが好ましいこともわかる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３ 水処理装置
１０ 供給経路
４０ 制御装置
１２０ 第１添加装置
１３０ 第２添加装置
２１０ 逆浸透膜装置
２２０ 処理水路
２３０ 排水路
２３２ 水質検査装置
３１０、５１１、６１０ 精製装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置であって、
前記原水の供給経路と、
前記供給経路からの前記原水をろ過して透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置で得られた前記透過水を精製するための精製装置と、
前記供給経路に設けられた、前記原水のｐＨを調整するための第１調整手段と、
前記逆浸透膜装置での前記透過水の回収率を調整するための第２調整手段と、
前記供給経路に設けられた、前記原水へスケール分散剤を添加するための添加装置と、
前記濃縮水の水質を検査するための水質検査装置と、
前記水質検査装置により検査された前記水質に基づいて、前記濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算手段と、
前記ランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、前記濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう、前記第１調整手段と前記第２調整手段とを制御する水質制御手段と、
を備えた水処理装置。
【請求項２】
前記精製装置は、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置と、前記ろ過装置により精製された前記透過水をさらに精製するための、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置とを備えている、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記水質制御手段は、前記ランゲリア指数が０以上に維持されるよう前記第１調整手段を制御する、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１調整手段は、ｐＨ調整剤を前記原水へ注入するための注入装置である、請求項１から５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記ｐＨ調整剤は、前記原水のｐＨを低下させる酸性薬剤および前記原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤のうちの少なくとも一つである、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記スケール分散剤としてポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものを用いる、請求項１から７のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項９】
シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理方法であって、
スケール分散剤を添加した前記原水を逆浸透膜装置へ供給し、透過水と濃縮水とに分離する工程１と、
前記透過水を精製するための工程２とを含み、
工程１において、前記濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する、
水処理方法。
【請求項１０】
工程２において、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置により前記透過水を精製する、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１１】
工程２において、逆浸透膜を備えたろ過装置により前記透過水を精製する、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１２】
工程２は、逆浸透膜を備えたろ過装置により前記透過水を精製する工程と、前記ろ過装置により精製された前記透過水を電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置によりさらに精製する工程とを含む、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１３】
工程１において、前記ランゲリア指数を０以上に維持する、請求項９から１２のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１４】
工程１において、前記原水のｐＨを調整することで前記ランゲリア指数を制御し、かつ、前記逆浸透膜装置での前記透過水の回収率を調整することで前記シリカ濃度を制御する、請求項９から１３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記スケール分散剤がポリカルボン酸とホスホン酸とを含む、請求項９から１４のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１】
シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理装置であって、
前記原水の供給経路と、
前記供給経路からの前記原水をろ過して透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置で得られた前記透過水を精製するための精製装置と、
前記供給経路に設けられた、前記原水のｐＨを調整するための第１調整手段と、
前記逆浸透膜装置での前記透過水の回収率を調整するための第２調整手段と、
前記供給経路に設けられた、前記原水へスケール分散剤を添加するための添加装置と、
前記濃縮水の水質を検査するための水質検査装置と、
前記水質検査装置により検査された前記水質に基づいて、前記濃縮水のランゲリア指数を算出するための演算手段と、
前記ランゲリア指数が０．３以下に維持されるよう、かつ、前記濃縮水のシリカ濃度が１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持されるよう、前記第１調整手段と前記第２調整手段とを制御する水質制御手段と、
を備えた水処理装置。
【請求項２】
前記精製装置は、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記精製装置は、逆浸透膜を備えたろ過装置と、前記ろ過装置により精製された前記透過水をさらに精製するための、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置とを備えている、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記水質制御手段は、前記ランゲリア指数が０以上に維持されるよう前記第１調整手段を制御する、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１調整手段は、ｐＨ調整剤を前記原水へ注入するための注入装置である、請求項１から５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記ｐＨ調整剤は、前記原水のｐＨを低下させる酸性薬剤および前記原水のｐＨを高めるアルカリ性薬剤のうちの少なくとも一つである、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記スケール分散剤としてポリカルボン酸とホスホン酸とを含むものを用いる、請求項１から７のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項９】
シリカおよび硬度成分を含む原水を浄化するための水処理方法であって、
スケール分散剤を添加した前記原水を逆浸透膜装置へ供給し、透過水と濃縮水とに分離する工程１と、
前記透過水を精製するための工程２とを含み、
工程１において、前記濃縮水のランゲリア指数を０．３以下に、かつ、シリカ濃度を１５０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ以下に維持する、
水処理方法。
【請求項１０】
工程２において、電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置により前記透過水を精製する、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１１】
工程２において、逆浸透膜を備えたろ過装置により前記透過水を精製する、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１２】
工程２は、逆浸透膜を備えたろ過装置により前記透過水を精製する工程と、前記ろ過装置により精製された前記透過水を電気再生式イオン交換装置、イオン交換樹脂混床塔および陽イオン交換樹脂単床塔のうちから選択されたイオン捕捉装置によりさらに精製する工程とを含む、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１３】
工程１において、前記ランゲリア指数を０以上に維持する、請求項９から１２のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１４】
工程１において、前記原水のｐＨを調整することで前記ランゲリア指数を制御し、かつ、前記逆浸透膜装置での前記透過水の回収率を調整することで前記シリカ濃度を制御する、請求項９から１３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記スケール分散剤がポリカルボン酸とホスホン酸とを含む、請求項９から１４のいずれかに記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８３４７３（Ｐ２０１２−１８３４７３Ａ）
【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２０１１−４７８７６（Ｐ２０１１−４７８７６）
【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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