JP5564174B2 - 金属成分含有水の浄化処理方法及び浄化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属成分の溶存した下水、工場排水、地下水、河川水、埋立侵出水、海水等の金属成分含有水を、逆浸透膜分離によって浄化水をうる金属成分含有水の浄化処理方法及び浄化処理装置に関するものである。

従来、この種の浄化処理方法としては、金属成分の溶存した金属成分含有水をＭＦ膜濾過装置等の除濁装置にて除濁する除濁工程と、該除濁工程により除濁された除濁処理水を逆浸透膜分離によって透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程とを実施する方法が知られている。
斯かる方法に於いては、逆浸透膜分離による透過水が浄化水とされ、濃縮水は、多くの金属成分が含まれていることから、そのまま廃棄できず、別途蒸発濃縮の処理により金属成分を固化させて埋め立てるなどにより処理されている。
特開２００３−１０３２５９号公報

しかしながら、上記従来の浄化処理方法は、逆浸透膜分離により生成した濃縮水の処理に於いて、水分を蒸発させるために多くのエネルギーが必要となるなど、濃縮水の処理に多大な負担が必要となるという問題を有している。

上記従来の問題点に鑑み、本発明は、逆浸透膜分離により生成した濃縮水の処理負担を少なくとも低減しうる金属成分含有水の浄化処理方法及び浄化処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、金属成分の溶存した金属成分含有水を逆浸透膜分離によって透過水たる浄化水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程を実施する金属成分含有水の浄化処理方法であって、更に、前記濃縮水を電気分解して陰極側からアルカリ性水を得る電解工程と、該電解工程で得たアルカリ性水から、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過分離する析出物分離工程とを実施することを特徴とする金属成分含有水の浄化処理方法を提供する。
斯かる金属成分含有水の浄化処理方法に於いては、電解工程の電気分解により、陰極側に金属成分が濃縮されたアルカリ性水を得ることができるととともに、析出物分離工程により、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過によって分離することができる。従って、金属成分を析出固化させるための蒸発濃縮の処理負担を著しく低減させることができる。尚、濾過により分離された金属成分は、例えば逆洗によって除去できる。この際、生成する逆洗廃液は、逆浸透膜により分離された濃縮水よりもより極めて高濃度に金属成分を含むものとすることができる。従って、逆洗を行う場合であっても、蒸発濃縮の処理負担を著しく軽減することができる。

本発明に於いて、前記逆浸透膜分離工程前の前記金属成分含有水を除濁装置にて除濁する除濁工程を実施し、前記逆浸透膜分離工程では、前記除濁工程にて除濁された金属成分含有水を逆浸透膜分離し、前記析出物分離工程では、前記除濁装置にて、析出した金属成分を分離するのが好ましい。
斯かる方法においては、除濁工程にて予め除濁することにより、逆浸透膜の負担を軽減できる。また、析出物分離工程では、除濁工程で使用する除濁装置を用いることから、別途、除濁装置を設ける必要が無くなり、装置のコスト面で、より一層濃縮水の処理負担を低減することができる。

更に、本発明に於いて、前記電解工程では陽極側から酸性水を得、前記析出物分離工程により金属成分が除去されたアルカリ性水に前記酸性水を加えて中和する中和工程を実施するのが好ましい。
前記析出物分離工程を経て、析出した金属成分が分離されたアルカリ性水は、通常、中和されて廃棄されることとなるが、斯かる方法においては、中和用に添加するものとして、前記電解工程にて陽極側から得られた酸性水を用いることから、別途、酸性水を準備したり、生成させたりする必要が無くなり、より一層生成した濃縮水の処理負担を低減することができる。

また、前記除濁装置としては、ＭＦ膜又はＵＦ膜を用いた濾過によって除濁する装置であるのが好ましい。
斯かる方法においては、ＭＦ膜又はＵＦ膜を用いた除濁装置が比較的簡便に析出した金属成分を分離できることから、より一層濃縮水の処理負担を低減することができる。

更に、本発明に於いては、前記アルカリ性水のｐＨを９〜１４とするのが好ましい。
斯かる方法においては、アルカリ性水のｐＨを９以上とすることにより、十分に金属成分を析出させることができ、析出した金属成分を除濁装置で十分に分離できることから、より一層濃縮水の処理負担を低減することができる。また、ｐＨ１４以下であれば、除濁装置（例えば、ＭＦ膜等）にダメージを与える虞も低減される。

また、本発明は、金属成分の溶存した金属成分含有水をを逆浸透膜によって透過水たる浄化水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離装置を有する金属成分含有水の浄化処理装置であって、更に、前記濃縮水を電気分解して陰極側からアルカリ性水を得る電解装置と、該電解装置で得たアルカリ性水から、アルカリ性となることにより析出した金属成分を分離する析出物分離装置とを有することを特徴とする金属成分含有水の浄化処理装置を提供するものである。

以上の通りであり、本発明によれば、逆浸透膜分離により生成した濃縮水の処理負担を少なくとも低減しうる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
先ず、金属成分含有水の浄化処理装置について説明する。
図１は、本実施形態の金属成分含有水の浄化処理装置に於ける概略フロー図である。
本実施形態の金属成分含有水の浄化処理装置は、通常、金属成分の溶存した金属成分含有水たる原水Ａを貯留する原水槽１０と、該原水槽１０から供給された原水Ａを除濁する除濁装置２０と、該除濁装置２０により除濁された除濁処理水を逆浸透膜によって透過水Ｂたる浄化水と濃縮水Ｃとに分離する逆浸透膜分離装置３０と、前記濃縮水Ｃを電気分解して陰極側からアルカリ性水Ｄを得る電解装置４０と、該電解装置４０で得たアルカリ性水Ｄからアルカリ性となることにより析出した金属成分を分離する析出物分離装置５０とを備えている。

前記原水槽１０は、原水Ａを貯留するための槽として構成されている。
原水Ａとしては、例えば、下水、下水の生物処理水、工場排水、地下水、河川水、埋立侵出水、海水等を挙げることができる。
また、これらの原水Ａに含まれる金属成分としては、カルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム等を挙げることができる。

前記除濁装置２０は、ポンプが介装された配管によって前記原水槽１０と連通されてなり、原水槽１０内に貯留された原水Ａが供給されるようになっており、更に、供給された原水Ａを除濁しうるように、原水Ａを濾過する濾過部材を備えている。
この濾過部材としては、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）等の膜部材２１や、砂濾過に使用する砂濾過層を備えた濾過部材を挙げることができる。
好ましくは、膜部材２１、より好ましくは、精密濾過膜を備えて構成されている。
尚、本明細書に於いて、除濁とは逆浸透膜濾過よりも粗い濾過、即ち、逆浸透膜分離の前に実施され、逆浸透膜で分離するものよりも粗い不純物を除去することを意味する。

本実施形態の浄化処理装置は、配管により除濁装置２０で除濁された除濁処理水が逆浸透膜分離装置３０に供給されるようになっている。詳しくは、除濁装置２０で除濁された除濁処理水が貯留される除濁処理水槽２２を備え、該除濁処理水槽２２の除濁処理水がポンプの介装された配管を通して逆浸透膜分離装置３０に供給されるようになっている。
また、必要に応じ、除濁処理水等を除濁装置２０に逆流させて除濁装置２０を洗浄（所謂逆洗）できるようになっている。

前記逆浸透膜分離装置３０は、逆浸透膜３１（ＲＯ膜３１）を備え、供給された除濁処理水を逆浸透膜分離によって、溶存する金属成分の殆どない透過水Ｂたる浄化水と溶存する金属成分が濃縮された濃縮水Ｃとに分離するように構成されている。

前記透過水Ｂは、通常、電気伝導度が２００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下に設定されている。また、前記濃縮水Ｃは、電気伝導度が３０００〜１５０００μＳ／ｃｍ、好ましくは、５０００〜１００００μＳ／ｃｍに設定されている。

本実施形態の浄化処理装置は、配管により、前記透過水Ｂが系外に排出されるようになっており、前記濃縮水Ｃが電解装置４０に供給されるようになっている。
詳しくは、濃縮水Ｃが貯留される濃縮水貯留槽３３を備え、該濃縮水貯留槽３３に貯留された濃縮水Ｃがポンプの介装された配管を通して電解装置４０に供給されるようになっている。

前記電解装置４０は、供給された濃縮水Ｃを貯留する陰極と陽極とを有する電解槽４１を備え、該電解槽４１は、隔膜４２で陰極側と陽極側とに区画されて構成されている。前記隔膜４２としては、例えば、ＭＦ膜などの微細孔膜あるいはイオン交換膜が挙げられる。
前記電解装置４０は、前記陰極と陽極とに電圧をかけることによって、濃縮水Ｃを電気分解しうるように構成されている。
前記電解装置４０では、電気分解を行うと、陰極側に金属成分が集中するとともに水酸基イオンが生成することとなり、陰極側からアルカリ性水Ｄを得ることができ、また、陽極側からは、その反対で酸性水Ｅを得ることができるようになっている。

前記アルカリ性水Ｄは、通常、ｐＨが９〜１４、好ましくは、ｐＨが１０〜１２となるように調整されている。

本実施形態の浄化処理装置は、更に、配管により、前記アルカリ性水Ｄが析出物分離装置５０に供給されるようになっている。
詳しくは、アルカリ性水Ｄが貯留されるアルカリ性水貯留槽４４を備え、該アルカリ性水貯留槽４４に貯留されたアルカリ性水Ｄがポンプの介装された配管を通して析出物分離装置５０としての前記除濁装置２０に返送されるようになっている。
また、アルカリ性水貯留槽４４に貯留されたアルカリ性水Ｄが所定のｐＨ値に達していない場合は、該アルカリ性水Ｄの少なくとも一部が電解槽４１の陰極側に循環返送されて、アルカリ性水貯留槽４４の槽内におけるアルカリ性水ＤのｐＨが調整されるように構成されている。

前記析出物分離装置５０としての除濁装置２０は、供給されたアルカリ性水Ｄから、アルカリ性となることにより析出した金属成分が前記濾過部材２１によって濾過分離されるように構成されている。
本実施形態の浄化処理装置に於いては、析出した金属成分が分離されたアルカリ性水Ｄは、該アルカリ性水Ｄを中和するための中和槽６０に供給されるようになっている。
また、前記除濁装置２０は、除濁処理水等を逆流させることにより逆洗可能となっており、逆洗により、濾過分離された金属成分や懸濁物質等の固形物は、逆洗廃液Ｆに高濃度に含まれた状態で、逆洗廃液貯留槽２３に貯留され、系外に排出されるようになっている。
尚、系外に排出された金属成分を高濃度に含む逆洗廃液Ｆは、従来周知の方法で水処理されることとなる。

本実施形態に於いて、アルカリ性水Ｄから析出される金属成分としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム等を挙げることができ、これらは、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化鉄、水酸化アルミニウム等の無機塩の状態で析出される。

本実施形態の浄化処理装置は、更に、配管により、前記酸性水Ｅが逆浸透膜分離装置３０に供給され、更に、中和槽６０に供給されるようになっている。
詳しくは、酸性水Ｅが貯留される酸性水貯留槽４６を備え、該酸性水貯留槽４６に貯留された酸性水Ｅがポンプの介装された配管を通して逆浸透膜分離装置３０に供給され、逆浸透膜３１を洗浄した酸性水Ｅが中和槽６０に供給されるように構成されている。
尚、酸性水貯留槽４６に貯留された酸性水Ｅが所定のｐＨ値に達していない場合は、該酸性水Ｅの少なくとも一部が電解槽４１の陽極側に循環返送されて、酸性水貯留槽４６の槽内における酸性水ＥのｐＨが調整されるように構成されている。
本実施形態の浄化処理装置は、更に、配管により、逆浸透膜分離装置３０に供給されて逆浸透膜３１を洗浄した酸性水Ｅが前記酸性水貯留槽４６に循環返送されうるようにもなっている。詳しくは、循環返送された酸性水Ｅが、再度、逆浸透膜分離装置３０に供給されて逆浸透膜３１を洗浄した後に、中和槽６０に供給されるようにすることも可能な構成となっている。
中和槽６０では、前記析出物分離装置５０を経たアルカリ性水Ｄと該酸性水Ｅとが混合されて互いに中和されるようになっている。
更に、中和槽６０にて中和された中和水Ｇは、ポンプの介装された配管を通して、前記原水槽１０に供給されたり、また、逆洗廃液貯留槽２３を経由して系外に排出されたりするようになっている。
尚、系外に排出された中和水Ｇは、従来周知の方法により水処理されることとなる。

本実施形態に於いては、酸性水Ｅが逆浸透膜分離装置３０に供給されることから、逆浸透膜３１に付着したスケールや細菌の除去が実施されることとなる。
ここで、前記酸性水Ｅは、通常、ｐＨが１〜５、好ましくは、ｐＨが２〜４となるように調整されている。
斯かるｐＨであれば、逆浸透膜３１に大きなダメージを与えること無く、十分なスケール除去と除菌を行うことができる。

本実施形態の金属成分含有水の浄化処理装置は、上記の如くであるが、次に、本実施形態の金属成分含有水の浄化処理方法について、説明する。
本実施形態の浄化処理方法は、金属成分の溶存した金属成分含有水たる原水Ａを除濁装置２０にて除濁する除濁工程と、該除濁工程にて除濁された除濁処理水を逆浸透膜分離によって透過水Ｂたる浄化水と濃縮水Ｃとに分離する逆浸透膜分離工程と、前記濃縮水Ｃを電気分解して陰極側からアルカリ性水Ｄを得ると共に陽極側から酸性水Ｅを得る電解工程と、該電解工程で得たアルカリ性水Ｄから、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過分離する析出物分離工程と、濾過分離された金属成分を逆洗により除濁装置２０から除去し、除去された金属成分等を含む逆洗廃液を排出する逆洗工程と、前記析出物分離工程を経たアルルカリ性水と前記酸性水Ｅとを混合して中和させる中和工程とを実施する。
本実施形態に於いては、析出物分離工程により、析出した金属成分を分離すると共に、金属成分を高濃度に含む逆洗廃液を対象として廃水処理を行うことから、廃水処理の対象となる水量を低減させることができ、処理負担を著しく軽減することができる。

前記除濁工程では、原水Ａ中に含まれる泥等の懸濁成分を、例えば膜濾過によって取り除く。
斯かる工程によって、逆浸透膜分離工程に於いて使用する逆浸透膜３１が懸濁成分によって傷つけられる虞を低減できる。

前記逆浸透膜分離工程では、逆浸透膜分離によって、除濁工程によって懸濁成分の除去された原水Ａを透過水Ｂと金属成分の濃縮された濃縮水Ｃとに分離する。
本実施形態に於いては、逆浸透膜３１を用いていることから、溶存する金属が除去された極めて純度の高い浄化水をうることができる。
前記透過水Ｂとしては、通常、電気伝導度を２００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下とする。また、前記濃縮水Ｃとしては、通常、電気伝導度を３０００〜１５０００μＳ／ｃｍ、好ましくは、５０００〜１００００μＳ／ｃｍとする。

前記電解工程では、電気分解することにより、逆浸透膜工程によって生成した濃縮水Ｃを陰極側のアルカリ性水Ｄと陽極側の酸性水Ｅとに分離する。
電気分解の際に印加する電圧は、通常、１〜５Ｖ、好ましくは、２〜３Ｖとする。
斯かる電圧とすることによって、濃縮水Ｃを十分に電気分解することができる。
また、電気分解の時間は、特に限定されず、アルカリ性水ＤのｐＨが９〜１４、酸性水ＥのｐＨが１〜５となるまで継続する。
アルカリ性水Ｄを斯かるｐＨとすることにより、含まれる金属成分を十分に析出させることができる。
また、酸性水Ｅを斯かるｐＨとすることにより、逆浸透膜３１を該酸性水Ｅで洗浄した場合には、十分にスケール除去と殺菌を行えるとともに、逆浸透膜３１のダメージを低く抑えることができる。

前記析出物分離工程では、電解工程で得たアルカリ性水Ｄから、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過により分離する。
具体的には、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化鉄、水酸化アルミニウム等の無機塩の状態で析出したカルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム等の金属成分を、前記除濁工程で使用する除濁装置２０を用いて分離する。

前記中和工程では、前記析出物分離工程を経たアルカリ性水Ｄと前記酸性水Ｅとを中和槽６０に供給し、両者を混合して中和させる。具体的には、前記析出物分離工程を経たアルカリ性水Ｄと、逆浸透膜３１に供給して該逆浸透膜３１を酸洗浄した洗浄廃液たる酸性水Ｅとを中和槽６０に供給して中和させる。

更に、本実施形態に於いては、中和工程にて得られた中和水Ｇを原水Ａと混合し、原水Ａとともに再度同様の処理を施したり、逆洗廃液貯留槽２３を経由させて系外に排出したりする。

本実施形態に於ける金属成分含有水の浄化処理装置及び浄化処理方法は上記の通りであるが、本発明の金属成分含有水の浄化処理装置及び浄化処理方法は、上記実施形態に限定されず適宜設計変更可能である。
例えば、本実施形態の浄化処理方法に於いて、中和工程では、酸性水Ｅとして逆浸透膜３１を酸洗浄した洗浄廃液を用いたが、本発明に於いては、電解工程で得られた酸性水Ｅで除濁装置２０を酸洗浄し、この洗浄廃液を中和工程にて酸性水Ｅとして用いてもよく、また、電解工程で得られた酸性水Ｅを洗浄に使用せずそのまま中和工程にて使用してもよい。
また、本実施形態の金属成分含有水の浄化処理装置に於いては、逆洗廃液Ｆや中和水Ｇを貯留する逆洗廃液貯留槽２３が備えられたが、本発明に於いては、逆洗廃液貯留槽２３が備えられず、逆洗廃液Ｆや中和水Ｇが直接系外に排出されるように構成されてなるものであってもよい。同様に、浄化処理方法に於いても、逆洗廃液貯留槽２３を経由せずに系外に排出してもよい。
更に、本実施形態の金属成分含有水の浄化処理装置に於いては、除濁装置２０の逆洗用等として除濁処理水を貯留する除濁処理水槽２２が備えられたが、本発明に於いては、除濁処理水槽２２が備えられず、例えば、濃縮水貯留槽３３に貯留された濃縮水Ｃや酸性水貯留槽４６に貯留された酸性水Ｅや浄化水Ｂなどが、逆洗用として除濁装置２０に供給されるように構成されていてもよい。同様に、浄化処理方法に於いても、除濁処理水を用いずに、濃縮水Ｃや酸性水Ｅや浄化水Ｂを用いて除濁装置２０の逆洗を行ってもよい。

一実施形態の金属含有水の浄化処理装置及び方法を示す概略フロー図。

符号の説明

２０・・・除濁装置
３０・・・逆浸透膜分離装置
４０・・・電解装置
５０・・・析出物分離装置

Claims (6)

1. 金属成分の溶存した金属成分含有水を逆浸透膜分離によって透過水たる浄化水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程を実施する金属成分含有水の浄化処理方法であって、
   更に、前記濃縮水を電気分解して陰極側からアルカリ性水を得る電解工程と、該電解工程で得たアルカリ性水から、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過分離する析出物分離工程とを実施することを特徴とする金属成分含有水の浄化処理方法。
2. 前記逆浸透膜分離工程前の前記金属成分含有水を除濁装置にて除濁する除濁工程を実施し、前記逆浸透膜分離工程では、前記除濁工程にて除濁された金属成分含有水を逆浸透膜分離し、前記析出物分離工程では、前記除濁装置にて、析出した金属成分を分離する請求項１記載の金属成分含有水の浄化処理方法。
3. 前記電解工程では陽極側から酸性水を得、該酸性水で前記逆浸透膜を除菌、洗浄した後の酸性水を、或いは前記電解工程で得られたそのままの酸性水を、前記析出物分離工程により金属成分が分離されたアルカリ性水に加えて中和する中和工程を実施する請求項１又は２記載の金属成分含有水の浄化処理方法。
4. 前記除濁装置がＭＦ膜又はＵＦ膜を用いた濾過によって除濁する装置である請求項２記載の金属成分含有水の浄化処理方法。
5. 前記アルカリ性水のｐＨを９〜１４とする請求項１乃至４の何れかに記載の金属成分含有水の浄化処理方法。
6. 金属成分の溶存した金属成分含有水を逆浸透膜によって透過水たる浄化水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離装置を有する金属成分含有水の浄化処理装置であって、
   更に、前記濃縮水を電気分解して陰極側からアルカリ性水を得る電解装置と、該電解装置で得たアルカリ性水から、アルカリ性となることにより析出した金属成分を濾過分離する析出物分離装置とを有することを特徴とする金属成分含有水の浄化処理装置。

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