[发明专利]水处理装置及水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对海水、江河水、地下水、废水处理水进行处理而得到淡水的使用了半透膜单元的水处理装置，更具体而言，涉及可以降低成本且稳定运转的水处理装置和水处理方法。

背景技术

随着近年来逐渐严重的水环境恶化，水处理技术变得比以往任何时候都要重要，特别是利用分离膜的技术被非常广泛地应用。为了得到饮用水、工业用水、农业用水等，以江河水、湖沼水等的净化为主，但在水资源极少且基于石油的热资源非常丰富的中东地区逐渐开展以蒸发法为中心的海水淡水化。但是，即使在中东以外的热源不丰富的地区，海水淡水化的需求也升高，特别是1990年以后，采用使用了所需动力小的半透膜(特别是反渗透膜)的淡水化工序在加勒比群岛、地中海地区等建设了大量工厂并投入实际运行。对于反渗透膜设备来说，由于将具有压力能量的浓缩海水排出，所以通常通过能量回收单元进行压力回收，由此形成可以进一步降低所需动力的结构。最近，除了由反渗透法技术进步带来的可靠性提高、成本降低以外，还由于能量回收技术的显著提高使得在中东也建设了大量反渗透法海水淡水化工厂。

利用反渗透膜的淡水化工序本身也不断进行技术开发、改良。反渗透膜逆着作为其名称来源的由膜面的浓度差所引起的渗透压来施加压力，得到淡水，但膜分离的有效压力是从操作压力中扣除由供给水浓度导致的渗透压。因此，作为利用反渗透膜的淡水化工序，提出了以下工序：如专利文献1、非专利文献1所述，在中途提高运转压力来对抗后段被浓缩的高渗透压从而有效地取出淡水；使用如非专利文献2所示的纳米过滤膜将渗透水进行2次处理，所述纳米过滤膜的分离尺寸比反渗透膜大，通常被认为不适合海水淡水化；如非专利文献3所示，通过将江河水与海水合用，从而提高能量效率；或者，如专利文献2、非专利文献4、非专利文献5所述，向海水中混合污水、低压反渗透膜浓缩水，降低渗透压。特别是混合低压反渗透膜的浓缩水而降低渗透压的非专利文献4、非专利文献5所述的工序由于与现有的海水淡水化工序相比可以大幅降低所需能量，因此备受期待。

例如，图3表示通过混合低压反渗透膜的浓缩水而降低海水渗透压的现有水处理装置的示意流程图。该水处理装置是如下装置：通过用预处理单元x、低压反渗透膜单元y和反渗透膜单元z处理含有有机物的废水a和海水d，从而降低所需能量，得到淡水。

在图3中，含有有机物的废水a经过第1被处理水罐2，通过取水泵3被取水，在向预处理单元x进行供给·处理后，经由加压泵6通过低压反渗透膜单元y被分为渗透水c1和浓缩水c2。渗透水c1被贮存于第1生产水罐10中，浓缩水c2被送至海水d的处理管线的混合罐17中。海水d经过第2被处理水罐14，通过取水泵15被取水，在用预处理单元16进行处理后，被送至混合罐17中，与浓缩水c2混合。由此得到的混合水f，其盐浓度低，渗透压下降。通过加压泵18将该混合水f向反渗透膜单元z进行供给·处理，由此与现有海水淡水化工序相比，可以降低所需能量，并且能够分离为渗透水e1和浓缩水e2。

但是，由于低压反渗透膜的浓缩水是浓缩水，所以含有大量的杂质、特别是有机物，在与海水混合而用高压反渗透膜进行处理的情况下，具有易使反渗透膜结垢的问题。特别是作为在如非专利文献4那样的工序的情况下使用的用于将污水处理水进行再利用的低压反渗透膜，通过提高膜表面亲水性、控制带电、提高平滑性而抑制了微生物附着的对有机物污染具有抗性的产品(例如Toray Industries,Inc.制TML系列，非专利文献6)被销售、利用。相对于此，用于海水系水处理的高压反渗透膜将降低所需能量作为主要目标而进行开发，而难以应用降低易对膜的透水性能、阻止性能起负作用的结垢的技术，或者通常不实施这样的对策。因此，在将来源于污水处理水的低压反渗透膜浓缩水供给至高压反渗透膜的情况下，具有易促进生物的繁殖、易引起高压反渗透膜的生物结垢的问题。此外，在如图3所述的水处理装置上游侧设置的低压反渗透膜引起生物结垢的情况下，存在下述风险：该结垢物质混入至下游侧的高压反渗透膜中，导致不只低压反渗透膜，高压反渗透膜的性能也降低。为了防止这些情况发生，需要频繁的清洗低压反渗透膜和高压反渗透膜、投入杀菌剂，虽然如专利文献3所示提出了通过清洗液的再利用从而降低成本的办法，但本质上会导致运行成本增大。

专利文献1：日本特开平8-108048号公报

专利文献2：日本特开2003-285058号公报

专利文献3：日本特开2011-104504号公报