(実施形態1)
 図3に、本発明の前処理装置および前処理方 法の第1の実施形態を示す。本発明にかかる� �硬度原水膜ろ過の前処理装置は、精密ろ過� �または限外ろ過膜からなるろ過膜12の前段に 二段構造からなるカラム型の晶析反応槽3を� �置した高硬度原水膜ろ過用の前処理装置で� �って、この二段構造からなる晶析反応槽3は� ��高硬度原水が流入する第1槽1と、その上部� �接続され第1槽1の槽内水が底面から注入され る上向流式の第2槽2とからなり、第1槽1には� �ルカリ注入手段5を設けてアルカリ接触槽と� ��、第2槽2の上部には凝集剤の注入手段9と撹� ��機10とを設け、また第2槽2の下部には上部か ら沈降してくる沈殿物の集積部と排泥手段11� ��を設けたものである。そして、この前処理� ��置の後段には図示しない逆浸透膜が設けら� ��ており、前処理装置から流出する処理水は� ��浸透膜で処理される。

 晶析反応槽3の最下部には原水流入口4が形� �され、ここから全硬度濃度が300mg/L(CaCO ₃ 換算濃度)以上の高硬度原水が流入する。こ� �で、本明細書では高硬度原水とは全硬度濃� �が300mg/L(CaCO ₃ 換算濃度)以上の水を指し、全硬度濃度は、JI S K0101に準拠して、ICP発光分光分析法を用い� ��水中のカルシウムおよびマグネシウム濃度� ��総和を算出することにより求めることがで� ��る。従って、例えば、海水やかん水などが� ��硬度原水に該当する。

 晶析反応槽3の第1槽1には、図示しないア� ��カリ剤注入ポンプとアルカリ剤注入口とか� ��なるアルカリ注入手段5が設けられている。 そして、アルカリ注入手段5を用いて第1槽1内 へアルカリ剤が注入される。例えば、原水と して海水を用いる場合、海水のpHは8.0付近で� ��るが、第1槽1のアルカリ注入手段5からNaOHを 注入して、海水のpHを9.5~9.8程度に調整する。 ここで、アルカリ剤は原水のpHを9.5~9.8程度に 調整するものであればよく、特にNaOHに限定� �れるものではない。なお、海水を原水(被処� ��水)として第1槽1に導き、ここにアルカリ剤� ��注入するとゲル状の白濁物質が生じる。こ� ��白濁物質は、主にカルシウム及びマグネシ� ��ムを主成分とする炭酸塩であり、高い粘性� ��有している。

 なお、晶析反応槽3の第1槽1は水流撹拌槽� ��あることを特徴とし、第1槽1に流入した原� �とアルカリ注入手段5から注入されたアルカ� ��剤とが水流によって緩やかに接触する。な� ��、水流撹拌槽は、例えば、流入した原水が� ��流で流れるような形状および大きさの槽と� ��ることができる。

 ここで、一般に、海水やかん水中に存在� ��るプランクトンの代謝産物由来の菌体外多� ��類(以下、EPS)等は、粘着性が高く、膜のバ� �オファウリングの一因となるバイオファウ� �ング原因物質である。そして、バイオファ� �リング原因物質は、粘着性の高い物質であ� �て、晶析反応槽3の後段に設けられたろ過膜1 2の表面に付着してバイオファウリングの原� �となり、高硬度原水膜ろ過の前処理装置の� �期間連続運転を不可能にする。このため、� �れらを被処理水から除去して、バイオファ� �リングを抑制することが求められている。� �れに対し、本発明では、前記白濁物質を水� �撹拌によって浮遊させることで、原水中の� �記バイオファウリング原因物質も吸着除去� �れると考えられる。従って、本発明によれ� �、カルシウムおよびマグネシウムだけでな� �、バイオファウリング原因物質も被処理水� �ら有効に除去できる。

 第1槽1でアルカリ処理されて白濁した処� �水は、第1槽1と第2槽2の間に設けられた仕切� ��板6の導入口7から、第2槽2に導入される。第 2層2内で生じる沈殿物の第1槽への逆流を防ぐ 、即ち、沈殿物を効率よく浮遊させるため、 仕切り板6は突出した複数のノズル8を備えた� ��造とすることが好ましい。ここで、仕切り� ��6は、例えば、複数の孔を板に設けると共に 、該孔に短管を接合して導入口7とすること� �より製造することができる。そして、晶析� �応槽3では、この仕切り板6上の部分が集積部 となる。

 第2槽2は槽内に上向流が形成される上向� �槽であって、第1槽1から導入された処理水は 上向流によって第2槽2上部に押し出される。� ��2槽2上部には凝集剤の注入手段9と撹拌機10� �が設けられている。第1槽1のアルカリ接触で 生じた白濁物質は、第2槽2の上向流によって� ��析する。これらの凝析物は、炭酸カルシウ� ��もしくは炭酸マグネシウムが被処理水中に� ��濁性微粒子として混在したものであって、� ��径が小さく沈殿しにくいものである。そし� ��、この凝析物は、後段の精密ろ過膜や限外� ��過膜の目詰まりの原因となるため、除去す� ��必要がある。第2槽2では、前記懸濁性微粒� �が凝集核となって、注入手段9から注入され� ��凝集剤と反応しフロックが形成されるが、� ��処理水は第1槽1でのアルカリ処理によって� �pH9.5~9.8のアルカリ性を帯びているため、凝� �剤としては、そのアルカリ条件下でも凝集� �果を発揮する凝集剤を選択する必要がある� �例えば、本発明の凝集剤としては塩化第二� �などを使用することが好ましい。

 また、第2槽2の上部には撹拌機10も設けら れており、凝集反応が効率よく促進される。 凝集反応によるフロック形成過程においては 、被処理水中のスケール成分やSS(浮遊性物質 )などがフロック中に取り込まれ、肥大化し� �フロックは第2槽2内の上向流に逆らって、第 2槽2の下部に沈降していく。

 第2槽2内の被処理水は前記のようにpH9.0~9. 8のアルカリ性を帯びているため、フロック� �第2槽2の下部に沈降していく過程で、フロッ ク自身が晶析核となって晶析反応が進行する 。このため、本発明によれば、晶析反応促進 のための核粒子を別途添加することなく、第 2槽2の被処理水中に含まれるカルシウム及び� ��グネシウムを晶析させることができ、懸濁� ��微粒子による膜閉塞の問題や、晶析装置の� ��型化や工程の煩雑化という問題を回避でき� ��。

 また、図1に示すように、水溶液中の炭酸 イオン存在比はpHに依存するため、被処理水� ��含まれるカルシウム及びマグネシウムを完� ��に析出させるためには、pHを10以上に高める ことが必要になる。しかし、図2に示すよう� �、被処理水が海水である場合には、pH10付近� ��平衡点が存在するため、高pHとするために� �、大量のアルカリ剤が必要となり、経済的� �点から好ましくない。これに対して、本発� �は前記全構成によって、pHを10以上に高める� ��となく、炭酸イオンと炭酸水素イオンの平� ��反応下で炭酸水素イオン濃度が多数を占め� ��pH領域において、被処理水とフロックとを� �率的に接触させることで被処理水中のカル� �ウムおよびマグネシウムを効率よく溶解平� �に導き、スケーリング形成の軽減を図るこ� �を可能にしている。

 なお、第2槽2の下部に沈殿した凝集物は� �第2槽2の下部に設けた排泥手段11としての排� ��口から間欠的に、或いは、連続的に排出す� ��ことができる。具体的には、排泥口の後段� ��に設けた仕切り弁の間欠的な開閉、或いは� ��連続的な開放により適宜排出することがで� ��る。なお、排泥は、水頭差を用いて行って� ��よいし、排水ポンプを用いて行ってもよい� ��また、スケール成分が除去された処理水は� ��第2槽2上部から排出される。そして、この� �理水は、スケール成分の濃度が低減されて� �るので、晶析反応槽3と、ろ過膜12との間で� �ケールが発生する頻度を低減する。

(実施形態2)
 本発明を構成する二段式晶析反応槽内で行� ��れる前処理工程では、原水中のカルシウム� ��オン等のスケール成分を完全に除去するこ� ��は目的としておらず、スケール成分が析出� ��ない程度(過飽和に至らない程度)に残存す� �ことは許容しつつ、従来の前処理装置では� �去されなかったバイオファウリングの原因� �質を有効に除去することも目的としている� �したがって、図4に示すように、本発明の第2 の実施形態として、第2槽2の上部から排出さ� ��る処理水中に含まれるカルシウムイオン等� ��スケール成分を更に除去する工程のための� ��処理装置を設けることも可能である。

 図4に示す本発明の第2の実施形態は、第1� ��実施形態で用いた晶析反応槽3の後段に凝集 混和槽13を設けて、更にその後段にセラミッ� ��製のろ過膜14を設けて、高硬度原水の前処� �を行うものである。

 第2の実施形態では、原水のpHを9.0以上に� ��整して晶析反応槽3で原水中のカルシウムお よびマグネシウムの一部、並びにバイオファ ウリング原因物質を除去する。そして、凝集 混和槽13では、pHが9.0以上の環境で凝集効果� �発揮する凝集剤、例えば塩化第二鉄を添加� �、その後セラミック膜14で濾過することによ り、原水中のカルシウム量の10%程度のカルシ ウムを前処理水から更に除去する。

 第2の実施形態では、凝集混和槽13の前段の� ��析反応槽3でバイオファウリング物質を除去 するため、後段のセラミック膜14でのバイオ� ��ァウリングが抑制されて長時間の連続運転� ��可能となる。また、ろ過膜として、高強度� ��つ耐酸性及び耐アルカリ性の性質を有する� ��ラミック膜14を用いることにより、6m ³ /m ² /日以上の高流束でのろ過が可能となる。更� �、セラミック膜はpH2以下での強酸洗浄が可� �であるため、強酸洗浄を用いた長時間の連� �運転が可能となる。

[実施例]
 海水からカルシウムイオンを除去する逆浸� ��膜の前処理装置として、図3の前処理装置を 用いて、本発明にかかる前処理方法により、 下記条件下で前処理を行ったところ、運転を 75日間連続して行った場合にも、逆浸透膜に� ��ける膜圧上昇や破損などの問題は特に認め� ��れなかった。
 (運転条件)
 被処理水        10m ³ /日
 アルカリ剤注入量    NaOHを50~100mg/L
 凝集剤添加量      FeCl ₃ を1~6mg/L
 透過水量        9m ³ /日以上

[比較例]
 一方、逆浸透膜の前処理装置として、本発� ��の晶析反応槽の代わりに通常のアルカリ剤� ��よる析出沈殿装置(アルカリ剤注入手段と撹 拌機とを備える第1槽と、凝集剤注入手段と� �拌機とを備える第2槽と、膜ろ過装置とを順� ��接続してなる装置)を用いた場合には、精密 ろ過膜は14日で100KPaに及ぶ膜差圧の上昇が認� ��られ、また、膜洗浄も困難であった。