JP5277519B2 - 水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、河川水、表流水、地下水、伏流水、工業用水、再利用水等に含まれる汚濁物質を分離除去して浄水化する水処理方法に関する。

膜を用いた水処理装置では、被処理水中の懸濁物質や有機物質等が、長時間の運転によって膜の表面に徐々に堆積していき、膜ファウリングが発生する。膜ファウリングが発生すると、膜圧力の上昇や、ろ過流束の低下等が引き起こり、浄水効率が落ち、水処理装置の全体的な運転効率が低下する。そのため水処理装置の運転サイクルでは、所定時間のろ過工程後に、膜を物理洗浄している。

膜の物理洗浄としては、ろ過水等を膜の二次側から一次側へと逆流させる逆流洗浄（以下、逆洗という）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビング等があり、物理的な作用によって膜に付着した物質を取り除いている。

しかしながら、逆洗では、ろ過水を用いて洗浄する場合が多いことから、ろ過水の回収率が低下するという問題点があった。

ろ過水の回収効率を向上するにあたり、例えば、下記特許文献１、２には、逆洗排水を膜モジュールの原水側へと供給し逆洗排水をろ過して、逆洗排水から処理水を回収する方法が開示されている。

また、下記特許文献３には、膜モジュールを２段配設し、前段の膜モジュールから排出される逆洗排水を後段の膜モジュールでろ過して、逆洗排水から処理水を回収する方法が開示されている。
特開昭５７−８７８９３号公報 特開２００５−１１８６０８号公報 特開２００６−３５０３５号公報

原水を膜モジュール等によりろ過して得られるろ過水は、水道水質基準を満足しうる清澄な水ではある。しかしながら、逆洗排水には、膜モジュールに付着した汚濁物質が多量に含まれており、原水と比較して極めて汚濁している。このため、逆洗排水をろ過して得られるろ過水は、ろ過膜の損傷時において病原性微生物のリスクが高まる等の、衛生面に関する問題があった。

したがって、本発明の目的は、衛生的に安全で、清浄なろ過水を効率よく回収できる水処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するにあたり、本発明の水処理方法は、膜モジュールを用いた水処理方法であって、原水を第１の膜モジュールに供給して第１のろ過水を得る第１のろ過工程（ａ）と、前記第１の膜モジュールに逆洗水を供給して第１の膜モジュールを逆洗する第１の逆洗工程（ｂ）と、前記第１の逆洗工程（ｂ）で生じる逆洗排水を第２の膜モジュールに供給して第２のろ過水を得る第２のろ過工程（ｃ）とを含み、前記第１の逆洗工程（ｂ）に続いて実施される前記第１のろ過工程（ａ）において、該第１のろ過工程（ａ）の開始直後に前記第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出するまでは、第１のろ過水を前記第２のろ過水と共に回収して前記第１の膜モジュールの逆洗水として使用し、前記第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出した後の第１のろ過水を処理水として回収することを特徴とする。

本発明の水処理方法によれば、膜モジュールの逆洗水として、逆洗排水をろ過処理して得られるろ過水を用い、更には、この逆洗水を循環して再利用するようにしたので、原水をろ過して得られる清浄なろ過水を逆洗水として利用する必要がほとんどなく、清浄なろ過水の回収効率が高い。
また、第１の逆洗工程（ｂ）に続いて実施される第１のろ過工程（ａ）において、該第１のろ過工程（ａ）の開始直後に第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出するまでは、第１のろ過水を第２のろ過水と共に回収して第１の膜モジュールの逆洗水として使用し、第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出した後の第１のろ過水を処理水として回収するので、衛生的に優れたろ過水を回収することができる。

また、本発明の水処理方法は、前記第２の膜モジュールに逆洗水を供給して前記第２の膜モジュールを逆洗する第２の逆洗工程（ｄ）を更に含み、前記第２のろ過水を前記第１の膜モジュール及び前記第２の膜モジュールの逆洗水として使用することが好ましい。この態様によれば、第２のろ過工程のろ過効率を向上できるので、逆洗水を速やかに循環回収できる。このため、逆洗工程の頻度を上げることができ、水処理工程全体の水処理効率が向上する。

また、本発明の水処理方法は、前記第１のろ過水の一部と、前記第２のろ過水の全部とを合一させて回収し、前記逆洗水として用いることが好ましい。この態様によれば、逆洗水を効率よく循環利用できるので、清浄なろ過水を効率よく回収できる。

また、本発明の水処理方法は、前記第２の逆洗工程（ｄ）で生じる逆洗排水を前記第２の膜モジュールでろ過処理してろ過水を回収し、前記逆洗水として使用することが好ましい。この態様によれば、濃縮された逆洗排水中の凝集フロックによるプレコート効果により、第２の膜モジュールの膜目詰まりを抑制でき、更には逆洗排水の排出量が少なくなり、逆洗水を効率よく循環利用できるので、清浄なろ過水を効率よく回収できる。

本発明の水処理方法によれば、清浄なろ過水を効率よく回収できる。

本発明での原水としては、不溶解性有機物を含む水であればどのような水でも使用でき、具体的には河川水、湖沼水、下水、工場廃水等が好ましい。

以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。

まず、図１の水処理装置について説明すると、この水処理装置は、水処理の対象となる原水を貯留する原水タンク１０と、原水をろ過して第１のろ過水を得る第１の膜モジュール２０と、第１の膜モジュール２０を逆洗した際に排出される逆洗排水をろ過し、第２のろ過水を得る第２の膜モジュール３０と、第１の膜モジュール２０及び第２の膜モジュール３０へ供給する逆洗水を貯留する逆洗タンク４０とで主に構成されている。

原水タンク１０は、原水供給ポンプ１１が配置された配管１を介して第１の膜モジュール２０の一次側２０ａに連結している。

膜モジュール２０に用いる膜は、一般的なろ過膜であれば全て使用でき、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）等が挙げられる。また、膜モジュール２０の形態としては、特に限定は無く、中空糸膜モジュール、平膜型モジュール、スパイラル型モジュール、管型モジュール等が使用可能である。

第１の膜モジュール２０の原水の流入側である一次側２０ａには、逆洗排水排出口２５が設けられており、第１の膜モジュール２０から排出される逆洗排水を、第１の逆洗排水引き抜きバルブ２１が配置された配管２から、第１の逆洗排水タンク５０へ供給できるように構成されている。

第１の膜モジュール２０のろ過水の流出側である二次側２０ｂは、第１のろ過水バルブ２２が配置された配管３を介して、逆洗タンク４０に連結されている。また、第１の膜モジュール２０の二次側２０ｂと、第１のろ過水バルブ２２とを連結する配管は分岐しており、処理水バルブ２３から、第１のろ過水を系外へ送出できるように構成されている。

第２の膜モジュール３０の逆洗排水の流入側である一次側３０ａは、逆洗排水ポンプ５２と、第１の逆洗排水バルブ５１とを配置した配管４を介して、第１の逆洗排水タンク５０と連結されている。また、逆洗排水排出口３５が設けられており、第２の膜モジュール３０から排出される逆洗排水を、第２の逆洗排水引き抜きバルブ３２が配置された配管７から系外へ排出できるように構成されている。

第２の膜モジュール３０のろ過水の流出側である二次側３０ｂは、第２のろ過水バルブ３１が配置された配管５を介して、逆洗タンク４０と連結している。

第２の膜モジュール３０は、第１の膜モジュール２０と同様のものを用いることができるがその限りではなく適宜選択すればよい。ただし、第２の膜モジュール３０で得られる第２のろ過水は、逆洗水として使用することから、第２の膜モジュール３０の孔径は、第１の膜モジュール２０の孔径と同等かそれ以下とすることが好ましい。また、第２の膜モジュール３０は、逆洗排水をろ過することから、第１の膜モジュール２０よりも供給される濁度が高くなる点を考慮する必要があり、例えば、内圧式中空糸膜モジュールであればその内径を第１の膜モジュール２０よりも大きくすることなどが必要な場合もある。

逆洗タンク４０の下部から延出した配管６は、逆洗水供給ポンプ４２と、第１の逆洗水バルブ４１とを介して、配管３に接続している。また、逆洗水供給ポンプ４２と、第１の逆洗水バルブ４１とを連結する配管は途中で分岐しており、第２の逆洗水バルブ４３を介して配管５に接続している。

次に、この水処理装置を用いた本発明の水処理方法について説明する。

まず、原水タンク１０に流入した原水に、必要に応じて凝集剤及び／又はｐＨ調整剤を攪拌投入して、原水中の固形分の凝集、ｐＨ調整等の処理を行う。その後、原水供給ポンプ１１を稼動させ、処理水バルブ２３を開とし、それ以外のバルブは閉とし、第１の膜モジュール２０の一次側２０ａへと通水してろ過を行い、第１のろ過水を得る、第１のろ過処理工程（ａ）を行う。第１の膜モジュール２０でろ過された第１のろ過水は、処理水バルブ２３を通過して、処理水として系外に供せられる。

ここで、後述する第１の逆洗工程（ｂ）を行った直後の第１の膜モジュール２０には、逆洗水及び／又は逆洗排水が残留している。したがって、第１の逆洗工程（ｂ）直後に行う第１のろ過工程（ａ）では、得られる第１のろ過水中に、逆洗水及び／又は逆洗排水が混在している。よって、衛生面を考慮するのであれば、第１のろ過工程（ａ）の開始直後に第１の膜モジュール２０に残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出するまでは、第１のろ過水バルブ２２を開とし、処理水バルブ２３を閉として逆洗タンク４０へ供給し、所定時間経過後の第１のろ過水のみ、処理水バルブ２３から処理水として回収することが好ましい。

上記第１のろ過処理工程（ａ）を所定時間行った後、原水供給ポンプ１１の稼動を停止し、第１のろ過水バルブ２２及び処理水バルブ２３を閉とし、第１の逆洗排水引き抜きバルブ２１及び第１の逆洗水バルブ４１を開とし、逆洗水供給ポンプ４２を稼動させて、逆洗タンク４０に貯留されたろ過水（逆洗水）を第１の膜モジュール２０の二次側２０ｂから一次側２０ａへと通水する第１の逆洗工程（ｂ）を行う。

そして、一次側２０ａへと通水された逆洗排水は、配管２から第１の逆洗排水タンク５０へと供給する。なお、特に図示していないが、上記逆洗工程の後に、膜モジュール２０の一次側２０ａ及び／又は二次側２０ｂに、エアーコンプレッサー等を用いて圧縮空気を供給してエアースクラビング処理を更に行ってもよく、また、原水を膜面へと通水するフラッシング処理を更に行ってもよい。エアースクラビング処理やフラッシング処理を行うことで、逆洗では除去しきれなかった汚濁物質が除去できる。

そして、本発明においては、逆洗排水を、第２の膜モジュール３０でろ過して第２のろ過水とし、上記第１の逆洗工程（ｂ）における逆洗水として使用する。

すなわち、第１の逆洗排水タンク５０に流入した逆洗排水は、第１の逆洗排水バルブ５１及び第２のろ過水バルブ３１を開とし、逆洗排水ポンプ５２を稼動させて、第２の膜モジュール３０の一次側３０ａへと通水し、第２のろ過水を得る第２のろ過処理工程（ｃ）を行う。そして、第２の膜モジュール３０でろ過処理された第２のろ過水は、逆洗タンク４０へ供する。

本発明においては、第２のろ過水の全量を、逆洗タンク４０へ供し、逆洗水として使用することが好ましい。これによれば、逆洗水を効率よく循環利用でき、処理水の回収効率が向上する。

上記第２のろ過処理工程（ｃ）を所定時間行った後、逆洗排水ポンプ５２の稼動を停止し、第１の逆洗排水バルブ５１及び第２のろ過水バルブ３１を閉とし、第２の逆洗排水引き抜きバルブ３２及び第２の逆洗水バルブ４３を開とし、逆洗水供給ポンプ４２を稼動させて、逆洗タンク４０に貯留されたろ過水（逆洗水）を第２の膜モジュール３０の二次側３０ｂから一次側３０ａへと通水する第２の逆洗工程（ｄ）を行い、第２の逆洗工程（ｄ）で排出される逆洗排水を、配管７から系外へと引き抜く。なお、特に図示していないが、上記第２の逆洗工程（ｄ）の後に、第２の膜モジュール３０の一次側３０ａ及び／又は二次側３０ｂに、エアーコンプレッサー等を用いて圧縮空気を供給してエアースクラビング処理を更に行ってもよく、また、原水を膜面へと通水するフラッシング処理を更に行ってもよい。エアースクラビング処理やフラッシング処理を行うことで、逆洗では除去しきれなかった汚濁物質が除去できる。

第２の逆洗工程（ｄ）は、第１の逆洗工程（ｂ）と同時に行ってもよく、それぞれ交互に行ってもよく、特に限定はない。

本発明の水処理方法によれば、膜モジュールの逆洗水として、逆洗排水をろ過処理して得られるろ過水を用い、更には、この逆洗水を循環して再利用するようにしたので、清浄なろ過水を逆洗水として利用する必要がほとんどない。このため、原水をろ過して得られる清浄なろ過水の回収効率が高く、処理水の回収率を、少なくとも９０％以上、通常であれば９９％以上とすることができる。

図２には、本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の他の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。

図１に示した実施形態による処理装置との主な変更点は、
＜１＞第２の膜モジュール３０の原水の流入側である一次側３０ａに、第２の膜モジュール３０から排出される逆洗排水を、第２の逆洗排水引き抜きバルブ３２が配置された配管７から、第２の逆洗排水タンク６０へ供給できるように構成されている点、
＜２＞第１の逆洗排水バルブ５１と、逆洗排水ポンプ５２とを連結する配管が途中で分岐し、第２の逆洗排水バルブ５３を介して第２の逆洗排水タンク６０に連結しており、第２の逆洗排水タンク６０に貯留した逆洗排水を、第２の膜モジュール３０へ供給できるように構成されている点である。

次に、この水処理装置を用いた水処理方法について説明する。なお、この実施形態において、第１のろ過工程（ａ）及び第１の逆洗工程（ｂ）は上記実施形態と同じであることから、説明は省略する。

第２のろ過処理工程（ｃ）において、第１の逆洗排水バルブ５１、第２の逆洗排水バルブ５３及び第２のろ過水バルブ３１を開とし、第２の逆洗水バルブ４３を閉とし、逆洗排水ポンプ５２を稼動させて、第１の逆洗排水タンク５０及び第２の逆洗排水タンク６０に貯留された逆洗排水を、第２の膜モジュール３０の一次側３０ａへと通水する。なかでも、濃縮された逆洗排水中の凝集フロックによるプレコート効果により膜目詰まりを抑制できるという理由から、まず、第２の逆洗排水タンク６０に貯留された逆洗排水を第２の膜モジュール３０の一次側３０ａへと通水した後、第１の逆洗排水タンク５０に貯留された逆洗排水を第２の膜モジュール３０の一次側３０ａへと通水することが好ましい。なお、この実施形態において、第２の逆洗排水タンク６０の貯水量が少ない場合等においては、第２のろ過処理工程（ｃ）における逆洗排水の第２の膜モジュール３０への供給は、第１の逆洗排水タンク５０のみから供給するようにしてもよい。

上記第２のろ過処理工程（ｃ）を所定時間行った後、逆洗排水ポンプ５２の稼動を停止し、第１の逆洗排水バルブ５１、第２の逆洗排水バルブ５３及び第２のろ過水バルブ３１を閉とし、第２の逆洗排水引き抜きバルブ３２及び第２の逆洗水バルブ４３を開とし、逆洗水供給ポンプ４２を稼動させて、逆洗タンク４０に貯留されたろ過水（逆洗水）を第２の膜モジュール３０の二次側３０ｂから一次側３０ａへと通水する第２の逆洗工程（ｄ）を行い、第２の逆洗工程（ｄ）で排出される逆洗排水を第２の逆洗排水タンク６０で回収する。なお、特に図示していないが、上記第２の逆洗工程（ｄ）の後に、第２の膜モジュール３０の一次側３０ａ及び／又は二次側３０ｂに、エアーコンプレッサー等を用いて圧縮空気を供給してエアースクラビング処理を更に行ってもよく、また、原水を膜面へと通水するフラッシング処理を更に行ってもよい。エアースクラビング処理やフラッシング処理を行うことで、逆洗では除去しきれなかった汚濁物質が除去できる。

第２の逆洗工程（ｄ）で排出される逆洗排水は、汚泥濃度が濃縮されており、極めて固形分濃度が高いことから、第２の逆洗排水タンク６０では、重力沈降等により逆洗排水中の汚泥を濃縮させて、定期的に第２の逆洗排水タンク６０の下部より逆洗排水濃縮水として引き抜くことが好ましい。

また、第２の逆洗工程（ｄ）は、第１の逆洗工程（ｂ）と同時に行ってもよく、それぞれ交互に行ってもよく、特に限定はない。

この態様によれば、第２の膜モジュール３０の処理効率を長期にわたって維持でき、逆洗水を速やかに回収できる。このため、第１の逆洗工程（ｂ）の頻度を上げることができ、水処理工程全体の水処理効率を向上させることができる。さらに、系外へと排出されるのは逆洗排水タンク６０の下部より逆洗排水濃縮水として引き抜かれる水量だけであることから、処理水の回収率を、少なくとも９５％以上、通常であれば９９．９％以上とすることができる。

本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の一実施形態である。 本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の他の実施形態である。

符号の説明

１〜６：配管
１０：原水タンク
１１：原水供給ポンプ
２０：第１の膜モジュール
２１、３２：逆洗排水引き抜きバルブ
２２、３１：ろ過水バルブ
２３：処理水バルブ
２５、３５：逆洗排水排出口
３０：第２の膜モジュール
４０：逆洗タンク
４１、４３：逆洗水バルブ
４２：逆洗水供給ポンプ
５０：第１の逆洗排水タンク
５１、５３：逆洗排水バルブ
５２：逆洗排水ポンプ
６０：第２の逆洗排水タンク

Claims (4)

1. 膜モジュールを用いた水処理方法であって、
   原水を第１の膜モジュールに供給して第１のろ過水を得る第１のろ過工程（ａ）と、
   前記第１の膜モジュールに逆洗水を供給して第１の膜モジュールを逆洗する第１の逆洗工程（ｂ）と、
   前記第１の逆洗工程（ｂ）で生じる逆洗排水を第２の膜モジュールに供給して第２のろ過水を得る第２のろ過工程（ｃ）とを含み、
   前記第１の逆洗工程（ｂ）に続いて実施される前記第１のろ過工程（ａ）において、該第１のろ過工程（ａ）の開始直後に前記第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出するまでは、第１のろ過水を前記第２のろ過水と共に回収して前記第１の膜モジュールの逆洗水として使用し、
   前記第１の膜モジュールに残留している逆洗水及び／又は逆洗排水が流出した後の第１のろ過水を処理水として回収することを特徴とする水処理方法。
2. 前記第２の膜モジュールに逆洗水を供給して前記第２の膜モジュールを逆洗する第２の逆洗工程（ｄ）を更に含み、前記第２のろ過水を前記第１の膜モジュール及び前記第２の膜モジュールの逆洗水として使用する、請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記第１のろ過水の一部と、前記第２のろ過水の全部とを合一させて回収し、前記逆洗水として使用する、請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 前記第２の逆洗工程（ｄ）で生じる逆洗排水を前記第２の膜モジュールでろ過処理してろ過水を回収し、前記逆洗水として使用する、請求項２に記載の水処理方法。