CN103917496A - 造水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是在把有机性排水经过生物处理的生物处理水，采用第1半透膜进行过滤，将浓缩水混入海水中，用第2半透膜进行过滤的造水系统中，第2半透膜的药品洗涤次数或交换频率减少。本发明的造水系统具有：把有机性排水经生物处理过的生物处理水，用第1半透膜（8）进行过滤，分离为过滤水与浓缩水的第1半透膜装置（9）；以及把第1半透膜装置（9）的浓缩水混入海水中，用第2半透膜（14）进行过滤的第2半透膜装置（13）；第1半透膜（8）在水处理微生物的附着容易程度方面与第2半透膜（14）相同或比第2半透膜（14）大。
Description
技术领域
本发明涉及造水系统。
背景技术
专利文献1公开了造水系统，其把有机性排水经生物处理过的生物处理水，采用第1半透膜进行过滤，其浓缩水混入海水中，通过第2半透膜进行过滤，海水的浸透压下降，可降低第2半透膜处理中必要的泵动力。
在这种造水系统中，对于第1半透膜及第2半透膜，半透膜装置压力损失达到所定值，用药品洗涤各半透膜（反渗透膜），除去附着的水处理微生物。另外，所谓半透膜装置压力损失，意指从半透膜装置中流入水压力减去浓缩水压力所算出的值。
另外，即使在进行药品洗涤时，当多次反复进行药品洗涤，因药品洗涤后运行开始时，半透膜装置压力损失逐渐升高，故必须进行半透膜的更换。这种半透膜的更换，例如，可用初期半透膜装置压力损失的3倍左右来实施等进行确定。
另一方面，近年来，已开发出水处理微生物难附着的低生物污染（fouling）半透膜，与海水相比，含有机物多，对微生物易繁殖的生物处理水进行处理的第1半透膜（下水系水处理装置的半透膜），采用低生物污染半透膜（例如，东丽株式会社制的型号TML20）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许4481345号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，当第1半透膜使用这种低生物污染半透膜时，存在第1半透膜装置的浓缩水中所含的水处理微生物增多，第2半透膜（海水系水处理装置的半透膜）的洗涤次数或交换频率增多的问题。
例如，当第1半透膜装置使用低生物污染半透膜时，如图3所示，在第1半透膜装置及第2半透膜装置中，第1半透膜及第2半透膜的药品洗涤，如箭头A所示，每3个月进行一次。另外，图3中箭头A表示，通过药品洗涤后半透膜装置的压力损失降低。
这样高频率的药品洗涤，如上所述，膜交换频率增加，成为成本增加的重要原因。另外，为了抑制成本增加，必需对第1半透膜及第2半透膜投给过量杀菌剂，这是没有效率的。
本发明的目的是提供：降低整个系统的半透膜的药品洗涤频率或膜交换频率，经济而有效的造水系统。
用于解决课题的手段
本发明的第1发明，其特征在于，具备第1半透膜装置和第2半透膜装置，第1半透膜装置是把有机性排水经生物处理过的生物处理水，用第1半透膜分离为过滤水与浓缩水；第2半透膜装置是把该第1半透膜装置的浓缩水混入海水中，用第2半透膜进行过滤；该第1半透膜装置及该第2半透膜装置，分别收容了1个以上的半透膜元件，该第1半透膜装置中使用的半透膜元件在微生物的附着容易程度方面与该第2半透膜元件相同或比该第2半透膜元件大。
本发明的第2发明，其特征在于，具备第1半透膜装置和第2半透膜装置，第1半透膜装置是把有机性排水经生物处理过的生物处理水，用第1半透膜分离为过滤水与浓缩水；第2半透膜装置是把该第1半透膜装置的浓缩水混入海水中，用第2半透膜进行过滤；该第1半透膜在微生物的附着容易程度方面与该第2半透膜相同或比该第2半透膜大。
在本发明的第1或第2发明中，优选向上述生物处理水间隙地注入杀菌剂，或向上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水中注入杀菌剂。另外，更优选向上述生物处理水中注入杀菌剂，向上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水中注入杀菌剂的同时，与注入该生物处理水的杀菌剂相比，向该混合水中注入杀菌剂的注入频率、注入量、或注入浓度大。
还有，上述杀菌剂优选是选自游离氯系杀菌剂、键合氯系杀菌剂、溴系杀菌剂、酸、碱的至少1种以上的杀菌剂。
在注入杀菌剂时，优选在上述杀菌剂注入时，上述第1半透膜装置的浓缩水至少一部分，不混入用于供给上述第2半透膜装置的海水中，或该浓缩水与海水的混合水的至少一部分，不供给上述第2半透膜。
在本发明的第1或第2发明中，优选上述第1半透膜及上述第2半透膜的至少一种为含聚酰胺或三醋酸纤维素作为成分的半透膜，并且，上述微生物为疏水性微生物。
还有，上述第1半透膜，优选是含三醋酸纤维素作为成分的半透膜。另外，上述疏水性微生物，优选是分支杆菌（Mycobacterium）属细菌。
在本发明的第1或第2发明中，上述微生物的附着容易程度，优选是在一定数量的微生物与上述第1半透膜、上述第2半透膜、上述第1半透膜元件或上述第2半透膜元件接触时，分别对该第1半透膜、该第2半透膜、该第1半透膜元件或该第2半透膜元件附着的微生物数（B）相对于上述一定数量的微生物数（F）之B/F比的大小。
另外，优选上述第1半透膜元件的B/F比为上述第2半透膜元件的B/F比的2倍以上，或者，上述第1半透膜的B/F比为上述第2半透膜的B/F比的2倍以上。
在本发明的第1或第2发明中，优选具有把上述第1半透膜装置的浓缩水中的微生物从该浓缩水进行分离的微生物捕集用过滤器。另外，在上述第1半透膜装置的浓缩水混入海水后，用上述第2半透膜进行过滤前，优选具有把上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水进行超滤的超滤装置。
发明效果
按照本发明，能够降低作为整个系统的半透膜药品洗涤频率或膜交换频率，达到既经济又有效。
附图说明
图1为表示本发明的实施方案涉及的造水系统的概要构成的方块图。
图2为表示本发明的实施方案涉及的造水系统中各半透膜的洗涤时间的图。
图3为表示造水系统中各半透膜的洗涤时间的比较例。
图4为表示代表性的半透膜元件（螺旋型）的结构的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方案进行详细说明。如图1所示，本实施方案涉及的造水系统1，具有下水处理部3与海水处理部5。下水处理部3，对作为有机性排水的下水作为原水进行处理，具有膜分离活性污泥（MBR）槽7与具有第1半透膜8的第1半透膜装置9，通过第1泵21把流入水压送至第1半透膜装置9。另外，在膜分离活性污泥槽7与第1半透膜装置9之间，设置杀菌剂注入部12与还原剂注入部15，向膜分离活性污泥槽7的处理水，通过杀菌剂注入部12注入杀菌剂后，从还原剂注入部15注入还原剂，把杀菌剂还原。杀菌剂为次氯酸，还原剂为亚硫酸氢钠，次氯酸用亚硫酸氢钠进行还原，失去有效氯后送入第1半透膜装置9。
另外，杀菌剂优选为选自次氯酸等游离氯系杀菌剂、氯胺等键合氯系杀菌剂、DBNPA（2，2－二溴－3－氰基丙酰胺）等溴系杀菌剂、硫酸等酸、NaOH等碱的至少1种以上的杀菌剂。另外，当使用选自键合氯系杀菌剂、溴系杀菌剂、酸、碱的1种以上的杀菌剂时，杀菌剂注入后的处理水，即使直接供给第1半透膜装置9，也不损伤第1半透膜8，故不注入上述还原剂后供给是更优选的。
海水处理部5中设置具有超滤膜（UF膜）的超滤装置11与具有第2半透膜14的第2半透膜装置13，海水用泵22压送至超滤装置11。另外，用比第1泵21更高压的泵23，把该超滤装置11的处理水，压送至第2半透膜装置13。
其次，对本实施方案涉及的造水系统的运行及作用进行说明。
在膜分离活性污泥槽7，供给的原水与活性污泥接触后，在膜分离部进行过滤，从活性污泥分离生物处理水，生物处理水供给后段的第1半透膜装置9。在此，膜分离活性污泥槽7只要具有通过生物处理使有机物分解，以及具有通过膜等具有固液分离机能，得到固体成分少的生物处理水的功能即可，对形态未作特别限定。例如，采用活性污泥进行生物处理后，采用重力沉淀进行固液分离，上部澄清水通过UF膜或精密过滤膜（MF膜）等进行处理也可。
在第1半透膜装置9，把供给的生物处理水通过第1半透膜8进行处理，分离为浓缩水与透过水，透过水作为处理水得到。第1半透膜装置9的浓缩水，混合在海水处理部5的超滤装置11的处理水中。
另一方面，在海水处理部5中，超滤装置11，通过UF膜把海水作为原水进行过滤。在这里，既可用MF膜代替UF膜，另外，超滤装置11也可用砂过滤装置代替。过滤水与上述的第1半透膜装置9的浓缩水进行混合后，供给第2半透膜装置13。在此，与上述第1半透膜同样，往混合水中注入选自游离氯系杀菌剂、键合氯系杀菌剂、DBNPA等溴系杀菌剂、酸、碱的至少1种以上的杀菌剂是优选的。另外，在使用选自键合氯系杀菌剂、溴系杀菌剂、酸、碱的至少1种以上杀菌剂时，杀菌剂注入后的处理水即使直接供给第2半透膜装置13，也不损伤第2半透膜14，故不注入上述还原剂而进行供给是更优选的。
在第2半透膜装置13，供给的混合水采用第2半透膜14进行处理，分离为浓缩水与透过水，透过水作为处理水得到。
另外，在膜分离活性污泥槽7，从杀菌剂注入部12间隙地向过滤的处理水注入杀菌剂，进行杀菌处理。
但是，通过杀菌剂注入部12注入杀菌剂时，优选第1半透膜装置9的浓缩水，不混入海水处理部5。杀菌剂注入时，由于考虑到第1半透膜装置9的浓缩水中微生物的死骸含量多，故将其供给海水处理部5是不优选的。
本实施方案中，第1半透膜8采用比第2半透膜14的微生物附着性容易的（或附着性相同的）半透膜。因此，第1半透膜装置9的浓缩水中所含的微生物，易捕捉至第1半透膜8，浓缩水中所含的微生物降低。因此，向2半透膜装置13供给的混合水中的微生物降低，故向第2半透膜14的微生物附着降低，第2半透膜14的药品洗涤次数及交换频率减少。
第1半透膜8及第2半透膜14，最好采用反渗透膜（RO膜）、纳米过滤膜（NF膜）、稀疏RO膜（Loose Reverse Osmosis Membrance）等具有脱盐能力的膜，可以采用中空丝膜、螺旋膜、管形膜等各种形式的膜，或由活性层、支持层及基材构成的复合膜。
另外，作为第1半透膜8及第2半透膜14，可以采用含芳香族聚酰胺等聚酰胺或三醋酸纤维素作为成分的膜，或由这些成分构成的膜。
特别是以三醋酸纤维素作为主成分的半透膜，其特征在于，可以使用杀菌效果非常强的杀菌剂，同时对作为主成分的半透膜使用聚酰胺时，由于能够没有问题地使用对膜有损伤可能性的“游离氯系杀菌剂”，故使用该杀菌剂，膜可直接杀菌。
因此，对易附着疏水性微生物（游离微生物）而设计的第1半透膜8，采用含三醋酸纤维素作为成分（或由该成分构成）时，可以使用对膜上附着的微生物非常有效杀菌的游离氯系杀菌剂，故可提高生物污染抑制效果。
另外，第1半透膜8及第2半透膜14，既可以由一个元件构成，也可以由多个元件构成。在这里，所谓元件，其构成是：包含半透膜，从半透膜的一个面供给原水，从另一个面得到透过水，由各种形状构成的分离膜元件多个捆扎在一起增大膜面积，每单位元件可以得到大量透过水。
例如，螺旋型的元件，如图4所示，不仅半透膜（分离膜41），而且把原水42供给分离膜41表面的供给侧流路材料43，以及把从分离膜41透过的透过水44导向中心管45的透过侧流路材料46，在集水·输送透过水44的中心管45的周围形成卷绕的结构。通过向该螺旋型元件供给原水42，原水42被分离为透过水44与浓缩水47。
上述实施方案涉及的造水系统，作为第1半透膜8，采用1.6MPa的低压半透膜（东丽株式会社制的型号TM720：疏水性微生物的附着量之B/F比为0.13），作为第2半透膜14，采用5.5MPa的海水淡化用高压半透膜（东丽株式会社制的型号TM820：疏水性微生物的附着量之B/F比为0.13），运行1年时间的半透膜装置压力损失的变化如图2的图形所示。
在本发明中，微生物对半透膜的附着容易程度，用按下列顺序测定的B/F比表示。
把疏水性微生物的分支杆菌株（Mycobacterium strain）BT12－100株，用R2A培养基进行前培养后，用含放射性同位素Na2 35SO4的灭过菌的MS培养基（蒸留水1L，1.0g甘露醇、0.75gNa2HPO4、0.75gK2HPO4、1.0gNH4Cl、0.01gMgSO4·7H2O、0.01gCaCl2·2H2O、1mgFeSO4·7H2O、1mgZnSO4·7H2O、1mgMnSO4·4H2O），用旋转振动机（200rpm、28℃）培养72小时。离心分离与洗涤（从上述MS培养基除去甘露醇的灭过菌MS缓冲液）进行2次，回收微生物，在灭过菌的MS缓冲液中进行再悬浮。此时，悬浮液中的微生物浓度为5×109～10［Cell/mL］，DAPI染色后，用荧光显微镜观察，通过直接计算进行确认。如在上述浓度的范围外，则再度离心分离或添加灭过菌的MS缓冲液进行调整。调整过的微生物悬浮液（此时的菌体浓度为C0［Cell/mL］）中的每分钟放射性同位素裂变（DPM）［DPM/mL］，用液体闪烁计数器（LSC）进行测定（此时的DPM为DPM0［DPM/mL］）。
半透膜的B/F比采用以下的方法确定。首先，把灭过菌的带螺丝帽的塑料管底部切开，在切开面上设置·固定作为评价对象的半透膜，使膜功能层处在塑料管内侧。此时，塑料管内部的膜面积定为A［cm2］。塑料的内部及半透膜，用灭过菌的纯水或RO透过水洗涤10次以上。此时，可以确认膜设置时末发现洗涤水的泄漏。往容器内添加一定量的灭过菌MS缓冲液，另外，添加上述调整过的微生物悬浮液（v［mL］），使微生物浓度达到1×108～5×108［Cell/mL］。此时的容器内液量定为V1［mL］（此时，v/A＝2.4～2.5）。用螺丝帽加盖，用旋转振动机（200rpm、28℃）培养5小时。然后，废弃容器内液体，用5.0mL的MS缓冲液冲洗膜2次，取出膜。把取出的膜浸渍在所定量的DPM测定专用溶液V2［mL］中，采用与上述同样的LSC测定DPM（此时的DPM为DPM2［DPM/mL］）。
在此，按下式，算出B/F比（＝在游离微生物数F中，膜上结合的微生物数B的比例）。
B/F＝（DPM2×V2）/（DPM0×v）
另外，元件的B/F比按以下的方法确定。往MS缓冲液添加上述微生物悬浮液，使微生物浓度达到1×108～5×108［Cell/mL］，调整评价原水，采用与上述同样的LSC，测定DPM（此时的DPM作为DPM0［DPM/mL］）。该评价原水，仅半透膜元件的1侧（即，使不透过膜地与膜接触），以在0.4～0.5m/s范围的一定的线速度流水（5小时，25～28℃）。然后，把原水中的DPM，采用与上述同样的LSC进行测定（此时的DPM作为DPM3［DPM/mL］）。
在此，依下式算出B/F比。
B/F＝（DPM0－DPM3）/（DPM0）
在该图2的图中，横轴为经过的月数、纵轴为半透膜装置压力损失，表示第1半透膜8及第2半透膜14的药品洗涤次数。
从该图2的图可知，在第1半透膜装置9及第2半透膜装置13，即使半透膜装置的压力损失达到所定值，也要如箭头A所示，进行各半透膜的药品洗涤。箭头A表示通过药品洗涤后的半透膜装置压力损失的降低。
从与图3的比较例比较可知，在第2半透膜装置13中，原来不足3个月即每年必须洗涤5次，在本实施方案中每大于6个月即每年合计洗涤2次即可。即，按照本实施方案，第2半透膜14的洗涤次数可达到原来的一半以下，因此，第2半透膜14的更换次数也能够减少。
另一方面，第1半透膜装置9必须每2个月洗涤一次，每年必须洗涤6次，洗涤次数比原来的增加，作为造水系统1整体的洗涤次数为7次（图2），与比较例11次（图3）相比，大大降低。
在本实施方案中，第1半透膜8及第2半透膜14的选定，通过B/F比进行微生物附着容易性的比较，能够客观且容易地进行。
作为B/F比在0.01以下的低生物污染膜（例如，东丽株式会社制的型号TML20），与通常的半透膜有区别，如上述实施方案所示，第1半透膜8使用B/F比大于0.01的通常的半透膜的结果是，与第1半透膜使用B/F比在0.01以下的低生物污染膜的图3比较例相比，第2半透膜14的洗涤频率及交换频率降低。
在本实施方案中，通过在第1半透膜装置9分离的浓缩水与海水的混合水中注入杀菌剂，可以提高第2半透膜14的生物污染抑制效果。
在本实施方案中，对生物处理水注入杀菌剂时，由第1半透膜装置9分离的浓缩水的至少一部分，不混人用于供给第2半透膜装置13的海水中，或浓缩水与海水的混合水至少一部分，不供给第2半透膜装置13，因此，微生物的死骸含量多的杀菌剂注入时的浓缩水，可以避免供给第2半透膜装置13。因此，可以抑制微生物死骸作为原因的第2半透膜14的半透膜装置压力损失的上升，其结果是，可进一步降低第2半透膜14的洗涤次数及交换次数。
在本实施方案中，通过设置微生物捕集用过滤器，把第1半透膜装置9的浓缩水中的微生物从浓缩水分离，可以回避把微生物含量多的浓缩水供给第2半透膜装置13。另外，本实施方案中，第1半透膜装置9的浓缩水混入海水后，在用第2半透膜14进行过滤前，第1半透膜装置9的浓缩水与海水的混合水，通过超滤，可以回避微生物含量多的浓缩水供给第2半透膜装置13。
采用这种构成，可以抑制微生物作为原因的第2半透膜14的半透膜装置压力损失的上升，其结果是，可进一步降低第2半透膜14的洗涤次数及交换次数。
还有，微生物捕集用过滤器，只要是可以捕集微生物的过滤器即可，对形态未作特别限定。
本发明不限于上述实施方案，在不偏离本发明的宗旨范围内可作各种变形。例如，上述实施方案中，第1半透膜8，可以采用水处理微生物的附着容易程度与第2半透膜14相同的膜，但又不限于此，第1半透膜8也可采用水处理微生物的附着容易程度比第2半透膜14的附着容易的膜。例如，既可以第1半透膜8的B/F比为0.15、第2半透膜8的B/F比为0.13，也可以第1半透膜8的B/F比为0.13、第2半透膜8的B/F比为0.01。
如上所述，当第1半透膜8与第2半透膜14的B/F比为相同值时，第2半透膜14的洗涤次数，每年为2次，但第1半透膜8的B/F比，只要为第2半透膜14的B/F比的2倍以上，则第2半透膜14的洗涤频率及交换频率，每1年少于1次，例如，第2半透膜14的维护，每1年可定期洗涤或定期交换，故维护性更加优良。
在下水处理部3，在原水供给膜分离活性污泥槽7前，也可在最初沉淀池进行处理，不限于采用膜分离活性污泥槽7，也可在活性污泥处理后，使活性污泥沉淀，或采用砂滤等进行分离，得到生物处理水。
在海水处理部5，也可采用精密过滤（MF）装置或砂过滤等代替超滤装置11。
符号说明
1 造水系统
3 下水处理部
5 海水处理部
8 第1半透膜
9 第1半透膜装置
13 第2半透膜装置
14 第2半透膜
41 半透膜（分离膜）
42 原水
43 供给侧流路材料
44 透过水
45 中心管
46 透过侧流路材料
47 浓缩水
Claims (14)
1.造水系统，其特征在于，具备第1半透膜装置和第2半透膜装置，所述第1半透膜装置是把有机性排水经生物处理过的生物处理水，用第1半透膜分离为过滤水与浓缩水；所述第2半透膜装置是把该第1半透膜装置的浓缩水混入海水中，用第2半透膜进行过滤；该第1半透膜装置及该第2半透膜装置，分别收容1个以上的半透膜元件，该第1半透膜装置中使用的半透膜元件在微生物的附着容易程度方面与该第2半透膜元件相同或比该第2半透膜元件大。
2.造水系统，其特征在于，具备第1半透膜装置和第2半透膜装置，所述第1半透膜装置是把有机性排水经生物处理过的生物处理水，用第1半透膜分离为过滤水与浓缩水；所述第2半透膜装置是把该第1半透膜装置的浓缩水混入海水中，用第2半透膜进行过滤；该第1半透膜在微生物的附着容易程度方面与该第2半透膜元件相同或比该第2半透膜元件大。
3.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，向上述生物处理水间隙地注入杀菌剂。
4.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，向上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水中注入杀菌剂。
5.按照权利要求3所述的造水系统，其特征在于，上述杀菌剂为选自游离氯系杀菌剂、键合氯系杀菌剂、溴系杀菌剂、酸、碱的至少1种以上的杀菌剂。
6.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，向上述生物处理水中注入杀菌剂，向上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水中注入杀菌剂的同时，相对于向该生物处理水中注入杀菌剂，注入该混合水的杀菌剂的注入频率、注入量、或注入浓度大。
7.按照权利要求3所述的造水系统，其特征在于，上述杀菌剂注入时，上述第1半透膜装置的浓缩水至少一部分，不混入用于供给上述第2半透膜装置的海水中，或该浓缩水与海水的混合水的至少一部分，不供给上述第2半透膜。
8.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，上述第1半透膜及上述第2半透膜的至少一种为含聚酰胺或三醋酸纤维素作为成分的半透膜，并且，上述微生物为疏水性微生物。
9.按照权利要求8所述的造水系统，其特征在于，上述第1半透膜为含三醋酸纤维素作为成分的半透膜。
10.按照权利要求8所述的造水系统，其特征在于，上述疏水性微生物为分支杆菌（Mycobacterium）属细菌。
11.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，上述微生物的附着容易程度为B/F比的大小，所述B/E比是在一定数量的微生物与上述第1半透膜、上述第2半透膜、上述第1半透膜元件或上述第2半透膜元件进行接触时，分别对该第1半透膜、该第2半透膜、该第1半透膜元件或第2半透膜元件上附着的微生物数（B）相对于上述一定数量的微生物数（F）之B/F比。
12.按照权利要求11所述的造水系统，其特征在于，上述第1半透膜元件的B/F比为上述第2半透膜元件的B/F比的2倍以上，或上述第1半透膜的B/F比为上述第2半透膜的B/F比的2倍以上。
13.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，具有把上述第1半透膜装置的浓缩水中的微生物从该浓缩水进行分离的微生物捕集用过滤器。
14.按照权利要求1或2所述的造水系统，其特征在于，具有超滤装置，所述超滤装置是在上述第1半透膜装置的浓缩水于海水中混合后，用上述第2半透膜进行过滤前，把上述第1半透膜装置的浓缩水与海水的混合水进行超滤。
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