JP2002086193A - 水処理方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 マンガン除去工程と、マンガン除去
原水へインライン注入装置を用いるオゾンガス注入工程
と、オゾンガス注入原水を膜濾過する工程と、膜濾過水
を活性炭処理する工程とを具備する水処理方法。原水
へのオゾン注入量を制御して膜濾過水中の残留オゾン濃
度を所定範囲に維持する。膜濾過水中の残留オゾン濃
度が０．０１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲である。マンガン
除去工程が、酸化剤の添加及びマンガン砂濾過工程から
なること。 【効果】 マンガン除去処理とオゾン処理と膜濾過処理
と活性炭処理とを組み合わせる水処理により、少量のオ
ゾン注入で膜目詰まりを抑制して高流束で安定した処理
水量を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水道、下水道、
工業用水または廃水処理の水処理方法に関し、特に、オ
ゾン処理と膜濾過処理と活性炭処理とを組み合わせて相
互の相乗効果による高効率で高度に処理することのでき
る水処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、浄水処理において、小規模水道を
中心に従来の凝集沈殿―砂濾過処理の代替として、維持
管理性および省スペース化に優れた膜濾過処理を用いる
ケースが増大しつつある。しかしながら、膜濾過処理の
大中規模浄水場への適用を考慮した場合には、従来の凝
集沈殿―砂濾過処理の場合と同等以下のコストまで削減
することが不可欠である。従って、ランニングコストを
低減するためには、高い膜濾過流束で安定して運転でき
ることが必要となる。また、大中規模浄水場は都市部に
位置することが多く、年々、河川水質が悪化する傾向が
見られている。原水中の溶解性有機物であるトリハロメ
タン前駆物質や臭気物質を除去するためには、将来的に
はオゾン処理あるいは活性炭処理という高度処理を導入
することが想定される。

【０００３】この場合、膜濾過処理とオゾン処理と活性
炭処理との組み合わせとして、（I)オゾン処理と活性炭
処理と膜濾過処理とを順次行う方式、および（２）膜濾
過処理とオゾン処理と活性炭処理とを順次行う方式の２
つの方式が考えられる。しかしながら、いずれの方式に
おいても、膜供給原水として膜濾過処理に導入される原
水中の懸濁物質および有機物質等によって膜ファウリン
グが進行し、３ｍ³ ／ｍ² ／日以上の高流束で運転した
場合には、比較的短期間で濾過膜の目詰まりを起こす恐
れがある。

【０００４】こうした問題を解決する方法の一つとし
て、従来例の特開平１０−３０９５７６号公報には、以
下のような方法が提案されている。まず原水を原水槽に
送り込み、供給ポンプにより循環槽または膜供給槽に供
給し、次いで膜供給ポンプからエジェクター注入装置を
介して膜濾過装置に送り込む。エジェクター注入装置に
は、オゾン発生器からオゾンがインライン注入されるこ
とによって、膜供給水とオゾンとが接触して酸化処理が
施される。膜濾過装置において得られた膜濾過水は、膜
濾過槽へ送り込まれ、膜濾過水の一部は膜逆流洗浄水と
して用いられ、残りの大部分は活性炭供給ポンプにより
活性炭処理装置へ送られる。活性炭処理装置により膜濾
過水中のオゾン副生成物等が除去されて、最終的に処理
水が得られる。

【０００５】この方式では、以下のような利点が得られ
ることが記載されている。 （I)膜ファウリングの原因となる高分子有機物が、オゾ
ン処理によって分解あるいは低分子化されるため、膜目
詰まりが抑制される。 (2) 膜濾過水中にオゾンを残留させることによって、膜
面および細孔内がオゾンにより常に洗浄された状態とな
るため、高い膜濾過流束で比較的長期間安定通水する事
ができる。 (3) 飲料に十分適した高度な処理水を得ることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によっても、原水中の鉄やマンガンなどの無機物によ
ってオゾンが消費されオゾン注入量が多くなったり、酸
化された無機物によって膜の目詰まりが進行し、高い膜
濾過流束が得られない場合がある。本発明は、上述した
ような問題点を克服すべく、鋭意検討の結果完成された
ものであって、マンガン除去処理とオゾン処理と膜濾過
処理とを含む水処理方法であって、少量のオゾン注入量
で、しかも膜目詰まりを抑制して高濾過流束で安定した
処理水量を得ることが可能な水処理方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基本的には、原水中のマンガン濃度を低
下させてマンガン除去原水を得る工程と、前記マンガン
除去原水へインライン注入装置を用いてオゾンガスを注
入する工程と、前記オゾンガス注入原水を膜濾過して膜
濾過水を得る工程と、前記膜濾過水を活性炭処理する工
程とを具備する水処理方法を提供する。本発明の水処理
方法においては、前記原水へのオゾン注入量を制御し
て、前記膜濾過水中の残留オゾン濃度が所定範囲に維持
することが好ましい。前記膜濾過水中の残留オゾン濃度
が０．０１〜１０ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜５．０
ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。さらに、本発明
の水処理方法においては、前記マンガン除去原水を得る
工程が、酸化剤の添加及びマンガン砂濾過工程からなる
ことが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水処理方法を、図
面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の水処理
方法の一例を説明するための処理フローを示す模式図で
ある。本発明の水処理方法は、こうした構成の本発明の
処理装置を含む工程に従って実施することができる。図
示する装置においては、原水１に酸化剤注入装置１６を
用いて酸化剤１７が注入され、次いでマンガン砂濾過装
置１８に送り込まれる。マンガン砂濾過装置１８でマン
ガンが除去された原水は貯槽２に供給され、次いで膜供
給ポンプ３からエジェクター注入装置４を介して膜濾過
装置５に送り込まれる。なお、エジェクター注入装置４
には、オゾン発生器８からのオゾンガス６がインライン
注入され、これによって膜供給水とオゾンとが接触して
酸化処理が施される。即ち、膜濾過装置５には酸化処理
後の処理水が送り込まれる。膜濾過装置５において得ら
れた膜濾過水は、膜濾過水槽７へ送り込まれ、膜濾過水
の一部は膜逆流洗浄水として用いられ、残りの大部分は
活性炭供給ポンプ１２により活性炭処理装置１３へ送ら
れる。

【０００９】活性炭処理装置１３において、膜濾過水中
のオゾン副生成物等が除去されて、最終的に処理水１４
が得られる。図示するように、膜濾過装置５において
は、循環水９を循環槽または貯槽２へ返送することもで
きる。循環槽または貯槽２より排出される排オゾンガス
１０は、排オゾンガス処理設備１１に導入されて処理さ
れる。この場合、排オゾンガス処理設備１１の形式は、
活性炭式、熱分解式、および触媒式等のいずれの形式と
しても問題はない。

【００１０】膜濾過水槽７においては、オゾン検出器１
５によって膜濾過水中の残留オゾン濃度が検出されて常
時計測される。オゾン検出器１５としては、溶存オゾン
濃度検出器を用いることができる。得られたオゾン濃度
の計測値に基づいて、オゾン発生器８からエジェクター
注入装置４に供給されるオゾン量が制御される。膜濾過
水中の残留オゾン濃度測定手段としては、特に制限され
ないが、オゾン検出器、特に溶存オゾン濃度検出器（例
えば、東亜電波工業（株）製ＯＺ―２０）を用いること
が良く、これによって溶存オゾン濃度が検出されて常時
計測される。膜濾過水中の残留オゾン濃度が、０．０１
〜１０ｍｇ／Ｌの範囲内となるように、オゾン発生器８
の印加電圧やバルブ（図示せず）の開閉操作等の調整を
行うことが良く、これによって、オゾン発生器からエジ
ェクター注入装置に直接インライン注入されるオゾン注
入量が制御される。具体的には、ＣＰＵ（中央演算処理
装置）等による制御手段によって、膜濾過水中の残留オ
ゾン濃度を算出して、インライン注入されるオゾン注入
量をフィードバック制御することができる。

【００１１】膜濾過装置５により得られた膜濾過水に残
留するオゾン量は、膜濾過装置５の濾過速度を高く維持
するために、０．０１〜１０ｍｇ／Ｌとすることが好ま
しい。膜濾過水中の残留オゾン濃度が１０ｍｇ／Ｌより
高くなると、膜濾過装置５の濾過膜として耐オゾン性の
膜材料を用いても、長期的にはオゾンとの反応によって
膜劣化が生じる恐れがあるものの、膜モジュールの交換
時期を考え合わせると、１０ｍｇ／Ｌまでは許容され
る。また、残留オゾン濃度が１０ｍｇ／Ｌより高くなる
と、副生成物量も多くなるという問題がある。また、残
留オゾン濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ以下では、膜の閉塞が
早く、高頻度で洗浄を行うことが必要となり効率が低下
する。以上のことから、膜濾過水中の残留オゾン濃度は
０．０１〜１０ｍｇ／Ｌであることが好ましく、０．１
〜５．０ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。

【００１２】次に、マンガン除去原水を得る工程につい
て説明する。原水中のマンガンには膜を透過する溶解性
マンガンと、膜を透過しない不溶解性マンガンが存在す
るが、膜面に不溶解性マンガンが堆積すると、溶解性マ
ンガンも膜面で酸化され膜表面に堆積し、膜を目詰まり
させ、透過流束を大きく低下させる。更に、前段でのオ
ゾン注入によりマンガンが酸化されるので、オゾン注入
量が多くなるという問題点がある。そのため、オゾン注
入の前にできるだけマンガンを除去しておくことにより
オゾン注入率の低減、膜の目詰まり防止に有効になる。
マンガン除去は酸化剤を注入した後にマンガン砂濾過を
行うのが好ましい。酸化剤としては、エアレーション、
塩素、次亜塩素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、
二酸化塩素等を用いることができる。マンガン砂濾過
は、例えば昭和６２年６月１５日産業用水調査会発行、
高井雄他１名著「用水の除鉄・除マンガン処理」に記載
されるように、通常の方法を用いればよい。

【００１３】次に、本発明におけるオゾン注入について
説明する。オゾンの注入方法としては、通常には、散気
管方式とエジェクターを用いたインライン注入方法の２
つがある。本発明において、高い膜透過流束を得るため
には、膜濾過水中の残存オゾン濃度が（所定範囲で）高
い方が好ましい。散気管方式でオゾンを注入すると、オ
ゾンと原水の接触時間が長いために膜の目詰まり抑制に
有効でない反応でオゾンが消費される。そこで、本発明
では、膜の直前でインライン注入方式を用いてオゾンガ
スを注入すると、膜の目詰まり成分との反応のみが有効
に生じ、少ないオゾン注入量で高い膜透過流束が得られ
る。

【００１４】本発明の水処理方法においては、原水とオ
ゾンガスとの接触時間を５分以下とすることが好まし
い。接触時間が５分を越えて長いと、膜の目詰まり防止
に有効でない反応を生じ、オゾンを有効に利用できな
い。従って、原水とオゾンガスとの接触時間は、５分以
下、好ましくは３分以下が望ましい。更に、本発明の水
処理方法においては、原水にオゾンガスを注入するに先
立ち凝集剤を添加しても良い。膜濾過に際し、膜の孔径
が精密濾過の領域になると、孔径が大きくなるため、原
水中の懸濁物質やバクテリア等が膜内に浸入する。従っ
て、懸濁物質やバクテリアが多い原水の場合には、高い
膜濾過流束を得るには多くのオゾン注入が必要になる。
このオゾン添加量を低減する目的で、オゾン添加に先立
ちポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸バンド、塩化
第一鉄、塩化第二鉄等の凝集剤を使用することが好まし
い。また、懸濁物質やバクテリアがそれほど多くない原
水でも、低水温期に上記凝集剤を添加することによっ
て、高い膜濾過流束を維持することが可能になる。凝集
剤の添加量は、原水中に含まれる懸濁物質等を凝集でき
る量である必要があり、一般的に原水１リットル中に１
〜１００ｍｇ添加すればよい。

【００１５】次に、本発明において用いられる膜濾過装
置５について説明する。まず、膜濾過方法について説明
する。膜濾過方式には、一般には全量濾過方式とクロス
フロー濾過方式との２つの方法のどちらかが採用でき
る。本発明の方法に用いる膜モジュールの濾過方式とし
ては、全量濾過方式（デッドエンド濾過法）およびクロ
スフロー濾過方式のいずれの方式を用いてもよい。クロ
スフロー濾過方式は、濾過水量の２倍程度の水量を膜に
供給するのが一般的であり、膜に供給された水の約半分
は原水に戻される。一方、全量濾過方式は、膜に供給し
た原水をすべて濾過する方法であって、原水量と濾水量
とが同じである。クロスフロー濾過方式では、原水に注
入したオゾンのうち約半分は原水に戻されるのに対し
て、全量濾過方式では全量が膜濾過水となり、同じオゾ
ン注入率では膜濾過水の残留オゾン濃度は、全量濾過方
式の方が高くなる。従って、膜濾過流束は、濾水中の残
留オゾン濃度が（所定範囲で）高い方が好ましいので、
本発明の水処理方法において、全量濾過方式を用いれ
ば、クロスフロー濾過方式に比べて少ないオゾン注入量
で、同じ膜濾過流束が得られることになる。

【００１６】膜濾過装置５としては、膜供給水が処理で
きれば特に制限されないが、膜供給水にオゾンが溶解さ
れた状態で膜濾過するために、生物ファウリングによる
膜の目詰まりを防止することができ、かつ高い透過流束
を得ることが可能である。膜濾過装置５に使用される膜
としては、原水中の濁質成分および細菌類を除去するこ
とのできる膜であれば良く、一般に精密濾過膜または限
外濾過膜が用いられる。精密濾過膜の場合は、公称孔径
０．０１〜０．５μｍのものが用いられ、限外濾過膜の
場合には、分画分子量１，０００〜２０万ダルトンのも
のが用いられる。また、膜モジュールの形式は、中空糸
状、スパイラル状、チューブラ状、および平膜状等のい
ずれの形式でも問題はない。膜素材およびポッティング
部は、高濃度のオゾンと接触するために、耐オゾン性の
素材で構成することが望ましい。膜素材については、フ
ッ化ビニリデン重合体樹脂等の耐オゾン性の有機樹脂ま
たはセラミック等の無機材料を用いることができる。さ
らに、膜濾過への通水方式は、外圧型と内圧型があり、
どちらの通水方式でも問題ない。

【００１７】本発明の処理フローに使用する活性炭処理
装置としては、使用する活性炭には特に制限されない
が、微生物被覆活性炭が好ましく使用される。例えば、
活性炭に微生物を繁殖させた活性炭、即ち生物活性能を
付与したバイオアクティブカーボン（ＢＡＣ）を床とす
る槽中での処理を採用することが望ましい。特に、該微
生物被覆活性炭を用いると、フミン質等がオゾン処理に
より酸化され、消化し易くなった有機物を除去できる。
従って、活性炭の吸着に微生物消化機能が付与され、よ
り高度に処理された水質を得ることができる。また、オ
ゾンでは処理し難いアンモニアも微生物で消化させて滅
することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に基づく水の処理方法および処
理装置の実施例について説明する。なお、以下の実施例
は本発明に限定を加えるものではない。 （実施例１）図１に示した本発明の処理フローに基づく
実験装置（処理量３５ｍ³ ／日）において、河川表流水
を原水として処理実験を行った。実験中の原水水質は濁
度が６〜４０度、色度が４〜２８度、ＴＯＣが２〜５ｍ
ｇ／Ｌ、総マンガン濃度０．２〜０．３ｍｇ／Ｌ、水温
は１５℃〜３０℃であった。原水に酸化剤注入装置１６
を用いて残留塩素濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように塩素を
注入した後、マンガン砂濾過塔を通し貯槽２へ供給し
た。マンガン砂濾過処理後の総マンガン濃度は０．００
５ｍｇ／Ｌ未満の検出限界以下であった。膜濾過装置５
には、公称孔径０．１μｍのフッ化ビニリデン樹脂製精
密濾過中空糸膜（膜面積７ｍ²）を用いて、循環水量を
濾水量の１／１０に設定したクロスフロー濾過にて設定
膜濾過流束５ｍ³／ｍ²／日の定流量濾過運転を行った。
運転条件は、濾過を２０分行った後、逆流洗浄を３０秒
間行うという操作を繰り返し、１時間毎に膜モジュール
直下から空気を供給してエアーバブリングを２分間行っ
た。また、膜濾過水中の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ／
Ｌ程度となるようにオゾン検出器１５を用いてフィード
バック制御して、オゾンをオゾン発生器８からエジェク
ター注入装置４にインライン注入した。１２０日間連続
運転した後の２５℃換算の膜間差圧は１００ｋＰａで、
その間薬品洗浄も必要なく安定に運転できた。またこの
間の平均オゾン注入率は３ｍｇ／Ｌであった。さらに、
活性炭処理後の水質は、すべて快適水質項目の基準を上
回るものであった。

【００１９】（実施例２）実施例１において、酸化剤と
して塩素の代わりに二酸化塩素を１ｍｇ／Ｌ添加する以
外は、実施例１と同様に行った。１２０日間連続運転し
た後の２５℃換算の膜間差圧は１００ｋＰａで、その間
薬品洗浄も必要なく安定に運転できた。さらに、活性炭
処理後の水質は、すべて快適水質項目の基準を上回るも
のであった。

【００２０】（比較例１）実施例１において、酸化剤注
入及びマンガン砂濾過工程を行わない以外は、実施例１
と同様に行った。活性炭処理後の水質は、すべての水質
項目の基準を上回るものであったが、１００日間連続運
転した後、２５℃換算の膜間差圧が２００ｋＰａとな
り、運転を停止せざるを得なかった。またこの間の平均
オゾン注入率は４ｍｇ／Ｌと高かった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マンガン除去処理とオゾン処理と膜濾過処理と活性炭処
理を含む水処理方法であって、少量のオゾン注入で、し
かも膜目詰まりを抑制して高流束で安定した処理水量を
得ることが可能な水処理方法が提供される。本発明方法
を用いることにより、高い膜濾過流束においても膜の目
詰まりを大幅に軽減することができ、膜の目詰まりに対
処するための薬品洗浄に要する労力と洗浄薬剤費とを低
減することができる。しかも、オゾンの注入制御を行う
ことによって、オゾン注入量を最小限にして無駄なオゾ
ン消費を抑制することが可能となる。本発明は、上水
道、下水道、工業用水または廃水の処理に極めて有効に
用いられ、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の処理フローを示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 原水 ２ 循環槽または貯槽 ３ 膜供給ポンプ ４ エジェクター注入装置 ５ 膜濾過装置 ６ オゾンガス ７ 膜濾過水槽 ８ オゾン発生器 ９ 循環水 １０ 排オゾンガス １１ 排オゾンガス処理設備 １２ 活性炭供給ポンプ １３ 活性炭処理装置 １４ 処理水 １５ オゾン検出器 １６ 酸化剤注入装置 １７ 酸化剤 １８ マンガン砂濾過装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０２ Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０２Ｒ ５０３ ５０３Ａ ５０３Ｃ ５０３Ｇ Ｂ０１Ｄ 65/08 Ｂ０１Ｄ 65/08 Ｃ０２Ｆ 1/28 Ｃ０２Ｆ 1/28 Ｄ 1/44 1/44 Ｈ Ｅ 1/64 ＺＡＢ 1/64 ＺＡＢＡ 1/78 1/78 (71)出願人 000005234 富士電機株式会社 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 (72)発明者 森 吉彦 静岡県富士市鮫島２番地の１ 旭化成工業 株式会社内 (72)発明者 橋野 昌年 静岡県富士市鮫島２番地の１ 旭化成工業 株式会社内 (72)発明者 磯村 欽三 東京都港区虎ノ門一丁目１番３号 磯村豊 水機工株式会社内 (72)発明者 中谷 健治 東京都港区虎ノ門一丁目１番３号 磯村豊 水機工株式会社内 (72)発明者 峯岸 寅太郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 水野 健一郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高橋 和孝 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 角川 功明 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA01 HA21 HA41 HA61 HA95 KA12 KA41 KB12 KB13 KB15 KD21 KE13Q MA01 MA02 MA03 MC03 MC29 PA02 PB02 PB08 PB24 4D024 AA01 AA04 AB04 BA02 DB03 DB05 DB21 DB24 4D038 AA01 AA08 AB66 BA04 BB16 BB17 BB18 4D050 AA01 AA12 AB22 AB55 BB01 BB02 BB04 BB06 BB11 BD03 BD06 BD08 CA06 CA09 CA15 CA16

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水中のマンガン濃度を低下させてマン
   ガン除去原水を得る工程と、前記マンガン除去原水へイ
   ンライン注入装置を用いてオゾンガスを注入する工程
   と、前記オゾンガス注入原水を膜濾過して膜濾過水を得
   る工程と、前記膜濾過水を活性炭処理する工程とを具備
   することを特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】 前記原水へのオゾン注入量を制御して、
   前記膜濾過水中の残留オゾン濃度を所定範囲に維持する
   ことを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
3. 【請求項３】 前記膜濾過水中の残留オゾン濃度が０．
   ０１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲であることを特徴とする請求
   項２記載の水処理方法。
4. 【請求項４】 前記マンガン除去原水を得る工程が、酸
   化剤の添加及びマンガン砂濾過工程からなることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。