JP2004136183A

JP2004136183A - 水処理方法および装置

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Publication number: JP2004136183A
Application number: JP2002302078A
Authority: JP
Inventors: Nobudai Yamato; 大和　信大; Komei Kadokawa; 角川　功明
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】高度な膜ろ過処理能力は維持しつつ、処理オゾン使用効率の向上を図り、ひいてはシステム効率の向上と低コスト化を図った水処理方法および装置を提供する。
【解決手段】水ろ過用の膜モジュール５を用いた水処理方法および装置において、被処理水１をオゾン処理した後、膜ろ過を行ない、さらに、オゾン含有水またはオゾンガスを用いて前記膜モジュールの洗浄を行なう。前記被処理水のオゾン処理は、原水槽２から供給される被処理水と、オゾン発生装置７で発生したオゾンとを、エジェクター４で混合して行い、また前記膜モジュール洗浄用のオゾン含有水は、例えば、膜ろ過水６とオゾン発生装置７で発生したオゾンとを、逆洗水槽１０で混合して作成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水中に含まれる汚濁物質を分離除去するための、ろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法および装置に関し、特にオゾン含有水またはオゾンガスによる処理を併用した水処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、ろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法がよく知られている。この膜モジュールを用いた膜ろ過を行なう水処理においては、水処理運転の継続に伴い、膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、膜モジュールのろ過性能が低下する。これらの原因による膜ろ過性能の低下は、膜モジュールを洗浄することによって回復することができる。
【０００３】
膜モジュールの洗浄方法には、物理洗浄と薬品洗浄がある。物理洗浄には、膜ろ過水を逆流させる逆圧水洗浄（逆洗）、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などがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する洗浄方法で、膜のろ過能力をほぼ初期状態まで回復することができる。しかしながら、薬品洗浄はコストがかかることおよびその排水処理の観点から、できるだけ回数を少なくすることが望まれる。
【０００４】
近年、オゾン含有水またはオゾンガスを使用して、被処理水をオゾン処理する方法、あるいは、オゾンを利用した膜モジュールの洗浄方法が提案されている。さらに、前者の方法としては、膜処理性能低下を防止するために、膜ろ過工程の前段でオゾン処理を実施し、膜面上にオゾンを残留させてろ過する水処理方法が提案されている。
【０００５】
上記方法は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載されたたオゾン酸化を利用した水処理方法は、膜ろ過装置の前段で被処理水にオゾンを注入して膜ろ過する際に、膜ろ過水中に残留する残留オゾン濃度が所定範囲内となるように、残留オゾン濃度の測定値に基づいて、膜ろ過装置の前段の供給配管から供給されるオゾン注入量を調整する水処理方法であり、膜ろ過水中の残留オゾン濃度を監視することによって、膜ろ過装置の前段で必要最小限のオゾンを供給して、膜ろ過装置の通水抵抗を高めることなくろ過水を得ることができるとともに、オゾンの副生成物の生成を抑制することができる。即ち、この方法によれば、膜面上にオゾンが残留することにより、膜および膜への付着物質をオゾンにより酸化除去することが可能となり、膜性能の低下を防止することができる。
【０００６】
一方、オゾンを利用した膜モジュールの洗浄方法としては、例えば、特許文献２に開示されている。特許文献２に記載された水処理装置は、「未処理水をろ過装置のろ過膜によってろ過して処理水を得る水処理装置において、前記ろ過装置の逆洗側に逆洗水配管を取り付け、鉄イオン，マンガンイオンを含まない水を前記ろ過装置のろ過膜に逆洗する逆洗水処理系と、前記ろ過装置の逆洗側にオゾン水逆洗配管を取り付け、オゾンの溶解されたオゾン水を前記ろ過装置のろ過膜に逆洗するオゾン水逆洗処理系と、所定のシーケンスに従って前記両系の構成要素に選択的に動作制御信号を与えて前記逆洗水処理およびオゾン水逆洗処理を実行する処理制御部とを備えたこと」を特徴とする。
【０００７】
前記特許文献２に記載された膜モジュールの洗浄方法によれば、物理的洗浄に加えて、オゾンの酸化作用により、膜モジュールに付着した物質が剥離し易くなり、ろ過膜性能を効率的に回復させることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１０７７７７号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特許第２９０９２８２号公報（第２−３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特許文献１もしくは特許文献２に記載された水処理方法においても、下記のような問題がある。
【００１０】
特許文献１に記載されたような方法、即ち、被処理水をオゾン処理することの意義について整理して列挙すると下記のとおりである。
▲１▼被処理水中の有機物がオゾンにより酸化分解され、膜目詰まりが起き難い。▲２▼ろ過膜面で溶存オゾンが残留するようなオゾン処理を行えば、膜に目詰まりした有機物の酸化分解効果がある。
▲３▼ろ過対象水（被処理水）の全量に対してオゾン処理を行うこととなるので、高度処理を行ったのと同様の効果（脱臭、脱色、殺菌、トリハロメタン前駆物質の低減などの効果）が得られる。
【００１１】
上記のように種々の利点があるものの、特許文献１に記載されたような方法においては、ろ過膜面での残留溶存オゾン濃度を、被処理水の水質の変動があっても所定の値に維持するためには、一般に、比較的多量のオゾンを注入する必要がある。水質が悪い場合を基準にオゾン注入量を設定するので、被処理水の水質が比較的よい場合には、不必要に多量のオゾンを注入することとなる。さらに、このように多量のオゾンを注入した場合には、オゾンによる副生成物の問題も生ずる。即ち、酸化分解による未知の物質生成、臭素酸の生成などの問題である。
【００１２】
一方、特許文献２に記載された膜モジュールの洗浄方法、即ち、オゾンによる膜の洗浄、例えばオゾン含有水による逆洗の方法では、オゾンを注入するのは逆洗水のみでよいというメリットがある反面、前記膜に目詰まりした有機物の酸化分解効果や高度処理の効果は望めない。
【００１３】
この発明は、上記観点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、膜ろ過処理とオゾン含有水またはオゾンガスによる処理を併用した水処理方法および装置において、高度な膜ろ過処理能力は維持しつつ、処理オゾン使用効率の向上を図り、ひいてはシステム効率の向上と低コスト化を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、この発明は、水ろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法において、被処理水をオゾン処理した後、膜ろ過を行なう工程と、オゾン含有水またはオゾンガスを用いて前記膜モジュールの洗浄を行なう工程とを含むこととする（請求項１の発明）。
【００１５】
前記発明の水処理方法によれば、被処理水のオゾン処理工程では、高度処理をメインに行い、膜目詰まり低減効果はそれなりに留め、オゾンによる膜モジュールの洗浄により、膜目詰まりの回復を効率的に行うことができる。即ち、膜ろ過工程の前段と膜モジュールの洗浄工程の両工程にオゾン処理を実施することにより、前記各工程におけるオゾン処理を、各々合目的に実施でき、総合的に効率的なオゾン処理が可能となる。また、前記両工程において、オゾン発生装置が必要となるが、共用することが可能であるので、機器構成上も効率的で、総合的にみて、システム効率の向上とコストの軽減が図れる。
【００１６】
また、前記請求項１に記載の水処理方法において、オゾン含有水を用いて洗浄する場合に、前記膜モジュールの洗浄工程は、膜ろ過後の処理水（膜ろ過水）および前記オゾン含有水を、所定の条件に基づいて切り替えて洗浄する工程とし、前記切り替え条件は、前記膜ろ過工程の所定時間経過後または膜ろ過工程の所定回数後、および洗浄工程の所定時間経過後に切り替えることとする（請求項２の発明）。
【００１７】
前記方法によれば、下記理由により、オゾン使用効率およびシステム効率が、さらに向上できる。即ち、前記請求項１の発明によれば、被処理水をオゾン処理するので、それだけでも膜目詰まりの抑制効果がある。従って、通常時は例えばオゾン含有水で逆洗を行わなくても、膜差圧が急激に上昇することはない。しかしながら、運転を継続していくと、徐々に目詰まりが進行するので、上記請求項２の発明のように、目詰まりが進行した時点でオゾン含有水で逆洗を行い、膜目詰まりを回復させることにより、必要となるオゾン水量が低減可能となり、オゾン使用効率およびシステム効率が向上して、運転コストが低減できる。
【００１８】
また、前記請求項２の発明は、下記請求項３の発明のようにすることもできる。即ち、請求項２に記載の水処理方法における前記切り替え条件に代えて、前記膜モジュール前後の膜差圧が所定の設定値に到達した時点に切り替えることとする。これにより、目詰まりの程度の直接検知に基づいて、前記切り替えを実施できるので、オゾン使用効率は究極的に向上する。
【００１９】
さらに、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の水処理方法において、前記洗浄工程において使用するオゾン含有水の溶存オゾン濃度は、前記被処理水をオゾン処理した後の溶存オゾン濃度よりも高い濃度とする（請求項４の発明）。洗浄工程においてオゾン処理する対象物は、ろ過膜に濃縮されているので、より高い溶存オゾン濃度の方が処理効率の観点から好ましい。
【００２０】
また、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の水処理方法において、前記オゾン含有水は、ろ過した処理水の一部とオゾンガスとによって生成する（請求項５の発明）。上記により、ろ過水の有効利用が図られ、特許文献２に記載されたように、鉄イオン，マンガンイオンを含まない水（例えば、水道水）の供給手段を特別に設ける必要がない。
【００２１】
また、前記水処理方法を実施するための装置としては、詳細は後述するが、下記請求項６または７の発明が好ましい。即ち、被処理水とオゾンとを反応させるオゾン処理手段と、前記オゾン処理された被処理水を膜ろ過によって処理する膜ろ過手段と、オゾンガスまたはオゾンガスを含有させたオゾン含有水を用いて、前記膜ろ過処理に用いた膜を洗浄するための膜洗浄手段とを備えるものとする（請求項６の発明）。
【００２２】
さらに、被処理水とオゾンとを反応させるオゾン処理手段と、前記オゾン処理された被処理水を膜ろ過によって処理する膜ろ過手段と、前記膜ろ過手段により膜処理された膜ろ過水にオゾンを含有させるためのオゾン含有水生成手段と、前記膜ろ過水又は前記オゾン含有水生成手段により生成されたオゾン含有水を用いて、前記膜ろ過処理に用いた膜を洗浄するための膜洗浄手段とを備え、さらに、前記膜ろ過水を前記オゾン含有水生成手段を介して前記膜洗浄手段に供給する第１供給路と、前記膜ろ過水をそのまま前記膜洗浄手段に供給する第２供給路とを備えるものとする（請求項７の発明）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１および図２に基づき、この発明の実施の形態について以下にのべる。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に、この発明の水処理装置の実施例の模式的システム系統図を示す。図１において、被処理水である原水１はまず原水槽２に貯留される。この原水槽への流入水量は原水槽内に設置した水位センサー等により制御することが望ましい。前記原水はポンプ３によりエジェクター４を介して膜モジュール５に供給され、膜ろ過水６が得られる。
【００２５】
エジェクター４ではオゾン発生装置７からのオゾンガスが供給され、これにより原水１とオゾンが接触混合し被処理水のオゾン処理が行われる。なお、図１に示す実施形態は全量ろ過方式を示すが、図示しない循環ポンプによって膜モジュール５の一次側で原水を循環させるクロスフローろ過方式とすることもできる。
【００２６】
オゾン処理の後、余剰となったオゾンガスはエア抜き弁８を介して排オゾン処理装置９へ送られオゾンを分解した後、系外に排出される。得られた膜ろ過水６の一部は逆洗水槽１０へ導入し、オゾン発生装置７において発生したオゾンガスと混合することにより、逆洗水槽１０内においてオゾン含有水を作成する。オゾンガスとの混合方法は、散気管によるバブリング法やエジェククー、ミキサーなどによる注入法などがあり、いずれの方式も採用し得る。
【００２７】
オゾン含有水作成の際に余剰となったオゾンガスは、排オゾン処理装置１１を介して系外に排出される。排オゾン処理装置９及び１１の形式は、活性炭式、熱分解式、触媒式等のいずれの形式でもよい。また、排オゾン処理装置９及び１１は１台で兼用させることもできる。
【００２８】
次に洗浄工程の一例について述べる。所定のろ過時間経過後、以下のような洗浄がなされる。まず、オゾン水逆洗ポンプ１２により、逆洗水槽１０内のオゾン含有水を膜モジュール５の二次側から一次側へ供給する。膜の一次側へ流出した水はドレン１３より系外へ排出される。この時、洗浄効果をより高めるために、コンプレッサー１４により生成された圧縮空気を、膜モジュール５の一次側下部から供給するエアースクラビングの工程、および原水により膜一次側に残留した濁質を洗い流すフラツシングの工程を加えてもよい。
【００２９】
（実施の形態２）
図２に基づき、この発明の実施の形態２について述べる。図２の実施形態は、基本的には図１の実施形態と同じであるが、膜の洗浄水を膜モジュールに供給する経路として、膜ろ過水をオゾン含有水生成手段を介さずに直接膜モジュールヘ供給する経路が設けられている点が図１の実施形態と異なる。
【００３０】
即ち、図２に示す実施形態においては、膜モジュール５の洗浄水供給経路として、膜ろ過水６の一部を逆洗水槽１０を介してオゾン水逆洗ポンプ１２により膜モジュール５に供給する第１供給路Ｒ１と、逆洗水槽１０を介さずに逆洗ポンプ１５により膜ろ過水６を直接膜モジュール５に供給する第２供給路Ｒ２が設けられている。
【００３１】
この実施形態によれば、膜洗浄手段への供給水をオゾン含有水生成手段を介して供給する第１供給路Ｒ１と、膜ろ過水６をそのまま供給する第２供給路Ｒ２とで切り替えることができるので、通常時は膜ろ過水６をそのまま用いる第２供給路Ｒ２で膜モジュール５の洗浄を行い、膜間差圧がある設定値を超えた場合、あるいは膜ろ過回数や経過時間がある設定値に達した場合にオゾン水生成手段を介する第１供給路Ｒ１で膜モジュール５の洗浄を行うことができる。これにより、膜洗浄手段への供給水の全てをオゾン含有水とする必要がなくなり、オゾン含有水生成手段を小型化できることから、処理コストを低減することが可能となる。
【００３２】
なお、上記システムにおいて、使用されるろ過膜は、濁質成分および細菌類を除去することのできる膜であり、精密ろ過膜または限外ろ過膜が用いられる。精密ろ過膜の場合は、公称孔径０．０１〜０．５μｍのものが用いられ、限外ろ過膜の場合は、分画分子量１，０００〜２０万ダルトンのものが用いられる。
【００３３】
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、平膜状等が用いられる。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、耐オゾン性の素材が使用される。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が用いられる。
【００３４】
さらに、図１および２において、膜モジュール５は、単独で用いる例を示したが、複数個の膜モジュールを並列に構成することもできる。さらにまた、膜モジュール５のろ過方式には、前述のように、全量ろ過方式とクロスフローろ過方式とがあるが、いずれのろ過方式でもがまわない。
【００３５】
また、膜ろ過への通水方式は、外圧型と内圧型があり、どちらの通水方式でもよい。さらに、オゾンによる膜洗浄方式には、オゾンガスによる逆流洗浄、オゾンガスによるバブリング、オゾン含有水による逆流洗浄などがあり、いずれの洗浄方式でもがまわない。
【００３６】
【実施例】
本発明に基づく水処理方法の実施例について、比較例と共に以下に述べる。なお、以下の実施例は本発明に限定を加えるものではなく、例えば、運転条件等は、原水水質等により変化する。
【００３７】
（実施例）
図１に示した本発明の水処理装置の構成に基づく実験装置において、河川水を原水としてろ過実験を行った。実験に用いた原水の水質は、ＴＯＣ２．０〜４．２ｍｇ／Ｌ、濁度４〜２５度、水温５〜１５℃であった。膜モジュール５は公称孔径０．１μｍ、材質ポリフッ化ビニリデン製の中空糸膜を用い、全量ろ過にて膜ろ過流束５ｍ^３／（ｍ^２・日）の定流量ろ過を行った。
【００３８】
運転条件としては、ろ過を３０分行った後、オゾン含有水による逆洗を１分行い、さらにエアバブリングを１分、原水によるフラッシングを３０秒という工程を繰返した。また、膜ろ過水中の残留溶存オゾン濃度が０．５〜１．０ｍｇ／Ｌとなるようにオゾン発生装置７の発生オゾン濃度およびエジェクター４への供給オゾンガス量を制御した。このときの逆洗水槽１０での逆洗水の溶存オゾン濃度は８〜１０ｍｇ／Ｌであった。また逆洗水の水温は２５℃となるように調整した。運転開始初期の膜間差圧は３２ｋＰａであった。
【００３９】
上記条件にて６５日間連続運転した結果、膜間差圧は６８ｋＰａとなった。
【００４０】
（比較例）
上記実施例において、逆洗水槽１０へのオゾン注入を行わず、それ以外は同じ条件にてろ過実験を行った。
【００４１】
実施例１と同様に、６５日間連続運転した結果、膜間差圧は９４ｋＰａとなった。
上記により、実施例１の方が比較例に比べて、６５日間連続運転後の膜間差圧は小さく、本発明の効果が確認された。
【００４２】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、水ろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法および装置において、被処理水をオゾン処理した後膜ろ過を行ない、さらに、オゾン含有水またはオゾンガスを用いて前記膜モジュールの洗浄を行なうようにしたので、
高度な膜ろ過処理能力は維持しつつ、処理オゾン使用効率の向上を図り、ひいてはシステム効率の向上と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関わる水処理装置の模式的システム系統図
【図２】図１とは異なる実施例に関わる水処理装置の模式的システム系統図
【符号の説明】
１：原水、２：原水槽、３：ポンプ、４：エジェクター、５：膜モジュール、６：膜ろ過水、７：オゾン発生装置、８：エア抜き弁、９，１１：排オゾン処理装置、１０：逆洗水槽、１２：オゾン水逆洗ポンプ、１３：ドレン、１４：コンプレッサー、１５：逆洗ポンプ、Ｒ１：第１供給路、Ｒ２：第２供給路。

Claims

水ろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法において、被処理水をオゾン処理した後、膜ろ過を行なう工程と、オゾン含有水またはオゾンガスを用いて前記膜モジュールの洗浄を行なう工程とを含むことを特徴とする水処理方法。
請求項１に記載の水処理方法において、オゾン含有水を用いて洗浄する場合に、前記膜モジュールの洗浄工程は、膜ろ過後の処理水（膜ろ過水）および前記オゾン含有水を、所定の条件に基づいて切り替えて洗浄する工程とし、前記切り替え条件は、前記膜ろ過工程の所定時間経過後または膜ろ過工程の所定回数後、および洗浄工程の所定時間経過後に切り替えることとすることを特徴とする水処理方法。
請求項２に記載の水処理方法における前記切り替え条件に代えて、前記膜モジュール前後の膜差圧が所定の設定値に到達した時点に切り替えることとすることを特徴とする水処理方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の水処理方法において、前記洗浄工程において使用するオゾン含有水の溶存オゾン濃度は、前記被処理水をオゾン処理した後の溶存オゾン濃度よりも高い濃度とすることを特徴とする水処理方法。
請求項１ないし４のいずれかに記載の水処理方法において、前記オゾン含有水は、ろ過した処理水の一部とオゾンガスとによって生成することを特徴とする水処理方法。
被処理水とオゾンとを反応させるオゾン処理手段と、前記オゾン処理された被処理水を膜ろ過によって処理する膜ろ過手段と、オゾンガスまたはオゾンガスを含有させたオゾン含有水を用いて、前記膜ろ過処理に用いた膜を洗浄するための膜洗浄手段とを備えることを特徴とする水処理装置。
被処理水とオゾンとを反応させるオゾン処理手段と、前記オゾン処理された被処理水を膜ろ過によって処理する膜ろ過手段と、前記膜ろ過手段により膜処理された膜ろ過水にオゾンを含有させるためのオゾン含有水生成手段と、前記膜ろ過水又は前記オゾン含有水生成手段により生成されたオゾン含有水を用いて、前記膜ろ過処理に用いた膜を洗浄するための膜洗浄手段とを備え、さらに、前記膜ろ過水を前記オゾン含有水生成手段を介して前記膜洗浄手段に供給する第１供給路と、前記膜ろ過水をそのまま前記膜洗浄手段に供給する第２供給路とを備えることを特徴とする水処理装置。