JP2005125152A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水をＲＯ膜分離処理するにあたり、ＲＯ膜の閉塞による透過流束の低下、操作圧力の上昇を防止して長期に亘り安定かつ効率的な処理を行う。
【解決手段】原水、凝集剤が添加された水、又は濾過処理水のリン濃度を測定し、この測定結果に基いて凝集剤の添加量を制御する。原水中のリンに起因する凝集剤の不足及びそれによる凝集不良を防止して、良好な水質の濾過処理水を得ることができる。そして、この濾過処理水をＲＯ膜分離処理することにより、ＲＯ膜における透過流束の低下、操作圧力の上昇を有効に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水を逆浸透（ＲＯ）膜分離処理する水処理方法及び水処理装置に係り、特に、このような水処理において、凝集剤の添加量を適切に制御することにより、ＲＯ膜の閉塞を防止して、長期に亘り安定かつ効率的な処理を行う方法と装置に関する。

従来、廃水を回収して再利用するための水処理方法として、廃水を生物処理した後生物処理水に凝集剤を添加して凝集処理し、凝集処理水を濾過処理することにより除濁し、更に得られた濾過処理水をＲＯ膜分離処理する方法が行われている（特開平１１−２３９７８９号公報）。従来、この水処理方法において、凝集剤としてはポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム（硫酸バンド）等のアルミニウム塩系凝集剤がｐＨ調整剤と共に用いられている。そして、除濁処理に供される水のＳＳ濃度の変動が激しい場合には、被除濁処理水のＳＳ濃度を測定し、この測定結果に対して凝集剤の比例注入が行われているが、通常、除濁処理に供される生物処理水のＳＳ濃度はほぼ一定で変動が少ないため、凝集剤は定量注入で凝集処理が行われている。

しかし、このような水処理方法においては、ＲＯ膜の閉塞が起こり易く、急激な透過流束の低下や操作圧力の上昇を引き起こし、著しい場合には装置の運転を停止して大掛かりなＲＯ膜の洗浄操作が必要となるという問題があった。

なお、リン除去を目的とした凝集濾過処理において、原水のリン濃度を測定し、その測定値に基いて凝集剤添加量を制御する方法は知られている（特公平２−２０３１９号公報）。

後述の如く、リン濃度は凝集剤の最適添加量と密接な関係にあり、リン濃度の測定値から凝集剤の最適添加量を制御できるが、特公平２−２０３１９号公報に示されている方法は、リン除去を目的とした凝集濾過処理における凝集剤添加量の制御方法であり、ＲＯ膜分離処理の前処理としての凝集濾過処理とはその目的においても、原水の水質においても全く異なる。
特開平１１−２３９７８９号公報 特公平２−２０３１９号公報

本発明は、原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水をＲＯ膜分離処理するにあたり、ＲＯ膜の閉塞による透過流束の低下、操作圧力の上昇を防止して、長期に亘り安定かつ効率的な処理を行う水処理方法及び水処理装置を提供することを目的とする。

本発明の水処理方法は、原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水を逆浸透膜分離処理する水処理方法において、前記原水、前記凝集剤が添加された水、又は前記濾過処理水のリン濃度を測定し、この測定結果に基いて前記凝集剤の添加量を制御することを特徴とする。

本発明の水処理装置は、原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、該凝集剤が添加された水を濾過処理する濾過手段と、該濾過手段の濾過処理水を逆浸透膜分離処理する逆浸透膜分離装置とを備えてなる水処理装置において、前記原水、前記凝集剤が添加された水、又は前記濾過処理水のリン濃度を測定するリン濃度測定手段と、該リン濃度測定手段の測定結果に基いて、前記凝集剤添加手段の凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段とを設けたことを特徴とする。

本発明者らは、原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水をＲＯ膜分離処理する際のＲＯ膜の閉塞の問題について検討した結果、次のようなことがＲＯ膜の閉塞の原因であることを見出した。
(1) ＲＯ膜の前処理としての凝集濾過で使用している凝集剤の添加量が一時的に不足した際に、凝集フロックが十分に成長せず、微細な凝集フロック（マイクロフロック）が形成され、そのマイクロフロックが濾過処理を通過して、濾過処理水、即ちＲＯ膜分離装置の供給水に含まれるようになる。また、凝集剤自体（特にアルミニウム）も微細な粒子や部分的に溶存した状態で濾過処理を通過し、そのままＲＯ膜分離装置に供給され、ＲＯ膜での濃縮により析出する。この結果、ＲＯ膜分離装置において、急激な透過流束の低下や操作圧力の上昇を引き起こし、最終的にはＲＯ膜分離装置の緊急停止に到る。
(2) 上述の凝集剤の不足は、原水中のリン濃度の変動（リン濃度の上昇）が主要因である。即ち、凝集処理を伴う濾過処理において、被濾過処理水中にリンが存在する場合、アルミニウム塩系凝集剤、例えば液体硫酸アルミニウムを凝集剤として添加すると、リンとアルミニウムが下記式で反応してＡｌＰＯ_４（リン酸アルミニウム）を生成する。
Ａｌ^３＋＋ＰＯ_４ ^３− → ＡｌＰＯ_４

このように、本来、被濾過処理水中のＳＳなどを包括したフロックを形成し、これを粗大に成長させるための凝集剤の一部が、リンと反応してしまうため、凝集剤の不足を生じ、(1)の事態を引き起こす。
(3) 原水のリン濃度の変動は特に原水が生物処理水である場合に多く生じる。このような処理としては、工場などで廃水を回収する際、前段で廃水中の有機物を生物処理し、その後、ＳＳを凝集濾過して除濁した後、ＲＯ膜にて脱塩処理して回収する処理がある。
(4) 上記(3)の処理では、多くの場合、既にそのまま下水道等に放流することが可能な排水基準以下に浄化されており、ＲＯ膜分離装置に供給するためにリン除去処理が行われることはない。これは、ＲＯ膜分離装置に供給される給水のリン濃度が高い場合であっても、リンはＲＯ膜分離処理で除去されるため、これが問題とならないためである。
(5) 上記(4)の理由で、従来の水処理では、ＲＯ膜分離処理の前処理として行われる凝集濾過処理において、リン除去を目的とする処理は行われていない。従って、従来の水処理において、原水のリン濃度に基く凝集剤の注入制御は行われておらず、前述の如く、原水のＳＳ濃度の変動が殆どない場合は凝集剤の定量注入が、原水のＳＳ濃度の変動が大きい場合にはＳＳに対する比例制御が行われていた。
(6) なお、原水中のリン濃度の変動による凝集剤の不足を防止するために、リン濃度の上昇を見込んで予め凝集剤の添加量を過剰に設定することは、凝集剤使用量の増加のみならず、濾過処理による圧力損失の増大、逆圧洗浄頻度の増加、発生汚泥量の増加の問題があり、運転、維持管理費の面で好ましくない。しかも、予め見込んだリン濃度の上昇以上のリン濃度の上昇があった場合には対応し得ない。

上述のような知見を基に、本発明者らは、原水の凝集濾過及びＲＯ膜分離処理において、ＲＯ膜の閉塞を防止するためには、前段の凝集濾過において、リンとの反応で消費される凝集剤量を見込んだ凝集剤添加量が必要であることを見出し、本発明を完成させた。

本発明によれば、ＲＯ膜分離処理の前処理としての凝集濾過処理における凝集剤添加量を、原水、凝集剤が添加された水（即ち、被濾過処理水）、又は濾過処理水のリン濃度に基いて制御することにより、原水中のリンに起因する凝集剤の不足及びそれによる凝集不良を防止して、良好な水質の濾過処理水を得ることができる。そして、この濾過処理水をＲＯ膜分離処理することにより、ＲＯ膜の閉塞による透過流束の低下、操作圧力の上昇を有効に防止することができる。

本発明の方法及び装置は、特に、生物処理水を原水とし、凝集剤としてアルミニウム塩系凝集剤を用いる水処理に有効である。

また、凝集剤の添加量は、リン濃度の測定値からリンとの反応で消費される凝集剤量を算出し、この算出値と予め設定したＳＳの凝集フロック形成のための凝集剤添加量の基準値との合計値に基いて制御することが好ましい。

本発明の水処理方法及び水処理装置によれば、原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水をＲＯ膜分離処理するに当たり、凝集剤の添加量を適切に制御することにより、ＲＯ膜の閉塞による透過流束の低下、操作圧力の上昇を防止して、長期に亘り安定かつ効率的な処理を行って、高水質の処理水を得ることができる。

以下に図面を参照して本発明の水処理方法及び水処理装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の水処理方法及び水処理装置の実施の形態を示す系統図である。

図１では、原水は、まず凝集反応槽１に導入され凝集剤注入装置４から凝集剤が添加され撹拌されることにより凝集処理される。凝集処理水は濾過器２で濾過処理される。濾過処理水はＲＯ膜分離装置３でＲＯ膜分離処理され、透過水が処理水として取り出される。また、ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は、場合により更に前段の生物処理工程に返送されるか、或いは産業廃棄物として処理、又は放流水基準を満たしていれば、そのまま放流される。

このような凝集濾過及びＲＯ膜分離処理に当たり、図１では原水のリン濃度を、凝集反応槽１への原水の導入配管に設けたリン濃度計５で測定し、その測定値から演算制御装置６で凝集剤添加量を算出し、この算出結果に基いて凝集剤注入装置４の凝集剤注入量を制御する。

以下にこのリン濃度の測定値に基く凝集剤添加量の算出方法の一例を示す。

前述の如く、原水中にリンが存在する場合には、このリンとの反応量を見込んだ凝集剤の添加が必要となる。即ち、凝集剤の最適添加量は、
（凝集剤の最適添加量）
＝（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）＋（リンと反応する凝集剤量）
となり、原水のリン濃度が変動するような場合には、（リンと反応する凝集剤量）の変化を考慮して凝集剤の添加量を調整する必要がある。このアルミニウム塩系凝集剤を用いた場合、（リンと反応する凝集剤量）は、一般的には、Ａｌ^３＋とＰＯ_４ ^３−との反応を考慮し、Ａｌ／Ｐのモル比１、重量比０．８７（＝Ａｌの分子量２７．０／Ｐの分子量３１．０）として算出できる（ただし、リンは溶解性リン（ポリリン酸）としてＡｌＯＨ_３等の凝集フロックに取り込まれるものもあり、必ずしもこの反応比で凝集剤が消費されるとは限らない。）。従って、予めジャーテストなどにより（凝集剤の最適添加量）を求め、そのときのリン濃度を測定すれば、（凝集剤の最適添加量）と（リンと反応する凝集剤量）を求めることができ、更にその差から（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）を求めることができる。

より具体的には、連続運転に先立ち、ジャーテストとリン濃度の測定を実施し（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）を求め、この値を固定値（基準値）とする。

連続運転中は、リン濃度の測定結果を基に（リンと反応する凝集剤量）を逐次算出し、この値を固定値である（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）に加算することにより（凝集剤の最適添加量）を算出し、この値に基いて凝集剤の添加量を制御する。

なお、本来は原水の水質の変動により（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）も変化するが、リンとアルミニウムとの反応のように直接的な反応ではないことから、多くの場合その変化量の幅は小さいので固定値としても問題ない。

本発明において、凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）等のアルミニウム塩系凝集剤が好適に用いられるが、塩化第一鉄、塩化第二鉄等の鉄塩系凝集剤を用いることもできる。即ち、鉄塩系凝集剤であっても凝集剤はリンとの反応でリン酸第一鉄、リン酸第二鉄等として消費されるため、リン濃度に基く添加量制御で良好な凝集処理を行うことができる。

なお、リン濃度計５としては、全リン計やオルトリン酸濃度計等を用いることができる。

また、本発明で用いる濾過手段としては特に制限はなく、通常用いられている砂濾過や、粒状体又は長繊維状体を用いた濾過器、その他精密濾過膜、限外濾過膜等の膜濾過手段を用いることができる。また、ＲＯ膜分離装置としても特に制限はなく、各種の材質、膜形式のものを用いることができる。

なお、図１においては、原水のリン濃度を測定し、その測定結果に基いて凝集剤添加量の制御を行っているが、この凝集剤添加量の制御基準となるリン濃度は、原水に限らず、凝集処理水、即ち凝集反応槽１の出口水、或いは、ＲＯ給水となる濾過処理水、即ち濾過器２の出口水について測定した値であっても良い。また、図１では、リン濃度のみに基いて凝集剤添加量の制御を行っているが、原水のＳＳ濃度の変動が激しい場合には、原水、凝集処理水又は濾過処理水のＳＳ濃度も測定し、この測定結果とリン濃度の測定結果とに基いて凝集剤添加量の制御を行っても良い。ただし、通常、廃水の生物処理水等を原水として凝集濾過する場合、原水のリン濃度は変動するが、ＳＳ濃度の変動は殆どないため、リン濃度に基く凝集剤添加量の制御で十分な効果を得ることができる。

本発明は、リン濃度の変動の激しい生物処理水を原水として凝集濾過及びＲＯ膜分離処理する場合に特に有効であるが、何らこれに限定されるものではなく、各種の水処理に好適である。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１
図１に示す水処理装置により、機械系工場排水処理設備における活性汚泥処理水を原水として水処理を行った。

まず、活性汚泥処理水を凝集反応槽１に導き、凝集剤注入装置４を用いて凝集剤として液体硫酸アルミニウム（８重量％Ａｌ_２Ｏ_３，４．２重量％Ａｌ）を添加し、ｐＨ６．０の条件で撹拌することにより凝集処理した。凝集剤の注入量は、凝集反応槽１の上流に設置したリン濃度計（自動リン濃度測定装置）５で測定した原水のリン濃度をもとに、連結した演算制御装置６で最適添加量を算出し、この値に基いて制御した。凝集処理水は、濾過器２に導入して凝集フロックを分離し、濾過処理水をＲＯ膜分離装置３（（株）東レ製ＲＯ膜「ＳＣ−Ｌ１００Ｒ」装填）に供給してＲＯ膜分離処理した。

なお、一連の通水運転に先立ち、ジャーテストによる凝集試験を実施したところ、液体硫酸アルミニウム２０ｍｇ／Ｌが最適凝集剤添加量であることが分かった。また、このときの原水のリン濃度は０．５ｍｇ／Ｌであった。従って、ＡｌとＰとは当モルで反応し、反応Ａｌ／Ｐ重量比＝０．８７の関係に基き、このとき、０．５ｍｇ／Ｌのリンと反応する凝集剤量は、
（リンと反応する凝集剤量）＝０．５×０．８７／０．０４２＝１０．４ｍｇ／Ｌ
であるから、
（凝集剤の最適添加量）＝（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）＋（リンと反応する凝集剤量）
の関係より
（凝集フロック形成に必要な凝集剤量）＝２０−１０．４＝９．６ｍｇ／Ｌ
を求め、
（凝集剤の注入量）＝９．６ｍｇ／Ｌ＋０．８７／０．０４２×（リン濃度）
で凝集剤の注入量を算出し、この結果に基いて凝集剤添加量を制御して連続運転を実施した。

その結果、約１００日間の連続運転期間中、原水リン濃度は０．１〜４．０ｍｇ／Ｌの間を変動したが、凝集剤注入量をリン濃度に基いて自動制御することにより、濾過処理水のアルミニウム濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下を維持することができた。また、この濾過処理水をＲＯ膜分離処理したＲＯ膜分離装置では、４インチエレメント１本当たり６．５〜８．０ｍ^３／ｄ（操作圧力１．５ＭＰａ換算）の透過水量を安定して得ることができた。

比較例１
凝集剤注入量を液体硫酸アルミニウム３０ｍｇ／Ｌに固定したこと以外は実施例１と同様に連続運転を実施したところ、濾過処理水のアルミニウム濃度は、連続運転期間中０．１〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲で変動し、低濃度を維持することができなかった。また、ＲＯ膜分離装置においては、運転開始３０日で透過水量が４．０ｍ^３／ｄまで低下し、薬品洗浄が必要となった。

これらの結果を表１にまとめて記載する。

表１より、本発明によれば、原水の凝集濾過処理水をＲＯ膜分離処理するに当たり、凝集剤の過不足によるＲＯ膜の透過流束の低下、操作圧力の上昇を防止して、長期に亘り安定かつ効率的な処理を行うことができることが分かる。

本発明は、下水二次処理水、工場排水、河川水、湖沼水、ゴミ埋め立て浸出水などの、各種廃水の回収再利用や用水処理等の水処理分野において有効に適用することができる。

本発明の水処理方法及び水処理装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１ 凝集反応槽
２ 濾過器
３ ＲＯ膜分離装置
４ 凝集剤注入装置
５ リン濃度計
６ 演算制御装置

Claims (8)

1. 原水に凝集剤を添加した後濾過処理し、得られた濾過処理水を逆浸透膜分離処理する水処理方法において、
   前記原水、前記凝集剤が添加された水、又は前記濾過処理水のリン濃度を測定し、この測定結果に基いて前記凝集剤の添加量を制御することを特徴とする水処理方法。
2. 請求項１において、原水が廃水の生物処理水であることを特徴とする水処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記凝集剤がアルミニウム塩系凝集剤であることを特徴とする水処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、リン濃度の測定値に基いてリンとの反応で消費される凝集剤量を算出し、この算出値と予め設定した凝集剤添加量の基準値との合計値に基いて、前記凝集剤の添加量を制御することを特徴とする水処理方法。
5. 原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
   該凝集剤が添加された水を濾過処理する濾過手段と、
   該濾過手段の濾過処理水を逆浸透膜分離処理する逆浸透膜分離装置と
   を備えてなる水処理装置において、
   前記原水、前記凝集剤が添加された水、又は前記濾過処理水のリン濃度を測定するリン濃度測定手段と、
   該リン濃度測定手段の測定結果に基いて、前記凝集剤添加手段の凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段と
   を設けたことを特徴とする水処理装置。
6. 請求項５において、原水が廃水の生物処理水であることを特徴とする水処理装置。
7. 請求項５又は６において、前記凝集剤がアルミニウム塩系凝集剤であることを特徴とする水処理装置。
8. 請求項５ないし７のいずれか１項において、前記凝集剤添加量制御手段は、リン濃度測定手段の測定値に基いてリンとの反応で消費される凝集剤量を算出し、この算出値と予め設定した凝集剤添加量の基準値とを合計し、この合計値に基いて、凝集剤の添加量を制御することを特徴とする水処理装置。

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