JP2005218904A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【目的】効率よく被処理水から窒素を除去することができる水処理装置を提供する。
【構成】水処理装置１は、電解槽に貯留された窒素成分を含む被処理水を電気分解して窒素ガスを発生させることによって被処理水から窒素成分を除去する電解窒素除去装置２と、処理すべき原水を被処理水として逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えたＲＯユニット３２，３５を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を電解窒素除去装置２の被処理水として供給するＲＯ装置３とを備える。水処理装置１では、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の窒素成分が含まれる原水が与えられると、ＲＯ装置３によって透過水と濃縮水とに分離され、窒素成分濃度が高い濃縮水が電解窒素除去装置２に被処理水として供給される。電解窒素除去装置２では、窒素成分濃度が高い濃縮水を被処理水として電気分解が行われ、窒素成分が被処理水から除去される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、あるいはアンモニア性窒素などを含む被処理水の窒素を除去する水処理装置に関するものである。

湖沼、内湾等の閉鎖性水域において、産業排水中の窒素やりんなどの栄養塩類流入が原因と考えられている赤潮藻類増殖が社会問題となっており、第５次水質総量規制で除去対象物質として窒素、りんが追加されることとなった。そのため、従来のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）除去型の処理システムに代わって、窒素、りんに的を絞った処理システムの整備が緊急を要する課題となってきている。また、欧州では、化学肥料や家畜の排泄物から、水溶性の硝酸塩が土壌中に浸透しておこる地下水の汚染が深刻な問題になっている。さらに、汚染水を摂取した場合、神経障害、がん、幼児のメトヘモグロビン血症などを引き起こすことが知られている。以上のことから、高性能な窒素除去技術の早期開発が望まれている。

窒素除去技術としては、生物学的脱窒法や電気化学的脱窒法などが知られている。生物学的脱窒法では、一般的に硝化菌と脱窒菌による脱窒が行われている。脱窒菌のほとんどは従属栄養細菌であるので、脱窒菌の増殖には有機物を必要とする。そのため、半導体製造工程における排水やバイオガスの消化液などのＢＯＤ／Ｎ比が２以下の排水を処理する場合、水素供与体として多量のメタノール等を添加するだけでなく、大規模な浄化槽の設置が不可欠となる。したがって、生物学的脱窒法には、処理装置の設置場所や経費の面で問題となっている。

一方、電気化学的脱窒法としては、一般的に電気分解法が行われている。電気分解法は、被処理水を電気分解することによって、アンモニア、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素などを酸化または還元分解して窒素ガスにして除去する方法である。電気分解法を用いて被処理水から窒素を除去する装置は、たとえば特許文献１に記載されている。この電気分解法は、排水処理の操作が簡単であり、装置の大きさに対して処理能力が大きく、ＢＯＤ源が無い排水処理であるので産業廃棄物である汚泥の発生がないという利点を有する。したがって、電気分解法では、設置場所や経費の面での問題が大幅に解消される。
特開２０００−３３４４６５号公報

一般に電解法は、被処理水中の窒素成分の濃度が高いほど脱窒効率がよく、窒素成分濃度が数百ｍｇ／リットル（以下、「Ｌ」と記す。）以下のように被処理水の窒素成分濃度が低いと、カソードの硝酸イオン還元効率が低下するため、脱窒効率が低いという特性を有する。そのため、硝酸性窒素成分の濃度が低い被処理水を処理してさらに濃度を低下させるためには、長時間にわたって処理を行う必要があり、ランニングコストがかかるという問題がある。

本発明は、このような従来技術における問題点に着目してなされたものであって、効率よく被処理水から窒素を除去することができる水処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水処理装置は、電解槽に貯留された窒素成分を含む被処理水を電気分解して窒素ガスを発生させることによって被処理水から窒素成分を除去する電解窒素除去装置と、処理すべき原水を被処理水として逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えたＲＯユニットを用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記電解窒素除去装置の被処理水として供給するＲＯ装置とを備えることを特徴とする。

また上記水処理装置において、前記ＲＯ装置は、処理すべき原水を被処理水としてＲＯ膜を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記電解窒素除去装置の被処理水として供給する第１ＲＯユニットと、第１ＲＯユニットの透過水を被処理水としてＲＯ膜を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記第１ＲＯユニットの被処理水に混合する第２ＲＯユニットとを備えるようにしてもよい。

また上記水処理装置において、前記電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水を被処理水としてＲＯ膜を備えたＲＯユニットを用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記ＲＯ装置に与えられる被処理水に混合する第２ＲＯ装置を設けるようにしてもよい。

また上記水処理装置において、前記電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水と前記ＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流するようにしてもよい。
また上記水処理装置において、前記第２ＲＯ装置で得られた透過水と前記ＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流するようにしてもよい。

また上記水処理装置において、処理すべき原水に浮遊物除去（ＳＳ：suspended solids除去）を施して前記ＲＯ装置に供給するＳＳ除去装置を備えるようにしてもよい。
また上記水処理装置において、前記ＳＳ除去装置として精密濾過膜（ＭＦ膜）を備えたＭＦ装置を用いるようにしてもよい。
また上記水処理装置において、前記ＭＦ装置が備えるＭＦ膜をＳＳ除去時とは逆方向に塩素イオンを含む洗浄水を流して洗浄したときの洗浄後の逆洗水を、処理すべき原水に混合するようにしてもよい。

また上記水処理装置において、前記ＲＯ装置の前段に、当該ＲＯ装置に与えられる被処理水のｐＨを６〜８に調整するｐＨ調整装置を設けるようにしてもよい。

また上記水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解に用いる電流値を設定するようにしてもよい。
また上記水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解を行う時間を設定するようにしてもよい。

また上記水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率と前記ＲＯ装置で得られた透過水の導電率とを検出し、検出した２つの導電率に基づいて、外部に放流する放流水の窒素成分濃度が所定の範囲内となるように、電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値を設定するようにしてもよい。

本発明の水処理装置によれば、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の窒素成分が含まれる原水が与えられると、ＲＯ装置によって透過水と濃縮水とに分離され、窒素成分濃度が高い濃縮水が電解窒素除去装置に被処理水として供給される。電解窒素除去装置では、窒素成分濃度が高い濃縮水を被処理水として電気分解が行われ、窒素成分が被処理水から除去される。このように、窒素成分濃度が高い濃縮水を被処理水として処理するので、原水を分離せずにそのまま処理する場合に比べて、短時間で効率よく窒素成分を除去することができ、脱窒効率のよい処理が可能となる。

また本発明の水処理装置によれば、ＲＯ装置では、窒素成分が含まれる原水が与えられると、第１ＲＯユニットによって透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水が電解窒素除去装置に被処理水として供給され、透過水は第２ＲＯユニットによってさらに透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水が第１ＲＯユニットの被処理水に混合される。このように、第１ＲＯユニットの透過水を第２ＲＯユニットを用いてさらに濃縮水と透過水とに分離し、濃縮した濃縮水を第１ＲＯユニットの被処理水として供給するので、１つのＲＯユニットを用いる場合に比べて透過水に残存する窒素成分を少なくすることができ、被処理水からの窒素成分の除去量を増加させることができる。また、透過水に残存する窒素成分が少なくすることができるので、水質規制に適合した窒素濃度の透過水を得ることができ、透過水を外部に放流することが可能になる。

また本発明の水処理装置によれば、電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水は、第２ＲＯ装置によって透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水が第１ＲＯ装置の被処理水として供給される。電解処理水中に残存している塩素イオンは、主として濃縮水に含まれることになるので、濃縮水を第１ＲＯ装置の被処理水として戻すことによって、電解窒素除去に必要な塩素イオンを再利用することができる。また、電解処理水の窒素成分濃度が外部に放流できる濃度に達する前に電気分解を終了しても、第２ＲＯ装置によって電解処理水を濃縮水と透過水とに分離して濃縮水を再びＲＯ装置に供給して処理するので、透過水の窒素成分濃度を水質規制に適合した濃度に調節することができ、透過水を外部に放流することができる。また、電解処理水の窒素成分濃度が水質規制に適合した濃度に低下するまで電気分解を行う必要がなくなるので、脱窒効率の低い低濃度での電気分解を行わなくてもよく、電解窒素除去装置における消費電力を少なくすることができる。

また本発明の水処理装置によれば、電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水とＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流するので、外部に放流する放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した濃度に調整することができる。また、電解処理水の窒素成分濃度が水質規制に適合した濃度に低下するまで電気分解を行う必要がなくなるので、脱窒効率の低い低濃度での電気分解を行う必要がなく、比較的短時間の電解処理を行うだけでよくなる。これによって、電解窒素除去装置における消費電力を少なくすることができる。

また本発明の水処理装置によれば、電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水を第２ＲＯ装置で処理して得られた透過水とＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流するので、外部に放流する放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した濃度に容易に調整することができる。また、電解処理水とＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流する場合と比較すると、電解処理水の濃度が高くてもよいことになるので、電解処理時間を短時間にすることが可能となり、電解窒素除去装置における消費電力を少なくすることができる。

また本発明の水処理装置によれば、処理すべき原水はＳＳ除去装置によって浮遊物が除去されてからＲＯ装置に供給されるので、ＲＯ装置での透過水と濃縮水との分離処理を効率よく行うことができる。

また本発明の水処理装置によれば、処理すべき原水はＭＦ装置によって浮遊物が除去されてからＲＯ装置に供給されるので、微細な浮遊物が除去された被処理水をＲＯ装置に供給することができ、ＲＯ装置での透過水と濃縮水との分離処理を効率よく行うことができる。

また本発明の水処理装置によれば、ＭＦ膜を洗浄した後の塩素イオンを含む逆洗水、たとえば次亜塩素酸が処理すべき原水に混合される。次亜塩素酸はＲＯ装置によって濃縮水側に分離されるので、塩素イオンを電解窒素除去装置における電気分解に再利用することができる。これによって、電解窒素除去装置において、塩素イオンを投入する必要がなくなり、または塩素イオンの投入量が少なくなり、ランニングコストを少なくすることができる。

また本発明の水処理装置によれば、ｐＨが６〜８に調整された被処理水がＲＯ装置に与えられるので、ＲＯ装置が備えるＲＯ膜の透過率を一定に保つことができ、透過水と濃縮水との分離を安定して行うことができる。

また本発明の水処理装置によれば、窒素成分濃度と導電率との間に一定の相関関係があることに着目し、電解窒素除去装置では、被処理水の導電率が検出され、検出された導電率に基づいて電気分解に用いる電流値が設定される。後述するように、本件発明者によって、被処理水の窒素成分濃度が高くなると、導電率も高くなることが確認されている。したがって、たとえば被処理水の導電率が高い場合は窒素成分濃度が高いと推定でき、窒素成分濃度が高い被処理水を処理するためには大量の電流が必要となるので、大きな電流値が設定される。逆に、被処理水の導電率が低い場合は窒素成分濃度が低いと推定でき、窒素成分濃度が低い被処理水を処理するためにはそれほど大量の電流を必要としないので、小さな電流値が設定される。このように、最適な電解条件で被処理水の電気分解を行うことができ、窒素除去を効率よく行うことが可能となる。

また本発明の水処理装置によれば、窒素成分濃度と導電率との間に一定の相関関係があることに着目し、電解窒素除去装置では、被処理水の導電率が検出され、検出された導電率に基づいて電気分解を行う時間が設定される。後述するように、本件発明者によって、被処理水の窒素成分濃度が高くなると、導電率も高くなることが確認されている。したがって、たとえば被処理水の導電率が高い場合は窒素成分濃度が高いと推定でき、窒素成分濃度が高い被処理水を処理するためには大量の電流が必要となるので、電気分解時間として長い時間が設定される。逆に、被処理水の導電率が低い場合は窒素成分濃度が低いと推定でき、窒素成分濃度が低い被処理水を処理するためにはそれほど大量の電流を必要としないので、電気分解時間として短い時間が設定される。このように、最適な電解条件で被処理水の電気分解を行うことができ、窒素除去を効率よく行うことが可能となる。

また本発明の水処理装置によれば、窒素成分濃度と導電率との間に一定の相関関係があることに着目し、電解窒素除去装置では、被処理水の導電率とＲＯ装置で得られた透過水の導電率とがそれぞれ検出され、検出された２つの導電率に基づいて電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値が設定される。電気分解時間または電流値を設定する際に、被処理水の導電率だけでなく、ＲＯ装置で得られた透過水の導電率も使用するのは、電解窒素除去装置からの電解処理水または第２ＲＯ装置からの透過水とＲＯ装置からの透過水とを混合して外部に放流するときに、外部に放流する放流水の窒素成分濃度が水質規制で定められた所定の範囲内となるようにするためである。

電解窒素除去装置からの電解処理水とＲＯ装置からの透過水とを混合して外部に放流する場合は、まず、検出した被処理水の導電率に基づいて被処理水の窒素成分濃度を推定するとともに、検出した透過水の導電率に基づいて透過水の窒素成分濃度を推定する。続いて、推定した窒素成分濃度に基づいて、電解処理水と透過水との混合水の窒素成分濃度が所定の範囲内となるような電解処理水の窒素成分濃度を推定する。それから、推定した電解処理水の窒素成分濃度と被処理水の窒素成分濃度とに基づいて、電気分解時間または電流値を設定する。たとえば、電気分解前の窒素成分濃度と電気分解後の窒素成分濃度との差が大きい場合は、長い電気分解時間または大きな電流値を設定し、差が小さい場合は、短い電気分解時間または小さな電流値を設定する。このように、電解処理水とＲＯ装置からの透過水とを混合して外部に放流する際に、放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した値に効率よく調整することができる。

また、電解処理水をさらに第２ＲＯ装置によって濃縮水と透過水とに分離し、第２ＲＯ装置からの透過水とＲＯ装置からの透過水とを混合して外部に放流する場合も、上記と同様に、被処理水の導電率とＲＯ装置からの透過水の導電率とに基づいて、電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値が設定することができる。この場合も、放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した値に効率よく調整することができる。

図１は、本発明の実施形態である水処理装置１の概略的構成を構成図である。水処理装置１は、電解槽に貯留された窒素成分を含む被処理水を電気分解して窒素ガスを発生させることによって被処理水から窒素成分を除去する電解窒素除去装置２と、被処理水を逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を電解窒素除去装置２の被処理水として供給するＲＯ装置３と、処理すべき原水を貯留する原水槽４と、原水槽４に貯留された被処理水に対して浮遊物除去（ＳＳ除去）を施してＲＯ装置３に供給するＳＳ除去装置５と、ＲＯ装置３に供給される被処理水のｐHを調整するための薬液槽６と、ＲＯ装置３で得られた透過水を貯留して電解窒素除去装置２における電気分解後の電解処理水に混合させる希釈水槽７とを備えて構成される。

電解窒素除去装置２は、アノードと、カソードと、アノードおよびカソードを収容するとともに被処理水を貯留する電解槽と、アノードとカソード間に直流電流を供給する直流電源と、直流電源を制御する制御装置と、電解槽に導入される被処理水の導電率を検出する検出装置とを備えて構成される。また希釈槽７には、希釈水槽７に貯留されているＲＯ装置３で得られた透過水の導電率を検出する検出装置が設けられている。２つの検出装置からの検出結果は、制御装置に送信される。制御装置は、後述するように２つの検出装置からの検出結果に基づいて直流電源を制御し、電気分解の時間や電流値を設定する。

ＲＯ装置３は、被処理水を貯留する処理水槽３１と、処理水槽３１の被処理水をＲＯ膜を使用して濃縮水と透過水とに分離する第１ＲＯユニット３２と、第１ＲＯユニット３２で得られた濃縮水を貯留する濃縮水槽３３と、第１ＲＯユニット３２で得られた透過水を貯留する透過水槽３４と、透過水槽３４の透過水をＲＯ膜を使用して濃縮水と透過水とに分離する第２ＲＯユニット３５とを備えて構成される。

処理すべき原水は、窒素成分を含む溶液であり、原水槽４に供給されて貯留される。窒素成分とは、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素などである。原水槽４に貯留されている原水は、図示しないポンプによって所定量ＳＳ除去装置５に送られ、ＳＳ除去装置５によって浮遊物除去（ＳＳ除去）が施されて有機物などが除去され、処理水槽３１に送られて被処理水として貯留される。また、処理水槽３１には薬液槽６から酸性溶液またはアルカリ性溶液、たとえば苛性ソーダ溶液や硫酸溶液が図示しない定量ポンプで供給され、これによって処理水槽３１内の被処理水のｐHが６〜８に調整される。

ＳＳ除去装置５としては、たとえばＭＦ膜を使用したＭＦ装置を使用することができる。ＭＦ装置を使用する場合、所定の期間ごとにたとえば１週間に１回程度、濃度が数百ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸溶液などをＳＳ除去時とは逆方向に流してＭＦ膜を洗浄している。そこで、水処理装置１では、ＳＳ除去装置５として使用するＭＦ装置の洗浄時の逆洗水を原水槽４に戻すように構成している。これによって、逆洗水に含まれている塩素イオンを電解窒素除去装置２の電気分解に再利用することが可能となる。なお、逆洗水にはＭＦ膜で除去されたＳＳ成分が含まれているので、このＳＳ成分を除去するために逆洗水を原水槽４に戻す配管中にフィルタ８を設けている。

処理水槽３１の被処理水は、図示しないポンプによって第１ＲＯユニット３２に送られる。第１ＲＯユニット３２では、被処理水が濃縮水と透過水とに分離される。第１ＲＯユニット３２で得られた濃縮水は、処理水槽３１に戻されて第１ＲＯユニット３２では循環運転が行われる。第１ＲＯユニット３２では、濃縮水側の流速をＦ０、透過水側の流速をＦ１とすると、Ｆ１／Ｆ０が２０％以下で循環運転が行われ、システム回収率が６６．７％以上になるまで、すなわち第１ＲＯユニット３２で得られた透過水の水量が、第１ＲＯユニット３２に与えられた被処理水の水量の６６．７％以上になるまで運転が行われる。これによって、処理前の被処理水に比べてイオン濃度が約３倍に濃縮された濃縮水が得られる。この濃縮水は、処理水槽３１から図示しないポンプによって濃縮水槽３３に送られる。

また、第１ＲＯユニット３２で得られた透過水は、透過水槽３４に送られて貯留される。透過水槽３４の透過水は、図示しないポンプによって第２ＲＯユニット３５に被処理水として送られる。第２ＲＯユニット３５では、被処理水が濃縮水と透過水とに分離される。第２ＲＯユニット３５で得られた濃縮水は、透過水槽３４に戻されて第２ＲＯユニット３５では循環運転が行われる。第２ＲＯユニット３５では、濃縮水側の流速をＦ３、透過水側の流速をＦ４とすると、Ｆ４／Ｆ３が２０％以下で循環運転が行われ、システム回収率が６６．７％以上になるまで、すなわち第２ＲＯユニット３５で得られた透過水の水量が、第２ＲＯユニット３５に与えられた被処理水の水量の６６．７％以上になるまで運転が行われる。これによって、処理前の被処理水（第１ＲＯユニット３２で得られた透過水）に比べてイオン濃度が約３倍に濃縮された濃縮水が得られる。この濃縮水は、透過水槽３４から図示しないポンプによって処理水槽３１に送られる。また、第２ＲＯユニット３５で得られた透過水は、希釈水槽７に送られて貯留される。

濃縮水槽３３の濃縮水は、被処理水として電解窒素除去装置２に図示しないポンプによって供給される。電解窒素除去装置２では、被処理水は電解槽に貯留される。電解槽には、アノードおよびカソードが備えられている。アノードおよびカソードには直流電源が接続されている。直流電源は、制御装置によってアノードおよびカソードに供給する電流値や電流供給時間が制御される。アノードとカソードとの間には直流電源から直流電流が供給されて通電され、これによって被処理水が電気分解される。この電気分解によって、被処理水中の窒素成分は窒素ガスとして放出され、被処理水からの窒素成分の除去が行われる。

電気分解後の電解処理水は、電解槽から排出される。排出が完了すると、再び被処理水が供給されて電気分解が行われる。このように電解窒素除去装置２では、被処理水の供給、電気分解、排水が繰り返される。そして、水処理装置１では、電解窒素除去装置２から排出される電解処理水と希釈水槽７に貯留されている第２ＲＯユニット３５で得られた透過水とが混合され、混合水が外部に放流される。

上述したように、水処理装置１では、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の窒素成分が含まれる原水が与えられると、ＲＯ装置３によって透過水と濃縮水とに分離され、窒素成分濃度が高い濃縮水が電解窒素除去装置２に被処理水として送られる。電解窒素除去装置２では、窒素成分濃度が高い濃縮水を被処理水として電気分解が行われ、窒素成分が被処理水から除去される。このように、窒素成分濃度が高い濃縮水を被処理水として処理するので、原水を分離せずにそのまま処理する場合に比べて、短時間で効率よく窒素成分を除去することができ、脱窒効率のよい処理が可能となる。

また水処理装置１のＲＯ装置３では、窒素成分が含まれる原水が与えられると、第１ＲＯユニット３２によって透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水が電解窒素除去装置２に被処理水として送られ、透過水は第２ＲＯユニット３５によってさらに透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水が第１ＲＯユニット３２の被処理水に混合される。このように、第１ＲＯユニット３２の透過水を第２ＲＯユニット３５を用いてさらに濃縮した濃縮水を第１ＲＯユニット３２の被処理水として戻すようにしたので、１つのＲＯユニット３２を用いる場合に比べて透過水に残存する窒素成分を少なくすることができ、被処理水からの窒素成分の除去量を増加させることができる。また、透過水に残存する窒素成分を少なくすることができるので、水質規制に適合した窒素濃度の透過水を容易に得ることができ、透過水を外部に放流することが可能になる。

図２は、水処理装置１による処理結果を示す遷移図である。図２には、窒素濃度（Ｔ−Ｎ）が５２１ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２８９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１７７ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：５５ｍｇ／Ｌ）の原水を処理したときの処理結果が示されている。まず、上記の原水に対して、ＳＳ除去装置（ＭＦ装置）５で１０μｍのカートリッジフィルターと０．４５μｍのＭＦ膜とを用いてＳＳ除去を施して、５００Ｌの被処理水を生成した。なお、被処理水のｐＨ調整は行わなかった。この被処理水の窒素濃度は、５３０ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２９４ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１８０ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：５５ｍｇ／Ｌ）であった。なお、原水の窒素濃度との間に差があるのは、測定誤差と考えられる。

５００Ｌの被処理水を、第１ＲＯユニット３２でシステム回収率約７０％で循環運転すると、１５０Ｌの濃縮水と３５０Ｌの透過水とが得られた。濃縮水の窒素濃度は、１４２０ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：７４９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：５１２ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：１６０ｍｇ／Ｌ）であった。この濃縮水を、電解窒素除去装置２で１０００Ａ、４Ｖで４５分間電気分解した。電気分解後の電解処理水の窒素濃度は、１７５ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２８ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１４７ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：０ｍｇ／Ｌ）であった。

一方、第１ＲＯユニット３２で得られた透過水の窒素濃度は、９１ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：５４ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：２７ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：９ｍｇ／Ｌ）であった。３５０Ｌの透過水を、第２ＲＯユニット３５でシステム回収率約７０％で循環運転すると、１１７Ｌの濃縮水と２３３Ｌの透過水とが得られた。濃縮水の窒素濃度は、１９８ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：１１２ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：６５ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：２１ｍｇ／Ｌ）であた。また、透過水の窒素濃度は、１４ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：１２ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：１ｍｇ／Ｌ）であった。

そして、電解窒素除去装置２の電解処理水と希釈水槽７の透過水とを混合して放流すると仮定すると、放流水の窒素濃度は、（１７５×１５０＋１４×２３３）／（１５０＋２３３）＝（２６２５０＋３２６２）／３８３＝７７（ｍｇ／Ｌ）となった。

ここで、比較例として、ＲＯ装置３を使用せずに、窒素濃度が５２１ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２８９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１７７ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：５５ｍｇ／Ｌ）の原水を処理した場合を説明する。ＲＯ装置３を使用した場合は、上記のようにシステム回収率を約７０％としたときは１５０Ｌの濃縮水を電解窒素除去装置２で処理すればよいが、ＲＯ装置３を使用しない場合は、５００Ｌの原水をすべて電解窒素除去装置２で処理しなければならない。電解窒素除去装置２において１バッチで処理できる水量を１５０Ｌとすれば、５００Ｌの原水を処理するためには、３バッチ以上必要となる。また、原水を電解窒素除去装置２で処理して上記の水処理装置１による放流水の窒素濃度７７ｍｇ／Ｌと同程度以下の窒素濃度の電解処理水を得るには、１０００Ａ、４Ｖで３０分間電気分解を行う必要があった。このときの電解処理水、すなわち放流水の窒素濃度は、５２ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：０ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：５２ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：０ｍｇ／Ｌ）であった。

そして上述したように、５００Ｌの原水を電解窒素除去装置２だけで処理するためには３バッチ以上必要となるので、電解窒素除去装置２だけで処理する場合は、処理時間が３０分×３＝９０分以上となり、水処理装置１で処理する場合の処理時間４５分の２倍以上となり、また電気分解に必要な電力も２倍以上となる。したがって、ＲＯ装置３と電解窒素除去装置２とを組み合わせた水処理装置１は、電解窒素除去装置２だけで原水を処理する場合に比べて、効率よく処理することが可能である。

図３は、他の比較例を説明するための処理結果を示す遷移図である。この比較例は、水処理装置１において、第１ＲＯユニット３２および第２ＲＯユニット３５を運転する際に、（濃縮水側の流速）／（透過水側の流速）を２０％より大きくして運転したものである。図３には、窒素濃度が５７４ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：３１９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１７８ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：７７ｍｇ／Ｌ）の原水を処理したときの処理結果が示されている。まず、上記の原水に対して、ＳＳ除去装置（ＭＦ装置）５で１０μｍのカートリッジフィルターを用いてＳＳ除去を施して、５００Ｌの被処理水を生成した。なお、被処理水のｐＨ調整として、ｐＨ５の酸性溶液を加えた。この被処理水の窒素濃度は、５８２ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：３１９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１８６ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：７７ｍｇ／Ｌ）であった。なお、原水の窒素濃度との間に差があるのは、測定誤差と考えられる。

５００Ｌの被処理水を、第１ＲＯユニット３２でシステム回収率約７０％で循環運転すると、１３５Ｌの濃縮水と３３０Ｌの透過水とが得られた。濃縮水の窒素濃度は、１２７７ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：６６７ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：４５５ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：１５５ｍｇ／Ｌ）であった。この濃縮水を、電解窒素除去装置２で１０００Ａ、４Ｖで４５分間電気分解した。電気分解後の電解処理水の窒素濃度は、１５６ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２５ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１３１ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：０ｍｇ／Ｌ）であった。

一方、第１ＲＯユニット３２で得られた透過水の窒素濃度は、１６４ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：４２ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：７８ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：４４ｍｇ／Ｌ）であった。３３０Ｌの透過水を、第２ＲＯユニット３５でシステム回収率約７０％で循環運転すると、９０Ｌの濃縮水と２４０Ｌの透過水とが得られた。濃縮水の窒素濃度は、５６２ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：２９６ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１７０ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：９６ｍｇ／Ｌ）であった。また、透過水の窒素濃度は、７０ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４−Ｎ：３３ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_３−Ｎ：１９ｍｇ／Ｌ，ＮＯ_２−Ｎ：１８ｍｇ／Ｌ）であった。

そして、電解窒素除去装置２の電解処理水と希釈水槽７の透過水とを混合して放流すると仮定すると、放流水の窒素濃度は、（１５６×１３５＋７０×２４０）／（１３５＋２４０）＝（２１０６０＋１６８００）／３７５＝３７８６０／３７５＝１０１（ｍｇ／Ｌ）となった。

このように、第１ＲＯユニット３２および第２ＲＯユニット３５を運転する際に、（濃縮水側の流速）／（透過水側の流速）を２０％より大きくして運転した場合は、２０％以下で運転した場合に比べて、濃縮水の濃縮率が低く、電解窒素除去装置２に送られる濃縮水の窒素濃度が低くなるので、電解窒素除去装置２における処理効率が低下してしまう。したがって、上述したように、第１ＲＯユニット３２および第２ＲＯユニット３５を運転する際に、（濃縮水側の流速）／（透過水側の流速）を２０％以下で運転するのが好ましい。

また水処理装置１では、電解窒素除去装置２における電気分解後の電解処理水とＲＯ装置３で得られた透過水とを混合して外部に放流するので、外部に放流する放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した濃度に調整することができる。また、電解処理水の窒素成分濃度が水質規制に適合した濃度に低下するまで電気分解を行う必要がなくなるので、脱窒効率の低い低濃度での電気分解を行う必要がなく、比較的短時間の電解処理を行うだけでよくなる。これによって、電解窒素除去装置における消費電力を少なくすることができる。

また水処理装置１では、処理すべき原水はＳＳ除去装置（ＭＦ装置）５によって浮遊物が除去されてからＲＯ装置３に供給されるので、ＲＯ装置３での透過水と濃縮水との分離処理を効率よく行うことができる。

また水処理装置１によれば、ＳＳ除去装置５であるＭＦ装置のＭＦ膜を洗浄した後の塩素イオンを含む逆洗水、たとえば次亜塩素酸が処理すべき原水に混合される。次亜塩素酸はＲＯ装置３によって濃縮水側に分離されるので、塩素イオンを電解窒素除去装置２における電気分解に再利用することができる。これによって、電解窒素除去装置２において、塩素イオンを投入する必要がなくなり、または塩素イオンの投入量が少なくなり、ランニングコストを少なくすることができる。

また水処理装置１では、ｐＨが６〜８に調整された被処理水がＲＯ装置３に与えられるので、ＲＯ装置３が備えるＲＯ膜の透過率を一定に保つことができ、透過水と濃縮水との分離を安定して行うことができる。

また水処理装置１では、電解窒素除去装置２において、電解槽に導入される被処理水の導電率を検出するとともに、ＲＯ装置３で得られた透過水の導電率を検出して、電気分解を行う電流値または電解処理時間を設定している。これは、導電率と窒素濃度との間に一定の相関関係があることに着目し、導電率から窒素濃度を推定し、電気分解条件を設定するものである。

図４は、導電率と窒素濃度との関係を示すグラフである。図４に示すように、導電率が高くなるにつれて、窒素濃度も高くなることが確認されている。そこで、水処理装置１では、窒素成分濃度と導電率との間に一定の相関関係があることに着目し、電解窒素除去装置２は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解に用いる電流値を設定する。したがって、たとえば被処理水の導電率が高い場合は窒素濃度が高いと推定でき、窒素濃度が高い被処理水を処理するためには大量の電流が必要となるので、大きな電流値が設定される。逆に、被処理水の導電率が低い場合は窒素濃度が低いと推定でき、窒素濃度が低い被処理水を処理するためにはそれほど大量の電流を必要としないので、小さな電流値が設定される。このように、最適な電解条件で被処理水の電気分解を行うことができ、窒素除去を効率よく行うことが可能となる。

また電解窒素除去装置２は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解を行う時間を設定するようにしてもよい。たとえば被処理水の導電率が高い場合は窒素濃度が高いと推定でき、窒素濃度が高い被処理水を処理するためには大量の電流が必要となるので、電気分解時間として長い時間が設定される。逆に、被処理水の導電率が低い場合は窒素濃度が低いと推定でき、窒素濃度が低い被処理水を処理するためにはそれほど大量の電流を必要としないので、電気分解時間として短い時間が設定される。このように、最適な電解条件で被処理水の電気分解を行うことができ、窒素除去を効率よく行うことが可能となる。

さらに電解窒素除去装置２は、被処理水の導電率とＲＯ装置３で得られた透過水の導電率とをそれぞれ検出し、検出した２つの導電率に基づいて電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値を設定するようにしてもよい。電気分解時間または電流値を設定する際に、被処理水の導電率だけでなく、ＲＯ装置３で得られた透過水の導電率も使用するのは、電解処理水と透過水とを混合して外部に放流するときに、放流する電解処理水と透過水との混合水の窒素濃度が水質規制で定められた所定の範囲内となるようにするためである。

まず、検出した被処理水の導電率に基づいて被処理水の窒素濃度を推定するとともに、検出した透過水の導電率に基づいて透過水の窒素濃度を推定する。続いて、推定した窒素濃度に基づいて、電解処理水と透過水との混合水の窒素濃度が所定の範囲内となるような電解処理水の窒素濃度を推定する。それから、推定した電解処理水の窒素濃度と被処理水の窒素濃度とに基づいて、電気分解時間または電流値を設定する。たとえば、電気分解前の窒素濃度と電気分解後の窒素濃度との差が大きい場合は、長い電気分解時間または大きな電流値を設定し、差が小さい場合は、短い電気分解時間または大きな電流値を設定する。このように、電解処理水とＲＯ装置３で得られた透過水とを混合して外部に放流する際に、放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した値に効率よく調整することができる。

図５は、本発明の第２実施形態である水処理装置１１の概略的構成を示す構成図である。第２実施形態は、上述の第１実施形態と類似しているので、同一の構成には同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。第２実施形態の特徴は、電解窒素除去装置２の後段に第２ＲＯ装置９を設け、電解窒素除去装置２における電解処理後の電解処理水を第２ＲＯ装置９によって濃縮水と透過水とに分離し、濃縮水を処理水槽３１に戻すとともに、透過水を希釈水槽７に貯留されているＲＯ装置３で得られた透過水と混合して外部に放流するようにしたことである。

電解窒素除去装置２では、窒素成分を除去するために、電解槽にＮａＣｌ等を加えることによって塩素イオンを付加している。この塩素イオンは電解処理後の電解処理水中にも残存している。そこで、水処理装置１１では、電解窒素除去装置２における電気分解後の電解処理水を、第２ＲＯ装置９によって透過水と濃縮水とに分離し、濃縮水を第１ＲＯ装置の被処理水として処理水槽３１に戻している。塩素イオンは主として濃縮水側に含まれることになるので、電解処理水に残存している塩素イオンを再利用することができる。

また水処理装置１１では、電解窒素除去装置２における電気分解後の電解処理水は、第２ＲＯ装置９によって透過水と濃縮水とに分離され、濃縮水がＲＯ装置３の被処理水として処理水槽３１に戻される。したがって、電解処理水の窒素成分濃度が外部に放流できる濃度に達する前に電気分解を終了しても、電解処理水を濃縮水と透過水とに分離して濃縮水を再びＲＯ装置３に戻して処理するので、第２ＲＯ装置９の透過水の窒素濃度を水質規制に適合した濃度に調節することができ、透過水を外部に放流することができる。また、電解処理水の窒素濃度が水質規制に適合した濃度に低下するまで電気分解を行う必要がなくなるので、脱窒効率の低い低濃度での電気分解を行わなくてもよく、電解窒素除去装置２における消費電力を少なくすることができる。

さらに水処理装置１１では、電解窒素除去装置２における電気分解後の電解処理水を第２ＲＯ装置９で処理して得られた透過水と、ＲＯ装置３で得られた透過水とを混合して外部に放流するので、外部に放流する放流水の窒素濃度を水質規制に適合した濃度に容易に調整することができる。また、第１実施形態の水処理装置１のように電解処理水とＲＯ装置３で得られた透過水とを混合する場合と比較すると、電解処理水の濃度が高くてもよいことになるので、電解処理時間を短時間にすることが可能となり、電解窒素除去装置２における消費電力を少なくすることができる。

また、水処理装置１１においても上記の水処理装置１と同様に、被処理水の導電率とＲＯ装置３で得られた透過水の導電率とに基づいて、電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値が設定することができる。まず、検出した被処理水の導電率に基づいて被処理水の窒素濃度を推定するとともに、検出したＲＯ装置３の透過水の導電率に基づいてＲＯ装置３の透過水の窒素濃度を推定する。続いて、推定した窒素濃度に基づいて、第２ＲＯ装置９の透過水とＲＯ装置３の透過水との混合水の窒素濃度が所定の範囲内となるような第２ＲＯ装置９の透過水の窒素濃度を推定する。続いて、推定した第２ＲＯ装置９の透過水の窒素濃度に基づいて、第２ＲＯ装置９に与えられる被処理水すなわち電解処理水の窒素濃度を推定する。それから、推定した電解処理水の窒素濃度と被処理水の窒素濃度とに基づいて、電気分解時間または電流値を設定する。このように水処理装置１１においても、放流水の窒素成分濃度を水質規制に適合した値に効率よく調整することができる。

本発明は、染料を含む液、畜産排水、半導体工場、金属工場や化学工場からの排水などのように、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素などを含む被処理水から窒素成分を除去する際に好適に実施することができる。また、湖沼、内湾等の閉鎖性水域において、窒素を含む産業排水の流入が原因と考えられている赤潮藻類増殖を抑制することが可能となる。さらに、化学肥料や家畜の排泄物から水溶性の硝酸塩が土壌中に浸透して汚染された地下水を清浄化することができる。

本発明の第１実施形態である水処理装置１の概略的構成を示す構成図である。 水処理装置１による処理結果を示す遷移図である。 本発明に対する比較例における処理結果を示す遷移図である。 導電率と窒素濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態である水処理装置１１の概略的構成を示す構成図である。

符号の説明

１ 水処理装置
２ 電解窒素除去装置
３ ＲＯ装置
４ 原水槽
５ ＳＳ除去装置（ＭＦ装置）
６ 薬液槽
７ 希釈槽
８ フィルタ
９ 第２ＲＯ装置
１１ 水処理装置
３１ 処理水槽
３２ 第１ＲＯユニット
３３ 濃縮水槽
３４ 透過水槽
３５ 第２ＲＯユニット

Claims (12)

1. 電解槽に貯留された窒素成分を含む被処理水を電気分解して窒素ガスを発生させることによって被処理水から窒素成分を除去する電解窒素除去装置と、処理すべき原水を被処理水として逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えたＲＯユニットを用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記電解窒素除去装置の被処理水として供給するＲＯ装置とを備えることを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置において、前記ＲＯ装置は、処理すべき原水を被処理水としてＲＯ膜を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記電解窒素除去装置の被処理水として供給する第１ＲＯユニットと、第１ＲＯユニットの透過水を被処理水としてＲＯ膜を用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記第１ＲＯユニットの被処理水に混合する第２ＲＯユニットとを備えることを特徴とする水処理装置。
3. 請求項１または２に記載の水処理装置において、前記電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水を被処理水としてＲＯ膜を備えたＲＯユニットを用いて透過水と濃縮水とに分離するとともに、濃縮水を前記ＲＯ装置に与えられる被処理水に混合する第２ＲＯ装置を設けたことを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１または２に記載の水処理装置において、前記電解窒素除去装置における電気分解後の電解処理水と、前記ＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流することを特徴とする水処理装置。
5. 請求項３記載の水処理装置において、前記第２ＲＯ装置で得られた透過水と、前記ＲＯ装置で得られた透過水とを混合して外部に放流することを特徴とする水処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の水処理装置において、処理すべき原水に浮遊物除去（ＳＳ除去）を施して前記ＲＯ装置に供給するＳＳ除去装置を備えることを特徴とする水処理装置。
7. 請求項６に記載の水処理装置において、前記ＳＳ除去装置として精密濾過膜（ＭＦ膜）を備えたＭＦ装置を用いることを特徴とする水処理装置。
8. 請求項７に記載の水処理装置において、前記ＭＦ装置が備えるＭＦ膜をＳＳ除去時とは逆方向に塩素イオンを含む洗浄水を流して洗浄したときの洗浄後の逆洗水を、処理すべき原水に混合することを特徴とする水処理装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の水処理装置において、前記ＲＯ装置の前段に、当該ＲＯ装置に与えられる被処理水のｐＨを６〜８に調整するｐＨ調整装置を設けたことを特徴とする水処理装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解に用いる電流値を設定することを特徴とする水処理装置。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率を検出し、検出した導電率に基づいて電気分解を行う時間を設定することを特徴とする水処理装置。
12. 請求項４または５に記載の水処理装置において、前記電解窒素除去装置は、被処理水の導電率と前記ＲＯ装置で得られた透過水の導電率とを検出し、検出した２つの導電率に基づいて、外部に放流する放流水の窒素成分濃度が所定の範囲内となるように、電気分解を行う時間または電気分解に用いる電流値を設定することを特徴とする水処理装置。

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