JP2008029963A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロラミンの増殖抑制効果を利用して、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できる水処理方法および水処理装置を提供する。
【解決手段】細菌除去可能な分離膜１１により膜分離を行う前処理手段１０と、その前処理手段１０から供給される前処理水２１を溜める貯槽２０と、その貯槽２０に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加する薬剤添加手段３０と、その貯槽２０から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜４０とを備える水処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、前処理を経た前処理水をポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行う水処理方法および水処理装置に関し、特に逆浸透膜のバイオファウリング（生物的劣化）を防止する技術として有用である。

従来から、ポリアミド系逆浸透膜を用いた膜分離技術は、海水およびカン水淡水化、電子工業用および医療用純水の製造、各種排水の処理、有価物回収などの分野に幅広く利用されている。

逆浸透膜を用いた分離技術の実用化に際して、最も重要な問題点として、被処理液中や逆浸透膜上に微生物が繁殖することにより、菌体およびその代謝物が膜面に堆積して透過速度を低下させたり、代謝物等が膜素材を劣化させるという問題点が挙げられる。

そのため、微生物の殺菌方法が種々提案されている。一般的な方法としては、被処理液中に殺菌剤を常時あるいは間欠的に添加する方法があり、殺菌剤としては塩素が広く用いられてきた。

また、逆浸透膜としては、ポリスルホン多孔性支持体上に架橋ポリアミドからなる機能膜を活性層として有する複合膜が主に使用されている。しかし、塩素による殺菌は、特に、ポリアミド系逆浸透膜に対して劣化を引起こすという欠点を有しているため、ポリアミド系の高性能な複合逆浸透膜を用いる際、新しい殺菌方法が必要になってきた。

このため、下記の特許文献１には、ポリアミド系合成逆浸透膜に対して、常時殺菌可能な、塩素に代替できる殺菌剤を用いる方法として、被処理原液中にクロラミン等の有機結合塩素化合物を添加する精製水の製造方法が開示されている。

また、下記の特許文献２〜３には、原液中にクロラミンを添加して、逆浸透膜で膜分離した後に、脱クロラミン化や、更にイオン交換を行う水処理方法が開示されている。

しかし、クロラミンは、微生物に対する殺菌作用が従来の殺菌剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム）に比べて小さく、一旦増殖した微生物に対しては、更なる増殖を抑制する効果（増殖抑制効果）はあるものの、除菌・殺菌を十分行うことはできない。

このため、従来の水処理装置のように、逆浸透膜に供給する直前の原水中にクロラミンを添加する方法では、すでに存在する微生物に対して除菌・殺菌を十分行えないため、運転中に徐々に逆浸透膜の生物的劣化が生じるという問題があった。

特公平８−１１１７３号公報 特公平７−１０２３０９号公報 特公平８−２４９０８号公報

そこで、本発明の目的は、クロラミンの増殖抑制効果を利用して、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できる水処理方法および水処理装置を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の水処理方法は、前処理を経た前処理水を貯槽に溜めた後、ポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行う水処理方法において、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加することを特徴とする。

本発明の水処理方法によると、前処理を行う際に細菌除去可能な分離膜により膜分離を行うため、除菌された前処理水が得られ、これが貯槽に供給される前の流路にクロラミン類を添加するため、細菌の増殖を抑制して除菌された状態を維持することができる。このように、本発明では、一旦増殖した細菌をクロラミン類で殺菌・除去するのではなく、分離膜により除菌された前処理水に対するクロラミンの増殖抑制効果を利用して、除菌された状態を維持できるため、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できるようになる。

上記において、前記ポリアミド系逆浸透膜は、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材が、有孔の中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントとして使用されることが好ましい。このようなスパイラル型分離膜エレメントは、体積当たりの有効膜面積が大きいため、膜分離の効率が高いものの、前述した生物的劣化の問題が生じ易いため、上記の如き作用効果を奏する本発明が特に有用となる。

また、前記細菌除去可能な分離膜が、精密ろ過膜又は限外ろ過膜であることが好ましい。精密ろ過膜又は限外ろ過膜は、細菌に対する除去性能が高く、透過流束も比較的大きいため、本発明の前処理における膜分離を好適に行うことができる。

一方、本発明の水処理装置は、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行う前処理手段と、その前処理手段から供給される前処理水を溜める貯槽と、その貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加する薬剤添加手段と、その貯槽から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜とを備えることを特徴とする。

本発明の水処理装置によると、前処理手段が細菌除去可能な分離膜により膜分離を行うものであるため、除菌された前処理水が得られ、これが貯槽に供給される前の流路に薬剤添加手段によってクロラミン類を添加するため、細菌の増殖を抑制して除菌された状態を維持することができる。このように、本発明では、一旦増殖した細菌をクロラミン類で殺菌・除去するのではなく、分離膜により除菌された前処理水に対するクロラミンの増殖抑制効果を利用して、除菌された状態を維持できるため、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の水処理装置の一例を示す概略構成図である。

本発明の水処理方法は、前処理を経た前処理水を貯槽に溜めた後、ポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行うものである。本発明はこのような水処理方法において、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加することを特徴とする。このような本発明の水処理方法は、本発明の水処理装置を用いて好適に実施することができる。

即ち、本発明の水処理装置は、図１に示すように、細菌除去可能な分離膜１１により膜分離を行う前処理手段１０と、その前処理手段１０から供給される前処理水２１を溜める貯槽２０と、その貯槽２０に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加する薬剤添加手段３０と、その貯槽２０から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜４０とを備える。

前処理手段１０は、細菌除去可能な分離膜１１により膜分離を行うものであればよく、膜分離のみを行う分離装置に限らず、生物学的処理（活性汚泥法、生物膜法、担体法などを含む）、化学反応処理などと膜分離とを組合せた処理装置などでもよい。本実施形態では、活性汚泥処理と膜分離とを組合せた処理装置を用いて下水２次処理水を処理する例を示す。

本発明における分離膜１１としては、平均孔径が０．０１〜３μｍのものが好ましく、０．１〜１μｍがより好ましい。分離膜１１としては、例えば精密ろ過膜又は限外ろ過膜が好ましく用いられ、精密ろ過膜で十分な除菌が可能であれば、透過流量が高いことから、精密ろ過膜を用いるのが好ましい。

本実施形態の前処理手段１０では、例えば処理槽１２内に下水２次処理水が、曝気されながら分離膜１１により膜分離されて、その透過液として前処理水が得られる。

このようにして前処理された前処理水は、ポンプ１６によって吸引され、配管１５と配管１７を経て、貯槽２０に供給される。

貯槽２０は、前処理手段１０から供給される前処理水２１を溜めるものであり、空気との接触により滞留した前処理水２１には細菌が増殖し易い。また、貯槽２０は、前処理手段１０が逆流洗浄を必要とされる場合に、一般に連続運転される逆浸透膜４０との間で、バッファータンクの役割をすることができる。

このため、本発明は、分離膜１１の逆流洗浄が必要とされる前処理手段１０を備える場合に、特に有効となる。なお、貯槽２０にクロラミン類を添加する方法では、貯槽２０の前処理水２１の液面高さが変動する場合に、濃度調整が困難となり、また、撹拌装置が必要となるなど、本発明に比べて不利な点が多くなり、これらを怠ると、細菌の増殖が生じ易くなる。

薬剤添加手段３０は、貯槽２０に供給される前の何れかの流路（配管１５又は配管１７など）にクロラミン類を添加するものである。添加される流路は、分離膜１１により除菌されており、無菌又は菌数の少ない状態になっている。本実施形態では、弁３２を用いて流量を調整しつつ配管１５に添加する例を示す。

クロラミン類としては、アンモニア性窒素化合物の水素が塩素で置換された化合物であり、モノクロラミン、ジクロラミンの他、クロラミンＴ、クロラミンＢなども含まれる。クロラミン類の添加は、添加後の濃度が１〜５ｐｐｍになるように行うのが好ましく、より好ましくは２〜３ｐｐｍになるように行う。クロラミン類の添加は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。クロラミン類は、ポリアミド系合成膜に対し、膜劣化を最小限にとどめることができるため、分離システム中に連続添加することができる。

薬剤添加手段３０は、このようなクロラミン類の水溶液を溜める容器３１と、容器３１からの配管３３に設けた弁３２を備えている。

また、本発明では、スケール防止剤を添加することも可能であり、その場合、例えばスケール防止剤を溜める容器３５と、容器３５からの配管３７に設けた弁３６を備えるスケール防止剤添加手段３８が設けられる。クロラミン類とスケール防止剤等が添加された後の前処理水は、ｐＨ６〜８に調整することが好ましい。

なお、分離膜１１の逆流洗浄時には、分離膜１１による膜分離が中断されると共に、クロラミン類等の添加が中断される。逆流洗浄は、一般に、図示しない供給経路から洗浄水を分離膜１１の透過側に供給して洗浄水を逆流させることで、分離膜１１の表面に堆積した成分を除去することによって、行うことができる。

ポリアミド系逆浸透膜４０は、貯槽２０から供給される原水の膜分離を行うものであり、貯槽２０内の前処理水２１は、ポンプ２２によって吸引され、配管２３を経て、ポリアミド系逆浸透膜４０に原水として供給される。ポリアミド系逆浸透膜４０では、主として溶解した塩類、有機物、有機物の分解物などが除去される。

ポリアミド系逆浸透膜４０としては、透過流束が大きく阻止性能も良好であるという観点から、架橋ポリアミド系複合膜であることが好ましい。また、逆浸透膜４０の形態としては、平膜、チューブラー膜、中空糸膜など何れでもよいが、本発明では、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材が、有孔の中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントを使用することが好ましい。

ポリアミド系逆浸透膜４０により膜分離された透過液４２は、貯槽４１に溜められ、例えば河川等に放出されたり、工業用水として再利用等して使用される。また、膜分離された濃縮液は、例えば河川等に放出される。

本発明では、クロラミン類が有害である場合など、クロラミン類を除去する工程を、ポリアミド系逆浸透膜４０による膜分離工程の後に追加することも可能である。クロラミン類を除去する場合、例えば、亜硫酸塩、重亜硫酸塩などを用いることができる。また、その後、イオン交換により、反応生成物を除去することも可能である。

本発明は、工業用水の製造、各種排水の処理、有価物回収などに好適に利用することができる。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。

実施例
図１に示す水処理装置を用いて、下水２次処理水を活性汚泥装置により処理しつつ、精密ろ過膜（平均孔径０．１μｍ）でろ過分離し、その透過液に対して、濃度が２〜３ｐｐｍになるようにモノクロラミンを添加した。更に、ｐＨ７．０になるように、スケール防止剤である硫酸を添加した。これを貯槽に溜めた後（滞留時間２時間）、スパイラル型分離膜エレメント（ポリアミド系、ＨＹＤＲＡＮＡＵＴＩＣＳ社製、ＥＳＰＡ１（低圧タイプ））を用いて、透過流量０．５ｍ^３／（ｍ^２・ｄ）、回収率７５％で膜分離を行った。

その結果を図２に示すが、１００日経過後も透過流束はほとんど低下しなかった。なお、精密ろ過膜の透過液の菌濃度を調べたところ、０ｃｆｕ／１００ｍｌであった。

比較例
実施例１において、クロラミン類を添加しないこと以外は同じ条件で、図１に示す水処理装置を用いて水処理を行った。その際、回収率を６５％、７５％、７０％に変化させた。その結果を図３に示すが、回収率に関係なく、微生物ファウリングによる透過流束の低下が顕著であった。

本発明の水処理装置の一例を示す概略構成図 実施例における透過流束の経時変化を示すグラフ 比較例における透過流束の経時変化を示すグラフ

符号の説明

１０ 前処理手段
１１ 分離膜
２０ 貯槽
２１ 前処理水
３０ 薬剤添加手段
４０ ポリアミド系逆浸透膜

Claims (4)

1. 前処理を経た前処理水を貯槽に溜めた後、ポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行う水処理方法において、
   細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加することを特徴とする水処理方法。
2. 前記ポリアミド系逆浸透膜は、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材が、有孔の中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントとして使用される請求項１記載の水処理方法。
3. 前記細菌除去可能な分離膜が、精密ろ過膜又は限外ろ過膜である請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 細菌除去可能な分離膜により膜分離を行う前処理手段と、
   その前処理手段から供給される前処理水を溜める貯槽と、
   その貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加する薬剤添加手段と、
   その貯槽から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜と、
   を備える水処理装置。

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