JP2012011357A - 水処理方法及び超純水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原水中のＴＯＣ、特に尿素を高度に分解することができる水処理方法を提供する。
【解決手段】 原水Ｗを前処理システム１に供給して、原水Ｗ中の濁質成分を除去する。熱交換器２により、この前処理した原水Ｗの温度調節を実施する。続いて、原水Ｗを酸化反応槽３に供給し、この酸化反応槽３に水溶性臭化物塩及び酸化剤を添加することにより原水Ｗ中の尿素を粗除去を行う。続いて、この原水Ｗを生物処理手段５に通水する。このとき、第三の供給機構８により易分解性有機物又はアンモニア性の窒素源を添加することにより、残存する尿素の除去性能を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水の水処理方法及びこの水処理方法で処理した処理水を用いた超純水製造方法に関し、特に原水中の尿素を高度に除去することができる水処理方法及びこの水処理方法で処理した処理水を用いた超純水製造方法に関する。

従来、市水、地下水、工水等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過装置で構成される。一次純水製造装置は、例えば、２基の逆浸透膜分離装置及び混床式イオン交換装置、あるいはイオン交換純水装置及び逆浸透膜分離装置で構成される。また、二次純水製造装置は、例えば、低圧紫外線酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過膜分離装置で構成される。

このような超純水製造装置においては、その純度の向上への要求が高まってきており、これに伴いＴＯＣ成分の除去が求められている。超純水中のＴＯＣ成分のうち、特に尿素はその除去が困難であり、ＴＯＣ成分を低減すればするほど尿素の除去がＴＯＣ成分の含有率に与える影響が大きい。そこで、超純水製造装置に供給される水中から尿素を除去することにより、超純水中のＴＯＣを十分に低減することが特許文献１〜３に記載されている。

特許文献１には、前処理装置に生物処理装置を組み込み、この生物処理装置で尿素を分解することが開示されている。また、特許文献２には、前処理装置に生物処理装置を組み込み、被処理水（工業用水）と半導体洗浄回収水との混合水を通水する。この半導体洗浄回収水中に含有される有機物が生物処理反応の炭素源となり、尿素の分解速度を向上させることが開示されている。なお、この半導体洗浄回収水中にはアンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）が多量に含有されている場合があり、これが尿素と同様に窒素源となり、尿素の分解を阻害することがある。さらに、特許文献３には、特許文献２の上記問題点を解決するために、被処理水（工業用水）と半導体洗浄回収水とを別々に生物処理した後に混合し、一次純水製造装置及び二次純水製造装置に通水することが記載されている。

特開平６−６３５９２号公報 特開平６−２３３９９７号公報 特開平７−３１３９９４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の水処理方法のように、被処理水に炭素源を添加すると、生物処理装置の尿素分解除去効率は向上するものの、生物処理装置内の菌体の増殖量が増加し、当該生物処理装置からの菌体の流出量が増加する、という問題点がある。

また、特許文献２に記載の水処理方法では、炭素源としてアンモニウムイオンの含有量の多い半導体洗浄回収水を用いると、アンモニウムイオンが尿素の分解を阻害する、という問題点がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、原水中のＴＯＣ、特に尿素を高度に分解することができる水処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この水処理方法を利用した超純水製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第一に本発明は、有機物を含有する原水を生物処理する水処理方法において、原水に尿素又は尿素誘導体を添加した後、生物処理を行うことを特徴とする水処理方法を提供する（発明１）。

原水中の尿素は季節的に大幅に変動するが、原水中の尿素濃度が低下した状態が長期間（２週間〜1ヶ月以上）に及ぶと、生物処理装置の尿素除去性能が大きく低下し、その後の尿素濃度の上昇に対応できないことがある。これは、生物処理装置内に存在し尿素を分解していた菌（硝化菌の一種と推定）が失活、又は徐々に装置外に流出してしまうためであると考えられる。そこで、原水に尿素又は尿素誘導体を添加することにより、原水の尿素濃度が低下した場合にも、最低限の尿素分解菌（硝化菌の一種と推定）を維持することが可能であり、原水の尿素濃度が低い期間が長期に渡った後に尿素濃度が上昇したときでも尿素除去性能を維持することができる。

上記発明（発明１）においては、原水にさらにアンモニア性の窒素源を添加するのが好ましい（発明２）。このアンモニア性の窒素源としては、アンモニウム塩が好ましい（発明３）。

かかる発明（発明２，３）によれば、尿素又は尿素誘導体の添加量を最低限としつつも、アンモニア性の窒素源の添加により尿素分解菌（硝化菌の一種と推定）の増殖、活性を高め、負荷変動に対してより高い効果を得ることが可能となる。

これは以下のような理由による。すなわち、前述した発明１の尿素除去機構は、硝化菌群がアンモニアを亜硝酸、硝酸に酸化する過程において、尿素及び尿素誘導体をアンモニア又は直接亜硝酸に酸化することで尿素及び尿素誘導体を除去する。ここにアンモニア性の窒素源を添加することにより、これら硝化菌群の増殖、活性を高め、この結果、活性の高まった硝化菌群により、尿素及び尿素誘導体の除去性能が向上すると推察される。同様に、原水の尿素濃度が低下した期間においても、アンモニア性の窒素源を添加することにより、尿素分解菌の活性が維持でき、微量の尿素又は尿素誘導体と併せて添加することにより、尿素及び尿素誘導体の除去に適した菌群を最低限維持しつつ、原水の尿素濃度が低下した期間が長期に渡り、その後、尿素濃度が上昇した場合にも十分な尿素除去性能を得ることができる。また、尿素および尿素誘導体は、生物処理水への残留というリスクがあるため過剰量の添加は好ましくないが、アンモニア性の窒素源の添加によりこれを補完することができる。

上記発明（発明１〜３）においては、前記生物処理を、生物担持担体を有する生物処理手段により行うのが好ましい（発明４）。また、上記発明（発明４）においては、前記生物担持担体が活性炭であるのが好ましい（発明５）。かかる発明（発明４，５）によれば、生物処理手段が生物担持担体を用いた生物膜法であるため、流動床の場合よりも生物処理手段からの菌体の流出を抑制することができ、処理の効果が高く、かつその効果を長期間維持することができる。

上記発明（発明１〜５）においては、前記生物処理の後段において還元処理を行うのが好ましい（発明６）。

生物処理の原水には、塩素系の酸化剤（次亜塩素酸など）が存在することが多いが、これらはアンモニア性の窒素源と反応し結合塩素化合物を形成することがある。結合塩素は遊離塩素と比較して酸化力は低いが、後段の処理において処理部材の酸化劣化を引き起こす可能性があるので、還元処理することにより、この結合塩素化合物を無害化することができる。

また、第二に本発明は、上記発明（発明１〜６）に係る水処理方法で得られた処理水を一次純水装置及び二次純水装置で処理して超純水を製造することを特徴とする超純水製造方法を提供する（発明７）。

上記発明（発明７）によれば、一次純水装置及び二次純水装置の前段の生物処理（水処理）において、被処理水（原水）中の尿素が十分に分解除去されているため、高純度の超純水を効率よく製造することができる。

本発明の水処理方法によれば、有機物を含有する原水に尿素又は尿素誘導体を添加した後、生物処理を行っているので、原水中の尿素の濃度が低下した場合にも、最低限の尿素分解菌（硝化菌の一種と推定）を維持することが可能であり、原水の尿素濃度が低い期間が長期に渡った後に尿素濃度が上昇したとしても尿素除去性能を維持することができる。

本発明の第一の実施形態に係る水処理方法を示す系統図である。 本発明の第二の実施形態に係る水処理方法を示す系統図である。 本発明の一実施形態に係る水処理方法を利用した超純水製造方法を示す系統図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る水処理方法を示す概略図である。

図１において、１は、前処理装置から供給される原水Ｗを貯留しておく給水槽であり、この給水槽１から供給された原水Ｗは、生物処理手段２で生物処理された後、処理水Ｗ１として一次純水装置３に供給される。そして、生物処理手段２の前段で尿素又は尿素誘導体を添加する。

このような処理フローにおいて、処理対象となる原水Ｗとしては、地下水、河川水、市水、その他の工業用水、半導体製造工程からの回収水等が用いられる。また、これらの水を浄化処理したものであってもよい。この浄化処理としては、超純水の製造工程における前処理システム又はこれと同様の処理が好適である。具体的には、凝集・加圧浮上・濾過等の処理やこれらの処理の組合せが好適である。

原水（処理対象水）Ｗ中の尿素濃度は５〜２００μｇ／Ｌ、特に５〜１００μｇ／Ｌ程度が好適である。

本実施形態において、生物処理手段２とは、下水等の廃水中の汚濁物質を生物学的作用により分解、安定化させる処理を行う手段のことであり、好気性処理と嫌気性処理とに区別される。一般的に有機物は、生物処理により酸素呼吸・硝酸呼吸・発酵過程等で分解されて、ガス化されるか、微生物の体内に取り込まれ、汚泥として除去される。また、窒素（硝化脱窒法）やりん（生物学的リン除去法）の除去処理もできる。このような生物処理を行う手段を一般に生物反応槽という。このような生物処理手段２としては、特に制限はないが、生物担持担体の固定床を有するものが好ましい。特に、菌体の流出が少ない下向流方式の固定床が好ましい。

生物処理手段２を固定床とする場合、固定床を必要に応じて洗浄するのが好ましい。これにより、生物（菌体）の増殖による固定床の閉塞、マッドボール化、尿素の分解除去効率の低下等が生じることが防止される。この洗浄方法には特に制限はなく、例えば逆洗、すなわち、原水の通水方向と逆方向に洗浄水を通水して担体を流動化させ、堆積物の系外への排出、マッドボールの粉砕、生物の一部の剥離等を行うようにするのが好ましい。

また、固定床の担体の種類に特に制限はなく、活性炭、アンスラサイト、砂、ゼオライト、イオン交換樹脂、プラスチック製成形品等が用いられるが、酸化剤及び／又は殺菌剤の存在下で生物処理を実施するためには、酸化剤及び／又は殺菌剤の消費量の少ない担体を用いるのが好ましい。ただし、生物処理手段に高濃度の酸化剤及び／又は殺菌剤が流入する可能性がある場合には、酸化剤及び／又は殺菌剤を分解し得る活性炭等の担体を用いるのが好ましい。このように活性炭等を用いた場合、被処理水中の酸化剤及び／又は殺菌剤の濃度が高い場合であっても、菌体が失活、死滅することが防止される。

生物処理手段２への通水速度は、ＳＶ５〜５０ｈｒ^−１程度とするのが好ましい。この生物処理手段２への給水の水温は常温、例えば１０〜３５℃であり、ｐＨはほぼ中性、例えば４〜８であることが好ましい。したがって、必要に応じて、生物処理手段の前段に熱交換機やｐＨ調整剤添加手段を設けるのが好ましい。

本実施の形態においては、この原水Ｗを生物処理手段２に導入する前に、尿素又は尿素誘導体を添加する。原水Ｗに尿素又は尿素誘導体を添加することにより、原水Ｗの尿素濃度が低下してある程度の期間が経過したとしても生物処理手段２において最低限の尿素分解菌（硝化菌の一種と推定）を維持することが可能であり、原水Ｗの尿素濃度が低い期間が長期に渡った後に尿素濃度が上昇した場合であっても尿素除去性能を維持することができる。

生物処理手段２に添加する尿素又は尿素誘導体のうちでは、本来的な除去対象と同一成分であるため、より尿素除去に適した菌体を維持できる点で有効であることから、尿素を用いるのが好ましい。しかしながら、尿素は分子量が小さく、イオン性も低いため、生物処理手段２にて除去しきれなかった場合に、後段の一次純水装置３の逆浸透膜処理やイオン交換処理でも除去し難く、得られる超純水の水質に影響するリスクがあるので、その添加量は必要最小限とするのが望ましい。

また、尿素誘導体を添加する場合、この尿素誘導体としては、メチル尿素、ブチル尿素、フェニル尿素、ナフチル尿素、ジメチル尿素、セミカルバジド、アラントイン、シトルリン、その他アルブミン等の蛋白質等を用いることができる。この尿素誘導体としては、前述した尿素とは逆に分子量がある程度大きく、イオン性を有するものであれば、生物処理手段２で除去しきれなかったとしても後段の一次純水装置３の逆浸透膜処理、イオン交換処理である程度の除去が見込めることから、超純水水質へのリスクが回避できる。一方、本来的な除去対象である尿素と同じではないので、必ずしも尿素除去に最適な菌体を十分に保持できない可能性がある。

上述したような尿素又は尿素誘導体の添加量は、原水Ｗにおける尿素濃度の変動幅を考慮し、予測される最大尿素濃度の１／２〜１／１０の濃度が好ましい。具体的な濃度しては１〜２０μg／Ｌ程度が好ましい。尿素の添加濃度が１μg／Ｌ未満では、尿素の除去に最低限必要な尿素分解菌を保持することが困難となる一方、２０μg／Ｌを超えると、生物処理手段２において尿素が除去しきれずに後段にリークした尿素が超純水のＴＯＣを引き上げる要因となることから好ましくない。

さらに、本実施形態においては、前述した尿素又は尿素誘導体とともにさらにアンモニア性の窒素源を添加するのが好ましい。アンモニア性の窒素源を添加することにより、尿素又は尿素誘導体の補完的な役割を担うため、その添加量を抑制しつつも、アンモニア性の窒素源の添加により尿素分解菌（硝化菌の一種と推定）の増殖、活性を高め、負荷変動に対してより高い効果を得ることが可能となる。

また、原水Ｗの尿素濃度が低下した期間においても、アンモニア性の窒素源を添加することにより、尿素分解菌の活性が維持でき、微量の尿素又は尿素誘導体と併せて添加することにより、尿素及び尿素誘導体の除去に適した菌群を最低限維持しつつ、原水の尿素濃度が低下した期間が長期に渡り、その後、尿素濃度が上昇した場合にも十分な尿素除去性能を得ることができる。

上述したようなアンモニア性の窒素源としては、特に制限はなく、アンモニウム塩（無機化合物）、アンモニア水（水酸化アンモニウム）、さらには蛋白等の生分解によりアンモニウムイオン又は遊離アンモニアが生成され得る有機物等を好適に用いることができる。これらの中では、塩化アンモニウム等の無機アンモニウム塩が好ましい。

上述したようなアンモニア性の窒素源の添加量は、０．１〜５ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４ ^＋換算）とすればよい。具体的には、原水Ｗ中のアンモニウムイオンの濃度が上記範囲内となるように添加すればよい。原水Ｗ中のアンモニウムイオン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４ ^＋換算）未満では、硝化菌群の活性を維持するのが困難となる一方、５ｍｇ／Ｌ（ＮＨ_４ ^＋換算）を超えても、さらなる硝化菌群の活性が得られないばかりか、生物処理手段２からのリーク量が多くなりすぎるため好ましくない。

尿素又は尿素誘導体にさらにアンモニア性の窒素源を、原水Ｗ中のアンモニウムイオンの濃度が上記範囲内となるように添加することにより、約１０〜３０日経過後の生物処理手段２における処理水Ｗ１中の尿素濃度を５μｇ／Ｌ以下、特に２μｇ／Ｌ以下に維持することができる。

このように原水Ｗに尿素又はその誘導体と必要に応じアンモニア性の窒素源を添加することにより、ＴＯＣとしての尿素及び尿素誘導体を安定的に分解することができるのは、以下のような理由によるものと推測される。すなわち、原水Ｗ中の尿素及び尿素誘導体の濃度は、市水、工業用水においては季節により変動があることが知られており、原水Ｗ中の尿素及び尿素誘導体の濃度が低くなれば硝化菌群の活性が低下し、その後急激に濃度上昇しても、硝化菌群の活性が追従できず、分解しきれないため、処理水Ｗ１にリークする。このため、原水Ｗに尿素又はその誘導体と必要に応じアンモニア性の窒素源とを添加して硝化菌群の活性を維持することで、原水Ｗ中の尿素及び尿素誘導体の濃度変動に追従し、生物処理手段２での処理水Ｗ１の尿素濃度を低く維持することができる。

上記尿素又は尿素誘導体及び任意添加物であるアンモニア性の窒素源の添加方法としては、一定量を常時添加する方法、間欠的に添加する方法、いずれも好適に用いることができる。常時添加しないことにより、尿素又は尿素誘導体及び任意添加物であるアンモニア性の窒素源の添加コストを低減することもできる、という効果も奏する。

なお、硝化細菌は、溶存酸素の存在下において、餌（アンモニア性の窒素源、尿素、尿素誘導体等）の存在しない状態（空曝気状態）が続くと活性が低下する。この活性低下を回避するための具体策としては、（１）常時又は間欠的にアンモニア性の窒素源を添加する方法（本発明に係る方法）、（２）生物処理給水又は処理水中のアンモニア性窒素、尿素等の濃度に応じてアンモニア性窒素源を添加制御する方法、（３）上記（２）と同様に溶存酸素濃度を制御する方法（脱酸素剤の添加、還元剤の添加、脱気処理、窒素ガス曝気による溶存酸素除去等）が挙げられる。簡便性及びコストの観点から、本発明の方法（上記（１）の方法）がより好ましい方法と考えられる。

なお、この原水Ｗ中には、必要に応じさらに酸化剤及び／又は殺菌剤を添加することができる。添加する酸化剤及び／又は殺菌剤の種類には特に制限はなく、尿素を効率的に分解する菌種を優先化し得るものが好適に用いられる。具体的には、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素等の塩素系酸化剤、モノクロラミン、ジクロラミン等の結合塩素剤（安定化塩素剤）等を好適に用いることができる。

次に本発明の第二の実施形態に係る水処理方法について、図２を参照して説明する。第二の実施形態に係る水処理方法は、上述した第一の実施形態において、生物処理手段２の後段で一次純水装置３の前に還元処理手段４を有する以外は同様の構成を有する。

このような構成を採用することにより、上述した第一の実施形態において、塩素系酸化剤（次亜塩素酸等）を使用し、余剰塩素が存在する場合には、これらがアンモニア性の窒素源と反応して結合塩素化合物となる。この結合塩素化合物は、遊離塩素と比較して酸化力は低いものの、後段の一次純水装置３等において、これらの構成要素の部材の酸化劣化を引き起こす可能性があるが、還元処理を施すことによりこれら結合塩素化合物を無害化することができる。

なお、生物処理手段２の生物担持担体の固定床として活性炭を用いた場合、活性炭は塩素系酸化剤を触媒反応により還元処理できることが知られているが、結合塩素化合物を迅速に還元できないためにリークし易く、後段の一次純水装置３まで残存し影響する可能性があることから、活性炭を用いる場合であっても、還元処理手段４を設けるのが好ましい。

上記還元処理手段４としては、例えば、水素ガス等の気体；二酸化硫黄等の低級酸化物；チオ硫酸塩、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、亜硝酸塩等の低級酸素酸塩；鉄(II)塩等の低原子価金属塩；ギ酸、シュウ酸、Ｌ−アスコルビン酸等の有機酸又はその塩；ヒドラジン、アルデヒド類、糖類等のその他の還元剤を添加すればよい。これらの中で、亜硝酸塩、亜硫酸塩、鉄(II)塩、二酸化硫黄、重亜硫酸塩、又はシュウ酸、Ｌ−アスコルビン酸若しくはそれらの塩を好適に用いることができる。また、還元処理手段４として、活性炭塔を設けて、活性炭によりさらに還元してもよい。

還元剤を添加する場合、還元剤の添加量は、酸化剤濃度に応じて適宜調整するのが好ましい。例えば、還元剤として亜硫酸ナトリウムを用い残留塩素を還元する場合、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２−）と次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）とが当モルとなるように添加すればよく、安全率を考慮し１．２〜３．０倍量を添加すればよい。処理水の酸化剤濃度には変動があることから、より好ましくは、処理水の酸化剤濃度を監視し、酸化剤濃度に応じ還元剤添加量を制御することが好ましい。また、簡易的には、定期的に酸化剤濃度を測定し、測定濃度に応じた添加量を適宜設定する方法を用いてもよい。なお、酸化剤濃度の検出手段としては、酸化還元電位（ＯＲＰ）、また残留塩素に関しては残留塩素計（ポーラログラフ法等）が挙げられる。

次に、本発明の一実施形態に係る水処理方法を利用した超純水の製造方法について、図３を参照して説明する。本実施形態における超純水製造方法では、原水Ｗを、前処理システム１１、生物処理手段１２、菌体分離手段１３、還元処理手段１４で処理した後、処理水Ｗ１を一次純水装置１５及びサブシステム（二次純水装置）１９でさらに処理する。なお、菌体分離手段１３としては、濾過器、カートリッジフィルタ、精密濾過膜分離装置、限外濾過膜分離装置等を用いることができる。

一次純水装置１５は、第１の逆浸透膜（ＲＯ）分離装置１６と、第２の逆浸透膜（ＲＯ）分離装置１７と、混床式イオン交換装置１８とをこの順に配置してなる。ただし、この一次純水処理システム１５の装置構成はこのような構成に制限されるものではなく、例えば、逆浸透膜分離装置、イオン交換処理装置、電気脱イオン交換処理装置、ＵＶ酸化処理装置等を適宜組み合わせて構成されていてもよい。

サブシステム１９は、サブタンク２０と、熱交換器２１と、低圧紫外線酸化装置２２と、混床式イオン交換装置２３と、ＵＦ膜分離装置２４とをこの順に配置してなる。ただし、このサブシステム１９の装置構成はこのような構成に制限されるものではなく、例えば、脱気処理装置、ＵＶ酸化処理装置、イオン交換処理装置（非再生式）、限外濾過膜処理装置（微粒子除去）等を組み合わせて構成されていてもよい。

このような超純水製造システムによる超純水製造方法を以下に説明する。まず、前処理システム１１は、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置等よりなる。この前処理システム１１において、原水中の懸濁物質やコロイド物質が除去される。また、この前処理システム１１では高分子系有機物、疎水性有機物等の除去も可能である。

この前処理システム１１からの流出水に、尿素又は尿素誘導体とアンモニア性の窒素源（ＮＨ_３−Ｎ）とを添加し、必要に応じさらに酸化剤及び／又は殺菌剤を添加し、生物処理手段１２により上述した生物処理が行われる。この生物処理手段１２の下流側に設置された菌体分離手段１３では、生物処理手段１２から流出する微生物や担体微粒子等を分離除去する。この菌体分離手段１３は省略してもよい。生物処理手段１２の流出水には、上述したように結合塩素化合物が含まれていることがあるため、還元処理手段１４により、結合塩素化合物を無害化する。原水Ｗ中の塩素系酸化剤の濃度がほとんどない場合には、生物処理手段１２の流出水中にも結合塩素化合物がほとんど含まれないので、還元処理手段１４における還元剤の添加を省略してもよい。

一次純水処理装置１５では、第１の逆浸透（ＲＯ）膜分離装置１６と、第２の逆浸透（ＲＯ）膜分離装置１７と、混床式イオン交換装置１８とにより、生物処理手段１２の処理水Ｗ１中に残存するイオン成分等を除去する。

さらに、サブシステム１９では、一次純水装置１５の処理水をサブタンク２０及び熱交換器２１を経て低圧紫外線酸化装置２２に導入し、含有されるＴＯＣ成分をイオン化又は分解する。このうち、イオン化された有機物は、後段の混床式イオン交換装置２３で除去される。この混床式イオン交換装置２３の処理水は更にＵＦ膜分離装置２４で膜分離処理され、超純水を得ることができる。

上述したような超純水製造方法によると、生物処理手段１２において、尿素を十分に分解除去し、その後段の一次純水装置１５及びサブシステム１９でその他のＴＯＣ成分、金属イオン、その他の無機・有機イオン成分を除去することにより、高純度の超純水を効率よく製造することができる。

また、上記超純水の製造方法によれば、原水Ｗを生物処理手段１２に導入する前に前処理システム１１に導入して原水Ｗ中の濁質を除去している。このため、生物処理手段１２での尿素の分解除去効率が濁質のために低下することが防止されるとともに、濁質によって生物処理手段１２の圧力損失が増加することが抑制される。また、この超純水製造方法によると、生物処理手段１２の下流側に菌体分離手段１３、一次純水システム１５及びサブシステム１９が設けられているため、生物処理手段１２から流出する生物又は担体を、これら菌体分離手段１３、一次純水システム１５及びサブシステム１９によって良好に除去することができる、という効果も奏する。

以下の実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１に示すフローを用いて、井水（吉田町地下水：平均尿素濃度５μｇ／Ｌ以下、平均ＴＯＣ濃度０．３ｍｇ／Ｌ、アンモニウムイオン＜０．１ｍｇ／Ｌ以下）に試薬尿素（キシダ化学社製）を必要に応じ添加したものを模擬原水（原水Ｗ）として用いた。なお、原水として井水を用いたのは、尿素、アンモニア性窒素を含まず、適度な塩類濃度を有する自然水を模擬するためである。

また、生物処理手段２としては、生物担体としての粒状活性炭（「クリコール ＷＧ１６０、１０／３２メッシュ」、栗田工業社製）を円筒容器に２Ｌ充填して固定床としたものを用いた。なお、生物処理手段２の粒状活性炭としては、試薬尿素にて馴養を実施し、尿素分解能が既に発現しているものを用いた。

まず、井水に対し、尿素を約１００μｇ／Ｌ添加して原水Ｗを調製した。この原水Ｗの水温は１３〜１７℃であったので、熱交換器で２０〜２２℃に加温した。また、この原水Ｗに対し、溶存酸素不足がないように空気曝気を実施し、溶存酸素（ＤＯ）濃度は６〜８ｍｇ／Ｌとした。

この原水Ｗを生物処理手段２に下向流にて通水した。通水速度ＳＶは２０／ｈｒ（毎時通水流量÷充填活性炭量）とした。通水後の生物処理水（Ｗ１）について、１週間にわたり尿素濃度及びアンモニア性窒素源を分析し、その平均値を算出した。結果を原水Ｗ（給水）の尿素濃度及びアンモニア性窒素源の平均濃度とともに表１に示す。なお、上記通水処理においては、１日１回、１０分間の逆洗を実施した。逆洗は、生物処理水にて、円筒容器下部から上部の上向流にて、ＬＶ＝２５ｍ／ｈｒ（毎時通水流量÷円筒容器断面積）にて実施した。

次に、井水に対し、尿素を約１０μｇ／Ｌ添加して原水Ｗを調製し、通水後の生物処理水（Ｗ１）について、同様に４週間（１〜５週間目まで）にわたり尿素濃度及びアンモニア性窒素源を分析し、その平均値を算出した。結果を原水Ｗ（給水）の尿素濃度及びアンモニア性窒素源の平均濃度とともに表１にあわせて示す。

さらに、再度井水に対し、尿素を約１００μｇ／Ｌ添加して原水Ｗを調製し、通水後の生物処理水（Ｗ１）について、同様に１週間（５〜６週間目まで）にわたり尿素濃度及びアンモニア性窒素源を分析し、その平均値を算出した。結果を原水Ｗ（給水）の尿素濃度及びアンモニア性窒素源の平均濃度とともに表１にあわせて示す。

なお、通水試験期間中にｐＨ調整は実施しなかった。試験期間中のｐＨは６．８〜７．５であった。

尿素濃度の分析の手順は以下の通りである。すなわち、まず、検水の全残留塩素濃度をＤＰＤ法にて測定し、相当量の重亜硫酸ナトリウムで還元処理する（その後、ＤＰＤ法にて全残留塩素を測定して、０．０２ｍｇ／Ｌ未満であることを確認する。）。次に、この還元処理した検水をイオン交換樹脂（「ＫＲ−ＵＭ１」、栗田工業社製）にＳＶ５０／ｈｒで通水し、脱イオン処理してロータリーエバポレータにて１０〜１００倍に濃縮した後、ジアセチルモノオキシム法にて尿素濃度を定量する。

表１及びデータの解析結果から、模擬原水Ｗの尿素濃度を尿素試薬にて約１００μｇ／Ｌに調整した最初の１週間の連続通水処理の結果、生物処理手段２の処理水の尿素濃度は２μｇ／Ｌ以下で安定していた。続いて、模擬原水Ｗの尿素濃度を約１０μｇ／Ｌに調整し、４週間連続通水処理を実施した結果、生物処理水の尿素濃度は２μg／Ｌ以下で安定していた。そして、その後、再度、模擬原水の尿素濃度を尿素試薬にて約１００μg／Ｌに調整し１週間連続通水処理を実施した結果、生物処理水の尿素濃度は約４０μg／Ｌで安定しており、１週間大きな変化（尿素除去性能の向上傾向または低下傾向）は認められなかった。これらの結果から、尿素を微量添加することにより、尿素除去性能をある程度維持できることがわかる。

〔実施例２〕
実施例１において、全期間において尿素の他にさらにアンモニア性窒素として塩化アンモニウム（キシダ化学製）約０．５ｍｇ／Ｌを添加した以外は、実施例1と同様の方法にて試験を実施した。結果を表１にあわせて示す。

表１及びデータの解析結果から、尿素約１０μｇ／Ｌと塩化アンモニウム０．５ｍｇ／Ｌを添加した１〜５週間目の連続通水処理の結果、生物処理水の尿素濃度は約２μg／Ｌ以下で安定していた。さらに、再度模擬原水の尿素濃度を尿素試薬にて約１００μg／Ｌに調整した５〜６週間目の連続通水処理を結果でも生物処理水の尿素濃度は約２μg／Ｌ以下で安定していた。これらの結果から、尿素とアンモニア性の窒素源とを微量添加することにより、尿素除去性能を高度に維持することができることがわかる。なお、試験期間を通じてアンモニア性窒素である塩化アンモニウムの除去性に大きな差異は認められず、給水塩化アンモニウム約０．５ｍｇ／Ｌに対し、処理水アンモニア性窒素濃度０．１ｍｇ／L未満であった。

〔比較例１〕
実施例１において、１〜５週間目の期間に、尿素もアンモニア性の窒素源も添加しなかった以外は、実施例1と同様の方法にて試験を実施した。結果を表１にあわせて示す。

表１及びデータの解析結果から、尿素もアンモニア性の窒素源も添加しなかった１〜５週間目の連続通水処理の結果、生物処理水の尿素濃度は約２μg／Ｌ以下で安定していた。さらに、再度模擬原水の尿素濃度を尿素試薬にて約１００μg／Ｌに調整した５〜６週間目の連続通水処理の結果は、生物処理水の尿素濃度は約８０μg／Ｌで安定しており、１週間大きな変化（尿素除去性能の向上傾向または低下傾向）は認められなかった。

以上の結果より、原水Ｗに尿素また尿素誘導体とアンモニア性の窒素源とを添加することにより、原水Ｗ中の尿素濃度が変動する場合、特に低濃度の期間を経て濃度が上昇するときでも、尿素除去性能の維持が可能であることが確認できた。これは、原水Ｗ中の尿素濃度が低下する期間においても、尿素およびアンモニア性窒素を添加することにより、これらを摂取源とする菌体を最低限量維持することができるためと考えられる。

１…給水槽
２…生物処理手段
３…一次純水装置
４…還元処理手段
１２…生物処理手段
１４…還元処理手段
１５…一次純水装置
１９…サブシステム（二次純水装置）
Ｗ…原水
Ｗ１…処理水

Claims (7)

1. 有機物を含有する原水を生物処理する水処理方法において、
   原水に尿素又は尿素誘導体を添加した後、生物処理を行うことを特徴とする水処理方法。
2. 前記原水にさらにアンモニア性の窒素源を添加することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記アンモニア性の窒素源が、アンモニウム塩であることを特徴とする請求項２に記載の水処理方法。
4. 前記生物処理を、生物担持担体を有する生物処理手段により行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理方法。
5. 前記生物担持担体が活性炭であることを特徴とする請求項４に記載の水処理方法。
6. 前記生物処理の後段において還元処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水処理方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理方法で得られた処理水を一次純水装置及び二次純水装置で処理して超純水を製造することを特徴とする超純水製造方法。

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