JP2015061716A - 水処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浸漬膜に付着した懸濁成分を確実に除去することができ、高度処理された浄水や、排水からの再利用水を安定して得ることができる水処理装置及び方法を提供する。【解決手段】懸濁成分を含む被処理水中に浸漬した膜モジュール１２により懸濁成分を分離して処理水を得る浸漬膜式の水処理装置において、膜モジュールの下方に、膜モジュールに向けて空気を散気する空気散気手段１４と、膜モジュールに向けてオゾン含有ガスを散気するオゾン散気手段１５とを設け、膜モジュールに空気とオゾン含有ガスとを同時に散気し、散気したオゾン含有ガス中のオゾンによって膜モジュールに付着した懸濁成分を化学的酸化反応により酸化するとともに、散気した空気の気泡によって膜モジュールに付着した懸濁成分を物理的振動により除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置及び方法に関し、詳しくは、浸漬膜を使用して浄水処理や排水の再利用処理を行う水処理装置及びこの水処理方法に関する。

国内外、特に中国では、都市化の加速、生活レベルの向上に従って、飲用水の水質に対する要求が高まり、従来の標準的な上水処理プロセスでは、すでに人々の要求を満足させることができないため、新しい基準が設けられている。この中国の新しい基準《生活飲用水衛生標準（ＧＢ５７４９−２００６）》の中で規定する水質の指標が旧標準の３５項目から１０６項目に増加し、２０１２年７月１日以降にすべての浄水場が新しい水質基準を満たすように要求している。しかし、飲用水の主要水源は地表水であり、工業及び農業の汚水、季節的な洪水、海水の逆流などの影響を受けるため、水質の悪化が著しい。中国では、多くの浄水場が依然として通常処理（消毒、固液分離のみ）を採用しており、ＢＯＤ成分、アンモニア性窒素、微量有機物などの除去能力に限界があり、新しい水質基準を保証できない浄水場が存在する。このため、旧式浄水場の改良が差し迫っており、新しい飲用水の処理技術の開発が大きな意義を持っている。

現在、新しい飲用水の処理技術は、活性炭処理、生物前処理、粉末活性炭投入、膜処理技術などがある。オゾン活性炭処理技術は、公知の浄水高度処理技術で、オゾン酸化、活性炭吸着、生物分解などを一体化した技術である。オゾンの作用は、有機物の生分解性を高め、活性炭濾過槽の生物分解能力を強化し、かつ、強化された生物作用によって活性炭濾過槽で活性炭自身が吸着した有機物の分解を促進し、これによって活性炭の吸着容量が回復し、活性炭の交換周期が顕著に延長される。オゾン活性炭処理技術は、有機物の除去能力を高め、濁度、アンモニア性窒素、臭気物質などの汚染質の除去効果が、全ての従来の標準処理技術より優れている。しかし、原水の水質変動によっては、オゾン活性炭では生物漏洩の問題があり、放出水の生物安全性を保障できない。また、既存の標準プロセス浄水場に、オゾン活性炭処理技術を適用するには、改良工事に高いコストが必要であり、広い敷地も必要とするため、資金と土地との制限を受ける。

水処理における膜技術は、２１世紀の飲用水処理技術である。ＭＦ膜及びＵＦ膜で代表される膜技術は、水質、敷地面積、生物安全性において有利であり、自動化も容易に行えるという利点を有し、飲用水処理分野で重要な役割を発揮している。しかし、膜濾過における膜の汚染（あるいは膜の詰まり）は、膜技術の応用を妨げる主要な難題である。従来の研究により、凝集、酸化などが膜の汚染を遅らせ、膜フラックスを安定させるのに有効であることがわかっており、近年は、膜濾過と、凝集、吸着、酸化、生物作用などを含む他の処理プロセスとのハイブリッド化が幅広く研究されている。水処理設備の大規模化における膜応用技術の多くは、有機物からなる膜を採用している。膜の材質としては、例えば、ポリ酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホンなどが知られている。凝集と有機膜との組合せは、多く提案されているが、有機膜と酸化処理との組み合わせは稀である。これは、現在採用されているこれらの有機膜の耐酸化性能力が低く、酸化雰囲気では使用が困難であることが原因となっている。このため、酸化とセラミック膜とを組合せることが提案されているが、セラミックス膜のコストが高く、単位容積当たりの膜面積が小さく、エネルギー消耗が高いなどの欠点を持っているため、現在は、ほとんどが研究室レベルに留まっている。

一方、浄水処理や排水の再利用処理において、懸濁成分を含む被処理水中に浸漬した膜モジュール（浸漬膜）によって懸濁成分を分離する際に、空気を散気して浸漬膜に付着した懸濁成分を除去する空気散気、あるいは、オゾン含有ガスを散気して浸漬膜に付着した懸濁成分を除去するオゾン散気を行い、懸濁成分の付着によって浸漬膜が閉塞することを防止することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特開２００６−３０５４４３号公報 特開平９−１９２４５９号公報

しかし、被処理水中の懸濁成分の性状によっては、空気散気のみ、あるいは、オゾン散気のみでは懸濁成分を浸漬膜から十分に除去できないことがある。

そこで本発明は、浸漬膜に付着した懸濁成分を確実に除去することができ、高度処理された浄水や、排水からの再利用水を安定して得ることができる水処理装置及び方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の水処理装置は、懸濁成分を含む被処理水中に浸漬した膜モジュールにより前記懸濁成分を分離して処理水を得る浸漬膜式の水処理装置において、前記膜モジュールの下方に、前記膜モジュールに向けて空気を散気する空気散気手段と、前記膜モジュールに向けてオゾン含有ガスを散気するオゾン散気手段とを設けたことを特徴とし、特に、前記膜モジュールが、支持体及び膜体が共にポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴としている。

また、本発明の水処理方法は、被処理水に含まれる懸濁成分を，前記被処理水中に浸漬した膜モジュールにより分離して処理水を得る浸漬膜式の水処理方法において、前記膜モジュールの下方から該膜モジュールに空気とオゾン含有ガスとを同時に散気し、散気したオゾン含有ガス中のオゾンによって膜モジュールに付着した懸濁成分を化学的酸化反応により酸化するとともに、散気した空気の気泡によって膜モジュールに付着した懸濁成分を物理的振動により除去することを特徴とし、特に、前記オゾン含有ガスが、標準状態のオゾン含有ガス１ｍ^３当たり、２０ｇ以上のオゾンを含んでいることを特徴としている。

本発明によれば、様々な懸濁物質を浸漬膜から確実に除去することができる。したがって、高度処理された浄水や、排水からの再利用水を安定して得ることができる。

本発明の水処理装置の一形態例を示す説明図である。 実施例１における差圧の変化状況を示す図である。

本形態例に示す水処理装置は、処理槽１１の内部に被処理水導入経路（図示せず）から導入された被処理液中に膜モジュール１２を浸漬した浸漬膜式の水処理装置である。膜モジュール１２の内部に連通した処理水導出経路１３からポンプ（図示せず）によって膜モジュール１２を透過した処理水を抜き出すことにより、被処理液中の懸濁物質を膜モジュール１２で捕捉して分離した処理水を得ることができる。

前記膜モジュール１２の下方には、膜モジュール１２に向けて空気を散気する空気散気手段１４と、膜モジュール１２に向けてオゾン含有ガスを散気するオゾン散気手段１５とが設けられている。空気散気手段１４は、空気を昇圧して供給する空気供給設備１６に接続されている。また、オゾン散気手段１５は、例えば無声放電によってオゾンを発生するオゾン発生装置１７に接続されている。

オゾン散気手段１５から散気するオゾン含有ガスは、標準状態（０℃、１００ｋＰａ）で１ｍ^３当たり２０ｇ以上のオゾンを含むオゾン含有ガス、すなわち、オゾン濃度が２０ｇ／Ｎｍ^３以上、好ましくは２５ｇ／Ｎｍ^３以上のオゾン含有ガスを用いることが好ましく、オゾン濃度が高いオゾン含有ガスを散気することにより、膜モジュール１２に付着した懸濁物質を効果的に酸化することができる。処理水量に対するオゾン添加量は、被処理水の水質によって異なるが、一般的には０．１〜２．０ｍｇ／Ｌの範囲が適当である。

前記膜モジュール１２は、浸漬タイプの中空糸ろ過膜であり、被処理水が円筒状の膜糸外周から膜体（スキン層）と支持体（支持層）とを通って膜糸の内部に進入し、膜糸の端部から処理水が流出する。懸濁物質は、膜糸の外周にある膜体に阻止されて処理水から分離される。また、この膜モジュール１２は、高濃度オゾンに接触するため、支持体及び膜体を含めた全体を耐オゾン性を有する材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成することが好ましい。

このように形成した水処理装置において、処理槽１１内に被処理水を導入しながら処理水導出経路１３を介して処理水を抜き出す際に、オゾン散気手段１５からオゾン含有ガスを膜モジュール１２に向けて散気することにより、オゾン含有ガスに含まれるオゾンの強力な酸化力によって膜モジュール１２に付着した懸濁成分を化学的に酸化することができるとともに、空気散気手段１４から空気を膜モジュール１２に向けて空気を散気することにより、空気散気手段１４から散気された空気の気泡による振動で膜モジュール１２に付着した懸濁成分を物理的に膜モジュール１２から除去することができる。さらに、オゾンの酸化作用によって被処理水中の有機物、微生物の分解除去処理、滅菌処理、殺菌処理も行うことができる。

オゾン含有ガスと空気とを散気するので、オゾン含有ガスのみを散気する場合に比べてオゾン濃度は低くなるが、オゾン含有ガス中のオゾンによって膜表面の汚染物質を確実に酸化することができるとともに、酸化した汚染物質を、散気した空気によって膜表面から剥離させることができる。

したがって、連続的に、あるいは、適当な時間間隔で空気散気手段１４及びオゾン散気手段１５を作動させることにより、膜モジュール１２に付着した懸濁成分を確実に除去して差圧の上昇を抑えることができ、被処理水中から懸濁成分を分離した処理水、例えば、高度処理された浄水や、排水からの再利用水を安定して高流量で得ることができる。特に、ポリテトラフルオロエチレンで形成した膜モジュール１２を用いることにより、オゾンによる膜の劣化を抑制して長期にわたって安定した運転を継続することができる。

なお、空気散気手段１４とオゾン散気手段１５とは、同時に散気を行う運転に限らず、いずれか一方のみから散気を行う運転期間があってもよい。さらに、各散気手段からの散気量は、膜モジュール１２の状態に応じて適宜設定することができる。また、浸漬膜式の水処理装置に付設されている汚泥抜き取り手段や逆洗手段などの付帯機器は、従来から周知の浸漬膜式の水処理装置に設けられている付帯機器をそのまま使用することができるので、これらの詳細な説明は省略する。

図１に示す水処理装置において、オゾン散気手段１５を停止させて空気散気手段１４のみを作動させたときの差圧の変化と、空気散気手段１４を作動させながらオゾン散気手段１５からオゾン濃度が２０ｇ／Ｎｍ^３のオゾン含有ガスを散気したときの差圧の変化と、空気散気手段１４を作動させながらオゾン散気手段１５からオゾン濃度が１０ｇ／Ｎｍ^３のオゾン含有ガスを散気したときの差圧の変化とをそれぞれ測定した。

その結果を図２に示す。図２から、空気散気手段１４からの空気の散気のみでは、線Ａに示すように差圧が増加して運転継続が困難になるのに対し、空気とオゾン濃度が２０ｇ／Ｎｍ^３のオゾン含有ガスとを散気した場合は、線Ｂに示すように、差圧を低下させることができ、長時間の運転が可能なことがわかる。また、空気とオゾン濃度が１０ｇ／Ｎｍ^３のオゾン含有ガスとを散気した場合は、線Ｃに示すように、差圧の変化がほとんどなく、差圧の上昇を抑えることができる。

これらの結果から、オゾン濃度が１０ｇ／Ｎｍ^３でもある程度の長期継続運転の効果を期待できるが、オゾン濃度を２０ｇ／Ｎｍ^３に高めることにより、差圧を低下させることができ、長期間にわたる連続運転が可能になることがわかる。

１１…処理槽、１２…膜モジュール、１３…処理水導出経路、１４…空気散気手段、１５…オゾン散気手段、１６…空気供給設備、１７…オゾン発生装置

Claims (4)

1. 懸濁成分を含む被処理水中に浸漬した膜モジュールにより前記懸濁成分を分離して処理水を得る浸漬膜式の水処理装置において、前記膜モジュールの下方に、前記膜モジュールに向けて空気を散気する空気散気手段と、前記膜モジュールに向けてオゾン含有ガスを散気するオゾン散気手段とを設けたことを特徴とする水処理装置。
2. 前記膜モジュールは、支持体及び膜体が共にポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
3. 被処理水に含まれる懸濁成分を，前記被処理水中に浸漬した膜モジュールにより分離して処理水を得る浸漬膜式の水処理方法において、前記膜モジュールの下方から該膜モジュールに空気とオゾン含有ガスとを同時に散気し、散気したオゾン含有ガス中のオゾンによって膜モジュールに付着した懸濁成分を化学的酸化反応により酸化するとともに、散気した空気の気泡によって膜モジュールに付着した懸濁成分を物理的振動により除去することを特徴とする水処理方法。
4. 前記オゾン含有ガスは、標準状態のオゾン含有ガス１ｍ^３当たり、２０ｇ以上のオゾンを含んでいることを特徴とする請求項３記載の水処理方法。

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