JP2018075544A - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理装置の提供。【解決手段】原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加装置と、第１の凝集剤添加装置を通過した水を通す分離シートを備える第１のろ過装置と、第１のろ過装置を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加装置と、第２の凝集剤添加装置を通過した水を通す限外ろ過膜を備える第２のろ過装置と、有する、水処理装置；水処理方法。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置および水処理方法に関する。

精密なろ過処理を低コストで行う方法として、安価な手段により予めろ過処理をした後に、精密なろ過処理をする水処理装置が知られている。

特許文献１には、汚染性有機物を含む排水を不織布担体を用いた生物処理装置で処理し、その処理水を内圧型の中空糸膜モジュールを用いた膜分離装置に通す排水処理方法が記載されている。また、中空糸膜として、孔径が限外ろ過領域にあるものを用いることが記載されている。

特許文献２には、生物処理をした汚水に対して、平均孔径０．５μｍ以上の膜による第一段の処理をしたのち、平均孔径０．５μｍ未満の膜による第２段の処理をする汚水の処理方法が記載されている。また、平均孔径０．５μｍ未満の膜として、限外ろ過膜を用いることが記載されている。

特開平５−１６９０９７号公報 特開２０００−５５６６号公報

しかしながら、これらの特許文献に記載されている技術は、大量の原水を安価に処理するためには不十分なものであった。
そこで、本発明者らが、さらなる低コスト化（省設備化、省電力化）の観点から生物処理をせずに限外ろ過膜処理をすることを検討したところ、特許文献１および２の構成において生物処理をしないだけでは透水性に優れた限外ろ過膜処理ができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理方法を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った。
その結果、高分子凝集剤を添加した後に分離シートを通過させ、その後に無機凝集剤を添加した後に限外ろ過膜を通過させる順番の装置構成とすると、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理装置を提供できることを見出すに至った。
ここで、特許文献１には、不織布担体を用いた生物処理装置を通過させた後段階において、孔径が限外ろ過領域にある中空糸膜の逆洗浄時の排水に、凝集剤を添加することしか記載されていなかった。特許文献２には、生物処理後、不織布などの平均孔径０．５μｍ以上の膜による第一段の処理をした後に、凝集剤を添加することしか記載されていなかった。
上記課題を解決するための具体的な手段である本発明の構成と、本発明の好ましい構成を以下に記載する。

［１］ 原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加装置と、
第１の凝集剤添加装置を通過した水を通す分離シートを備える第１のろ過装置と、
第１のろ過装置を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加装置と、
第２の凝集剤添加装置を通過した水を通す限外ろ過膜を備える第２のろ過装置と、
を有する、水処理装置。
［２］ 第１の凝集剤添加装置の上流に、さらに無機凝集剤を添加する第３の凝集剤添加装置を有する、請求項１に記載の水処理装置。
［３］ 分離シートが、セルロース系繊維を５０質量％以上含む、請求項１または２に記載の水処理装置。
［４］ 分離シートが不織布である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
［５］ 第１のろ過装置が、
分離シートを巻回した原反ロールと、
原反ロールから分離シートを巻取る巻取ロールとを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
［６］ 実質的に生物処理槽を有さない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
［７］ 原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加工程と、
第１の凝集剤添加工程を通過した水を分離シートに通す第１のろ過工程と、
第１のろ過工程を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加工程と、
第２の凝集剤添加工程を通過した水を限外ろ過膜に通す第２のろ過工程と、を有する、水処理方法。
［８］ 高分子凝集剤が、両性高分子凝集剤である、請求項７に記載の水処理方法。
［９］ 高分子凝集剤の添加量が、原水に対して０．５ｐｐｍ以上である、請求項７または８に記載の水処理方法。
［１０］ 無機凝集剤の添加量が、原水に対して５０ｐｐｍ未満である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の水処理方法。

本発明によれば、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理装置を提供できる。
また、本発明によれば、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理方法を提供できる。

図１は、本発明の水処理方法の一例を示したフローチャートである。 図２は、本発明の水処理方法の他の一例を示したフローチャートである。 図３は、比較例４〜６の水処理方法を示したフローチャートである。

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

［水処理装置］
本発明の水処理装置は、原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加装置と、
第１の凝集剤添加装置を通過した水を通す分離シートを備える第１のろ過装置と、
第１のろ過装置を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加装置と、
第２の凝集剤添加装置を通過した水を通す限外ろ過膜を備える第２のろ過装置と、
を有する。
本発明によれば、このような構成により、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる水処理装置を提供することができる。
従来の一般的な凝集剤添加処理は、無機凝集剤で凝結して基礎フロックを形成させた後に、高分子凝集剤で基礎フロックを粗大フロック化して、凝集させていた。
これに対し、本発明では、高分子凝集剤を添加した後に分離シートを通過させ、その後に無機凝集剤を添加した後に限外ろ過膜を通過させる順番とする。すなわち従来の一般的な凝集剤添加処理とは全く異なる順番の装置構成とすることにより、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる。
以下、本発明の水処理装置の好ましい態様について説明する。なお、水処理装置の各構成としては、本明細書中に記載の内容に加えて、特開平５−１６９０９７号公報の［００１２］〜［００２３］および特開２０００−５５６６号公報の［０００７］〜［００３１］の内容を本発明の趣旨に反しない範囲で用いることができる。これらの公報の内容は参照して本明細書に組み入れられる。

＜第１の凝集剤添加装置＞
第１の凝集剤添加装置では、原水に高分子凝集剤を添加する。
第１の凝集剤添加装置は、凝集剤添加部の他に、撹拌部を有することが好ましい。第１の凝集剤添加装置では、凝集剤を添加した水に、撹拌部で０．５〜３分間撹拌することが好ましい。撹拌部は、スターラーを備えることが好ましい。

（原水）
原水としては、特に制限はない。
本発明では限外ろ過膜を通過した処理水が得られるため、屎尿処理場や下水処理場のような生物処理法を利用する場合に適した汚水などを原水としては用いることができる。その他、原水としては、有機物、無機物、重金属類を含む各種産業排水などを用いることができる。
原水の全有機炭素（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ；ＴＯＣ）の下限値は、１０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、２０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、５０ｍｇ／Ｌ以上であることが特に好ましい。
原水の全有機炭素（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ；ＴＯＣ）の上限値は、５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、４００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、３００ｍｇ／Ｌ以下であることが特に好ましい。

（高分子凝集剤）
高分子凝集剤としては、特に制限はない。
高分子凝集剤としては、両性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤などを挙げることができる。これらの中でも、両性高分子凝集剤またはアニオン性高分子凝集剤が好ましい。本発明では、高分子凝集剤が、両性高分子凝集剤であることが、透水性を高める観点から、より好ましい。

両性高分子凝集剤としては、アニオン性基を有する構造単位と、カチオン性基を有する構造単位を含む、高分子凝集剤を挙げることができる。
両性高分子凝集剤の第１の例としては、一端にラジカル重合性基を有し他端にアニオン性基を有する分子量が９０〜１００００の反応性単量体と、カチオン性単量体とを必須単量体として共重合させることにより得られる共重合体を挙げることができる。
両性高分子凝集剤の第２の例としては、分子内にアニオン性基としてカルボキシル基、スルホン酸基を有し、カチオン性基として第三級アミン、その中和塩、四級塩等を有する高分子凝集剤を挙げることができ、これらのイオン成分の他にノニオン性の構造単位が含まれていてもよい。両性高分子凝集剤に用いられるカチオン性基を有する構造単位を形成するためのカチオン性モノマー単位としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、アリルジメチルアミンもしくはこれらの中和塩、四級塩等が挙げられる。ノニオン性の構造単位を形成するためのノニオン性のモノマー単位としては（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等を挙げることができる。
両性高分子凝集剤の第３の例としては、重量平均分子量Ｍｗが１０００〜１００万のポリ（メタ）アクリル酸及び／又はその塩のみから成る高分子化合物Ａと、
ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル第４級塩及びジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル第４級塩から選択されるカチオン性単量体単位と、５〜９５モル％のアクリルアミド単量体単位とを有する、粉末状高分子化合物又はエマルション型高分子化合物である高分子化合物Ｂと、
を含んでなり、高分子化合物Ａが高分子化合物Ｂ１００質量部に対して、０．５〜８質量部含んでなるとともに高分子化合物Ａと高分子化合物Ｂとの一部が化学的に結合していることを特徴とする両性高分子凝集剤を挙げることができる。
これらの両性高分子凝集剤としては、特許第４１５６４４１号の［００１０］〜［００１６］、特許第４１７８６８７号の［００１４］〜［００５８］および［００６５］〜［００７９］、ならびに、特許第５９４０８８１号の［００２５］〜［００８５］および［００９７］〜［０１２５］の内容を本発明の趣旨に反しない範囲で用いることができる。これらの公報の内容は参照して本明細書に組み入れられる。
本発明ではこれらの両性高分子凝集剤の中でも、ポリアクリル酸エステル系を用いることが好ましい。

ノニオン性高分子凝集剤またはアニオン性高分子凝集剤としては、アクリルアミド系組成物を用いられる。アクリルアミド系組成物は、アクリルアミドモノマーあるいはアクリルアミドの同時加水分解物と、アクリルアミドモノマーと共重合し得る重合性モノマーとの混合物を重合させて重合体を得ることにより製造できる。
ノニオン性高分子凝集剤とはアニオン構成単位が２モル％以下のもののことを言う。
アニオン性高分子凝集剤としては、特許第４１５６４４１号の［０００９］、［００１５］および［００１６］の内容を本発明の趣旨に反しない範囲で用いることができる。この公報の内容は参照して本明細書に組み入れられる。
本発明ではこれらのアニオン性高分子凝集剤の中でも、ポリアクリルアミド系を用いることが好ましい。

カチオン性高分子凝集剤としては、ジアルキルアミン類とエピハロヒドリン重縮合物、アルキレンジアミン類とジアルキルアミン及びエピハロヒドリン重縮合物、ポリジアリルジメチルアンモニウム塩化物塩、ジシアンジアミドとホルムアルデヒド重縮合物、ジシアンジアミドとホルムアルデヒドと塩化アンモニウム重縮合物、ポリアルキレンイミン、（メタ）アクリレート系カチオン性基を含む水溶性高分子、及びカチオン性界面活性剤が例示される。

本発明では、高分子凝集剤の添加量（固形分）が、原水に対して０．５ｐｐｍ以上であることが好ましく、１ｐｐｍ以上であることがより好ましく、３ｐｐｍ以上であることが特に好ましい。
高分子凝集剤の添加量の上限値は特に制限はなく、原水に対して３０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。

＜第１のろ過装置＞
第１のろ過装置は、第１の凝集剤添加装置を通過した水を通す分離シートを備える。
第１のろ過装置におけるろ過圧力は特に制限はなく、加圧なしで、第１の凝集剤添加装置を通過した水を重力によって分離シートを通過させることが好ましい。
第１の凝集剤添加装置を通過した水の第１のろ過装置への供給口は、分離シートよりも上方に位置することが好ましい。第１の凝集剤添加装置を通過した水の第１のろ過装置への供給口から、第１の凝集剤添加装置を通過した水が重力により分離シートの面に滴下されることが好ましい。
第１のろ過装置を通過した水の第２の凝集剤添加装置への排出口は、分離シートよりも下方に位置することが好ましい。分離シートを通過した水が重力により第１のろ過装置の排出口に移動することが好ましい。
なお、本明細書中、上とは重力の反対方向を意味し、下とは重力の方向を意味する。

（分離シート）
分離シートは、特に制限はない。
分離シートの孔径は、特に制限はなく、限外ろ過膜の孔径よりも大きいことが好ましい。
分離シートの形状は特に制限は無く、精密ろ過膜、不織布などを用いることができる。本発明では、分離シートが不織布であることが特に好ましい。不織布が、乾式法、湿式法、又は、スパンボンド法のいずれかの方法で製造されたことが好ましく、乾式法で製造されたことがより好ましい。
分離シートは、坪量が１０〜３００ｇ／ｍ^２であることが特に好ましい。

分離シートの材料は、特に制限はない。分離シートの材料が、セルロース系繊維、化学修飾セルロース系繊維、熱可塑性繊維、強化繊維からなる群より選択される１種以上であることが好ましく、セルロース系繊維、化学修飾セルロース系繊維、強化繊維からなる群より選択される１種以上であることがより好ましく、セルロース系繊維であることが特に好ましい。
セルロース系繊維としては、クラフトパルプ、溶解パルプ、メカニカルパルプなどを挙げることができ、クラフトパルプが好ましい。本発明では、分離シートが、セルロース系繊維を５０質量％以上含むことが好ましく、６０質量％以上含むことがより好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。分離シート中のセルロース系繊維の上限値は特に制限はなく、９９質量％以下であることが好ましく、９８質量％以下であることがより好ましく、９７質量％以下であることが特に好ましい。
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アルミナ繊維、又は、チラノ繊維であることが好ましい。
分離シートは、その他に、親水化剤を含むことが好ましい。
分離シートとしては市販のものを用いてもよい。例えば、王子キノクロス株式会社製、商品名キノクロスなどを好ましく用いることができる。

分離シートは、平膜であっても、ロール状の膜であってもよい。ロール状の膜は、原反ロールから巻きだして平膜の分離シートとして用いてもよい。
分離シートは、固定されていても、移動可能であってもよい。

（原反ロール）
本発明では、第１のろ過装置が、分離シートを巻回した原反ロールと、原反ロールから分離シートを巻取る巻取ロールとを備えることが好ましい。
分離シートを巻き取っていくことで常に新鮮な分離シートでろ過処理が可能となる。分離シートを巻き取ることで脱水を兼ねることができる。

（巻取ロール）
巻取ロールは、原反ロールよりも上方に位置し、原水が透過する分離シートの面と水平面とがなす角度が１５〜７５度であることが好ましい。
また、原水を滴下する領域が巻取ロールの近傍であることが好ましい。
巻取ロールにおける巻取り速度は１ｍ／分〜６０ｍ／分の範囲内であることが好ましい。原反ロールの幅（従って、分離シートの幅）は１００ｍｍ〜２０００ｍｍであることが好ましい。同様に、巻取ロールの幅は１００ｍｍ〜２０００ｍｍであることが好ましい。原反ロールと巻取ロールとの間に位置する分離シートの下方に、支えとなる構造物を設けることが好ましい。この構造物は、使用する分離シートより水の透過性が良いものであることが好ましい。

（滑落防止用バー）
水処理装置において、原反ロールと巻取ロールとの間に、分離シートが下方へ滑落するのを防ぐための構造物（例えば、棒状の構造物）を設けることが好ましい。棒状の構造物（バー）は、巻取ロールと原水滴下位置の間で、かつ、巻取ロールで分離シートが巻き取られる位置と同じ高さあるいはそれよりも高い位置に、巻取ロールに平行に設けることが好ましい。これにより、バーの上を分離シートが通過することで、巻取直前の除去対象物（使用済みの分離シート）が下方へ滑落するのを防ぐことができる。

（原水の供給口）
分離シートに滴下する原水の供給口は、原反ロールに対して平行な向きに横長であることが好ましい。また、滴下する原水の供給口の幅は、分離シートの幅と同等であることが望ましい。分離シート全体に水が滴下するようにできる。原水供給口の幅は、分離シート（原反ロール）の幅を１００％としたとき、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、９５％以上であることが最も好ましい。

＜第２の凝集剤添加装置＞
第２の凝集剤添加装置では、第１のろ過装置を通過した水に無機凝集剤を添加する。
第２の凝集剤添加装置は、凝集剤添加部の他に、撹拌部を有することが好ましい。第２の凝集剤添加装置では、凝集剤を添加した水に、撹拌部で０．５〜３分間撹拌することが好ましい。撹拌部は、スターラーを備えることが好ましい。

（無機凝集剤）
無機凝集剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄、ポリシリカ鉄が例示される。これらの中でも、硫酸バンドおよびＰＡＣが好ましく、ｐＨ調整せずに用いられる観点からＰＡＣがより好ましい。

第２の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の添加量（酸化アルミニウム換算）が、原水に対して５ｐｐｍ以上であることが好ましく、１０ｐｐｍ以上であることがより好ましく、２０ｐｐｍ以上であることが特に好ましい。
第２の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の添加量の上限値は特に制限はなく、本発明では原水に対して５０ｐｐｍ未満であることが好ましく、４５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、４０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。

＜第２のろ過装置＞
第２のろ過装置は、第２の凝集剤添加装置を通過した水を通す限外ろ過膜を備える。
第２のろ過装置におけるろ過圧力は特に制限はなく、下限値が０．０１ＭＰａ以上であることが好ましく、０．０２ＭＰａ以上であることがより好ましく、０．０３ＭＰａ以上であることが特に好ましい。第２のろ過装置におけるろ過圧力の上限値が１．０ＭＰａ以下であることが好ましく、０．８ＭＰａ以下であることがより好ましく、０．６ＭＰａ以下であることが特に好ましい。なお、公知のポンプなどを用いて、ろ過圧力を水に加えることができる。
第２のろ過装置を通過させるフラックスは特に制限は無く、下限値が０．３ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）以上であることが好ましく、０．４ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）以上であることがより好ましく、０．５ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）以上であることが特に好ましい。
第２のろ過装置は、限外ろ過膜を逆洗浄できる逆洗浄装置を備えることが好ましい。
第２のろ過装置を通過した処理水の特性は、特に制限はない。一般に限外ろ過膜を用いれば、耐塩素性病原微生物を含めた菌を分離除去することが可能であるため、感染症のリスクが極めて少なくなる。

（限外ろ過膜）
一般に、懸濁物質を多く含む未処理の原水をそのまま限外ろ過膜処理しようとすると膜が直ちに閉塞してしまう。これに対し、本発明では、原水に適切な前処理を施した後に、限外ろ過膜を通過させることにより、透水性に優れた限外ろ過膜処理ができる。
限外ろ過膜としては特に制限は無く、公知の限外ろ過膜を用いることができる。限外ろ過膜としては市販のものを用いてもよい。例えば、王子エンジニアリング株式会社製、ＯＪＩ−ＣＬＥＡＲ（登録商標）などを好ましく用いることができる。
限外ろ過膜は、孔径の下限値が０．００１μｍ以上であることが好ましく、０．０５μｍ以上であることがより好ましく、０．０１μｍ以上であることが特に好ましい。孔径の上限値が０．０５μｍ以下であることが好ましく、０．０４μｍ以下であることがより好ましく、０．０３μｍ以下であることが特に好ましい。

（逆洗浄装置）
逆洗浄装置としては特に制限は無く、公知の逆洗浄装置を用いることができる。
本発明では、例えば、ろ過量５０Ｌ／ｍ^２毎に逆洗浄を実施することが好ましい。ただし、逆洗浄を実施するタイミングは特に制限は無く、限外ろ過膜が閉塞しないで長期間の安定運転ができるように定めることができる。

＜第３の凝集剤添加装置＞
本発明では、第１の凝集剤添加装置の上流に、さらに無機凝集剤を添加する第３の凝集剤添加装置を有することが好ましい。
第３の凝集剤添加装置は、凝集剤添加部の他に、撹拌部を有することが好ましい。第３の凝集剤添加装置では、凝集剤を添加した水に、撹拌部で０．５〜３分間撹拌することが好ましい。撹拌部は、スターラーを備えることが好ましい。
第３の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の好ましい態様は、第２の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の好ましい態様と同様である。

第３の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の添加量が、原水に対して５ｐｐｍ以上であることが好ましく、１０ｐｐｍ以上であることがより好ましく、２０ｐｐｍ以上であることが特に好ましい。
第３の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の添加量の上限値は特に制限はなく、本発明では原水に対して５０ｐｐｍ未満であることが好ましく、４５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、４０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。

第２の凝集剤添加装置および第３の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の合計添加量が、原水に対して５ｐｐｍ以上であることが好ましく、１０ｐｐｍ以上であることがより好ましく、２０ｐｐｍ以上であることが特に好ましい。
第２の凝集剤添加装置および第３の凝集剤添加装置で添加する無機凝集剤の合計添加量の上限値は特に制限はなく、本発明では原水に対して５０ｐｐｍ未満であることが好ましく、４５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、４０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。

＜その他の装置＞
水処理装置は、その他の装置を有していてもよい。
例えば、第２のろ過装置の後段階（下流）として、逆浸透膜を備えるろ過装置を有していてもよい。なお、第２のろ過装置の後段階（下流）として、そのまま放流（例えば、災害時の緊急放流など）してもよい。
また、各凝集剤添加装置は、水のｐＨを調整可能なｐＨ調整部を備えていてもよいが、ｐＨ調整部を備えないことが低コスト化の観点から好ましい。
また、水を各装置間で移動させる方法としては特に制限は無く、公知のポンプなどを用いてもよく、重力による移動を用いてもよい。災害時の利用の観点から、水を各装置間で移動させる方法は、重力による移動であることが好ましい。すなわち、上流側から順に上から下に水が移動するように各装置を配置することが好ましい。
本発明の水処理装置は、実質的に生物処理槽を有さないことが、低コスト化および災害時の省電力化の観点から好ましい。ここで、災害時などの停電時には、生物処理用の空気供給に必要な電力確保が困難であるため、下水処理場では応急処置として生物処理を省略する場合がある。従来、既設沈殿池あるいは素堀りなどの仮設沈殿池に塩素剤を投入し、除菌したうえで緊急放流することが応急復旧として行われている。このような緊急時においても、大腸菌群などの病原微生物を可能な限り除菌して放流することが求められる。本発明の水処理装置は、実質的に生物処理槽を有さない場合も、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできるため、災害時に好ましく用いることができる。
本発明の水処理装置は、第１の凝集剤添加装置、第２の凝集剤添加装置および第３の凝集剤添加装置の下流に、実質的に沈殿槽を有さないことが、低コスト化の観点から好ましい。

［水処理方法］
本発明の水処理方法は、原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加工程と、
第１の凝集剤添加工程を通過した水を分離シートに通す第１のろ過工程と、
第１のろ過工程を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加工程と、
第２の凝集剤添加工程を通過した水を限外ろ過膜に通す第２のろ過工程と、を有する。
水処理方法の各工程の好ましい態様は、水処理装置の各装置の好ましい態様と同様である。

＜水処理方法の構成＞
図１および２に、本発明の水処理方法の一例を示した。
図１に示した水処理方法の一例では、原水に、高分子凝集剤を添加し、分離シートでろ過した後にさらに無機凝集剤を添加し、その後に限外ろ過膜を通過させ、処理水を得る。
図２に示した水処理方法の他の一例は、原水に、無機凝集剤および高分子凝集剤をこの順で添加し、分離シートでろ過した後にさらに無機凝集剤を添加し、その後に限外ろ過膜を通過させ、処理水を得る。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

［実施例１］
下水原水（ＴＯＣ＝７０ｍｇ／Ｌ程度）に、第１の凝集剤添加装置から両性高分子凝集剤を固形分として３ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分撹拌した。実施例１〜３、比較例２および３では、両性高分子凝集剤としてハイモ株式会社製、商品名ハイモロックＭＳ−８８４（ポリアクリル酸エステル系）を用いた。
その後、第１の凝集剤添加装置を通過した水を、パルプを主原料とした分離シート（実施例１〜４および比較例１〜６で共通。王子キノクロス株式会社製、商品名キノクロス。乾式法で製造。パルプを９０質量％含む）を固定された平膜として備える第１のろ過装置でろ過した。
第１のろ過装置を通過したろ過水に、第２の凝集剤添加装置からポリ塩化アルミニウム（表１にはＰＡＣと記載）を酸化アルミニウムとして３０ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分間撹拌し、被処理水を得た。
そして、第２の凝集剤添加装置を通過した被処理水を限外ろ過膜（ＵＦ膜；王子エンジニアリング株式会社製、ＯＪＩ−ＣＬＥＡＲ（登録商標）、孔径０．０２μｍ）にろ過圧力０．１ＭＰａで供給し、処理水を得た。
図１に実施例１および２の水処理方法のフローチャートを示した。

＜限外ろ過膜試験＞
ろ過量５０Ｌ／ｍ^２毎に逆洗浄を実施して、透水性の変化を観察した。
ろ過量１００Ｌ／ｍ^２（１００Ｌ／ｍ^２通水時）のフラックスに対する、ろ過量１５０Ｌ／ｍ^２（１５０Ｌ／ｍ^２通水時）のフラックスの割合を、逆洗浄後のフラックス回復率として評価した。実施例１では、ろ過量１５０Ｌ／ｍ^２の時点で実施した逆洗浄後のフラックスは０．８０ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）であり、逆洗浄後のフラックスの回復率は８９％であった。
逆洗浄後のフラックスの回復率をもとに、透水性を以下の基準で評価した。
◎：逆洗浄後のフラックスの回復率が８０％以上。
○：逆洗浄後のフラックスの回復率が７０％以上、８０％未満。
△：逆洗浄後のフラックスの回復率が７０％未満。
×：ろ過量が１５０Ｌ／ｍ^２に達する前に、限外ろ過膜が閉塞。
透水性および逆洗浄後のフラックスの回復率の結果を、下記表１に記載した。

［実施例２］
実施例１において添加した両性高分子凝集剤の添加量を１ｐｐｍとし、それ以外は実施例１と同じ条件で試験を実施した。
その結果、ろ過量１５０Ｌ／ｍ^２の時点で実施した逆洗浄後のフラックスは０．５７ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）であり、実施例１と同様の方法で求めた逆洗浄後のフラックスの回復率は７２％であった。
得られた結果を下記表１に記載した。

［実施例３］
下水原水（ＴＯＣ＝７０ｍｇ／Ｌ程度）に、第３の凝集剤添加装置からポリ塩化アルミニウムを酸化アルミニウムとして３０ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分撹拌した。
その後、第３の凝集剤添加装置を通過した水に、第１の凝集剤添加装置から両性高分子凝集剤を固形分として１ｐｐｍ添加し、再びスターラーを用いて１分撹拌した。
そして、パルプを主原料とした分離シートを備える第１のろ過装置でろ過した。
第１のろ過装置を通過したろ過水に、第２の凝集剤添加装置からポリ塩化アルミニウムを酸化アルミニウムとして１４ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分間撹拌し、被処理水を得た。
第２の凝集剤添加装置を通過した被処理水を、実施例１と同様の条件で限外ろ過膜処理し、処理水を得た。
図２に実施例３および４の水処理方法のフローチャートを示した。
実施例１と同様にして、透水性の変化を確認した。その結果、ろ過量１５０Ｌ／ｍ^２の時点で実施した逆洗浄後のフラックスは１．２ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）であり、実施例１と同様の方法で求めた逆洗浄後のフラックスの回復率は８５％であった。
得られた結果を下記表１に記載した。

［実施例４］
実施例３において添加した両性高分子凝集剤をアニオン性高分子凝集剤とし、それ以外は実施例３と同じ条件で試験を実施した。実施例４および比較例４〜６では、アニオン性高分子凝集剤としてハイモ株式会社製、商品名ハイモロックＡＰ−１１５（ポリアクリルアミド系）を用いた。
その結果、ろ過量１５０Ｌ／ｍ^２の時点で実施した逆洗浄後のフラックスは１．０ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）であり、実施例１と同様の方法で求めた逆洗浄後のフラックスの回復率は７６％であった。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例１］
下水原水（ＴＯＣ＝７０ｍｇ／Ｌ程度）に、第１の凝集剤添加装置からポリ塩化アルミニウムを酸化アルミニウムとして３０ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分撹拌した。
その後、第１の凝集剤添加装置を通過した水を、パルプを主原料とした分離シートを備える第１のろ過装置でろ過し、被処理水を得た。
得られた被処理水を、実施例１と同様の条件で限外ろ過膜処理し、処理水を得た。
実施例１と同様にして、透水性の変化を確認した。その結果、ろ過量５０Ｌ／ｍ^２の時点のフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例２］
下水原水（ＴＯＣ＝７０ｍｇ／Ｌ程度）に、第１の凝集剤添加装置から両性高分子凝集剤を固形分として３ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分撹拌した。
その後、第１の凝集剤添加装置を通過した水を、パルプを主原料とした分離シートを備える第１のろ過装置でろ過し、被処理水を得た。
得られた被処理水を、実施例１と同様の条件で限外ろ過膜処理し、処理水を得た。
実施例１と同様にして、透水性の変化を確認した。その結果、ろ過量１０Ｌ／ｍ^２の時点のフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例３］
比較例２において添加した両性高分子凝集剤の添加量を８ｐｐｍとし、それ以外は比較例２と同じ条件で試験を実施した。
その結果、ろ過量３０Ｌ／ｍ^２の時点のフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例４］
下水原水（ＴＯＣ＝７０ｍｇ／Ｌ程度）に、第３の凝集剤添加装置からポリ塩化アルミニウムを酸化アルミニウムとして３０ｐｐｍ添加し、スターラーを用いて１分撹拌した。
その後、第３の凝集剤添加装置を通過した水に、第１の凝集剤添加装置からアニオン性高分子凝集剤を固形分として１ｐｐｍ添加し、再びスターラーを用いて１分撹拌した。
そして、第１の凝集剤添加装置を通過した水を、パルプを主原料とした分離シートでろ過し、被処理水を得た。
図３に比較例４〜６の水処理方法のフローチャートを示した。
得られた被処理水を、実施例１と同様の条件で限外ろ過膜処理し、処理水を得た。
実施例１と同様にして、透水性の変化を確認した。その結果、ろ過量１００Ｌ／ｍ^２の時点でフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例５］
比較例４において添加したアニオン性高分子凝集剤の添加量を３ｐｐｍとし、それ以外は比較例４と同じ条件で試験を実施した。
その結果、ろ過量７０Ｌ／ｍ^２の時点でフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

［比較例６］
比較例４において添加したアニオン性高分子凝集剤の添加量を５ｐｐｍとし、それ以外は比較例４と同じ条件で試験を実施した。
その結果、ろ過量６０Ｌ／ｍ^２の時点でフラックスは０．１ｍ^３／（ｍ^２・ｈｒ）未満となり、逆洗浄を実施してもフラックスは回復せず、限外ろ過膜は閉塞した。
得られた結果を下記表１に記載した。

以上より、本発明の水処理装置によれば、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできることがわかった。なお、第１のろ過装置として、分離シートを巻回した原反ロールと、原反ロールから分離シートを巻取る巻取ロールとを備える第１のろ過装置を用いた場合も、同様の結果が得られる。
比較例１によれば、分離シートよりも前段階（上流）に高分子凝集剤を添加せず、分離シートよりも後段階（下流）に無機凝集剤を添加しない場合は、限外ろ過膜が閉塞することがわかった。
比較例２〜６によれば、分離シートよりも後段階（下流）に無機凝集剤を添加しない場合は、限外ろ過膜が閉塞することがわかった。特に、分離シートよりも前段階（上流）に添加する高分子凝集剤の種類や添加量を変化させても、同様の結果であった。

本発明の水処理装置および水処理方法によれば、低コストで、透水性に優れた限外ろ過膜処理をできる。
特に、無機凝集剤の添加量を減らすことによって、安価に限外ろ過膜処理をできる。また、限外ろ過膜を逆洗浄することによって、長期間の安定的な限外ろ過膜処理をできる。
そのため、汚泥処理や曝気に多量の電力が必要な生物処理槽および凝集沈殿槽を組み合わせる通常の水処理を行うことができない災害時などにおいて、下水などの原水を低コストで除菌して緊急放流することができる。すなわち、災害時等のように電力や用水が限られる中であっても、有機汚濁を含む排水を膜分離処理し、菌を除去することができる水処理装置および水処理方法を提供できる。よって本発明の水処理装置および水処理方法は、産業上の利用可能性がある。

Claims (10)

1. 原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加装置と、
   前記第１の凝集剤添加装置を通過した水を通す分離シートを備える第１のろ過装置と、
   前記第１のろ過装置を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加装置と、
   前記第２の凝集剤添加装置を通過した水を通す限外ろ過膜を備える第２のろ過装置と、
   を有する、水処理装置。
2. 前記第１の凝集剤添加装置の上流に、さらに無機凝集剤を添加する第３の凝集剤添加装置を有する、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記分離シートが、セルロース系繊維を５０質量％以上含む、請求項１または２に記載の水処理装置。
4. 前記分離シートが不織布である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
5. 前記第１のろ過装置が、
   前記分離シートを巻回した原反ロールと、
   前記原反ロールから前記分離シートを巻取る巻取ロールとを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
6. 実質的に生物処理槽を有さない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
7. 原水に高分子凝集剤を添加する第１の凝集剤添加工程と、
   前記第１の凝集剤添加工程を通過した水を分離シートに通す第１のろ過工程と、
   前記第１のろ過工程を通過した水に無機凝集剤を添加する第２の凝集剤添加工程と、
   前記第２の凝集剤添加工程を通過した水を限外ろ過膜に通す第２のろ過工程と、を有する、水処理方法。
8. 前記高分子凝集剤が、両性高分子凝集剤である、請求項７に記載の水処理方法。
9. 前記高分子凝集剤の添加量が、前記原水に対して０．５ｐｐｍ以上である、請求項７または８に記載の水処理方法。
10. 前記無機凝集剤の添加量が、前記原水に対して５０ｐｐｍ未満である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の水処理方法。
    

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