JP2018134585A - 水処理設備および水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、膜分離することができる水処理装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る水処理設備は、有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離部と、前記膜分離部の上流側に配され、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理部と、を備え、前記前処理部は、膜分離前の前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定するバイオポリマー濃度測定部と、前記バイオポリマー濃度測定部によって測定された前記バイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリングを抑制するようにファウリング抑制物質を膜分離前の前記被処理水に添加するファウリング抑制物質添加部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】 本発明に係る水処理設備は、有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離部と、前記膜分離部の上流側に配され、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理部と、を備え、前記前処理部は、膜分離前の前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定するバイオポリマー濃度測定部と、前記バイオポリマー濃度測定部によって測定された前記バイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリングを抑制するようにファウリング抑制物質を膜分離前の前記被処理水に添加するファウリング抑制物質添加部と、を備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機物を含む被処理水を膜分離する水処理設備および水処理方法に関する。
従来、有機物を含む被処理水を膜分離する水処理設備として、前記被処理水を膜分離する膜分離部と、前記膜分離部の上流側に配され、膜分離前の前記被処理水中の有機物を前処理する前処理部と、を備えるものが知られている。該水処理装置の前処理部においては、膜分離部の分離膜における有機物由来の膜閉塞（以下、ファウリングともいう）を抑制するための前処理が行われている。有機物由来のファウリングは、膜分離部の分離膜の孔の内部に、被処理水中の有機物が入り込むことによって孔が目詰まりし、閉塞することにより生じると考えられている。
このような水処理設備としては、例えば、特許文献１および２に記載のものが挙げられる。
このような水処理設備としては、例えば、特許文献１および２に記載のものが挙げられる。
特許文献１に記載の水処理設備は、前処理部として、有機物を含む被処理水中のＴＯＣを測定するＴＯＣ測定手段と、該ＴＯＣ測定手段によって測定された被処理水中のＴＯＣに応じて被処理水中の有機物を酸化分解する酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、酸化剤添加後の被処理水を通水させたときに、該被処理水中の有機物を酸化分解する酸化処理層とを備え、膜分離部として、有機物が酸化分解された被処理水を膜分離する分離膜を備えている。
特許文献１に記載の水処理設備の前処理部においては、有機物を低分子化し、該有機物を分離膜の孔を透過させることにより、分離膜における有機物由来のファウリングを抑制している。
特許文献１に記載の水処理設備の前処理部においては、有機物を低分子化し、該有機物を分離膜の孔を透過させることにより、分離膜における有機物由来のファウリングを抑制している。
特許文献２に記載の水処理設備は、膜分離部として、逆浸透膜と、該逆浸透膜の濃縮水のＴＯＣを測定するＴＯＣ測定手段とを備え、前処理部として、膜分離部のＴＯＣ測定手段によって測定された濃縮水のＴＯＣが所定値以上になったときに、有機物を含む被処理水に、有機物を栄養源として繁殖した微生物（バクテリア、カビなど）に由来するスライムの形成を抑制するスライム抑制剤（次亜塩素酸など）を供給するスライム抑制剤供給手段とを備えている。
特許文献２に記載の水処理設備の前処理部においては、被処理水にスライム抑制剤を供給し、被処理水中でのスライムの形成を抑制することによって、逆浸透膜における有機物由来のファウリングを抑制している。
特許文献２に記載の水処理設備の前処理部においては、被処理水にスライム抑制剤を供給し、被処理水中でのスライムの形成を抑制することによって、逆浸透膜における有機物由来のファウリングを抑制している。
上記各特許文献に記載の水処理設備のように、有機物を含む被処理水において、該被処理水中のＴＯＣ値を基準として、膜分離部におけるファウリングを抑制すべく、膜分離前の被処理水に酸化剤やスライム抑制剤を添加した場合、ＴＯＣ値が同じであっても、ファウリングが発生することもあれば、ファウリングが発生ないこともあり、ファウリングの発生にはバラツキがあった。
そのため、ＴＯＣ値を基準として、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制することは難しかった。
そのため、ＴＯＣ値を基準として、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制することは難しかった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる水処理設備および水処理方法を提供することを課題とする。
一般に、有機物を含む被処理水においては、該有機物の一部としてバイオポリマーが含まれている。
そして、有機物を含む被処理水を膜分離するときにファウリングが生じる原因について、本発明者が鋭意検討したところ、ファウリングを生じさせる主原因物質はバイオポリマーであることが判明した。
そして、有機物を含む被処理水を膜分離するときにファウリングが生じる原因について、本発明者が鋭意検討したところ、ファウリングを生じさせる主原因物質はバイオポリマーであることが判明した。
すなわち、本発明に係る水処理設備は、有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離部と、前記膜分離部の上流側に配され、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理部と、を備え、前記前処理部は、膜分離前の前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定するバイオポリマー濃度測定部と、前記バイオポリマー濃度測定部によって測定された前記バイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリングを抑制するようにファウリング抑制物質を膜分離前の前記被処理水に添加するファウリング抑制物質添加部と、を備える。
斯かる構成によれば、前処理部のバイオポリマー濃度測定部によって膜分離前の被処理水中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリング抑制物質を膜分離前の前記被処理水に添加することができる。
これにより、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる。
これにより、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる。
また、上記水処理設備においては、前記前処理部は、前記バイオポリマー濃度測定部および前記ファウリング抑制物質添加部よりも上流側に、水質浄化作用を有する微生物を生育させた濾材を有し、かつ該濾材を用いて膜分離前の前記被処理水を濾過する生物接触濾過部を備えてもよい。
斯かる構成によれば、被処理水中に含まれ、かつ微生物により浄化される成分を、濾材に生育させた水質浄化作用を有する微生物によって浄化しつつ、被処理水における懸濁物質を濾材によって濾過することができる。
これにより、後段の膜分離部における膜分離の負荷を低減することができる。
これにより、後段の膜分離部における膜分離の負荷を低減することができる。
また、上記水処理設備においては、前記膜分離部は、精密濾過膜または限外濾過膜を備え、該精密濾過膜または該限外濾過膜を用いて膜分離してもよい。
斯かる構成によれば、膜分離部におけるファウリングの進行を抑制しつつ、安定した操作圧力で膜濾過を継続して行うことができる。
本発明に係る水処理方法は、有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離工程と、前記膜分離工程前に、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理工程と、を備え、前記前処理工程は、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加して、前記膜分離工程で膜分離する被処理水とし、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度未満の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加せずに、前記膜分離工程で膜分離する被処理水とする。
斯かる構成によれば、前処理工程において、測定された被処理水中のバイオポリマー濃度が所定濃度以上の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加して、膜分離工程で膜分離する被処理水を得、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度未満の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加せずに、膜分離工程で膜分離する被処理水を得ることができる。
これにより、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる。
これにより、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる。
以上のように、本発明によれば、膜分離部におけるファウリングの発生を適切に抑制しつつ、被処理水を膜分離することができる水処理設備および水処理方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る水処理設備について、図面を参照しながら説明する。
水処理設備１は、有機物を含む被処理水Ａを膜分離する膜分離部１０と、膜分離部１０の上流側に配され、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を調整する前処理部２０と、を備える。
被処理水Ａとしては、例えば、湖水（ダム湖水など）、沼水、河川水などが挙げられる。
被処理水Ａとしては、例えば、湖水（ダム湖水など）、沼水、河川水などが挙げられる。
ここで、バイオポリマーとは、各種被処理水中に存在する有機物の一種であり、一般的には、みかけ分子量が１０万Ｄａ以上の多糖類およびタンパク質とされている。
バイオポリマーの濃度は、有機炭素検出型排除クロマトグラフ法（ＬＣ−ＯＣＤ）で測定することができる。ここで、ＬＣ−ＯＣＤ法とは、試料中のＴＯＣ成分を分子量ごとに分画し、クロマトグラムとして示す分析法であり、クロマトグラム上では、分子量および親水性の大きい有機物ほど保持時間が短くなる傾向がある。
ＬＣ−ＯＣＤ法の測定条件としては、カラムとして２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓを用い、流速を１．１ｍＬ／ｍｉｎにし、サンプル注入量を１ｍＬにし、ＵＶ波長を２５４ｎｍにし、ＯＣＤ計への酸注入量を０．２ｍＬ／ｍｉｎにし、溶離液としてｐＨ６．８５ リン酸バッファを用い、酸性化溶液として１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加した溶液を用いるというものを採用することができる。
ＬＣ−ＯＣＤ法に用いる測定装置としては、例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ装置（ＤＯＣ−Ｌａｂａｒ製）を用いることができる。
バイオポリマーの濃度は、有機炭素検出型排除クロマトグラフ法（ＬＣ−ＯＣＤ）で測定することができる。ここで、ＬＣ−ＯＣＤ法とは、試料中のＴＯＣ成分を分子量ごとに分画し、クロマトグラムとして示す分析法であり、クロマトグラム上では、分子量および親水性の大きい有機物ほど保持時間が短くなる傾向がある。
ＬＣ−ＯＣＤ法の測定条件としては、カラムとして２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓを用い、流速を１．１ｍＬ／ｍｉｎにし、サンプル注入量を１ｍＬにし、ＵＶ波長を２５４ｎｍにし、ＯＣＤ計への酸注入量を０．２ｍＬ／ｍｉｎにし、溶離液としてｐＨ６．８５ リン酸バッファを用い、酸性化溶液として１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加した溶液を用いるというものを採用することができる。
ＬＣ−ＯＣＤ法に用いる測定装置としては、例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ装置（ＤＯＣ−Ｌａｂａｒ製）を用いることができる。
膜分離部１０は、精密濾過膜（ＭＦ膜）を含む膜分離ユニットを有し、前処理部２０で前処理された有機物等を含む被処理水Ａの有機物を膜分離ユニットで膜分離するように構成されている。
また、膜分離部１０は、膜分離ユニットでの膜分離によって、精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水Ｚと、精密濾過膜を透過せずに有機物等が濃縮された濃縮水Ｘとを得るように構成されている。
また、膜分離部１０は、膜分離ユニットでの膜分離によって、精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水Ｚと、精密濾過膜を透過せずに有機物等が濃縮された濃縮水Ｘとを得るように構成されている。
詳しくは、膜分離部１０は、図２に示すように、複数の膜分離ユニット１１を有する。膜分離部１０においては、複数の膜分離ユニット１１が並列的に被処理水Ａを膜分離するように、膜分離ユニット１１がそれぞれ配されている。すなわち、膜分離部１０は、被処理水Ａを並列的に膜分離する複数の膜分離ユニット１１を有する。
膜分離部１０は、図２に示すように、被処理水Ａの膜分離によって、膜分離ユニット１１のそれぞれで精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水Ｚと、膜分離ユニット１１のそれぞれで精密濾過膜を透過せず有機物等が濃縮された濃縮水Ｘとを得るように構成されている。
すなわち、膜分離部１０は、膜分離によって生じた透過水Ｚと濃縮水Ｘとがそれぞれ取り出されるように構成されている。
膜分離部１０は、図２に示すように、被処理水Ａの膜分離によって、膜分離ユニット１１のそれぞれで精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水Ｚと、膜分離ユニット１１のそれぞれで精密濾過膜を透過せず有機物等が濃縮された濃縮水Ｘとを得るように構成されている。
すなわち、膜分離部１０は、膜分離によって生じた透過水Ｚと濃縮水Ｘとがそれぞれ取り出されるように構成されている。
精密濾過膜の材質としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、芳香族アミドなどのポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホンなどを挙げることができる。
精密濾過膜の形状としては、従来公知のものが挙げられ、例えば、直径数ｍｍの中空糸状に形成されたいわゆる中空糸膜状、スパイラル状、または板状の平膜状などが挙げられる。
膜分離ユニット１１は、精密濾過膜を含み、該精密濾過膜によって有機物を含む被処理水Ａを膜分離し、精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水Ｚと、精密濾過膜を透過せず有機物等が濃縮された濃縮水Ｘとを得るように構成されている。
膜分離ユニット１１としては、例えば、市販されている一般的なものを用いることができる。
膜分離部１０の上流側には、被処理水Ａを加圧するための加圧ポンプが配されていてもよい。
また、膜分離ユニット１１として浸漬型のものを使用する場合、吸引することにより濾過を行うので、膜分離部１０の下流側（すなわち、分離膜の透過側）に吸引ポンプが配されていてもよい。
膜分離ユニット１１としては、例えば、市販されている一般的なものを用いることができる。
膜分離部１０の上流側には、被処理水Ａを加圧するための加圧ポンプが配されていてもよい。
また、膜分離ユニット１１として浸漬型のものを使用する場合、吸引することにより濾過を行うので、膜分離部１０の下流側（すなわち、分離膜の透過側）に吸引ポンプが配されていてもよい。
本実施形態においては、膜分離ユニット１１に分離膜として精密濾過膜が含まれる例について説明したが、膜分離ユニット１１に含まれる分離膜はこれに限られない。膜分離ユニット１１に含まれる分離膜は、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外濾過膜などであってもよい。
本実施形態の前処理部２０は、膜分離前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定するバイオポリマー濃度測定部２１と、バイオポリマー濃度測定部２１によって測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリングの発生を抑制するようにファウリング抑制物質を膜分離前の被処理水Ａに添加するファウリング抑制物質添加部２２とを備える。
また、前処理部２０は、バイオポリマー濃度測定部２１およびファウリング抑制物質添加部２２の上流側に、水質浄化作用を有する微生物を生育させた濾材を有し、かつ該濾材を用いて膜分離前の被処理水Ａを濾過する生物接触濾過部２３を備える。
さらに、前処理部２０は、バイオポリマー濃度測定部２１およびファウリング抑制物質添加部２２の下流側に、ファウリング抑制物質と被処理水Ａとを混合するための混合部２４を備える。
バイオポリマー濃度測定部２１は、膜分離前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定するように構成され、生物接触濾過後の被処理水Ａをサンプリングするためのサンプリング槽２１ａと、サンプリング槽２１ａ内の被処理水Ａをサンプリングするサンプラー２１ｂと、サンプラー２１ｂによってサンプリングされた被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定するための濃度測定装置２１ｃとを備える。
サンプリング槽２１ａは、生物接触濾過部２３において濾過された被処理水Ａを内部空間に収容するように構成されている。また、サンプリング槽２１ａは、内部空間に収容された被処理水Ａを撹拌するように構成されている。
サンプラー２１ｂは、サンプリング槽２１ａ内の被処理水Ａをサンプリングできるように構成されている。サンプラー２１ｂとしては、ポータブル自動採水器、ベイラーサンプラーなどを用いることができる。
濃度測定装置２１ｃは、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定できるように構成され、例えば、ＬＣ−ＯＣＤ法や三次元蛍光測定法などの公知のバイオポリマー濃度およびバイオポリマーに類するものの濃度の測定方法で、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定できるように構成されている。
ファウリング抑制物質添加部２２は、バイオポリマー濃度測定部２１で測定された被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリング抑制物質を添加するように構成されている。前記所定濃度は、任意の値に設定することができる。好ましくは１２μｇ／Ｌ以上の値に設定することができ、より好ましくは９μｇ／Ｌ以上の値に設定することができる。
なお、上記バイオポリマー濃度の値は、ＬＣ−ＯＣＤ法により測定される値である。ＬＣ−ＯＣＤ法の測定条件としては、カラムとして２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓを用い、流速を１．１ｍＬ／ｍｉｎにし、サンプル注入量を１ｍＬにし、ＵＶ波長を２５４ｎｍにし、ＯＣＤ計への酸注入量を０．２ｍＬ／ｍｉｎにし、溶離液としてｐＨ６．８５ リン酸バッファを用い、酸性化溶液として１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加した溶液を用いるというものを採用することができる。
ＬＣ−ＯＣＤ法に用いる測定装置としては、例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ装置（ＤＯＣ−Ｌａｂａｒ製）を用いることができる。
なお、上記バイオポリマー濃度の値は、ＬＣ−ＯＣＤ法により測定される値である。ＬＣ−ＯＣＤ法の測定条件としては、カラムとして２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓを用い、流速を１．１ｍＬ／ｍｉｎにし、サンプル注入量を１ｍＬにし、ＵＶ波長を２５４ｎｍにし、ＯＣＤ計への酸注入量を０．２ｍＬ／ｍｉｎにし、溶離液としてｐＨ６．８５ リン酸バッファを用い、酸性化溶液として１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加した溶液を用いるというものを採用することができる。
ＬＣ−ＯＣＤ法に用いる測定装置としては、例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ装置（ＤＯＣ−Ｌａｂａｒ製）を用いることができる。
ファウリング抑制物質としては、凝集剤、粉末活性炭、酸化剤などの各種公知のものを用いることができる。好ましくは、凝集剤、粉末活性炭を用いることができる。より好ましくは、バイオポリマーを捕捉する凝集剤を用いることができる。
凝集剤としては、無機系凝集剤および有機系凝集剤のいずれも用いることができる。
無機系凝集剤としては、鉄系、アルミ系のものを用いることができる。鉄系の凝集剤としては、ポリ鉄、塩化第二鉄などが挙げられる。アルミ系の凝集剤としては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などが挙げられる。
有機系凝集剤としては、高分子凝集剤などを用いることができる。高分子凝集剤としては、天然高分子系および合成高分子系のいずれも用いることができる。また、高分子凝集剤として、カチオン性、アニオン性、ノニオン性、両性のいずれのものも用いることができる。
上記のような凝集剤の中でも、アルミ系の無機凝集剤を用いることが好ましい。
また、粉末活性炭としては、ヤシ殻、木材（木質）等の植物系のものを原料とするもの、石炭、石油（ピッチ）等の鉱物系のものを原料とするものなどを用いることができる。これらの中でも、ヤシ殻を原料とするヤシ殻炭を用いることが好ましい。
凝集剤としては、無機系凝集剤および有機系凝集剤のいずれも用いることができる。
無機系凝集剤としては、鉄系、アルミ系のものを用いることができる。鉄系の凝集剤としては、ポリ鉄、塩化第二鉄などが挙げられる。アルミ系の凝集剤としては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などが挙げられる。
有機系凝集剤としては、高分子凝集剤などを用いることができる。高分子凝集剤としては、天然高分子系および合成高分子系のいずれも用いることができる。また、高分子凝集剤として、カチオン性、アニオン性、ノニオン性、両性のいずれのものも用いることができる。
上記のような凝集剤の中でも、アルミ系の無機凝集剤を用いることが好ましい。
また、粉末活性炭としては、ヤシ殻、木材（木質）等の植物系のものを原料とするもの、石炭、石油（ピッチ）等の鉱物系のものを原料とするものなどを用いることができる。これらの中でも、ヤシ殻を原料とするヤシ殻炭を用いることが好ましい。
ファウリング抑制物質として凝集剤を用いた場合、該凝集剤によってバイオポリマーを膜分離ユニット１１に含まれる精密濾過膜の孔よりも大きなフロックにすることにより、バイオポリマーが精密濾過膜の孔の内部に入り込んで孔を目詰まりさせることを抑制し、精密濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
また、ファウリング抑制物質として粉末活性炭を用いた場合、該粉末活性炭が有する細孔内にバイオポリマーを吸着させて、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を低下させることにより、精密濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
また、ファウリング抑制物質として粉末活性炭を用いた場合、該粉末活性炭が有する細孔内にバイオポリマーを吸着させて、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を低下させることにより、精密濾過膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
また、ファウリング抑制物質添加部２２は、図示しない制御部を備えている。該制御部は、被処理水Ａへのファウリング抑制物質の添加の要否を判定するとともに、ファウリング抑制物質の添加が必要な場合には、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度に応じて被処理水Ａへのファウリング抑制物質の添加量を制御している。そのため、必要量以上のファウリング抑制物質を添加することなく、ファウリングの発生を抑制することができる。これにより、膜分離部１０におけるファウリングの発生を適切に抑制することができる。
ファウリング抑制物質の添加量は、ファウリング抑制物質添加後の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を９μｇ／Ｌ未満とする量であってもよい。
ファウリング抑制物質の添加量は、被処理水Ａに添加するファウリング抑制物質の種類によって異なるが、例えば、ファウリング抑制物質として粉末活性炭を用いた場合、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌより大きく１００μｇ／Ｌ以下の場合には、被処理水Ａに対する粉末活性炭の添加量が５ｍｇ／Ｌ以上３０ｍｇ／Ｌ以下となるように添加することが好ましい。
また、ファウリング抑制物質として凝集剤（ＰＡＣ）を用いた場合、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌより大きく１００μｇ／Ｌ以下の場合には、被処理水Ａに対する凝集剤（ＰＡＣ）の添加量が３ｍｇ／Ｌ以上となるように添加することが好ましく、５ｍｇ／Ｌ以上となるように添加することがより好ましい。
ファウリング抑制物質の添加量は、ファウリング抑制物質添加後の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を９μｇ／Ｌ未満とする量であってもよい。
ファウリング抑制物質の添加量は、被処理水Ａに添加するファウリング抑制物質の種類によって異なるが、例えば、ファウリング抑制物質として粉末活性炭を用いた場合、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌより大きく１００μｇ／Ｌ以下の場合には、被処理水Ａに対する粉末活性炭の添加量が５ｍｇ／Ｌ以上３０ｍｇ／Ｌ以下となるように添加することが好ましい。
また、ファウリング抑制物質として凝集剤（ＰＡＣ）を用いた場合、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌより大きく１００μｇ／Ｌ以下の場合には、被処理水Ａに対する凝集剤（ＰＡＣ）の添加量が３ｍｇ／Ｌ以上となるように添加することが好ましく、５ｍｇ／Ｌ以上となるように添加することがより好ましい。
生物接触濾過部２３は、水質浄化作用を有する微生物を生育させた濾材を有し、かつ該濾材を用いて膜分離前の被処理水Ａを濾過するように構成されている。前記濾材は、水質浄化作用を有する微生物を粉末活性炭などの表面に生育させたものであってもよい。
生物接触濾過部２３は、濾材表面の微生物による浄化作用により、被処理水Ａに含まれる、バイオポリマーを含む有機物のみならず、鉄、マンガン、アンモニア態窒素などを浄化するとともに、被処理水Ａに含まれる懸濁物質を濾材によって除去する。
生物接触濾過部２３は、上向流式および下向流式のいずれのものでも用いることができる。
生物接触濾過部２３は、濾材表面の微生物による浄化作用により、被処理水Ａに含まれる、バイオポリマーを含む有機物のみならず、鉄、マンガン、アンモニア態窒素などを浄化するとともに、被処理水Ａに含まれる懸濁物質を濾材によって除去する。
生物接触濾過部２３は、上向流式および下向流式のいずれのものでも用いることができる。
ところで、生物接触濾過部２３においては、濾材表面に生育された微生物は、冬季などの水温が比較的低い時期には活性が低下して、被処理水Ａ中に含まれる有機物を分解する有機物分解能が低下するようになる。
その結果、冬季などの水温が比較的低い時期においては、生物接触濾過部２３によって被処理水Ａ中のバイオポリマーが浄化され難くなるため、水温が比較的高い時期に比べて、生物接触濾過後の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が大きく上昇する傾向が認められる。
これにより、膜処理前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上となった場合に、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加しなければ、膜分離部１０の分離膜の孔が目詰まりし易くなる。
本実施形態に係る水処理設備１は、上述のように、前処理部２０で被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上となったときに、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加するため、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が大きく上昇する冬季などの水温が比較的低い時期において、膜分離部１０の分離膜の孔の目詰まりを抑制するのに、特に有用である。
その結果、冬季などの水温が比較的低い時期においては、生物接触濾過部２３によって被処理水Ａ中のバイオポリマーが浄化され難くなるため、水温が比較的高い時期に比べて、生物接触濾過後の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が大きく上昇する傾向が認められる。
これにより、膜処理前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上となった場合に、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加しなければ、膜分離部１０の分離膜の孔が目詰まりし易くなる。
本実施形態に係る水処理設備１は、上述のように、前処理部２０で被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上となったときに、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加するため、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が大きく上昇する冬季などの水温が比較的低い時期において、膜分離部１０の分離膜の孔の目詰まりを抑制するのに、特に有用である。
混合部２４は、ファウリング抑制物質と被処理水Ａとを混合できるように構成されている。混合部２４としては、撹拌機付き凝集混和タンク、ラインミキサなどを用いることができる。
次に、本発明の一実施形態に係る水処理方法について説明する。
本実施形態に係る水処理方法は、図３に示すように、有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離工程（Ｓ２）と、前記膜分離工程（Ｓ２）前に、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理工程（Ｓ１）と、を備える。
本実施形態の水処理方法においては、例えば、上述の水処理設備１を用いて、前処理部２０にて、前記前処理工程（Ｓ１）を行い、膜分離部１０にて、前記膜分離工程（Ｓ２）を行うことができる。
（前処理工程：Ｓ１）
本工程では、まず、バイオポリマー濃度測定部２１にて、膜分離前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定する。次に、ファウリング抑制物質添加部２２の制御部にて、測定された被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する。測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上の場合、被処理水Ａにファウリング抑制物質添加部２２からファウリング抑制物質を添加して、膜分離工程（Ｓ２）にて膜分離する被処理水Ａとする。測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度未満の場合、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加せずに、膜分離工程（Ｓ２）にて膜分離する被処理水Ａとする。
先述のように、ファウリング抑制物質の添加量は、ファウリング抑制物質添加部２２の制御部によって制御されているため、本工程においては、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度に応じて必要量のファウリング抑制物質を添加することができる。
本工程では、まず、バイオポリマー濃度測定部２１にて、膜分離前の被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度を測定する。次に、ファウリング抑制物質添加部２２の制御部にて、測定された被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する。測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上の場合、被処理水Ａにファウリング抑制物質添加部２２からファウリング抑制物質を添加して、膜分離工程（Ｓ２）にて膜分離する被処理水Ａとする。測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度未満の場合、被処理水Ａにファウリング抑制物質を添加せずに、膜分離工程（Ｓ２）にて膜分離する被処理水Ａとする。
先述のように、ファウリング抑制物質の添加量は、ファウリング抑制物質添加部２２の制御部によって制御されているため、本工程においては、被処理水Ａ中のバイオポリマー濃度に応じて必要量のファウリング抑制物質を添加することができる。
（膜分離工程：Ｓ２）
本工程では、前処理工程にて得られた被処理水Ａに含まれる有機物を膜分離部１０にて膜分離する。この膜分離により、精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水と、精密濾過膜を透過せずに有機物等が濃縮された濃縮水とが得られる。
本工程では、前処理工程にて得られた被処理水Ａに含まれる有機物を膜分離部１０にて膜分離する。この膜分離により、精密濾過膜を透過して有機物が低減された透過水と、精密濾過膜を透過せずに有機物等が濃縮された濃縮水とが得られる。
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態および変形が可能とされたものである。また、上述の実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
以下では、バイオポリマー濃度の異なる被処理水を用いて、精密濾過膜の膜濾過抵抗の上昇速度を測定した試験例について説明する。
＜試験例１＞
（被処理水）
某浄水場の水を、サンプリング場所またはサンプリング時期を変えて取水した。取水は計６回行った。
（被処理水）
某浄水場の水を、サンプリング場所またはサンプリング時期を変えて取水した。取水は計６回行った。
（バイオポリマー濃度の測定）
バイオポリマー濃度は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ（ＤＯＣ−Ｌａｂｏｒ製）により測定した。
この測定は、Ｓｔｅｆａｎ Ａ．Ｈｕｂｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｈｕｍｉｃ ａｎｄ ｎｏｎ−ｈｕｍｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗｉｔｈ ｓｉｚｅ−ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ−ｏｒｇａｎｉｃ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＬＣ−ＯＣＤ−ＯＮＤ）”Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ４５（２０１１）ｐｐ８７９−８８５に記載された方法に準じ、以下の条件下で行った。
・流速：１．１ｍＬ／ｍｉｎ
・サンプル注入量：１ｍＬ
・カラム：２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓ
・ＵＶ波長：２５４ｎｍ
・ＯＣＤ計：酸注入量 ０．２ｍＬ／ｍｉｎ
・溶離液：ｐＨ６．８５ リン酸バッファ
・酸性化溶液：１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加
バイオポリマー濃度は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ（ＤＯＣ−Ｌａｂｏｒ製）により測定した。
この測定は、Ｓｔｅｆａｎ Ａ．Ｈｕｂｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｈｕｍｉｃ ａｎｄ ｎｏｎ−ｈｕｍｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗｉｔｈ ｓｉｚｅ−ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ−ｏｒｇａｎｉｃ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＬＣ−ＯＣＤ−ＯＮＤ）”Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ４５（２０１１）ｐｐ８７９−８８５に記載された方法に準じ、以下の条件下で行った。
・流速：１．１ｍＬ／ｍｉｎ
・サンプル注入量：１ｍＬ
・カラム：２５０ｍｍ×２０ｍｍ ＴＳＫ ＨＷ５０Ｓ
・ＵＶ波長：２５４ｎｍ
・ＯＣＤ計：酸注入量 ０．２ｍＬ／ｍｉｎ
・溶離液：ｐＨ６．８５ リン酸バッファ
・酸性化溶液：１Ｌ超純水に対し、４ｍＬ Ｏ−リン酸（８５％）およびペルオキソ二硫酸カリウム０．５ｇを添加
（膜濾過抵抗の上昇速度の測定）
膜濾過抵抗Ｒ（ｍ−１）は、以下の式（１）により算出した。
Ｒ＝ΔＰ／（μ×Ｊ）・・（１）
ここで、ΔＰは膜間差圧（Ｐａ）であり、μは透過水の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｊは単位濾過面積当たりの流量（ｍ３／（ｍ２×ｓ））である。
単位濾過面積当たりの流量Ｊおよび膜間差圧ΔＰは、浸漬型の膜モジュールを用いて吸引濾過試験により求めた。前記膜モジュールは、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ（ＰＶＤＦ））製の中空糸ＭＦ膜（旭化成ケミカルズ製）８本を有効膜面積が０．００５ｍ２となるようにモジュール化することにより構成した。なお、使用した膜の膜孔径は０．０８μｍであった。
前記吸引濾過試験において、被処理水の濾過速度は、ペリスタリックポンプ（Ｌ／Ｓシリーズ、ヤマト科学株式会社製）を用いて、初期透過フラックスが１．５ｍ／ｄ（６２．５Ｌ／ｍ２／ｈ（ＬＭＨ））となるように調整した。また、前記吸引濾過試験においては、前記膜モジュールの透過水を用いて、３０分ごとに１分間、前記膜モジュールを逆流洗浄（逆洗）した。該逆洗は、ペリスタリックポンプ（ＭＰ型、ＥＹＥＬＡ製）を用いて、フラックスが２．２５ｍ／ｄ（約９４ＬＭＨ）となる条件で行った。
単位濾過面積当たりの流量Ｊは、前記膜モジュールの単位時間当たりの膜透過水量（ｍ３／ｓ）を前記膜モジュールの有効膜面積で除することにより求めた。前記膜モジュールの単位時間当たりの透過水量（ｍ３／ｓ）は、前記膜モジュールの膜透過水を、電子天秤（ＦＧシリーズ デジタルはかり、株式会社Ａ＆Ｄ製）上に設置したタンク内に流入させ、タンク内の膜透過水の質量変化を、データロガー（計量データロガー ＡＤ−１６８８、株式会社Ａ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された１時間ごとの質量変化を算術平均し、さらに１秒ごとの質量変化に換算した値（ｋｇ）を透過水の密度（ｋｇ／ｍ３）で除して求めた。
膜間差圧は、被処理水が透過する膜面側の圧力と、被処理水が透過した膜面側の圧力との差を圧力計（プレッシャセンサ、ＳＭＣ製）でモニターし、データロガー（株式会社Ｔ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された各圧力差を算術平均することにより求めた。
また、透過水の粘度μは、透過水の膜透水時の温度に応じて、以下の二次近似式（２）を用いて求めた。透過水の膜透水時の温度は、前記の吸引濾過試験においてタンク内の水の温度を、データロガー（株式会社Ｔ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された各温度を算術平均することにより求めた。透過水の膜透水時の温度は、４．３５〜１９℃の間のいずれかの温度であった。
μ＝０．００６ｔ２−０．０４９３ｔ＋１．７４７１（Ｒ２＝０．９９９６）・・（２）
ここで、ｔは、透過水の膜透水時の温度である。
膜濾過抵抗Ｒ（ｍ−１）は、以下の式（１）により算出した。
Ｒ＝ΔＰ／（μ×Ｊ）・・（１）
ここで、ΔＰは膜間差圧（Ｐａ）であり、μは透過水の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｊは単位濾過面積当たりの流量（ｍ３／（ｍ２×ｓ））である。
単位濾過面積当たりの流量Ｊおよび膜間差圧ΔＰは、浸漬型の膜モジュールを用いて吸引濾過試験により求めた。前記膜モジュールは、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ（ＰＶＤＦ））製の中空糸ＭＦ膜（旭化成ケミカルズ製）８本を有効膜面積が０．００５ｍ２となるようにモジュール化することにより構成した。なお、使用した膜の膜孔径は０．０８μｍであった。
前記吸引濾過試験において、被処理水の濾過速度は、ペリスタリックポンプ（Ｌ／Ｓシリーズ、ヤマト科学株式会社製）を用いて、初期透過フラックスが１．５ｍ／ｄ（６２．５Ｌ／ｍ２／ｈ（ＬＭＨ））となるように調整した。また、前記吸引濾過試験においては、前記膜モジュールの透過水を用いて、３０分ごとに１分間、前記膜モジュールを逆流洗浄（逆洗）した。該逆洗は、ペリスタリックポンプ（ＭＰ型、ＥＹＥＬＡ製）を用いて、フラックスが２．２５ｍ／ｄ（約９４ＬＭＨ）となる条件で行った。
単位濾過面積当たりの流量Ｊは、前記膜モジュールの単位時間当たりの膜透過水量（ｍ３／ｓ）を前記膜モジュールの有効膜面積で除することにより求めた。前記膜モジュールの単位時間当たりの透過水量（ｍ３／ｓ）は、前記膜モジュールの膜透過水を、電子天秤（ＦＧシリーズ デジタルはかり、株式会社Ａ＆Ｄ製）上に設置したタンク内に流入させ、タンク内の膜透過水の質量変化を、データロガー（計量データロガー ＡＤ−１６８８、株式会社Ａ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された１時間ごとの質量変化を算術平均し、さらに１秒ごとの質量変化に換算した値（ｋｇ）を透過水の密度（ｋｇ／ｍ３）で除して求めた。
膜間差圧は、被処理水が透過する膜面側の圧力と、被処理水が透過した膜面側の圧力との差を圧力計（プレッシャセンサ、ＳＭＣ製）でモニターし、データロガー（株式会社Ｔ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された各圧力差を算術平均することにより求めた。
また、透過水の粘度μは、透過水の膜透水時の温度に応じて、以下の二次近似式（２）を用いて求めた。透過水の膜透水時の温度は、前記の吸引濾過試験においてタンク内の水の温度を、データロガー（株式会社Ｔ＆Ｄ製）によって１時間ごとに測定し、測定された各温度を算術平均することにより求めた。透過水の膜透水時の温度は、４．３５〜１９℃の間のいずれかの温度であった。
μ＝０．００６ｔ２−０．０４９３ｔ＋１．７４７１（Ｒ２＝０．９９９６）・・（２）
ここで、ｔは、透過水の膜透水時の温度である。
上記のようなバイオポリマー濃度の異なる被処理水を用いて、精密濾過膜の膜濾過抵抗の上昇速度を測定した結果を図４に示した。
図４から、被処理水中のバイオポリマー濃度が１２μｇ／Ｌのときの膜濾過抵抗の上昇速度の値は比較的小さい値となることが分かった。
また、被処理水中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌのときの膜濾過抵抗の上昇速度の値は、被処理水中のバイオポリマー濃度が１２μｇ／Ｌのときよりも小さい値となることが分かった。
この結果から、被処理水中のバイオポリマー濃度が１２μｇ／Ｌを越えたときに、ファウリング抑制物質を被処理水に添加することにより、膜濾過抵抗の上昇速度の値が大きくなることを抑制でき、被処理水中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌを越えたときに、ファウリング抑制物質を被処理水に添加することにより、膜濾過抵抗の上昇速度の値が大きくなることをより好適に抑制することができることが示唆される。
また、被処理水中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌのときの膜濾過抵抗の上昇速度の値は、被処理水中のバイオポリマー濃度が１２μｇ／Ｌのときよりも小さい値となることが分かった。
この結果から、被処理水中のバイオポリマー濃度が１２μｇ／Ｌを越えたときに、ファウリング抑制物質を被処理水に添加することにより、膜濾過抵抗の上昇速度の値が大きくなることを抑制でき、被処理水中のバイオポリマー濃度が９μｇ／Ｌを越えたときに、ファウリング抑制物質を被処理水に添加することにより、膜濾過抵抗の上昇速度の値が大きくなることをより好適に抑制することができることが示唆される。
１：水処理設備、１０：膜分離部、２０：前処理部、
１１：膜分離ユニット、２１：バイオポリマー濃度測定部、２２：ファウリング抑制物質添加部、２３：生物接触濾過部、２４：混合部、
２１ａ：サンプリング槽、２１ｂ：サンプラー、２１ｃ：濃度測定装置、
Ｓ１：前処理工程、Ｓ２：膜分離工程
１１：膜分離ユニット、２１：バイオポリマー濃度測定部、２２：ファウリング抑制物質添加部、２３：生物接触濾過部、２４：混合部、
２１ａ：サンプリング槽、２１ｂ：サンプラー、２１ｃ：濃度測定装置、
Ｓ１：前処理工程、Ｓ２：膜分離工程
Claims (4)
- 有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離部と、
前記膜分離部の上流側に配され、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理部と、を備え、
前記前処理部は、膜分離前の前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定するバイオポリマー濃度測定部と、
前記バイオポリマー濃度測定部によって測定された前記バイオポリマー濃度が所定濃度以上になったときに、ファウリングを抑制するようにファウリング抑制物質を膜分離前の前記被処理水に添加するファウリング抑制物質添加部と、を備える、
水処理設備。 - 前記前処理部は、前記バイオポリマー濃度測定部および前記ファウリング抑制物質添加部よりも上流側に、水質浄化作用を有する微生物を生育させた濾材を有し、かつ該濾材を用いて膜分離前の前記被処理水を濾過する生物接触濾過部を備える、
請求項１に記載の水処理設備。 - 前記膜分離部は、精密濾過膜または限外濾過膜を備え、該精密濾過膜または該限外濾過膜を用いて前記被処理水を膜分離する、
請求項１または２に記載の水処理設備。 - 有機物を含む被処理水を膜分離する膜分離工程と、
前記膜分離工程前に、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を調整する前処理工程と、を備え、
前記前処理工程は、前記被処理水中のバイオポリマー濃度を測定し、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度以上の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加して、前記膜分離工程で膜分離する被処理水とし、測定されたバイオポリマー濃度が所定濃度未満の場合に、前記被処理水にファウリング抑制物質を添加せずに、前記膜分離工程で膜分離する被処理水とする、
水処理方法。
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