JP2022167144A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】下水処理水の逆浸透膜処理において、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合であっても、シリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合的な析出物が生成するのを抑制することができ、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となる水処理方法および水処理装置を提供する。【解決手段】下水処理の放流水を回収して再利用する水処理方法であって、放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムをアルミニウムと等モル濃度以上含有しており、放流水を逆浸透膜処理装置１６で逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程を含み、逆浸透膜処理工程において、ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保って逆浸透膜処理を行う、水処理方法である。【選択図】図１
Description
本発明は、下水処理水を再利用するための水処理方法および水処理装置に関する。
下水処理水から水回収して再生水として利用する手法は広く知られている。水回収する際には、イオン成分の排除手段として逆浸透膜が使われることが多い。
例えば、特許文献１には、下水処理施設の下水または下水処理水を逆浸透膜等の膜モジュールを用いて処理して再生水を得る装置が記載されている。
非特許文献１には、逆浸透膜を用いて公共下水処理水から再生水を作り出す方法が記載されている。
非特許文献１の表２に下水処理水の水質の例の記載がある通り、通常の下水処理水中のシリカ濃度は日本の環境水と同レベルである１０～２０ｍｇ／Ｌ程度であり、シリカの溶解度は常温で１２０ｍｇ／Ｌ程度であるため、下水処理水を逆浸透膜で処理する際にシリカのスケールはほとんど問題とはならない。よって、逆浸透膜は通常はｐＨ中性の領域で運転される。
しかし、例えば特定の大規模工場等からの排水を多量に受け入れている下水処理場においては、下水処理水中のシリカ濃度が５０ｍｇ／Ｌを超えるような場合もあることがわかった。このような排水について逆浸透膜を用いて水回収を行う場合、シリカのスケールが析出しないような低い水回収率（例えば、被処理水中のシリカ濃度が５０ｍｇ／Ｌの場合、濃縮倍率で２．４倍以下）を設定しなければならないという課題がある。
一方、特許文献２には、少なくとも硬度成分およびシリカを含有する工業用水、市水または井水からなる被処理水を逆浸透膜処理して透過水とシリカの溶解度以上のシリカ濃度を有する濃縮水とに分離する逆浸透膜処理方法において、濃縮水のｐＨを６以下に保って逆浸透膜処理する逆浸透膜処理方法が記載されている。
株式会社神鋼環境ソリューション技報、２０１０、Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６－２２
本発明者らの検討の結果、濃縮水中のシリカの濃度をシリカの溶解度以下に保ったとしても、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合、中性～アルカリ性の領域でシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが複合的な析出物を形成し、逆浸透膜を閉塞させる問題があることがわかった。
また、検討した結果、下水処理水中のアルミニウムが例えば０．０１ｍｇ／Ｌ以上０．１ｍｇ／Ｌ以下という極めて低い濃度であっても、シリカおよびナトリウムと共存することによって析出物を形成し、逆浸透膜を閉塞させるという問題があることがわかった。
本発明の目的は、下水処理水の逆浸透膜処理において、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合であっても、シリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合的な析出物が生成するのを抑制することができ、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となる水処理方法および水処理装置を提供することにある。
本発明は、下水処理の放流水を回収して再利用する水処理方法であって、前記放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムを前記アルミニウムと等モル濃度以上含有しており、前記放流水を逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程を含み、前記逆浸透膜処理工程において、前記ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保って前記逆浸透膜処理を行う、水処理方法である。
前記水処理方法において、前記ＲＯ濃縮水のシリカ濃度は、１２０ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。
前記水処理方法において、前記ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理工程をさらに含むことが好ましい。
前記水処理方法において、前記下水処理の放流水は、固液分離処理および生物処理を経た下水の２次処理水であることが好ましい。
前記水処理方法において、前記下水処理の放流水について、前記逆浸透膜処理工程の前段で除濁処理を行う除濁処理工程をさらに含むことが好ましい。
本発明は、下水処理の放流水を回収して再利用する水処理装置であって、前記放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムを前記アルミニウムと等モル濃度以上含有しており、前記放流水を逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理手段と、前記逆浸透膜処理手段における前記ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保つｐＨ調整手段と、を備える、水処理装置である。
前記水処理装置において、前記ＲＯ濃縮水のシリカ濃度は、１２０ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。
前記水処理装置において、前記ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理手段をさらに備えることが好ましい。
前記水処理装置において、前記下水処理の放流水は、固液分離処理および生物処理を経た下水の２次処理水であることが好ましい。
前記水処理装置において、前記下水処理の放流水について、前記逆浸透膜処理手段の前段で除濁処理を行う除濁処理手段をさらに備えることが好ましい。
本発明によって、下水処理水の逆浸透膜処理において、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合であっても、シリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合的な析出物が生成するのを抑制することができ、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となる水処理方法および水処理装置を提供することができる。
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。
水処理装置１は、下水処理の放流水を回収して再利用する水処理装置であって、下水処理の放流水を逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理手段として、逆浸透膜処理装置１６と、逆浸透膜処理装置１６におけるＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保つｐＨ調整手段として、ｐＨ調整剤を添加する配管３８と、を備える。処理対象である下水処理の放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムをアルミニウムと等モル濃度以上含有している。
水処理装置１は、下水処理の放流水を貯留する下水処理水槽１０と、下水処理の放流水について除濁処理を行う除濁処理手段として、除濁膜処理装置１２と、除濁処理によって得られた除濁処理水である逆浸透膜処理の被処理水を貯留する被処理水槽１４と、を備えてもよい。
図１の水処理装置１において、下水処理水槽１０の出口と除濁膜処理装置１２の放流水入口とは、ポンプ１８を介して配管２４により接続されている。除濁膜処理装置１２の除濁処理水出口と被処理水槽１４の除濁処理水入口とは、配管２６により接続されている。被処理水槽１４の被処理水出口と逆浸透膜処理装置１６の被処理水入口とは、ポンプ２０を介して配管２８により接続されている。逆浸透膜処理装置１６のＲＯ透過水出口には、配管３０が接続され、ＲＯ濃縮水出口には、配管３２が接続されている。被処理水槽１４の逆洗水出口と配管２６の途中とは、ポンプ２２を介して配管３４により接続されている。除濁膜処理装置１２の逆洗排水出口には、配管３６が接続されている。配管２８におけるポンプ２０の下流側には、ｐＨ調整剤を添加する配管３８が接続されている。配管２８における配管３８の接続点の下流側に、被処理水のｐＨを測定する被処理水ｐＨ測定手段として、ｐＨ計４２が設置されていてもよい。配管３２に、ＲＯ濃縮水のｐＨを測定するＲＯ濃縮水ｐＨ測定手段として、ｐＨ計４４が設置されていてもよい。
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１の動作について説明する。
下水処理の放流水は、必要に応じて下水処理水槽１０に貯留された後、ポンプ１８によって配管２４を通して、除濁膜処理装置１２に送液される。除濁膜処理装置１２において、下水処理の放流水について除濁処理が行われ、除濁処理水（透過水）が得られる（除濁処理工程）。除濁膜としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）等が使用される。
除濁処理で得られた除濁処理水は、配管２６を通して、必要に応じて被処理水槽１４に貯留された後、逆浸透膜処理の被処理水としてポンプ２０によって配管２８を通して、逆浸透膜処理装置１６に送液される。逆浸透膜処理装置１６において、被処理水について逆浸透膜処理が行われ、ＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離される（逆浸透膜処理工程）。ＲＯ透過水は、配管３０を通して排出され、ＲＯ濃縮水は、配管３２を通して排出される。
除濁膜の洗浄が必要になった場合、被処理水槽１４から除濁処理水が逆洗水としてポンプ２２によって配管３４、配管２６を通して、除濁膜処理装置１２の２次側に送液される。逆洗水は、除濁膜処理装置１２の２次側から１次側に通水されて除濁膜の洗浄が行われ、逆洗排水は、除濁膜処理装置１２の１次側から配管３６を通して排出される（逆洗工程）。
逆浸透膜処理工程において、ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保って逆浸透膜処理が行われる。これによって、下水処理水の逆浸透膜処理において、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合であっても、シリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合的な析出物が生成するのを抑制することができ、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となる。さらにアルミニウム単独の析出物の生成も抑制することができるため、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となる。
例えば、図３に、下記表１に示す水質のＲＯ濃縮水について各成分の溶解度から計算した、析出物の発生量の計算結果を示す。図３のグラフにおいて、横軸は、ＲＯ濃縮水のｐＨを示し、縦軸はシリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合物（ＮａＡｌＳｉ２．３Ｏ６．６・４Ｈ２Ｏ）、カルシウムとフッ素との複合物（Ｃａ５Ｆ（ＰＯ４）３）、アルミニウム水酸化物（Ａｌ（ＯＨ）３）のそれぞれの析出量（ｇ）を示す。
図３からわかるように、ｐＨ中性～アルカリ性ではシリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合物が析出し、ｐＨ５．５を超え、６．０以下では、アルミニウム水酸化物が析出するが、ｐＨ５．５以下であれば、これらの析出はほとんどない。ＲＯ濃縮水中のシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ未満、アルミニウム濃度０．０１ｍｇ／Ｌ以下であれば、これらの影響は小さい。なお、Ｃａ系の析出物は、被処理水に分散剤を添加して析出を抑制することができる。
図４に、上記表１に示す水質でＳｉＯ２濃度が４２ｍｇ／Ｌの場合のＲＯ濃縮水についての同様の計算結果を示す。図４からわかるように、ＳｉＯ２が飽和濃度（常温で１２０ｍｇ／Ｌ程度）以下であっても、少量ではあるが中性付近でシリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合物が析出することがわかる。
ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保って逆浸透膜処理が行われればよく、ｐＨは低いほど析出物が少なくなるが、低すぎるとｐＨ調整剤の使用量が多くなったり、逆浸透膜が劣化する可能性があるため、ＲＯ濃縮水のｐＨを４．０～５．５の範囲に保って逆浸透膜処理が行うことが好ましい。
例えば、配管３２においてＲＯ濃縮水をサンプリングして、ＲＯ濃縮水のｐＨを測定し、その測定結果に基づいて、ＲＯ濃縮水のｐＨが５．５以下に保たれるように、ｐＨ調整剤を被処理水に添加すればよい。または、配管２８においてｐＨ計４２によって被処理水のｐＨを測定し、その測定結果に基づいて、ＲＯ濃縮水のｐＨが５．５以下に保たれるように、ｐＨ調整剤を被処理水に添加してもよいし、配管３２においてｐＨ計４４によってＲＯ濃縮水のｐＨを測定し、その測定結果に基づいて、ＲＯ濃縮水のｐＨが５．５以下に保たれるように、ｐＨ調整剤を被処理水に添加してもよい。
ｐＨ調整剤としては、通常、塩酸、硫酸等の酸が用いられる。ｐＨ調整剤として、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリが用いられてもよい。
処理対象である下水処理の放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムをアルミニウムと等モル濃度以上含有している下水処理水であればよく、特に制限はない。下水処理の放流水としては、例えば、半導体工場等からの排水を受け入れて処理する下水処理の放流水等が挙げられる。
処理対象である下水処理の放流水は、例えば、下水が沈殿等の固液分離処理、活性汚泥処理等の生物処理を経た下水の２次処理水である生物処理水等である。生物処理の後段において、沈殿等の固液分離処理がさらに行われた生物処理水等であってもよい。
処理対象である下水処理の放流水のＴＯＣは、例えば、１～２０ｍｇ／Ｌの範囲である。
ＲＯ濃縮水のシリカ濃度は、５０ｍｇ／Ｌ以上とすればよく、５０ｍｇ／Ｌ以上１２０ｍｇ／Ｌ未満であってもよい。ＲＯ濃縮水のシリカ濃度が５０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、析出物の発生はほとんど問題とはならない。
ＲＯ透過水については、回収し、再利用してもよい。ＲＯ透過水について純水製造の原水等として再利用する場合には、有機物分解処理を行ってもよい（有機物分解処理工程）。ＲＯ透過水について有機物分解処理を行うことによって、回収水を例えば純水の原水等の高度な水質が必要とされる用途にも再利用できるようになる。
処理対象が下水が固液分離処理、生物処理を経た下水の２次処理水である生物処理水であり、ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う場合の水処理装置の構成の一例を図２に示す。
図２に示す水処理装置３は、図１の水処理装置１の構成に加えて、除濁膜処理装置１２の前段に、下水について固液分離処理を行う固液分離処理手段として、固液分離処理装置５０と、固液分離処理が行われた固液分離処理水について生物処理を行う生物処理手段として、生物処理装置５２と、をさらに備える。また、逆浸透膜処理装置１６の後段に、ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理手段として、有機物分解処理装置５４をさらに備える。
図２の水処理装置３において、固液分離処理装置５０の入口には、配管５６が接続されている。固液分離処理装置５０の出口と生物処理装置５２の入口とは、配管５８によって接続されている。生物処理装置５２の出口と下水処理水槽１０の入口とは、配管６０によって接続されている。逆浸透膜処理装置１６のＲＯ透過水出口と有機物分解処理装置５４の入口とは、配管６２によって接続され、有機物分解処理装置５４の出口には、配管６４が接続されている。
下水は、配管５６を通して固液分離処理装置５０に送液される。固液分離処理装置５０において、下水について固液分離処理が行われ、固液分離処理水が得られる（固液分離処理工程）。固液分離処理で得られた固液分離処理水は、配管５８を通して生物処理装置５２に送液される。生物処理装置５２において、固液分離処理水について生物処理が行われ、生物処理水が得られる（生物処理工程）。生物処理で得られた生物処理水は、配管６０を通して必要に応じて下水処理水槽１０に貯留された後、ポンプ１８によって配管２４を通して、除濁膜処理装置１２に送液される。以降、図１の水処理装置１と同様にして、除濁処理、逆浸透膜処理が行われる。
逆浸透膜処理で得られたＲＯ透過水は、配管６２を通して有機物分解処理装置５４に送液される。有機物分解処理装置５４において、ＲＯ透過水について有機物分解処理が行われ、有機物分解処理水が得られる（有機物分解処理工程）。有機物分解処理で得られた有機物分解処理水は、配管６４を通して排出され、純水製造の原水等として再利用される。
下水について固液分離処理を行う固液分離処理手段（工程）としては、固液分離処理を行うことができるものであれば特に制限はなく、例えば沈殿槽等が挙げられる。
固液分離処理水について生物処理を行う生物処理手段（工程）としては、生物処理を行うことができるものであれば特に制限はなく、例えば、標準活性汚泥法、回転円盤法等が挙げられる。
ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理手段（工程）としては、有機物を分解することができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、紫外線照射処理手段（工程）、オゾン処理手段（工程）、イオン交換処理手段（工程）等が挙げられる。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１、比較例１＞
原水としては下水二次処理水（年間平均のシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ、アルミニウム濃度０．０１ｍｇ／Ｌ、ナトリウム濃度２００ｍｇ／Ｌ）を用いた。この原水は、沈殿槽による固液分離処理の後、標準活性汚泥法による生物処理を経た生物処理水である。この原水に対し、図１の水処理装置を用いて除濁膜処理、逆浸透膜処理に順に処理を行い、ＲＯ透過水を回収水として得た。
原水としては下水二次処理水（年間平均のシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ、アルミニウム濃度０．０１ｍｇ／Ｌ、ナトリウム濃度２００ｍｇ／Ｌ）を用いた。この原水は、沈殿槽による固液分離処理の後、標準活性汚泥法による生物処理を経た生物処理水である。この原水に対し、図１の水処理装置を用いて除濁膜処理、逆浸透膜処理に順に処理を行い、ＲＯ透過水を回収水として得た。
（試験条件）
・除濁膜入口水量：４６０Ｌ／ｈ
・逆浸透膜膜入口水量：２６０Ｌ／ｈ
・ＲＯ濃縮水量：１２０Ｌ／ｈ
・ＲＯ透過水量：１４０Ｌ／ｈ（回収率５４％、ＲＯ濃縮水中シリカ濃度１１０ｍｇ／Ｌ）
・除濁膜：旭化成株式会社製、ＵＮＶ－３００３
・逆浸透膜：日東電工株式会社製、ＬＦＣ３－ＬＤ－４０４０
・除濁膜入口水量：４６０Ｌ／ｈ
・逆浸透膜膜入口水量：２６０Ｌ／ｈ
・ＲＯ濃縮水量：１２０Ｌ／ｈ
・ＲＯ透過水量：１４０Ｌ／ｈ（回収率５４％、ＲＯ濃縮水中シリカ濃度１１０ｍｇ／Ｌ）
・除濁膜：旭化成株式会社製、ＵＮＶ－３００３
・逆浸透膜：日東電工株式会社製、ＬＦＣ３－ＬＤ－４０４０
逆浸透膜の前段でｐＨ調整剤として酸（塩酸）を添加し、ＲＯ濃縮水のｐＨが５．５以下となるように通水した場合と、酸を添加せずに通水した（ｐＨ７）場合のそれぞれで約１か月間通水を行った。経過日数（日）に対する透過係数保持率（％）の推移を図５に示す。なお、透過係数＝透過水Ｆｌｕｘ（ｍ／ｄ）／有効圧（ＭＰａ）として求められる。
中性（ｐＨ７）で通水した場合は、透過係数が２１％程度低下したのに対して、ｐＨを酸性（ｐＨ５．５以下）にした場合は、透過係数は１０％程度の低下であった。
このように、実施例の方法によって、下水処理水の逆浸透膜処理において、下水処理水にシリカとアルミニウムおよびナトリウムとが共存する場合であっても、シリカとアルミニウムおよびナトリウムとの複合的な析出物が生成するのを抑制することができ、逆浸透膜を安定的に運転することが可能となった。
１，３ 水処理装置、１０ 下水処理水槽、１２ 除濁膜処理装置、１４ 被処理水槽、１６ 逆浸透膜処理装置、１８，２０，２２ ポンプ、２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，５６，５８，６０，６２，６４ 配管、４２，４４ ｐＨ計、５０ 固液分離処理装置、５２ 生物処理装置、５４ 有機物分解処理装置。
Claims (10)
- 下水処理の放流水を回収して再利用する水処理方法であって、
前記放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムを前記アルミニウムと等モル濃度以上含有しており、
前記放流水を逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程を含み、
前記逆浸透膜処理工程において、前記ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保って前記逆浸透膜処理を行うことを特徴とする水処理方法。 - 請求項１に記載の水処理方法であって、
前記ＲＯ濃縮水のシリカ濃度は、１２０ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする水処理方法。 - 請求項１または２に記載の水処理方法であって、
前記ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理工程をさらに含むことを特徴とする水処理方法。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理方法であって、
前記下水処理の放流水は、固液分離処理および生物処理を経た下水の２次処理水であることを特徴とする水処理方法。 - 請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理方法であって、
前記下水処理の放流水について、前記逆浸透膜処理工程の前段で除濁処理を行う除濁処理工程をさらに含むことを特徴とする水処理方法。 - 下水処理の放流水を回収して再利用する水処理装置であって、
前記放流水は、シリカを含み、かつアルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上含有し、さらにナトリウムを前記アルミニウムと等モル濃度以上含有しており、
前記放流水を逆浸透膜処理してＲＯ透過水とシリカ濃度５０ｍｇ／Ｌ以上のＲＯ濃縮水とに分離する逆浸透膜処理手段と、
前記逆浸透膜処理手段における前記ＲＯ濃縮水のｐＨを５．５以下に保つｐＨ調整手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。 - 請求項６に記載の水処理装置であって、
前記ＲＯ濃縮水のシリカ濃度は、１２０ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする水処理装置。 - 請求項６または７に記載の水処理装置であって、
前記ＲＯ透過水について有機物分解処理を行う有機物分解処理手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。 - 請求項６～８のいずれか１項に記載の水処理装置であって、
前記下水処理の放流水は、固液分離処理および生物処理を経た下水の２次処理水であることを特徴とする水処理装置。 - 請求項６～９のいずれか１項に記載の水処理装置であって、
前記下水処理の放流水について、前記逆浸透膜処理手段の前段で除濁処理を行う除濁処理手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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