JP4825933B1 - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スパイラル型の膜ユニットを用いて懸濁物質をある程度以上含む被処理水を処理しても、膜や被処理水の流路の目詰まり及び塩素成分を含む薬品の使用量の増大を抑制し得る水処理装置を提供する。
【解決手段】膜を有する膜ユニットが備えられ、被処理水が該膜ユニットにより膜分離されるように構成されてなる水処理装置であって、限外ろ過膜及び／又は精密ろ過膜を有するスパイラル型の除濁膜ユニット１を備え、ろ過時は、被処理水と塩素成分を含む薬品とが混合されることにより得られ且つ遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である遊離残留塩素含有被処理水が被処理水として前記除濁膜ユニットにより膜分離され、洗浄時は、遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／Ｌよりも大きく２５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内である洗浄水が前記除濁膜ユニットに供給されて該除濁膜ユニット内の膜が該洗浄水に浸漬されるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理方法に関し、詳しくは、膜を有する膜ユニットにより被処理水を膜分離する水処理方法に関する。

従来より、この種の水処理方法としては、例えば、河川水などの懸濁物質を含む水を、精密ろ過膜（ＭＦ膜）を有する中空糸型の膜ユニットで膜分離することにより除濁して透過水を得、この透過水を逆浸透膜（ＲＯ膜）で膜分離することにより浄化水たる透過水を得る方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平７−６０２４８号公報

しかしながら、前記中空糸型の膜ユニットは、比較的高価であり、より安価な膜を用いる方法が望まれている。
斯かる観点から、比較的安価である、限外ろ過膜（ＵＦ膜）又は精密ろ過膜（ＭＦ膜）を有するスパイラル型の膜ユニットを用いることが考えられる。
ところで、スパイラル型の膜ユニットは、平膜状のろ過膜が、被処理水の流路となる、強度を保つための網状のスペーサーと重ね合わされた構造をしたものである。

しかるに、斯かるスパイラル型の膜ユニットは、懸濁物質をある程度以上含む水（被処理水）を処理するのに用いられた場合、前記網状のスペーサーが濁質により目詰まりしてしまう虞がある。
斯かる観点から、被処理水と次亜塩素酸ナトリウムとを混合して得られる残留塩素含有被処理水を膜分離することで、残留塩素により膜や被処理水の流路の目詰まりを抑制しつつ被処理水を膜処理することが考えられるが、単に残留塩素含有被処理水における残留塩素濃度を高濃度にしたのではコストがかかったり、膜が劣化したり、環境への負荷が高まる等の問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、スパイラル型の膜ユニットを用いて懸濁物質をある程度以上含む被処理水を処理しても、膜や被処理水の流路の目詰まり及び次亜塩素酸ナトリウムの使用量の増大を抑制し得る水処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、膜を有する膜ユニットにより、被処理水を膜分離する水処理方法であって、
ろ過時は、限外ろ過膜及び／又は精密ろ過膜を有するスパイラル型の除濁膜ユニットにより、被処理水と次亜塩素酸ナトリウムとが混合されることにより得られ且つ遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である遊離残留塩素含有被処理水を被処理水として膜分離し、洗浄時は、遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／Ｌよりも大きく２５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内である洗浄水を前記除濁膜ユニットに供給して該除濁膜ユニット内の膜を該洗浄水に浸漬することを特徴とする水処理方法にある。

斯かる水処理方法によれば、ろ過時は遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である遊離残留塩素含有被処理水を膜処理することで前記除濁膜ユニットの膜や被処理水の流路の目詰まりを抑制しつつ、洗浄時にはろ過時よりも遊離残留塩素濃度が高い洗浄水で前記除濁膜ユニット内の膜を浸漬により洗浄することで膜や被処理水の流路の目詰まりをより一層抑制することができる。また、洗浄時よりもろ過時における遊離残留塩素含有被処理水の遊離残留塩素濃度を低くすることにより、膜や被処理水の流路の目詰まりを抑制しつつ次亜塩素酸ナトリウムの使用量を抑制することができる。従って、斯かる水処理方法によれば、スパイラル型の膜ユニットを用いて懸濁物質をある程度以上含む被処理水を処理しても、膜や被処理水の流路の目詰まりが生じ難く、且つ次亜塩素酸ナトリウムの使用量を抑制し得る。

以上のように、本発明によれば、スパイラル型の膜ユニットを用いて懸濁物質をある程度以上含む被処理水を処理しても、膜や被処理水の流路の目詰まり及び次亜塩素酸ナトリウムの使用量の増大を抑制し得る。

水処理装置の概略図。 試験例１における除濁膜ユニットの膜間差圧と、第１遊離残留塩素含有被処理水の遊離残留塩素濃度との経時変化を示す図。 試験例２における第２遊離残留塩素含有被処理水の遊離残留塩素濃度と、逆浸透膜ユニットの非透過側の差圧との経時変化を示す図。 試験例２における逆浸透膜ユニットの逆浸透膜の塩阻止率の経時変化を示す図。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。

まず、水処理装置について説明する。
図１に示すように、前記水処理装置１は、懸濁物質を含む被処理水Ａが膜分離されて第１透過水及び第１濃縮水Ｃを得る除濁膜ユニット２１が備えられ、該除濁膜ユニット２１により被処理水Ａを膜分離する除濁処理部２と、該第１透過水が膜分離されて第２透過水及び第２濃縮水Ｄを得る逆浸透膜ユニット３１が備えられ、該逆浸透膜ユニット３１により被処理水Ａを膜分離する逆浸透膜処理部３とを備えてなる。また、前記水処理装置１は、被処理水Ａが除濁処理部２に移送され、第１透過水が逆浸透膜処理部３に移送され、第１濃縮水Ｃが第１濃縮水貯留槽（図示せず）に移送され、第２透過水が浄化水Ｂとして浄化水貯留槽（図示せず）に移送され、第２濃縮水Ｄが第２濃縮水貯留槽（図示せず）に移送されるように構成されてなる。

また、前記水処理装置１は、次亜塩素酸ナトリウムの水溶液を貯留する塩素系水溶液貯留部４を備えてなる。また、前記水処理装置１は、該塩素系水溶液貯留部４の次亜塩素酸ナトリウム水溶液が除濁処理部２に移送され、該塩素系水溶液貯留部４の次亜塩素酸ナトリウム水溶液が逆浸透膜処理部３に移送されるように構成されてなる。

前記除濁処理部２は、被処理水Ａと塩素系水溶液とを混合して第１遊離残留塩素含有被処理水を得る第１混合部２２を備え、該第１遊離残留塩素含有被処理水が被処理水Ａとして除濁膜ユニット２１に移送され膜分離されるように構成されてなる。

また、前記除濁処理部２は、被処理水Ａと次亜塩素酸ナトリウム水溶液との混合割合を調節して、得られる第１遊離残留塩素含有被処理水の遊離残留塩素濃度を調節する第１混合割合調節機構（図示せず）を備えてなる。

前記第１混合部２２で次亜塩素酸ナトリウム水溶液と混合される被処理水Ａは、特に限定されるものではないが、該被処理Ａとしては、例えば、し尿廃水、下水、工場廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場からの廃水）等の有機性廃水を生物処理及び沈殿分離して得られた上澄水や、河川水、湖沼水等が挙げられる。
該被処理水Ａは、濁質を有するものであり、該被処理水Ａにおける濁度は、例えば、０．１度以上、より具体的には０．１〜５０度である。尚、本明細書では、濁度は、レーザー散乱方式で測定した値を意味する。

また、前記除濁処理部２は、ろ過時は、被処理水Ａと次亜塩素酸ナトリウム水溶液とが混合されることにより得られ且つ遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である第１遊離残留塩素含有被処理水が継続的に被処理水Ａとして前記除濁膜ユニット２１により膜分離され、洗浄時は、遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／Ｌよりも大きく２５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内である洗浄水が前記除濁膜ユニット２１に供給されて該除濁膜ユニット２１内の膜が該洗浄水に浸漬されるように構成されてなる。

また、前記水処理装置１は、洗浄時は、前記塩素系水溶液貯留部４から次亜塩素酸ナトリウム水溶液が洗浄水として前記除濁処理部２に移送されるように構成されてなる。また、前記水処理装置１は、必要に応じて、前記塩素系水溶液貯留部４から前記除濁処理部２に移送される次亜塩素酸ナトリウム水溶液が必要な濃度に水で希釈され、該希釈された次亜塩素酸ナトリウム水溶液が洗浄水として前記除濁処理部２で用いられるように構成されてなる。

また、前記除濁処理部２は、洗浄の頻度が、好ましくは１０〜８０時間に１回、より好ましくは２０〜６０時間に１回となるように構成されてなる。

さらに、前記除濁処理部２は、洗浄時での洗浄水による膜浸漬時間が、０．２〜５時間となるように構成されてなる。

また、前記除濁処理部２は、前記除濁膜ユニット２１から得られる第１透過水の透過流束が、好ましくは０．６ｍ／ｄ以下、より好ましくは０．１〜０．５ｍ／ｄとなるように構成されてなる。前記除濁処理部２は、前記除濁膜ユニット２１から得られる第１透過水の透過流束が、０．６ｍ／ｄ以下となるように構成されてなることにより、膜や被処理水の流路の目詰まりをより一層抑制し得るという利点がある。

前記除濁ユニット２１は、限外ろ過膜及び／又は精密ろ過膜を有し、スパイラル型のものである。スパイラル型の膜ユニットは、平膜状のろ過膜が強度を保つための網状のスペーサーと重ね合わされた構造をしたものである。

前記逆浸透膜処理部３は、遊離残留塩素を含む第１透過水を貯留する第１透過水貯留部３２を備え、第２遊離残留塩素含有被処理水たる該第１透過水が被処理水Ａとして逆浸透膜ユニット３１に移送され膜分離されるように構成されてなる。尚、第１透過水の遊離残留塩素濃度を調整するために、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を第１透過水貯留部３２に添加できるように構成されてなる。

さらに、前記逆浸透膜処理部３は、第１透過水と次亜塩素酸ナトリウム水溶液との混合割合を調節して、第２遊離残留塩素含有被処理水たる第１透過水の遊離残留塩素濃度を調節する第２混合割合調節機構（図示せず）を備えてなる。

また、前記逆浸透膜処理部３は、前記逆浸透膜ユニット３１の非透過側の差圧（流路圧力損失）を測定する差圧測定装置（図示せず）を備えてなる。
なお、前記非透過側の差圧（流路圧力損失）は、前記逆浸透膜ユニット３１の逆浸透膜に供給される供給水の圧力の値から、該逆浸透膜を透過せずに得られる濃縮水の圧力の値を引いた値を意味し、より具体的には、前記逆浸透膜ユニット３１の膜モジュールの供給水の入口における供給水の圧力の値から、該膜モジュールの濃縮水の出口における濃縮水の圧力の値を引いた値を意味する。

さらに、前記逆浸透膜処理部３は、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値未満である場合には、遊離残留塩素濃度が０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満、好ましくは０．２５ｍｇ／Ｌより大きく１．２ｍｇ／Ｌ未満、より好ましくは０．３〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が被処理水Ａとして継続的に前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなり、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値以上である場合には、遊離残留塩素濃度が１．２〜２ｍｇ／Ｌ、好ましくは１．４〜１．８ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が継続的に被処理水Ａとして前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなる。

また、前記逆浸透膜装置３は、該差圧測定装置（図示せず）によって得られた測定値に基づいて、前記第２混合割合調節機構（図示せず）により、第２遊離残留塩素含有被処理水たる第１透過水の遊離残留塩素濃度を調節するように構成されてなる。

逆浸透膜ユニット１本当たりの前記基準値は、好ましくは０．０１〜０．１ＭＰａ、より好ましくは０．０２〜０．０９ＭＰａである。

前記逆浸透膜ユニット３１は、逆浸透膜（ＲＯ膜）を有し、中空糸型のものである。
前記逆浸透膜（ＲＯ膜）は、酢酸セルロースで構成されたものである。

前記水処理装置は、上記の如く構成されてなるが、次ぎに、本実施形態の水処理方法について説明する。

本実施形態の水処理方法は、前記除濁膜ユニット２１により、ろ過時は、被処理水Ａと次亜塩素酸ナトリウム水溶液とが混合されることにより得られ且つ遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である第１遊離残留塩素含有被処理水を被処理水Ａとして膜分離し、洗浄時は、遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／Ｌよりも大きく２５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内である洗浄水を除濁膜ユニット２１に供給して該除濁膜ユニット内の膜を該洗浄水に浸漬する方法である。

前記水処理装置及び水処理方法は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。

例えば、前記水処理装置１は、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値未満である場合には、遊離残留塩素濃度が０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満、好ましくは０．２５ｍｇ／Ｌより大きく１．２ｍｇ／Ｌ未満、より好ましくは０．３〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が被処理水Ａとして継続的に前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなり、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値以上である場合には、遊離残留塩素濃度が１．２〜２ｍｇ／Ｌ、好ましくは１．４〜１．８ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が継続的に被処理水Ａとして前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなることにより以下のような利点を有する。
即ち、斯かる水処理装置１によれば、前記測定値が基準値未満である場合に、遊離残留塩素濃度が低濃度である第２遊離残留塩素含有被処理水（０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満）を膜分離することにより、膜の目詰まりを抑制しつつ逆浸透膜（ＲＯ膜）の劣化を抑制して第２透過水たる浄化水を得ることができる。また、前記測定値が基準値以上である場合に、遊離残留塩素濃度がより高濃度である第２遊離残留塩素含有被処理水（１．２〜２ｍｇ／Ｌ）を膜分離することにより、膜の目詰まりをより一層抑制することができる。また、一定の流束で被処理水Ａを膜分離した場合に、前記差圧が上昇し始めると、遊離残留塩素以外のアルカリ等の薬品で逆浸透膜（ＲＯ膜）を洗浄しても前記差圧が上昇しつづけてしまうが、斯かる水処理装置１によれば、前記差圧が多少上昇しても、前記差圧を下げることができる。

尚、前記水処理装置及び前記水処理方法は、上記構成により、上記利点を有するものであったが、前記水処理装置及び本発明の水処理方法は、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
例えば、前記水処理装置は、前記逆浸透膜処理部３が、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値未満である場合には、遊離残留塩素濃度が０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満の範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が被処理水Ａとして継続的に前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなり、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値以上である場合には、遊離残留塩素濃度が１．２〜２ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が継続的に被処理水Ａとして前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなるが、水処理装置は、前記逆浸透膜処理部３が、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値以下である場合には、遊離残留塩素濃度が０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満の範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が被処理水Ａとして継続的に前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてなり、該差圧測定装置（図示せず）によって測定された測定値が基準値を越える場合には、遊離残留塩素濃度が１．２〜２ｍｇ／Ｌの範囲内である第２遊離残留塩素含有被処理水が継続的に被処理水Ａとして前記逆浸透膜ユニット３１により膜分離されるように構成されてもよい。

次に、試験例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。

（試験例１）
下水を生物処理しその後沈殿分離処理して得られた上澄水（濁度：０．１〜５０度の間を変動）と塩素系水溶液（次亜塩素酸ナトリウム水溶液）とを混合して第１遊離残留塩素含有被処理水を得た。そして、該第１遊離残留塩素含有被処理水を、限外ろ過膜（ＵＦ膜）を有するスパイラル型の除濁膜ユニット（商品名：ＲＳ５０−Ｓ８、日東電工社製）で膜分離した。膜分離中での除濁膜ユニットの膜間差圧を圧力データロガー（商品名：ＤＡＱＳＴＡＴＩＯＮ ＤＸ１２０、横河電機社製）で測定した。
また、ろ過時での第１遊離残留塩素含有被処理水の遊離残留塩素濃度は、図２に示す濃度にし、洗浄時での洗浄水の遊離残留塩素濃度は、１２５ｍｇ／Ｌとした。
さらに、洗浄時での洗浄水による膜浸漬時間を１時間とし、図２中の各区間（期間）において、表１に示す洗浄の頻度で試験を実施した。
また、図２中の各区間（期間）において、除濁膜ユニットから得られる第１透過水の透過流束が、表１に示す値となるように試験を実施した。

図２に示すように、本発明の範囲内の水処理方法で被処理水を膜分離することにより、スパイラル型の除濁膜ユニットを用いて懸濁物質を含む被処理水を処理しても、膜や被処理水の流路の目詰まり及び次亜塩素酸ナトリウムの使用量の増大を抑制し得ることが明らかとなった。

（試験例２）
試験例１の第１遊離残留塩素含有被処理水を、試験例１の限外ろ過膜（ＵＦ膜）を有するスパイラル型の除濁膜ユニット（商品名：ＲＳ５０−Ｓ８、日東電工社製）で膜分離して、第１透過水を第２遊離残留塩素含有被処理水として得た。そして、該第２遊離残留塩素含有被処理水を、三酢酸セルロース製逆浸透膜（ＲＯ膜）を有する中空糸型の逆浸透膜ユニット（商品名：HB10255FI、東洋紡績社製）で膜分離して第２透過水を得た。膜分離中での逆浸透膜ユニットの非透過側の差圧を差圧測定装置としての圧力データロガー（商品名：ＤＡＱＳＴＡＴＩＯＮ ＤＸ１２０、横河電機社製）で測定した。結果を図３に示す。
尚、図３に示すように、該差圧測定装置によって測定された測定値が基準値（０．０６ＭＰａ）未満である場合には、第２遊離残留塩素含有被処理水を、遊離残留塩素濃度が０．２０ｍｇ／Ｌ以上１．２ｍｇ／Ｌ未満の範囲内となるようにし、被処理水として前記逆浸透膜ユニットにより膜分離した。また、該差圧測定装置によって測定された測定値が基準値以上である場合には、第２遊離残留塩素含有被処理水を、遊離残留塩素濃度が１．２〜２ｍｇ／Ｌの範囲内となるようにし、被処理水として前記逆浸透膜ユニットにより膜分離した。
また、前記逆浸透膜ユニットの逆浸透膜（ＲＯ膜）の塩阻止率を算出すべく、第２遊離残留塩素含有被処理水及び第２透過水の電気伝導度を測定した。尚、電気伝導度は、電極法に従って測定した。結果を図３に示す。
尚、前記逆浸透膜ユニットの逆浸透膜（ＲＯ膜）の塩阻止率は、次式で算出した値である。
塩阻止率（％）＝（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００
Ｃｆ；第２遊離残留塩素含有被処理水の電気伝導度、Ｃｐ；第２透過水の電気伝導度

図３に示すように、前記差圧が０．１ＭＰａ以下であり、逆浸透膜（ＲＯ膜）の流路閉塞がほとんど生じていないことが示された。また、前記差圧が０．０６ＭＰａ以上となった場合に遊離残留塩素濃度が０．２５ｍｇ／Ｌより大きく１．２ｍｇ／Ｌ未満の範囲内となるようにすることで、前記差圧が上昇し始めても低下させることができることが示唆された。
また、図４に示すように、前記塩阻止率は、９７％以上であり、逆浸透膜（ＲＯ膜）が遊離残留塩素によって劣化されていないことが示唆された。

１：水処理装置、２：除濁処理部、３：逆浸透膜処理部、４：塩素系水溶液貯留部、２１：除濁膜ユニット、２２：第１混合部、３１：逆浸透膜ユニット、３２：第１透過水貯留部、Ａ：被処理水、Ｂ：浄化水、Ｃ：第１濃縮水、Ｄ：第２濃縮水

Claims (5)

1. 膜を有する膜ユニットにより、被処理水を膜分離する水処理方法であって、
   ろ過時は、限外ろ過膜及び／又は精密ろ過膜を有するスパイラル型の除濁膜ユニットにより、被処理水と次亜塩素酸ナトリウムとが混合されることにより得られ且つ遊離残留塩素濃度が０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌの範囲内である遊離残留塩素含有被処理水を被処理水として膜分離し、洗浄時は、遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／Ｌよりも大きく２５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内である洗浄水を前記除濁膜ユニットに供給して該除濁膜ユニット内の膜を該洗浄水に浸漬することを特徴とする水処理方法。
2. 酢酸セルロースで構成される逆浸透膜を有する逆浸透膜ユニットにより、前記除濁膜ユニットにより得られた遊離残留塩素を含む透過水を膜分離する請求項１記載の水処理方法。
3. 前記除濁膜ユニットから得られる透過水の透過流束が０．６ｍ／ｄ以下である請求項１又は２記載の水処理方法。
4. 洗浄の頻度が、１０〜８０時間に１回である請求項１〜３の何れかに記載の水処理方法。
5. 洗浄時での洗浄水による膜浸漬時間が、０．２〜５時間である請求項１〜４の何れかに記載の水処理方法。