JP5143002B2 - 排水再利用方法 - Google Patents

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Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理水その他の各種の排水を膜ろ過して再利用水を得る排水再利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水資源の有効利用を図るために、各種の排水を膜ろ過して再利用水を得る技術が開発されている。例えば特許文献１、２には、浄水処理場のろ過池の洗浄排水を膜ろ過することにより、洗浄水として再利用する方法が開示されている。これら特許文献１、２に記載の発明の場合には排水の性状が比較的良好であるが、排水の性状によっては、排水を単に膜ろ過すると膜面が排水中の有機物などによって短時間のうちに閉塞してしまい、運転不能となるおそれがある。
【０００３】
このような膜面の閉塞を防止する技術としては、特許文献３、４に示されるように、原水中にオゾンを添加して膜面閉塞の原因となる有機物を分解してしまう方法がある。しかし有機物を十分に分解するためには多量のオゾンを必要とし、特許文献３では膜面上に有機物を分解できるだけのオゾンを残留させることを狙っているため、膜透過後のろ過水中の残留オゾン濃度が０.５ｍｇ/Ｌとなるように多量のオゾンを供給している。また特許文献４では膜透過後のろ過水中の残留オゾン濃度は０.０５〜１.０ｍｇ/Ｌであるが、膜ろ過水に対して後段でさらにオゾンを添加している。オゾン発生には多量の電力を要するため、このように多量のオゾンを添加するとランニングコストが高くなるという問題がある。また多量のオゾンにより有機物の分解が進み、膜面を通過してしまうため、原水が有機物を含有する排水である場合には、膜ろ過水中の残留有機物濃度が高まるという問題がある。これらの理由により、排水を膜ろ過して再利用水を得るためにオゾンを利用することはほとんど行われておらず、特許文献３、４は何れも比較的清浄な原水の浄水処理を主目的とするものである。
【特許文献１】
特開平１１‐２３５５８７号公報
【特許文献２】
特開２００１‐８７７６４号公報
特許文献３：特開２００３−２８５０５９号公報
特許文献４：特許第３４４９２４８号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００４］
従って本発明の目的は、低コストで膜面の閉塞を防止しつつ、有機物を含有する排水から安定して再利用水を得ることができる排水再利用方法を提供することである。
課題を解決するための手段
［０００５］
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明の排水再利用方法は、原水である排水に、少量のオゾンを添加して排水中に含まれる微細固形物と接触させ、微細固形物の表面性状を易凝集性に改質したうえ、凝集剤を添加して凝集させ、耐オゾン性の分離膜により膜ろ過する方法であって、オゾンが添加された排水中の残留オゾン濃度を凝集工程の直前で測定し、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように前記オゾン添加量を制御することにより、膜透過後の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ／Ｌ未満の再利用水を得ることを特徴とするものである。
［０００６］
また同一の課題を解決するためになされた請求項２の発明の排水再利用方法は、原水である排水に、少量のオゾンを添加して排水中に含まれる微細固形物と接触させ、微細固形物の表面性状を易凝集性に改質したうえ、凝集剤を添加して凝集させ、耐オゾン性の分離膜により膜ろ過する方法であって、オゾンが添加された排水中の残留オゾン濃度を凝集工程と膜ろ過工程との間で測定し、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように前記オゾン添加量を制御することにより、膜透過後の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ／Ｌ未満の再利用水を得ることを特徴とするものである。
いずれの発明においても、排水とオゾンとの接触を、オゾン発生器を備えたオゾン接触塔により行わせることができ、また排水とオゾンとの接触を、インジェクターまたはポンプによって、オゾンを排水中に供給することにより行わせることもできる。
発明の効果
［０００７］
本発明によれば、従来技術とは異なりオゾンを凝集性改善の目的で少量添加し、凝集剤との組み合せによって排水中の微細固形物を凝集性の良好なフロックとすることによって、分離膜のろ過面の閉塞を防止する。この目的で排水に添加されるオゾン量は、膜透過前の排水中の残留オゾン濃度が０．０１〜１．０ｍｇ／Ｌ、膜透過後には０．５ｍｇ／Ｌ未満となるごく微少量であるから、オゾン発生のためのランニングコストを特許文献３、４に示された従来技術に比較して、大幅に引き下げることができる。また、有機物の過度の分解が進行しないので、膜ろ過水中の残留有機物濃度を抑制することができるうえ、オゾンを使用しない場合に比較して膜ろ過流束を２倍程度にまで高めることができる。このため本発明によれば、排水が下水処理水のように比較的多量の有機分を含む水質である場合にも、排水中の微細固形物を膜ろ過する方法で再利用水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すフローシートである。
【図２】本発明の第１の実施形態の変形を示すフローシートである。
【図３】本発明の第２の実施形態を示すフローシートである。
【図４】本発明の第３の実施形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
【０００９】
１ オゾン接触塔
２ オゾン発生器
３ 凝集剤添加装置
４ オゾン濃度測定器
５ 凝集槽
６ 分離膜
７ ラインミキサ
８ 散気装置
９ イジェクター
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の第１の実施形態を示す図であり、１はオゾン接触塔、２はこのオゾン接触塔にオゾンを供給するオゾン発生器、３は凝集剤添加装置、４はオゾン濃度測定器、５は凝集槽、６は耐オゾン性の分離膜である。原水としては、下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、屎尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水などを処理した排水を挙げることができる。
【００１１】
原水である排水は先ずオゾン接触塔１に導入され、排水中にオゾンが添加される。この実施形態では排水を下向流としてオゾンと接触させたが、上向流としても差し支えない。オゾン接触塔へのオゾン供給方法としては、図１に示すように散気筒や散気板などの散気装置８をオゾン接触塔１内に設置したり、オゾン接触槽１外に設置したイジェクターやポンプなどによりオゾンを原水中に溶解させてからオゾン接触塔に投入する方法などがある。オゾンは排水中に含まれる微細固形物と接触することにより、微細固形物の表面性状を易凝集性に改質するために用いられる。オゾンによる微細固形物の表面性状改質のメカニズムについては学術的には十分解明されていないが、例えば微細固形物の表面電荷の変化によるものと想定される。この表面性状改質は少量のオゾンによりごく短時間に行われるので、滞留時間は０．１〜１０分程度で十分である。なお、オゾンを消費する物質としては、微細固形物であるＳＳ、有機物（ＣＯＤ）のほか、NO２‐N等を挙げることができる。
【００１２】
本発明では、オゾン接触塔１を出た後の排水中の残留オゾン濃度をオゾン濃度測定器４により測定し、常に０.０１〜１.０mg/Ｌの範囲内にあるようにオゾン発生器２を制御する。残留オゾン濃度が１．０ｍｇ/Ｌを越えても凝集改善効果が高まることはなく、オゾン発生器２の電力使用量が増加してランニングコストが嵩むとともに、有機物の分解が進み、膜ろ過水中の残留有機物濃度が高まるという別の問題が生ずるおそれがある。なお、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１ｍｇ/Ｌ未満では凝集改善効果が不足するので、０.０１〜１.０mg/Ｌの範囲とすることが好ましい。より好ましくは、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１ｍｇ/Ｌ以上、０．５ｍｇ/Ｌ未満の範囲とし、さらに好ましくは膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１ｍｇ/Ｌ以上、０．０５ｍｇ/Ｌ未満の範囲とし、必要オゾン量を削減し、有機物分解を抑制することが望ましい。このようにオゾン濃度測定器４とオゾン発生器２とを組み合せて使用すれば、原水の濃度変動に応じて必要量のオゾンを添加することができる。
【００１３】
上記のように排水中にオゾンを添加して排水中に含まれる微細固形物の表面性状を易凝集性に改質したうえ、凝集剤添加装置３から凝集剤が添加される。凝集剤の種類としては、ＰＡＣ、塩化第二鉄、硫酸バンド、高分子凝集剤などの従来から用いられているものを使用すればよい。その後排水は凝集槽５において緩速撹拌され、凝集フロックが形成される。前工程において凝集改善がなされているので凝集性の良好なフロックが形成される。
【００１４】
凝集槽５を出た排水は分離膜６により膜ろ過される。分離膜６の材質は耐オゾン性であることが必要であり、セラミック膜のほかにＰＶｄＦ等の耐オゾン性の高分子膜を使用することができる。膜形状はモノリス型、チューブラー型、平膜、中空糸膜などの様々なものを用いることができ、外圧式であっても内圧式であってもよい。膜の種類はＭＦ膜またはＵＦ膜であることが好ましい。この実施形態では、セラミック製のモノリス型ＭＦ膜を用いて排水をデッドエンドろ過し、微細固形物が除去された再利用水を得る。前述のとおり、排水中の微細固形物は凝集性の良好なフロックとなっているため膜面の閉塞が防止され、下水処理水のように比較的多量の有機分を含む排水である場合にも、長期間にわたり安定して再利用水を得ることができる。ただし定期的な逆洗操作や薬液洗浄が必要であることはいうまでもない。分離膜６により膜ろ過する際にオゾンが消費され、膜透過後の残留オゾン濃度は０．５ｍｇ/Ｌ未満となる。なお膜透過後の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ/Ｌを越える場合には、凝集改善の目的を達成するには過剰量のオゾンが供給されていることとなるので、オゾン添加量を減少すべきである。
【００１５】
なお、この実施形態では凝集工程の直前で排水中の残留オゾン濃度をオゾン濃度測定器４により測定したが、図２に示すように残留オゾン濃度を凝集工程と膜ろ過工程との間で測定し、膜透過前の残留オゾン濃度が１．０ｍｇ/Ｌ未満となるようにオゾン添加量を制御してもよい。これは凝集工程では排水中の残留オゾン濃度がほとんど変化しないためである。
【００１６】
図３は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態の凝集槽５に代えてラインミキサ７を用いたものである。ラインミキサ７は撹拌用固定羽根を管内に配置したものであり、市販品を利用することができる。凝集剤が添加された排水はラインミキサ７の内部を流れる間に撹拌され、フロックを形成する。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００１７】
図４は本発明の第３の実施形態を示すもので、オゾン接触塔１をなくして配管中にイジェクター９を利用して直接オゾンを添加するようにしたものである。前記したようにオゾンによる凝集改善効果は短時間内に行われるため、オゾン接触塔１に比較して接触時間が短くなる第３の実施形態の方式を採用することが可能となる。なお、オゾンと原水を効率的に混合させるために、イジェクター９のほかに送水用ポンプの吸引側にオゾンを供給するようにしてもよい。
【００１８】
以上に説明したように、本発明によれば排水が比較的多量の有機分を含む場合にも、ランニングコストを従来技術に比較して大幅に引き下げながら、膜ろ過によって安定して再利用水を得ることができる。また、オゾンによる有機物の過度の分解が進行しないので、膜ろ過水中の残留有機物濃度を抑制することができるうえ、オゾンを使用しない場合に比較して膜ろ過流束を２倍程度にまで高めることができる。
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００１９】
図１に示したフローにより、下水処理水から再利用水を得る実験を行った。オゾン接触塔の滞留時間は１０分であり、実施例１では膜透過前の残留オゾン濃度が０.０３〜０.０４ｍｇ/Ｌの範囲に維持されるようにオゾン発生器を制御した。また実施例２では、膜透過前の残留オゾン濃度が０.４ｍｇ/Ｌとなるようにオゾン発生器を制御した。さらに実施例３では、膜透過前の残留オゾン濃度が０.７ｍｇ/Ｌとなるようにオゾン発生器を制御した。いずれの場合にも凝集剤としてはPACを使用し、２mg‐Ａｌ/Ｌの濃度となるように排水中に添加した。使用した分離膜は細孔径が０.１μmのモノリス型セラミック膜である。また比較のために、オゾンを添加しない場合（比較例１）と、オゾン濃度を１.５ｍｇ/Ｌとした場合（比較例２）についても実験を行った。その結果を表１にまとめた。
【００２０】
【表１】
Figure 0005143002
【００２１】
実施例１、２では少量のオゾン添加による凝集改善効果により膜の閉塞が防止され、高い膜ろ過流束を維持することができた。これに対してオゾンを添加しない比較例１では膜ろ過流束が半減した。さらにオゾン添加量を本発明範囲よりも増加させた比較例２では当然ながら高い膜ろ過流束を維持することができたが、実施例以上の効果は認められず、オゾンが無駄に消費されてコストアップとなる。

Claims (4)

  1. 原水である排水に、少量のオゾンを添加して排水中に含まれる微細固形物と接触させ、微細固形物の表面性状を易凝集性に改質したうえ、凝集剤を添加して凝集させ、耐オゾン性の分離膜により膜ろ過する方法であって、オゾンが添加された排水中の残留オゾン濃度を凝集工程の直前で測定し、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように前記オゾン添加量を制御することにより、膜透過後の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ／Ｌ未満の再利用水を得ることを特徴とする排水再利用方法。
  2. 原水である排水に、少量のオゾンを添加して排水中に含まれる微細固形物と接触させ、微細固形物の表面性状を易凝集性に改質したうえ、凝集剤を添加して凝集させ、耐オゾン性の分離膜により膜ろ過する方法であって、オゾンが添加された排水中の残留オゾン濃度を凝集工程と膜ろ過工程との間で測定し、膜透過前の残留オゾン濃度が０．０１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように前記オゾン添加量を制御することにより、膜透過後の残留オゾン濃度が０．５ｍｇ／Ｌ未満の再利用水を得ることを特徴とする排水再利用方法。
  3. 排水とオゾンとの接触を、オゾン発生器を備えたオゾン接触塔により行わせることを特徴とする請求項１または２記載の排水再利用方法。
  4. 排水とオゾンとの接触を、インジェクターまたはポンプによって、オゾンを排水中に供給することにより行わせることを特徴とする請求項１または２記載の排水再利用方法。
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