JP5147765B2 - 再生水の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理水やその他の排水を原水として、再生水を製造する方法に関するものである。

下水処理場から排出される下水処理水などの排水は、河川等に放流されているのが普通であるが、近年における水資源確保の要請から、排水に再生処理を行って再生水を製造する方法が開発されている。排水の多くは有機性物質を含有しているため、オゾンを注入してオゾンの持つ強い酸化力によって有機物を分解させるのが一般的である。また排水中には固形分が含まれているため分離膜を用いてこれをろ過し、再生水を得るのが一般的である。

例えば特許文献１には、下水処理水に低いオゾン注入率でプレオゾン処理を行った後に生物膜ろ過を行い、その後に高いオゾン注入率で膜ろ過処理を行うことにより、再生水を製造する方法が開示されている。このようにオゾン処理と膜ろ過処理とを組み合わせると、膜面に堆積したファウリング物質がオゾンにより酸化分解され、膜面の閉塞防止効果を得ることができる。

しかしこのような従来のオゾンを利用した再生水の製造方法では、大量のオゾンを必要としていた。例えば特許文献１においては、低いオゾン注入率の場合に１〜１.５ｍｇ/Ｌ、高いオゾン注入率の場合には１５ｍｇ/Ｌのオゾンを注入している。オゾン発生装置はそれ自体が高価であるうえに、大量の電力を消費するためにランニングコストが高くなる。このため、大量のオゾンを必要とする従来方法は工業的に実施することは困難であった。

またこのように大量のオゾンを使用すると、原水中の有機物が膜面で阻止できないほどに過剰に分解され、処理水中に移行する。このため、処理水中の有機物濃度が上昇し、処理水質が悪化するという別の問題もあった。

そこで本発明者はオゾンの酸化力により有機分を分解させるのではなく、少量のオゾンを原水中に添加することによって固形分の表面性状を変化させて凝集性を高め、凝集・膜ろ過する方法を開発し、特許出願中である。この先行発明においては、凝集前の原水中の残留オゾン濃度が０．０１〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲に保たれるようにオゾン注入量を制御していた。凝集性の改善により良好なフロックが形成されるため、膜面の閉塞を効果的に抑制することができる。

しかし原水の性状が悪化すると添加したオゾンは有機物の分解に消費されてしまい、大量のオゾンを添加しない限り凝集前の残留オゾン濃度が低下する。この場合には凝集改善効果が少なくなって膜差圧が上昇し、膜面の閉塞防止効果が失われるおそれがある。このような事態にも対処できるようにするには、大容量のオゾン発生装置を設置しておかねばならない。しかも原水の性状が良好な場合にはごく少量のオゾンを添加すれば十分であるから、大容量のオゾン発生装置の能力の一部を使用するのみであり、過剰設備となる。

特開２００２−１３６９８１号公報

従って本発明の目的は、大量のオゾンを使用せず、膜面の閉塞を抑制しながら、低コストで排水から処理水質に優れた再生水を製造することができる方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、原水にオゾンを接触させて原水中の固形分の凝集性を高めたうえで凝集剤を注入して凝集させ、膜ろ過する再生水の製造方法であって、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度を測定し、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が０．０１〜２.０ｍｇ/Ｌの所定範囲内となるようにオゾン発生器からオゾンを注入し、原水の水質悪化に伴い必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えることにより残留オゾン濃度が所定値よりも低下した際に、オゾン添加量を増加させず、凝集剤の注入量を増加させて膜面の閉塞を防止することを特徴とするものである。なお、必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては、投入オゾン量またはオゾン消費量に応じて凝集剤の添加量を増減することができる。また、オゾン消費量は、投入オゾン濃度、排オゾン濃度、オゾンガス流量、処理対象液流量から求められ、オゾンガス流量、処理対象液流量がほぼ一定ならば省略することも可能である。さらに、残留オゾン濃度の測定場所については、オゾンにより凝集をし易くすることから凝集前が望ましい。

本発明は、原水が有機分を含有する排水である場合に特に有効である。また本発明においては、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が０．０１〜２.０ｍｇ/Ｌ、より好ましくは０.３〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲内となるようにオゾン注入量を設定しておくことが好ましい。なお凝集剤として、ＰＡＣ，硫酸バンド、塩化第二鉄、ＰＳＩのいずれかを使用することができ、膜ろ過を、ＭＦ膜またはＵＦ膜を用いて行うことができる。

本発明においては、原水にオゾンを接触させて原水中の固形分の凝集性を高めたうえで凝集剤を注入して凝集させ膜ろ過を行うのであるが、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度を測定し、原水の水質悪化に伴い必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えることにより残留オゾン濃度が所定値よりも低下した際に、凝集剤の注入量を増加させる。すなわち、本発明では分離膜前の原水中の残留オゾン濃度の低下をオゾン添加量を増加させて解消するのではなく、オゾン添加に比較してコストがはるかに低い凝集剤の注入量を増加させることによって解消する。換言すれば、残留オゾン濃度の低下によって生じる凝集改善効果の低下を、凝集剤の量によってカバーし、膜面の閉塞を防止する。

これによって大容量のオゾン発生装置も不要となり、コストアップが抑制される。しかも過剰のオゾンが注入されることがないため、原水中の有機物が膜面で阻止できないほどに過剰に分解され、処理水中に移行することもなくなり、処理水質の悪化も生じない。なお、本発明においても分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が０．０１〜２.０ｍｇ/Ｌ、より好ましくは０.３〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲内に維持することが好ましく、この範囲よりも低いと凝集改善効果が不十分となり、この範囲を越えるとコストアップとなる。

また必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては、投入オゾン量またはオゾン消費量に応じて凝集剤の添加量を増減することによって、凝集剤の過剰な添加を防止し、ランニングコストの更なる低減を図ることができる。しかし原水の水質が良好で分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が高く、必要オゾン量がごく僅かで良い場合にも、凝集剤の添加量をゼロとすることは好ましくない。凝集剤を全く添加しないとフロックの形成がなされず、対象処理水中に少量含まれる微細固形物により膜面が閉塞するおそれがあるためである。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えた領域における凝集剤の注入量を示すグラフである。 必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域における凝集剤の注入量を示すグラフである

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明における原水の代表的なものは下水処理水であるが、そのほかに返流水、工場排水、し尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水、上水などを原水とすることもできる。図１に示す実施形態では、下水処理場の最終沈殿池１から排出される下水処理水を原水として再生水を製造する。

原水はオゾン接触塔２においてオゾン発生装置３から注入されたオゾンと接触する。本発明においては原水とオゾンとの接触の手段は特に限定されるものではなく、上向流式であっても下向流式であってもよく、散気板からオゾンを噴出させる方法であっても、イジェクタを用いて微細気泡（マイクロバブルやナノバブル）としてオゾンを吹き込む方法であってもよい。オゾンによる原水中の固形分の凝集改善効果はごく短時間内に行われる。オゾンによる凝集改善効果のメカニズムは学術的に完全に解明されたものではないが、オゾンの酸化力によって固形分の表面電荷が変化し、凝集し易いプラス電荷となるものと推察される。

オゾンと接触することにより原水中の固形分の凝集性が高められた原水は、凝集槽４に送られるが、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が溶存オゾン濃度計５によって測定される。この実施形態では、残留オゾン濃度の測定場所は凝集糟４の前である。本発明ではここで測定される残留オゾン濃度が、所定範囲内となるようにオゾン発生器からオゾンを注入するのであるが、好ましくは０．０１〜２.０ｍｇ/Ｌ、より好ましくは０.３〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲内に維持することができるようにオゾン発生装置３によるオゾン注入量を設定しておく。なおこのような幅を持たせたのは、流入してくる原水の性状によってオゾンの消費量が変化し、残留オゾン濃度も変動するからである。原水が下水処理排水の場合、上記の残留オゾン濃度を得るためには原水中に４〜１０ｍｇ/Ｌ程度のオゾンを注入することとなる。オゾン注入量を一定とした場合、原水の水質が良好であればオゾンの消費が少ないので分離膜前の原水中の残留オゾン濃度は高くなり、原水の水質が悪化すると多量のオゾンが消費されるために分離膜前の原水中の残留オゾン濃度は低下する。

凝集槽４には凝集剤注入ポンプ６によって凝集剤貯留槽７から凝集剤が注入される。本発明では溶存オゾン濃度計５によって測定された分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が所定値よりも低下した際に凝集剤の注入量を増加させる。すなわち、原水の水質悪化に伴い必要オゾン量が増加し、必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えることにより残留オゾン濃度が所定値から低下した際には凝集剤の注入量を増加させる。例えば、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度を０.５ｍｇ/Ｌに設定し、溶存オゾン濃度計５の測定値がこれより低下した場合には凝集剤の注入量を増加させる。

残留オゾン濃度の変化に応じて凝集剤の注入量をどの程度変化させるかは、原水の性状および凝集剤の種類に応じて決定すべきである。凝集剤としては、ＰＡＣ，硫酸バンド、塩化第二鉄、ＰＳＩのいずれかを使用することができる。例えば原水が下水処理水であって凝集剤としてＰＡＣを使用した場合には、図２のグラフに示すように、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が０.５ｍｇ/Ｌから０.１ｍｇ/Ｌ減少するごとに、ＰＡＣの注入量を０．２ｍｇ−Ａｌ/Ｌずつ増加させればよい。凝集剤の投入量の増加は当然ながらコストアップ要因となるが、投入量の増加コストはオゾン注入量の増加コストに比較してはるかに安価である。

このようにしてオゾンによって凝集性が改善された原水に制御された量の凝集剤が注入されると、原水中の固形分は速やかに凝集してフロックを形成する。また原水の性状が悪くオゾンの消費量が多いために分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が低下した場合には、より多くの凝集剤が注入されるのでやはり良好なフロックが形成される。その後、分離膜８により膜ろ過が行われ、膜ろ過水が再生水として取り出される。

分離膜８としては、ＭＦ膜またはＵＦ膜を用いることができる。前段階で良好なフロックが形成されているため、膜面が閉塞されることがなく、また従来のように過剰なオゾンが注入されることがないため、原水中の有機物が膜面で阻止できないほどに過剰に分解され、処理水中に移行することがない。このため、処理水質が悪化することもない。膜の材質は高分子膜であってもセラミック膜であってもよく、膜形状はモノリス型のほかに、チューブラー膜、ハニカム膜、中空糸膜、平膜など任意であるが、この実施形態では出願人会社製のモノリス型セラミック膜を用いた。

なお、必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては格別の手段を講じなくても膜面の閉塞を防止できるが、原水の水質が良化した場合にも一定量の凝集剤を添加し続けることは凝集剤が無駄となるうえに、過剰の凝集剤が却って膜面を閉塞するおそれのあることが判明した。このため請求項２に記載したように、必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては、投入オゾン量またはオゾン消費量に応じて凝集剤の添加量を増減することが好ましい。

すなわち、必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては、原水の水質が悪化すると必要オゾン量が増加し、逆に原水の水質が良化すると必要オゾン量が減少する。そこで図３のグラフに示すように、投入オゾン量またはオゾン消費量が増加してきたときには凝集剤の添加量を増加させ、投入オゾン量またはオゾン消費量が減少してきたときには凝集剤の添加量を減少させる。このような操作を行うことにより、原水の水質が良化してきたときには凝集剤の使用量を削減し、ランニングコストの低減を図ることができる。

また、原水の水質が良化してきたときにも凝集剤の使用量を一定としていた従来法においては、凝集対象物が不足するために過剰となった凝集剤がそのまま膜面に到達して却って膜面を閉塞するおそれがあったが、上記のように投入オゾン量またはオゾン消費量が減少してきたときに凝集剤の添加量を減少させるようにすれば、この問題も解消することができる。なお図３に示すように、凝集剤の添加量を減少させた場合にもゼロとするのではなく、ある一定量は確保することが好ましい。これは全く凝集剤を添加しない場合には、対象処理水中に少量含まれる微細固形物により膜面が閉塞するおそれがあるためである。

以上に説明したように、本発明によれば大量のオゾンを使用せず、かつ膜面の閉塞を防止しつつ、低コストで排水から処理水質に優れた再生水を製造することができる。以下にその実施例を示す。

（請求項１の発明の実施例）
下水処理場から排出される下水処理排水を原水とし、図１に示した装置を用いて再生水を製造した。凝集前の原水中の残留オゾン濃度が０.３〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲になるようにオゾン注入量を６〜１０ｍｇ／Lに設定した。凝集剤としてはＰＡＣを用い、凝集前の原水中の残留オゾン濃度が０.５ｍｇ/Ｌから０.１ｍｇ/Ｌ減少するごとに、ＰＡＣの注入量を０．２ｍｇ−Ａｌ/Ｌずつ増加させ、逆に０.５ｍｇ/Ｌ以上の場合はＰＡＣの注入量を３．０ｍｇ−Ａｌ/Ｌで一定とした。その時の原水と再生水の水質は表１のとおりであった。また、凝集前の原水中の残留オゾン濃度が変化してもＰＡＣの注入量を変化させなかった場合の再生水の水質を、比較例として表２に示した。

表１と２を比較する。水質に関しては、溶存オゾン濃度にあわせてＰＡＣ注入量を変化させなくとも、ほぼ同じ水質となった。一方、膜ろ過が安定して行えるかどうかを示す薬品洗浄間隔は、以下となった。溶存オゾン濃度にあわせてＰＡＣ注入量を変化させた場合（表１）、薬品洗浄間隔は、どの溶存オゾン濃度においても９０日と予測された。しかし、溶存オゾン濃度にあわせてＰＡＣ注入量を変化させない場合（表２）、溶存オゾン濃度が高い時には薬品洗浄間隔は９０日と膜ろ過は安定運転可能であったが、溶存オゾン濃度が低くなると薬品洗浄間隔は６０日と短くなり、膜ろ過は少し安定運転しにくくなった。全期間を通じた薬品洗浄間隔は７０日と短くなった。従って、溶存オゾン濃度が低い場合に凝集剤注入量を増加させる効果があることが判る。

（請求項２の発明の実施例）
上記した実施例では、凝集前の原水中の残留オゾン濃度が０.５ｍｇ/L以上の場合はＰＡＣの注入量を３．０ｍｇ−Ａｌ/Ｌで一定としたが、以下に示す請求項２の発明の実施例では、凝集前の原水中の残留オゾン濃度が０.５ｍｇ/Lに維持されるようにオゾン注入量を制御しながら、表３に示すように投入オゾン量に応じてＰＡＣ注入量を変化させた。この場合には薬品洗浄間隔は９０日となり、膜ろ過は安定運転可能であった。これに対してＰＡＣの注入量を３．０ｍｇ−Ａｌ/Ｌで一定とした表４の場合には、投入オゾン量が少ないときに薬品洗浄間隔が短くなり、ＰＡＣが無駄になるのみならず膜面の閉塞が進行し易いことが確認された。

１ 最終沈殿池
２ オゾン接触塔
３ オゾン発生装置
４ 凝集槽
５ 溶存オゾン濃度計
６ 凝集剤注入ポンプ
７ 凝集剤貯留槽
８ 分離膜

Claims (5)

1. 原水にオゾンを接触させて原水中の固形分の凝集性を高めたうえで凝集剤を注入して凝集させ、膜ろ過する再生水の製造方法であって、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度を測定し、分離膜前の原水中の残留オゾン濃度が０．０１〜２.０ｍｇ/Ｌの所定範囲内となるようにオゾン発生器からオゾンを注入し、原水の水質悪化に伴い必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えることにより残留オゾン濃度が所定値よりも低下した際に、オゾン添加量を増加させず、凝集剤の注入量を増加させて膜面の閉塞を防止することを特徴とする再生水の製造方法。
2. 必要オゾン量がオゾン発生器の能力を超えない領域においては、投入オゾン量またはオゾン消費量に応じて凝集剤の添加量を増減することを特徴とする請求項１記載の再生水の製造方法。
3. 原水が有機分を含有する排水であることを特徴とする請求項１記載の再生水の製造方法。
4. 凝集剤として、ＰＡＣ，硫酸バンド、塩化第二鉄、ＰＳＩのいずれかを使用することを特徴とする請求項１記載の再生水の製造方法。
5. 膜ろ過を、ＭＦ膜またはＵＦ膜を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の再生水の製造方法。

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