JP5190908B2 - Water treatment method and water treatment apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、前処理を経た前処理水をポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行う水処理方法および水処理装置に関し、特に逆浸透膜のバイオファウリング(生物的劣化)を防止する技術として有用である。 The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for performing membrane separation by supplying pretreated water that has undergone pretreatment to a polyamide-based reverse osmosis membrane, and in particular, preventing biofouling (biological degradation) of a reverse osmosis membrane. Useful as technology.
従来から、ポリアミド系逆浸透膜を用いた膜分離技術は、海水およびカン水淡水化、電子工業用および医療用純水の製造、各種排水の処理、有価物回収などの分野に幅広く利用されている。 Conventionally, membrane separation technology using polyamide-based reverse osmosis membranes has been widely used in the fields of seawater and canned water desalination, production of pure water for electronics industry and medical use, treatment of various wastewater, recovery of valuable materials, etc. Yes.
逆浸透膜を用いた分離技術の実用化に際して、最も重要な問題点として、被処理液中や逆浸透膜上に微生物が繁殖することにより、菌体およびその代謝物が膜面に堆積して透過速度を低下させたり、代謝物等が膜素材を劣化させるという問題点が挙げられる。 In the practical application of separation technology using reverse osmosis membranes, the most important problem is that microorganisms and their metabolites accumulate on the membrane surface as microorganisms propagate in the liquid to be treated and on the reverse osmosis membrane. The problem is that the permeation rate is reduced, and metabolites etc. deteriorate the membrane material.
そのため、微生物の殺菌方法が種々提案されている。一般的な方法としては、被処理液中に殺菌剤を常時あるいは間欠的に添加する方法があり、殺菌剤としては塩素が広く用いられてきた。 Therefore, various methods for sterilizing microorganisms have been proposed. As a general method, there is a method of adding a bactericide to the liquid to be treated constantly or intermittently, and chlorine has been widely used as a bactericide.
また、逆浸透膜としては、ポリスルホン多孔性支持体上に架橋ポリアミドからなる機能膜を活性層として有する複合膜が主に使用されている。しかし、塩素による殺菌は、特に、ポリアミド系逆浸透膜に対して劣化を引起こすという欠点を有しているため、ポリアミド系の高性能な複合逆浸透膜を用いる際、新しい殺菌方法が必要になってきた。 As the reverse osmosis membrane, a composite membrane having a functional membrane made of a crosslinked polyamide as an active layer on a polysulfone porous support is mainly used. However, sterilization with chlorine has the disadvantage that it causes deterioration particularly for polyamide-based reverse osmosis membranes, so a new sterilization method is required when using polyamide-based high-performance composite reverse osmosis membranes. It has become.
このため、下記の特許文献1には、ポリアミド系合成逆浸透膜に対して、常時殺菌可能な、塩素に代替できる殺菌剤を用いる方法として、被処理原液中にクロラミン等の有機結合塩素化合物を添加する精製水の製造方法が開示されている。
For this reason, in
また、下記の特許文献2〜3には、原液中にクロラミンを添加して、逆浸透膜で膜分離した後に、脱クロラミン化や、更にイオン交換を行う水処理方法が開示されている。 Patent Documents 2 to 3 below disclose water treatment methods in which chloramine is added to a stock solution and membrane separation is performed with a reverse osmosis membrane, followed by dechloramination and further ion exchange.
しかし、クロラミンは、微生物に対する殺菌作用が従来の殺菌剤(例えば次亜塩素酸ナトリウム)に比べて小さく、一旦増殖した微生物に対しては、更なる増殖を抑制する効果(増殖抑制効果)はあるものの、除菌・殺菌を十分行うことはできない。 However, chloramine has a smaller bactericidal action against microorganisms than conventional bactericides (for example, sodium hypochlorite), and has the effect of suppressing further growth (growth inhibitory effect) for microorganisms that have once grown. However, sterilization and sterilization cannot be performed sufficiently.
このため、従来の水処理装置のように、逆浸透膜に供給する直前の原水中にクロラミンを添加する方法では、すでに存在する微生物に対して除菌・殺菌を十分行えないため、運転中に徐々に逆浸透膜の生物的劣化が生じるという問題があった。 For this reason, the method of adding chloramine to the raw water immediately before being supplied to the reverse osmosis membrane as in a conventional water treatment apparatus cannot sufficiently disinfect and sterilize microorganisms that already exist. There was a problem that biological degradation of the reverse osmosis membrane gradually occurred.
そこで、本発明の目的は、クロラミンの増殖抑制効果を利用して、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できる水処理方法および水処理装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a water treatment method and a water treatment apparatus that can effectively prevent biological deterioration of a reverse osmosis membrane during operation by utilizing the growth inhibitory effect of chloramine.
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の水処理方法は、前処理を経た前処理水を貯槽に溜めた後、ポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行う水処理方法において、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路の前記前処理水にクロラミン類を添加することを特徴とする。
The above object can be achieved by the present invention as described below.
That is, the water treatment method of the present invention is a water treatment method in which pretreated water that has undergone pretreatment is stored in a storage tank and then supplied to a polyamide-based reverse osmosis membrane for membrane separation. While performing the separation to obtain the pretreated water , chloramines are added to the pretreated water in any flow path before being supplied to the storage tank.
本発明の水処理方法によると、前処理を行う際に細菌除去可能な分離膜により膜分離を行うため、除菌された前処理水が得られ、これが貯槽に供給される前の流路にクロラミン類を添加するため、細菌の増殖を抑制して除菌された状態を維持することができる。このように、本発明では、一旦増殖した細菌をクロラミン類で殺菌・除去するのではなく、分離膜により除菌された前処理水に対するクロラミンの増殖抑制効果を利用して、除菌された状態を維持できるため、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できるようになる。 According to the water treatment method of the present invention, membrane separation is performed by a separation membrane that can remove bacteria during pretreatment, so that sterilized pretreatment water is obtained and is supplied to the flow path before being supplied to the storage tank. Since chloramines are added, bacterial growth can be suppressed and the sterilized state can be maintained. Thus, in the present invention, the bacteria that have once proliferated are not sterilized and removed with chloramines, but are sterilized by utilizing the inhibitory effect of chloramine on the pretreated water sterilized by the separation membrane. Therefore, the biological deterioration of the reverse osmosis membrane during operation can be effectively prevented.
上記において、前記ポリアミド系逆浸透膜は、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材が、有孔の中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントとして使用されることが好ましい。このようなスパイラル型分離膜エレメントは、体積当たりの有効膜面積が大きいため、膜分離の効率が高いものの、前述した生物的劣化の問題が生じ易いため、上記の如き作用効果を奏する本発明が特に有用となる。 In the above, the polyamide-based reverse osmosis membrane is used as a spiral separation membrane element in which a separation membrane, a supply-side channel material and a permeation-side channel material are wound around a perforated central tube. Is preferred. Such a spiral separation membrane element has a large effective membrane area per volume, and thus the membrane separation efficiency is high. However, since the problem of biological degradation described above is likely to occur, the present invention having the above-described effects can be obtained. Especially useful.
また、前記細菌除去可能な分離膜が、精密ろ過膜又は限外ろ過膜であることが好ましい。精密ろ過膜又は限外ろ過膜は、細菌に対する除去性能が高く、透過流束も比較的大きいため、本発明の前処理における膜分離を好適に行うことができる。 The separation membrane capable of removing bacteria is preferably a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane. Since the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane has high removal performance against bacteria and a relatively large permeation flux, membrane separation in the pretreatment of the present invention can be suitably performed.
一方、本発明の水処理装置は、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行う前処理手段と、その前処理手段から供給される前処理水を溜める貯槽と、その貯槽に供給される前の何れかの流路の前記前処理水にクロラミン類を添加する薬剤添加手段と、その貯槽から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜とを備えることを特徴とする。 On the other hand, the water treatment apparatus of the present invention comprises a pretreatment means for performing membrane separation with a separation membrane capable of removing bacteria, a storage tank for storing pretreatment water supplied from the pretreatment means, and a pretreatment means before being supplied to the storage tank. It is characterized by comprising a drug addition means for adding chloramines to the pretreated water in any flow path and a polyamide-based reverse osmosis membrane for membrane separation of raw water supplied from the storage tank.
本発明の水処理装置によると、前処理手段が細菌除去可能な分離膜により膜分離を行うものであるため、除菌された前処理水が得られ、これが貯槽に供給される前の流路に薬剤添加手段によってクロラミン類を添加するため、細菌の増殖を抑制して除菌された状態を維持することができる。このように、本発明では、一旦増殖した細菌をクロラミン類で殺菌・除去するのではなく、分離膜により除菌された前処理水に対するクロラミンの増殖抑制効果を利用して、除菌された状態を維持できるため、運転中における逆浸透膜の生物的劣化を効果的に防止できるようになる。 According to the water treatment apparatus of the present invention, since the pretreatment means performs membrane separation by the separation membrane from which bacteria can be removed, the pretreatment water that has been sterilized is obtained, and the flow path before this is supplied to the storage tank Since chloramines are added to the medicine by means of drug addition, bacterial growth can be suppressed and the sterilized state can be maintained. Thus, in the present invention, the bacteria that have once proliferated are not sterilized and removed with chloramines, but are sterilized by utilizing the inhibitory effect of chloramine on the pretreated water sterilized by the separation membrane. Therefore, the biological deterioration of the reverse osmosis membrane during operation can be effectively prevented.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の水処理装置の一例を示す概略構成図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a water treatment apparatus of the present invention.
本発明の水処理方法は、前処理を経た前処理水を貯槽に溜めた後、ポリアミド系逆浸透膜に供給して膜分離を行うものである。本発明はこのような水処理方法において、細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加することを特徴とする。このような本発明の水処理方法は、本発明の水処理装置を用いて好適に実施することができる。 In the water treatment method of the present invention, pretreated water that has undergone pretreatment is stored in a storage tank and then supplied to a polyamide-based reverse osmosis membrane for membrane separation. In the water treatment method according to the present invention, chloramines are added to any flow path before being supplied to the storage tank while performing membrane separation using a separation membrane capable of removing bacteria to obtain the pretreated water. It is characterized by that. Such a water treatment method of the present invention can be preferably carried out using the water treatment apparatus of the present invention.
即ち、本発明の水処理装置は、図1に示すように、細菌除去可能な分離膜11により膜分離を行う前処理手段10と、その前処理手段10から供給される前処理水21を溜める貯槽20と、その貯槽20に供給される前の何れかの流路にクロラミン類を添加する薬剤添加手段30と、その貯槽20から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜40とを備える。
That is, as shown in FIG. 1, the water treatment apparatus of the present invention stores pretreatment means 10 that performs membrane separation using a
前処理手段10は、細菌除去可能な分離膜11により膜分離を行うものであればよく、膜分離のみを行う分離装置に限らず、生物学的処理(活性汚泥法、生物膜法、担体法などを含む)、化学反応処理などと膜分離とを組合せた処理装置などでもよい。本実施形態では、活性汚泥処理と膜分離とを組合せた処理装置を用いて下水2次処理水を処理する例を示す。
The pretreatment means 10 is not limited to a separation apparatus that performs only membrane separation, as long as it performs membrane separation using a
本発明における分離膜11としては、平均孔径が0.01〜3μmのものが好ましく、0.1〜1μmがより好ましい。分離膜11としては、例えば精密ろ過膜又は限外ろ過膜が好ましく用いられ、精密ろ過膜で十分な除菌が可能であれば、透過流量が高いことから、精密ろ過膜を用いるのが好ましい。
The
本実施形態の前処理手段10では、例えば処理槽12内に下水2次処理水が、曝気されながら分離膜11により膜分離されて、その透過液として前処理水が得られる。
In the pretreatment means 10 of this embodiment, for example, sewage secondary treated water is membrane-separated by the
このようにして前処理された前処理水は、ポンプ16によって吸引され、配管15と配管17を経て、貯槽20に供給される。
The pretreated water thus pretreated is sucked by the
貯槽20は、前処理手段10から供給される前処理水21を溜めるものであり、空気との接触により滞留した前処理水21には細菌が増殖し易い。また、貯槽20は、前処理手段10が逆流洗浄を必要とされる場合に、一般に連続運転される逆浸透膜40との間で、バッファータンクの役割をすることができる。
The
このため、本発明は、分離膜11の逆流洗浄が必要とされる前処理手段10を備える場合に、特に有効となる。なお、貯槽20にクロラミン類を添加する方法では、貯槽20の前処理水21の液面高さが変動する場合に、濃度調整が困難となり、また、撹拌装置が必要となるなど、本発明に比べて不利な点が多くなり、これらを怠ると、細菌の増殖が生じ易くなる。
For this reason, the present invention is particularly effective when the pretreatment means 10 that requires the backwashing of the
薬剤添加手段30は、貯槽20に供給される前の何れかの流路(配管15又は配管17など)にクロラミン類を添加するものである。添加される流路は、分離膜11により除菌されており、無菌又は菌数の少ない状態になっている。本実施形態では、弁32を用いて流量を調整しつつ配管15に添加する例を示す。
The drug addition means 30 is for adding chloramines to any flow path (
クロラミン類としては、アンモニア性窒素化合物の水素が塩素で置換された化合物であり、モノクロラミン、ジクロラミンの他、クロラミンT、クロラミンBなども含まれる。クロラミン類の添加は、添加後の濃度が1〜5ppmになるように行うのが好ましく、より好ましくは2〜3ppmになるように行う。クロラミン類の添加は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。クロラミン類は、ポリアミド系合成膜に対し、膜劣化を最小限にとどめることができるため、分離システム中に連続添加することができる。 Chloramines are compounds in which hydrogen of an ammoniacal nitrogen compound is replaced with chlorine, and include chloramine T, chloramine B, etc. in addition to monochloramine and dichloramine. The addition of chloramines is preferably performed so that the concentration after addition is 1 to 5 ppm, more preferably 2 to 3 ppm. The addition of chloramines may be performed continuously or intermittently. Chloramines can be continuously added to the separation system because the deterioration of the membrane can be minimized with respect to the polyamide-based synthetic membrane.
薬剤添加手段30は、このようなクロラミン類の水溶液を溜める容器31と、容器31からの配管33に設けた弁32を備えている。
The drug addition means 30 includes a
また、本発明では、スケール防止剤を添加することも可能であり、その場合、例えばスケール防止剤を溜める容器35と、容器35からの配管37に設けた弁36を備えるスケール防止剤添加手段38が設けられる。クロラミン類とスケール防止剤等が添加された後の前処理水は、pH6〜8に調整することが好ましい。
In the present invention, it is also possible to add a scale inhibitor. In this case, for example, a scale inhibitor addition means 38 including a
なお、分離膜11の逆流洗浄時には、分離膜11による膜分離が中断されると共に、クロラミン類等の添加が中断される。逆流洗浄は、一般に、図示しない供給経路から洗浄水を分離膜11の透過側に供給して洗浄水を逆流させることで、分離膜11の表面に堆積した成分を除去することによって、行うことができる。
Note that when the
ポリアミド系逆浸透膜40は、貯槽20から供給される原水の膜分離を行うものであり、貯槽20内の前処理水21は、ポンプ22によって吸引され、配管23を経て、ポリアミド系逆浸透膜40に原水として供給される。ポリアミド系逆浸透膜40では、主として溶解した塩類、有機物、有機物の分解物などが除去される。
The polyamide-based
ポリアミド系逆浸透膜40としては、透過流束が大きく阻止性能も良好であるという観点から、架橋ポリアミド系複合膜であることが好ましい。また、逆浸透膜40の形態としては、平膜、チューブラー膜、中空糸膜など何れでもよいが、本発明では、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材が、有孔の中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントを使用することが好ましい。
The polyamide-based
ポリアミド系逆浸透膜40により膜分離された透過液42は、貯槽41に溜められ、例えば河川等に放出されたり、工業用水として再利用等して使用される。また、膜分離された濃縮液は、例えば河川等に放出される。
The
本発明では、クロラミン類が有害である場合など、クロラミン類を除去する工程を、ポリアミド系逆浸透膜40による膜分離工程の後に追加することも可能である。クロラミン類を除去する場合、例えば、亜硫酸塩、重亜硫酸塩などを用いることができる。また、その後、イオン交換により、反応生成物を除去することも可能である。
In the present invention, when chloramines are harmful, a step of removing chloramines may be added after the membrane separation step by the polyamide-based
本発明は、工業用水の製造、各種排水の処理、有価物回収などに好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for industrial water production, various wastewater treatment, valuable material recovery, and the like.
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。 Examples and the like specifically showing the configuration and effects of the present invention will be described below. In addition, the evaluation item in an Example etc. measured as follows.
実施例
図1に示す水処理装置を用いて、下水2次処理水を活性汚泥装置により処理しつつ、精密ろ過膜(平均孔径0.1μm)でろ過分離し、その透過液に対して、濃度が2〜3ppmになるようにモノクロラミンを添加した。更に、pH7.0になるように、スケール防止剤である硫酸を添加した。これを貯槽に溜めた後(滞留時間2時間)、スパイラル型分離膜エレメント(ポリアミド系、HYDRANAUTICS社製、ESPA1(低圧タイプ))を用いて、透過流量0.5m3/(m2・d)、回収率75%で膜分離を行った。
Example Using the water treatment apparatus shown in FIG. 1, while treating the sewage secondary treated water with an activated sludge apparatus, it was filtered and separated with a microfiltration membrane (average pore diameter of 0.1 μm), and the concentration of the permeate was reduced. Monochloramine was added so as to be 2 to 3 ppm. Furthermore, sulfuric acid as a scale inhibitor was added so that the pH was 7.0. After storing this in a storage tank (residence time 2 hours), a permeation flow rate 0.5 m 3 / (m 2 · d) using a spiral type separation membrane element (polyamide type, HYDRANAUTICS, ESPA1 (low pressure type)) Membrane separation was performed at a recovery rate of 75%.
その結果を図2に示すが、100日経過後も透過流束はほとんど低下しなかった。なお、精密ろ過膜の透過液の菌濃度を調べたところ、0cfu/100mlであった。 The result is shown in FIG. 2, and the permeation flux hardly decreased even after 100 days. In addition, when the microbe density | concentration of the permeate of a microfiltration membrane was investigated, it was 0 cfu / 100 ml.
比較例
実施例1において、クロラミン類を添加しないこと以外は同じ条件で、図1に示す水処理装置を用いて水処理を行った。その際、回収率を65%、75%、70%に変化させた。その結果を図3に示すが、回収率に関係なく、微生物ファウリングによる透過流束の低下が顕著であった。
Comparative Example In Example 1, water treatment was performed using the water treatment apparatus shown in FIG. 1 under the same conditions except that chloramines were not added. At that time, the recovery rate was changed to 65%, 75%, and 70%. The results are shown in FIG. 3, and the decrease in permeation flux due to microbial fouling was significant regardless of the recovery rate.
10 前処理手段
11 分離膜
20 貯槽
21 前処理水
30 薬剤添加手段
40 ポリアミド系逆浸透膜
DESCRIPTION OF
Claims (6)
細菌除去可能な分離膜により膜分離を行って前記前処理水を得ながら、前記貯槽に供給される前の何れかの流路の前記前処理水にクロラミン類を添加することを特徴とする水処理方法。 In the water treatment method in which pretreatment water that has undergone pretreatment is stored in a storage tank and then supplied to a polyamide-based reverse osmosis membrane for membrane separation,
Water, wherein chloramines are added to the pretreated water in any flow path before being supplied to the storage tank while performing membrane separation using a separation membrane capable of removing bacteria Processing method.
その前処理手段から供給される前処理水を溜める貯槽と、
その貯槽に供給される前の何れかの流路の前記前処理水にクロラミン類を添加する薬剤添加手段と、
その貯槽から供給される原水の膜分離を行うポリアミド系逆浸透膜と、
を備える水処理装置。 Pretreatment means for performing membrane separation with a separation membrane capable of removing bacteria;
A storage tank for storing pretreated water supplied from the pretreatment means;
A chemical addition means for adding chloramines to the pretreated water in any flow path before being supplied to the storage tank;
A polyamide-based reverse osmosis membrane that performs membrane separation of raw water supplied from the storage tank;
A water treatment apparatus comprising:
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