JP6580338B2 - 膜処理装置及び膜処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、膜処理装置及び膜処理方法に関し、特に、河川水、海水、汽水、下水、工業排水、含油排水などの被処理水の浄化処理に利用可能な膜処理装置及び膜処理方法に関する。

従来、河川水、海水、汽水、下水、工業排水、含油排水などの被処理水を浄化する技術として膜処理技術が用いられている。例えば、逆浸透（ＲＯ）膜を用いた海水淡水化前処理及び精密（ＭＦ）膜法又は限外（ＵＦ）膜法を用いた下排水処理などが知られている。

このような膜処理技術においては、被処理水中の濁質や溶解性有機物が膜表面や細孔内に付着・蓄積し、目詰まり又は閉塞などを引き起こすことにより、分離膜の透過流束を低下させる現象（ファウリング）が発生する問題が知られている。ファウリングが発生すると濾過効率が低下して膜処理を効率的に行えなくなることから、前処理として、沈殿処理、凝集処理、砂ろ過処理、加圧浮上処理などを単独又は複数組み合わせて実施する方法が知られている。

例えば、図７に示す装置は、膜ろ過装置の前段に無薬注重力式二層砂ろ過処理を用いた代表的な装置である。重力式二層砂ろ過装置１６は、被処理水導入管３０から被処理水の供給を受けて、被処理水を装置内部の砂ろ過層でろ過してろ過水を得る。ろ過水は、原水送水ポンプ５０により原水送水管４０で送出され、膜ろ過装置２０に供給される。膜ろ過装置２０では装置内部に配置された分離膜を用いた膜ろ過により透過水が得られ、排出管７０を介して透過水が排出される。膜ろ過装置２０は、その上部に循環配管１５０が接続されており、循環配管１５０を介して重力式二層砂ろ過装置１６の出力側に接続された原水送水管４０を介して透過水の一部が返送される。

或いは、ファウリングの発生を抑制する別の方法として、一般的には、逆洗や薬品洗浄を行って分離膜を洗浄することが行われている。しかしながら、逆洗や薬品洗浄の頻度の増加により膜寿命が低下する問題、或いは洗浄に必要な薬品費の増加により処理コストが増大する問題がある。

分離膜の逆洗や薬品洗浄の頻度を少なくして分離膜を長寿命化し、処理コストを低減するために、例えば、特許第５０６８７２７号公報（特許文献１）には、原水が限外又は精密濾過膜モジュールに流入する前に超微粒子気泡を原水中に混合させて膜濾過することにより、膜モジュールの汚れや目詰まりを抑制する方法が記載されている。

特許第５１０８２２６号公報（特許文献２）には、膜ろ過装置によって固液分離して得た液相をマイクロバブル発生装置に供し、これにより生成したマイクロバブル混合溶媒を溶媒槽に返送する技術が記載されている。

特許第３２７３６６５号公報（特許文献３）には、中空糸膜モジュールを収容したろ過器内の差圧が規定の値に達した際に、ろ過器下部に配置した気泡分配管から気泡を噴出させて中空糸膜表面に形成された酸化鉄付着層を除去する洗浄技術の例が記載されている。

特許第５５６４０２１号公報（特許文献４）には、含油排水からなる原水の供給路に油分を浮上分離させるための分離槽を配置し、分離槽の下流に膜分離モジュールを配置し、膜分離モジュールの下方から粗大気泡と微細気泡を発生させて膜洗浄を行う技術の例が記載されている。

特許第５０６８７２７号公報 特許第５１０８２２６号公報 特許第３２７３６６５号公報 特許第５５６４０２１号公報

しかしながら、従来の装置及び方法のいずれも、処理効率性や装置簡略化の面を鑑みるとまだ改善の余地がある。例えば、特許文献１に記載された方法では、導入した微細気泡が膜モジュールの一次側で循環するにつれて粗大化し、送水ポンプ内に気体が入り込んで「エア噛み」とよばれる現象が発生したり、気泡に付着した汚染物が系外に排出されないことから、膜面の洗浄性が徐々に悪化したりする場合がある。

特許文献２には、反応プロセスにマイクロバブルを供給して活性汚泥処理する技術に関する記載はあるが、気泡発生に必要な水を膜処理水から確保し、系内で気泡発生に必要な水を有効利用するための技術が単に記載又は示唆されるだけであって、発生させたマイクロバブルを膜洗浄に用いることに関する知見や示唆は一切記載されていない。特許文献３では、中空糸膜モジュールの膜表面に付着した非結晶状の鉄酸化物等を除去するための装置構成が非常に複雑であり、特殊な膜モジュールが用いられるために汎用性が低い。

特許文献４では、処理条件や被処理水の性状によっては常に効率的な処理が得られない場合がある。分離槽内に配置される器具点数も多く、必ずしも装置簡略化の面からは効率的であるとは言えない場合もある。

上記課題を鑑み、本発明は、装置の簡略化が可能で、分離膜への汚染物の付着を抑制して長期間安定的に処理が可能な膜処理装置及び膜処理方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、汚染物除去のために膜ろ過装置内へ供給した気泡を含む処理水の一部を、膜ろ過装置の前段に配置された処理槽へ返送するための返送管を介して返送し、更に処理槽内に返送された気泡を被処理水と接触させて処理槽内の汚染物を吸着除去する構成を採用することにより、装置を簡略化し、分離膜への汚染物の付着を抑制しながら長期間安定的に膜分離処理が可能な膜処理装置及び膜処理方法が得られることを見いだした。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、被処理水中の汚染物を気泡に吸着させて分離し、気泡が分離された処理水を得る処理槽と、処理水をろ過して透過水を得るための分離膜を内部に収容する膜ろ過装置と、膜ろ過装置へ供給する分離膜を洗浄するための気泡を発生させる気泡発生装置と、気泡を含む処理水の一部を膜ろ過装置から抜き出して処理槽の下部領域へ返送する返送管とを備え、分離膜の洗浄で発生する汚染物を吸着させた気泡を含む処理水の一部を、返送管を介して処理槽内へ返送し、処理槽内に返送された気泡を被処理水と接触させることにより、被処理水中の汚染物も気泡に吸着させて分離することを特徴とする膜処理装置が提供される。

本発明は別の一側面において、被処理水中の汚染物を気泡に吸着させて分離し、気泡が分離された処理水を得る処理槽と、処理水をろ過して透過水を得るための分離膜を内部に収容する膜ろ過装置と、膜ろ過装置の外部に配置され、膜ろ過装置へ供給する分離膜を洗浄するための気泡を発生させる気泡発生装置と、気泡を含む処理水の一部を膜ろ過装置から抜き出して処理槽へ返送する返送管とを備え、分離膜の洗浄で発生する汚染物を吸着させた気泡を含む処理水の一部を、返送管を介して処理槽内へ返送し、処理槽内において気泡を被処理水と接触させることにより、被処理水中の汚染物も気泡に吸着させて分離することを特徴とする膜処理装置が提供される。

本発明に係る膜処理装置は一実施態様において、処理槽内の気泡を槽上部に集めて被処理水から分離する泡沫分離部を備える。

本発明に係る膜処理装置は更に別の一実施態様において、膜ろ過装置へ直径５０μｍ以下の気泡を供給することを含む。

本発明に係る膜処理装置は更に別の一実施態様において、膜ろ過装置から返送される処理水の一部に気泡を追加するための気泡追加装置を更に備える。

本発明は別の一側面において、処理槽に被処理水を供給し、被処理水中の汚染物を気泡に吸着させて分離し、気泡が分離された処理水を抜き出すことと、分離膜を内部に収容した膜ろ過装置内に、分離膜を洗浄するための気泡と処理水とを供給し、処理水をろ過して透過水を得るとともに、気泡を含む処理水の一部を抜き出して、処理槽の下部領域へ返送することとを含み、処理槽内に返送された気泡を被処理水と接触させることにより、被処理水中の汚染物も気泡に吸着させて分離することを含む膜処理方法が提供される。

本発明によれば、装置の簡略化が可能で、分離膜への汚染物の付着を抑制して長期間安定的に処理が可能な膜処理装置及び膜処理方法が提供される。

本発明の実施の形態に係る膜処理装置の一例を表す概略図である。 図１の処理槽の具体例を表す概略図である。 図１の膜ろ過装置の具体例を表す概略図である。 第１変形例に係る膜処理装置の一例を表す概略図である。 第２変形例に係る膜処理装置の一例を表す概略図である。 第３変形例に係る膜処理装置の一例を表す概略図である。 従来例（比較例１）としての膜処理装置の構成を表す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る膜処理装置は、被処理水中の汚染物を気泡に吸着させて分離し、気泡が分離された処理水を得る処理槽１と、処理水をろ過して透過水を得るための分離膜２０（図３参照）を内部に収容する膜ろ過装置２と、膜ろ過装置２へ供給する分離膜２０を洗浄するための気泡を発生させる気泡発生装置６ａと、気泡を含む処理水の一部を膜ろ過装置２から抜き出して処理槽１へ返送する返送管８とを備える。

処理槽１は気泡の気液界面に汚染物が吸着・濃縮する性質を利用して処理槽１内に導入された被処理水中の汚染物を気泡により分離除去する浮上分離を行うための槽である。処理槽１としては、例えば、鉛直方向（図１の上下方向）に長手方向を有する槽が好適に用いられる。処理槽１内に導入する気泡は、返送管８を介して膜ろ過装置２から返送される返送水に含まれる気泡が利用される。これにより、処理槽１への気泡を供給するための動力を省略して装置全体の簡略化が図れるとともに、膜ろ過装置２内に残存する汚染物も除去できるため、長期間安定的に膜処理を行うことが可能となる。

図２に示すように、処理槽１の上部には、処理槽１の下部から上部へと浮上する処理槽１内の気泡を槽上部に集めて、被処理水から分離する泡沫分離部９が設けられている。泡沫分離部９の具体的装置態様は特に限定されない。例えば、処理槽１内に供給された被処理水の水面に対して実質的に垂直に並べられた１又は複数の仕切り壁であってもよいし、水面に対して斜めに傾斜した傾斜仕切であってもよいし、水面に対して逆漏斗形状（山型で頂部に気泡を排出するための開口部を有する形状）を有する仕切であっても構わない。泡沫分離部９として、パイプスキマー、スカムポンプ、泡沫掻き寄せ装置等を使用するか又はこれらを上記仕切と併用することもできる。

被処理水としては、河川水、海水、汽水、下水、工業排水、含油排水などの汚染物を含む水が用いられる。図１に示すように、返送管８は、処理槽１の下部領域に接続されている。「下部領域」とは処理槽１の高さ（鉛直方向の槽長）の１／２以下の高さを示し、典型的には１／３以下、更に典型的には１／４以下を示す。

被処理水の性状によっては、含油排水等のように、気泡との接触することにより短時間で容易に気泡に吸着分離される汚染物もある。しかしながら、本実施形態では、返送管８が処理槽１の下部領域に接続されることによって、被処理水と気泡との接触時間を十分にとることができる。このため、例えば、溶解性有機物等の気泡に付着しにくい汚染物も有効に吸着分離させることができる。なお、本実施形態において分離除去対象とする「汚染物」とは、含油排水に含まれる油の他、海水中に含まれる生体外分泌高分子粒子（ＴＥＰ）バイオポリマー、フミン質等の溶解性有機物を含む。

更に、被処理水導入管３に接続された処理槽１の被処理水の導入口１ａは、処理槽１の返送管８との接続部分１ｂよりも上方に設けられるとともに、処理水を抜き出す処理水抜出口１ｃが処理槽１の返送管８との接続部分１ｂよりも下方に設けられている。これにより処理槽１内では、被処理水が処理槽１の上方側から下方側へと流れ、返送管８から供給される気泡を含む処理水が処理槽１の下方側から上方側へと流れる。即ち、処理槽１内では、被処理水と気泡とを向流式に接触されるため、攪拌手段などを設けなくとも、被処理水と気泡とを効率的に接触させることができる。

気泡の処理槽１内での浮上経路を長くし、被処理水の汚染物をより多く気泡に付着させるためには、導入口１ａと接続部分１ｂとの距離は出来るだけ離すことが好ましい。更には、処理水抜出口１ｃに気泡が巻き込まれないようにするために、処理水抜出口１ｃを接続部分１ｂよりも下方に離して設置することが好ましい。

このような処理槽１を用いることにより、従来のような、被処理水中から汚染物を取り除くための前処理として無薬注重力式二層砂ろ過装置を用いた膜処理装置（図７参照）に比べて汚染物除去に必要な処理時間を大幅に短縮にさせることができる。具体的には、処理槽１内での被処理水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は１０分以下、より具体的には５分以下とすることにより、十分な汚染物除去効果及び膜ろ過装置２内の分離膜２０への汚染物付着抑制効果が得られる。

処理槽１内の被処理水は、送水管４に接続されたポンプ５を介して膜ろ過装置２の下部へ供給される。送水管４に接続されたポンプ５の更に下流側には、気泡発生装置６ａが接続されている。気泡発生装置６ａとしては、例えば気泡を噴出する孔径が１ｍｍ以下のメンブレン式散気装置又はセラミック製散気装置やエジェクタ等が好適に用いられる。

特に、気泡発生装置６ａは、膜ろ過装置２に直径５０μｍ以下の気泡を供給するための装置を用いることが好ましい。例えば十分な量の気体を水中に高圧で溶解させた後で、圧力を解放し気泡を発生させる加圧溶解型発生装置や、エジェクタや特殊なノズルを用いて、気泡を含んだ渦流を崩壊させて気泡を発生させる気液二相流旋回型発生装置が好適に用いられる。エジェクタを送水管４の途中に設けてより簡便な構成となるようにしてもよい。気泡の表面にはＯＨ^-、Ｃｌ^-、ＣＯＯ^-などが濃縮することでマイナス荷電を有しているため、分離膜２０の膜面に付着する汚染物をより除去しやすくできるという利点を有する。また、分離膜２０の処理水と接する側に気泡発生装置６ａから供給した微細な気泡による乱流を生じさせることにより、分離膜２０表面への汚染物の剥離を促すとともに汚染物の付着を効果的に抑制することができる。

気泡発生装置６ａは、膜ろ過装置２の外部に配置されることにより、気泡発生装置６ａのメンテナンス作業が行いやすく、また、気泡発生装置６ａを膜ろ過装置２内に配置することにより膜ろ過装置２内へ配置する膜モジュールを改造する必要がないために、市販の様々なタイプの膜モジュールを膜ろ過装置２内に適用することができる等の利点を有する。しかしながら、膜ろ過装置２内に気泡発生装置６ａを配置しても構わないことは勿論である。気泡発生装置６ａが実際に発生させる気泡の大きさの分布に特に制限はないが、直径５０μｍ以下の微細な気泡が、膜ろ過装置２内において、体積基準の気液比（気体／液体）で０．１以上存在することが好ましい。

図３に示すように、膜ろ過装置２内には分離膜２０が収容されている。分離膜２０としては、孔径０．００１〜０．１μｍ程度のＵＦ膜又はＭＦ膜が好適に利用される。膜ろ過装置２内に収容される分離膜２０の形状及び材質は特に限定されないが、一般的に入手しやすい中空糸膜（内圧式、外圧式）が好適に利用される。

膜ろ過装置２内では、送水管４から気泡を含む処理水の供給を受け、分離膜を覆うように気泡が下方から上方へと浮上する。これにより処理水中の汚染物が分離膜に付着するのが防止されるとともに気泡に汚染物が付着する。分離膜２０に既に汚染物が付着していた場合でも、その汚染物は膜ろ過装置２内を浮上する気泡に接触することで剥離される。気泡に付着した汚染物は、膜ろ過装置２の上部に接続された返送管８を介して処理槽１へ送られ、図１に示す処理槽１内の泡沫分離部９で分離されて排出される。図３に示すように、分離膜２０で分離された透過水は装置上部にある排出管７を介して膜ろ過装置２の外部へ排出される。

このように、本発明の実施の形態に係る膜処理装置によれば、気泡発生装置６ａで発生させた微細な気泡を膜ろ過装置２内へ供給し、膜ろ過装置２内の分離膜２０に付着する汚染物及び処理水中の汚染物を気泡に付着させることにより、分離膜２０のファウリングの発生を少なくできるため、分離膜２０の薬剤による洗浄頻度を少なくすることができ、長期間安定した膜分離処理を行うことができる。更に、膜ろ過装置２内へ供給した気泡を含む処理水を処理槽１へ返送することで、処理水中の気泡を用いて被処理水の汚染物の除去を行うことができ、より簡易な装置でより効率的な処理が行える。

なお、膜ろ過装置２内へ供給された気泡は、膜ろ過装置２内で浮上しながら互いに接触することにより或いは膜ろ過装置２の装置壁との接触により粗大化する。気泡は、返送管８の管壁との接触により粗大化する場合もある。その結果、返送管８を介して処理槽１へ返送される気泡の直径は５０μｍ以上、より典型的には１００μｍ以上、更に典型的には３００μｍ以上となり、最大５００μｍ程度となる。

膜ろ過装置２内に供給されるような直径５０μｍ以下の気泡では浮上速度が遅くなり、汚染物の除去速度が遅くなることがあるが、本発明によれば、返送管８から処理槽１へ供給される気泡の直径が５０μｍ以上であるために、処理槽１での被処理水中の汚染物の泡沫分離を効率的に行うことができる。

（第１変形例）
図４に示すように、本発明の第１変形例に係る膜処理装置は、処理槽１へ供給する被処理水に対し、被処理水中の汚染物を凝集させるための薬剤を供給する薬剤供給部１１を更に備える点が、図１に示す膜処理装置と異なる。

薬剤供給部１１に供給される薬剤としては、被処理水の汚染物を凝集して粗大化させる効果を有する薬剤であれば特に限定されない。薬剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ鉄、ポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤や、塩酸、硫酸などの酸剤、或いは苛性ソーダ等のアルカリ剤が利用可能である。薬剤供給部１１を介して被処理水中に薬剤が添加されることにより、被処理水中の汚染物を凝集、粗大化させて、気泡による処理槽１内での汚染物の分離効果をより向上させることができる。

（第２変形例）
図５に示すように、本発明の第２変形例に係る膜処理装置は、膜ろ過装置２から返送される処理水の一部に気泡を追加するための気泡追加装置６ｂを更に備える。被処理水として塩類濃度の低い被処理水を用いる場合、気泡発生装置６ａが発生させた気泡の保持時間が短くなる場合、又は気泡の発生量が少なくなる場合があり、膜ろ過装置２内又は返送管８内で気泡が消失して処理槽１へ返送する気泡量が十分でない場合がある。第２変形例によれば、気泡追加装置６ｂを備えることによって、処理槽１へ返送する気泡量が十分でない場合に、気泡を追加することができるため、処理槽１での汚染物の泡沫分離処理を安定的に進めることができる。

第２変形例では、処理槽１内へ供給される被処理水の水質に基づいて、気泡発生装置６ａの駆動、或いは返送管８を介して処理槽１へ供給する気泡を含む処理水の供給を制御することが可能な制御手段１２を備えていてもよい。

例えば、処理槽１へ供給される被処理水中の汚染物が少なく水質が比較的良好である場合には、膜ろ過装置２への気泡の導入が間欠的で良い場合がある。このような場合には、気泡発生装置６ａによる気泡の生成を、例えば１時間のうち５分間のみ行わせるように制御手段１２が制御することも可能である。この際、処理槽１への気泡の常時供給は気泡追加装置６ｂで以て行うことが可能である。

或いは、返送管８を流れる返送水中の気泡量（気泡数及び気泡径）を検知するための検知手段（図示せず）を返送管８の管路内に配置し、制御手段１２が、検知手段による返送水の気泡発生量に基づいて、気泡が不足する場合には、気泡発生装置６ａ及び気泡追加装置６ｂの少なくともいずれかの駆動を制御することにより、返送管８を介して処理槽１へ供給する気泡を含む処理水の供給を制御してもよい。気泡量を検知するための検知手段の例としては、市販のパーティクルカウンター（微粒子計）などを用いることが可能である。

更には、処理槽１へ供給される被処理水の水質に基づいて、気泡追加装置６ｂが追加すべき気泡の大きさ及び量を制御手段１２が制御するようにしてもよい。例えば、海水中には、膜ろ過装置２の分離膜の閉塞を起こす原因物質として、透明で粘着性の高いゼリー状の有機物である生体外分泌高分子粒子（ＴＥＰ）が含まれることが知られている。したがって、本処理における被処理水が海水で汚染物としてＴＥＰを除去したい場合には、制御手段１２がＴＥＰの除去に効果的な直径を有する気泡を気泡追加装置６ｂが発生させるように制御する。

具体的には、ＴＥＰを除去する場合、ＴＥＰのまわりに小さな気泡を複数個付着させるよりも、比較的大きなひとつの気泡のまわりに、ＴＥＰを複数個付着させる方が、浮上分離しやすい。このため、制御手段１２が、気泡追加装置６ｂに対し、ＴＥＰの処理に好適なサイズである直径０．５〜１ｍｍの気泡を発生させるように制御することができる。その他被処理水中に含まれる各種汚染物に対しても実質的に同様な気泡径の調整を行うことができる。

更には、処理槽１内での処理をより良好に行うために、処理槽１内の気液比を調整する気液比調整手段１３を設けてもよい。処理槽１内で泡沫分離を効果的に行う場合、処理槽１内の気液比（気／液）は、体積比で０．１〜１．０、より好ましくは０．４〜０．６とすることが望ましい。そのため、気液比調整手段１３は、返送管８を介して供給される気泡を含む処理水（返送水）の供給量を制御することにより、処理槽１内の気液比を好適な範囲に制御する。これにより、被処理水の水質及び水質の変動により適した処理を行うことができる。

（第３変形例）
図６に示すように、膜ろ過装置２からポンプ１４を用いて抜き出した透過水を、逆浸透膜を用いて脱塩処理する脱塩手段１５を更に備えてもよい。脱塩手段１５には逆浸透膜が利用される。脱塩手段１５を設けることにより、海水などの塩類を含む被処理水を効率的に処理することが可能である。また、図６に示す膜処理装置を海水、汽水の淡水化処理の前処理設備へ適用することにより、淡水化処理の効率化が図れる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。

図示はしていないが、膜ろ過装置２には、洗浄水を用いて分離膜２０を洗浄するための機構を備えることができ、洗浄水を膜ろ過装置２から処理槽１への返送管８に設けられた分岐管を介して排出することもまた可能である。また、図３〜５に示す各装置を、図１に適宜組み合わせることも勿論可能である。処理槽１の上部は大気開放されており、泡沫分離部９を介して水面付近に浮上した汚染物を含む泡沫をオーバーフローさせて排出させるようにしてもよい。このように、本発明は上記の開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においてはその要旨を逸脱しない範囲において変形し具体化し得る。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

（実施例１）
海水の淡水化処理実験施設にて、ＲＯ膜法による海水淡水化の前処理として、本実施形態に係る図１の膜ろ過装置を用いた試験を実施した。被処理水は東京湾内海水とし、分離膜として、東レ株式会社製の公称孔径０．０１μｍの外圧型ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）素材の中空糸ＵＦ膜モジュール（ＨＦＵ２００８）を、円筒形のケーシング内に充填して用いた。気泡発生装置には、空気せん断型ポンプおよび加圧溶解タンクを備える、株式会社ニクニ製のマイクロバブルジェネレーター（ＭＢＧ２０ＮＤ０７ＺＥ−１ＢＧ００３）を用いた。また、泡沫分離部には、米国ＲＫ２ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のプロテインスキマー（ＲＫ１０ＡＣ）の気泡分離部分を流用した。

分離膜の処理流量は１０ｍ³／ｄであり、水回収率は７０％とした。分離膜は入口圧力が５５ｋＰａとなった時に定圧逆洗を実施するように設定した。逆洗浄水には次亜塩素酸ナトリウムを１０ｍｇ／Ｌで注入したＵＦ膜処理水を用いた。分離膜の入口圧力と定圧逆洗回数について、運転中、モニタリングを行った。

泡沫分離部を備えた処理槽については、流入する被処理水に対する、分離気泡（泡沫）を含む分離水の質量比が、０．０１〜０．０５となるように運転した。被処理水への凝集剤の添加は行わなかった。また、処理槽内の気液比（気体流量と液体流量の比）は体積比で０．４：１となるように設定した。

分離膜へのファウリング性物質の負荷を検討するため、処理槽へ供給する被処理水（流入水）及び処理槽から抜き出される処理水（流出水）のＴＥＰ濃度を測定し、処理槽でのＴＥＰの除去率を検討した。ここで、ＴＥＰ除去率は以下の式（１）で算出した。
ＴＥＰ除去率＝（１−処理水のＴＥＰ濃度／被処理水のＴＥＰ濃度）×１００ −（１）

約２週間、上記運転を実施した結果、膜ろ過装置前段に配置された処理槽でのＴＥＰの平均除去率は５２％で、膜ろ過装置内の分離膜の逆洗回数は１日あたり平均１７回であり、良好に運転されていることが確認された。ここで、ＴＥＰ平均除去率とは、運転期間の間ｎ回、上記の方法で測定したＴＥＰ除去率の算術平均値である。

（実施例２）
図４に示す膜処理装置を行って被処理水を処理した。薬剤供給部から凝集剤（塩化第二鉄）を５ｍｇ−ＦｅＣｌ₃／Ｌの濃度で注入し、処理槽内での濁質および溶解性有機物の凝集性の向上を試みた。その他条件は実施例１と同様とした。

約２週間、上記の運転を実施した結果、ＵＦ膜装置前段の気泡分離水槽でのＴＥＰの平均除去率は７８％で、ＵＦ逆洗回数は１日あたり平均７回で良好に運転されていることが確認された。即ち、薬剤供給部から薬剤を被処理水に供給することにより、ＴＥＰの分離除去率を更に向上させることができた。これは、凝集剤由来の鉄イオン（正電荷）により、負電荷であるＴＥＰが凝集した際には正電荷を持ち、負電荷である気泡により付着しやすくなったものと考えられる。

（実施例３）
実施例１と同様の条件で、図５に示す膜処理装置を用いて被処理水を処理したが、実施例３においても、良好に運転されることが確認できた。

（実施例４）
神奈川県内の河川水を対象に実施例３と同様の条件で、図５に示す膜処理装置を用いて被処理水を処理した。実施例３の場合と比較して、気泡発生装置６ａで発生させた気泡が膜ろ過装置２内で消失する割合が５０〜７０％程度高かったが、気泡追加装置６ｂで気泡を実施例３の場合よりも多く追加することにより、海水以外の場合でも、良好に運転することが確認できた。

（比較例１）
比較例１として、図７に示すような膜ろ過装置の前段に無薬注重力式二層砂ろ過処理による汚染物除去を行う装置を用いた試験を海水淡水化処理実験施設において実施した。本処理方法は、ＲＯ膜法による海水淡水化の前処理として典型的な方法である。

砂ろ過処理のＬＶ（線速度）は１２０〜１５０ｍ／ｄとした。膜ろ過装置の分離膜の運転条件は実施例１〜３と同様とした。砂ろ過への被処理水の流入水および砂ろ過からの流出水（膜ろ過装置への流入水）のＴＥＰ濃度を測定し、砂ろ過でのＴＥＰの除去率を検討した。

約２週間、上記の運転を実施した結果、砂ろ過でのＴＥＰの平均除去率は３０％で、ＵＦ膜の逆洗回数は１日あたり平均４５回であり、安定した運転が困難であった。従来の方法と比較して、本発明では、膜ろ過装置の前段に配置した処理槽でのＴＥＰ除去性が良好であり、分離膜への負荷が低く、定圧逆洗頻度は少なくなることがわかった。表１に実施例１〜３及び比較例１の結果のまとめを示す。

１…処理槽
２…膜ろ過装置
３…被処理水導入管
４…送水管
５…ポンプ
６ａ…気泡発生装置
６ｂ…気泡追加装置
７…排出管
８…返送管
９…泡沫分離部
１１…薬剤供給部
１２…制御手段
１３…気液比調整手段
１４…ポンプ
１５…脱塩手段
１６…重力式二層砂ろ過装置
２０…分離膜
３０…被処理水導入管
４０…原水送水管
５０…原水送水ポンプ
７０…排出管
１５０…循環配管

Claims (5)

1. 被処理水が導入される導入口と、該被処理水中の溶解性有機物を含む汚染物を気泡に吸着させて分離し、該気泡が分離された処理水を抜き出すために下部に設けられた処理水抜出口と、前記導入口より上部に設けられ、該気泡を前記被処理水から分離する泡沫分離部と、を備え、前記被処理水中の汚染物を吸着させた気泡及び該気泡が分離された処理水を得る処理槽と、
   前記処理水をろ過して透過水を得るための分離膜を内部に収容する膜ろ過装置と、
   前記膜ろ過装置へ供給する前記分離膜を洗浄するための気泡を発生させる気泡発生装置と、
   前記気泡を含む前記処理水の一部を前記膜ろ過装置から抜き出して、前記処理水抜出口よりも上部に設けられた前記処理槽の下部領域へ返送する返送管と
   を備え、
   前記分離膜の洗浄で発生する汚染物を吸着させた前記気泡を含む返送水の一部を、前記返送管を介して前記処理槽内の下部領域へ返送し、前記被処理水が前記処理槽の上方側から下方側へと流れ、前記返送管からの気泡を含む返送水が前記処理水の下方側から上方側へ流れて、前記処理槽内に返送された前記気泡を前記被処理水と向流式に接触させることにより、前記被処理水中の汚染物を更に前記気泡に吸着させて前記泡沫分離部で分離することを特徴とする膜処理装置。
2. 前記気泡発生装置は、前記膜ろ過装置の外部に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の膜処理装置。
3. 前記膜ろ過装置へ供給する気泡は、直径５０μｍ以下の気泡を含むことを含む請求項１又は２に記載の膜処理装置。
4. 前記膜ろ過装置から返送される返送水の一部に気泡を追加するための気泡追加装置を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜処理装置。
5. 被処理水を導入口から処理槽に下向流で供給し、
   前記被処理水中の溶解性有機物を含む汚染物を、前記処理槽内に上向流で流れる気泡に吸着させて分離し、
   前記汚染物を吸着した前記気泡を、前記処理槽の前記導入口より上部で泡沫分離し、
   前記処理槽の下部領域の処理水抜出口より前記気泡が分離された処理水を抜き出し、
   分離膜を内部に収容した膜ろ過装置内に、前記分離膜を洗浄するための気泡と前記処理水とを供給し、前記処理水をろ過して透過水を得るとともに、
   前記膜ろ過装置から前記気泡を含む返送水を一部抜き出して、前記処理水抜出口より上部の前記処理槽の下部領域へ返送し、
   前記処理槽の下部領域に返送された前記返送水に含まれた気泡を、前記導入口から供給された前記被処理水と接触させて、該被処理水中の汚染物を更に前記気泡に吸着させて分離し、泡沫分離により前記汚染物を吸着した前記気泡を分離することを特徴とする膜処理方法。