JP6721929B2 - 微生物活性の推定方法、該推定方法を有する水処理方法、及び、該水処理方法を行う水処理設備 - Google Patents
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微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、逆浸透膜によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する推定工程を備え、
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する。
そこで、上記の微生物活性の推定方法では、上記のごとく、変動幅の範囲内の複数の算出値から代表値を決める。これにより、被処理水への微生物の混入等による、変動幅の範囲外の算出値を、膜に付着した微生物以外の微生物の活性が反映されたものとして、上記代表値を決めるための算出値から除くことができる。即ち、膜に付着した微生物以外の微生物が試薬と反応したときの算出値(以下、意図しない算出値ともいう)を、代表値を決めるための算出値から除くことができる。従って、代表値は、意図しない算出値が除かれた、あらかじめ設定した変動幅の範囲内の複数の算出値を基にして決定されている分、信頼性の高い値となる。信頼性の高い代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定することによって、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を十分な信頼性で推定できる。
前記膜分離工程は、微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、逆浸透膜によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する推定工程を有し、
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定し、
前記推定工程によって推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記逆浸透膜によって、殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離する殺菌工程をさらに備える。
逆浸透膜によって被処理水を膜分離する膜分離部を備え、
微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、前記膜分離部によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定するように構成され、
時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度とから各算出値を算出し、時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決め、該代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定するように構成され、
推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記膜分離部によって、殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離するように構成されている。
本実施形態の水処理設備1は、微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、前記膜分離部3によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度(活性の度合、活性状態)を推定するように構成されている。
本実施形態の水処理設備1は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度とから各算出値を算出し、時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決め、該代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定するように構成されている。
本実施形態の水処理設備1は、推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記膜分離部3によって、殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離するように構成されている。
また、本実施形態の水処理設備1は、被処理水を加圧するポンプP、設備内における水の流れを制御する複数の弁を備える。ポンプPや弁については、後述する。
一方、本実施形態の水処理設備1は、試薬及び殺菌剤の少なくとも一方を含む被処理水を膜ユニット3aによって膜分離する水処理を行い、濃縮水と浄化された透過水とを得ることができるようにも構成されている。詳しくは、本実施形態の水処理設備1は、試薬を前記逆浸透膜に付着した微生物と反応させるべく、被処理水槽2から被処理水供給経路4を介して膜ユニット3aへ被処理水を送りつつ、試薬タンク7aから被処理水に試薬を添加できるように構成されている。また、殺菌剤添加部9から被処理水供給経路4中の被処理水へ殺菌剤含有液体を送ることができるように構成されている。
本実施形態の水処理設備1においては、水処理に伴って膜ユニット3aの逆浸透膜に微生物が付着し、逆浸透膜の目詰まり(バイオファウリング)が生じ得る。
具体的には、本実施形態の水処理設備1は、運転を開始したときに、前記試薬を含まない被処理水を膜ユニット3aにて膜分離して濃縮水と透過水とを得つつ、濃縮水返送経路5を経由させて濃縮水を被処理水槽2へ返送し、しかも、透過水返送経路6を経由させて透過水を被処理水槽2へ返送できるように構成されている。そして、濃縮水と透過水とを被処理水槽2に返送することによって、膜ユニット3aを経た被処理水を循環できるように構成されている。なお、本実施形態の水処理設備1は、運転を開始したときに、膜ユニット3aを経た被処理水を上記のごとく循環させつつ、前記試薬を含む被処理水を膜分離するように構成されてもよい。
一方、前記透過水は、例えば、純水、生産用水、飲料水、工業用洗浄水などの用途で使用される。
また、前記被処理水槽2は、図1に示すように、濃縮水返送経路5を経由した濃縮水、及び、透過水返送経路6を経由した透過水を内部に貯めることができるように構成されている。前記被処理水槽2は、返送された濃縮水と返送された透過水とを混合するように構成されている。
前記被処理水供給経路4には、例えば図1に示すように、被処理水を加圧するポンプPが取り付けられている。該ポンプPにより、加圧された被処理水を膜ユニット3aへ送ることができる。
また、前記濃縮水返送経路5及び前記濃縮水排出用経路11の途中には、図1に示すように、それぞれ濃縮水返送用弁A及び濃縮水排出用弁Bが取り付けられている。
また、前記透過水返送経路6及び前記透過水排出用経路12の途中には、図1に示すように、それぞれ透過水返送用弁C及び透過水排出用弁Dが取り付けられている。
蛍光試薬としては、3,6,8−トリスルホン酸ピレンの酢酸エステル;二酢酸カルボキシフルオレセイン;3−カルボキシウンベリフェリル β−D−ガラクトピラノシド;3−カルボキシウンベリフェリル β−D−グルクロニド;9H−(1,3−ジクロロ−9,0−ジメチルアクリジン−2−オン−7−イル)、D−グルクロニド;9H−(1,3−ジクロロ−9,9−ジメチルアクリジン−2−オン−7−イル);レゾルフィン β−D−ガラクトピラノシド;フルオレセイン ジ−β−D−ガラクトピラノシド;フルオレセイン ジ−β−D−グルクロニド;レゾルフィン β−D−グルクロニド;二リン酸フルオレセイン;7−ヒドロキシ−3H−フェノキサジン−3−オン 10−オキシド(以後、「レザズリン(resazurin)」という);7−ヒドロキシ−3H−フェノキサジン−3−オン 10−オキシド ナトリウム塩(以後、「レザズリンナトリウム塩」という);メチレンブルー;リン酸4−メチルウンベリフェリル(以後、「4MUP」という);4−メチルウンベリフェリル β−D−グルクロニド;リン酸ピラニン;3,6,8−トリスルホン酸ピレン 1−リン酸;などが挙げられるが、これらに限定されない。
好ましい蛍光試薬は、レザズリン(7−ヒドロキシ−3H−フェノキサジン−3−オン−10−オキサイド)、リン酸4−メチルウンベリフェリル(4MUP)、及び、リン酸ピラニンからなる群より選択された少なくとも1種である。最も好ましい蛍光試薬は、レザズリンである。
測定器8aは、例えば、特定波長の蛍光強度を測定するように構成されている。例えば、測定器8aは、蛍光を発する蛍光試薬の蛍光強度を測定するように構成されている。また、微生物と反応することによって試薬から生じた検知用物質であって蛍光を発する検知用物質の蛍光強度を測定するように構成されている。なお、試薬が発する蛍光の波長と、検知用物質が発する蛍光の波長とは、通常、異なる。
前記水処理設備1は、例えば、上記の設定値として、値の異なる複数の設定値を採用(小さい値から大きい値へと段階的に複数の設定値を採用)して、後述するRs/Rzが各設定値に達したごとに、被処理水に添加される殺菌剤含有液体の添加量を、各設定値に応じて変更するように構成されてもよい。この場合、水処理設備1は、設定値が大きいほど、殺菌剤含有液体の添加量を増やすように構成されてもよい。
前記殺菌剤としては、酸化系殺菌剤、又は、非酸化系殺菌剤が挙げられる。
前記塩素のオキソ酸塩としては、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩などが挙げられる。前記臭素のオキソ酸塩としては、次亜臭素酸塩、亜臭素酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩などが挙げられる。
前記次亜塩素酸塩としては、例えば、次亜塩素酸カルシウム(さらし粉)、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウムなどが挙げられる。
前記ハロゲン化スルファミン酸化合物としては、例えば、N−モノクロロスルファミン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、N,N−ジクロロスルファミン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩などの塩素化スルファミン酸化合物が挙げられる。また、例えば、N−モノブロモスルファミン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、N,N−ジブロモスルファミン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩などの臭素化スルファミン酸化合物が挙げられる。
なお、結合ハロゲン化合物としては、上記のものに限定されず、一般的な結合ハロゲン化合物(安定化ハロゲン化合物)を採用することが可能である。
そこで、上記のごとく、変動幅の範囲内の複数の算出値から代表値を決める。これにより、被処理水への微生物の混入等による、変動幅の範囲外の算出値を、膜に付着した微生物以外の微生物の活性が反映されたものとして、上記代表値を決めるための算出値から除くことができる。即ち、膜に付着した微生物以外の微生物が試薬と反応したときの算出値(以下、意図しない算出値ともいう)を、代表値を決めるための算出値から除くことができる。従って、代表値は、意図しない算出値が除かれた、あらかじめ設定した変動幅の範囲内の複数の算出値を基にして決定されている分、信頼性の高い値となる。信頼性の高い代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定することによって、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を十分な信頼性で推定できる。
前記膜分離工程は、微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、逆浸透膜によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する推定工程を有する。
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する。
本実施形態の水処理方法は、前記推定工程によって推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記逆浸透膜によって、試薬を含まず殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離する殺菌工程をさらに備える。
また、本実施形態の水処理方法では、前記膜分離工程において、試薬を少なくとも含む被処理水を膜分離する、上記の推定工程を行うことができる。
前記水処理方法においては、例えば、推定工程によって推定した微生物の活性があらかじめ設定した設定値よりも高くなったときに、比較的高濃度の殺菌剤を含む被処理水を膜分離する殺菌工程を行う。設定値は、例えば、後述するB/A比によって所定の値に決められる。殺菌剤は、逆浸透膜に付着した微生物の増殖や、被処理水中に浮遊している微生物の増殖が抑制される濃度となるように、被処理水に添加される。これにより、逆浸透膜に付着した微生物の活性を低下させることができる。殺菌工程では、通常、膜分離される被処理水が試薬を含まない。ただし、殺菌剤が、上述した弱殺菌剤である場合、殺菌工程で被処理水が試薬を含み得る。殺菌工程では、試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出しない。
なお、膜分離工程において殺菌剤を含む被処理水を膜分離する場合、通常、膜分離工程における被処理水の殺菌剤の濃度よりも、殺菌工程における被処理水の殺菌剤の濃度の方が高い。また、通常、膜分離工程における被処理水の殺菌剤の殺菌力よりも、殺菌工程における被処理水の殺菌剤の殺菌力の方が高い。
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する。
そこで、本実施形態の微生物活性の推定方法(上記推定工程)では、上記のごとく、変動幅の範囲内の複数の算出値から代表値を決める。これにより、被処理水への微生物の混入等による、変動幅の範囲外の算出値を、膜に付着した微生物以外の微生物の活性が反映されたものとして、上記代表値を決めるための算出値から除くことができる。即ち、膜に付着した微生物以外の微生物が試薬と反応したときの算出値(以下、意図しない算出値ともいう)を、代表値を決めるための算出値から除くことができる。従って、代表値は、意図しない算出値が除かれた、あらかじめ設定した変動幅の範囲内の複数の算出値を基にして決定されている分、信頼性の高い値となる。信頼性の高い代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定することによって、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を十分な信頼性で推定できる。
一方、前記算出工程では、試薬を含む被処理水を膜分離させ始め、透過水の水質が設定基準を満たした後に、試薬や検知用物質の濃度を測定することができる。
なお、前記算出工程を開始する前に、試薬及び殺菌剤のいずれも含まない被処理水の膜分離を所定時間続けることができる。このとき、膜分離された濃縮水及び透過水を返送し、被処理水として膜分離させることができる。
順序が連続する複数の所定数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲には入らなかった場合(複数の連続する算出値が、所定数連続して上記変動幅に入る前に、算出値が、上記変動幅の範囲から外れた場合)、例えば、代表値を決定せずに、同様の操作をやり直す。複数の所定数としては、例えば、5以上15以下が挙げられ、所定数としては、例えば、10以上が採用される。
上記の変化量が所定数値以下になることが、連続して所定回数続かなかった場合(所定回数を満たす前に2つの算出値の変化量が所定数値以上となった場合)、例えば、代表値を決定せずに、同様の操作をやり直す。
また、一般の水処理設備、水処理方法、及び、微生物活性の推定方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
・水の処理量:240,000L/日
・膜ユニット:逆浸透膜を有する膜ユニット
・被処理水:電子部品製造工場から排出される排水の生物処理水
・流速(流量):20m3/hに設定
・試薬:蛍光試薬(レザズリン Resazurin)
微生物と反応後にレゾルフィン(Resorufin)となる
濃度が20ppbとなるように被処理水に添加
・試薬の濃度及び検知用物質の濃度の測定(Rz値及びRs値)
(Rz値)
試薬に特有の光波長(634nm)における蛍光信号強度を測定した値:
微生物と反応する前の試薬の濃度に相当
(Rs値)
試薬から生成した検知用物質に特有の波長(583nm)における蛍光信号強度を測定した値:
微生物と反応することによって生成した検知用物質の濃度に相当
(Rs値/Rz値の比)
上記のRz値に対するRs値の比を、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度の指標とした。
なお、濃度の測定は、2秒の間隔を空けて連続的に行い、測定結果からRs値/Rz値の比をそれぞれ算出した。
あらかじめ設定した算出値の変動幅を1.0とした。この変動幅に連続して入る、所定数(20個)の算出値を、代表値を決定するための候補として選んだ。
上記の条件に加えて、n番目とn+1番目のRs値/Rz値の比(算出値)を比べ、これら比の差(2つの算出値の変化量)が所定回数(20回)連続して0.2以内となる算出値を、代表値を決定するために採用した。採用した算出値の中央値を求め、中央値に対して所定割合50%に含まれる算出値(中央値により近い10個の算出値)の平均値を求め、斯かる平均値を代表値とした。
代表値をプロットしたグラフを図2の上段に示す。また、図2の上段のグラフの一部(四角内)を拡大したグラフを図2の下段に示す。図2の下段のグラフは、Rs/Rzの値の経時的な変化を示す。図2の結果に基づいて算出した代表値が図2の上段のグラフに示されている。
一方、単にRs値/Rz値の比を求めても、斯かる比が大きくばらつくことから、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を必ずしも十分な信頼性で推定できない。
ところで、膜分離設備でなく、熱交換を伴う冷却水システムを例に挙げると、冷却水システムでは、冷却水が滞留する時間が長く、システム内を冷却水が数時間以上循環することが多い。また、冷却水の循環に伴い冷却水が濃縮されて冷却水中で微生物が繁殖する。従って、蛍光試薬と微生物との接触効率が良く、蛍光試薬と微生物との反応時間が十分に長い。これにより、冷却水システムでは、蛍光試薬が微生物と反応して生じた蛍光物質の蛍光強度が比較的強く、冷却水に含まれる微生物の活性の測定値を比較的高い信頼性で得ることができる。
これに対して、RO膜の膜分離においては、上述のように、被処理水に含まれる有機物(微生物)の濃度が低いだけでなく、蛍光試薬を含む被処理水がRO膜に接触する時間もかなり短い。従って、蛍光試薬を含む被処理水を単に膜分離するだけでは、蛍光試薬と微生物との十分な反応時間を確保することが困難であることから、蛍光強度に基づいた信頼性の高い測定値を連続的に得ることが難しい。
そこで、上記の推定工程において、上記の算出工程と決定工程とを実施することにより、RO膜による膜分離処理において、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を十分な信頼性で推定することができる。これにより、さらには、殺菌剤を添加するタイミングと、殺菌剤の適正な添加量とを決めることができる。従って、適正な殺菌工程を実施することで、RO膜のファウリングの上昇を抑えることができる。
2:被処理水槽、
3:膜分離部、 3a:膜ユニット、
4:被処理水供給経路、
5:返送部(濃縮水返送経路)、6:返送部(透過水返送経路)、
7:試薬添加部、 7a:試薬タンク、
8:測定部、 8a:測定器、
9:殺菌剤添加部、9a:殺菌剤添加用タンク、
11:濃縮水排出用経路、 12:透過水排出用経路、
A:濃縮水返送用弁、 B:濃縮水排出用弁、 C:透過水返送用弁、 D:透過水排出用弁。
Claims (3)
- 微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、逆浸透膜によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する推定工程を備え、
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、
前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する、微生物活性の推定方法。 - 逆浸透膜によって被処理水を膜分離する膜分離工程を備え、
前記膜分離工程は、微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、逆浸透膜によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定する推定工程を有し、
前記推定工程は、時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度との各比たる各算出値を算出する算出工程と、算出工程で時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決める決定工程と、を有し、前記推定工程では、前記代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定し、
前記推定工程によって推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記逆浸透膜によって、殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離する殺菌工程をさらに備える、水処理方法。 - 逆浸透膜によって被処理水を膜分離する膜分離部を備え、
微生物と反応して検知用物質を生成する試薬が含まれた被処理水を、前記膜分離部によって膜分離させつつ、膜分離後の濃縮水における試薬の濃度と検知用物質の濃度との比を算出し、該比の算出値から、逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定するように構成され、
時間間隔を空けてそれぞれ測定した試薬の濃度と検知用物質の濃度とから各算出値を算出し、時間間隔ごとに算出された順序が連続する複数の算出値が、あらかじめ設定した変動幅の範囲に入った場合に、変動幅の範囲内の複数の算出値から、算出値を代表する代表値を決め、該代表値に基づいて逆浸透膜に付着した微生物の活性程度を推定するように構成され、
推定した微生物の活性が設定値よりも高くなったときに、前記膜分離部によって、殺菌剤が含まれた被処理水を膜分離するように構成されている、水処理設備。
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