WO2015104957A1 - 水処理方法、および、水処理装置 - Google Patents

水処理方法、および、水処理装置 Download PDF

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WO2015104957A1
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anaerobic
treated
draw liquid
treated water
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French (fr)
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長谷川　進
三浦　雅彦
島田　光重
草介 小野田
秀人 松山
太郎 三好
政宏 安川
智輝 高橋
Original Assignee
株式会社神鋼環境ソリューション
国立大学法人神戸大学
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/0022—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/06—Submerged-type; Immersion type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2853—Anaerobic digestion processes using anaerobic membrane bioreactors

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for anaerobically treating water to be treated containing organic matter.
  • an aerobic activated sludge method equipment such as a blower is required when aeration is performed. Therefore, power is required to operate the apparatus, and energy consumption is relatively large. For this reason, the anaerobic activated sludge method which does not require aeration at the time of decomposing
  • an anaerobic membrane separation activated sludge method (hereinafter, also referred to as an anaerobic MBR method) in which an anaerobic activated sludge method and a membrane separation method are combined is known.
  • the sludge containing anaerobic microorganisms and the water to be treated are mixed and placed in an anaerobic environment, so that the treatment is performed by the action of the anaerobic bacteria in the sludge. It is comprised so that the organic substance in water may be decomposed
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • the water to be treated (hereinafter also referred to as anaerobic treated water) treated by the anaerobic MBR method is usually discharged into the environment (river, sea area, etc.).
  • the anaerobic treated water contains a nitrogen component, a phosphorus component, and the like. Since these components are salts that can be used as nutrients for plant fertilizers, activated sludge, and the like, it is desired to recover such salts.
  • the present invention provides a water treatment method and a water treatment apparatus capable of efficiently recovering salts from water to be treated treated by the anaerobic MBR method, and enabling effective use of such salts.
  • the issue is to provide.
  • a water treatment method comprises an anaerobic treatment step using a membrane separation activated sludge method that performs anaerobic treatment of water to be treated containing organic matter and membrane separation of the water to be treated after the anaerobic treatment.
  • An anaerobic treated water composed of the treated water treated in the anaerobic treatment step and a draw liquid configured to allow moisture to permeate from the anaerobic treated water through a semipermeable membrane by osmotic pressure.
  • a concentration step of concentrating the anaerobic treated water by contacting through a semipermeable membrane and a salt recovery step of recovering the salts from the anaerobic treated water concentrated in the concentration step are provided.
  • the draw liquid is preferably composed of seawater or a liquid containing magnetic fine particles.
  • the salt is preferably at least one of a nitrogen component and a phosphorus component.
  • a water treatment apparatus includes an anaerobic treatment unit using a membrane separation activated sludge method that performs anaerobic treatment of water to be treated containing organic matter and membrane separation of the water to be treated after the anaerobic treatment.
  • the concentration device includes a draw liquid supply unit configured to supply a draw liquid so that moisture can permeate from the anaerobic treated water through the semipermeable membrane, and an anaerobic process supplied with the anaerobic treated water.
  • the anaerobic treated water and the draw liquid are configured to contact with each other through the semipermeable membrane.
  • the draw liquid is preferably composed of seawater or a liquid containing magnetic fine particles.
  • the salt is preferably at least one of a nitrogen component and a phosphorus component.
  • the water treatment apparatus 1 is configured such that water to be treated containing organic matter is subjected to anaerobic treatment. Specifically, the water treatment apparatus 1 concentrates the anaerobic treatment unit 2 that is supplied with the treated water and anaerobically treated, and the treated water treated by the anaerobic treatment unit 2 (hereinafter also referred to as anaerobic treated water). And a salt recovery unit 4 that recovers salts from the concentrated anaerobic treated water.
  • the water to be treated is not particularly limited, and examples thereof include sewage and waste water from food factories.
  • the anaerobic treatment unit 2 includes an anaerobic treatment tank 2a that performs anaerobic treatment of water to be treated, and a membrane separation device 2b that performs membrane separation of the water to be treated after anaerobic treatment.
  • the anaerobic treatment tank 2a is configured to be able to decompose organic substances in the water to be treated by, for example, a methane fermentation method.
  • the anaerobic treatment tank 2a is supplied with sludge containing anaerobic bacteria that decomposes organic matter anaerobically (hereinafter also referred to as anaerobic sludge). Are mixed to form a mixed solution.
  • the BOD of the water to be treated supplied to the anaerobic treatment tank 2a is not particularly limited, and may be 1000 mg / L or more and less than 2000 mg / L, or 2000 mg / L or more.
  • anaerobic sludge is separated from the water to be treated (specifically, the mixed water discharged from the anaerobic treatment tank 2a) treated in the anaerobic treatment tank 2a.
  • the membrane separation device 2b includes an internal space to which mixed water is supplied, and a separation membrane (such as a microfiltration membrane (MF membrane) or an ultrafiltration membrane (UF membrane)) disposed in the internal space. Is provided.
  • the to-be-processed water (namely, anaerobic treated water) and anaerobic sludge are isolate
  • the separated anaerobic sludge is configured to be returned to the anaerobic treatment tank 2a.
  • the temperature, pH, flow rate, and the like may be adjusted for the anaerobic treated water before being supplied to the concentrating device 3. Thereby, fouling can be suppressed.
  • the concentrating device 3 includes an internal space partitioned by a semipermeable membrane 3a.
  • the concentration apparatus 3 was comprised so that a water
  • a draw liquid supply unit 3c having an internal space to which the draw liquid is supplied.
  • the concentration apparatus 3 is comprised so that the to-be-processed water and draw liquid which are supplied may contact via the semipermeable membrane 3a.
  • the concentrating device 3 of the present embodiment is configured such that the internal space of the anaerobic treated water supply unit 3b and the internal space of the draw liquid supply unit 3c are provided side by side through the semipermeable membrane 3a (outside the tank).
  • the semipermeable membrane 3a is not particularly limited, and a general forward osmosis membrane or reverse osmosis membrane can be used.
  • the anaerobic treated water supply unit 3b is fluidly connected to the anaerobic treating unit 2. Specifically, the anaerobic treated water supply unit 3b is fluidly connected to the membrane separation device 2b and introduces the anaerobic treated water into the anaerobic treated water supply unit 3b, and the salt recovery unit 4 And an anaerobic treated water discharge part 32b for discharging treated water from the anaerobic treated water supply part 3b.
  • the draw liquid supply unit 3c is fluidly connected to a draw liquid supply source and fluidly connected to a draw liquid introduction unit 31c for introducing the draw liquid into the draw liquid supply unit 3c, and a discharge destination of the draw liquid. And a draw liquid discharge part 32c for discharging the draw liquid from the draw liquid supply part 3c.
  • the draw liquid is not particularly limited, and seawater is used in this embodiment. That is, in this embodiment, the ocean S can be used as the supply source and the discharge destination of the draw liquid.
  • the salt recovery unit 4 is configured to be supplied with concentrated anaerobic water that is fluidly connected to the concentrating device 3. Since such anaerobic treated water contains salts (specifically, nutrient salts such as nitrogen components and phosphorus components), the salt recovery unit 4 uses salts (specifically, from the concentrated anaerobic treated water). Is configured to recover nutrients).
  • the treated water (raw water) is supplied to the anaerobic treatment unit 2.
  • the water to be treated is supplied to the anaerobic treatment tank 2a.
  • the water to be treated and anaerobic sludge are mixed to form mixed water.
  • this mixed water is maintained on the conditions (specifically pH, temperature, etc.) suitable for anaerobic treatment (methane fermentation).
  • the organic substance in to-be-processed water is anaerobically treated and decomposed
  • generated methane gas is discharged
  • the mixed water in the anaerobic treatment tank 2a is discharged from the anaerobic treatment tank 2a and supplied to the membrane separation device 2b.
  • the water to be treated (that is, anaerobic treated water) in which the organic matter is decomposed and the anaerobic sludge are separated by filtering the mixed water through the separation membrane. At least a part of the separated anaerobic sludge is returned to the anaerobic treatment tank 2a.
  • the anaerobic treated water is discharged from the anaerobic treatment unit 2 (specifically, the membrane separation device 2b) and supplied to the concentrating device 3 (specifically, the anaerobic treated water supply unit 3b).
  • seawater is supplied to the concentrator 3 (specifically, the draw liquid supply unit 3c) as the draw liquid.
  • the anaerobic treated water is supplied to the anaerobic treated water supply unit 3b, and seawater is supplied as the draw liquid to the draw liquid supply unit 3c.
  • the moisture of the anaerobic treated water permeates through the semipermeable membrane 3a and permeates into the seawater side (forward osmosis).
  • the anaerobic treated water supply part 3b the anaerobic treated water is concentrated and the concentration of salts (specifically, nutrient salts) increases (concentration step).
  • seawater is diluted by receiving moisture permeation from the anaerobic treated water.
  • the anaerobic treated water discharge part 32b and the draw liquid discharge part 32c are provided in the vicinity of the semipermeable membrane 3a, and the treated water and the draw liquid are supplied to the concentrating device 3 at an appropriate flow rate.
  • Anaerobic treated water (ie, concentrated anaerobic treated water) and seawater (ie, diluted seawater) in the vicinity of the semipermeable membrane 3a are quickly discharged to the outside of the concentrating device 3. This prevents anaerobic treated water and seawater from staying in the vicinity of the semipermeable membrane 3a and lowering the permeation efficiency.
  • the concentrated anaerobic treated water is supplied to the salt recovery unit 4.
  • diluted seawater can be released into the environment without further water treatment as long as it can be released into the environment such as rivers and ocean S, so that the desired water quality can be obtained. After being treated with water, it may be released into the environment.
  • Salt recovery unit 4 recovers salt from the concentrated anaerobic treated water.
  • the method for recovering the salt is not particularly limited.
  • a method for recovering the nitrogen component that is a nutrient salt by blowing air or steam into the concentrated anaerobic treated water, An ammonia stripping method or the like that recovers ammonia nitrogen as ammonia gas can be employed.
  • a method of recovering the phosphorus component that is a nutrient salt a method of recovering the concentrated anaerobic treated water by adding an aluminum salt (sulfuric acid band, PAC, etc.) and coagulating and precipitating the phosphorus component Can be adopted.
  • a method of granulating and recovering the phosphorus component in the concentrated anaerobic treated water as magnesium ammonium phosphate (MAP) can be employed.
  • the collected nutrient salts are discharged out of the system, and moisture other than the nutrient salts is returned to the treated water line after the membrane separation device 2b.
  • the water treatment method and the water treatment apparatus according to the present invention it is possible to efficiently recover salts from the water to be treated treated by the anaerobic MBR method, and to effectively use such salts. it can.
  • the concentration apparatus 3 in the water treatment apparatus 1, in the concentration apparatus 3 (concentration step), moisture permeates from the anaerobic treated water to the draw liquid side through the semipermeable membrane 3 a (forward osmosis). Thereby, in the concentration apparatus 3, the water content of anaerobic treated water is reduced and the anaerobic treated water is concentrated without using power for applying pressure or reducing pressure as in reverse osmosis.
  • the concentrated anaerobic treated water hereinafter also referred to as concentrated water
  • the salts are efficiently removed from the concentrated water in the salt recovery unit 4 (salt recovery step). Can be recovered.
  • the recovered salts are nutrient salts such as nitrogen component and phosphorus component, effective utilization of the nutrient salts contained in the anaerobic treated water can be achieved by using them as fertilizers such as plants.
  • the draw liquid when the draw liquid is seawater, only moisture moves from the anaerobic treated water to the draw liquid side, and other solutes are prevented from moving to the draw liquid side by the semipermeable membrane, and the concentration side (i.e., anaerobic). Remains on the treated water side).
  • the draw liquid that has received moisture permeation from the anaerobic treated water is one in which seawater is diluted.
  • processing for example, pH adjustment or removal of unnecessary components
  • the water treatment method and the water treatment apparatus according to the second embodiment mainly differ in the configuration of the concentration apparatus 300.
  • the concentrating device 300 is different from the concentrating device 3 according to the first embodiment mainly in the configurations of the anaerobic treated water supply unit 300b and the draw liquid supply unit 300c. Therefore, below, it demonstrates centering on a different point from 1st embodiment, and abbreviate
  • the concentrator 300 is configured by disposing an anaerobic treated water supply unit 300b in an internal space for supplying a draw solution in the draw solution supply unit 300c.
  • the anaerobic treated water supply unit 300b includes an internal space for supplying anaerobic treated water, and the internal space is partitioned from the internal space of the draw liquid supply unit 300c by a semipermeable membrane 3a. That is, at least a part of the anaerobic treated water supply unit 300b is configured by the semipermeable membrane 3a, and at least a part configured by the semipermeable membrane 3a is located in the internal space of the anaerobic treated water supply unit 300b.
  • the draw liquid supply part 300c is not provided with the draw liquid discharge part 32c unlike the outside tank type.
  • the anaerobic treated water supply unit 300b (specifically, the draw liquid is supplied to the draw liquid supply unit 300c (specifically, from the equipment X that supplies the draw liquid).
  • the portion constituted by the semipermeable membrane 3a) is immersed in the draw liquid (immersion type).
  • the anaerobic treated water is supplied to the anaerobic treated water supply unit 300b, whereby the anaerobic treated water and the draw liquid are brought into contact with each other through the semipermeable membrane 3a, and moisture permeates from the anaerobic treated water into the draw liquid. Occurs.
  • the draw liquid is used by using a stirring device or the like (not shown).
  • the inside of the supply unit 300c may be agitated to adjust the flow rate (the amount of discharge of the draw liquid from the draw liquid supply unit 300c).
  • the water treatment method and the water treatment apparatus according to the present invention are not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the configurations and methods of the plurality of embodiments described above may be arbitrarily adopted and combined (even if the configurations and methods according to one embodiment are applied to the configurations and methods according to other embodiments).
  • the flow direction of the anaerobic treated water and the draw liquid is configured to be a parallel flow, but is not limited to this, for example, a reverse flow is performed. May be configured.
  • the anaerobic treated water is introduced from the anaerobic treated water introduction unit 31b (or the anaerobic treated water discharge unit 32b) to the anaerobic treated water supply unit 3b, and the anaerobic treated water discharge unit 32b (or the anaerobic treated water introduction unit 31b).
  • the draw liquid is introduced into the draw liquid supply part 3c from the draw liquid discharge part 32c (or the draw liquid introduction part 31c) and discharged from the draw liquid introduction part 31c (or the draw liquid discharge part 32c). Therefore, it may be configured to have a reverse flow.
  • the draw liquid overflows and is discharged from the draw liquid supply unit 300c.
  • the present invention is not limited to this, and the draw liquid supply unit 300c discharges the draw liquid.
  • a part 32c may be provided, and the draw liquid may be discharged from the draw liquid discharge part 32c.
  • the concentration apparatus 301 mainly differs in the structure of the anaerobic treated water supply part 301b and the draw liquid supply part 301c. Accordingly, the following description will be focused on differences from the above-described embodiment, and the same components will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • the concentrator 301 is configured by arranging a plurality of draw liquid supply units 301c so as to penetrate the anaerobic treated water supply unit 301b.
  • the draw liquid supply unit 301c has a tubular shape extending in one direction.
  • the draw liquid supply unit 301c has a region located in the internal space of the anaerobic treated water supply unit 301b formed using the semipermeable membrane 3a, and the draw liquid introduction unit 31c and the draw liquid discharge unit are formed by a region outside the internal space. 32c is formed.
  • the interior space of the draw liquid supply unit 301c is filled with the draw liquid, and the entire region formed by the semipermeable membrane 3a in the draw liquid supply unit 301c is immersed in the anaerobic treated water.
  • the anaerobic treated water is supplied to the anaerobic treated water supply unit 301b.
  • the anaerobic treated water and the draw liquid are brought into contact with each other through the semipermeable membrane 3a.
  • seawater is used as the draw liquid, but it is not particularly limited as long as it is configured so that moisture can permeate from the water to be treated by osmotic pressure.
  • a liquid containing any one of an inorganic salt, a sugar, a water-soluble low-boiling gas, a magnetic fine particle, an organic solvent and the like as a solute can be used as the draw liquid.
  • seawater and other solutes may be combined as the draw liquid, for example, seawater and magnetic fine particles.
  • the solute separated from the draw liquid can be recovered and used again as a component of the draw liquid.
  • the draw liquid is composed of a liquid containing magnetic fine particles
  • the magnetic fine particles can be separated from the draw liquid by magnetic force. For this reason, it is easy to discharge into the environment by performing a process of removing magnetic fine particles on the draw liquid (draw liquid after the concentration process) discharged from the concentration apparatuses 3, 300, and 301. Can do.
  • the anaerobic treated water concentrated with the concentration apparatus 3 is supplied to the salt collection
  • SYMBOLS 1 Water treatment apparatus, 2 ... Anaerobic treatment part, 2a ... Anaerobic treatment tank, 2b ... Membrane separation apparatus, 3,300,301 ... Concentration apparatus, 3a ... Semipermeable membrane, 3b, 300b, 301b ... Anaerobic treatment water supply part 3c, 300c, 301c ... Draw liquid supply part, 4 ... Salt recovery part, 31b ... Anaerobic treated water introduction part, 31c ... Draw liquid introduction part, 32b ... Anaerobic treated water discharge part, 32c ... Draw liquid discharge part, S ... Ocean

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Abstract

　有機物を含有する被処理水の嫌気処理と該嫌気処理後の被処理水の膜分離とを行う膜分離活性汚泥法を用いた嫌気処理工程を備える水処理方法であって、嫌気処理工程で処理された被処理水から構成される嫌気処理水と該嫌気処理水から半透膜を介して浸透圧によって水分が浸透するように構成されたドロー液とを半透膜を介して接触させることで嫌気処理水を濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程で濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収工程とを備える。

Description

水処理方法、および、水処理装置 関連出願の相互参照
　本願は、日本国特願２０１４－００３７３３号の優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
　本発明は、有機物を含有する被処理水を嫌気処理する水処理方法および水処理装置に関する。
　下水、河川水又は海水等の有機物を含有する被処理水を処理する水処理方法として、種々の方法が提案されている。例えば、好気的な活性汚泥法では、被処理水が活性汚泥と混合されることで、活性汚泥中の好気性微生物の作用によって、被処理水中の有機物は、好気的に分解され、主に二酸化炭素等として除去される。このため、斯かる活性汚泥法では、活性汚泥中の微生物の活性を維持するために、被処理水と活性汚泥とが混合された混合水の曝気が行われている。
　このような好気的な活性汚泥法では、曝気を行う際にブロア等の設備が必要となるため、それを稼動させるための動力が必要となり、エネルギーの消費が比較的大きい。このため、エネルギーの消費を抑える等の観点から、有機物を分解する際の曝気を必要としない嫌気的な活性汚泥法が用いられる。斯かる方法としては、嫌気的な活性汚泥法と膜分離法とを組み合わせた嫌気性膜分離活性汚泥法（以下、嫌気性ＭＢＲ法とも記す）が知られている。斯かる嫌気性ＭＢＲ法では、嫌気性微生物を含有する汚泥と被処理水とが混合されて嫌気的な環境下に配置されることで、斯かる汚泥中の嫌気性細菌の作用によって、被処理水中の有機物が嫌気的に分解されるように構成されている（浄化工程）。そして、浄化工程後の混合水が分離膜（精密濾過膜（ＭＦ膜）や限外濾過膜（ＵＦ膜）等）で濾過されることで（膜分離工程）、活性汚泥が分離されてなる処理水が得られる。一方、分離された活性汚泥は、浄化工程へ返送されて再利用されることで、活性汚泥の流出が防止される（特許文献１参照）。
　ところで、上記のように、嫌気性ＭＢＲ法で処理された被処理水（以下、嫌気処理水とも記す）は、通常、環境中（河川や海域等）に放流されることになるが、斯かる嫌気処理水には、窒素成分やリン成分等が含有されている。これらの成分は、植物の肥料や活性汚泥の栄養成分等として利用可能な塩類であるため、斯かる塩類を回収することが望まれている。
日本国特開２０１０－１７６１４号公報
　そこで、本発明は、嫌気性ＭＢＲ法によって処理された被処理水から塩類を効率的に回収することができ、斯かる塩類を有効に使用することを可能にする水処理方法および水処理装置を提供することを課題とする。
　本発明に係る水処理方法は、有機物を含有する被処理水の嫌気処理と該嫌気処理後の被処理水の膜分離とを行う膜分離活性汚泥法を用いた嫌気処理工程を備える水処理方法であって、前記嫌気処理工程で処理された被処理水から構成される嫌気処理水と該嫌気処理水から半透膜を介して浸透圧によって水分が浸透するように構成されたドロー液とを半透膜を介して接触させることで嫌気処理水を濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程で濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収工程とを備える。
　前記ドロー液は、海水、又は、磁性体微粒子を含有する液体から構成されることが好ましい。
　前記塩類は、窒素成分又はリン成分の少なくとも一方であることが好ましい。
　本発明に係る水処理装置は、有機物を含有する被処理水の嫌気処理と該嫌気処理後の被処理水の膜分離とを行う膜分離活性汚泥法を用いた嫌気処理部を備える水処理装置であって、前記嫌気処理部で処理された被処理水で構成される嫌気処理水を濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置で濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収部とを更に備え、前記濃縮装置は、半透膜を介して嫌気処理水から浸透圧によって水分が浸透するように構成されたドロー液が供給されるドロー液供給部と、嫌気処理水が供給される嫌気処理水供給部とを備えると共に半透膜を介して嫌気処理水とドロー液とが接触するように構成される。
　前記ドロー液は、海水、又は、磁性体微粒子を含有する液体から構成されることが好ましい。
　前記塩類は、窒素成分又はリン成分の少なくとも一方であることが好ましい。
本実施形態に係る水処理装置を示した概略図。 同本実施形態に係る水処理装置の濃縮装置を示した模式図。 他の実施形態に係る水処理装置の濃縮装置を示した模式図。 更に他の実施形態に係る水処理装置の濃縮装置を示した模式図。
＜第一実施形態＞
　以下、本発明の第一実施形態について図１および２を参照しながら説明する。なお、以下の図面において同一又は相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
　本実施形態に係る水処理装置１は、有機物を含有する被処理水が嫌気処理されるように構成される。具体的には、水処理装置１は、被処理水が供給されて嫌気処理される嫌気処理部２と、嫌気処理部２で処理された被処理水（以下、嫌気処理水とも記す）を濃縮する濃縮装置３と、濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収部４とを備える。被処理水としては、特に限定されるものではないが、下水や食品工場等からの排水等が挙げられる。
　嫌気処理部２は、被処理水の嫌気処理を行う嫌気処理槽２ａと、嫌気処理後の被処理水を膜分離する膜分離装置２ｂとを備える。嫌気処理槽２ａは、例えば、メタン発酵法によって被処理水中の有機物を分解可能に構成される。具体的には、嫌気処理槽２ａは、有機物を嫌気的に分解する嫌気性細菌を含有する汚泥（以下、嫌気性汚泥とも記す）が内部に供給されており、被処理水と嫌気性汚泥とが混合されて混合液が形成されるように構成される。そして、斯かる混合水が嫌気処理槽２ａ内の嫌気的な環境下に配置されることで、嫌気性汚泥によって有機物が分解されるように構成される。嫌気処理槽２ａに供給される被処理水のＢＯＤとしては、特に限定されるものではなく、１０００ｍｇ／Ｌ以上２０００ｍｇ／Ｌ未満であってもよく、２０００ｍｇ／Ｌ以上であってもよい。
　膜分離装置２ｂでは、嫌気処理槽２ａで処理された被処理水（具体的には、嫌気処理槽２ａから排出される混合水）から嫌気性汚泥が分離される。具体的には、膜分離装置２ｂは、混合水が供給される内部空間と、該内部空間に配置された分離膜（精密濾過膜（ＭＦ膜）や限外濾過膜（ＵＦ膜）等）とを備える。そして、混合水が分離膜によって濾過されることで、被処理水（即ち、嫌気処理水）と嫌気性汚泥とが分離される。分離された嫌気性汚泥は、嫌気処理槽２ａへ返送されるように構成される。なお、濃縮装置３に供給される前の嫌気処理水に対して、温度やｐＨや流量等の調節が行われてもよい。これによりファウリングを抑制することができる。
　濃縮装置３は、図２に示すように、半透膜３ａで仕切られた内部空間を備える。これにより、濃縮装置３は、嫌気処理水が供給される内部空間を有する嫌気処理水供給部３ｂと、半透膜３ａを介して被処理水から浸透圧によって水分が浸透するように構成されたドロー液が供給される内部空間を有するドロー液供給部３ｃとを備える。そして、濃縮装置３は、供給される被処理水とドロー液とが半透膜３ａを介して接触するように構成される。つまり、本実施形態の濃縮装置３は、嫌気処理水供給部３ｂの内部空間とドロー液供給部３ｃ内の内部空間とが半透膜３ａを介して併設されるように構成される（槽外型）。半透膜３ａとしては、特に限定されるものではなく、一般的な正浸透膜や逆浸透膜を用いることができる。
　嫌気処理水供給部３ｂは、嫌気処理部２と流体的に連結される。具体的には、嫌気処理水供給部３ｂは、膜分離装置２ｂと流体的に連結されて嫌気処理水供給部３ｂ内へ嫌気処理水を導入する嫌気処理水導入部３１ｂと、塩類回収部４に流体的に連結されて嫌気処理水供給部３ｂ内から被処理水を排出する嫌気処理水排出部３２ｂとを備える。
　ドロー液供給部３ｃは、ドロー液の供給源と流体的に連結されてドロー液供給部３ｃ内へドロー液を導入するドロー液導入部３１ｃと、ドロー液の排出先に流体的に連結されてドロー液供給部３ｃ内からドロー液を排出するドロー液排出部３２ｃとを備える。
　ドロー液としては、特に限定されるものではなく、本実施形態では、海水が用いられる。つまり、本実施形態では、ドロー液の供給源および排出先としては、海洋Ｓを使用することができる。
　塩類回収部４は、濃縮装置３に流体的に連結されて濃縮された嫌気処理水が供給されるように構成される。斯かる嫌気処理水には、塩類（具体的には、窒素成分やリン成分等の栄養塩類）が含有されているため、塩類回収部４では、濃縮された嫌気処理水から塩類（具体的には、栄養塩類）が回収されるように構成される。
　次に、上記のように構成される水処理装置１を用いて被処理水を処理する方法について説明する。
　被処理水（原水）は、嫌気処理部２に供給される。具体的には、被処理水は、嫌気処理槽２ａに供給される。嫌気処理槽２ａでは、被処理水と嫌気性汚泥とが混合されて混合水が形成される。そして、該混合水が嫌気処理（メタン発酵）に適した条件（具体的には、ｐＨや温度等）で維持される。これにより、被処理水中の有機物が嫌気処理されて分解され、メタンガスが生成される（嫌気処理工程）。生成したメタンガスは、嫌気処理槽２ａから排出されて回収され、燃料や原料として使用することができる。一方、嫌気処理槽２ａ内の混合水は、嫌気処理槽２ａから排出されて、膜分離装置２ｂへ供給される。
　膜分離装置２ｂでは、混合水が分離膜によって濾過されることで、有機物が分解された被処理水（即ち、嫌気処理水）と嫌気性汚泥とが分離される。分離された嫌気性汚泥は、少なくとも一部が嫌気処理槽２ａへ返送される。嫌気処理水は、嫌気処理部２（具体的には、膜分離装置２ｂ）から排出されて濃縮装置３（具体的には、嫌気処理水供給部３ｂ）へ供給される。これに伴い、濃縮装置３（具体的には、ドロー液供給部３ｃ）には、ドロー液として海水が供給される。
　このように、嫌気処理水供給部３ｂに嫌気処理水が供給され、ドロー液供給部３ｃにドロー液として海水が供給されることで、濃縮装置３内で被処理水と海水とが半透膜３ａを介して接触した状態になると共に、浸透圧によって嫌気処理水の水分が半透膜３ａを透過して海水側に浸透（正浸透）する。これにより、嫌気処理水供給部３ｂ内で、嫌気処理水が濃縮されて塩類（具体的には、栄養塩類）の濃度が上昇する（濃縮工程）。一方、ドロー液供給部３ｃ内では、嫌気処理水からの水分の浸透を受けて海水が希釈される。
　本実施形態では、嫌気処理水排出部３２ｂおよびドロー液排出部３２ｃが半透膜３ａの近傍に設けられ、被処理水とドロー液とが濃縮装置３へ適度な流量で供給されることで、半透膜３ａの近傍の嫌気処理水（即ち、濃縮された嫌気処理水）および海水（即ち、希釈された海水）が迅速に濃縮装置３の外側に排出される。これにより、嫌気処理水および海水が半透膜３ａの近傍で滞留し、浸透効率が低下するのが防止される。そして、濃縮された嫌気処理水は、塩類回収部４へ供給される。一方、希釈された海水は、河川や海洋Ｓ等の環境中に放出可能な水質であれば、更に水処理されることなく環境中に放出することができるが、更に所望の水質となるように水処理された後、環境中へ放出されてもよい。
　塩類回収部４では、濃縮された嫌気処理水から塩類が回収される。塩類を回収する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、栄養塩類である窒素成分を回収する方法としては、濃縮された嫌気処理水に空気やスチームを吹き込むことで、嫌気処理水中のアンモニア性窒素をアンモニアガスとして回収するアンモニアストリッピング法等を採用することができる。また、栄養塩類であるリン成分を回収する方法としては、濃縮された嫌気処理水に対し、アルミニウム塩（硫酸バンドやＰＡＣ等）を添加してリン成分を凝集沈殿させることで回収する方法等を採用することができる。又は、濃縮された嫌気処理水中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）として造粒して回収する方法等を採用することができる。回収された栄養塩類は、系外へ排出され、栄養塩類以外の水分は膜分離装置２ｂ後の被処理水ラインに返送される。また、図示していないが嫌気処理部２（具体的には、嫌気処理槽２ａ）へ供給される被処理水ラインへ返送することも可能である。
　以上のように、本発明に係る水処理方法および水処理装置によれば、嫌気性ＭＢＲ法によって処理された被処理水から塩類を効率的に回収し、斯かる塩類を有効に使用することができる。
　即ち、上記水処理装置１は、濃縮装置３（濃縮工程）では、浸透圧によって嫌気処理水からドロー液側へ半透膜３ａを介して水分が浸透することになる（正浸透）。これにより、濃縮装置３では、逆浸透のように圧力を掛けたり、減圧したりする動力を用いることなく、嫌気処理水の水分量が減少し、嫌気処理水が濃縮されることになる。そして、濃縮された嫌気処理水（以下、濃縮水とも記す）には、塩類が濃縮前よりも高濃度で含有されるため、塩類回収部４（塩類回収工程）において濃縮水から塩類を効率的に回収することができる。回収された塩類が窒素成分やリン成分等の栄養塩類である場合には、植物等の肥料として利用することにより、嫌気処理水に含有される栄養塩類の有効利用を図ることができる。
　また、ドロー液が海水である場合には、嫌気処理水からドロー液側へは水分のみが移動し、他の溶質は半透膜によりドロー液側への移動が阻止され濃縮側（即ち、嫌気処理水側）に残存する。このため、嫌気処理水から水分の浸透を受けたドロー液は、海水が希釈されたものとなる。このため、濃縮装置３から放出されるドロー液（濃縮工程後のドロー液）に対して、環境中へ排水するための処理（例えば、ｐＨ調整や不要な成分の除去等）を行う必要が無く、濃縮装置３から放出されるドロー液（濃縮工程後のドロー液）を直接海洋へ放流することが可能となる。
＜第二実施形態＞
　次に、本発明の第二実施形態について、図３を用いて説明する。第二実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、第一実施形態に係る水処理方法および水処理装置１と比較すると、主に濃縮装置３００の構成が異なるものである。具体的には、濃縮装置３００は、第一実施形態に係る濃縮装置３と比較すると、主に嫌気処理水供給部３００ｂとドロー液供給部３００ｃの構成が異なる。従って、以下では、第一実施形態と異なる点を中心に説明し、同一の構成に対しては同一の符号を付すこととして説明を省略する。
　濃縮装置３００は、ドロー液供給部３００ｃにおけるドロー液を供給する内部空間に、嫌気処理水供給部３００ｂが配置されて構成される。該嫌気処理水供給部３００ｂは、嫌気処理水を供給する内部空間を備え、該内部空間が半透膜３ａによってドロー液供給部３００ｃの内部空間から仕切られている。つまり、嫌気処理水供給部３００ｂは、少なくとも一部が半透膜３ａから構成され、少なくとも半透膜３ａで構成された部分が嫌気処理水供給部３００ｂの内部空間に位置する。なお、ドロー液供給部３００ｃは、槽外型のようにドロー液排出部３２ｃを備えていない。
　斯かる構成の濃縮装置３００では、ドロー液供給部３００ｃに（具体的には、ドロー液を供給する設備Ｘから）ドロー液が供給されることで、嫌気処理水供給部３００ｂ（具体的には、半透膜３ａで構成された部分）がドロー液に浸漬された状態となる（浸漬型）。そして、嫌気処理水供給部３００ｂに嫌気処理水が供給されることで、半透膜３ａを介して嫌気処理水とドロー液とが接触した状態となり、嫌気処理水からドロー液への水分の浸透が生じる。斯かる構成によれば、嫌気処理水供給部３００ｂがドロー液内に浸漬された状態となるため、ドロー液側へ浸透した水分がドロー液供給部３００ｃ内に拡散され易い。このため、半透膜３ａの近傍において嫌気処理水側の濃度とドロー液側の濃度との差が少なくなって浸透圧が生じ難くなるのが防止される。これにより、被処理水からドロー液への水分の浸透が効率的に行われるため、嫌気処理水の濃縮を効率的に行うことができる。なお、ドロー液供給部３００ｃ内のドロー液は、オーバーフローすることで、ドロー液供給部３００ｃ内から排出される。また、ドロー液と嫌気処理水との半透膜３ａを介した接触（言い換えれば、半透膜３ａとの接触）を効率的に行うべく、攪拌装置等（図示せず）を用いてドロー液供給部３００ｃ内を攪拌して流量（ドロー液供給部３００ｃからのドロー液の排出量）を調節してもよい。
　なお、本発明に係る水処理方法および水処理装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
　例えば、第一実施形態の濃縮装置３では、嫌気処理水とドロー液との流れる方向が並流となるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、逆流となるように構成されてもよい。具体的には、嫌気処理水が嫌気処理水導入部３１ｂ（又は嫌気処理水排出部３２ｂ）から嫌気処理水供給部３ｂに導入されて嫌気処理水排出部３２ｂ（又は嫌気処理水導入部３１ｂ）から排出されると共に、ドロー液がドロー液排出部３２ｃ（又はドロー液導入部３１ｃ）からドロー液供給部３ｃに導入されてドロー液導入部３１ｃ（又はドロー液排出部３２ｃ）から排出されることで、逆流となるように構成しても良い。
　また、第二実施形態では、ドロー液がオーバーフローすることでドロー液供給部３００ｃから排出されるように構成されているが、これに限定されるものではなく、ドロー液供給部３００ｃにおいてドロー液排出部３２ｃを備え、該ドロー液排出部３２ｃからドロー液を排出するように構成されてもよい。
　また、上記実施形態の濃縮装置３，３００に代えて、図４に示す構成の濃縮装置３０１を採用してもよい。濃縮装置３０１は、上記実施形態に係る濃縮装置３，３００と比較すると、主に嫌気処理水供給部３０１ｂとドロー液供給部３０１ｃの構成が異なる。従って、以下では、上記実施形態と異なる点を中心に説明し、同一の構成に対しては同一の符号を付すこととして説明を省略する。
　図４に示すように、濃縮装置３０１は、複数のドロー液供給部３０１ｃが嫌気処理水供給部３０１ｂを貫通するように配置されて構成される。ドロー液供給部３０１ｃは、一方向に伸びる管状の形状を有する。そして、ドロー液供給部３０１ｃは、嫌気処理水供給部３０１ｂの内部空間に位置する領域が半透膜３ａを用いて形成され、内部空間の外側の領域によってドロー液導入部３１ｃおよびドロー液排出部３２ｃが形成される。
　斯かる構成の濃縮装置３０１では、ドロー液供給部３０１ｃの内部空間がドロー液によって満たされると共に、ドロー液供給部３０１ｃにおける半透膜３ａで形成された領域全体が嫌気処理水に浸漬されるように嫌気処理水供給部３０１ｂに嫌気処理水が供給される。これにより、嫌気処理水とドロー液とが半透膜３ａを介して接触した状態となる。
　また、上記実施形態では、ドロー液として、海水を用いているが、被処理水から浸透圧によって水分が浸透するように構成されたものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ドロー液としては、溶質として、無機塩、糖、水可溶低沸点気体、磁性体微粒子、有機溶媒等の何れかを含有するものを用いることができる。更に、ドロー液として、例えば、海水と磁性体微粒子のように、海水と他の溶質を組合せてもよい。これらのドロー液を用いる場合、海水のように使用後に直接環境中へ放出することができないため、使用後のドロー液から溶質を除去することが必要となる。このため、ドロー液の溶質としては、容易に水分から分離可能なものを選択することが好ましい。斯かる場合、ドロー液から分離された溶質は、回収されて再度ドロー液の成分として使用することができる。具体的には、ドロー液が磁性体微粒子を含有する液体から構成される場合には、ドロー液から磁力により磁性体微粒子を分離することができる。このため、濃縮装置３，３００，３０１から排出されるドロー液（濃縮工程後のドロー液）に対して、磁性体微粒子を除去する工程を行うことで、環境中への放流を容易に行うことができる。
　また、上記実施形態では、濃縮装置３で濃縮された嫌気処理水は、塩類回収部４へ供給されているが、これに限定されるものではなく、斯かる嫌気処理水の一部又は全部が、再度、濃縮装置３へ供給されるようにしてもよい。又は、濃縮装置３を複数使用したり、濃縮装置３とは異なる濃縮装置を濃縮装置３の前後の少なくとも一方に使用したりすることで、段階的に嫌気処理水を濃縮してもよい。
　１…水処理装置、２…嫌気処理部、２ａ…嫌気処理槽、２ｂ…膜分離装置、３，３００，３０１…濃縮装置、３ａ…半透膜、３ｂ，３００ｂ，３０１ｂ…嫌気処理水供給部、３ｃ，３００ｃ，３０１ｃ…ドロー液供給部、４…塩類回収部、３１ｂ…嫌気処理水導入部、３１ｃ…ドロー液導入部、３２ｂ…嫌気処理水排出部、３２ｃ…ドロー液排出部、Ｓ…海洋

Claims (6)

  1. 　有機物を含有する被処理水の嫌気処理と該嫌気処理後の被処理水の膜分離とを行う膜分離活性汚泥法を用いた嫌気処理工程を備える水処理方法であって、
    　前記嫌気処理工程で処理された被処理水から構成される嫌気処理水と該嫌気処理水から半透膜を介して浸透圧によって水分が浸透するように構成されたドロー液とを半透膜を介して接触させることで嫌気処理水を濃縮する濃縮工程と、
    　該濃縮工程で濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収工程と
    を備える水処理方法。
  2. 　前記ドロー液は、海水、又は、磁性体微粒子を含有する液体から構成される請求項１に記載の水処理方法。
  3. 　前記塩類は、窒素成分又はリン成分の少なくとも一方である請求項１又は２に記載の水処理方法。
  4. 　有機物を含有する被処理水の嫌気処理と該嫌気処理後の被処理水の膜分離とを行う膜分離活性汚泥法を用いた嫌気処理部を備える水処理装置であって、
    　前記嫌気処理部で処理された被処理水で構成される嫌気処理水を濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置で濃縮された嫌気処理水から塩類を回収する塩類回収部とを更に備え、
    　前記濃縮装置は、半透膜を介して浸透圧によって嫌気処理水から水分が浸透するように構成されたドロー液が供給されるドロー液供給部と、嫌気処理水が供給される嫌気処理水供給部とを備えると共に半透膜を介して嫌気処理水とドロー液とが接触するように構成される水処理装置。
  5. 　前記ドロー液は、海水、又は、磁性体微粒子を含有する液体から構成される請求項４に記載の水処理装置。
  6. 　前記塩類は、窒素成分又はリン成分の少なくとも一方である請求項４又は５に記載の水処理装置。
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