WO2017154624A1 - 高硬度排水の処理方法 - Google Patents

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WO2017154624A1
WO2017154624A1 PCT/JP2017/007277 JP2017007277W WO2017154624A1 WO 2017154624 A1 WO2017154624 A1 WO 2017154624A1 JP 2017007277 W JP2017007277 W JP 2017007277W WO 2017154624 A1 WO2017154624 A1 WO 2017154624A1
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hardness
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長久 佐藤
育 田中
井田 清志
森田 徹
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住友電気工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D29/00Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/01Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/30Polyalkenyl halides
    • B01D71/32Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/36Polytetrafluoroethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating high-hardness wastewater.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-046038 filed on Mar. 9, 2016, and incorporates all the description content described in the above Japanese application.
  • a wastewater treatment method a method of filtering wastewater using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane after a primary treatment such as biological treatment is known.
  • a primary treatment such as biological treatment.
  • By filtering using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane almost all of the suspended solids in the wastewater can be removed.
  • metals such as calcium and magnesium dissolved in the waste water cannot be removed by filtration.
  • the metal deposited by the addition of alkali is separated by a filtration membrane, so that the pressure loss of the filtration membrane increases in a relatively short time, and it is necessary to frequently wash the filtration membrane.
  • the metal deposited by the addition of alkali may take up the organic substance and generate a suspended substance, which may promote clogging of the filtration membrane.
  • the treatment method for high-hardness wastewater is a treatment method for high-hardness wastewater having a calcium hardness of 100 or more, a step of adding alkali to the high-hardness wastewater, and a step after the alkali addition step
  • the step of roughly filtering alkaline high-water wastewater with a filter, and the step of subjecting the alkaline high-hardness wastewater after the coarse filtration step to membrane filtration with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane containing polytetrafluoroethylene as a main component Prepare.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a high-hardness wastewater treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a wastewater treatment apparatus used in the high-hardness wastewater treatment method of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of a high-hardness wastewater treatment method according to an embodiment different from FIG. 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a wastewater treatment apparatus used in the high-hardness wastewater treatment method of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in the flux of the microfiltration membrane in each treatment example of the treatment method for high hardness wastewater.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a high-hardness wastewater treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a wastewater treatment apparatus used in the high-hardness wastewater treatment method of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the flux of the microfiltration membrane in each treatment example of the treatment method for high hardness wastewater.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in the flux of the microfiltration membrane in each treatment example of the treatment method for high hardness wastewater.
  • FIG. 8 is a graph showing changes in the flux of the microfiltration membrane in each treatment example of the treatment method for high hardness wastewater.
  • This invention makes it a subject to provide the processing method of the high hardness waste_water
  • the high hardness waste water treatment method of the present invention can relatively reduce the frequency of cleaning the filtration membrane.
  • the treatment method for high-hardness wastewater is a treatment method for high-hardness wastewater having a calcium hardness of 100 or more, a step of adding alkali to the high-hardness wastewater, and a step after the alkali addition step
  • the step of roughly filtering alkaline high-water wastewater with a filter, and the step of subjecting the alkaline high-hardness wastewater after the coarse filtration step to membrane filtration with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane containing polytetrafluoroethylene as a main component Prepare.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes the alkali addition step, thereby precipitating a metal previously dissolved in the wastewater, thereby reducing the content of the metal dissolved in the water in the membrane filtration step. can do.
  • the high-hardness wastewater treatment method roughly filters the alkaline high-hardness wastewater (treated water) after the alkali addition step with a filter before the step of membrane filtration with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane. A process is provided. By removing the metal deposit deposited in the alkali addition step before the filtration step, clogging of the filtration membrane can be suppressed and the cleaning frequency of the filtration membrane can be made relatively small.
  • drain processing method membrane-filters the alkaline high hardness waste_water
  • the alkali dissolves organic matter such as protein, so that the organic matter hardly adheres to the surface of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, so that clogging of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane can be further suppressed.
  • the high-hardness wastewater treatment method uses a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane mainly composed of polytetrafluoroethylene in this membrane filtration step. Life is relatively long.
  • the high hardness wastewater treatment method can sufficiently precipitate the metal in the wastewater by adjusting the pH of the high hardness wastewater within the above range in the alkali addition step.
  • the frequency of cleaning the filtration membrane can be reduced more reliably.
  • the high hardness wastewater treatment method can precipitate the metal in the wastewater more effectively by adjusting the pH of the high hardness wastewater within the above range in the alkali addition step.
  • the frequency of cleaning the filtration membrane can be reduced more reliably by suppressing the precipitation.
  • the coarse filtration may be performed with a filter having a reserved particle diameter of 1 ⁇ m.
  • the high hardness wastewater treatment method uses a filter having a reserved particle diameter of 1 ⁇ m to suppress precipitation in the filtration membrane and reduce the frequency of washing the filtration membrane.
  • the rough filtration is preferably performed with a filter having an effective diameter of 0.4 mm or more and 0.7 mm or less.
  • the treatment method of the high-hardness wastewater can be preferentially treated in the treatment when the hardness is relatively low by using a filter having an effective diameter of 0.4 mm or more and 0.7 mm or less.
  • the amount of processing can be increased.
  • the high-hardness wastewater treatment method can provide clean water with fewer impurities by further including a step of membrane-treating the high-hardness wastewater after the membrane filtration step with a reverse osmosis membrane.
  • alkaline high-hardness waste water after the membrane filtration step may be membrane-treated.
  • the high-hardness wastewater treatment method suppresses adhesion of organic substances to the reverse osmosis membrane in the membrane treatment step by membrane-treating alkaline high-hardness wastewater after the membrane filtration step in the membrane treatment step.
  • the frequency of cleaning the reverse osmosis membrane can be made relatively small.
  • microfiltration membrane means a filtration membrane having an average pore diameter of more than 0.1 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m
  • ultrafiltration membrane means an average pore diameter of more than 0.002 ⁇ m and 0.1 ⁇ m.
  • the following filtration membrane is meant, and “reverse osmosis membrane” means a filtration membrane having an average pore diameter of 2 nm or less.
  • the average pore diameter means the average pore diameter on the surface of the filtration membrane, and can be measured by a pore diameter distribution measuring device (for example, a porous material automatic pore size distribution measuring system manufactured by Porous Materials). it can.
  • the “main component” means a component having the largest mass content, preferably a component containing 90% by mass or more.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes a step of adding alkali to the high-hardness wastewater ⁇ Step S1: alkali addition step> and the alkaline high-hardness wastewater after the alkali addition step is roughly filtered.
  • ⁇ Step S3 Membrane filtration step>
  • the high-hardness wastewater treatment method is used to treat high-hardness wastewater having a calcium hardness of 100 or more, and is particularly preferably used when the calcium hardness is 150 or more.
  • Examples of the high-hardness wastewater treated by the high-hardness wastewater treatment method include, for example, primary wastewater for sewage treatment in areas where the hardness of clean water is high. That is, the high-hardness wastewater treatment method is used for further advanced treatment of primary treated wastewater obtained by biological treatment of sewage by, for example, an activated sludge method, so that it can be reused as, for example, clean water or industrial water.
  • Alkali addition process In the alkali addition process of step S1, metals such as calcium and magnesium dissolved in the high-hardness wastewater are precipitated by adding alkali to the high-hardness wastewater and raising the pH. At this time, organic matter in the high-hardness waste water can be taken into the generated metal precipitate.
  • sodium hydroxide for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be used, and sodium hydroxide is particularly preferably used.
  • sodium hydroxide for example, granular or flaky hydrate may be used as sodium hydroxide, but an aqueous solution having a concentration of about 50% by mass may be used.
  • Such an aqueous sodium hydroxide solution is widely used for industrial use because it is relatively inexpensive and easy to handle.
  • the amount of alkali added it is preferable to adjust the amount of alkali added so that the pH of the high-hardness waste water becomes alkaline in a preset range.
  • As a minimum of pH of high hardness drainage after alkali addition in this alkali addition process 8 is preferred and 8.5 is more preferred.
  • the upper limit of the pH of the high-hardness drainage after addition of alkali is preferably 14, and more preferably 9.5. When the pH of the high-hardness wastewater after the addition of alkali is less than the above lower limit, the metal in the high-hardness wastewater cannot be sufficiently precipitated, so that the metal deposition on the filter membrane surface may not be sufficiently suppressed.
  • Step S2 the high-hardness wastewater that has been adjusted to be alkaline in the alkali addition step and deposited metal is filtered using a filter, thereby removing metal deposits precipitated from the high-hardness wastewater.
  • a woven fabric, a non-woven fabric, or a filter paper is used as a filter while having a flow path at the top and bottom and allowing high-hardness drainage to pass above the upper flow path, or particles.
  • a filter layer is formed on the support member by depositing the filtered particles into a container having a support member that prevents passage, and used as a filter. It is good to use the downflow type filtration which drains from a flow path.
  • woven fabric, non-woven fabric, or filter paper is used as a filter.
  • nonwoven fabric for example, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polytetrafluoroethylene (PTFE), or polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • a nonwoven fabric made of polyester such as polyethylene terephthalate is preferable.
  • the filter paper used as a filter in this coarse filtration step include 5C filter paper (JIS-P3801 (1995)) having a filtration capacity substantially equivalent to that of the anthracite particle layer.
  • a high-hardness wastewater treatment method in which the effective diameter is 0.4 mm or more and 0.7 mm or less is supported by depositing the filtered particles in a container having a support member that prevents the passage of particles.
  • a filtration layer is formed on the member and used as a filter.
  • known filtration particles can be used, for example, stone, natural sand, inorganic particles, ceramics, polymer (polymer compound), natural Particles whose main component is an organic material or the like can be used, and among these, relatively inexpensive natural sand is preferably used.
  • the “main component” means a component having the largest mass content.
  • Examples of the natural sand include anthracite, garnet, manganese sand, and quartz sand.
  • anthracite which is relatively inexpensive and has a relatively rich ridge angle, and thus has an excellent filtration performance due to a relatively large porosity and specific surface area of the particle layer, is particularly preferably used.
  • anthracite since anthracite has a relatively small specific gravity and is excellent in stirring efficiency at the time of backwashing, it also has an advantage that backwashing is relatively easy.
  • These natural sands can be used alone or in combination of two or more. Among them, a mixture of quartz sand and anthracite is preferable because it easily forms a filtration layer.
  • glass beads are preferable in that particles having a uniform particle size and specific gravity can be obtained relatively easily.
  • Particularly preferable glass beads include, for example, spherical glass beads containing alumina.
  • ceramic particles mainly composed of silica, alumina, glass or the like can be used.
  • natural organic material a natural organic material having a particle size adjusted by sieving can be used, and examples thereof include natural fibers such as walnut shell, sawdust and hemp.
  • Examples of the main component of the polymer include fluorine resin, vinyl resin, polyolefin, polyurethane, epoxy resin, acrylic resin, polyester, polyamide, polyimide, melamine resin, and polycarbonate.
  • a fluororesin, a vinyl resin and a polyolefin excellent in water resistance and alkali resistance are preferable, and a polyolefin excellent in adsorptivity is more preferable.
  • polyolefins polypropylene having excellent adsorption ability is particularly preferable.
  • the lower limit of the effective diameter of the filtration particles is preferably 0.5 mm, and more preferably 0.7 mm.
  • the upper limit of the effective diameter of the filtration particles is preferably 2 mm, and more preferably 1.5 mm.
  • Effective diameter means a sieve specified in JIS-Z8801-1 (2006), and sieved in order from a sieve with a larger mesh size to measure the mass ratio of particles passing through the mesh. It means the particle size at which the cumulative mass becomes 10% in the particle size distribution created with the nominal aperture as the particle size.
  • the lower limit of the uniformity coefficient of the filtration particles is preferably 1.1 and more preferably 1.2.
  • the upper limit of the uniformity coefficient of the filtration particles is preferably 1.7, more preferably 1.5.
  • the “equality coefficient” is a sieve defined in JIS-Z8801-1 (2006), and the mass ratio of particles passing through the sieve is measured by sieving in order from the sieve with the largest mesh. It means the ratio of the particle diameter at which the cumulative mass is 60% to the effective diameter in the particle diameter distribution created using the nominal aperture as the particle diameter.
  • the lower limit of the average thickness of the particle layer is preferably 10 cm, and more preferably 15 cm.
  • the upper limit of the average thickness of the particle layer is preferably 80 cm, and more preferably 60 cm.
  • Step S3 fine suspended substances that could not be removed in the coarse filtration step are removed from the alkaline high-hardness waste water after the coarse filtration step using a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane.
  • a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane When using an ultrafiltration membrane, relatively large solutes can be removed in addition to suspended solids.
  • the average pore diameter of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane can be appropriately selected according to, for example, the presence or absence of a post-process, the purpose of use of water after treatment, and the like, for example, 0.005 ⁇ m to 0.5 ⁇ m It can be.
  • microfiltration membrane or ultrafiltration membrane As the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, those mainly composed of polytetrafluoroethylene having resistance to alkali are used. For example, additives such as other polymers and lubricants are appropriately blended. May be.
  • microfiltration membrane or ultrafiltration membrane use a porous material that is made by causing microcracks by uniaxially or biaxially stretching a sheet-like material mainly composed of polytetrafluoroethylene. Can do.
  • Examples of the shape of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane include a hollow fiber type, a sheet type, a spiral type, a tubular type, and the like. However, since the membrane area per volume of the membrane module can be relatively large, the hollow fiber A mold is particularly preferably used.
  • a hollow fiber membrane When a hollow fiber membrane is used as a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane, a plurality of hollow fiber membranes arranged in one direction and both ends of the plurality of hollow fiber membranes are held and communicated with the lumens of the respective hollow fiber membranes. It is good to use a filtration module provided with a pair of holding members which have a channel to do.
  • a hollow fiber membrane in high hardness waste water not pressurized Immersion type soaks into the hollow fiber membrane lumen by osmotic pressure or negative pressure on the lumen side, supplies high-pressure waste water to the hollow fiber membrane lumen and permeates outside the hollow fiber membrane
  • An internal pressure type or the like can be applied.
  • step S4 water that can be used as, for example, industrial water is obtained by adding an acid to the high-hardness wastewater after the membrane filtration step and neutralizing it.
  • pH of the treated water after this neutralization process it can be 6.5 or more and 7.5 or less, for example.
  • hydrochloric acid for example, hydrochloric acid, sulfuric acid or the like can be used.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes an alkali addition step, thereby precipitating a metal dissolved in the wastewater in advance, thereby reducing the content of the metal dissolved in the water in the membrane filtration step. Can do.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes a coarse filtration step, thereby removing clogging of the filtration membrane by removing the metal precipitates precipitated in the alkali addition step before the membrane filtration step. The frequency of membrane cleaning can be made relatively small.
  • the high-hardness wastewater treatment method filters the alkaline high-hardness wastewater after the coarse filtration step in the membrane filtration step, the alkali dissolves organic substances such as proteins, so that the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane can be obtained.
  • the high-hardness wastewater treatment method uses a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane mainly composed of polytetrafluoroethylene having resistance to alkali in the membrane filtration step. Even so, the filter membrane has a relatively long life.
  • FIG. 2 shows an example of a wastewater treatment facility that can be used to carry out the high-hardness wastewater treatment method of FIG.
  • the waste water treatment facility of FIG. 2 includes an adjustment tank 1 to which high-hardness waste water to be treated is supplied, an alkali addition device 2 for supplying alkali to the adjustment tank 1, and a pump for sending high-hardness waste water from the adjustment tank 1 3, a filtration tower 4 to which high-hardness wastewater is supplied from a pump 3 and contains filtration particles therein, and a membrane filtration unit for membrane-filtering high-hardness wastewater that has passed through the filtration tower 4 with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane 5, a neutralization tank 6 that stores high-hardness wastewater discharged from the membrane filtration unit 5, and an acid addition device 7 that inputs acid into the neutralization tank 6.
  • the adjustment tank 1 is a water tank or a reservoir for performing the alkali addition step of the high-hardness wastewater treatment method. It is preferable that the adjustment tank 1 has a pH measuring device that measures the pH of the stored high-hardness waste water.
  • the alkali addition apparatus 2 can be configured to include, for example, a service tank that stores alkali and a chemical injection pump that supplies alkali to the adjustment tank 1. It is preferable that the alkali addition device 2 is controlled so as to automatically supply alkali so that the pH of the high-hardness waste water in the adjustment tank 1 becomes alkaline with a preset value.
  • the pump 3 sends high-hardness waste water from the adjustment tank 1 to the neutralization tank 6 through the filtration tower 4 and the membrane filtration unit 5.
  • the filtration tower 4 has upper and lower flow paths, and a plurality of filtered particles are enclosed in an internal space defined by these flow paths and a support member such as a metal mesh, and the filtered particles are deposited on the support member.
  • a support member such as a metal mesh
  • Gravel may be deposited on the support member, and the filtration particles may form a filtration layer on the gravel.
  • a woven fabric, a non-woven fabric, or a filter paper may be used instead of the filtration layer formed by the filtration particles.
  • the internal space of the filtration tower 4 may have a volume sufficiently larger than the apparent volume of the plurality of filtration particles so that the filtration particles can be swollen by passing wash water from the lower flow path. preferable.
  • the membrane filtration unit 5 includes a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane, and is configured to filter out high-hardness wastewater supplied by the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane.
  • the membrane filtration unit 5 includes a sealed container to which high-hardness waste water is supplied, and a filtration module having a hollow fiber membrane disposed in the sealed container, and is hollow by the supply pressure of high-hardness waste water. It can be set as the external pressure type filtration apparatus which allows a thread membrane to pass through.
  • the neutralization tank 6 is a water tank or a reservoir for storing water obtained by filtering high-hardness waste water through the filtration tower 4 and the membrane filtration unit 5. It is preferable that the neutralization tank 6 has a pH measuring device that measures the pH of the stored high-hardness wastewater.
  • the acid addition device 7 may be configured to include, for example, a service tank that stores acid and a chemical injection pump that supplies the acid to the neutralization tank 6.
  • the acid addition device 7 is preferably controlled to automatically supply acid so that the water stored in the neutralization tank is neutral.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes a step of adding alkali to the high-hardness wastewater ⁇ Step S1: Alkali addition step>, and an alkaline high-hardness wastewater (water to be treated) after the alkali addition step.
  • Step S2 Coarse filtration step> and alkaline high-water drainage after the above coarse filtration step with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane containing polytetrafluoroethylene as a main component
  • Step S3 Membrane Filtration Step>, Step of Membrane Treatment of Alkaline High Hardness Wastewater after the Membrane Filtration Step with a Reverse Osmosis Membrane
  • Step S5 Membrane Treatment Step>
  • step S6 neutralization step>.
  • step S6 in the processing method of the high hardness waste water of FIG. 3 differs from the neutralization process of step S4 in the processing method of the high hardness waste water of FIG. It is the same.
  • description regarding an alkali addition process, a rough filtration process, a membrane filtration process, and a neutralization process is abbreviate
  • ⁇ Membrane treatment process> In the membrane treatment process of step S5, the alkaline water to be treated is separated into the permeated water of the reverse osmosis membrane and the concentrated water in which the solute and the like are concentrated. The permeated water is supplied to the neutralization step of step S6, and the concentrated water is separately treated as waste water.
  • the reverse osmosis membrane may be a nanofiltration membrane having a relatively large pore diameter.
  • the “nanofiltration membrane” means a reverse osmosis membrane having an average pore diameter larger than 1 nm.
  • those with an average pore diameter of 1 nm or less (not classified as nanofiltration membranes) have a relatively high total hardness removal rate and flux, and a relatively large total hardness removal rate. (For example, 99% or more) is obtained.
  • Examples of the material of the reverse osmosis membrane include polyamide polymer, polysulfone polymer, and cellulose polymer.
  • Examples of the shape of the reverse osmosis membrane include a hollow fiber type and a spiral type, and the spiral type is particularly preferably used because the membrane area per volume of the membrane module can be relatively large.
  • reverse osmosis membrane examples include, for example, “ES-20”, “ESPA2”, “NTR-7400”, “NTR-729HF” and “NTR-7250” from Nitto Denko Corporation, “SU-20” from Toray Industries, Inc. -710 ",” SU-720 “,” SU-610 “and” SU-210S “,” BW30LE “,” NF-90 “and” NF-70 “from DOW CHEMICAL.
  • the high-hardness wastewater treatment method includes a step of membrane-treating the high-hardness wastewater after the membrane filtration step with a reverse osmosis membrane (including a nanofiltration membrane), thereby obtaining clean water with less impurities. be able to.
  • FIG. 4 shows an example of a wastewater treatment facility that can be used to carry out the high-hardness wastewater treatment method of FIG.
  • the waste water treatment facility of FIG. 4 includes an adjustment tank 11 to which high-hardness waste water to be treated is supplied, an alkali addition device 12 for supplying alkali to the adjustment tank 11, and a rough water for sending high-hardness waste water from the adjustment tank 11.
  • a high-hardness wastewater is supplied from the filtration pump 13, the coarse filtration pump 13, and a filtration tower 14 that contains filtration particles therein, and a coarse filtration water receiving tank 15 that collects the high-hardness wastewater that has passed through the filtration tower 14 are provided.
  • 4 includes a transfer pump 16 that sends out high-hardness waste water from the coarse filtration water receiving tank 15, a membrane filtration water tank 17 that stores high-hardness waste water supplied from the transfer pump 16, and a membrane filtration supply.
  • a membrane filtration pump 18 that sends out high-hardness wastewater from a water tank 17 and a membrane filtration unit 19 that filters high-hardness wastewater supplied from the membrane filtration pump 18 with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane.
  • 4 includes a membrane treatment water tank 20 that stores high-hardness waste water discharged from the membrane filtration unit 19, a membrane treatment pump 21 that sends out high-hardness waste water from the membrane treatment water tank 20, and a membrane.
  • a membrane treatment unit 22 that separates high-hardness wastewater supplied from the treatment pump 21 into permeate and concentrated water by a reverse osmosis membrane; a neutralization tank 23 that stores the permeate discharged from the membrane treatment unit 22;
  • An acid addition device 24 for supplying acid to the tank 23 is provided.
  • the waste water treatment facility of FIG. 4 includes a neutralization tank 23, a membrane washing water tank 25 that selectively receives permeated water discharged from the membrane treatment unit 22, and a membrane filtration unit 19 that treats treated water in the membrane washing water tank 25.
  • a washing pump 26 for supplying water in the direction opposite to the direction of water flow from the membrane filtration water tank 17.
  • the flow shown with a broken line in FIG. 4 shows the flow of the high-hardness waste water for back-washing the filtration tower 14 or the membrane treatment unit 22.
  • high-hardness waste water discharged from the transfer pump 16 can be passed through the filtration tower 14 in a direction opposite to the direction of water flow by the coarse filtration pump 13.
  • the flow path is configured so as to be able to.
  • the wastewater treatment facility adjustment tank 11, the alkali addition device 12, the coarse filtration pump 13, the filtration tower 14, the membrane filtration unit 19, the neutralization tank 23, and the acid addition device 24 are the wastewater treatment facility adjustment tank of FIG. 2. 1, the alkali addition device 2, the pump 3, the filtration tower 4, the membrane filtration unit 5, the neutralization tank 6, and the acid addition device 7.
  • the coarse filtration water receiving tank 15, the membrane filtration water tank 17, the membrane treatment water tank 20, and the membrane washing water tank 25 are water tanks that store high-hardness waste water.
  • the coarse filtration pump 13, the transfer pump 16, the membrane filtration pump 18, the membrane treatment pump 21 and the cleaning pump 26 are not particularly limited as long as they can pump water.
  • the waste water treatment facility of FIG. 4 temporarily stores the high hardness waste water roughly filtered by the filtration tower 14 in the coarse filtration water receiving tank 15 and the membrane filtration water supply tank 17. For this reason, the filtration tower 14 and the membrane filtration unit 19 can be operated or washed independently of each other. Further, the alkaline high-hardness wastewater stored in the coarse filtration water receiving tank 15 can be used as washing water for washing the filtration particles in the filtration tower 14. That is, the transfer pump 16 also functions as a pump for supplying cleaning water to the filtration tower 14.
  • the wastewater treatment facility of FIG. 4 is configured so that water filtered through the filtration tower 14 and the membrane filtration unit 19 in the opposite direction to that during filtration can be backwashed.
  • the filtration membrane of the layer and the membrane filtration unit 19 is clogged, the particle layer of the filtration tower 14 and the filtration membrane of the membrane filtration unit 19 can be regenerated relatively easily.
  • the neutralization step may be omitted depending on the use of the treated water obtained.
  • the high-hardness wastewater treatment method may further include a sedimentation separation step between the alkali addition step and the coarse filtration step.
  • the neutralization step is performed between the membrane filtration step and the membrane treatment step, and the neutralization step after the membrane treatment step is omitted.
  • the neutralization step may be performed before and after the membrane treatment step. If the high-hardness wastewater before membrane treatment is acidic, the pH decreases by permeating through the reverse osmosis membrane, and the acidity becomes stronger. If the high-hardness wastewater before membrane treatment is alkaline, it passes through the reverse osmosis membrane. By doing so, pH increases and alkalinity becomes stronger.
  • the waste water treatment equipment used for the high hardness waste water treatment method may be one in which at least one of a filtration tower, a membrane filtration unit and a membrane treatment unit is arranged in parallel.
  • the components arranged in parallel may be operated in parallel at the same time, may be selectively operated, and may be washed while they are not operating.
  • water other than the high-hardness waste water being treated may be used as the washing water for the waste water treatment equipment used in the method for treating high-hardness waste water.
  • water obtained by biological treatment of sewage in a region having high hardness of clean water is used as raw water for high-hardness waste water to be treated, and waste water treatment example 1, treatment example 2, and example treatment 3 simulations were performed on a beaker scale.
  • the calcium hardness of the raw water of the high hardness drainage was 170, and the pH was 7.0.
  • 5C filter paper JIS-P3801 (1995) having a filtration capacity substantially equivalent to that of an anthracite particle layer is prepared by adding sodium hydroxide to high-hardness wastewater to adjust the pH to 9.0. Crude filtered. The obtained filtered water was subjected to membrane filtration with a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore size of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi, and the amount of filtered water was measured every 5 minutes, and the relationship between the passage of time and the change in flux was determined. Calculated. The total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 800 mL.
  • FIG. 5 the change of the flux by the time passage of the said process example 1, the process example 2, and the process example 3 is shown.
  • the decrease in the flux was relatively large immediately after the start of membrane filtration, but the flux became substantially constant after about 30 minutes.
  • the flux per unit pressure after 30 minutes was about 6 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), whereas in treatment example 1, after 30 minutes.
  • the flux per unit pressure was about 14 LMH / kPa, and a filtration capacity more than doubled could be exhibited. From this result, it is considered that the cleaning frequency of the filtration membrane can be made relatively small by the treatment method including the alkali addition step, the coarse filtration step, and the membrane filtration step.
  • Water obtained by treating the river water in areas with high hardness of gravel with contact between gravel was used as raw water for high-hardness wastewater to be treated.
  • the calcium hardness of the raw water of the high hardness drainage was 100, and the pH was 7.4.
  • sodium hydroxide was added to the high-hardness waste water so as to have a pH of 8.5, which was roughly filtered using 5C filter paper having a higher density than the anthracite particle layer.
  • the obtained filtered water was filtered through a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore diameter of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi, and the amount of filtered water was measured every 5 minutes. Calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 1145 mL.
  • sodium hydroxide was added to the high-hardness waste water so as to have a pH of 10 and coarsely filtered using 5C filter paper having a higher density than the anthracite particle layer.
  • the obtained filtered water was filtered through a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore diameter of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi, and the amount of filtered water was measured every 5 minutes. Calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 1086 mL.
  • raw water of high-hardness waste water is roughly filtered using 5C filter paper, and the obtained filtered water is filtered through a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore diameter of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi every 5 minutes.
  • the amount of filtered water was measured and the relationship between the passage of time and the change in flux was calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 146 mL.
  • FIG. 6 the change of the flux by the time passage of the processing example 4, the processing example 5, the processing example 6, and the processing example 7 is shown.
  • the initial flux is 68 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 45 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is shown.
  • the bundle is 45 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 36 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flux after 15 minutes is 31 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 28 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 25 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 23 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the initial flux is 46 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 45 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is 46 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the bundle was 41 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes was 35 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flux after 15 minutes was 32 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 29 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 26 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 26 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the initial flux is 50 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 46 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is 50 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the bundle is 43 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 39 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flux after 15 minutes is 36 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 33 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 30 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 27 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the initial flux is 12 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 11 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is 12 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the bundle is 7 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 2 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 15 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the decrease in flux was relatively large immediately after the start of membrane filtration.
  • the flux per unit pressure after 30 minutes was about 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), whereas in Processing Example 4, Processing Example 5, and Processing Example 6, The flux per unit pressure after 30 minutes was 20 LMH / kPa, and the filtration capacity was 20 times or more. Also from this result, it is considered that the cleaning frequency of the filtration membrane can be made relatively small by the treatment method including the alkali addition step, the coarse filtration step, and the membrane filtration step.
  • hydrochloric acid was added to the high-hardness wastewater to adjust the pH to 6.0, and coarsely filtered using 5C filter paper having a higher density than the anthracite particle layer, and the resulting filtrate was filtered at a pressure of 5 psi.
  • the membrane was filtered with a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore size of 0.1 ⁇ m, and the amount of filtrate was measured every 5 minutes, and the relationship between the passage of time and the change in flux was calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 15 minutes was 230 mL.
  • hydrochloric acid was added to the high-hardness waste water to adjust the pH to 4.0, and coarse filtration was performed using 5C filter paper having a higher density than the anthracite particle layer, and the resulting filtered water was subjected to a pressure of 5 psi.
  • the membrane was filtered with a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore size of 0.1 ⁇ m, and the amount of filtrate was measured every 5 minutes, and the relationship between the passage of time and the change in flux was calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 15 minutes was 190 mL.
  • FIG. 7 shows changes in the flux due to changes over time in the above-mentioned Treatment Example 8, Treatment Example 9, and pH non-adjustment example. From this result, it can be seen that the filterability is poor even if the membrane is filtered at a reduced pH in order to suppress the precipitation of hardness. Therefore, it was proved that the addition of alkali has an effect of improving the membrane filterability. .
  • a verification test was performed using a rapid filtration apparatus having a daily amount of 100 m 3 on the water obtained by subjecting the river water having high hardness to a gravel contact treatment.
  • a solution obtained by adding sodium hydroxide to the raw water to adjust the pH to 8.6 is rapidly filtered using quartz sand having an effective diameter of 0.5 mm which is lower in density than 5C filter paper (retained particle diameter: 1 ⁇ m). Filter through the apparatus.
  • the obtained filtered water was subjected to membrane filtration with a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore size of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi, and the amount of filtered water was measured every 5 minutes, and the relationship between the passage of time and the change in flux was determined. Calculated.
  • the total amount of filtered water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 728 mL.
  • the raw water adjusted to pH 8.7 by adding sodium hydroxide was subjected to rapid filtration using quartz sand having an effective diameter of 0.5 mm lower than that of 5C filter paper (retained particle diameter of 1 ⁇ m). Filter through the apparatus. (Quartz sand preferably has an effective diameter of 0.4 to 0.7 mm, more preferably 0.5 to 0.6 mm.)
  • the obtained filtered water was subjected to membrane filtration with a microfiltration membrane having a diameter of 47 mm and an average pore size of 0.1 ⁇ m at a pressure of 5 psi, and the amount of filtered water was measured every 5 minutes, and the relationship between the passage of time and the change in flux was determined. Calculated.
  • the total amount of filtrate water obtained by membrane filtration for 30 minutes was 702 mL.
  • FIG. 8 shows the change in the flux due to the time change of the above-mentioned treatment example 10, treatment example 11, and treatment example 7 in which raw water of high hardness wastewater is roughly filtered using 5C filter paper.
  • the initial flux is 60 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 37 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is 60 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the bundle is 32 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 22 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flux after 15 minutes is 19 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 18 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 16 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 16 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the initial flux is 63 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 3 minutes is 31 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flow after 5 minutes.
  • the bundle is 25 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 19 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), and the flux after 15 minutes is 17 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 15 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 14 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 14 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the initial flux is 12 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flux after 3 minutes is 11 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the flow after 5 minutes is 12 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa)
  • the bundle is 7 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 10 minutes is 2 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 15 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 20 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), the flux after 25 minutes is 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), The flux after 30 minutes was 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa).
  • the decrease in flux was relatively large immediately after the start of membrane filtration.
  • the flux per unit pressure after 30 minutes was about 1 LMH / kPa (L / m 2 / H / kPa), whereas in Treatment Example 10 and Treatment Example 11, after 30 minutes.
  • the flux per unit pressure was 15 LMH / kPa, and the filtration capacity of 15 times or more could be exhibited.
  • the filterability of the membrane filtration process is the same as the alkali addition process and the coarse filtration process by filter paper filtration by treating in the alkali addition process and the rapid filtration process using quartz sand with an effective diameter of 0.5 mm. It is considered that the frequency of cleaning can be made relatively small by improving the filtration, reducing the contamination of the filtration membrane.

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Abstract

本発明の一態様に係る高硬度排水の処理方法は、カルシウム硬度が100以上である高硬度排水の処理方法であって、上記高硬度排水にアルカリを添加する工程と、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水をフィルターで粗濾過する工程と、上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程とを備える。上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpH を8以上14以下に調整するとよい。上記粗濾過が、保留粒子径1μmのフィルターで行うとよい。

Description

高硬度排水の処理方法
 本発明は、高硬度排水の処理方法に関する。本出願は、2016年3月9日出願の日本出願第2016-046038号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 排水の処理方法として、生物処理等の一次処理を行った後に、限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて排水を濾過する方法が知られている。限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて濾過することによって、排水中の浮遊物質の殆ど全てを除去することができる。しかしながら、排水中に溶解している例えばカルシウム、マグネシウム等の金属は、濾過によっては除去することができない。
 そこで、高硬度の水を処理する方法として、アルカリを添加することによって水に溶解している金属を析出させてから限外濾過膜又は精密濾過膜で濾過する方法が提案されている(実開平6-72691号公報参照)。
実開平6-72691号公報
 上記公報に開示される処理方法では、アルカリの添加によって析出した金属を濾過膜で分離するため、比較的短時間で濾過膜の圧損が増大し、頻繁に濾過膜の洗浄を行う必要がある。特に、水中に有機物が存在する場合、アルカリの添加により析出した金属が有機物を取り込んで浮遊物質を生成して、濾過膜の閉塞を助長することがある。
 本発明の一態様に係る高硬度排水の処理方法は、カルシウム硬度が100以上である高硬度排水の処理方法であって、上記高硬度排水にアルカリを添加する工程と、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水をフィルターで粗濾過する工程と、上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程とを備える。
図1は、本発明の一実施形態の高硬度排水の処理方法の手順を示すフローチャートである。 図2は、図1の高硬度排水の処理方法に用いられる排水処理装置の構成を示す模式図である。 図3は、本発明の図1とは異なる実施形態の高硬度排水の処理方法の手順を示すフローチャートである。 図4は、図3の高硬度排水の処理方法に用いられる排水処理装置の構成を示す模式図である。 図5は、高硬度排水の処理方法の各処理例における精密濾過膜の流束変化を示すグラフである。 図6は、高硬度排水の処理方法の各処理例における精密濾過膜の流束変化を示すグラフである。 図7は、高硬度排水の処理方法の各処理例における精密濾過膜の流束変化を示すグラフである。 図8は、高硬度排水の処理方法の各処理例における精密濾過膜の流束変化を示すグラフである。
[本開示が解決しようとする課題]
本発明は、濾過膜の洗浄頻度が比較的小さい高硬度排水の処理方法を提供することを課題とする。
[発明の効果]
 本発明の高硬度排水の処理方法は、濾過膜の洗浄頻度を比較的小さくすることができる。
[本発明の実施形態の説明]
 本発明の一態様に係る高硬度排水の処理方法は、カルシウム硬度が100以上である高硬度排水の処理方法であって、上記高硬度排水にアルカリを添加する工程と、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水をフィルターで粗濾過する工程と、上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程とを備える。
 当該高硬度排水の処理方法は、上記アルカリ添加工程を備えることによって、予め排水中に溶解している金属を析出させることで、上記膜濾過工程において水中に溶存している金属の含有量を低減することができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水(被処理水)を、精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程の前にフィルターで粗濾過する工程を備える。濾過工程の前にアルカリ添加工程において析出させた金属析出物を除去することにより濾過膜の目詰まりを抑制して濾過膜の洗浄頻度を比較的小さくすることができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、上記膜濾過工程で粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を膜濾過する。これによりアルカリが例えばタンパク質等の有機物を溶解することで精密濾過膜又は限外濾過膜の表面に有機物が付着しにくいため、精密濾過膜又は限外濾過膜の目詰まりをさらに抑制することができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、この膜濾過工程でポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜を用いるので、アルカリ性の高硬度排水を濾過しても濾過膜の寿命が比較的長い。
 上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを8以上14以下に調整するとよい。このように当該高硬度排水の処理方法は、上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを上記範囲内に調整することによって、排水中の金属を十分に析出させることができ、濾過膜における析出を抑制してより確実に濾過膜の洗浄頻度を減少させられる。
 上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを8以上10以下に調整するとよい。このように当該高硬度排水の処理方法は、上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを上記範囲内に調整することによって、排水中の金属をより効果的に析出させることができ、濾過膜における析出を抑制してさらにより確実に濾過膜の洗浄頻度を減少させられる。
 上記粗濾過が、保留粒子径1μmのフィルターで行うとよい。当該高硬度排水の処理方法は、保留粒子径1μmのフィルターを用いることにより、濾過膜における析出を抑制して濾過膜の洗浄頻度を減少させられる。
  上記粗濾過が、有効径が0.4mm以上0.7mm以下のフィルターで行うとよい。当該高硬度排水の処理方法は、有効径が0.4mm以上0.7mm以下のフィルターを用いることにより、比較的硬度が低い場合の処理において濾過処理量を優先して処理することができる、より処理量を増大できる。
 上記膜濾過工程後の高硬度排水を逆浸透膜で膜処理する工程をさらに備えるとよい。このように、当該高硬度排水の処理方法は、上記膜濾過工程後の高硬度排水を逆浸透膜で膜処理する工程をさらに備えることによって、より不純物の少ない清浄な水を得ることができる。
 上記膜処理工程で膜濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を膜処理するとよい。このように、当該高硬度排水の処理方法は、上記膜処理工程で膜濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を膜処理することによって、上記膜処理工程における逆浸透膜への有機物の付着を抑制して、逆浸透膜の洗浄頻度を比較的小さくすることができる。
 ここで、本願において、「カルシウム硬度」とはJIS-K0101(1998)に準拠して測定される値である。また、「精密濾過膜」とは空孔の平均径が0.1μm超10μm以下である濾過膜を意味し、「限外濾過膜」とは空孔の平均径が0.002μm超0.1μm以下である濾過膜を意味し、「逆浸透膜」とは空孔の平均径が2nm以下である濾過膜を意味するものとする。なお、空孔の平均径は、濾過膜の表面における空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置(例えばPorous Materials社製 多孔質材料自動細孔径分布測定システム)により測定することができる。また、「主成分」とは、質量含有率が最も大きい成分を意味し、好ましくは90質量%以上含有する成分を意味する。
[本発明の実施形態の詳細]
 以下、本発明に係る高硬度排水の処理方法の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
〔第一実施形態〕
 当該高硬度排水の処理方法は、図1に示すように、高硬度排水にアルカリを添加する工程<ステップS1:アルカリ添加工程>と、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水をフィルターで粗濾過する工程<ステップS2:粗濾過工程>と、上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程<ステップS3:膜濾過工程>と、上記膜濾過工程後の高硬度排水を中和する工程<ステップS4:中和工程>を備える。
 当該高硬度排水の処理方法は、カルシウム硬度が100以上である高硬度排水を処理するために用いられ、カルシウム硬度が150以上である場合に特に好適に用いられる。
(高硬度排水)
 当該高硬度排水の処理方法によって処理される高硬度排水としては、例えば上水の硬度が高い地域の下水の一次処理排水が挙げられる。つまり、当該高硬度排水の処理方法は、下水を例えば活性汚泥法等によって生物処理した一次処理排水をさらに高度処理して例えば上水、工業用水等として再利用可能とするために利用される。
<アルカリ添加工程>
 ステップS1のアルカリ添加工程では、高硬度排水にアルカリを添加して、pHを上昇させることによって、高硬度排水に溶存している例えばカルシウム、マグネシウム等の金属を析出させる。このとき、生成される金属析出物中には、高硬度排水中の有機物が取り込まれ得る。
 このアルカリ添加工程で高硬度排水に添加するアルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができ、特に水酸化ナトリウムが好適に用いられる。水酸化ナトリウムは、例えば粒状乃至フレーク状の水和物を用いてもよいが、例えば濃度約50質量%程度の水溶液を用いることができる。このような水酸化ナトリウム水溶液は、比較的安価であると共にハンドリングが容易であることから、工業用に広く利用されている。
 このアルカリ添加工程では、高硬度排水のpHが予め設定される範囲のアルカリ性となるよう、アルカリの添加量を調整することが好ましい。このアルカリ添加工程におけるアルカリ添加後の高硬度排水のpHの下限としては、8が好ましく、8.5がより好ましい。一方、アルカリ添加後の高硬度排水のpHの上限としては、14が好ましく、9.5がより好ましい。アルカリ添加後の高硬度排水のpHが上記下限に満たない場合、高硬度排水中の金属を十分析出させることができないことで、濾過膜表面における金属の析出を十分に抑制できないおそれがある。逆に、アルカリ添加後の高硬度排水のpHが上記上限を超える場合、不必要にアルカリを消費するおそれや、高硬度排水中の塩類濃度を不必要に増大させるおそれがある。
<粗濾過工程>
 ステップS2の粗濾過工程では、アルカリ添加工程でアルカリ性に調整されて金属を析出した高硬度排水をフィルターを用いて濾過することによって、高硬度排水から析出した金属の析出物を除去する。
 この粗濾過工程における粗濾過の方法としては、上下に流路を有し、上側の流路より上側に高硬度排水を通過させる一方で織布、不織布、若しくは濾紙をフィルターとして用いるか、又は粒子通過を阻止する支持部材を有する容器内に濾過粒子を投入して堆積させることにより支持部材上に濾過層を形成してフィルターとして用い、上側の流路から高硬度排水を供給して下側の流路から排水する下降流式濾過とするとよい。
 上記粗濾過が、保留粒子径1μmのフィルターで行う高硬度排水の処理方法 では織布、不織布、若しくは濾紙をフィルターとして用いる。不織布としては、例えばポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることができる。高流量処理としては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルからなる不織布が好ましい。また、この粗濾過工程でフィルターとして用いる濾紙としては、アンスラサイト粒子層と略同等の濾過能力を有する5Cろ紙(JIS-P3801(1995))が挙げられる。
 上記粗濾過が、有効径が0.4mm以上0.7mm以下のフィルターで行う高硬度排水の処理方法 では粒子通過を阻止する支持部材を有する容器内に濾過粒子を投入して堆積させることにより支持部材上に濾過層を形成してフィルターとして用いる。この粗濾過工程でフィルターとして用いる粒子層を形成する濾過粒子としては、公知の濾過処理用の粒子を用いることができ、例えば石、天然砂、無機物粒子、セラミックス、ポリマー(高分子化合物)、天然有機素材等を主成分とする粒子を用いることができ、中でも比較的安価な天然砂が好適に用いられる。ここで、「主成分」とは、質量含有率が最も大きい成分を意味する。
 上記天然砂としては、例えばアンスラサイト、ガーネット、マンガン砂、珪砂等を挙げることができる。中でも、比較的安価あり、かつ形状が比較的稜角に富んでいることから粒子層の空隙率及び比表面積が比較的大きくなることで濾過能力に優れるアンスラサイトが特に好適に用いられる。また、アンスラサイトは比較的比重が小さいため、逆洗浄時の撹拌効率に優れるため、逆洗浄が比較的容易であるという利点も有する。また、これらの天然砂は、1種で又は2種以上混合して用いることができる。中でも石英砂とアンスラサイトの混合物は濾過層を形成しやすく好ましい。
 上記無機物粒子としては、粒径及び比重が揃ったものを比較的容易に入手できる点でガラスビーズが好ましい。特に好ましいガラスビーズとしては、例えばアルミナを含有する球状ガラスビーズを挙げることができる。
 上記セラミックスとしては、例えばシリカ、アルミナ、ガラス等を主成分とするセラミックス粒子を用いることができる。上記天然有機素材としては、天然の有機物を篩い分けして粒子サイズを整えたものを使用することができ、例えばクルミの殻、おがくず、麻などの天然繊維等を挙げることができる。
 上記ポリマーの主成分としては、例えばフッ素樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、メラミン樹脂、ポリカーボネート等を挙げることができる。これらの中でも耐水性及び耐アルカリ性に優れるフッ素樹脂、ビニル樹脂及びポリオレフィンが好ましく、吸着性に優れるポリオレフィンがより好ましい。また、ポリオレフィンの中では、吸着能力に優れるポリプロピレンが特に好ましい。
 上記濾過粒子の有効径の下限としては、0.5mmが好ましく、0.7mmがより好ましい。一方、上記濾過粒子の有効径の上限としては、2mmが好ましく、1.5mmがより好ましい。上記濾過粒子の有効径が上記下限に満たない場合、粒子層が閉塞しやすくなることで頻繁な逆洗浄が必要となるおそれがある。逆に、上記濾過粒子の有効径が上記上限を超える場合、粒子層が金属析出物を十分に除去できないおそれがある。なお、「有効径」とは、JIS-Z8801-1(2006)に規定される篩を用い、目開きの大きい篩から順に篩い分けて目開きを通過する粒子の質量割合を測定し、篩の公称目開きを粒径として作成される粒径分布において積算質量が10%となる粒径を意味する。
 上記濾過粒子の均等係数の下限としては、1.1が好ましく、1.2がより好ましい。一方、上記濾過粒子の均等係数の上限としては、1.7が好ましく、1.5がより好ましい。上記濾過粒子の均等係数が上記下限に満たない場合、上記濾過粒子のコストが不必要に増大するおそれがある。逆に、上記濾過粒子の均等係数が上記上限を超える場合、粒子層が閉塞しやすくなることで頻繁な逆洗浄が必要となるおそれがある。なお、「均等係数」とは、JIS-Z8801-1(2006)に規定される篩を用い、目開きの大きい篩から順に篩い分けて目開きを通過する粒子の質量割合を測定し、篩の公称目開きを粒径として作成される粒径分布において積算質量が60%となる粒径の上記有効径に対する比を意味する。
 粒子層の平均厚さの下限としては、10cmが好ましく、15cmがより好ましい。一方、粒子層の平均厚さの上限としては、80cmが好ましく、60cmがより好ましい。粒子層の平均厚さが上記下限に満たない場合、粒子層が金属析出物を十分に除去できないおそれがある。逆に、粒子層の平均厚さが上記上限を超える場合、設備コストが不必要に増大するおそれがある。
<膜濾過工程>
 ステップS3の膜濾過工程では、精密濾過膜又は限外濾過膜を用いて、粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水から粗濾過工程で除去できなかった微細な浮遊物質を除去する。限外濾過膜を用いる場合には、浮遊物質に加えて比較的大きい溶質を除去することができる。
 上記精密濾過膜又は限外濾過膜の空孔の平均径は、例えば後工程の有無、処理後の水の使用目的等に応じて適宜選択することができ、例えば0.005μm以上0.5μm以下とすることができる。
(精密濾過膜又は限外濾過膜)
 精密濾過膜又は限外濾過膜としては、アルカリに対して耐性を有するポリテトラフルオロエチレンを主成分とするものが用いられるが、例えば他のポリマー、潤滑剤等の添加剤などが適宜配合されていてもよい。また、精密濾過膜又は限外濾過膜としては、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とするシート状材料を1軸又は2軸延伸することによって微細な亀裂を生じさせて多孔性としたものを用いることができる。
 上記精密濾過膜又は限外濾過膜の形状としては、例えば中空糸型、シート型、スパイラル型、チューブラー型等が挙げられるが、膜モジュールの容積当たりの膜面積を比較的大きくできることから中空糸型が特に好適に用いられる。
 精密濾過膜又は限外濾過膜として中空糸膜を用いる場合、一方向に引き揃えられる複数の中空糸膜と、この複数の中空糸膜の両端を保持し、各中空糸膜の内腔と連通する流路を有する一対の保持部材とを備える濾過モジュールを使用するとよい。
 中空糸膜を用いる濾過方式としては、例えば中空糸膜の外側に加圧した高硬度排水を供給して中空糸膜の内腔に透過させる外圧式、加圧しない高硬度排水中に中空糸膜を浸漬して浸透圧又は内腔側の負圧により中空糸膜の内腔に透過させる浸漬式、中空糸膜の内腔に加圧した高硬度排水を供給して中空糸膜の外側に透過させる内圧式等を適用することができる。
<中和工程>
 ステップS4の中和工程では、上記膜濾過工程後の高硬度排水に酸を加えて中和することにより、例えば工業用水等として使用可能な水を得る。この中和工程後の処理済水のpHとしては、例えば6.5以上7.5以下とすることができる。
 この中和工程で添加する酸としては、例えば塩酸、硫酸等を用いることができる。
<利点>
 当該高硬度排水の処理方法は、アルカリ添加工程を備えることによって、予め排水中に溶解している金属を析出させることで、膜濾過工程において水中に溶存している金属の含有量を低減することができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、粗濾過工程を備えることによって、膜濾過工程の前にアルカリ添加工程において析出させた金属析出物を除去することにより濾過膜の目詰まりを抑制して濾過膜の洗浄頻度を比較的小さくすることができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、膜濾過工程において粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を濾過するので、アルカリが例えばタンパク質等の有機物を溶解することにより精密濾過膜又は限外濾過膜の表面に有機物が付着しにくいため、精密濾過膜又は限外濾過膜の目詰まりをさらに抑制することができる。また、当該高硬度排水の処理方法は、膜濾過工程でアルカリに対して耐性を有するポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜を用いるので、アルカリ性の高硬度排水を濾過しても濾過膜の寿命が比較的長い。
〔排水処理設備〕
 図2に、図1の高硬度排水の処理方法を実施するために用いることができる排水処理設備の一例を示す。
 図2の排水処理設備は、処理対象である高硬度排水が供給される調整槽1と、この調整槽1にアルカリを投入するアルカリ添加装置2と、調整槽1から高硬度排水を送出するポンプ3と、ポンプ3から高硬度排水が供給され、内部に濾過粒子を収容する濾過塔4と、濾過塔4を通過した高硬度排水を精密濾過膜又は限外濾過膜によって膜濾過する膜濾過ユニット5と、膜濾過ユニット5から排出される高硬度排水を貯留する中和槽6と、中和槽6に酸を投入する酸添加装置7とを備える。
<調整槽>
 調整槽1は、当該高硬度排水の処理方法のアルカリ添加工程を行うための水槽又は貯水池である。調整槽1は、貯留する高硬度排水のpHを測定するpH測定器を有することが好ましい。
<アルカリ添加装置>
 アルカリ添加装置2は、例えばアルカリを貯留するサービスタンクと、アルカリを調整槽1に供給する薬注ポンプとを備える構成とすることができる。このアルカリ添加装置2は、調整槽1の高硬度排水のpHが予め設定される値のアルカリ性となるよう、自動的にアルカリを供給するよう制御されることが好ましい。
<ポンプ>
 ポンプ3は、調整槽1から高硬度排水を濾過塔4及び膜濾過ユニット5を通して中和槽6に送出する。
<濾過塔>
 濾過塔4は、上下に流路を有し、これらの流路と例えば金属メッシュ等の支持部材によって区画される内部空間に複数の濾過粒子が封入され、この濾過粒子が支持部材上に堆積することにより濾過層を形成するよう構成される。支持部材上に砂利が堆積され、この砂利の上に濾過粒子が濾過層を形成してもよい。また、濾過粒子による濾過層にかえて織布、不織布、又は濾紙を用いてもよい。さらに濾過塔4の内部空間は、下側の流路から洗浄水を通水することで濾過粒子が舞い上がることができるよう、複数の濾過粒子の見かけの体積よりも十分に大きい容積を有することが好ましい。
<膜濾過ユニット>
 膜濾過ユニット5は、精密濾過膜又は限外濾過膜を有し、この精密濾過膜又は限外濾過膜により供給される高硬度排水を濾過して流出させるよう構成される。具体例としては、膜濾過ユニット5は、高硬度排水が供給される密閉容器と、この密閉容器内に配設される中空糸膜を有する濾過モジュールとを備え、高硬度排水の供給圧力によって中空糸膜を通過させる外圧式濾過装置とすることができる。
<中和槽>
 中和槽6は、高硬度排水を濾過塔4及び膜濾過ユニット5で濾過した水を貯留する水槽又は貯水池である。中和槽6は、貯留する高硬度排水のpHを測定するpH測定器を有することが好ましい。
<酸添加装置>
 酸添加装置7は、例えば酸を貯留するサービスタンクと、酸を中和槽6に供給する薬注ポンプとを備える構成とすることができる。この酸添加装置7は、中和槽に貯留する水が中性となるよう、自動的に酸を供給するよう制御されることが好ましい。
〔第二実施形態〕
 当該高硬度排水の処理方法は、図3に示すように、高硬度排水にアルカリを添加する工程<ステップS1:アルカリ添加工程>と、上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水(被処理水)をフィルターで粗濾過する工程<ステップS2:粗濾過工程>と、上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程<ステップS3:膜濾過工程>と、上記膜濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を逆浸透膜で膜処理する工程<ステップS5:膜処理工程>と、上記膜処理工程後の高硬度排水を中和する工程<ステップS6:中和工程>とを備える。
 図3の高硬度排水の処理方法におけるアルカリ添加工程、粗濾過工程及び膜濾過工程は、図1の高硬度排水の処理方法におけるアルカリ添加工程、粗濾過工程及び膜濾過工程と同様である。また、図3の高硬度排水の処理方法におけるステップS6の中和工程は、図1の高硬度排水の処理方法におけるステップS4の中和工程と対象とする水が異なるだけであり、処理内容は同様である。このため、図3の高硬度排水の処理方法について、アルカリ添加工程、粗濾過工程、膜濾過工程及び中和工程に関する説明は省略する。
<膜処理工程>
 ステップS5の膜処理工程では、アルカリ性の被処理水を逆浸透膜の透過水と溶質等が濃縮された濃縮水とに分離する。透過水はステップS6の中和工程に供され、濃縮水は排水として別途処理される。
(逆浸透膜)
 逆浸透膜は、比較的空孔の径が大きいナノフィルトレーション膜であってもよい。なお、「ナノフィルトレーション膜」とは、逆浸透膜の中で、空孔の平均径が1nmより大きいものを意味する。逆浸透膜の中でも空孔の平均径が1nm以下であるもの(ナノフィルトレーション膜に分類されないもの)は、全硬度除去率及びフラックスが比較的安定しており、比較的大きい全硬度除去率(例えば99%以上)が得られる。
 逆浸透膜の材質としては、例えばポリアミド系高分子、ポリスルホン系高分子、セルロース系高分子等を挙げることができる。
 上記逆浸透膜の形状としては、例えば中空糸型、スパイラル型が挙げられるが、膜モジュールの容積当たりの膜面積を比較的大きくできることからスパイラル型が特に好適に用いられる。
 このような逆浸透膜の具体例としては、例えば日東電工社の「ES-20」、「ESPA2」、「NTR-7400」、「NTR-729HF」及び「NTR-7250」、東レ社の「SU-710」、「SU-720」、「SU-610」及び「SU-210S」、並びにDOW CHEMICAL社の「BW30LE」、「NF-90」及び「NF-70」等が挙げられる。
<利点>
 当該高硬度排水の処理方法は、膜濾過工程後の高硬度排水をさらに逆浸透膜(ナノフィルトレーション膜を含む)で膜処理する工程を備えることによって、より不純物の少ない清浄な水を得ることができる。
〔排水処理設備〕
 図4に、図3の高硬度排水の処理方法を実施するために用いることができる排水処理設備の一例を示す。
 図4の排水処理設備は、処理対象である高硬度排水が供給される調整槽11と、この調整槽11にアルカリを投入するアルカリ添加装置12と、調整槽11から高硬度排水を送出する粗濾過ポンプ13と、粗濾過ポンプ13から高硬度排水が供給され、内部に濾過粒子を収容する濾過塔14と、濾過塔14を通過した高硬度排水を回収する粗濾過受水槽15を備える。また、図4の排水処理設備は、粗濾過受水槽15から高硬度排水を送出する移送ポンプ16と、移送ポンプ16から供給される高硬度排水を貯留する膜濾過給水槽17と、膜濾過給水槽17から高硬度排水を送出する膜濾過ポンプ18と、膜濾過ポンプ18から供給される高硬度排水を精密濾過膜又は限外濾過膜によって濾過する膜濾過ユニット19とを備える。また、図4の排水処理設備は、膜濾過ユニット19から排出される高硬度排水を貯留する膜処理給水槽20と、膜処理給水槽20から高硬度排水を送出する膜処理ポンプ21と、膜処理ポンプ21から供給される高硬度排水を逆浸透膜によって透過水と濃縮水とに分ける膜処理ユニット22と、膜処理ユニット22から排出される透過水を貯留する中和槽23と、中和槽23に酸を投入する酸添加装置24とを備える。さらに、図4の排水処理設備は、中和槽23と選択的に膜処理ユニット22から排出される透過水を受け入れる膜洗浄水槽25と、膜洗浄水槽25中の処理済水を膜濾過ユニット19に膜濾過給水槽17からの通水方向と反対方向に供給する洗浄ポンプ26とを備える。なお、図4において破線で示すフローは、濾過塔14又は膜処理ユニット22を逆洗浄するための高硬度排水の流れを示す。具体的には、上記膜洗浄水槽25を経由する流路に加え、移送ポンプ16が吐出する高硬度排水を濾過塔14に粗濾過ポンプ13による通水方向とは逆方向に通水することができるよう流路が構成されている。
 図4の排水処理設備の調整槽11、アルカリ添加装置12、粗濾過ポンプ13、濾過塔14、膜濾過ユニット19、中和槽23及び酸添加装置24は、図2の排水処理設備の調整槽1、アルカリ添加装置2、ポンプ3、濾過塔4、膜濾過ユニット5、中和槽6及び酸添加装置7と同様とすることができる。
 粗濾過受水槽15、膜濾過給水槽17、膜処理給水槽20及び膜洗浄水槽25は、高硬度排水を貯留する水槽である。また、粗濾過ポンプ13、移送ポンプ16、膜濾過ポンプ18、膜処理ポンプ21及び洗浄ポンプ26は、水を圧送できるポンプであればよく、特に限定されない。
 図4の排水処理設備は、濾過塔14で粗濾過された高硬度排水を粗濾過受水槽15及び膜濾過給水槽17に一旦貯留する。このため、濾過塔14と膜濾過ユニット19とは、互いに独立して運転又は洗浄することができる。また、粗濾過受水槽15に貯留されるアルカリ性の高硬度排水は、濾過塔14内の濾過粒子を洗浄するための洗浄水として使用することができる。つまり、移送ポンプ16は、濾過塔14に洗浄水を供給するためのポンプとしても機能する。
 また、図4の排水処理設備は、濾過塔14及び膜濾過ユニット19にそれぞれ濾過時とは逆方向に濾過した水を通水して逆洗浄できるよう構成されているので、濾過塔14の粒子層及び膜濾過ユニット19の濾過膜が目詰まりした場合に、濾過塔14の粒子層及び膜濾過ユニット19の濾過膜を比較的容易に再生することができる。
[その他の実施形態]
 今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
 当該高硬度排水の処理方法において、得られる処理済水の用途によっては、中和工程を省略してもよい。
 当該高硬度排水の処理方法は、アルカリ添加工程と粗濾過工程との間に沈降分離工程をさらに備えてもよい。
 当該高硬度排水の処理方法は、逆浸透膜を用いる膜処理工程を備える場合、中和工程を膜濾過工程と膜処理工程との間で行って膜処理工程後の中和工程を省略してもよく、中和工程を膜処理工程の前後で行ってもよい。なお、膜処理前の高硬度排水が酸性であれば逆浸透膜を透過することによりpHが減少してより酸性が強くなり、膜処理前の高硬度排水がアルカリ性であれば逆浸透膜を透過することによりpHが増大してよりアルカリ性が強くなる。
 当該高硬度排水の処理方法において、各工程間において高硬度排水を受水槽や給水槽で一度貯留するか、管路を通して各工程を連続的に行うかは、膜処理工程の有無等に関わらず、工程毎に任意に選択することができる。
 当該高硬度排水の処理方法に用いる排水処理設備は、濾過塔、膜濾過ユニット及び膜処理ユニットの少なくともいずれか複数並列に配設されたものであってもよい。並列に配設される構成要素は、同時に並列運転されてもよく、一部を選択的に運転し、休止中のものを洗浄してもよい。
 また、当該高硬度排水の処理方法に用いる排水処理設備の洗浄水として、処理中の高硬度排水以外の水を使用してもよい。
 以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
 本発明の効果を検証するために、上水の硬度が高い地域の下水を生物処理した水を、処理対象の高硬度排水の原水として用い、排水処理の処理例1、処理例2及び処理例3のシミュレーションを、ビーカースケールで行った。なお上記高硬度排水の原水のカルシウム硬度は170であり、pHは7.0であった。
<処理例1>
 処理例1として、高硬度排水に水酸化ナトリウムを添加してpH9.0に調整したものを、アンスラサイト粒子層と略同等の濾過能力を有する5Cろ紙(JIS-P3801(1995))を用いて粗濾過した。得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、800mLであった。
<処理例2>
 処理例2として、高硬度排水の原水をそのまま圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過して5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、400mLであった。
<処理例3>
 処理例3として、高硬度排水の原水を5Cろ紙を用いて粗濾過し、得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過して5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、430mLであった。
 図5に、上記処理例1、処理例2及び処理例3の時間経過による流束の変化を示す。図示するように、いずれの例でも、膜濾過開始直後は流束の低下が比較的大きいが、約30分後には流束が略一定となった。処理例2及び処理例3では、30分後の単位圧力あたりの流束が約6LMH/kPa(L/m/H/kPa)であったのに対し、処理例1では、30分後の単位圧力あたりの流束が約14LMH/kPaと倍以上の濾過能力を発揮することができた。この結果から、アルカリ添加工程、粗濾過工程及び膜濾過工程を備える処理方法によって、濾過膜の洗浄頻度を比較的小さくできると考えられる。
上水の硬度が高い地域の河川水を礫間接触処理した水を、処理対象の高硬度排水の原水として用いた。なお、上記高硬度排水の原水のカルシウム硬度は100であり、pHは7.4であった。
処理例4として、上記高硬度排水に水酸化ナトリウムを添加してpH8.5に調整したものを、アンスラサイト粒子層より粗密性の高い5Cろ紙を用いて粗濾過した。得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、1145mLであった。
処理例5として、上記高硬度排水に水酸化ナトリウムを添加してpH9.5に調整したものを、アンスラサイト粒子層より粗密性の高い5Cろ紙を用いて粗濾過した。得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、1084mLであった。
処理例6として、上記高硬度排水に水酸化ナトリウムを添加してpH10に調整したものを、アンスラサイト粒子層より粗密性の高い5Cろ紙を用いて粗濾過した。得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、1086mLであった。
 処理例7として、高硬度排水の原水を5Cろ紙を用いて粗濾過し、得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過して5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、146mLであった。
 図6に、上記処理例4、処理例5、処理例6、及び処理例7の時間経過による流束の変化を示す。上記処理例4では初期の流束が68LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が45LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が45LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が36LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が31LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が28LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が25LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が23LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。上記処理例5では初期の流束が46LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が45LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が41LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が35LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が32LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が29LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が26LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が26LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。上記処理例6では初期の流束が50LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が46LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が43LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が39LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が36LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が33LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が30LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が27LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。上記処理例7では初期の流束が12LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が11LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が7LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が2LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。このように、いずれの例でも、膜濾過開始直後は流束の低下が比較的大きかった。処理例7では、30分後の単位圧力あたりの流束が約1LMH/kPa(L/m/H/kPa)であったのに対し、処理例4、処理例5、および処理例6では、30分後の単位圧力あたりの流束がいずれも20LMH/kPaと20倍以上の濾過能力を発揮することができた。この結果からも、アルカリ添加工程、粗濾過工程及び膜濾過工程を備える処理方法によって、濾過膜の洗浄頻度を比較的小さくできると考えられる。
処理例8として、上記高硬度排水に塩酸を添加してpH6.0に調整したものを、アンスラサイト粒子層より粗密性の高い5Cろ紙を用いて粗濾過し、得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、15分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、230mLであった。
処理例9として、上記高硬度排水に塩酸を添加してpH4.0に調整したものを、アンスラサイト粒子層より粗密性の高い5Cろ紙を用いて粗濾過し、得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、15分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、190mLであった。
 図7に上記処理例8、処理例9、及びpH無調整例の時間変化による流束の変化を示す。この結果から、硬度の析出を抑制するためにpHをさげて膜濾過しても濾過性が悪いことがわかる。よってアルカリ添加の方が膜濾過性の向上の効果があることが立証された。          
本発明の効果を実証するために、上記高硬度の河川水を礫間接触処理した水を日量100mの急速濾過装置を用いて実証試験を行った。
処理例10として、上記原水に水酸化ナトリウムを添加してpH8.6に調整したものを、粗密性が5Cろ紙(保留粒子径1μm)より低い有効径0.5mmの石英砂を用いた急速濾過装置で濾過した。(石英砂は、有効径が0.4~0.7mmが好ましく、より好ましい有効径は0.5~0.6mmである。)
得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、728mLであった。
処理例11として、上記原水に水酸化ナトリウムを添加してpH8.7に調整したものを、粗密性が5Cろ紙(保留粒子径1μm)より低い有効径0.5mmの石英砂を用いた急速濾過装置で濾過した。(石英砂は、有効径が0.4~0.7mmが好ましく、より好ましい有効径は0.5~0.6mmである。)
得られた濾過水を圧力5psiで直径47mm、平均細孔径0.1μmの精密濾過膜で膜濾過し、5分毎に濾過水の量を測定し、時間経過と流束の変化との関係を算出した。なお、30分間の膜濾過で得られた濾過水の合計量は、702mLであった。
図8に上記処理例10、処理例11、及び高硬度排水の原水を5Cろ紙を用いて粗濾過した処理例7の時間変化による流束の変化を示す。上記処理例10では初期の流束が60LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が37LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が32LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が22LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が19LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が18LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が16LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が16LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。上記処理例11では初期の流束が63LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が31LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が25LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が19LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が17LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が15LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が14LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が14LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。上記処理例7では初期の流束が12LMH/kPa(L/m/H/kPa)、3分後の流束が11LMH/kPa(L/m/H/kPa)、5分後の流束が7LMH/kPa(L/m/H/kPa)、10分後の流束が2LMH/kPa(L/m/H/kPa)、15分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、20分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、25分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)、30分後の流束が1LMH/kPa(L/m/H/kPa)であった。このように、いずれの例でも、膜濾過開始直後は流束の低下が比較的大きかった。処理例7では、30分後の単位圧力あたりの流束が約1LMH/kPa(L/m/H/kPa)であったのに対し、処理例10および処理例11では、30分後の単位圧力あたりの流束がいずれも15LMH/kPaと15倍以上の濾過能力を発揮することができた。この結果から、アルカリ添加工程、有効径0.5mmの石英砂を用いた急速濾過による粗濾過工程で処理することで、アルカリ添加工程、濾紙濾過による粗濾過工程と同様、膜濾過工程の濾過性を改善し、濾過膜の汚染を減少し、洗浄頻度を比較的小さくできると考えられる。
1,11 調整槽
2,12 アルカリ添加装置
3 ポンプ
4,14 濾過塔
5,19 膜濾過ユニット
6,23 中和槽
7,24 酸添加装置
13 粗濾過ポンプ
15 粗濾過受水槽
16 移送ポンプ
17 膜濾過給水槽
18 膜濾過ポンプ
20 膜処理給水槽
21 膜処理ポンプ
22 膜処理ユニット
25 膜洗浄水槽
26 洗浄ポンプ
ステップS1 アルカリ添加工程
ステップS2 粗濾過工程
ステップS3 膜濾過工程
ステップS4 中和工程
ステップS5 膜処理工程
ステップS6 中和工程

Claims (7)

  1.  カルシウム硬度が100以上である高硬度排水の処理方法であって、
     上記高硬度排水にアルカリを添加する工程と、
     上記アルカリ添加工程後のアルカリ性の高硬度排水をフィルターで粗濾過する工程と、
     上記粗濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水をポリテトラフルオロエチレンを主成分とする精密濾過膜又は限外濾過膜で膜濾過する工程と
     を備える高硬度排水の処理方法。
  2.  上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを8以上14以下に調整する請求項1に記載の高硬度排水の処理方法。
  3.  上記アルカリ添加工程で高硬度排水のpHを8以上10以下に調整する請求項1に記載の高硬度排水の処理方法。
  4. 上記粗濾過が、保留粒子径1μmのフィルターで行う請求項1に記載の高硬度排水の処
    理方法。
  5. 上記粗濾過が、有効径が0.4mm以上0.7mm以下のフィルターで行う請求項1に
    記載の高硬度排水の処理方法。
  6.  上記膜濾過工程後の高硬度排水を逆浸透膜で膜処理する工程をさらに備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の高硬度排水の処理方法。
  7.  上記膜処理工程で膜濾過工程後のアルカリ性の高硬度排水を膜処理する請求項6に記載の高硬度排水の処理方法。
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