WO2019229866A1 - 膜洗浄装置及び膜洗浄方法 - Google Patents

Abstract

膜洗浄装置は、ＭＢＲの分離膜（２）によってろ過処理された処理水を被溶解水として用い、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第一工程と、酸性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第二工程とを実施し、オゾン水を生成する。このとき、被溶解水の有機物濃度に基づいて第一工程から第二工程への移行を判断すると共に、被溶解水の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜（２）へのオゾン水送水の開始を判断することにより、ＭＢＲの運転条件による被溶解水の有機物濃度の変動があっても、第一工程及び第二工程の処理時間を最適化することができる。これにより、オゾン水を効率的に生成することができ、オゾン水生成に要するコストを低減することが可能である。

Description

膜洗浄装置及び膜洗浄方法

　本願は、被処理水をろ過する分離膜をオゾン水で洗浄する膜洗浄装置及び膜洗浄方法に関するものである。

　有機物を含有する排水（以下、被処理水という）の処理方法として、微生物を含む活性汚泥により被処理水中の有機物を分解し、分離膜を用いたろ過処理により固液分離を行う膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｂｉｏ　Ｒｅａｃｔｏｒ：以下ＭＢＲという）が知られている。ＭＢＲの分離膜は、継続的な使用に伴って表面または孔に汚濁物質が付着し目詰まりが生じるため、ろ過性能が徐々に低下する。このため、ろ過処理を行う膜分離槽には、オゾン水により分離膜を洗浄する膜洗浄装置が併設されている。

　従来、上記のような膜洗浄装置においては、オゾン水を効率的に生成し、オゾン水生成に要するコストを低減することが課題であり、そのための技術が開発されている。例えば特許文献１には、ＭＢＲの分離膜の洗浄方法として、酸を加えた被溶解水にオゾンガスを供給することにより、オゾン水を生成する方法が開示されている。オゾン水はアルカリ性条件下では自己分解を引き起こすが、酸性条件下では比較的安定である。被溶解水を予めｐＨ５以下とすることにより、より少ない供給オゾン量でオゾン水を生成することができる。

　また、特許文献２では、被処理水にオゾンを添加して被処理水を酸化処理する酸化処理工程の後、酸化処理された被処理水を逆浸透膜処理する水処理方法において、酸化処理工程は、アルカリ性条件下で酸化処理するアルカリ酸化処理工程と、酸性から中性条件下で酸化処理する酸性酸化処理工程とを有している。この先行例のように、まずアルカリ酸化処理工程を実施することにより、オゾンによる有機物の酸化処理効率が高まり、被溶解水中の有機物を分解し低分子化することができる。その後、酸性酸化処理工程を実施することによって、より少ない供給オゾン量でオゾン水を生成することができる。

ＷＯ２０１６／０３１３３１号公報 特開２００５－３２４１１８号公報

　オゾンガスを溶解させる被溶解水としてＭＢＲ処理水を用いる場合、ＭＢＲ処理水に含まれる有機物とオゾンが反応し、オゾンが無効消費されるため、被溶解水中の有機物を効率的に分解させる必要がある。オゾンの自己分解により発生するヒドロキシルラジカルは、オゾンよりも酸化力が強く有機物との反応性が高いが、酸性条件下でオゾン水を生成する方法ではヒドロキシルラジカルの発生量は少ない。

　このため、上記特許文献１に開示された方法で被溶解水としてＭＢＲ処理水を用いた場合、被溶解水中の有機物の分解に過大な時間を要し、膜洗浄に必要な溶存オゾン濃度に到達するまでの処理時間が長くなるという課題がある。一方、上記特許文献２のようにアルカリ性条件下でオゾン水を生成する方法では、オゾンの自己分解を促進させ、ヒドロキシルラジカルの発生量を増加させることができるため、被溶解水中の有機物を効率的に分解させることができる。

　しかしながら、被溶解水としてＭＢＲ処理水を用いた場合、ＭＢＲの運転状況によりＭＢＲ処理水の有機物濃度が変動するため、有機物を分解するのに必要なオゾン量も変動する。従って、被溶解水に一定の濃度と流量でオゾンガスを供給する場合、有機物を分解するのに必要な処理時間が変動する。上記特許文献２では、被溶解水の有機物濃度によらず処理時間を決定しており、処理時間の最適化がなされていない。すなわち、被溶解水の有機物濃度が低い場合でも、処理時間を短縮することができず、必要以上の処理時間をかけているという課題がある。

　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、膜洗浄に用いるオゾン水を効率的に生成し、オゾン水生成に要するコストを低減することが可能な膜洗浄装置及び膜洗浄方法を提供することを目的とする。

　本願に開示される膜洗浄装置は、被処理水にろ過処理を行う分離膜をオゾン水で洗浄する膜洗浄装置であって、分離膜によってろ過処理された処理水を被溶解水として貯留し、被溶解水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成部と、オゾン水生成部にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、被溶解水の有機物濃度に基づいてオゾン水生成部に貯留された被溶解水のｐＨを調整するｐＨ調整手段とを備えたものである。

　本願に開示される膜洗浄方法は、被処理水にろ過処理を行う分離膜をオゾン水で洗浄する膜洗浄方法であって、分離膜によってろ過処理された処理水を被溶解水として用い、被溶解水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成工程を含み、オゾン水生成工程は、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第一工程と、第一工程の後、酸性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第二工程とを有し、被溶解水の有機物濃度に基づいて第一工程から第二工程への移行を判断すると共に、被溶解水の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜へのオゾン水送水の開始を判断するものである。

　本願に開示される膜洗浄装置によれば、被溶解水の有機物濃度に基づいて被溶解水のｐＨを調整するｐＨ調整手段を備えているので、有機物濃度の測定値から被溶解水中の有機物の分解に必要な処理時間を推定し、その時間は有機物の分解に適したｐＨ条件下でオゾン水を生成し、それ以降は溶存オゾン濃度を高めるのに適したｐＨ条件となるようにｐＨを調整することができる。従って、被溶解水の有機物濃度の変動に関わらず、オゾン水を効率的に生成することができ、オゾン水生成に要するコストを低減することが可能である。

　本願に開示される膜洗浄方法によれば、被溶解水の有機物濃度に基づいて第一工程から第二工程への移行を判断することにより、第一工程の処理時間を過不足なく最適化することができ、被溶解水の有機物濃度が低い場合には、第一工程の処理時間を短縮することができる。また、被溶解水の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜へのオゾン水送水の開始を判断することにより、第二工程の処理時間を過不足なく最適化することができる。従って、被溶解水の有機物濃度の変動に関わらず、オゾン水を効率的に生成することができ、オゾン水生成に要するコストを低減することが可能である。
　本願の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

実施の形態１による膜洗浄装置の全体構成を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置の工程移行判断手段の構成を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置のｐＨ調整手段の構成を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置の送水開始判断手段の構成を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置におけるオゾン水送水配管とろ過水配管の接続部の例を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置におけるオゾン水送水配管とろ過水配管の接続部の別の例を示す図である。 実施の形態１による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順を説明する図である。 実施の形態２による膜洗浄装置の全体構成を示す図である。 実施の形態２による膜洗浄装置の工程移行判断手段の構成を示す図である。 実施の形態２による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順を説明する図である。 実施の形態３による膜洗浄装置の全体構成を示す図である。 実施の形態３による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順を説明する図である。 実施の形態１による膜洗浄装置の工程移行判断手段、ｐＨ調整手段、または送水開始判断手段の機能の一部を実現するハードウェア構成図である。

実施の形態１．
　以下に、本願の実施の形態１による膜洗浄装置及び膜洗浄方法について、図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１による膜洗浄装置の全体構成を示している。また、図２、図３、及び図４は、実施の形態１による膜洗浄装置の工程移行判断手段、ｐＨ調整手段、及び送水開始判断手段の構成をそれぞれ示している。各図において、同一、相当部分には同一符号を付している。

　実施の形態１による膜洗浄装置の全体構成について、図１を用いて簡単に説明する。膜洗浄装置は、例えばＭＢＲによる水処理システムにおいて、活性汚泥を含む被処理水Ｗ１を、活性汚泥と処理水Ｗ２とに分離する分離膜２を洗浄するものである。なお、以下の説明では、ＭＢＲの分離膜２を洗浄する膜洗浄装置について述べるが、本願による膜洗浄装置が洗浄する膜はＭＢＲの分離膜２に限定されるものではなく、被処理水Ｗ１には活性汚泥が含まれていなくてもよい。

　図１に示すように、膜分離槽１には、活性汚泥による生物処理を行う曝気槽（図示せず）から流入した流入水Ｗが、被処理水Ｗ１として貯留される。分離膜２は膜分離槽１に配置され、被処理水Ｗ１に浸漬されている。被処理水Ｗ１には活性汚泥が含まれており、分離膜２によるろ過処理によって活性汚泥と処理水Ｗ２とに分離される。

　分離膜２は、継続的な使用に伴って表面または孔に汚濁物質が付着し、目詰まりが生じるため、膜洗浄装置によって洗浄する必要がある。分離膜２は、ろ過水配管３ａ及びろ過ポンプ４に接続されており、分離膜２によりろ過処理された処理水Ｗ２は、ろ過ポンプ４により吸引されてろ過水配管３ａを流通し、処理水槽５に貯留される。

　膜分離槽１及び処理水槽５の材質は、特に限定されるものではなく、例えばコンクリート、ステンレス、または樹脂等が用いられる。分離膜２は、細孔の大きさによって、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、及び精密ろ過膜（ＭＦ膜）等の種類があり、それらの中から適宜選択される。分離膜２の材質としては、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂化合物は、オゾン水に対する耐性に優れているため好ましい。なお、分離膜２は、中空糸膜及び平膜のいずれであってもよい。

　処理水槽５に貯留された処理水Ｗ２は、処理水排出配管３ｂにより系外に排出されるが、その一部は被溶解水配管３ｃを流通し、被溶解水Ｗ３としてオゾン水生成部６に貯留される。処理水排出配管３ｂ及び被溶解水配管３ｃには、適宜、ポンプ及び弁のいずれかまたは両方を設置してもよい。

　オゾン水生成部６は、処理水Ｗ２を被溶解水Ｗ３として用い、被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解させてオゾン水Ｗ４を生成するオゾン水生成工程を実施する。オゾン水生成工程は、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第一工程と、第一工程の後、酸性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第二工程とを有している。オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３は、オゾン水生成工程によって溶存オゾン濃度が増加し、所定の溶存オゾン濃度のオゾン水Ｗ４となる。なお、以下の説明では、膜洗浄に用いることができる所定の溶存オゾン濃度に到達した被溶解水Ｗ３を「オゾン水Ｗ４」と呼ぶ。

　オゾン水生成部６の材質としては、例えばステンレスまたはフッ素系樹脂化合物は、オゾンに対する耐性に優れているため好ましい。また、オゾン水生成部６の容器の表面に、フッ素系樹脂化合物をコーティングしてもよい。

　オゾン水生成部６は、オゾンガス配管３ｄを介してオゾンガス供給手段であるオゾナイザ６１と接続されている。オゾナイザ６１は、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）または真空圧力スイング吸着法（ＰＶＳＡ法）により生成した酸素、または液体酸素等を原料としてオゾンガスを発生し、オゾン水生成部６にオゾンガスを供給する。オゾナイザ６１により発生させたオゾンガスは、オゾンガス配管３ｄを通ってオゾン水生成部６に流通する。オゾン水生成部６では、例えばエジェクタ式、散気式、及び溶解膜式等の方法によって、被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解させることができる。

　また、オゾン水生成部６は、排オゾンガス配管３ｅを介して排オゾンガス分解部６２に接続されている。排オゾンガス分解部６２には、オゾンガスを酸素に分解するための活性炭または酸化マンガン等の触媒が充填されている。オゾン水生成部６から排出された排オゾンガスは、排オゾンガス分解部６２において触媒と接触して酸素に分解され、系外に排出される。

　工程移行判断手段７は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて、第一工程から第二工程への移行を判断する。ｐＨ調整手段８は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３のｐＨを調整する。また、送水開始判断手段１０は、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜２へのオゾン水送水の開始を判断する。

　オゾン水送水部１１は、電磁式または空気式の自動弁と、ポンプ等から構成され、送水開始判断手段１０による判断結果に基づいて、オゾン水生成部６で生成されたオゾン水Ｗ４を分離膜２へ送水する。オゾン水送水部１１によって送水されたオゾン水Ｗ４は、オゾン水送水配管３ｇ及びろ過水配管３ａを介して分離膜２に流通し、分離膜２を洗浄する。すなわち、オゾン水Ｗ４による膜洗浄は、被処理水Ｗ１をろ過する方向とは逆方向にオゾン水Ｗ４を分離膜２に流通させる逆流洗浄である。

　次に、工程移行判断手段７及び送水開始判断手段１０の機能について説明する。前述のように、オゾン水生成部６におけるオゾン水生成工程は、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第一工程と、酸性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第二工程とを有している。第一工程の処理時間は工程移行判断手段７により決定され、第二工程の処理時間は送水開始判断手段１０により決定されている。

　オゾンの自己分解速度はｐＨが高いほど速く、オゾンの自己分解の過程で生成するヒドロキシルラジカルは、オゾンよりも高い酸化力を有する。このため、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第一工程では、溶存オゾンによる有機物の酸化処理効率が高まり、被溶解水Ｗ３中の有機物の分解を促進することができる。

　第一工程におけるｐＨ設定値は、ｐＨ７からｐＨ１０の範囲であることが好ましい。ｐＨが７未満ではオゾンの自己分解は抑制され、有機物の分解を促進させることができない。また、ｐＨが１０よりも大きい場合、被溶解水Ｗ３に添加されるアルカリの量、及び第二工程に移行する際に被溶解水Ｗ３に添加される酸の量が共に多く必要であること、さらに、膜洗浄を行った際に大量のイオン成分が膜分離槽１に流入し、被処理水Ｗ１の処理に影響を与えることから、好ましくない。

　一方、オゾンの自己分解速度は、ｐＨが低いほど抑制される。このため、酸性条件下で被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解する第二工程では、第一工程に比べてオゾンの自己分解が抑制され、溶存オゾン濃度を高めることができる。第二工程におけるｐＨ設定値は、ｐＨ２からｐＨ６の範囲であることが好ましい。ｐＨ２でオゾンの自己分解はほぼ抑制される。ｐＨが２未満の場合、第二工程に移行する際に被溶解水Ｗ３に添加される酸の量が多く必要となること、さらに、膜洗浄を行った際に大量のイオン成分が膜分離槽１に流入し、被処理水Ｗ１の処理に影響を与えることから、好ましくない。また、ｐＨが６よりも大きい場合、オゾンの自己分解により溶存オゾン濃度が低下するため好ましくない。

　処理水Ｗ２の有機物濃度は、膜分離装置の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）及び被処理水Ｗ１の溶存酸素濃度等、ＭＢＲの運転条件によって変動する。従って、被溶解水Ｗ３として処理水Ｗ２を用いる膜洗浄装置においては、被溶解水Ｗ３中の有機物を分解するのに必要なオゾンガス量が、ＭＢＲの運転条件によって変動する。また、オゾナイザ６１により一定のオゾンガス量がオゾン水生成部６へ供給される場合、被溶解水Ｗ３中の有機物を分解するのに必要な第一工程の処理時間は、ＭＢＲの運転条件によって変動する。このため、工程移行判断手段７において、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて被溶解水Ｗ３中の有機物を分解するのに必要な第一工程の処理時間を推定し、第二工程への移行を判断することにより、第一工程の処理時間を過不足なく最適化することができる。

　また、第二工程に移行時の被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度、溶解成分の組成及び濃度の変動により、所定の溶存オゾン濃度のオゾン水Ｗ４を生成するのに必要な第二工程の処理時間も変動する。所定の溶存オゾン濃度とは、分離膜２に付着している汚濁物質を洗浄することが可能な溶存オゾン濃度であり、具体的には５ｍｇ／Ｌから８０ｍｇ／Ｌの範囲で設定される。このため、送水開始判断手段１０において、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜２へのオゾン水送水の開始を判断することにより、第二工程の処理時間を過不足なく最適化することができる。

　実施の形態１による工程移行判断手段７、ｐＨ調整手段８、及び送水開始判断手段１０の具体的な構成について、図２、図３、及び図４を用いて説明する。工程移行判断手段７は、図２に示すように、有機物センサ７１、メモリ（第２のメモリ）７２、及び比較部（第２の比較部）７３を含む。有機物センサ７１と比較部７３、メモリ７２と比較部７３、比較部７３とｐＨ調整手段８は、それぞれ信号線９ｃ、信号線９ｄ、及び信号線９ａで接続されている。有機物センサ７１は、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３の有機物濃度を、オゾン水生成工程（特に第一工程）において連続的または定期的に測定する。有機物濃度の測定は、有機物指標である紫外線２５４ｎｍの吸光度（ＵＶ２５４）、全有機炭素（ＴＯＣ）、蛍光強度等を用いて測定することできる。

　メモリ７２は、第一工程から第二工程に移行する有機物濃度の閾値を記憶している。比較部７３は、有機物センサ７１による測定値を信号線９ｃを介して取得すると共に、メモリ７２に記憶された閾値を信号線９ｄを介して取得する。さらに、比較部７３は、有機物センサ７１による測定値と閾値とを比較し、測定値が閾値以下となった場合にオゾン水生成部６が第一工程から第二工程に移行するように、ｐＨ調整手段８を制御する。具体的には、比較部７３は、有機物センサ７１よる測定値が閾値以下となった場合、ｐＨ調整手段８に信号線９ａを介して工程移行信号を送る。

　有機物濃度の閾値の算出方法は、有機物濃度と洗浄を開始する溶存オゾン濃度の閾値をパラメータとして、第一工程と第二工程を含むオゾン水生成時間を算出する下式１を用いて算出することができる。式１を用いて算出されたオゾン水生成時間が最小となる有機物濃度を、第一工程から第二工程に移行する有機物濃度の閾値とすることができる。
[オゾン水生成時間]＝ｆ（有機物濃度、洗浄を開始する溶存オゾン濃度の閾値）　（１）

　ｐＨ調整手段８は、図３に示すように、ｐＨセンサ８１、メモリ（第５のメモリ）８２、ｐＨ調整制御部８３、及びｐＨ調整部８４を含む。ｐＨセンサ８１とｐＨ調整制御部８３、メモリ８２とｐＨ調整制御部８３、ｐＨ調整制御部８３とｐＨ調整部８４、及びｐＨ調整制御部８３と工程移行判断手段７は、それぞれ信号線９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ａで接続されている。ｐＨ調整部８４とオゾン水生成部６は、酸アルカリ供給配管３ｆを介して接続されている。

　ｐＨセンサ８１は、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３のｐＨを、オゾン水生成工程の間、連続的に測定する。メモリ８２は、第一工程及び第二工程における被溶解水Ｗ３のｐＨ設定値をそれぞれ記憶している。ｐＨ調整制御部８３は、第一工程または第二工程において、被溶解水Ｗ３がメモリ８２に記憶されたｐＨ設定値となるようにｐＨ調整部８４を制御する。ｐＨ調整部８４は、酸及びアルカリを貯留しており、ｐＨ調整制御部８３から信号線９ｇを介して送られる信号に基づいて、オゾン水生成部６に酸またはアルカリを供給し、被溶解水Ｗ３のｐＨを調整する。

　ｐＨ調整制御部８３は、第一工程を開始する前に、ｐＨセンサ８１による測定値を信号線９ｅを介して取得すると共に、メモリ８２から第一工程におけるｐＨ設定値を信号線９ｆを介して取得する。ｐＨセンサ８１による測定値がｐＨ設定値よりも高い場合には酸を添加し、低い場合にはアルカリを添加するように、ｐＨ調整部８４に信号を送る。

　また、ｐＨ調整制御部８３は、工程移行判断手段７から工程移行信号を受信した場合、メモリ８２から第二工程におけるｐＨ設定値を取得し、被溶解水Ｗ３が第二工程におけるｐＨ設定値となるように、ｐＨ調整部８４に信号を送り制御する。なお、工程移行判断手段７は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて工程移行信号を発信していることから、ｐＨ調整手段８は、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて被溶解水Ｗ３のｐＨを調整しているといえる。

　第一工程から第二工程に移行する際には、ｐＨ調整部８４はオゾン水生成部６の被溶解水Ｗ３に酸を添加する。なお、酸アルカリ供給配管３ｆは、複数本の配管であってもよく、ポンプ及び弁のいずれかまたは両方を適宜設置してもよい。被溶解水Ｗ３に添加される酸は、例えば硫酸、硝酸、塩酸、炭酸の水溶液、または炭酸ガス等であり、アルカリは、例えば水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウム等である。

　送水開始判断手段１０は、図４に示すように、溶存オゾンセンサ１０１、メモリ（第１のメモリ）１０２、及び比較部（第１の比較部）１０３を含み、溶存オゾンセンサ１０１と比較部１０３、メモリ１０２と比較部１０３、及び比較部１０３とオゾン水送水部１１は、それぞれ信号線９ｈ、９ｉ、９ｂで接続されている。

　溶存オゾンセンサ１０１は、オゾン水生成部６におけるオゾン水生成工程の間、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度を測定する。溶存オゾン濃度の測定には、紫外線吸収法を用いた測定方法が容易に連続測定できるため好ましい。メモリ１０２は、分離膜２へのオゾン水送水を開始する溶存オゾン濃度の閾値を記憶している。なお、溶存オゾン濃度の閾値は、５ｍｇ／Ｌから８０ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。

　比較部１０３は、溶存オゾンセンサ１０１よる測定値と、メモリ１０２から信号線９ｉを介して取得した閾値とを比較し、測定値が閾値以上になった場合に、信号線９ｂを介してオゾン水送水部１１に送水開始信号を送る。オゾン水送水部１１は、オゾン水生成部６において生成されたオゾン水Ｗ４を、オゾン水送水配管３ｇを介して分離膜２に送水する。これにより、膜洗浄装置による分離膜２の洗浄が開始される。

　図５及び図６に示すように、オゾン水送水配管３ｇは、ろ過水配管３ａと接続されている。図５に示す例では、オゾン水送水配管３ｇ、ろ過水配管３ａ、及び分離膜２が三方弁１２を介して接続されている。また、図６に示す例では、オゾン水送水配管３ｇとろ過水配管３ａのそれぞれに、開閉弁１３ａ、１３ｂが設置されている。なお、オゾン水送水配管３ｇに、適宜ポンプを設置してもよい。

　なお、工程移行判断手段７、またはｐＨ調整手段８、または送水開始判断手段１０の機能のうち、ソフトウェアで行っている機能は、図１３に示すプロセッサ２１とメモリ２２を含む処理回路２０で実現される。例えば工程移行判断手段７の比較部７３、またはｐＨ調整手段８のｐＨ調整制御部８３、または送水開始判断手段１０の比較部１０３の機能は、ＣＰＵ等のプロセッサ２１で実現される。メモリ２２は、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ２１は、メモリ２２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ２１にプログラムが入力される。

　実施の形態１による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１において、オゾン水生成部６に被溶解水Ｗ３を供給する。具体的には、処理水槽５に貯留されている処理水Ｗ２を、被溶解水配管３ｃを介してオゾン水生成部６に送水し、被溶解水Ｗ３として貯留する。

　次に、ステップＳ２において第一工程を実施する。具体的には、ｐＨ調整手段８により、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３が、ｐＨ調整手段８のメモリ８２に記憶された第一工程におけるｐＨ設定値となるように調整する。また、オゾナイザ６１により発生させたオゾンガスをオゾン水生成部６へ供給し、被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解させる。

　続いてステップＳ３において、オゾン水生成部６の被溶解水Ｗ３の有機物濃度が閾値以下か否かを判定する。具体的には、有機物センサ７１による有機物濃度の測定値と、メモリ７２に記憶された有機物濃度の閾値とを比較する。ステップＳ３において、有機物濃度の測定値が閾値よりも大きい場合（ＮＯ）、ステップＳ２に戻り、第一工程を続ける。オゾン水生成部６の被溶解水Ｗ３のｐＨ設定値は、第一工程でのｐＨ設定値が維持される。

　また、ステップＳ３において、有機物濃度の測定値が閾値以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、オゾン水生成工程の第二工程を実施する。具体的には、工程移行判断手段７は、ｐＨ調整手段８に信号線９ａを介して工程移行信号を送る。工程移行信号を受信したｐＨ調整手段８は、被溶解水Ｗ３がメモリ８２に記憶された第二工程におけるｐＨ設定値となるように調整する。この時、オゾンガスの供給は継続されている。

　次に、ステップＳ５において、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度が閾値以上か否かを判定する。具体的には、送水開始判断手段１０は、溶存オゾンセンサ１０１による溶存オゾン濃度の測定値と、メモリ１０２に記憶された溶存オゾン濃度の閾値とを比較する。ステップＳ５において、溶存オゾン濃度の測定値が閾値よりも小さい場合（ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、第二工程を続ける。

　また、ステップＳ５において、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度の測定値が閾値以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ６に進み、オゾン水送水部１１はオゾン水Ｗ４の送水を開始する。具体的には、送水開始判断手段１０は、オゾン水送水部１１に信号線９ｂを介して送水開始信号を送る。送水開始信号を受信したオゾン水送水部１１は、オゾン水生成部６において生成されたオゾン水Ｗ４を、オゾン水送水配管３ｇを介して分離膜２に送水し、分離膜２の洗浄を開始する。なお、洗浄中はオゾンガスの供給を継続してもよいし、所定の溶存オゾン濃度を維持できるのであれば、オゾンガスの供給を停止してもよい。

　以上のように、実施の形態１によれば、分離膜２によってろ過処理された処理水Ｗ２を被溶解水Ｗ３として用い、被溶解水Ｗ３にオゾンガスを溶解させてオゾン水Ｗ４を生成する膜洗浄装置において、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいてオゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３のｐＨを調整するようにしたので、ＭＢＲの運転条件によって有機物濃度が変動しても、有機物濃度の測定値から有機物の分解に必要な処理時間を推定することが可能である。このため、有機物の分解に必要な処理時間は有機物の分解に適したｐＨ条件下でオゾン水を生成し、それ以降は溶存オゾン濃度を高めるのに適したｐＨ条件となるようにｐＨを調整することが可能である。

　また、オゾン水生成部６において、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第一工程と、酸性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第二工程とを実施するものであり、被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて第一工程から第二工程への移行を判断するようにしたので、第一工程の処理時間を過不足なく最適化することができ、被溶解水Ｗ３の有機物濃度が低い場合には、第一工程の処理時間を短縮することができる。

　また、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度に基づいて分離膜２へのオゾン水送水の開始を判断するようにしたので、第二工程の処理時間を過不足なく最適化することができる。これらのことから、実施の形態１によれば、ＭＢＲの運転条件による被溶解水Ｗ３の有機物濃度の変動に関わらず、オゾン水Ｗ４を効率的に生成することができ、オゾン水生成に要するコストを低減することが可能である。

実施の形態２．
　図８は、本願の実施の形態２による膜洗浄装置の全体構成を示し、図９は、実施の形態２による膜洗浄装置の工程移行判断手段の構成を示している。実施の形態２による膜洗浄装置は、工程移行判断手段の構成のみが上記実施の形態１による膜洗浄装置と異なっており、その他の構成は同様であるのでここでは説明を省略する。

　実施の形態２による膜洗浄装置は、工程移行判断手段７Ａを備えている。工程移行判断手段７Ａは、図９に示すように、有機物センサ７４、オゾンガスセンサ７５、メモリ（第３のメモリ）７２Ａ、及び比較部（第３の比較部）７３Ａを備えている。有機物センサ７４と比較部７３Ａ、オゾンガスセンサ７５と比較部７３Ａ、及びメモリ７２Ａと比較部７３Ａは、それぞれ信号線９ｋ、９ｍ、９ｎで接続されている。

　有機物センサ７４は、オゾン水生成部６へ供給される被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値を、オゾン水生成工程開始前に測定する。有機物センサ７４の設置場所は、被溶解水配管３ｃまたはオゾン水生成部６が好適であるが、特に限定されるものではない。なお、オゾン水生成工程開始前に被溶解水Ｗ３をサンプリングして、有機物濃度を測定するようにしてもよい。有機物濃度の測定は、有機物指標であるＵＶ２５４、ＴＯＣ、蛍光強度等を用いて測定することできる。

　オゾンガスセンサ７５は、オゾンガス配管３ｄに設置され、オゾン水生成部６へ供給されるオゾンガス量（以下、供給オゾン量という）を測定する。供給オゾン量は、オゾンガス濃度と流量の積算値から求められる。第一工程から第二工程に移行するまでに必要な供給オゾン量は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値によって異なる。すなわち、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値が高ければ、第一工程から第二工程に移行するまでに要する供給オゾン量も多くなる。

　メモリ７２Ａは、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値に対応して設定された第一工程から第二工程に移行するまでに必要な供給オゾン量の閾値を記憶している。比較部７３Ａは、有機物センサ７４より得られた有機物濃度に対応する供給オゾン量の閾値をメモリ７２Ａから取得し、オゾンガスセンサ７５より得られた供給オゾン量の測定値と閾値とを比較し、測定値が閾値以上になった場合、信号線９ａによりｐＨ調整手段８に工程移行信号を送る。

　被溶解水Ｗ３中の有機物はオゾンと反応し減少する。そのため、オゾン水生成工程中の被溶解水Ｗ３の有機物濃度は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値と供給オゾン量をパラメータとして推定することができる。供給オゾン量の閾値は、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値と供給オゾン量をパラメータとして被溶解水Ｗ３の有機物濃度を算出する下式２を用いて算出することができる。式２を用いて算出された有機物濃度が、有機物濃度の閾値の算出方法（例えば式１）で算出された有機物濃度の閾値となる供給オゾン量を求め、これを供給オゾン量の閾値とする。
[有機物濃度]＝ｆ（有機物濃度の初期値、供給オゾン量）　　　（２）

　実施の形態２による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順について、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、上記実施の形態１の図７のフローチャートと同様の手順については、説明を省略する。まず、ステップＳ１１において、オゾン水生成部６に被溶解水Ｗ３を供給する。次に、ステップＳ１２において、有機物センサ７４により被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値を測定する。続いてステップＳ１３において、工程を移行する供給オゾン量の閾値を決定する。具体的には、工程移行判断手段７Ａの比較部７３Ａは、有機物センサ７４により測定された有機物濃度の初期値に対応する供給オゾン量の閾値を、メモリ７２Ａから取得する。

　次に、ステップＳ１４において第一工程を実施する。続いてステップＳ１５において、オゾン水生成部６の被溶解水Ｗ３へ供給された供給オゾン量が閾値以上か否かを判定する。具体的には、工程移行判断手段７Ａの比較部７３Ａは、オゾンガスセンサ７５による供給オゾン量の測定値と、ステップＳ１３で決定した閾値とを比較する。ステップＳ１５において、供給オゾン量の測定値が閾値よりも小さい場合（ＮＯ）、ステップＳ１４に戻り、第一工程を続ける。また、ステップＳ１５において、供給オゾン量の測定値が閾値以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進み、第二工程を実施する。ステップＳ１６以降は、図７のフローチャートのステップＳ４以降と同様である。

　実施の形態２による膜洗浄装置によれば、被溶解水Ｗ３の有機物濃度の初期値に対応する供給オゾン量の閾値を決定し、供給オゾン量の測定値が閾値以上となった場合に第一工程から第二工程に移行することにより、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
　図１１は、本願の実施の形態３による膜洗浄装置の全体構成を示している。実施の形態３による膜洗浄装置は、工程移行判断手段の構成のみが上記実施の形態１による膜洗浄装置と異なっており、その他の構成は同様であるのでここでは説明を省略する。

　実施の形態３による膜洗浄装置は、工程移行判断手段７Ｂを備えている。工程移行判断手段７Ｂは、図１１に示すように、溶存オゾンセンサ７６、オゾンガスセンサ７５、メモリ（第４のメモリ）７２Ｂ、及び比較部（第４の比較部）７３Ｂを備えている。溶存オゾンセンサ７６と比較部７３Ｂ、オゾンガスセンサ７５と比較部７３Ｂ、メモリ７２Ｂと比較部７３Ｂ、及び比較部７３ＢとｐＨ調整手段８は、それぞれ信号線９ｐ、９ｍ、９ｎ、９ａで接続されている。

　溶存オゾンセンサ７６は、オゾン水生成部６に貯留された被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度を、オゾン水生成工程の間、連続的に測定する。なお、工程移行判断手段７Ｂの溶存オゾンセンサ７６として、送水開始判断手段１０の溶存オゾンセンサ１０１（図４参照）を兼用してもよい。オゾンガスセンサ７５は、上記実施の形態２と同様に、オゾンガス配管３ｄに設置され、オゾンガス濃度と流量の積算値から供給オゾン量を測定する。

　メモリ７２Ｂは、被溶解水Ｗ３へ供給される供給オゾン量に対応して設定された第一工程から第二工程に移行するまでに必要な溶存オゾン濃度の閾値を記憶している。比較部７３Ｂは、溶存オゾンセンサ７６より得られた測定値とメモリ７２Ｂに記憶された閾値とを比較し、溶存オゾン濃度の測定値が閾値以上になった場合、信号線９ａによりｐＨ調整手段８に工程移行信号を送る。

　被溶解水Ｗ３へ供給されたオゾンの一部は、被溶解水Ｗ３に溶解し、溶存オゾンとなると共に被溶解水Ｗ３中の有機物と反応し消費される。このため、被溶解水Ｗ３中の有機物と溶存オゾンと供給されるオゾンガスは平衡状態にある。例えばオゾンを消費する有機物の濃度が減少すると、溶存オゾン濃度は上昇する。すなわち、被溶解水Ｗ３中の有機物濃度は、溶存オゾン濃度及び供給オゾン量をパラメータとして推定することができる。工程移行判断手段７Ｂの比較部７３Ｂは、被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度及び供給オゾン量をパラメータとして被溶解水Ｗ３の有機物濃度を推定し、推定された被溶解水Ｗ３の有機物濃度に基づいて、第一工程から第二工程への移行を判断している。

　溶存オゾン濃度の閾値は、溶存オゾン濃度と供給オゾン量をパラメータとして被溶解水Ｗ３の有機物濃度を算出する下式３を用いて算出することができる。式３を用いて算出された有機物濃度が、有機物濃度の閾値の算出方法（例えば式１）で算出した有機物濃度の閾値となる溶存オゾン濃度を求め、これを溶存オゾン濃度の閾値とする。
[有機物濃度]＝ｆ（溶存オゾン濃度、供給オゾン量）　　　（３）

　実施の形態３による膜洗浄装置における膜洗浄開始手順について、図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、上記実施の形態１の図７のフローチャートと同様の手順については、説明を省略する。まず、ステップＳ２１において、オゾン水生成部６に被溶解水Ｗ３を供給する。次に、ステップＳ２２において第一工程を実施し、続いてステップＳ２３においてオゾンガスセンサ７５により供給オゾン量を測定する。

　次に、ステップＳ２４において、工程を移行する溶存オゾン濃度の閾値を決定する。具体的には、工程移行判断手段７Ｂの比較部７３Ｂは、オゾンガスセンサ７５により測定された供給オゾン量に対応する溶存オゾン濃度の閾値を、メモリ７２Ｂから取得する。続いてステップＳ２５において、オゾン水生成部６の被溶解水Ｗ３の溶存オゾン濃度が閾値以上か否かを判定する。具体的には、工程移行判断手段７Ｂの比較部７３Ｂは、溶存オゾンセンサ７６による溶存オゾン濃度の測定値と、ステップＳ２４で決定した閾値とを比較する。

　ステップＳ２５において、溶存オゾン濃度の測定値が閾値よりも小さい場合（ＮＯ）、ステップＳ２２に戻り、第一工程を続ける。また、ステップＳ２５において、溶存オゾン濃度の測定値が閾値以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２６に進み、第二工程を実施する。ステップＳ２６以降は、図７のフローチャートのステップＳ４以降と同様である。

　実施の形態３によれば、被溶解水Ｗ３へ供給される供給オゾン量に対応する溶存オゾン濃度の閾値を決定し、溶存オゾン濃度の測定値が閾値以上となった場合に第一工程から第二工程に移行することにより、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

　本開示は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１　膜分離槽、２　分離膜、３ａ　ろ過水配管、３ｂ　処理水排出配管、３ｃ　被溶解水配管、３ｄ　オゾンガス配管、３ｅ　排オゾンガス配管、３ｆ　酸アルカリ供給配管、３ｇ　オゾン水送水配管、４　ろ過ポンプ、５　処理水槽、６　オゾン水生成部、７、７Ａ、７Ｂ　工程移行判断手段、８　ｐＨ調整手段、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｋ、９ｍ、９ｎ、９ｐ　信号線、１０　送水開始判断手段、１１　オゾン水送水部、１２　三方弁、１３ａ、１３ｂ　開閉弁、２０　処理回路、２１　プロセッサ、６１　オゾナイザ、６２　排オゾンガス分解部、７１、７４　有機物センサ、２２、７２、７２Ａ、７２Ｂ、８２、１０２　メモリ、７３、７３Ａ、７３Ｂ、１０３　比較部、７５　オゾンガスセンサ、７６、１０１　溶存オゾンセンサ、８１　ｐＨセンサ、８３　ｐＨ調整制御部、８４　ｐＨ調整部

Claims (11)

1. 　被処理水にろ過処理を行う分離膜をオゾン水で洗浄する膜洗浄装置であって、
   前記分離膜によってろ過処理された処理水を被溶解水として貯留し、被溶解水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成部と、
   前記オゾン水生成部にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、
   被溶解水の有機物濃度に基づいて、前記オゾン水生成部に貯留された被溶解水のｐＨを調整するｐＨ調整手段とを備えたことを特徴とする膜洗浄装置。
2. 　被溶解水の溶存オゾン濃度に基づいて、前記オゾン水生成部から前記分離膜へのオゾン水送水の開始を判断する送水開始判断手段と、
   前記送水開始判断手段による判断結果に基づいて、前記オゾン水生成部で生成されたオゾン水を前記分離膜へ送水するオゾン水送水部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の膜洗浄装置。
3. 　前記送水開始判断手段は、
   前記オゾン水生成部の被溶解水の溶存オゾン濃度を測定する溶存オゾンセンサと、
   オゾン水送水を開始する溶存オゾン濃度の閾値を記憶した第１のメモリと、
   前記溶存オゾンセンサによる測定値と前記第１のメモリに記憶された閾値とを比較し、前記測定値が前記閾値以上となった場合に前記オゾン水送水部にオゾン水を送水させる第１の比較部とを含むことを特徴とする請求項２記載の膜洗浄装置。
4. 　前記オゾン水生成部は、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第一工程と、前記第一工程の後、酸性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第二工程とを実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の膜洗浄装置。
5. 　被溶解水の有機物濃度に基づいて、前記第一工程から前記第二工程への移行を判断する工程移行判断手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の膜洗浄装置。
6. 　前記工程移行判断手段は、
   前記オゾン水生成部の被溶解水の有機物濃度を前記第一工程において測定する有機物センサと、
   第一工程から第二工程に移行する有機物濃度の閾値を記憶した第２のメモリと、
   前記有機物センサによる測定値と前記第２のメモリに記憶された閾値とを比較し、前記測定値が前記閾値以下となった場合に前記第一工程から前記第二工程に移行するように、前記ｐＨ調整手段を制御する第２の比較部とを含むことを特徴とする請求項５記載の膜洗浄装置。
7. 　前記工程移行判断手段は、
   前記オゾン水生成部の被溶解水の有機物濃度の初期値を測定する有機物センサと、
   前記オゾン水生成部へ供給されるオゾンガス量を測定するオゾンガスセンサと、
   被溶解水の有機物濃度の初期値に対応して設定された第一工程から第二工程に移行するまでに必要なオゾンガス量の閾値を記憶した第３のメモリと、
   前記有機物センサにより測定された有機物濃度の初期値に対応する前記閾値を前記第３のメモリから取得し、前記オゾンガスセンサによる測定値と前記閾値とを比較し、前記測定値が前記閾値以上となった場合に前記第一工程から前記第二工程に移行するように、前記ｐＨ調整手段を制御する第３の比較部とを含むことを特徴とする請求項５記載の膜洗浄装置。
8. 　前記工程移行判断手段は、
   前記オゾン水生成部の前記第一工程における被溶解水の溶存オゾン濃度を測定する溶存オゾンセンサと、
   前記オゾン水生成部へ供給されるオゾンガス量を測定するオゾンガスセンサと、
   前記オゾン水生成部へ供給されるオゾンガス量に対応して設定された第一工程から第二工程に移行する溶存オゾン濃度の閾値を記憶した第４のメモリと、
   前記オゾンガスセンサにより測定されたオゾンガス量に対応する前記閾値を前記第４のメモリから取得し、前記溶存オゾンセンサによる測定値と前記閾値とを比較し、前記測定値が前記閾値以上となった場合に前記第一工程から前記第二工程に移行するように、前記ｐＨ調整手段を制御する第４の比較部とを含み、
   前記第４の比較部は、被溶解水の溶存オゾン濃度及び前記オゾン水生成部へ供給されるオゾンガス量をパラメータとして被溶解水の有機物濃度を推定し、推定された被溶解水の有機物濃度に基づいて、前記第一工程から前記第二工程への移行を判断することを特徴とする請求項５記載の膜洗浄装置。
9. 　前記ｐＨ調整手段は、
   前記オゾン水生成部に貯留された被溶解水のｐＨを測定するｐＨセンサと、
   前記オゾン水生成部へ酸またはアルカリを供給し、被溶解水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
   前記第一工程及び前記第二工程における被溶解水のｐＨ設定値をそれぞれ記憶した第５のメモリと、
   第一工程及び第二工程において被溶解水が前記第５のメモリに記憶されたそれぞれのｐＨ設定値となるように前記ｐＨ調整部を制御するｐＨ調整制御部とを含むことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の膜洗浄装置。
10. 　前記分離膜は、活性汚泥と処理水とを分離する分離膜であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の膜洗浄装置。
11. 　被処理水にろ過処理を行う分離膜をオゾン水で洗浄する膜洗浄方法であって、
    前記分離膜によってろ過処理された処理水を被溶解水として用い、被溶解水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成工程を含み、
    前記オゾン水生成工程は、中性またはアルカリ性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第一工程と、前記第一工程の後、酸性条件下で被溶解水にオゾンガスを溶解する第二工程とを有し、
    被溶解水の有機物濃度に基づいて前記第一工程から前記第二工程への移行を判断すると共に、被溶解水の溶存オゾン濃度に基づいて前記分離膜へのオゾン水送水の開始を判断することを特徴とする膜洗浄方法。

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