(57)【要約】【課題】水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くするように制御できる水処理装置の提供。【解決手段】水質が時間変動する被処理水２のＣＯＤを測定する水質測定手段１１と、水質測定手段１１の下流で被処理水２に凝集剤を添加して凝集処理水３を得る凝集処理手段１３と、凝集処理水３を膜ろ過して処理水４を得るろ過膜２２と、水質測定手段１１で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜２２のフラックスを制御するフラックス制御手段１４を備え、ろ過膜２２が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、水処理装置４１；水処理方法。【選択図】図１
2020006332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定手段と、
前記水質測定手段の下流で前記被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理手段と、
前記凝集処理水を膜ろ過して処理水を得るろ過膜と、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて前記ろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御手段を備え、
前記ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、水処理装置。
【請求項２】
前記水質測定手段と前記凝集処理手段の間に、前記被処理水のｐＨを５〜７に調整するｐＨ調整手段を備える、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記凝集剤が無機凝集剤である、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記ろ過膜を逆洗浄する逆洗浄手段を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は前記フラックスが下記式１を満たし、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は前記フラックスが０．２８±０．０５ｍ／ｄａｙとなるように前記フラックス制御手段を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
式１
−０．００４５×ＣＯＤ＋１．０８≦フラックス≦−０．００３９×ＣＯＤ＋１．０８
（式１中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、フラックスの単位はｍ／ｄａｙである。）
【請求項６】
前記フラックス制御手段が、前記凝集処理水を前記ろ過膜の一次側から供給する送水ポンプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて前記凝集剤の添加量を制御する凝集剤の添加量制御手段を備え、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は前記凝集剤の添加量が下記式２を満たし、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は前記凝集剤の添加量が１００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、前記凝集剤の添加量制御手段を制御する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
式２
０．４×ＣＯＤ≦凝集剤の添加量≦０．６×ＣＯＤ
（式２中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、凝集剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
【請求項８】
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を制御する殺菌剤の添加量制御手段を備え、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は前記殺菌剤の添加量が下記式３を満たし、
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は前記殺菌剤の添加量が２００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、前記殺菌剤の添加量制御手段を制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
式３
０．９×ＣＯＤ≦殺菌剤の添加量≦１．１×ＣＯＤ
（式３中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、殺菌剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
【請求項９】
前記水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を制御する殺菌剤の添加量制御手段を備え、
前記凝集剤の添加量制御手段が凝集剤ポンプであり、
前記殺菌剤の添加量制御手段が殺菌剤ポンプである、請求項７または８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記水質測定手段の上流に生物処理槽を備え、かつ、
前記被処理水が紙パルプ工場の排水および段ボール工場の排水のうち少なくとも一方を生物処理して得られる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記凝集処理手段から前記ろ過膜までの間に、固液分離手段を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記被処理水のＣＯＤが少なくとも２００ｍｇ／Ｌ以下の範囲を含んで時間変動する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定工程と、
前記水質測定工程の下流で前記被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理工程と、
前記凝集処理水をろ過膜で膜ろ過して処理水を得る膜ろ過工程と、
前記水質測定工程で測定したＣＯＤの値に基づいて前記ろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御工程を備え、
前記ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＲＯ膜）を用いて水の精製をする水処理は一般的に増加している。具体的には、海水の脱塩、飲料水の製造、冷却塔の補給水、プロセス水の製造、ボイラー給水の前処理等のために使用されている。ここで、有機物含有排水を用いる場合、逆浸透膜を用いる水処理の前処理として、生物処理や限外ろ過膜（ＵＦ膜）での膜処理を行うことが知られている（特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１には、有機物を含む原水に凝集剤を添加して凝集分離を行って凝集分離処理水を得る凝集分離工程と、凝集分離処理水をろ過してろ過処理水を得るろ過処理工程と、ろ過処理水を逆浸透膜により逆浸透膜透過水と逆浸透膜濃縮水に分離する逆浸透膜分離工程を含む逆浸透膜透過水の製造方法において、凝集分離工程をｐＨが３〜６の酸性領域で行う逆浸透膜透過水の製造方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、有機排水を生物処理する生物処理手段と、生物処理手段からの生物処理水の少なくとも一部が導入される濾過装置及び濾過装置の濾過水が導入される逆浸透膜分離装置とを含む回収処理手段と、濾過装置の逆洗排水、濾過装置の薬品洗浄排水及び逆浸透膜分離装置の濃縮水のうちの少なくとも１種を生物処理手段の原水導入側へ返送する返送手段とを有する有機排水の回収処理装置において、返送手段で生物処理手段の原水導入側へ返送される水の少なくとも一部を凝集処理した後固液分離する凝集処理手段と固液分離手段とを有し、固液分離手段の処理水が生物処理手段に送給される有機排水の回収処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４４４６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−０８５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、紙パルプ工場の総合排水などは水質が時間変動するため、一般的に想定される前処理においてろ過膜の閉塞等が生じ、前処理が不安定となることが知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
水質が時間変動する被処理水を用いた場合、フラックス（流束）またはろ過水量を一定制御としたときは、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）が低い被処理水に対しては安定運転（ろ過膜が不可逆的に閉塞しにくい安全運転）となるが、回収水の量が少なくなる問題がある。このとき、ＣＯＤが高い排水に対してはろ過膜が不可逆的に閉塞してしまう問題がある。
しかし、特許文献１および２には、これらの問題について解決する方法は記載されていなかった。特に、特許文献２の［００１３］には、凝集処理による前処理では膜フラックスの問題を解決できないことが記載されている。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くするように制御できる水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定して、測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御することによって、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くするように制御できることを見出し、上記課題を解決した。
【００１０】
上記課題を解決するための具体的な手段である本発明の構成と、本発明の好ましい構成を以下に記載する。
［１］  水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定手段と、
水質測定手段の下流で被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理手段と、
凝集処理水を膜ろ過して処理水を得るろ過膜と、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御手段を備え、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、水処理装置。
［２］  水質測定手段と凝集処理手段の間に、被処理水のｐＨを５〜７に調整するｐＨ調整手段を備える［１］に記載の水処理装置。
［３］  凝集剤が無機凝集剤である［１］または［２］に記載の水処理装置。
［４］  ろ過膜を逆洗浄する逆洗浄手段を備える［１］〜［３］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［５］  水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合はフラックスが下記式１を満たし、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合はフラックスが０．２８±０．０５ｍ／ｄａｙとなるようにフラックス制御手段を制御する［１］〜［４］のいずれか一つに記載の水処理装置。
式１
−０．００４５×ＣＯＤ＋１．０８≦フラックス≦−０．００３９×ＣＯＤ＋１．０８
（式１中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、フラックスの単位はｍ／ｄａｙである。）
［６］  フラックス制御手段が、凝集処理水をろ過膜の一次側から供給する送水ポンプである［１］〜［５］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［７］  水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて凝集剤の添加量を制御する凝集剤の添加量制御手段を備え、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は凝集剤の添加量が下記式２を満たし、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は凝集剤の添加量が１００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、凝集剤の添加量制御手段を制御する［１］〜［６］のいずれか一つに記載の水処理装置。
式２
０．４×ＣＯＤ≦凝集剤の添加量≦０．６×ＣＯＤ
（式２中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、凝集剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
［８］  水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を制御する殺菌剤の添加量制御手段を備え、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は殺菌剤の添加量が下記式３を満たし、
水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は殺菌剤の添加量が２００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、殺菌剤の添加量制御手段を制御する［１］〜［７］のいずれか一つに記載の水処理装置。
式３
０．９×ＣＯＤ≦殺菌剤の添加量≦１．１×ＣＯＤ
（式３中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、殺菌剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
［９］  水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を制御する殺菌剤の添加量制御手段を備え、
凝集剤の添加量制御手段が凝集剤ポンプであり、
殺菌剤の添加量制御手段が殺菌剤ポンプである［７］または［８］に記載の水処理装置。
［１０］  水質測定手段の上流に生物処理槽を備え、かつ、
被処理水が紙パルプ工場の排水および段ボール工場の排水のうち少なくとも一方を生物処理して得られる［１］〜［９］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［１１］  凝集処理手段からろ過膜までの間に、固液分離手段を備える［１］〜［１０］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［１２］  被処理水のＣＯＤが少なくとも２００ｍｇ／Ｌ以下の範囲を含んで時間変動する［１］〜［１１］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［１３］  水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定工程と、
水質測定工程の下流で被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理工程と、
凝集処理水をろ過膜で膜ろ過して処理水を得る膜ろ過工程と、
水質測定工程で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御工程を備え、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、水処理方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くするように制御できる水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の一例のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の他の一例のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の他の一例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１４】
［水処理装置］
本発明の水処理装置は、水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定手段と、水質測定手段の下流で被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理手段と、凝集処理水を膜ろ過して処理水を得るろ過膜と、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御手段を備え、ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である。
本発明によれば、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くすることを制御（好ましくは自動制御）できる。その結果、本発明の水処理装置は、長期にわたり安定運転を継続することができる。また、本発明によれば、排水を工場用の工業用水に利用でき、工場での工業用水の購入費用も削減できる。
以下、本発明の水処理装置の好ましい態様について説明する。
【００１５】
＜水処理装置の全体的な構成＞
本発明の水処理装置の全体的な構成の好ましい態様を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の一例のフローチャートである。
図１に示した水処理装置４１は、被処理水２のＣＯＤを測定する水質測定手段１１と、水質測定手段１１の下流で被処理水２に凝集剤を添加して凝集処理水３を得る凝集処理手段１３と、凝集処理水３を膜ろ過して処理水４を得るろ過膜２２と、水質測定手段１１で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜２２のフラックスを制御するフラックス制御手段１４を備える。図１に示した水処理装置４１では、凝集処理手段１３は凝集攪拌槽２１内の被処理水２に凝集剤を添加できるように配置される。
【００１６】
図２は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の他の一例のフローチャートである。図２に示した水処理装置４１は、図１に示した水処理装置のより好ましい態様である。図１に示した水処理装置に加えて、図２に示した水処理装置４１では、凝集処理手段として凝集剤の添加量制御手段１３ａおよび殺菌剤の添加量制御手段１３ｂを備える。
図２に示した水処理装置４１では、水質測定手段１１と凝集処理手段１３の間に、ｐＨ調整手段１２を備える。ｐＨ調整手段１２は凝集攪拌槽２１内の被処理水２に酸またはアルカリを添加できるように配置される。
図２に示した水処理装置４１では、ろ過膜２２を逆洗浄する逆洗浄手段１５を備える。逆洗浄手段１５は、ろ過膜２２の２次側から１次側に向けて洗浄流体６または気体（不図示）を通過させられるように配置される。
【００１７】
図３は、本発明の水処理装置を用いた水処理方法の他の一例のフローチャートである。図３に示した水処理装置４１は、図２に示した水処理装置のより好ましい態様である。
図３に示した水処理装置４１は、水質測定手段１１の上流に生物処理槽２４を備える。生物処理槽２４は、工場５１からの排水である原水１を生物処理して被処理水２を得られることが好ましい。なお、生物処理槽２４からの生物処理水のうち一部のみを被処理水２として用い、残りの生物処理水は下水などに放流してもよい（不図示）。
図３に示した水処理装置４１は、処理水４を逆浸透膜処理して透過水５を得る逆浸透膜２３を備える。透過水５は、例えば工場５１に用水として供給されることが好ましい。
以下、本発明の水処理装置を構成する各部分の好ましい態様を説明する。
【００１８】
＜原水＞
水処理装置に用いられる原水は、特に制限はなく、例えば下水や工場の排水等の様々な種類の排水を、原水として用いることができる。ＣＯＤが時間変動する原水を用いることが好ましい。ＣＯＤが時間変動し、かつ、生物処理が困難な難分解性有機物を含む原水を用いることがより好ましい。難分解性有機物としては、リン酸を含む有機物を挙げることができる。このような排水としては、製紙工場の排水を挙げられる。製紙工場の排水は、難分解性有機物を含み、抄造工程で銘柄が変化することで薬剤の使用量が増減し、かつ排水を再利用して系内で循環させているために排水中の有機物が濃縮される結果、水質が時間変動する。製紙工場の排水の中でも、紙パルプ工場の排水および段ボール工場の排水などを原水として用いられる。紙パルプ工場の排水としては、紙パルプ総合排水や白水（パルプ製造工程の脱水工程により発生するろ液）を挙げることができ、特に白水を用いることが好ましい。白水としては、ＣＯＤが２００ｍｇ／Ｌ以上の水を好ましく用いることができる。
原水のｐＨは５．０〜７．０であることが好ましく、５．０〜６．０であることがより好ましい。
原水に対して、必要に応じて適当な前処理をした水を被処理水として用いることが好ましい。前処理としては、生物処理を挙げることができる。
【００１９】
＜生物処理槽＞
本発明の水処理装置は、原水のＣＯＤを低減させた被処理水を得る観点から、生物処理槽を備えることが好ましい。生物処理槽の位置は特に制限はないが、凝集処理手段の上流に生物処理槽を備えることが好ましく、水質測定手段の上流に生物処理槽を備えることがより好ましい。生物処理槽は特に制限はないが、曝気槽を少なくとも備え、活性汚泥処理を行えることが好ましい。なお、ＣＯＤが時間変動する原水を生物処理した場合、当然にＣＯＤが時間変動する生物処理水を得られる。
【００２０】
＜被処理水＞
本発明の水処理装置では、水質が時間変動する被処理水を用いる。本発明では、被処理水が紙パルプ工場の排水および段ボール工場の排水のうち少なくとも一方を生物処理して得られることが好ましい。
本明細書中のＣＯＤは、ＣＯＤＭｎ（過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量）であることが好ましい。本明細書中におけるＣＯＤＭｎの値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：２０１３「１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ）」に準拠して求められる値である。ただし、ＣＯＤＣｒ（二クロム酸カリウムによる化学的酸素要求量）などその他の酸化剤の種類によるＣＯＤを用いてもよい。
被処理水はＣＯＤＭｎ（過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量）が１０〜３００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、３０〜２００ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、５０〜２００ｍｇ／Ｌであることが特に好ましい。本発明では、被処理水のＣＯＤＭｎが少なくとも２００ｍｇ／Ｌ以下の範囲を含んで時間変動することが好ましく、少なくとも５０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲を含んで時間変動することがより好ましい。
本発明では、被処理水が難分解性有機物を含んでいてもよい。被処理水は、リン酸濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、０．１〜５０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、０．１〜１０ｍｇ／Ｌであることが特に好ましい。
また、本発明では、被処理水がカルシウムを高濃度で含んでいてもよい。被処理水は、カルシウム濃度が０．１〜１０００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、０．１〜５００ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、０．１〜１００ｍｇ／Ｌであることが特に好ましい。
【００２１】
＜水質測定手段＞
本発明の水処理装置は、被処理水のＣＯＤを測定する水質測定手段を備える。水質測定手段としては特に制限はなく、公知のＣＯＤ計またはＵＶ計（紫外線吸光度計）を用いることができる。ＵＶ計で計測される被処理水の吸光度と被処理水中のＣＯＤは相関性が高いことが知られているため、両者の相関データを予め取得しておき、両者の相関データに基づいて被処理水の吸光度から被処理水中のＣＯＤを求められる。任意の制御部に吸光度とＣＯＤとの相関データを格納しておき、その制御部が取得した吸光度を両者の相関データに照合して被処理水中のＣＯＤを求めてもよい。
水質測定手段は、測定したＣＯＤの値を、フラックス制御手段に伝える手段を備えていてもよい。水質測定手段は、測定したＣＯＤの値を、さらに凝集剤の添加量制御手段および殺菌剤の添加量制御手段に伝える手段を備えていてもよい。これらの伝える手段としては電磁波の送信手段を挙げることができ、有線または無線を介して各部分の電磁波の受信手段に測定したＣＯＤの値を伝えることができる。これらにより、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くすることなどを自動制御できる。
一方、水質測定手段は、測定したＣＯＤの値を制御部に伝える手段を有していてもよい。制御部は、記憶部、演算部等により構成され、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮することができる。制御部は、フラックス制御手段、凝集剤の添加量制御手段および殺菌剤の添加量制御手段を適切な状態となるように制御を行うことが好ましい。
なお、水質測定手段が、測定したＣＯＤの値を、フラックス制御手段、凝集剤の添加量制御手段および殺菌剤の添加量制御手段、あるいは、制御部に伝える手段を備えていなくてもよい。その場合、水質測定手段が測定したＣＯＤの値を表示する手段を備え、測定したＣＯＤの値の表示をもとに、フラックス制御手段、凝集剤の添加量制御手段および殺菌剤の添加量制御手段などを管理者が制御してもよい。
【００２２】
＜ｐＨ調整手段＞
水処理装置は、ｐＨ調整手段を備えることが好ましい。ｐＨ調整手段の位置は特に制限はないが、水質測定手段と凝集処理手段の間にｐＨ調整手段を備えることが好ましい。凝集処理手段の下流にｐＨ調整手段を有してもよいが、凝集処理手段の下流にｐＨ調整手段を有さないことが好ましい。特に、凝集処理手段の下流でアルカリを添加しないことが、アルカリ添加によりスケールが生じないようにする観点から好ましい。特に原水が硬度（カルシウム）を多く含む場合、アルカリ添加によりカルシウムスケールが生じないようにすることが好ましい。
ｐＨ調整手段では、被処理水のｐＨを５．０〜７．０に調整することが好ましく、５．０〜６．０に調整することがより好ましい。
なお、原水のｐＨが５．０〜６．０で無機凝集剤の凝集域である場合、ｐＨ調整手段を設けなくてもよい。
【００２３】
＜凝集処理手段＞
本発明の水処理装置は、水質測定手段の下流で被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理手段を備える。凝集処理手段により、得られた凝集処理水にフロックを形成することが好ましい。
凝集剤としては、無機凝集剤および高分子凝集剤を挙げることができる。無機凝集剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄、ポリシリカ鉄が例示される。これらの中でも、硫酸バンドおよびＰＡＣが好ましく、ＰＡＣがより好ましい。高分子凝集剤としては、両性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤などを挙げることができる。本発明では、凝集剤が無機凝集剤であることが好ましい。
【００２４】
本発明では、凝集処理手段が、水質測定手段の下流で被処理水に殺菌剤を添加する殺菌剤添加手段を備えていてもよい。殺菌剤添加手段と凝集剤添加手段の設置順序は特に限定されず、いずれが先であってもよく、実質的に同時に殺菌剤と凝集剤を添加してもよい。
殺菌剤としては特に制限はなく、酸化剤、スライムコントロール剤、アルカリ剤を挙げることができる。
酸化剤としては、塩素系酸化剤、臭素系酸化剤、オゾンを挙げることができる。特に、被処理水を塩素系酸化剤で殺菌することにより、ろ過膜（および／または逆浸透膜）の膜面のバイオファウリングを抑制することが、よりろ過膜（および／または逆浸透膜）の薬品洗浄の頻度を抑制する観点から好ましい。ただし、水処理の条件にあわせて最適な殺菌剤を選択できる。
塩素系酸化剤としては、二酸化塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウムなどを挙げることができ、次亜塩素酸ナトリウムがより好ましい。
【００２５】
（凝集剤の添加量制御手段）
本発明の水処理装置は、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて凝集剤の添加量を制御する凝集剤の添加量制御手段を備えることが好ましい。特に、ろ過膜以外の固液分離手段を用いずに、ろ過膜でフロックを除去できるような粒径のフロックが形成できるように凝集剤の添加量を制御することが好ましい。
本発明では、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は凝集剤の添加量が下記式２を満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は凝集剤の添加量が１００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、凝集剤の添加量制御手段を制御することが好ましい。
式２
０．４×ＣＯＤ≦凝集剤の添加量≦０．６×ＣＯＤ
（式２中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、凝集剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
特に、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は凝集剤の添加量が下記式２Ａを満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は凝集剤の添加量が１００±５ｍｇ／Ｌとなるように、凝集剤の添加量制御手段を制御することがより好ましい。
式２Ａ
０．４５×ＣＯＤ≦凝集剤の添加量≦０．５５×ＣＯＤ
（式２Ａ中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、凝集剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
その他の制御方法として、例えばＣＯＤが１２０ｍｇ／Ｌ未満の場合、１２０〜１５０ｍｇ／Ｌの場合、１５０〜１８０ｍｇ／Ｌの場合、１８０ｍｇ／Ｌ以上の場合など数通りに場合分けして各場合についてあらかじめ凝集剤の添加量の値を決めておき、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて凝集剤の添加量を自動または手動で制御してもよい。
本発明では、凝集剤の添加量制御手段が凝集剤ポンプであることが好ましく、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて凝集剤の添加量を自動で制御できる凝集剤ポンプであることがより好ましい。
【００２６】
（殺菌剤の添加量制御手段）
本発明の水処理装置は、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を制御する殺菌剤の添加量制御手段を備えることが好ましい。特に、ろ過膜以外の固液分離手段を用いずに、ろ過膜のバイオファウリングを抑制できるように殺菌剤の添加量を制御することが好ましい。
本発明では、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は殺菌剤の添加量が下記式３を満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は殺菌剤の添加量が２００±１０ｍｇ／Ｌとなるように、殺菌剤の添加量制御手段を制御することが好ましい。
式３
０．９×ＣＯＤ≦殺菌剤の添加量≦１．１×ＣＯＤ
（式３中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、殺菌剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
特に、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合は殺菌剤の添加量が下記式３Ａを満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合は殺菌剤の添加量が２００±５ｍｇ／Ｌとなるように、殺菌剤の添加量制御手段を制御することがより好ましい。
式３Ａ
０．９５×ＣＯＤ≦殺菌剤の添加量≦１．０５×ＣＯＤ
（式３Ａ中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、殺菌剤の添加量の単位はｍｇ／Ｌである。）
その他の制御方法として、例えばＣＯＤが１２０ｍｇ／Ｌ未満の場合、１２０〜１５０ｍｇ／Ｌの場合、１５０〜１８０ｍｇ／Ｌの場合、１８０ｍｇ／Ｌ以上の場合など数通りに場合分けして各場合についてあらかじめ殺菌剤の添加量の値を決めておき、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を自動または手動で制御してもよい。
本発明では、殺菌剤の添加量制御手段が殺菌剤ポンプであることが好ましく、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいて殺菌剤の添加量を自動で制御できる殺菌剤ポンプであることがより好ましい。
【００２７】
＜ろ過膜＞
本発明の水処理装置は、凝集処理水を膜ろ過して処理水を得るろ過膜を備える。本発明では、ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である。
精密ろ過膜の開口径は特に制限はなく、０．１〜０．５μｍであることが好ましく、０．１〜０．２μｍであることがより好ましい。限外ろ過膜の開口径は特に制限はなく、０．０１〜０．０５μｍであることが好ましく、０．０１〜０．０２μｍであることがより好ましい。
ろ過膜の形状は特に制限はなく、例えば中空糸膜、スパイラル膜、プリーツ膜、平膜などを挙げることができる。ろ過膜が、中空糸膜であることが好ましい。
【００２８】
＜フラックス制御手段＞
本発明の水処理装置は、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御手段を備える。
本発明では、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合はフラックスが下記式１を満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合はフラックスが０．２８±０．０５ｍ／ｄａｙとなるようにフラックス制御手段を制御することが好ましい。
式１
−０．００４５×ＣＯＤ＋１．０８≦フラックス≦−０．００３９×ＣＯＤ＋１．０８
（式１中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、フラックスの単位はｍ／ｄａｙである。）
特に、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌ以下である場合はフラックスが下記式１Ａを満たし、水質測定手段で測定したＣＯＤの値が２００ｍｇ／Ｌを超える場合はフラックスが０．２８±０．０２ｍ／ｄａｙとなるようにフラックス制御手段を制御することがより好ましい。
式１Ａ
−０．００４１×ＣＯＤ＋１．０８≦フラックス≦−０．００３９×ＣＯＤ＋１．０８
（式１Ａ中、ＣＯＤの単位はｍｇ／Ｌであり、フラックスの単位はｍ／ｄａｙである。）
その他の制御方法として、例えばＣＯＤが１２０ｍｇ／Ｌ未満の場合、１２０〜１５０ｍｇ／Ｌの場合、１５０〜１８０ｍｇ／Ｌの場合、１８０ｍｇ／Ｌ以上の場合など数通りに場合分けして各場合についてあらかじめフラックスの値を決めておき、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを自動または手動で制御してもよい。
本発明では、フラックス制御手段が、凝集処理水をろ過膜の一次側から供給する送水ポンプであることが好ましく、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づいてフラックスを自動で制御できる送水ポンプであることがより好ましい。
【００２９】
＜逆洗浄手段＞
本発明の水処理装置は、ろ過膜を逆洗浄する逆洗浄手段を備えることが好ましい。逆洗浄は、空気や洗浄流体などを用いることができ、洗浄流体を用いることが好ましい。
【００３０】
＜薬品洗浄＞
本発明の水処理装置は、薬品を用いたＣＩＰ（クリーニングインプレイス洗浄）洗浄を行う手段を有することが好ましい。薬品を用いたＣＩＰ洗浄は水処理を止めて水処理装置の系内に薬品を循環させることが好ましい。
薬品を用いたＣＩＰ洗浄に用いられる薬品は酸、アルカリまたは洗浄剤であることが好ましい。被処理水が鉱物を多く含む場合は、酸が好ましい。酸としては、塩酸や硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、ＥＤＴＡなどを挙げることができる。被処理水が有機物を多く含む場合はアルカリであることが好ましい。また、薬品は、限外ろ過膜への耐性を有する洗浄剤であることが好ましい。アルカリや限外ろ過膜への耐性を有する洗浄剤としては、次亜塩素酸またはその塩、水酸化ナトリウム、過酸化水素水などを挙げることができ、次亜塩素酸ナトリウムであることが好ましい。
【００３１】
＜処理水＞
ろ過膜を通過した処理水は、浮遊物質（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｓｏｌｉｄｓ；ＳＳ）が十分に除去されるため、そのまま逆浸透膜に供給することができる。
【００３２】
＜逆浸透膜＞
水処理装置は、処理水を透過して透過水を得られる逆浸透膜を備えることが好ましい。
逆浸透膜の開口径は特に制限はなく、０．００１〜０．００５μｍであることが好ましく、０．００１〜０．００２μｍであることがより好ましい。
逆浸透膜の材料としては特に制限はなく、例えばポリアミド膜などを用いることができる。
【００３３】
＜透過水＞
水処理装置によって、処理水を逆浸透膜処理し、透過水（回収水とも言われる）として回収して、再利用することができる。例えば、工場からの排水を工業用水並みの水質の透過水として回収し、用水（工業用水）として再利用することができる。また、透過水は、無菌水として再利用することができる。
【００３４】
＜その他の装置＞
水処理装置は、その他の機能を有する部分を備えていてもよい。
また、水処理装置には、生物処理槽からろ過膜までの間に沈殿槽、浮上槽、遠心分離機などの固液分離手段を設けてもよい。特に凝集処理手段からろ過膜までの間に固液分離手段を備える態様を挙げることができる。ただし、本発明の水処理装置はろ過膜の上流に固液分離手段がなくても連続稼働できるため、生物処理槽からろ過膜までの間に、固液分離手段を備えないことがコストを低減する観点から好ましい。特に凝集処理手段からろ過膜までの間に固液分離手段を備えないことがより好ましい。膜ろ過工程で固液分離することにより、設備規模を小さくすることができる。また、凝集処理手段の後段としての固液分離手段でも凝集剤を使用できることから、過剰な使用によるリークの可能性を減らすため、または、凝集剤の種類によっては凝集フロックの分離膜への吸着を促進することに起因する分離膜汚染やろ過性能低下につながる可能性を減らすため、固液分離手段を備えないことが好ましい。
さらに固液分離手段で高分子凝集剤を使わない場合、高分子凝集剤の過剰添加によるリークが起こらず、高分子凝集剤がろ過膜に付着して不可逆的な閉塞が起きることもない。
【００３５】
［水処理方法］
本発明の水処理方法は、水質が時間変動する被処理水のＣＯＤを測定する水質測定工程と、水質測定工程の下流で被処理水に凝集剤を添加して凝集処理水を得る凝集処理工程と、凝集処理水をろ過膜で膜ろ過して処理水を得る膜ろ過工程と、水質測定工程で測定したＣＯＤの値に基づいてろ過膜のフラックスを制御するフラックス制御工程を備え、ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である。
本発明の水処理方法の好ましい態様は、本発明の水処理装置の好ましい態様と同様である。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００３７】
［実施例１］
図３に記載の水処理装置を用いて、製紙工場の排水（紙パルプ工場からの白水）を原水として、以下の水処理を行った。原水のｐＨは５．０〜６．０であった。
まず、工場５１からの原水１に対して、生物処理槽２４で活性汚泥処理を行い、得られた生物処理水を被処理水２とした。被処理水２のＣＯＤＭｎを、ＣＯＤ計を含む水質測定手段１１で測定したところ、ＣＯＤＭｎ濃度は７８〜２００ｍｇ／Ｌであった。また、被処理水２は、リン酸濃度が５〜２０ｍｇ／Ｌであったことから、原水および被処理水は生物処理が困難な難分解性有機物を含むと考えられた。被処理水２は、カルシウム濃度が１００〜５００ｍｇ／Ｌであった。
【００３８】
被処理水２を凝集攪拌槽２１に導入し、ｐＨ調整手段１２からｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムを添加し、凝集攪拌槽２１内のｐＨが６．０〜６．５になるように自動調整した。さらに、凝集攪拌槽２１に対し、凝集剤の添加量制御手段１３ａを備える凝集剤ポンプと、殺菌剤の添加量制御手段１３ｂを備える殺菌剤ポンプからなる凝集処理手段１３から、無機凝集剤および殺菌剤を添加した。
無機凝集剤としてＰＡＣを使用した。凝集剤の添加量の制御はＣＯＤ計で測定されたＣＯＤＭｎ（ｍｇ／Ｌ）の値に応じて行い、以下の換算式で凝集剤の添加量（ｍｇ／Ｌ）を決定した。ＰＡＣは原液濃度１０質量％品を使用した。
式２Ｂ
凝集剤の添加量＝０．５×ＣＯＤＭｎ
殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを使用した。殺菌剤の添加量の制御はＣＯＤ計で測定されたＣＯＤＭｎ（ｍｇ／Ｌ）の値に応じて行い、以下の換算式で殺菌剤の添加量（ｍｇ／Ｌ）を決定した。次亜塩素酸ナトリウムは原液濃度１２質量％品を使用した。
式３Ｂ
殺菌剤の添加量＝１．０×ＣＯＤＭｎ
【００３９】
凝集攪拌槽２１から凝集処理水３を、送水ポンプからなるフラックス制御手段１４によりろ過膜２２の一次側に供給し、膜ろ過して処理水４を得た。
膜ろ過では、ろ過膜２２として限外ろ過膜であるＯＪＩ−ＭＥＮＢＲＡＮＥ（登録商標）を用い、予め設定したフラックスで処理した。ろ過膜２２のフラックスの制御はＣＯＤ計で測定されたＣＯＤＭｎ（ｍｇ／Ｌ）の値に応じて行い、以下の換算式でフラックス（単位は、膜面積１ｍ２当たりの１日のろ過水量（ｍ３／ｄａｙ）であるｍ３／（ｍ２・ｄａｙ）、すなわちｍ／ｄａｙ）を決定した。
式１Ｂ
フラックス＝−０．００４×ＣＯＤＭｎ＋１．０８
【００４０】
以上の条件で膜ろ過工程までを行い、１０分間当たり１回の洗浄流体（不図示の処理水槽に貯留された、処理水４）を用いた逆洗浄および１日間当たり２回の次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いた薬品洗浄を行った。その結果、限外ろ過膜は約半年間にわたって逆洗浄の直後にろ過膜の差圧が４０〜６０ｋＰａを維持できた。
【００４１】
［実施例２］
実施例１とは別の紙パルプ工場からの白水（別の銘柄の紙を製造するため、抄造工程の薬剤が異なる）を原水として用いた。原水のｐＨは５．０〜６．０であった。
工場５１からの原水１に対して、生物処理槽２４で活性汚泥処理を行い、得られた生物処理水を被処理水２とした。被処理水２のＣＯＤＭｎを、ＣＯＤ計を含む水質測定手段１１で測定したところ、ＣＯＤＭｎ濃度は常に２００ｍｇ／Ｌを超過した範囲内で時間変動していた。また、被処理水２は、リン酸濃度が５〜２０ｍｇ／Ｌであったことから、原水および被処理水は生物処理が困難な難分解性有機物を含むと考えられた。被処理水２は、カルシウム濃度が１００〜５００ｍｇ／Ｌであった。
この被処理水を用い、フラックス、凝集剤の添加量、および殺菌剤の添加量をそれぞれ以下のとおりに変更した以外は実施例１と同様にして、水処理を行った。
フラックス＝０．２８ｍ／ｄａｙ
凝集剤の添加量＝１００ｍｇ／Ｌ
殺菌剤の添加量＝２００ｍｇ／Ｌ
以上の条件で膜ろ過工程までを行い、１０分間当たり１回の逆洗浄および１日間当たり２回の次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いた薬品洗浄を行った。その結果、限外ろ過膜は約半年間にわたって逆洗浄の直後にろ過膜の差圧が４０〜６０ｋＰａを維持できた。
【００４２】
［比較例１］
実施例１および２とは別の紙パルプ工場からの白水（別の銘柄の紙を製造するため、抄造工程の薬剤が異なる）を原水として用いた。原水のｐＨは５．０〜６．０であった。
工場５１からの原水１に対して、生物処理槽２４で活性汚泥処理を行い、得られた被処理水を被処理水２とした。被処理水２のＣＯＤＭｎを、ＣＯＤ計を含む水質測定手段１１で測定したところ、ＣＯＤＭｎ濃度は常に１５０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲および２００ｍｇ／Ｌを超過した範囲の両方を含む範囲で時間変動していた。また、被処理水２は、リン酸濃度が５〜２０ｍｇ／Ｌであったことから、原水および被処理水は生物処理が困難な難分解性有機物を含むと考えられた。被処理水２は、カルシウム濃度が１００〜５００ｍｇ／Ｌであった。
この被処理水を用い、被処理水のＣＯＤＭｎの値に応じて制御することなくフラックス、凝集剤の添加量および殺菌剤の添加量をそれぞれ以下のとおりに決定した以外は実施例１と同様にして、水処理を行った。
フラックス＝０．５ｍ／ｄａｙ
凝集剤の添加量＝１００ｍｇ／Ｌ
殺菌剤の添加量＝２００ｍｇ／Ｌ
以上の条件で膜ろ過工程までを行い、１０分間当たり１回の逆洗浄および１日間当たり２回の次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いた薬品洗浄を行ったが安定運転することができず、逆洗浄の直後にろ過膜の差圧が４０〜６０ｋＰａを維持できなくなった。その後、逆洗浄および薬品洗浄の頻度をさらに高くしても差圧が回復しなくなり、約１ヶ月経過後に通水不能となった。
【００４３】
以上より、本発明の水処理装置によれば、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こさずにフラックスを高くするように制御できることがわかった。
比較例１より、水質測定手段で測定したＣＯＤの値に基づかずにフラックスを固定値とすると、水質が時間変動する被処理水を用いた場合に、不可逆的なろ過膜の閉塞を起こすことがわかった。
【符号の説明】
【００４４】
１      原水
２      被処理水
３      凝集処理水
４      処理水
５      透過水
６      洗浄流体
１１    水質測定手段
１２    ｐＨ調整手段
１３    凝集処理手段
１３ａ  凝集剤の添加量制御手段
１３ｂ  殺菌剤の添加量制御手段
１４    フラックス制御手段
１５    逆洗浄手段
２１    凝集攪拌槽
２２    ろ過膜
２３    逆浸透膜
２４    生物処理槽
４１    水処理装置
５１    工場
【図１】
2020006332.tif 000003
【図２】
2020006332.tif 000004
【図３】
2020006332.tif 000005