(57)【要約】【課題】被処理水を効率的に嫌気性生物処理できる水処理方法および水処理システムを提供する。【解決手段】被処理水を正浸透膜装置に導入して、正浸透膜装置に備えられた第１半透膜の一次側に被処理水を存在させ、二次側に被処理水よりも高浸透圧の高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水を濃縮して濃縮水を得る工程と、前記濃縮水を嫌気槽に導入して嫌気性生物処理する工程とを有する水処理方法。【選択図】図２
2014061487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を正浸透膜装置に導入して、正浸透膜装置に備えられた第１半透膜の一次側に被処理水を存在させ、二次側に被処理水よりも高浸透圧の高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水を濃縮して濃縮水を得る工程と、
前記濃縮水を嫌気槽に導入して嫌気性生物処理する工程とを有することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水を前記正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送しない請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
前記被処理水は前記正浸透膜装置に導入される前に固液分離手段により固形分が分離され、
前記固形分が前記嫌気槽に供給される請求項１または２に記載の水処理方法。
【請求項４】
さらに、前記高張溶液を逆浸透膜装置に導入して、逆浸透膜装置に備えられた第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液中の水を浸透させることにより処理水を得る工程と、
前記高張溶液を前記逆浸透膜装置から前記正浸透膜装置に返送する工程とを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項５】
第１半透膜を備え、第１半透膜を挟んで被処理水が存在する一次側と被処理水よりも高浸透圧の高張溶液が存在する二次側とを有し、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水が濃縮されて濃縮水が得られる正浸透膜装置と、
第１半透膜の一次側から排出された濃縮水を嫌気性生物処理する嫌気槽とを有することを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水を前記正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送する返送流路が設けられない請求項５に記載の水処理システム。
【請求項７】
前記正浸透膜装置の前段に、被処理水から固形分を分離する固液分離手段が設けられ、
前記固液分離手段で固形分が分離された被処理水が前記正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に供給され、前記固形分が前記嫌気槽に供給される請求項５または６に記載の水処理システム。
【請求項８】
第２半透膜を備え、第２半透膜を挟んで高張溶液が存在する一次側と高張溶液よりも低浸透圧の処理水が存在する二次側とを有し、高張溶液中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより処理水が得られる逆浸透膜装置がさらに設けられ、
第１半透膜の二次側流出部と第２半透膜の一次側流入部とに連通し、高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する第１流路と、
第２半透膜の一次側流出部と第１半透膜の二次側流入部とに連通し、高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する第２流路とが設けられている請求項５〜７のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項９】
前記正浸透膜装置は、被処理水中に設けられている請求項５〜８のいずれか一項に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透膜装置を利用した水処理方法および水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水やし尿、食品廃棄物等を嫌気性生物処理して、メタンガスを含むバイオガスを発生させる方法が知られている。例えば特許文献１には、被処理水を固液分離して得られた固形性の有機物を嫌気性生物処理するとともに、固液分離により固形分が分離された被処理水を活性汚泥処理する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１２２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
嫌気性生物処理においては、被処理水に含まれる有機物からできるだけ多くのバイオガスを効率的に発生させることが望まれる。この点、特許文献１に開示される方法では、被処理水を固液分離して得られた固形性の有機物しか嫌気性生物処理に供されておらず、そのため、被処理水中の溶解性の有機物を別に活性汚泥処理する必要が生じている。従って、被処理水中の溶解性の有機物も嫌気性生物処理することができれば、バイオガスの回収量が増え、より効率的な嫌気性生物処理が実現できる。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理水を効率的に嫌気性生物処理することができる水処理方法および水処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することができた本発明の水処理方法とは、被処理水を正浸透膜装置に導入して、正浸透膜装置に備えられた第１半透膜の一次側に被処理水を存在させ、二次側に被処理水よりも高浸透圧の高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水を濃縮して濃縮水を得る工程と、前記濃縮水を嫌気槽に導入して嫌気性生物処理する工程とを有するところに特徴を有する。本発明の水処理方法によれば、被処理水を正浸透処理することにより溶解性の有機物が濃縮された濃縮水を得ることができ、これを嫌気性生物処理するため、バイオガスの発生量が増え、嫌気性生物処理の効率化を図ることができる。また、被処理水中の有機物は実質的に正浸透膜装置の第１半透膜を透過しないため、第１半透膜の二次側に存在する高張溶液は有機物を除去するための処理が不要となる。
【０００７】
嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水は正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送しないことが好ましい。嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水には、有機物が嫌気性分解されて生成した溶解性有機物が多く含まれているため、嫌気性処理水を正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送すると、第１半透膜の一次側の被処理水の溶質濃度が高くなって、第１半透膜の水の浸透量が低下するおそれがある。従って、正浸透膜装置の第１半透膜の水の浸透量を確保するために、嫌気性処理水は正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送しないことが好ましい。
【０００８】
被処理水は、正浸透膜装置に導入される前に固液分離手段により固形分が分離され、前記固形分が嫌気槽に供給されることが好ましい。被処理水から固形分を前もって分離することで、被処理水中の水が正浸透膜装置の第１半透膜を浸透しやすくなり、また処理量も減るので、正浸透膜装置の小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明の水処理方法は、さらに、高張溶液を逆浸透膜装置に導入して、逆浸透膜装置に備えられた第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液中の水を浸透させることにより処理水を得る工程と、前記高張溶液を逆浸透膜装置から正浸透膜装置に返送する工程とを有することが好ましい。この場合、高張溶液が正浸透膜装置と逆浸透膜装置との間を循環する形となり、正浸透膜装置に供給する高張溶液が逆浸透膜装置で濃縮されて溶質濃度が所望程度に高く維持され、正浸透処理を安定して行えるようになる。
【００１０】
本発明はまた、本発明の水処理方法に好適に用いられる水処理システムも提供する。本発明の水処理システムは、第１半透膜を備え、第１半透膜を挟んで被処理水が存在する一次側と被処理水よりも高浸透圧の高張溶液が存在する二次側とを有し、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水が濃縮されて濃縮水が得られる正浸透膜装置と；第１半透膜の一次側から排出された濃縮水を嫌気性生物処理する嫌気槽とを有するものである。なお、本発明の水処理システムでは、嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水を正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送する返送流路が設けられないことが好ましい。また、正浸透膜装置の前段に、被処理水から固形分を分離する固液分離手段が設けられ、固液分離手段で固形分が分離された被処理水が正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に供給され、前記固形分が嫌気槽に供給されることが好ましい。
【００１１】
本発明の水処理システムはまた、第２半透膜を備え、第２半透膜を挟んで高張溶液が存在する一次側と高張溶液よりも低浸透圧の処理水が存在する二次側とを有し、高張溶液中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより処理水が得られる逆浸透膜装置がさらに設けられ；第１半透膜の二次側流出部と第２半透膜の一次側流入部とに連通し、高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する第１流路と；第２半透膜の一次側流出部と第１半透膜の二次側流入部とに連通し、高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する第２流路とが設けられることが好ましい。
【００１２】
正浸透膜装置は被処理水中に設けられてもよい。正浸透膜装置を被処理水中に設けることにより、正浸透膜装置が設置される水深に対応して第１半透膜の一次側の被処理水に水圧がかかり、第１半透膜の一次側から二次側への水の浸透が促進されて、被処理水の濃縮を好適に行いやすくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の水処理方法および水処理システムによれば、被処理水を正浸透処理することにより溶解性有機物が濃縮された濃縮水が得られ、これを嫌気性生物処理することにより、嫌気性生物処理の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の水処理システムの一例を表す。
【図２】本発明の水処理システムの他の一例を表す。
【図３】本発明の水処理システムの他の一例を表す。
【図４】本発明の水処理システムの他の一例を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、正浸透膜装置を用いた水処理方法と水処理システムに関し、詳細には、正浸透膜装置を用いて被処理水の溶質濃度を高めて嫌気性生物処理する水処理方法と水処理システムに関するものである。
【００１６】
本発明の水処理方法は、被処理水を正浸透膜装置に導入して、被処理水中の水を正浸透膜装置に備えられた半透膜に浸透させることにより、被処理水を濃縮して濃縮水を得る正浸透処理工程と、濃縮水を嫌気槽に導入して嫌気性生物処理する嫌気性処理工程とを有する。被処理水を濃縮するのに逆浸透処理ではなく正浸透処理を採用することにより、半透膜を挟んだ浸透圧差に対抗して被処理水に過大な圧力を負荷しなくてすみ、また正浸透処理では被処理水に含まれる固形分の濃度や大きさに対する許容範囲が広くなるため、逆浸透処理ほど高度な前処理をする必要がなくなる。正浸透処理工程で得られる濃縮水は被処理水中の溶解性有機物が濃縮されたものであるため、被処理水を直接嫌気性生物処理する場合と比べて、嫌気性生物処理の効率化と嫌気槽のコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
本発明において処理対象となる被処理水は、有機物を含有する液状物（スラリーを含む）であれば特に制限されず、有機物のほかに無機物を含んでいてもよい。有機物を含有する液状物としては、例えば、下水、し尿、畜産糞尿、食品工場や製紙工場等から発生する工場排水、厨房排水、生ゴミや、これらの処理により発生する液状汚泥等が挙げられる。これらは、１種類のみを用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
正浸透処理工程では、被処理水を正浸透膜装置に導入し、正浸透膜装置により被処理水を濃縮して、溶質濃度が高められた濃縮水を得る。正浸透膜装置には、被処理水中の水を浸透させるための半透膜が備えられており、本発明では、正浸透膜装置に備えられた半透膜を「第１半透膜」と称する。
【００１９】
正浸透膜装置に備えられる第１半透膜は、少なくとも水分子が透過し、一定の大きさ以上の分子やイオンが透過しない膜であれば特に限定されず、公知の半透膜を用いることができる。第１半透膜としては、逆浸透処理に一般に用いられる半透膜を使用してもよく、膜を構成する材料や膜の形式等は特に限定されない。膜の構成材料としては、例えば、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン等が挙げられ、膜の形式としては、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜等が挙げられる。
【００２０】
正浸透膜装置は第１半透膜を挟んで一次側と二次側を有する。本発明において、半透膜を挟んだ一次側と二次側とは、半透膜を浸透する水の透過方向に基づき定められ、水は全体として半透膜の一次側から二次側に浸透する。なお、水が全体として半透膜の一次側から二次側に浸透するとは、水分子の一部が半透膜の二次側から一次側に浸透したとしても、全体としてみれば、水分子は半透膜の一次側から二次側に浸透する方が優勢であることを意味する。正浸透膜装置は、第１半透膜を挟んで第１半透膜の一次側と二次側とに区分され、第１半透膜の一次側には被処理水が存在することとなる。
【００２１】
正浸透膜装置では、第１半透膜の二次側に、被処理水よりも高浸透圧の高張溶液が存在している。つまり正浸透膜装置では、第１半透膜を挟んだ一次側に存在する被処理水の浸透圧が相対的に低くなり、二次側に存在する高張溶液の浸透圧は相対的に高くなる。正浸透膜装置では、被処理水と高張溶液の浸透圧差を利用して、被処理水中の水が第１半透膜の一次側から二次側に浸透することとなる。
【００２２】
高張溶液は、溶質が溶解した水溶液であり、被処理水よりも高い浸透圧を示すものであれば、特に限定されない。等温条件では、高張溶液が被処理水よりも高浸透圧であることは、高張溶液が被処理水よりも高い溶質濃度（モル濃度）を有することを意味する。高張溶液は人工的に調製してもよく、外部に存在する溶質濃度の高い溶液を高張溶液として利用するものであってもよい。前者の場合、溶質としては水に可溶な物質を用いればよく、例えば、塩類、糖類、水溶性高分子等を溶質として用いることができる。また、半透膜や機器に不具合を与えなければ、溶質として酸やアルカリを用いてもよい。後者の場合、海水や塩湖水等のかん水；尿等を高張溶液として用いることができる。また、し尿処理水や埋立浸出水処理水、一部の工場廃水処理水等は塩類を比較的高濃度に含んでいる場合があり、このような処理水を高張溶液として用いてもよい。
【００２３】
高張溶液は、逆浸透処理により調製してもよい。例えば、外部に存在する溶質濃度の高い溶液の溶質濃度を逆浸透処理によりさらに高めて、高張溶液として用いてもよい。また、正浸透処理工程では、第１半透膜の一次側から二次側に水が浸透することにより高張溶液が希釈されるが、水で希釈された高張溶液を逆浸透処理により濃縮して溶質濃度を高めて、再び正浸透膜装置の第１半透膜の二次側に供給してもよい。
【００２４】
被処理水と高張溶液の浸透圧は、ｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆの式に基づき、溶質濃度（モル濃度）と温度をパラメータとして求めることができる。あるいは、被処理水と高張溶液とを半透膜を挟んで同一液面高さとなるように設置した後、それぞれの液面高さの変化を観察することで、被処理水と高張溶液の浸透圧の大小を判別してもよい。この場合、高張溶液の液面高さが高くなれば、高張溶液が被処理水よりも浸透圧が高いと判断される。
【００２５】
正浸透処理工程では、上記のように被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水から濃縮水が得られる。このとき、被処理水を正浸透膜装置で処理することにより、被処理水中の有機物が実質的に第１半透膜を透過しないようになり、第１半透膜の二次側に存在する高張溶液は有機物を除去するための処理が不要となる。これに対し、例えば特許文献１に開示される方法のように、被処理水を固液分離する場合は、固液分離された上澄水に被処理水中の溶解性有機物がそのまま含まれることとなり、上澄水に含まれる溶解性有機物の処理が別途必要となる。
【００２６】
本発明ではまた、被処理水から水を除去して濃縮するのに逆浸透処理ではなく正浸透処理を採用することで、逆浸透処理のように半透膜を挟んだ浸透圧差に対抗して被処理水に過大な圧力を負荷しなくてすむ。さらに、逆浸透膜装置による処理では一般に、装置の詰まりを防止するために、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）や活性炭等を用いた高度な前処理が必要となるところ、正浸透膜装置による処理では、被処理水に含まれる固形分の濃度や大きさに対する許容範囲が広くなるため、逆浸透処理ほど高度な前処理をしなくても装置の詰まりが起こりにくい。つまり、正浸透膜装置では、多少固形分濃度が高い被処理水や、様々な粒径の固形分が含まれる被処理水を用いても、正浸透処理が可能となる。そのため、被処理水の濃縮を効率的に行えるようになり、また、装置の詰まり防止のための付帯設備（例えば、前処理設備）を過剰に設けなくてすむ。
【００２７】
正浸透処理工程で得られた濃縮水、すなわち正浸透膜装置の第１半透膜の一次側から流出した濃縮水は、嫌気槽に導入して嫌気性生物処理する。濃縮水を嫌気性生物処理することにより、嫌気性処理水が得られる。嫌気性処理工程では、濃縮水を嫌気状態におくことで、微生物の働きによって濃縮水中の有機物が嫌気性消化（具体的には、酸発酵やメタン発酵等）される。濃縮水は被処理水中の溶解性有機物が正浸透処理工程で濃縮されたものであるため、被処理水を直接嫌気性生物処理する場合と比べて、嫌気性生物処理の効率化（例えば、バイオガス発生効率の向上等）と嫌気槽のコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
嫌気槽は、濃縮水を嫌気状態に置くことができるものであれば特に限定されず、公知の嫌気槽を用いることができる。嫌気槽には、濃縮水を撹拌するための撹拌手段が備えられていてもよい。撹拌手段としては、機械式撹拌装置や、濃縮水（嫌気性処理水）をガス撹拌するための散気装置等が挙げられる。
【００２９】
嫌気性生物処理（嫌気性消化）は公知の方法に従い行えばよい。嫌気性生物処理の温度は、濃縮水中の有機物が嫌気性分解される温度であれば特に限定されないが、一般には、３５℃程度の中温域や５５℃程度の高温域で効率的に有機物の分解を行うことができる。
【００３０】
嫌気性処理工程では、メタン発酵によりバイオガスが発生し得る。発生したバイオガスは、エネルギー源として利用することができ、例えば、ガスタービンに供給して燃焼させることによりエネルギー回収してもよいし、バイオガスに含まれるメタンを燃料電池の燃料として用いてもよい。もちろん、単に燃焼して熱利用してもよい。また、嫌気槽の濃縮水（嫌気性処理水）をガス撹拌するためにバイオガスを用いてもよい。
【００３１】
被処理水の固形分濃度が高い場合や被処理水に粗大夾雑物が含まれる場合などは、被処理水を正浸透膜装置に導入するよりも前に、被処理水から固形分を分離して、固形分を正浸透膜装置を介さずに嫌気槽に供給することが好ましい。被処理水から固形分を前もって分離することで、被処理水中の水が正浸透膜装置の第１半透膜を浸透しやすくなり、また処理量も減るので、正浸透膜装置の小型化を図ることができる。また、固形分を嫌気槽に供給することで、固形分が嫌気性分解されて、嫌気槽からのバイオガス発生量の増加が期待される。被処理水から固形分を分離するためには、正浸透膜装置の前段に固液分離手段を設ければよい。固液分離手段としては、沈殿槽やスクリーン等が挙げられる。
【００３２】
嫌気性生物処理により得られる嫌気性処理水には、有機物が嫌気性分解されて生成した溶解性有機物が多く含まれている。従って、嫌気性処理水は、水質に応じて適宜処理を施すことが好ましい。
【００３３】
嫌気性処理水は、固液分離処理（例えば、膜分離処理や機械脱水）して、汚泥等の固形分を分離することが好ましい。固液分離処理により固形分濃度が低減された嫌気性処理水は、例えば、生物処理（好気性生物処理）や化学処理（凝集処理、酸化処理、ストリッピング等）を施すことにより、嫌気性処理水中の溶解性有機物を除去することができる。
【００３４】
なお、嫌気性処理水（固液分離処理により固形分濃度が低減された嫌気性処理水も含む）は、正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送しないことが好ましい。嫌気性処理水には、有機物が嫌気性分解されて生成した溶解性有機物が多く含まれているため、嫌気性処理水を正浸透膜装置の第１半透膜の一次側に返送すると、第１半透膜の一次側の被処理水の溶質濃度が高くなって、第１半透膜の水の浸透量が低下するおそれがあるためである。
【００３５】
次に、本発明の水処理方法と水処理システムの構成例について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、図面に示した実施態様に限定されるものではない。
【００３６】
図１には、本発明の水処理システムの第１実施態様を示した。図１に示した水処理システムは、第１半透膜を備えた正浸透膜装置１と、嫌気槽１１を有する。被処理水２１は、正浸透膜装置１に導入されて濃縮され、濃縮水２５が得られる。濃縮水２５は、嫌気槽１１に導入されて嫌気性生物処理され、嫌気性処理水２７が得られる。
【００３７】
正浸透膜装置１は、第１半透膜を挟んで一次側と二次側を有する。被処理水２１は、第１半透膜の一次側に導入され、第１半透膜の二次側には被処理水２１よりも高浸透圧の高張溶液２２が導入される。その結果、正浸透膜装置１では、第１半透膜の一次側に被処理水２１が存在し、二次側に被処理水２１よりも高浸透圧の高張溶液２２が存在することとなる。正浸透膜装置１では、この状態で被処理水２１中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水２１が濃縮されて濃縮水２５が得られる。
【００３８】
図１に示した水処理システムでは、第１半透膜の二次側に導入する高張溶液２２に海水を用いている。海水を海からポンプで汲み上げて正浸透膜装置１に供給し、正浸透膜装置１から排出された高張溶液２３を海に戻している。このように、高張溶液２２として海水を用いることにより、低コストに正浸透処理を行うことができる。
【００３９】
正浸透膜装置１で濃縮された濃縮水２５は嫌気槽１１に導入され、嫌気性生物処理される。このとき、濃縮水２５は被処理水２１よりも水量が減るため、嫌気槽１１の容積をコンパクトにすることができる。また、濃縮水２５は被処理水２１よりも溶解性有機物が濃縮されたものであるため、容量当たりのバイオガス発生量を向上させることができる。
【００４０】
図２には、本発明の水処理システムの第２実施態様を示した。第２実施態様の水処理システムは、高張溶液として海水を用いるのではなく、高張溶液を逆浸透膜装置で処理しながら循環利用している点と、正浸透膜装置の前段に被処理水から固形分を分離する固液分離手段（沈殿槽）を設けている点と、嫌気性処理水を膜分離処理により固液分離している点で、第１実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第１実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００４１】
図２に示した水処理システムは、第２半透膜を備えた逆浸透膜装置５をさらに有している。逆浸透膜装置５としては、逆浸透処理に用いられる公知の装置を用いればよく、逆浸透膜装置５の第２半透膜を構成する材料や膜の形式等は特に限定されない。
【００４２】
逆浸透膜装置５は第２半透膜を挟んで一次側と二次側を有する。そして、正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側流出部と逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側流入部とに連通して第１流路６が設けられ、逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側流出部と正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側流入部とに連通して第２流路７が設けられている。なお、第１半透膜の二次側流入部と二次側流出部、第２半透膜の一次側流入部と一次側流出部は、それぞれ、高張溶液２２，２３が流入する部分または流出する部分として定められる。
【００４３】
正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側から流出した高張溶液２３は、第１流路６を通って、逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側に移送される。逆浸透膜装置５では、高張溶液２３が第２半透膜の一次側に存在することとなり、一方、第２半透膜の二次側には、高張溶液２３よりも低浸透圧の処理水２４が存在している。逆浸透膜装置５では、この状態で第２半透膜の一次側に存在する高張溶液２３を加圧することにより、高張溶液２３中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させて処理水２４を得る。その結果、高張溶液２３は逆浸透膜装置５で水が除去されて、溶質濃度が高められる。溶質濃度が高められ、逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側から流出した高張溶液２２は、第２流路７を通って、正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側に移送される。つまり、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２３は、逆浸透膜装置５に導入されて溶質濃度が高められ、溶質濃度が高められた高張溶液２２は逆浸透膜装置５から正浸透膜装置１に返送されることとなる。
【００４４】
図２に示した水処理システムを用いる場合、本発明の水処理方法は、被処理水を正浸透膜装置に導入して、正浸透膜装置に備えられた第１半透膜の一次側に被処理水を存在させ、二次側に被処理水よりも高浸透圧の高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させることにより、被処理水を濃縮して濃縮水を得る工程と、高張溶液を逆浸透膜装置に導入して、逆浸透膜装置に備えられた第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液中の水を浸透させることにより処理水を得る工程と、高張溶液を逆浸透膜装置から正浸透膜装置に返送する工程とを有することとなる。
【００４５】
図２に示した水処理システムでは、このように高張溶液２２，２３を正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５との間を循環させることにより、正浸透膜装置１に供給する高張溶液２２の溶質濃度を所望程度に高く維持して、正浸透処理を安定して行うことができるようになる。つまり、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２３は、正浸透膜装置１に流入する高張溶液２２よりも水で希釈されて溶質濃度が低下するが、高張溶液２３をそのまま正浸透膜装置１に再び供給すると、正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側と二次側との間に十分な浸透圧差が確保されず、第１半透膜を透過する水の浸透量が減ってしまうところ、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２３を逆浸透膜装置５で処理して正浸透膜装置１に返送することにより、溶質濃度が高められた高張溶液２２を正浸透膜装置１に供給でき、正浸透処理を安定して行うことができるようになる。
【００４６】
また、高張溶液２２，２３は、基本的に正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の間の閉じた系を循環しているため、不純物等の混入が防止され、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）や活性炭等による前処理を行うことなく逆浸透処理を比較的簡便に行うことが可能となる。
【００４７】
第２流路７には、正浸透膜装置１に導入する高張溶液２２の溶質濃度調整手段が設けられていることが好ましい。図２では、第２流路７に調整タンク９が設けられ、調整タンク９に溶質または希釈水の供給装置１０が設けられ、供給装置１０から溶質または希釈水を供給することにより、高張溶液２２の溶質濃度を調整できるように構成されている。正浸透膜装置１において被処理水２１中の水の第１半透膜の浸透量を調整するためには、高張溶液２２の溶質濃度を調整することが主な操作因子となる。従って、逆浸透膜装置５から流出する高張溶液２２が所望程度の溶質濃度を有していない場合は、第２流路７に設けられた溶質濃度調整手段により、高張溶液２２の溶質濃度を調整することが好ましい。
【００４８】
高張溶液２２，２３には、正浸透膜装置１の第１半透膜または逆浸透膜装置５の第２半透膜を洗浄するための薬剤や、ファウリングを防止するための薬剤を加えてもよい。このような薬剤としては、酸、アルカリ、殺菌剤、酸化剤等が挙げられる。
【００４９】
図２に示した水処理システムでは、正浸透膜装置１の前段に、被処理水２１から固形分を分離する固液分離手段として、沈殿槽４が設けられている。被処理水２１は沈殿槽４で固形分２６が沈殿分離され、沈殿槽４から流出し固形分濃度が低減された被処理水２１’を、正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側に供給している。沈殿槽４を用いて被処理水２１の固形分濃度を低減し、正浸透膜装置１に供給することで、正浸透膜装置１を小型化することができる。沈殿槽４で沈殿分離された固形分２６は嫌気槽１１に供給され、濃縮水２５とともに嫌気性生物処理される。
【００５０】
図２に示した水処理システムではまた、嫌気槽１１から流出した嫌気性処理水２７を膜ろ材１５により固液分離して、固液分離された嫌気性処理水２７’を得ている。膜ろ材１５は水槽１４内に設けられ、嫌気槽１１から流出した嫌気性処理水２７が水槽１４に導入されることにより、膜ろ材１５が嫌気性処理水２７に浸漬される。膜ろ材１５により、嫌気槽１１から流出した嫌気性処理水２７に含まれる固形分を高度に固液分離して、固形分濃度の極めて低い嫌気性処理水２７’を得ることができる。
【００５１】
水槽１４からは、汚泥２９が定期的に引き抜かれ、汚泥２９の少なくとも一部が嫌気槽１１に返送されている。このように嫌気性処理水２７を処理することにより、嫌気槽１１中の濃縮水２５の微生物濃度（汚泥濃度）を高く保つことができ、嫌気槽１１の小型化を図ることができる。
【００５２】
水槽１４には、膜ろ材１５の下方に散気装置１６を設けることが好ましく、このように散気装置１６を設けることにより、散気装置１６から供給された気泡によって膜ろ材１５の表面（膜面）をクロスフロー方式で洗浄して、膜ろ材１５による安定した固液分離処理を実現することができる。散気装置１６から供給するガスとしては、嫌気槽１１または水槽１４から発生したバイオガスを回収して用いることが好ましい。
【００５３】
膜ろ材１５としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いればよい。膜ろ材１５を構成する材料や形式等は特に限定されず、膜の構成材料としては、例えば、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル等の有機膜；アルミナやジルコニア等の無機膜等が挙げられ、膜の形式としては、中空糸膜、管状膜、平板状膜、モノリス膜等が挙げられる。
【００５４】
なお、嫌気性処理水２７，２７’は、濃縮水２５が嫌気性分解されることにより溶解性有機物濃度が高くなっているため、これを正浸透膜装置１に返送すると、第１半透膜の一次側の被処理水の溶質濃度が高くなり、第１半透膜の水の浸透量が低下するおそれがある。従って、嫌気性処理水２７，２７’は正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側に返送しないことが好ましく、図２に示した水処理システムではそのための返送流路は設けられていない。
【００５５】
図３には、本発明の水処理システムの第３実施態様を示した。第３実施態様の水処理システムは、第１流路６に調整タンク８を設けている点と、嫌気性処理水２７を脱水機１３に導入して固液分離している点で、第２実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第２実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００５６】
図３に示した水処理システムでは、高張溶液２２，２３の循環ラインの第１流路６に調整タンク８を設け、第２流路７に調整タンク９を設けている。調整タンク８は、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２３を受け入れて貯留するとともに、高張溶液２３を第１流路６を介して逆浸透膜装置５に供給することができる。調整タンク９は、逆浸透膜装置５から流出した高張溶液２２を受け入れて貯留するとともに、高張溶液２２を第２流路７を介して正浸透膜装置１に供給することができる。このように調整タンク８，９を設けることにより、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の処理をそれぞれ独立して行えるようになる。
【００５７】
例えば、図２に示した水処理システムでは、逆浸透膜装置５に導入される高張溶液２３の量は、正浸透膜装置１の処理能力、すなわち、正浸透膜装置１に導入される高張溶液２２の量と第１半透膜の水の浸透量に依存する。しかし、図３に示した水処理システムでは、正浸透膜装置１の処理能力の変動を調整タンク８によって緩和することができ、逆浸透膜装置５に導入する高張溶液２３の量を、正浸透膜装置１の処理能力から独立して設定することができる。同様に、逆浸透膜装置５の処理能力の変動を調整タンク９によって緩和することができ、正浸透膜装置１に導入する高張溶液２２の量を、逆浸透膜装置５の処理能力から独立して設定することができる。
【００５８】
図３に示した水処理システムではまた、嫌気性処理水２７を脱水機１３に導入して、固形分濃度が低減された嫌気性処理水２７’と脱水汚泥２８とに固液分離している。固液分離された嫌気性処理水２７’は、水質に応じてそのまま放流されるか、さらに処理が施される。
【００５９】
図４には、本発明の水処理システムの第４実施態様を示した。第４実施態様の水処理システムは、正浸透膜装置１を被処理水２１中に設けている点と、正浸透膜装置１の前段に固液分離手段としてスクリーン１２を設けている点と、膜ろ材１５を嫌気槽１１に浸漬設置している点と、嫌気性処理水２７を嫌気性アンモニア酸化処理により窒素除去している点で、第３実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第３実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００６０】
図４に示した水処理システムでは、水槽２内に正浸透膜装置１が設けられ、正浸透膜装置１が水槽２内の被処理水２１中に浸漬設置されている。水槽２に被処理水２１を供給することにより、被処理水２１が正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側に導入されることとなる。正浸透膜装置１を被処理水２１中に設けることにより、正浸透膜装置１が設置される水深に対応して第１半透膜の一次側の被処理水２１に水圧がかかり、第１半透膜の一次側から二次側への水の浸透が促進されて、被処理水２１の濃縮を好適に行いやすくなる。
【００６１】
正浸透膜装置１を被処理水２１中に設ける場合、水槽２には、正浸透膜装置１の下方に散気装置３を設けることが好ましい。このように散気装置３を設けることにより、散気装置３から供給された気泡によって正浸透膜装置１の第１半透膜の膜面をクロスフロー方式で洗浄することができ、第１半透膜の目詰まりを防止して、正浸透処理を安定して行いやすくなる。散気装置３から供給するガスとしては、嫌気槽１１等から発生したバイオガスを回収して用いたり、空気を用いればよい。
【００６２】
図４に示した水処理システムでは、水槽２内の正浸透膜装置１の前段に、被処理水２１から夾雑物を分離するスクリーン１２が設けられている。スクリーン１２により被処理水２１から粗大な夾雑物（固形分２６）が除去される。その結果、正浸透膜装置１やその他の設備や機器の損傷が防止され、好適に水処理を行うことができるようになる。スクリーン１２で除去された夾雑物（固形分２６）は、嫌気槽１１に供給され、濃縮水２５とともに嫌気性生物処理される。例えば、スクリーン１２で除去された固形分が剪定枝や草木等である場合は、夾雑物（固形分２６）を嫌気槽１１に供給する前に破砕処理を行って、嫌気性生物処理の分解効率を高めるようにしてもよい。
【００６３】
図４に示した水処理システムでは、嫌気槽１１内に膜ろ材１５が設けられており、膜ろ材１５が嫌気槽１１の嫌気性処理水２７（濃縮水２５）に浸漬設置されている。膜ろ材１５はこのように嫌気槽１１内に設けてもよい。膜ろ材１５の下方には、図２に示した水処理システムと同様に、膜ろ材１５の表面（膜面）をクロスフロー洗浄するための散気装置１６を設けることが好ましい。
【００６４】
嫌気槽１１からは汚泥２９が定期的に引き抜かれ、図４に示した水処理システムでは、汚泥２９を脱水機１９に導入している。脱水機１９からは脱水汚泥３２と脱水分離水３３が排出され、脱水分離水３３が嫌気槽１１に返送されている。
【００６５】
嫌気槽１１の膜ろ材１５からは、膜ろ過水として、固形分濃度の極めて低い嫌気性処理水２７が得られる。嫌気性処理水２７中には、有機物の嫌気性消化により生成したアンモニアが高濃度で溶存している場合があり、図４に示した水処理システムでは、嫌気性処理水２７からアンモニアを除去するために、嫌気性処理水２７を嫌気性アンモニア酸化処理している。具体的には、嫌気性処理水２７の一部を好気槽１７に導入して、亜硝酸化菌の存在下でアンモニアを亜硝酸に酸化し、次いで、好気槽１７からの流出水３０と嫌気性処理水２７の他部を嫌気槽（無酸素槽）１８に導入して、独立栄養性脱窒菌の存在下で亜硝酸とアンモニアから窒素ガスを生成させている。嫌気性処理水２７を嫌気性アンモニア酸化処理することにより、嫌気性処理水２７中のアンモニアを効率的に除去することができる。なお、嫌気性処理水２７を全部を好気槽１７に導入して、アンモニアの一部を亜硝酸に酸化する部分亜硝酸化処理を行い、次いで、好気槽１７からの流出水３０を嫌気槽１８に導入して、好気槽１７で生成した亜硝酸と未反応のアンモニアから窒素ガスを生成させてもよい。嫌気性アンモニア酸化処理水３１は、水質に応じて放流されるか、さらなる処理が施される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、下水、し尿、畜産糞尿、食品工場や製紙工場等から発生する工場排水、厨房排水、生ゴミや、これらの処理により発生する液状汚泥等の処理に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：  正浸透膜装置
４：  沈殿槽
５：  逆浸透膜装置
６：  第１流路
７：  第２流路
１１：  嫌気槽
１２：  スクリーン
２１：  被処理水
２２，２３：  高張溶液
２４：  処理水
２５：  濃縮水
２７，２７’：  嫌気性処理水
【図１】
2014061487.tif 000003
【図２】
2014061487.tif 000004
【図３】
2014061487.tif 000005
【図４】
2014061487.tif 000006