(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中に溶解している有機物質を除去する生物膜ろ過槽と、
当該生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、
当該生物膜ろ過槽からの生物処理水の少なくとも一部を加温する加温槽と、
当該加温槽に当該生物処理水を導入する生物膜ろ過処理水導入管と、
加温された生物膜ろ過処理水を洗浄水として当該生物膜ろ過槽に導入する洗浄水導入管と、
を具備することを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
原水中に溶解している有機物質を除去する生物膜ろ過槽と、
当該生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、
当該生物膜ろ過槽の前段で、当該原水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、
当該生物膜ろ過槽の前段で、当該酸化剤添加手段の後段で、当該原水に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
を具備することを特徴とする淡水化装置。
【請求項３】
前記生物膜ろ過槽の後段に、濁質分を除去する砂ろ過槽又は膜分離槽を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の淡水化装置。
【請求項４】
前記脱塩槽は、逆浸透膜槽、電気透析槽、電気式脱塩装置又は蒸留塔である、請求項１〜３のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項５】
前記生物膜ろ過槽に原水を供給する原水導入管と、
当該原水導入管に設けられている微細気泡発生装置と、をさらに具備する、請求項１〜４のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項６】
前記生物膜ろ過槽の原水導入管、又は前記生物膜ろ過槽のろ過層厚高さの１／２よりも上部位置に接続されている還元剤の注入管を具備する請求項１〜５のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項７】
前記生物膜ろ過槽の原水導入管、又は前記生物膜ろ過槽内に取り付けられている酸化還元電位計又は残留塩素計と、酸化還元電位又は残留塩素濃度に応じて還元剤の注入量を調節する制御機構と、を更に具備する、請求項１〜６のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項８】
前記生物膜ろ過槽には、球状に加工された造粒活性炭が充填されている、請求項１〜７のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項９】
前記生物膜ろ過槽には、繊維からなるろ材が充填されている、請求項１〜７のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１０】
原水中に溶解している有機物質を生物膜ろ過により除去する生物膜ろ過工程と、
当該生物膜ろ過により処理された水から塩類を除去する脱塩工程と、
当該生物膜ろ過工程で処理された生物膜ろ過処理水の少なくとも一部を加温し、加温された生物膜ろ過処理水を当該生物膜ろ過工程の洗浄水として使用する洗浄工程と、
を具備することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１１】
原水中に溶解している有機物質を生物膜ろ過により除去する生物膜ろ過工程と、
当該生物膜ろ過により処理された水から塩類を除去する脱塩工程と、
当該生物膜ろ過工程の前に、当該原水に酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、
当該生物膜ろ過工程の前で、当該酸化剤添工程段の後に、当該原水に還元剤を添加する還元剤添加工程と、
を具備し、当該生物膜ろ過工程に供される原水を中和することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１２】
前記生物膜ろ過工程の後段に、濁質分を除去する砂ろ過工程又は膜分離工程を設けることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の淡水化方法。
【請求項１３】
前記脱塩工程は、逆浸透膜ろ過工程、電気透析工程、電気式脱塩工程又は蒸留工程である、請求項１０〜１２のいずれかに記載の淡水化方法。
【請求項１４】
前記生物膜ろ過工程に導入される原水に酸化剤が含まれている、請求項１０、１２又は１３のいずれかに記載の淡水化方法。
【請求項１５】
さらに、前記生物膜ろ過工程の前段又は前記生物膜ろ過工程におけるろ過層厚高さの１／２よりも上部位置に、還元剤を注入する、請求項１０〜１４のいずれかに記載の淡水化方法。
【請求項１６】
前記生物膜ろ過工程において、原水又は生物膜ろ過処理水の酸化還元電位又は残留塩素濃度を測定して、当該酸化還元電位の値又は残留塩素濃度の値に応じて還元剤の注入量を調節する、請求項１０〜１５のいずれかに記載の淡水化方法。
【請求項１７】
さらに、前記生物膜ろ過工程の後段又は前記生物膜ろ過工程におけるろ過層厚高さの１／２よりも下部位置に、酸化剤を注入する、請求項１０〜１６のいずれかに記載の淡水化方法。
【請求項１８】
前記生物膜ろ過工程に供給する原水に、微細気泡を導入する工程をさらに含む、請求項１０〜１７のいずれかに記載の淡水化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水又は汽水を脱塩して淡水化する淡水化方法及び淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水或いは汽水を脱塩して、工業用水或いは飲用水を得る場合の脱塩方法として、逆浸透（RO）膜法、電気透析法又は電気式脱塩法、蒸発法などがあった。これらの技術を採用する場合には、予め海水或いは汽水に含まれている濁質を除去する前処理が必要であり、凝集法、砂ろ過法、加圧浮上法、MF/UF膜法などが単独又は併用して使用されていた。
【０００３】
たとえば、原水中の濁質分をろ過する前処理膜を有する前処理装置を逆浸透（RO）膜装置の前段に設ける淡水化装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１においては、前処理膜として、UF膜（限外濾過膜）又はMF膜（精密濾過膜）等の分離膜を用いることが記載されている（図２２参照）。しかし、昨今、海水或いは汽水に流入する都市下水などの影響により、濁質のみならず、液中に溶解している有機物が、RO膜法、電気透析法、電気式脱塩法、蒸発法の運転、メンテナンス及びコストに大きな影響を与えることが顕在化してきた。特に、RO膜法、電気透析法及び電気式脱塩法などの膜を用いる脱塩法では脱塩膜表面に溶解している有機物が蓄積し、それらが生物学的繁殖によってスライム等として成長し、膜流速の低下、逆洗頻度の増加、膜寿命の減少などを引き起こしている。また、蒸発法においても、蒸発によって淡水側に移行する揮発成分による造水水質の悪化、有機物による伝熱面での効率低下など、コストパフォーマンス低下などを引き起こしている。これら原水中に溶解している有機物は、従来のUF膜やMF膜、砂ろ過法では除去できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-31121号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、逆浸透膜ろ過、電気式脱塩法、電気透析法などの脱塩処理を長期にわたり効率よく安定して行うことができる淡水化方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、原水中に溶解している有機物質を除去する生物膜ろ過槽と、当該生物膜ろ過槽で処理された水から塩類を除去する脱塩槽と、を具備することを特徴とする淡水化装置が提供される。
【０００７】
前記生物膜ろ過槽の後段に、濁質分を除去する砂ろ過槽又は膜分離槽を設けることが好ましい。
前記脱塩槽は、逆浸透膜槽、電気透析槽、電気式脱塩装置又は蒸留塔であることが好ましい。
【０００８】
前記生物膜ろ過槽に原水を供給する原水導入管と、当該原水導入管に設けられている微細気泡発生装置と、をさらに具備することが好ましい。
前記生物膜ろ過槽の原水導入管、又は前記生物膜ろ過槽のろ過層厚高さの１／２よりも上部位置に接続されている還元剤の注入管をさらに具備することが好ましい。
【０００９】
前記生物膜ろ過槽の原水導入管、又は前記生物膜ろ過槽内に取り付けられている酸化還元電位計又は残留塩素計と、酸化還元電位又は残留塩素濃度に応じて前記還元剤の注入量を調節する制御機構と、をさらに具備することが好ましい。
【００１０】
前記生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水の少なくとも一部を加温する加温槽と、当該加温槽に当該生物膜ろ過処理水を導入する生物膜ろ過処理水導入管と、加温された生物膜ろ過処理水を逆洗水として前記生物膜ろ過槽に導入する洗浄水導入管をさらに具備することが好ましい。
【００１１】
前記生物膜ろ過槽は、砂、アンスラサイト、繊維からなるろ材及び活性炭から選択される１種以上からなるろ過材を充填してなることが好ましく、特に球状に加工された造粒活性炭又は繊維からなるろ材であることが好ましい。通常の活性炭は破砕された状態で形状も大きさも不均一であるが、球状に加工された造粒活性炭は均一な形状と大きさとを有するため、微生物を均一に担持して均一な生物膜を形成しやすい。造粒活性炭は好ましくは０．５〜３．５ｍｍの平均粒径を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明によれば、原水中に溶解している有機物質を生物膜ろ過により除去する生物膜ろ過工程と、当該生物膜ろ過により処理された水から塩類を除去する脱塩工程と、
を具備することを特徴とする淡水化方法が提供される。
【００１３】
前記生物膜ろ過工程の後段に、濁質分を除去する砂ろ過工程又は膜分離工程を設けることが好ましい。
前記脱塩工程は、逆浸透膜ろ過工程、電気透析工程、電気式脱塩工程又は蒸留工程であることが好ましい。
【００１４】
前記生物膜ろ過工程に導入される原水に酸化剤が含まれていてもよい。酸化剤は、稚貝の付着や生物繁殖を防止するために添加されることが多い。この場合、生物膜ろ過工程で用いる生物膜の活性低下を阻止するために、さらに、前記生物膜ろ過工程の前段又は前記生物膜ろ過工程におけるろ過層厚高さの１／２よりも上部位置に、還元剤を注入して、酸化剤を中和することが好ましい。還元剤の注入は、酸化剤を中和するに十分な量であればよく、過剰に添加することは好ましくない。前記生物膜ろ過工程において、酸化還元電位又は残留塩素濃度を測定して、当該酸化還元電位又は残留塩素濃度の値に応じて前記還元剤の注入量を調節することが好ましい。還元剤を注入して中和すると、生物膜ろ過工程と脱塩工程との間に原水中に生物が繁殖する可能性があるため、前記生物膜ろ過工程の後段又は前記生物膜ろ過工程におけるろ過層厚高さの１／２よりも下部位置に酸化剤を注入することが好ましい。
【００１５】
前記生物膜ろ過工程に供給する原水に、微細気泡を導入する工程をさらに含むことが好ましい。生物膜ろ過は、好気性雰囲気で行うため、溶存酸素量が少ない場合に酸素を添加することが必要となる。原水中に微細気泡として導入された酸素は移動効率が高く、生物膜ろ過槽内での曝気が不要となる。更に、微細気泡の洗浄効果により、原水導入管内壁への貝等の付着を抑制することができる。
【００１６】
前記生物膜ろ過工程で処理された生物膜ろ過処理水の少なくとも一部を加温し、加温された生物膜ろ過処理水を前記生物膜ろ過工程の逆洗水として使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の淡水化方法及び淡水化装置によれば、脱塩処理の前に、原水中の濁質分ばかりでなく溶解している有機物をも除去できるので、脱塩処理を長期にわたり効率よく安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の淡水化方法の実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図２は、酸化剤を添加する本発明の別の実施形態を示す概略説明図である。
【図３】図３は、酸化剤と還元剤を添加する本発明の別の実施形態を示す概略説明図である。
【図４】図４は、酸化剤と還元剤を添加する本発明の別の実施形態を示す概略説明図である。
【図５】図５は、生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水をUF膜装置で処理した後、加温して、生物膜ろ過槽の洗浄水として使用する実施形態を示す概略説明図である。
【図６】図６は、生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水を砂ろ過槽及び逆浸透膜槽にて処理した後、加温して、生物膜ろ過槽の洗浄水として使用する実施形態を示す概略説明図である。
【図７】図７は、生物膜ろ過槽の実施形態を示す概略説明図である。
【図８】図８は、生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水を加温して、生物膜ろ過槽の洗浄水として使用する実施形態を示す概略説明図である。
【図９】図９は、生物膜ろ過層への還元剤の添加位置を示す概略説明図である。
【図１０】図１０は、生物膜ろ過層への還元剤及び酸化剤の添加位置を示す概略説明図である。
【図１１】図１１は、生物膜ろ過槽に導入する前の原水に微細気泡発生装置から微細気泡を導入する態様を示す概略説明図である。
【図１２】図１２は、生物膜ろ過層と砂ろ過層とを上下に配置した１の生物膜ろ過槽を用いる実施形態を示す概略説明図である。
【図１３】図１３は、生物膜ろ過層と砂ろ過層とを左右に配置した１の生物膜ろ過槽を用いる実施形態を示す概略説明図である。
【図１４】図１４は、生物膜ろ過層と砂ろ過層とを左右に配置した１の生物膜ろ過槽を用いる別の実施形態を示す概略説明図である。
【図１５】図１５は、実施例１で用いた処理フローを示す。
【図１６】図１６は、比較例１で用いた処理フローを示す。
【図１７】図１７は、実施例２で用いた処理フローを示す。
【図１８】図１８は、実施例３で用いた生物膜ろ過槽を示す。
【図１９】図１９は、実施例４で用いた生物膜ろ過槽を示す。
【図２０】図２０は、実施例５で用いた生物ろ過槽を示す。
【図２１】図２１は、実施例６で用いた処理フローを示す。
【図２２】図２２は、従来の淡水化処理のフローを示す。
【実施形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略説明図である。図１において、海水又は汽水である原水は、生物膜ろ過工程にて溶解性の有機物を除去された後、脱塩工程に供されて淡水化され、工業用水又は飲用水となる。以下の説明において、生物膜ろ過工程にて溶解性の有機物を除去された後の水を「生物膜ろ過処理水」という。
【００２０】
図２は、生物膜ろ過工程の前段において、原水に酸化剤が添加される場合を示す。通常の淡水化処理では、脱塩工程までの間に生物が生育していると脱塩膜に堆積して脱塩膜の目詰まりを引き起こし、生物が繁殖することによるスライム発生などの問題が生じることを防止するため、酸化剤を添加する。本発明の淡水化処理においても、生物膜ろ過処理の前に酸化剤を添加することができる。
【００２１】
図３は、生物膜ろ過処理の前に酸化剤を添加し、次いで還元剤を添加して、生物膜ろ過処理に供される原水を中和する態様を示す。生物膜ろ過は好気性生物が膜に堆積してろ過膜を形成するものであるから、酸化剤の作用が強すぎると生物膜も劣化するため、還元剤を添加して中和する。
【００２２】
図４は、生物膜ろ過処理の前に酸化剤と還元剤を添加し、さらに生物膜ろ過処理の後、脱塩処理の前に、酸化剤を添加する態様を示す。生物膜ろ過処理の間は原水を中和し、生物膜ろ過処理から脱塩処理に至る間に、生物が繁殖することを防止するため、酸化剤を添加する。
【００２３】
図５は、生物膜ろ過処理からの生物膜ろ過処理水の一部を加温して、生物膜ろ過処理に戻し、生物膜ろ過材の洗浄水として使用する態様を示す。加温された洗浄水は、ろ材に付着した粘着物を剥離しやすくし、少ない洗浄水量で、ろ過性能を回復することができる。生物膜ろ過処理水を直接加温して用いることもできるが、生物膜ろ過処理後にＵＦ膜等を用いる膜分離処理を行った後に加温して用いることもできる。
【００２４】
図６は、生物膜ろ過処理からの生物膜ろ過処理水をさらに砂ろ過及び膜分離（ＲＯ膜）した後、加温して、生物膜ろ過材の洗浄水として使用する態様を示す。図６に示す実施形態の変形例として、砂ろ過の後、膜分離前の生物膜ろ過処理水を加温して使用することもできる。
【００２５】
図５及び図６に示すように、生物膜ろ過処理水を加温して洗浄水として用いることにより、洗浄水中の懸濁物質や塩類が少なく、より少ない水量で生物膜ろ過材をより効果的に洗浄することができる。
【００２６】
図７は、本発明の淡水化処理に好適に用いることができる生物膜ろ過槽の一例を示す。生物膜ろ過槽１は、微生物保持担体に微生物を付着させて形成された生物膜ろ過材（以下「ろ材」ともいう。）が充填されてなる生物膜ろ過層２と、生物膜ろ過層２の下方に位置づけられている生物膜ろ過処理水の集水装置３と、を含む。生物膜ろ過槽１上部に、処理されるべき原水の導入管Ａと、洗浄水の排出管Ｃとが接続されている。生物膜ろ過槽１下部に、空気を供給する供給管Ｄ(供給管Ｄ’は空気量が不足する場合に必要に応じて設ける)、洗浄水の通水管Ｅ、及び集水装置３から少なくとも生物膜ろ過層よりも上方の位置まで立ち上げた処理水流出管Ｆ(「ヘッダ管」ともいう。)が接続されている。処理水流出管Ｆには、洗浄廃水を排出するための排出管Ｇが接続されている。
【００２７】
原水は、導入管Ａを通して連続的に生物膜ろ過槽１に通水され、生物膜ろ過槽１内に充填されたろ材２によって、原水中の有機物が除去されると共に、濁質がろ過される。ろ過された処理水（生物膜ろ過処理水）は処理水流出管Ｆを通して系外に排出される。ろ過工程における通水速度は、要求する処理水質に応じて任意に設定できるが、１００〜２０００ｍ／ｄが好ましい。また、ろ材２の充填高さとしては、逆洗頻度を高めないこと、ろ過層２上部のフリーボード部を極端に高くならないように設計するため３００〜２０００ｍｍ程度が好ましい。
【００２８】
原水をろ過したろ材は、内部や表面に懸濁物質が付着するため、定期的、或いはろ過抵抗の上昇を検出した時に洗浄される。洗浄は、生物膜ろ過槽１下部から空気を供給し、ろ材から懸濁物質を剥離することにより行う。通気速度や通気時間は、概ね、ろ材に付着した懸濁物質が剥離するに十分であればよく、通気速度０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通気時間３〜３０分間で実施される。
【００２９】
ろ材から剥離された懸濁物質を含む洗浄後の廃水は、導入管Ａから原水を供給することで、排出管Ｇまたは処理水流出管Ｆを通して系外に排出される(洗浄工程)。再生されたろ材を生物膜ろ過槽１に充填して再度使用する。また、別途、洗浄水の供給管を生物膜ろ過槽の上部や下部から供給して(図示せず)、洗浄廃水を排出管Ｇまたは処理水流出管Ｆから排出してもよい。図８に示すように、処理水排出管Ｆから分岐する加温槽２０への管路を設けて、生物膜ろ過槽１からの生物膜ろ過処理水をそのまま、あるいは生物膜ろ過処理水を後段の砂ろ過槽やＲＯ膜処理装置や電気式脱塩装置などの脱塩装置でさらに処理した水を加温して、生物膜ろ過槽１の下部に戻して洗浄水として用いることもできる。
【００３０】
図９は、図５に示す生物膜ろ過槽１とほぼ同じ構成であるが、生物膜ろ過槽１へ還元剤を添加する態様を示す。還元剤は、生物膜ろ過層２に流入する前の原水又は生物膜ろ過層２の上部、好ましくはろ過層厚高さの１／２よりも上部に添加する。
【００３１】
図１０は、図９に示す還元剤の添加に加えて、生物膜ろ過層２への酸化剤の添加位置を示す。還元剤は、生物膜ろ過層２に流入する前の原水又は生物膜ろ過層２の上部、好ましくはろ過層厚高さの１／２よりも上部に添加し、酸化剤は生物膜ろ過層２の下部、好ましくはろ過層厚高さの１／２よりも下部に添加する。図示した実施形態では、生物膜ろ過処理後、脱塩処理の前にも酸化剤を添加する。
【００３２】
図１１は、原水を生物膜ろ過槽１に供給する前に、微細気泡発生装置１０により微細気泡を導入する態様を示す。図示した実施形態において、微細気泡発生装置１０を、生物膜ろ過槽１にて処理された生物膜ろ過処理水を原水に戻すラインに設けているが、生物膜ろ過処理水を戻さない態様でもよい。微細気泡発生装置１０は公知の微細気泡発生装置を用いることができ、通常、微細気泡を発生する気液の混合ノズルを備えている。微細気泡を発生する気液の混合ノズルは、いわゆるマイクロバブルを発生させることができる発生器を示す。マイクロバブルとは、「１０〜数１０μｍの直径をもつ気泡」である。しかし、発生する気泡のすべてがこの範囲内の直径を有する必要性はない。マイクロバブル発生器は種々のものが提案されており、例えば、旋回液流式、スタティックミキサー式、エゼクター式、ベンチュリ式、加圧溶解式、極微細孔式、超音波付加中空針状ノズル、蒸気凝縮式などが挙げられる。例えば、エゼクター式では、気液混合ノズル内で、狭い通路を高速で通過する液流によって生じる負圧を利用してガスを吸引し、下流における管路の拡大により生じたキャビテーションによって吸引ガスが微細に粉砕される。加圧溶解式は、ガスと液との混相を昇圧（０．５〜１ＭＰａ程度)し、ガス成分を液中に過飽和まで溶解させる。加圧タンク内で未溶解気泡を浮上分離させパージする。過飽和液のみを減圧弁を経て常圧液中にフラッシュさせると、過飽和ガス成分が水中からマイクロバブルになって析出する(化学工学vol.71、No.3 (2007))。このとき、気液の混合ノズルを通すとより微細な気泡を発生させることができる。また、微細気泡の洗浄効果により、原水導入管内壁への貝等の付着を抑制することができる。
【００３３】
図１２〜１４は、生物膜ろ過層２と砂ろ過層２ａとを具備する１の生物膜ろ過槽１を示す。
図１２は、生物膜ろ過処理の後、脱塩処理の前に、砂ろ過により濁質分を除去する態様を示す。生物膜ろ過槽には、上流側に生物膜ろ過層２を設け、下流側に砂ろ過層２ａを設ける。図示した実施態様では、生物膜ろ過層２と砂ろ過層２ａとを上下に配置している。原水は、まず生物膜ろ過層２に流入して溶解している有機分が除去され、次いで、砂ろ過層２ａを通過して濁質分が除去された後、脱塩処理に供される。図示した実施形態では、取水部にて原水に酸化剤が添加され、生物膜ろ過層２に流入する前に還元剤が添加され、生物膜ろ過層２の底部にて酸化剤が添加された後、砂ろ過層２ａに流入し、次いで脱塩処理に送られる。
【００３４】
図１３は、砂ろ過処理により濁質分を除去した後、生物膜ろ過処理され、次いで脱塩処理される態様を示す。生物膜ろ過槽１には、上流側に砂ろ過層２ａを設け、下流側に生物膜ろ過層２を設ける。図示した実施態様では、図中左側に砂ろ過層２ａ、右側に生物膜ろ過層２を同じ処理槽内に配置している。砂ろ過層２ａと生物膜ろ過層２の下方には、支持砂利層４が設けられている。原水は、砂ろ過層２ａに下向流で流入して濁質分が除去され、支持砂利層４内部を流れて、次いで生物膜ろ過層２に上向流で流入して溶解している有機物が除去された後、膜分離処理に供される。砂ろ過層２ａと生物膜ろ過層２とを左右に並べているため、ろ材高さの制約が緩やかである。図示した実施態様では、取水部にて原水に酸化剤が添加され、砂ろ過層２ａを通過した後、生物膜ろ過層２に流入する前に還元剤が添加され、脱塩処理の前に酸化剤が添加される。還元剤の添加を砂ろ過層２ａと生物膜ろ過層２との間の支持砂利層４内で行えるため、生物膜ろ過層２への還元剤の分散が良好である。また、砂ろ過層２ａと生物膜ろ過層２との間に、支持砂利層４を設けているため、稚貝や微生物などを支持砂利層４でも除去することができ、必要となる酸化剤の量を低減し、還元剤の添加を不要とすることもできる。
【００３５】
図１４は、生物膜ろ過処理された後、砂ろ過処理され、次いで脱塩処理する態様を示す。生物膜ろ過槽１には、上流側に生物膜ろ過層２を設け、下流側に砂ろ過層２ａを設ける。図示した実施形態では、図中左側に生物膜ろ過層２、右側に砂ろ過層２ａを同じ処理槽内に配置している。生物膜ろ過層２と砂ろ過層２ａの下方には、支持砂利層４が設けられている原水は生物膜ろ過層２に下向流で流入して溶解している有機物が除去され、砂ろ過層２ａで濁質分が除去され、脱塩処理に供される。図示した実施形態では、取水部にて原水に酸化剤が添加され、生物膜ろ過層２に流入する前に還元剤が添加され、生物膜ろ過層２を通過した後、砂ろ過層２ａに流入する前に酸化剤が添加される。酸化剤の添加を砂ろ過層２ａと生物膜ろ過層２との間の支持砂利層４内で行えるため、砂ろ過層２ａへの酸化剤の分散が良好である。
【００３６】
本発明で用いる生物膜ろ過層は、造粒活性炭、アンスラサイト、砂、繊維ろ材、粒状プラスチックなどの粒状の支持体に好気性微生物を担持させ、支持体表面に均一な生物膜を形成させてなる。生物膜ろ過性能は、支持体の微生物担持性能及び通水性に依存する。安定な淡水化処理を行うためには、通水を高速で行っても微生物が剥離せず、微生物との良好な接触を維持し、且つ通水速度が低下しないことが求められる。また、淡水化処理の進行に伴い、生物膜ろ過層及び砂ろ過層には除去した濁質や有機物が付着して目詰まりを起こすため、生物膜ろ過層及び砂ろ過層は、定期的に逆洗を行う必要がある。好気性微生物を担持する支持体としては、微生物担持能に加えて、頻繁な洗浄に耐えられる耐性も求められる。
【００３７】
造粒活性炭は、破砕炭、球状炭などを使用できるが、球状炭は、ろ材が最密充填に近い状態になりやすく、空隙が少なくなるので、懸濁物質を多量に捕捉することができ、また、洗浄しやすく、少ない逆洗水量で元の状態に回復することができるため、好適である。
【００３８】
繊維ろ材は、公知の繊維ろ材を使用することができる。例えば、有機繊維からなる短繊維をからみ合わせた多数の繊維塊ろ材（特開２０１１−２１２６４５号公報）や、合成繊維糸フリンジ（ふさ毛）付き部材又は繊維束紐状部材（特開２００４−８９７６６号公報）などを好適に用いることができる。これらの繊維ろ材は、砂などよりも懸濁水を目詰まりが少ない状態で、６００ｍ／ｄ以上の高速で処理することができ、また、繊維表面積が大きく、生物維持が容易であるなどの利点がある。
【００３９】
添加する酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガスなどを好適に用いることができ、還元剤としては重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、次亜硫酸ナトリウムなどを好適に用いることができる。
【００４０】
以下、実施例により本発明の淡水化処理を具体的に説明する。
［実施例１−１］
海水を取水し、図１５に示す方法（生物膜ろ過→ポリッシング砂ろ過→ＲＯ膜脱塩）を用いて、淡水化処理を行った。処理水量は１０ｍ３／ｄであり、生物膜ろ過及びポリッシング砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。生物膜ろ過槽の通水速度は２００ｍ／ｄ、ろ材には造粒球状活性炭に好気性微生物を担持させた生物膜ろ過材（「エバダイヤＬＧ−３０」水ｉｎｇ株式会社）を用いた。約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１５ＭＰａであった。なお、生物膜ろ過の前後のＴＯＣ（全有機炭素：溶解性有機物の指標となる）は、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．１ｍｇ／Ｌであった。
【００４１】
［実施例１−２］
海水を取水し、図１５に示す方法（生物膜ろ過→ＵＦ膜→ＲＯ膜脱塩）を用いて、淡水化処理を行った。処理水量は１０ｍ３／ｄであり、生物膜ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。ＵＦ膜は、３０分に一度逆洗を行なった。生物膜ろ過槽の通水速度は２００ｍ／ｄ、実施例１−１と同じろ材を用いた。約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１３ＭＰａであった。なお、生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．１ｍｇ／Ｌであった。実施例１−１に比べると、ＵＦ膜を使用したので、ＲＯ膜の差圧の上昇が低かった。
【００４２】
［比較例１］
海水を取水し、図１６に示す方法（砂ろ過→ポリッシング砂ろ過→ＲＯ膜脱塩）を用いて、淡水化処理を行った。処理水量は１０ｍ３／ｄであり、砂ろ過及びポリッシング砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。砂ろ過の通水速度は２００ｍ／ｄ、ろ材には砂を用いた。約６ヵ月で、ＲＯ膜の差圧は０．４ＭＰａであった。なお、砂ろ過の前後のＴＯＣは、原水が２ｍｇ／Ｌで、砂ろ過処理水が１．９ｍｇ／Ｌであった。
【００４３】
実施例１は、比較例１と比較して、生物膜ろ過工程によって、海水中のＴＯＣが減少したことで、ＲＯ膜のファウリングを抑制することができ、長い期間の間、差圧が上昇することなく安定した運転をすることができた。
【００４４】
［実施例２］
海水を取水し、図１７に示す方法（生物膜ろ過→ポリッシング砂ろ過→ＲＯ膜脱塩）を用いて、淡水化処理を行った。この処理では、配管内に貝等が付着するのを防止するために取水時点で、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを３ｍｇ／Ｌとなるように添加している。また、生物膜ろ過法の流入管に還元剤としてＳＢＳ（重亜硫酸ソーダ）を１１ｍｇ／Ｌとなるように添加した。生物膜ろ過の処理水量は１０ｍ３／ｄであり、生物膜ろ過及びポリッシング砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１５ＭＰａであった。なお、生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が０．９ｍｇ／Ｌであった。
【００４５】
［比較例２］
実施例２と異なり、ＳＢＳの添加を行わなかった。処理水量は１０ｍ３／ｄであり、生物膜ろ過及びポリッシング砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。約６ヵ月で、ＲＯ膜の差圧は０．３３ＭＰａであった。なお、生物膜ろ過の前後のＴＯＣは、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．５ｍｇ／Ｌであった。海水に注入した次亜塩素酸ソーダの酸化力によって、生物膜ろ過工程における生物活性が阻害され、良好なＴＯＣ除去を行なうことが出来なかった。
【００４６】
実施例２は、比較例２と比較して、海水に注入した次亜塩素酸ソーダを還元するために注入したＳＢＳによって、生物反応が阻害されることなく、生物膜ろ過工程によって、海水中のＴＯＣが減少したことで、ＲＯ膜のファウリングを抑制することができ、長い期間の間、差圧が上昇することなく安定した運転をすることができた。比較例２では、実施例２に比べ、差圧上昇が早かった。
【００４７】
［実施例３］
実施例２において（取水時点で、次亜塩素酸ナトリウムを３ｍｇ／Ｌとなるように添加している）、生物膜ろ過層内の酸化還元電位（以下「ＯＲＰ」と称す）又は残留塩素濃度を測定して、ＳＢＳの注入量を制御した（図１８）。ＯＲＰで制御する場合は、ＯＲＰが０〜５０ｍＶである場合には、ＳＢＳ注入率１１ｍｇ／Ｌとし、５０ｍＶを超えた場合は、ＯＲＰ値に応じてＳＢＳの添加量を増加させ、ＯＲＰが１０ｍＶの増加につきＳＢＳは０．２７ｍｇ／Ｌ増加させた。また、ＯＲＰが０ｍＶ以下の場合は、ＳＢＳの注入は停止させた。
【００４８】
残留塩素計による制御は、ＳＢＳの流入量は１１ｍｇ／Ｌとして（このとき残留塩素濃度は０．００ｍｇ／Ｌ）、残留塩素濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ以上となった場合、ＳＢＳ注入量を、０．０１ｍｇ／Ｌの増加に付き０．０５ｍｇ／Ｌ増加させた。なお、いずれの場合も、取水時点の次亜塩素酸ナトリウムの添加を停止した場合は、ＳＢＳの注入を停止した。
【００４９】
［実施例４］
図１９に示すように、生物膜ろ過層と砂ろ過層を有する生物膜ろ過槽を用いた。生物膜ろ過層にはアンスラサイト（φ３ｍｍ）を微生物支持体として用い、砂ろ過層に砂（φ１．５ｍｍ）を用いて、砂ろ過層に酸化剤注入管を配置して次亜塩素酸ナトリウムを通水方向と同じ方向で添加し、拡散させた。次亜塩素酸ナトリウムの注入管の位置は、０．２５ｍ間隔設置した。約３ヶ月後の、逆洗後の初期ろ抗は３ｋＰａであり、砂層に次亜塩素酸ナトリウムを注入することで、ろ過層底部での生物膜の生成が抑制され、ろ過層底部でのスライム等の発生を抑制することができ、より安定した生物膜ろ過を行なうことが出来た。
【００５０】
［比較例４］
図１９の生物膜ろ過槽において次亜塩素酸ナトリウムの注入をしなかった。約３ヶ月後の、逆洗後の初期ろ抗は５ｋＰａであり、ろ過層底部でのスライム等が発生し、実施例４と比較すれば、初期ろ抗は高かった。
【００５１】
［実施例５］
図２０に示すように、生物膜ろ過処理水の一部に空気を供給し、特殊ノズルを用いてマイクロバブルを発生させて、海水の導入管に供給して、海水のＤＯ（溶存酸素濃度）を高めた。マイクロバブルの注入は、生物膜ろ過処理水のＤＯが２ｍｇ／Ｌ以下となった場合に注入し、５ｍｇ／Ｌ以上になった場合は注入を停止した。なお、ＤＯの測定位置は生物膜ろ過の処理水管内である（図示せず）。また、生物膜ろ過装置内は、逆洗時をのぞき、空気の供給は行なわなかった。生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が平均２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が平均０．９ｍｇ／Ｌであった。処理期間中のＤＯのトレンドは、２〜８ｍｇ／Ｌで変動していた。
【００５２】
［比較例５］
図２０においてマイクロバブルを供給せず、海水由来の溶存酸素のみで生物処理した。原水の平均ＴＯＣは２ｍｇ／Ｌ、生物膜ろ過処理水の平均ＴＯＣは１．１ｍｇ／Ｌであり、実施例５に比べ、ＴＯＣの残留濃度が高かった。生物膜ろ過処理水のＤＯを確認すると、０〜８ｍｇ／Ｌで変動し、ＤＯが０ｍｇ／Ｌのときに、ＴＯＣの除去効率が低下したと推測される。
【００５３】
［実施例６］
図２１に示すように、海水を取水し、生物膜ろ過処理水の一部を加温し、生物膜ろ過槽の洗浄水として使用し、淡水化処理を行った。処理水量は、１０ｍ３／ｄで、逆洗水量は０．１５ｍ３／ｄであった。なお、ろ過抵抗の上昇は一日あたり１ｍであった。同じ条件で、生物膜ろ過処理水を加温せずに洗浄水として用いる場合には、逆洗水量は０．２５ｍ３／ｄを要した。加温洗浄水を用いることにより、少ない処理水量であった。
【００５４】
［実施例７］
海水を取水し、図１５に示す方法（生物膜ろ過→ポリッシング砂ろ過→ＲＯ膜脱塩）を用いて、淡水化処理を行った。処理水量は１０ｍ３／ｄであり、生物膜ろ過及びポリッシング砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で、逆洗を行なった。生物膜ろ過槽の通水速度は１０００ｍ／ｄ、ろ材には繊維ろ材（長さ１０ｍｍ、直径φ７ｍｍ、円柱状）を用いた。約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１５ＭＰａであった。なお、生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物ろ過処理水が１．２ｍｇ／Ｌであった。実施例１に比べ、繊維ろ材を用いることで、通水速度を高めることができた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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