(57)【要約】【課題】濾過膜における濾過抵抗の上昇を少なくし、且つバイオスライムの生成を抑制できる水処理装置を提供する。【解決手段】水処理装置１では、膜濾過モジュール６で水が処理される前に、紫外線酸化塔４で紫外線酸化が行われる。紫外線酸化塔４では、石英ジャケット５１内に設けられた放電管５３が紫外線を発光するので、水中に含まれる有機物が酸化分解される。放電管５３は空気と反応してオゾンを生成する１８５ｎｍ波長の紫外線を発光する。石英ジャケット５１内で生成したオゾンを含有するオゾン化空気は反応筒４０内に放出される。オゾンと紫外線の反応によりＯＨラジカルが発生し、有機物の酸化が促進される。それ故、膜濾過モジュール６において、濾過膜面や細孔への吸着や抑留が減少するので、濾過抵抗の上昇を少なくできる。水はオゾンによって殺菌されるので、バイオスライムの生成を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する水を、濾過膜で処理する濾過手段を備えた水処理装置において、
前記濾過手段で処理する前に、水の前処理を行う前処理手段を備え、
前記前処理手段は、
水が注入される反応槽と、
前記反応槽内に設けられたジャケットと、
前記ジャケット内に設けられ、少なくとも空気と反応してオゾンを生成する波長の紫外線を発光する紫外線発光部と、
前記ジャケット内に空気を供給する空気供給管と、
前記ジャケット内で、前記紫外線発光部が発光する紫外線と空気が接触して生成したオゾンを含有するオゾン化空気を、前記反応槽の下部から前記反応槽内に放出するオゾン化空気管と
を備えたこと
を特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記濾過手段は、精密濾過、及び限外濾過のうち何れかの濾過膜で水を処理すること
を特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記濾過手段は、逆浸透膜で水を処理するものであって、
前記濾過手段で処理する前に、前記前処理手段で前処理した際に水に残存するオキシダントを活性炭で除去するオキシダント除去手段を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記前処理手段で前記前処理を行う前に、次亜塩素酸ナトリウムを水に添加する次亜塩素酸ナトリウム添加手段を備えたこと
を特徴とする請求項１から３の何れかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記前処理手段で前記前処理を行う前に、水に含まれる鉄とマンガンを除去する鉄・マンガン除去手段を備えたこと
を特徴とする請求項１から４の何れかに記載の水処理装置。
【請求項６】
空気と反応してオゾンを生成する波長の紫外線とは、少なくとも１８５ｎｍの波長を有する紫外線であること
を特徴とする請求項１から５の何れかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水の高度処理技術としてＭＦやＵＦ、ＲＯ等の膜処理を備えた水処理装置が普及してきている（例えば、特許文献１参照）。この膜処理においては、水に含まれる有機物が原因となるファウリングが問題になってきている。有機物を含有する水を膜濾過した場合、微生物の増殖により、その代謝物であるスライム、即ちバイオスライムが生成され、これが膜面に付着し濾過抵抗を増大させ、かつ濾過速度を著しく低下させる原因となる。膜面を汚染する成分は有機物のほかに種々の無機成分も存在するが、無機成分においては酸・アルカリによる洗浄でほぼ汚染物が除去させるものの、有機汚染についてはアルカリ洗浄や酸化剤による分解が試みられているが、何れも完全な処理がなされていない。バイオスライムを防止する方法としては、前処理として殺菌を行うのが常法であり、例えば、化学薬品による殺菌方法、オゾンによる殺菌方法（例えば、特許文献２参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７０１６４８号公報
【特許文献２】特開２００７−８３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
化学薬品による殺菌方法は、次亜塩素酸ナトリウムに代表されるもので、最も一般的であるが、多くの場合制菌作用のみにとどまる。完全な滅菌に至らないため、薬効成分が消失した場合、細菌類が賦活することが知られている。オゾンによる殺菌方法は完全な滅菌が可能であるが、有機物濃度が高い場合には多量のオゾンを要するため、コスト上問題がある。さらに、これらの方法は微生物を不活性化してバイオスライムの生成を抑制するという観点からは一定の効果が期待されるが、対象水にすでに有機物やバイオスライムが含まれている場合は効果が少ない。
【０００５】
本発明の目的は、濾過膜における濾過抵抗の上昇を少なくし、且つバイオスライムの生成を抑制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】
【０００６】
（１）本発明の水処理装置は、有機物を含有する水を、濾過膜で処理する濾過手段を備えた水処理装置において、前記濾過手段で処理する前に、水の前処理を行う前処理手段を備え、前記前処理手段は、水が注入される反応槽と、前記反応槽内に設けられたジャケットと、前記ジャケット内に設けられ、少なくとも空気と反応してオゾンを生成する波長の紫外線を発光する紫外線発光部と、前記ジャケット内に空気を供給する空気供給管と、前記ジャケット内で、前記紫外線発光部が発光する紫外線と空気が接触して生成したオゾンを含有するオゾン化空気を、前記反応槽の下部から前記反応槽内に放出するオゾン化空気管とを備えたことを特徴とする。前処理手段の反応槽には、有機物を含有する水が注入される。反応槽内にはジャケットが設けられ、そのジャケット内には紫外線発光部が設けられている。紫外線発光部が発光する紫外線により、水中に含まれる有機物が酸化分解されるので、有機物分子の低分子化又は無機化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２まで分解）を促進させることができる。これにより、以後の濾過手段において、その粘着性を低め、濾過膜面や細孔への吸着や抑留を少なくし、濾過抵抗の上昇を少なくできるので、濾過膜において水を通り易くすることができる。一方、空気供給管からジャケット内に空気が供給されると、ジャケット内では、紫外線発光部が発光する紫外線と空気が接触してオゾンが生成する。なお、ジャケットの内部は、反応槽の内部と仕切られていればよい。オゾンを含有するオゾン化空気は、オゾン化空気管によって、反応槽の下部から反応槽内に放出される。オゾンと紫外線の反応によりＯＨラジカルが発生するので、有機物の酸化をさらに促進させることが出来る。また、水中の微生物はオゾンによって殺菌されるので、以後の経路において、微生物の増殖が起きないので二次的なバイオスライムの生成を抑制できる。なお、前処理手段は、濾過手段の濾過膜を逆洗する逆洗手段をさらに備えるとよい。上記の通り、水中に含まれる有機物が酸化分解されることによって、共存する微粒子への有機物吸着が少なくなるので、微粒子自体の接着性が減少し、流水による剥離が容易となり、逆洗手段による濾過膜の逆洗の洗浄効果を高めることができる。
【０００７】
（２）前記濾過手段は、精密濾過、及び限外濾過のうち何れかの濾過膜で水を処理するとよい。これにより、水中の有機物を効果的に濾過できる。なお、濾過膜の材質は強い耐薬品性を有するものが好ましく、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、セルロース、ポリスルホン等を使用することができる。濾過の継続によって膜抵抗が上昇したときは、例えば酸及びアルカリによる薬剤洗浄を行うことで、濾過性能の向上を図ることができる。
【０００８】
（３）前記濾過手段は、逆浸透膜で水を処理するものであって、前記濾過手段で処理する前に、前記前処理手段で前処理した際に水に残存するオキシダントを活性炭で除去するオキシダント除去手段を備えるとよい。逆浸透膜を用いることによって、水中の有機物を効果的に濾過すると共に脱塩する。これにより、逆浸透膜で塩分が分離された透過水と濃縮水とに分けることができる。活性炭は、前処理手段で生じたオゾン等のオキシダントを分解して除去するので、逆浸透膜を保護できる。
【０００９】
（４）第一態様は、前記前処理手段で前記前処理を行う前に、次亜塩素酸ナトリウムを水に添加する次亜塩素酸ナトリウム添加手段を備えるとよい。これにより、有機物の酸化、及び微生物の殺菌を促進させることができる。
【００１０】
（５）第一態様は、前記前処理手段で前記前処理を行う前に、水に含まれる鉄とマンガンを除去する鉄・マンガン除去手段を備えるとよい。これにより、紫外線発光部から発光される紫外線を有効に利用できる。
【００１１】
（６）第一態様の空気と反応してオゾンを生成する波長の紫外線とは、少なくとも１８５ｎｍの波長を有する紫外線であるとよい。１８５ｎｍの紫外線により空気中の酸素が励起されるので、オゾン化空気を容易に生成できる。
【００１２】
上述した（１）から（６）の発明は、任意に組み合わせることができる。例えば（１）の全部または一部を備えずに他の（２）から（６）の少なくともいずれか１つの構成を備えたものとしても良い。但し特に、（１）の構成を備えて、（２）から（６）の少なくともいずれか１つの構成と組み合わせを備えると良い。また（１）から（６）の任意の構成要素を抽出し、組み合わせても良い。本願出願人はこれらのような構成についても特許権を取得する意思を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水処理装置１のフロー図である。
【図２】紫外線酸化塔４の構造を示す縦断面図である。
【図３】試験１の結果を示すグラフである。
【図４】水処理装置１００のフロー図である。
【図５】試験２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の第１，第２実施形態を説明する。なお、参照する図面は本発明が採用し得る技術的特徴を説明する為に用いられるものである。図面に記載した各処理工程、及び装置構成等はそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例である。
【００１５】
−第１実施形態−
図１を参照し、水処理装置１の構成を説明する。水処理装置１は、原水槽２、砂濾過塔３、紫外線酸化塔４、中継槽５、膜濾過モジュール６、処理水槽７等を備える。原水槽２は原水を貯留する。本装置で処理される原水とは、少なくとも有機物を含有する水であって、例えば地下水、工場廃水、生活排水等である。砂濾過塔３は、原水槽２から供給される原水を濾過して第一処理水を得る。砂濾過塔３は、例えば、密閉タンク内に砂利等の支持層の上に濾材を充填し、水を上から下に圧送して濾過する一般的な濾過方式を採用する。濾材には、その用途、条件に応じて、砂、アンスラサイト、ガーネットや人工濾材のゼオライト、セラミック等の濾材を用い、さらに粒径、比重、品種などの異なるものを積層することにより、濾過性能を高めることができる。
【００１６】
紫外線酸化塔４は、砂濾過塔３から供給される第一処理水を紫外線及びオゾンで酸化して、第二処理水を得る。紫外線酸化塔４の具体的な構造と処理の仕組みは後述する。中継槽５は、紫外線酸化塔４で処理された第二処理水を一旦貯留する。膜濾過モジュール６は、中継槽５から供給される第二処理水を膜濾過して第三処理水（透過水）を生成する。膜濾過モジュール６は、例えば、周知の精密濾過（ＭＦ）や、限外濾過（ＵＦ）等を適用できる。膜濾過のエレメントは中空糸が集合した形状のもので、濾過精度は例えば０．０１μｍである。これにより、第二処理水中の微粒子は完全に除去される。処理水槽７は、膜濾過モジュール６から供給される第三処理水を貯留する。第三処理水は、最終処理水である。
【００１７】
原水槽２と砂濾過塔３との間には、配管２１が接続されている。砂濾過塔３と紫外線酸化塔４との間には、配管２２が接続されている。紫外線酸化塔４と中継槽５との間には、配管２３が接続されている。中継槽５と膜濾過モジュール６との間には、配管２４が接続されている。膜濾過モジュール６と処理水槽７との間には、配管２５が接続されている。中継槽５と配管２２に設けられた接続部２２Ａとの間には、配管２９が接続されている。
【００１８】
配管２１の途中には、濾過ポンプ８が設けられている。濾過ポンプ８は、原水槽２内に貯留する原水を砂濾過塔３に向けて送出する。配管２１における濾過ポンプ８の下流側には、接続部２１Ａが設けられている。接続部２１Ａには、排水管３０が接続されている。配管２４の途中には、濾過ポンプ１０が設けられている。濾過ポンプ１０は、中継槽５に貯留された第二処理水を膜濾過モジュール６に向けて送出する。配管２４における濾過ポンプ１０の下流側には、弁３１が設けられている。配管２４における弁３１と膜濾過モジュール６との間には、接続部２４Ａが設けられている。接続部２４Ａには、排水管２６が接続されている。排水管２６の途中には、弁３２が設けられている。膜濾過モジュール６の上部に設けられた出口（図示略）には、排水管２７が接続されている。排水管２７には、弁３３が設けられている。配管２５の下流側出口の手前には、弁３４が設けられている。配管２５における弁３４よりも上流側には、接続部２５Ａが設けられている。接続部２５Ａと処理水槽７の下部に設けられた流出口（図示略）との間には、配管２８が接続されている。配管２８の途中には、弁３５が設けられている。配管２９の途中には、逆洗ポンプ９が設けられている。
【００１９】
図２を参照し、紫外線酸化塔４の構造を説明する。紫外線酸化塔４は、円筒形の密閉された反応筒４０を備える。反応筒４０の上部には、流入管４１が設けられている。流入管４１には、配管２２の下流側端部(図１参照）が接続されている。それ故、配管２２を流れる第一処理水は、流入管４１から反応筒４０の内部に流入する。反応筒４０の下部には、流出管４２が設けられている。流出管４２には、配管２３の上流側端部（図１参照）が接続されている。それ故、反応筒４０内で処理された第二処理水は、流出管４２から流出し、配管２３を流れる。なお、本実施形態では、流入管４１は反応筒４０の上部に、流出管４２は反応筒４０の下部に設けられていることから、第一処理水は反応筒４０の上部から下部に向けて流れるが、例えば、流入管４１を反応筒４０の下部に、流出管４２を反応筒４０の上部に設けてもよい。この場合、第一処理水は反応筒４０の下部からを上部に向けて流れる。
【００２０】
紫外線酸化塔４の内側には、円筒形の石英ジャケット５１が設けられている。石英ジャケット５１の内側には、放電管５３と空気供給管５２が設けられている。放電管５３には電源５０が接続されている。空気供給管５２の上端部５２Ａには、図示外のエアコンプレッサが配管を介して接続されている。それ故、空気供給管５２は、放電管５３の下方から空気を放出する。
【００２１】
放電管５３は、例えば低圧水銀灯を用いることができる。低圧水銀灯（低圧ＵＶランプ）は、点灯中の水銀蒸気圧が１００Ｐａ以下の水銀蒸気中のアーク放電の発光を利用する周知の放電ランプである。低圧水銀灯の発する主な紫外線は２５４ｎｍであり、この波長には殺菌効果があり、さらに酸化剤と反応して、ＯＨラジカルを生成する。ＯＨラジカルは有機物を分解する。この低圧水銀灯は１８５ｎｍの紫外線も発する。この紫外線は酸素（空気）との接触により酸素を励起してオゾン化空気を生成する。石英ジャケット５１内で生成されたオゾン化空気は、オゾン化空気管５４により取り出され、これを紫外線酸化塔４の反応筒４０内の下部に設けた散気管５５から放出して拡散させる。これにより、撹拌効果が与えられ、且つＯＨラジカルを発生させ有機物の酸化を促進させることができる。
【００２２】
図１，図２を参照し、水処理装置１による水処理工程を説明する。水処理時、弁３１を開、弁３２を閉、弁３３を開、弁３４を開、弁３５を閉に調整する。濾過ポンプ８が駆動すると、原水槽２に貯留された原水が、配管２１を流れて砂濾過塔３に送られる。砂濾過塔３では、原水に含まれる濁質が除去される。濁質には、地下水であれば、例えば植物などが微生物による分解を経て形成された最終生成物であるフミン質（腐植物質）等が含まれる。なお、原水に鉄やマンガンを含む場合は、配管２１を流れる濾過前の原水に対し、酸化剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム等）や、凝集剤（例えばポリ塩化アルミニウム等）をポンプ（図示略）等で注入するとよい。酸化剤は鉄やマンガンを酸化する為、凝集剤は微粒子を凝集し濾過による除去を完全にする為である。砂濾過塔３で処理された第一処理水は、濾過ポンプ８の吐出圧によって、配管２２を流れ、紫外線酸化塔４に送られる。
【００２３】
なお、砂濾過塔３では定期的に濾材の逆洗が行われる。逆洗ポンプ９を駆動することにより、中継槽５に貯留された第二処理水が配管２９、接続部２２Ａ、及び配管２２を流れ、砂濾過塔３の下部から内部に流入する。第二処理水は、砂濾過塔３の内部を下から上に流れることによって、濾材を逆洗する。これにより、濾材に捕捉された濁質が除去される。逆洗水は、砂濾過塔３の上部から抜けて、配管２１、接続部２１Ａ、及び排水管３０を流れて排出される。
【００２４】
紫外線酸化塔４では、流入管４１から反応筒４０内に第一処理水が流量する。反応筒４０内に流入した第一処理水は、放電管５３から発する紫外線によって殺菌される。一方、石英ジャケット５１内に生成されたオゾン化空気は、オゾン化空気管５４を流れ、反応筒４０内の下部に吹き込まれる。オゾンと紫外線が反応することにより、ＯＨラジカルが発生する。このＯＨラジカルによって第一処理水に含有する有機物の酸化が促進される。殺菌及び有機物分解された第二処理水は、配管２３を流れ、中継槽５に一旦貯留される。なお、紫外線酸化塔４において有機物の酸化と殺菌を促進させる為、紫外線酸化塔４に第一処理水が流入する前段（例えば、配管２２）において、次亜塩素酸ナトリウムを第一処理水に加えてもよい。
【００２５】
濾過ポンプ１０が駆動すると、中継槽５に貯留された第二処理水が配管２４を流れ、膜濾過モジュール６に送られる。膜濾過モジュール６では、中空糸が集合した濾過エレメントによって、第二処理水中の微粒子が完全に除去される。ここで、上述のように、紫外線酸化塔４においては、一次処理水に含まれる不純物である有機物と微粒子について、紫外線を照射して有機物を酸化分解することにより、有機物分子の低分子化又は無機化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２まで分解）が促進されている。これにより、濾過エレメントの濾過膜面への吸着及び濾過膜の細孔（ミクロポア）での抑留を少なくすることができる。また、これにより、共存する微粒子への有機物吸着が少なくなるので、微粒子自体の接着性が減少し、流水による剥離が容易となり、後述する逆洗工程における洗浄効果を高めることができる。さらに、第一処理水の紫外線による完全な滅菌が行われるので、紫外線酸化塔４以後の経路において、微生物の増殖を抑制できる。これにより、濾過膜面において、二次的なバイオスライムの生成を抑制できる。濾過エレメントを透過した透過水は、第三処理水として配管２５を流れて、処理水槽７に貯留される。
【００２６】
次に、膜濾過モジュール６の逆洗工程を説明する。膜濾過モジュール６の逆洗工程は定期的に行われる。先ず、弁３６を開、弁３３を開として、中空糸が集合した濾過エレメントの下方より空気を送り、濾過エレメントを撹拌（スクラビング）する。上記のように、第二処理水に含まれる微粒子自体の接着性が減少しているので、膜面に付着した汚染物を容易に剥離させることができる。汚染物が剥離した後、弁３１を閉、弁３２を開、弁３３を閉、弁３４を閉、弁３５を開に調整する。この状態で、逆洗ポンプ１１を駆動させる。これにより、処理水槽７に貯留された第三処理水が、配管２８、接続部２５Ａ、及び配管２５を流れ、膜濾過モジュール６内に逆洗水として流入する。逆洗水によって、濾過エレメントから汚染物が剥離し、配管２４、接続部２４Ａ、及び排水管２６を介して外部に排出される。
【００２７】
このようにして、第１実施形態では、膜濾過モジュール６で処理する前に、紫外線酸化塔４で、一次処理水に含まれる不純物である有機物と微粒子について、紫外線を照射して有機物を酸化分解することによって、有機物の低分子化を促進できる。これにより、共存する微粒子への有機物吸着が少なくなるので、微粒子自体の接着性が減少し、流水による剥離が容易となり、所謂後述する逆洗の洗浄効果を高めることができる。さらに、紫外線による完全な滅菌を行うので、以後の経路で微生物の増殖を抑制できる。これにより、濾過膜面において、二次的なバイオスライムの生成を抑制できる。
【００２８】
次に、第１実施形態の効果を確認する為、水処理装置１で原水を処理した試験１について説明する。試験１の処理条件は以下のとおりである。
・原水の性状：ｐＨ７．３、導電率２１．０ｍＳ／ｍ、濁度５度、色度２５度、鉄１．７ｍｇ／Ｌ、マンガン０．４３ｍｇ／Ｌ、全有機炭素（ＴＯＣ）３．３ｍｇ／Ｌ
・処理水量：２ｍ３／ｈ
・砂濾過塔３：寸法φ５００×１５００Ｈ
・紫外線酸化塔４：寸法φ３５０×１２００Ｈ、低圧紫外線ランプ（低圧水銀灯）１１０Ｗ×１本を装填
・膜濾過モジュール６：寸法φ２１０×１２００Ｈ
【００２９】
なお、砂濾過塔３には、除鉄・除マンガン濾過剤を充填した。それ故、砂濾過塔３では、原水に含まれる鉄・マンガン等が除去される。除鉄・除マンガンは、紫外線を有効に利用する為の必要な処理である。鉄・マンガンが除去された後、膜濾過の阻害要因となるのは有機物（ＴＯＣ）である。それ故、本実施形態は、この影響を無くす為に紫外線酸化塔４による紫外線酸化を組み入れている。
【００３０】
膜濾過モジュール６の膜面積は３０ｍ２、膜材質は強い耐薬品性を有するＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた。逆洗工程では、３０ｍｉｎ毎に逆洗ポンプ１１を駆動して逆洗水を送った。膜濾過モジュール６の下部より空気を送り、膜面に捕捉された濁質を剥がし取り、外部に流出させた。さらに、濾過の継続により膜抵抗（差圧）が上昇したときは、酸およびアルカリによる薬剤洗浄を行い、濾過性能の回復を行った。
【００３１】
図３を参照し、試験１の結果を説明する。図３は、上記の処理条件で原水を処理したときの濾過時間と濾過抵抗の関係をグラフで示したものである。図３中の線３（ａ）は、本実施形態の水処理装置１で処理した結果である。線３（ｂ）は、水処理装置１から紫外線酸化塔４を省略した従来の水処理装置で処理した結果である。線３（ａ）と線３（ｂ）の何れの場合も、濾過抵抗が上昇した時点で薬剤洗浄を行った。図３のグラフに示すように、線３（ａ）の方が、線３（ｂ）に比べて明らかに濾過抵抗の上昇が少ないことが分かった。また、線３（ａ）の方が、線３（ｂ）に比べて薬剤洗浄後の回復は顕著であった。以上の結果より、第１実施形態の水処理装置１は、従来の水処理装置に比べて、水処理能力を格段に向上できることが立証された。
【００３２】
以上説明したように、第１実施形態の水処理装置１は、有機物を含有する水を濾過膜で処理する膜濾過モジュール６と、その膜濾過モジュール６で処理する前処理として、有機物を含有する水の紫外線酸化を行う紫外線酸化塔４とを備える。紫外線酸化塔４は、反応筒４０、石英ジャケット５１、放電管５３、空気供給管５２、オゾン化空気管５４を備える。反応筒４０には、水が注入される。石英ジャケット５１は、反応筒４０内に設けられている。放電管５３は、石英ジャケット５１内に設けられ、少なくとも空気と反応してオゾンを生成する１８５ｎｍの波長の紫外線を発光する。放電管５３が発光する紫外線により、水中に含まれる有機物が酸化分解されるので、有機物分子の低分子化又は無機化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２まで分解）を促進させることができる。これにより、以後の膜濾過モジュール６において、その粘着性を低め、濾過膜面や細孔への吸着や抑留を少なくし、濾過抵抗の上昇を少なくできるので、濾過膜において水を通り易くすることができる。一方、空気供給管５２は、石英ジャケット５１内に空気を供給する。石英ジャケット５１内では、放電管５３が発光する紫外線と空気が接触して生成する。オゾン化空気管５４は、石英ジャケット５１内で生成したオゾンを含有するオゾン化空気を、反応筒４０の下部から反応筒４０内に放出する。オゾンと紫外線の反応によりＯＨラジカルが発生するので、有機物の酸化をさらに促進させることが出来る。また、反応筒４０内の水はオゾンによって殺菌されるので、紫外線酸化塔４以後の経路において、微生物の増殖が起きないので二次的なバイオスライムの生成を抑制できる。
【００３３】
−第２実施形態−
第１実施形態の水処理装置１（図１参照）は、紫外線酸化塔４と、ＭＦやＵＦを用いた膜濾過モジュール６とを組み合わせたものである。これに対し、第２実施形態の水処理装置１００（図４参照）は、紫外線酸化塔４と、逆浸透膜（ＲＯ）を用いたＲＯモジュール１７とを組み合わせたものである。なお、水処理装置１００の構成は、水処理装置１の構成と一部共通するので、同じ構成については同一符号を付して説明を簡略又は省略すると共に、異なる部分を中心に説明する。
【００３４】
図４を参照し、水処理装置１００の構成を説明する。水処理装置１００は、原水槽２、砂濾過塔３、紫外線酸化塔４、活性炭塔１５、中継槽５、プレフィルタ１６、ＲＯモジュール１７、処理水槽７等を備える。砂濾過塔３には、濾過砂が充填されている。ここで原水の濁度が除去される。活性炭塔１５は、紫外線酸化塔４で処理された第二処理水を活性炭で濾過し、紫外線酸化塔４で生じたオキシダント（酸化力を有する化学種、本実施形態ではオゾン）を分解して除去する。プレフィルタ１６は、ＲＯモジュール１７で処理する前の第二処理水をさらに濾過する濾過エレメントを備える。ＲＯモジュール１７は、逆浸透膜（ＲＯ膜）を有するＲＯエレメントを備える。逆浸透膜は、水を透過し且つイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を有する。ＲＯモジュール１７には、濃縮水を外部に排出する為の排水管６６が設けられている。
【００３５】
原水槽２と砂濾過塔３との間には、配管２１が接続されている。砂濾過塔３と紫外線酸化塔４との間には、配管２２が接続されている。紫外線酸化塔４と活性炭塔１５の間には、配管６１が接続されている。活性炭塔１５と中継槽５との間には、配管６２が接続されている。中継槽５とプレフィルタ１６との間には、配管６３が接続されている。プレフィルタ１６とＲＯモジュール１７との間には、配管６４が接続されている。ＲＯモジュール１７と処理水槽７との間には、配管６５が接続されている。
【００３６】
配管２１の途中には、濾過ポンプ８が設けられている。配管６３の途中には、濾過ポンプ７１が設けられている。濾過ポンプ７１は、中継槽５に貯留された第二処理水をプレフィルタ１６に向けて送出する。配管６４の途中には、濾過ポンプ７２が設けられている。濾過ポンプ７２は、プレフィルタ１６で処理された第二処理水を、ＲＯモジュール１７に向けて送出する。
【００３７】
図４を参照し、水処理装置１００による水処理工程を説明する。濾過ポンプ８が駆動すると、原水槽２に貯留された原水が、配管２１を流れて砂濾過塔３に送られる。砂濾過塔３では、原水に含まれる濁質が除去される。砂濾過塔３で処理された第一処理水は、濾過ポンプ８の吐出圧によって、配管２２を流れ、紫外線酸化塔４に送られる。紫外線酸化塔４では、第１実施形態と同様に、オゾン化空気が生成され、生成されたオゾン化空気が反応筒４０内に吹き込まれることにより、有機物の酸化が促進される。このようにして、殺菌及び有機物分解された第二処理水は、配管６１を流れ、活性炭塔１５に送られる。活性炭塔１５では、紫外線酸化塔４で処理された第二処理水が活性炭で濾過されることにより、紫外線酸化塔４で第二処理水に残存する微量のオキシダントが分解して除去される。これにより、後段に位置するＲＯモジュール１７のＲＯエレメントを保護できる。活性炭塔１５で処理された第二処理水は配管６２を流れて、中継槽５に一旦貯留される。
【００３８】
濾過ポンプ７１が駆動すると、中継槽５に貯留された第二処理水がプレフィルタ１６に送られる。プレフィルタ１６で濾過された第二処理水は配管６４を流れ、高圧の濾過ポンプ７２の駆動により、ＲＯモジュール１７に送られる。ＲＯモジュール１７では、ＲＯエレメントで第二処理水が脱塩（塩分を分離）され、塩分が分離された透過水と濃縮水とに分離される。ここで、上述のように、紫外線酸化塔４においては、一次処理水に含まれる不純物である有機物と微粒子について、紫外線を照射して有機物を酸化分解することにより、有機物分子の低分子化又は無機化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２まで分解）が促進されている。これにより、ＲＯエレメントの濾過膜面への吸着及び濾過膜の細孔（ミクロポア）での抑留を少なくすることができる。また、これにより、共存する微粒子への有機物吸着が少なくなるので、微粒子自体の接着性が減少し、酸やアルカリ等による薬剤洗浄の効果を高めることができる。濃縮水は、排水管６６によって外部に排出される。透過水は、配管６５を流れて、処理水槽７に貯留される。
【００３９】
次に、第２実施形態の効果を確認する為、水処理装置１００で原水を処理した試験２について説明する。試験２の処理条件は以下のとおりである。
・原水の性状：ｐＨ７．３、導電率３０．２ｍＳ／ｍ、濁度１２度、色度１５度、全有機炭素５．５ｍｇ／Ｌ
・処理水量２ｍ３／ｈ
・砂濾過塔３：寸法φ５００ｍｍ×１５００ｍｍＨ
・紫外線酸化塔４：寸法φ３５０ｍｍ×１２００ｍｍＨ、低圧紫外線ランプ１１０Ｗ×１本を装填
・活性炭塔１５：寸法φ５００ｍｍ×１５００ｍｍＨ
・プレフィルタ１６：濾過精度１０μ、φ７０ｍｍ×２５０ｍｍＬの濾過エレメント
・ＲＯモジュール１７：φ１００×１０００ｍｍＬ、塩分排除率９９．５％のＲＯエレメントを装填
・ＲＯモジュール１７の操作条件：入口圧力１．０ＭＰａ、入口流量１．５ｍ３／ｈ、透過水流量０．７５ｍ３／ｈ、濃縮水流量０．７５ｍ３／ｈ（回収率５０％）、液温２０℃
【００４０】
図５を参照し、試験２の結果を説明する。図５は、上記の処理条件で原水を処理したときの濾過時間とＲＯモジュール１７における透過水量の関係をグラフで示したものである。図５中の線５（ａ）は、本実施形態の水処理装置１００で処理した結果である。線５（ｂ）は、水処理装置１００から紫外線酸化塔４を省略した従来の水処理装置で処理した結果である。線５（ｂ）では、透過水量が減少した時点でＲＯエレメントの薬剤洗浄を行い、透過水量の回復を図った。一方、線５（ａ）では、ＲＯモジュール１７における透過水量の減少が、線５（ｂ）と比較して明らかに小さいため、試験２の期間中においては薬剤洗浄の必要が無かった。以上の結果より、第２実施形態の水処理装置１００は、従来の水処理装置に比べて、水処理能力を格段に向上できることが立証された。
【００４１】
以上説明したように、第２実施形態の水処理装置１００は、第１実施形態の水処理装置１の変形例であって、膜濾過モジュール６の代わりに、ＲＯモジュール１７を備える。ＲＯモジュール１７は、水を透過し且つイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を有する逆浸透膜（ＲＯ膜）を有するＲＯエレメントを備える。水処理装置１００は、ＲＯモジュール１７の前段に、第１実施形態と同じ紫外線酸化塔４を備える。これにより、ＲＯエレメントの濾過膜面への吸着及び濾過膜の細孔での抑留を少なくすることができる。また、これにより、共存する微粒子への有機物吸着が少なくなるので、微粒子自体の接着性が減少し、薬剤洗浄の効果を高めることができる。さらに、第２実施形態では、ＲＯモジュール１７の前段に、活性炭塔１５を備える。活性炭塔１５は、ＲＯモジュール１７で処理する前に、紫外線酸化塔４で前処理した際に水に残存するオゾンを活性炭で分解して除去するので、逆浸透膜を保護できる。
【００４２】
以上説明において、膜濾過モジュール６及びＲＯモジュール１７は本発明の「濾過手段」の一例である。紫外線酸化塔４は本発明の「前処理手段」の一例である。紫外線酸化塔４の反応筒４０は本発明の「反応槽」の一例である。放電管５３は本発明の「紫外線発光部」の一例である。活性炭塔１５は本発明の「オキシダント除去手段」の一例である。砂濾過塔３は本発明の「鉄・マンガン除去手段」の一例である。
【００４３】
なお、本発明は上記の第１，第２実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。紫外線酸化塔４の放電管５３は低圧水銀灯であるが、少なくとも１８５ｎｍの波長を有する紫外線を発光するものであれば水銀ランプ等に限らず何でもよく、例えばＬＥＤでもよい。
【００４４】
原水の水質、例えば濁度が極めて低い場合は、第１実施形態の砂濾過塔３、中継槽５は省略してもよい。第２実施形態の活性炭塔１５、プレフィルタ１６は省略してもよい。
【００４５】
また、石英ジャケット５１の材質は石英に限定されない。また、石英ジャケット５１は、有底の円筒形であるが、反応筒４０の内側と空間を仕切ることができれば、円筒形に限定されない。
【符号の説明】
【００４６】
１      水処理装置
４      紫外線酸化塔
６      膜濾過モジュール
１５      活性炭塔
１７      ＲＯモジュール
４０      反応筒
５１      石英ジャケット
５２      空気供給管
５３      放電管
５４      オゾン化空気管
１００      水処理装置
【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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