(57)【要約】    【課題】本発明は、透過水又は濃縮水の流量を調整することができる水処理装置等を提供する。    【解決手段】本発明は、被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液とを得る正浸透膜部と、前記正浸透膜に前記駆動溶液を移送する移送部と、前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部とを備える、水処理装置等である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液とを得る正浸透膜部と、
前記正浸透膜に前記駆動溶液を移送する移送部と、
前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部とを備える、水処理装置。
【請求項２】
前記正浸透膜部で得られる前記透過水の流量、及び、前記濃縮水の流量の少なくとも何れか一方の流量を測定する測定部を更に備えており、
前記調整部は、前記測定部の測定値に基づいて前記駆動溶液の浸透圧を調整する、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記移送部は、第１駆動溶液を前記正浸透膜部に移送する第１移送部と、前記第１駆動溶液よりも浸透圧が低い第２駆動溶液を前記正浸透膜部に移送する第２移送部とを有し、
前記調整部は、前記第１移送部から前記正浸透膜部に移送する第１駆動溶液の流量、及び、前記第２移送部から前記正浸透膜部に移送する第２駆動溶液の流量の少なくとも何れか一方の流量を調整することにより、前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部である、請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第２移送部は、前記第２駆動溶液として前記混合液を移送する移送部である、請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
被処理水と駆動溶液とを正浸透膜に移送し、前記被処理水と前記駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液とを得つつ、前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する、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、及び、水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理水から濃縮水を得るために、前記被処理水と、前記被処理水よりも浸透圧が高い駆動溶液とを正浸透膜（以下、「ＦＯ膜」ともいう。）を介して接触させることにより、前記被処理水よりも有機物濃度が高い濃縮水を得る方法が知られている（例えば、特許文献１）。前記駆動溶液には、被処理水よりも浸透圧を高くするための浸透圧発生剤と水とが含有されている。
例えば、特許文献１には、被処理水たる有機性廃水（有機物を含有する廃水）からＦＯ膜により濃縮水を得、該濃縮水を嫌気処理槽に移送し嫌気処理する方法が記載されている。この方法により、有機性廃水を嫌気処理する前に濃縮させることができる。そして、これにより、嫌気処理槽内で処理すべき水量を抑制することができる。その結果、嫌気処理槽のコンパクト化を図ることができる。
【０００３】
また、被処理水から浄化水を得るために、前記被処理水と、前記被処理水よりも浸透圧が高い駆動溶液とをＦＯ膜を介して接触させることにより、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液を得、前記混合液から浸透圧発生剤を除去して浄化水を得ることも知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０１６３９２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法では、ＦＯ膜で膜処理することによりＦＯ膜にファウリングが生じ、その結果、被処理水に含まれる水がＦＯ膜を透過し難くなり、透過水の流量が減少し、濃縮水における有機物の濃縮率が低下する。そして、嫌気処理槽で処理すべき水量が増加し、嫌気処理槽内へ供給する濃縮水における有機物の濃度が運転初期と比較して小さくなる。従って、この濃度変動によって嫌気処理槽の管理が難しくなるという問題があった。
【０００６】
よって、透過水や濃縮水の流量の変動を抑制できることが望まれ得る。また、透過水や濃縮水の流量の変動を抑制するだけでなく、意図的に透過水や濃縮水の流量を変動できることも望まれ得る。
すなわち、透過水又は濃縮水の流量を調整することが望まれ得る。
【０００７】
本発明は、上記要望点に鑑み、透過水又は濃縮水の流量を調整することができる水処理装置及び水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水処理装置は、被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液とを得る正浸透膜部と、
前記正浸透膜に前記駆動溶液を移送する移送部と、
前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部とを備える。
【０００９】
斯かる水処理装置によれば、前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整することにより、透過水又は濃縮水の流量を調整することができる。
【００１０】
本発明に係る水処理方法は、被処理水と駆動溶液とを正浸透膜に移送し、前記被処理水と前記駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液とを得つつ、前記正浸透膜に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、透過水又は濃縮水の流量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る水処理装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、有機性廃水を生物で生物処理するための水処理装置を例に、本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、被処理水Ａたる有機性廃水と駆動溶液Ｂとを正浸透膜２１を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液Ｃとを得る正浸透膜部２と、前記正浸透膜２１に前記駆動溶液を移送する移送部３と、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部４とを備える。
【００１５】
また、本実施形態に係る水処理装置１は、前記正浸透膜部２で得られる前記透過水の流量を測定する測定部５を更に備える。
なお、前記測定部５は、前記正浸透膜部２で得られる前記透過水の流量の代わりに、前記正浸透膜部２で得られる濃縮水の流量を測定する測定部であってもよい。また、前記測定部５は、前記正浸透膜部２で得られる前記透過水の流量、及び、前記濃縮水の流量を測定する測定部であってもよい。
【００１６】
さらに、本実施形態に係る水処理装置１は、前記濃縮水を生物で生物処理する生物処理槽６を更に備える。
【００１７】
本実施形態に係る水処理装置は、混合液Ｃを系外に排出するように構成されている。
前記混合液Ｃは、例えば、海に放流される（特に、前記駆動溶液が海水である場合）。
【００１８】
前記駆動溶液Ｂとしては、従来公知の駆動溶液を用いることができる。
前記駆動溶液Ｂは、正浸透膜部２での被処理水Ａよりも浸透圧が高い溶液である。
前記駆動溶液には、被処理水よりも浸透圧を高くするための化学物質が含まれている。
前記駆動溶液の前記化学物質としては、感温性ポリマーが好ましい。該感温性ポリマーは、水を捕捉し、温度を上げた時に水を放出してポリマーどうしが凝集するポリマーである。該感温性ポリマーとしては、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独重合又は他のモノマーと共重合して得られるポリマーが挙げられる。
また、感温性ポリマー以外の前記化学物質としては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、アンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、脂肪族アルコール、イミダゾール誘導体等が挙げられる。
塩化ナトリウムを含む駆動溶液としては、海水等が挙げられる。
【００１９】
前記正浸透膜部２の前記正浸透膜２１としては、半透膜を用いることができる。また、形状に関し、前記正浸透膜２１としては、中空糸膜、平膜などを用いることができる。
【００２０】
前記移送部３は、第１駆動溶液Ｂ１を前記正浸透膜部２に移送する第１移送部３１と、前記第１駆動溶液Ｂ１よりも浸透圧が低い第２駆動溶液を前記正浸透膜部２に移送する第２移送部３２とを有する。
なお、“第２駆動溶液が、第１駆動溶液よりも浸透圧が低い”とは、第２駆動溶液と第１駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させた際に、正浸透膜を介して第２駆動溶液側から第１駆動溶液側に水が移動することを意味する。
前記第２移送部３２は、前記第２駆動溶液として前記混合液を移送する移送部である。
【００２１】
前記移送部３は、具体的には、第１駆動溶液Ｂ１を正浸透膜部２に移送する移送配管３ａと、該移送配管３ａの途中に第２駆動溶液を導入する導入配管３ｂとを有する。
移送配管３ａは、前記導入配管３ｂによって第２駆動溶液が導入される箇所よりも上流側の第１移送配管３ａ１と、該箇所よりも下流側の第２移送配管３ａ２とを有する。
第２移送配管３ａ２は、導入配管３ｂから移送配管３ａに導入された第２駆動溶液を正浸透膜部２に移送する移送配管となっている。
以上より、前記第１移送部３１は、移送配管３ａを有し、言い換えれば、第１移送配管３ａ１及び第２移送配管３ａ２を有する。また、前記第２移送部３２は、導入配管３ｂ及び第２移送配管３ａ２を有する。
【００２２】
前記導入配管３ｂは、正浸透膜部２から移送配管３ａの途中に混合液を第２駆動溶液として導入する導入配管である。
前記移送部３は、前記導入配管３ｂの途中から分岐した分岐配管３ｃを有する。該分岐配管３ｃは、混合液Ｃを系外に排出する。
前記導入配管３ｂは、前記分岐配管と接続された箇所よりも上流側の第１導入配管３ｂ１と、該箇所よりも下流側の第２導入配管３ｂ２とを有する。
以上より、前記第２移送部３２は、第１導入配管３ｂ１と、第２導入配管３ｂ２と、前記第２移送配管３ａ２とを有する。
【００２３】
前記測定部５は、前記正浸透膜部２に移送される駆動溶液Ｂの流量Ｆ２を測定する第１測定部５１と、前記正浸透膜部２から排出される前記混合液の流量Ｆ３を測定する第２測定部５２とを備える。
前記測定部５では、下記式（１）により、前記正浸透膜部で得られる前記透過水の流量ＦＡを求めることができる。
ＦＡ  ＝  Ｆ３  −  Ｆ２  ・・・（１）
【００２４】
前記第１測定部５１は、第２移送配管３ａ２内を移送される駆動溶液Ｂの流量Ｆ２を測定する第１測定部となっている。
また、前記第２測定部５２は、第１導入配管３ｂ１内を移送される混合液の流量Ｆ３を測定する第２測定部となっている。
さらに、前記測定部５は、分岐配管３ｃ内を移送される混合液の流量Ｆ４を測定する第３測定部５３を有する。
【００２５】
前記調整部４は、前記測定部５の測定値に基づいて前記駆動溶液Ｂの浸透圧を調整する。
また、前記調整部４は、前記第１移送部３１から前記正浸透膜部２に移送する第１駆動溶液Ｂ１の流量、及び、前記第２移送部３２から前記正浸透膜部２に移送する第２駆動溶液の流量の少なくとも何れか一方の流量を調整することにより、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部である。
【００２６】
前記調整部４は、第１駆動溶液Ｂ１を第１移送配管３ａ１内にて移送されうるように第１移送配管３ａ１に配された第１ポンプ４１と、駆動溶液Ｂを第２移送配管３ａ２内にて移送されうるように第２移送配管３ａ２に配された第２ポンプ４２とを備える。
さらに、前記調整部４は、第１移送配管３ａ１内を駆動溶液Ｂが逆流しないように第１移送配管３ａ１に配された第１逆止弁４３と、第２移送配管３ａ２内を駆動溶液Ｂが逆流しないように第２移送配管３ａ２に配された第２逆止弁４４とを備える。
また、前記調整部４は、分岐配管３ｃ内を移送される混合液の流量を調整する調整弁４５を備える。調整弁４５は、開度を自動制御によって調整する調整弁である。なお、調整弁４５は、開度を手動で調整する調整弁であってもよい。
【００２７】
前記生物処理槽６の前記生物としては、嫌気性生物、好気性生物が挙げられる。前記嫌気性生物としては、メタン発酵菌、脱窒菌、酸生成菌等が挙げられる。前記好気性生物としては、硝酸菌、亜硝酸菌等が挙げられる。前記生物としては、メタン発酵菌が好ましい。
【００２８】
また、本実施形態に係る水処理装置１は、被処理水Ａを前記正浸透膜部２に移送する第３移送配管７１と、被処理水Ａを第３移送配管７１内にて移送されうるように第３移送配管７１に配された第３ポンプ７２とを備える。
【００２９】
なお、本実施形態による効果は、前記生物が嫌気性生物である場合に、特に発揮される。
嫌気性生物の活性を高く維持するには生物処理槽６内を加温する必要がある。加温にはエネルギーを要し、処理水量が多いほど生物処理槽６も大型化するので加温に必要なエネルギーも大きくなる。
しかし、本実施形態によれば正浸透膜部２によって被処理水を濃縮させることができるので、生物処理槽６で処理すべき水量を少なくすることができ、その結果、生物処理槽６を小型化することができる。
よって、加温に必要なエネルギーを小さくすることができる。
【００３０】
本実施形態に係る水処理方法では、被処理水Ａと駆動溶液Ｂとを正浸透膜２１に移送し、前記被処理水Ａと前記駆動溶液Ｂとを正浸透膜２１を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液Ｃとを得つつ、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する。
【００３１】
本実施形態に係る水処理方法は、本実施形態に係る水処理装置を用いる。
【００３２】
本実施形態に係る水処理方法では、以下の操作を行う。
１）  第１ポンプ４１と第３ポンプ７２を起動させる。このとき、調整弁４５は閉じた状態となっている。また、被処理水Ａは第３移送配管７１内を一定の流量で流れている。
２）  その後、第２ポンプ４２を起動させ、“Ｆ３−Ｆ２”の値が第１設定値（上限設定値）よりも大きくなったときに、第１ポンプ４１を停止させる。
３）  第２移送配管３ａ２と導入配管３ｂとで構成された循環配管内で駆動溶液Ｂを循環させつつ、調整弁４５を開いて混合液の一部を分岐配管３ｃで系外に排出する状態にする（循環運転）。このとき、下記式（２）を満たしつつ、Ｆ２がほぼ一定になるように調整弁４５の開度を調整する。
Ｆ３−Ｆ２  ＝  Ｆ４  ・・・（２）
４）  膜を透過する透過水の流束は徐々に低下する（“Ｆ３−Ｆ２”の値が小さくなる）ので、上記式を満たしつつ、Ｆ２をほぼ一定にすべく、調整弁４５の開度は徐々に小さくなる。
５）  “Ｆ３−Ｆ２”の値が第２設定値（下限設定値）よりも小さくなったときには、第１ポンプ４１を起動することによって、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液Ｂの浸透圧を高める。その後、“Ｆ３−Ｆ２”の値が第１設定値（上限設定値）よりも大きくなったときには、第１ポンプ４１を停止させる。
６）  ３）〜５）の操作を繰り返す。
７）  ５）の操作において、第１ポンプ４１を起動してから“Ｆ３−Ｆ２”の値が第１設定値（上限設定値）よりも大きくなるまでに要する時間が、設定時間以上かかる場合は、膜処理を停止して、正浸透膜２１の洗浄を行う。
本実施形態に係る水処理方法では、以上の操作により、透過水の流量（“Ｆ３−Ｆ２”の値）の変動を抑制できる。
【００３３】
本実施形態に係る水処理装置１は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
【００３４】
即ち、本実施形態に係る水処理装置１は、被処理水Ａと駆動溶液Ｂとを正浸透膜２１を介して接触させることにより、濃縮水と、透過水及び前記駆動溶液が混合された混合液Ｃとを得る正浸透膜部２と、前記正浸透膜部２に前記駆動溶液を移送する移送部３と、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液の浸透圧を調整する調整部４とを備える。
斯かる水処理装置１によれば、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液Ｂの浸透圧を調整することにより、透過水又は濃縮水の流量を調整することができる。
特に、本実施形態に係る水処理装置１では、濃縮水を生物処理槽６で生物処理するが、透過水又は濃縮水の流量を調整することにより、濃縮水の流量の変動及び濃縮水における有機物濃度の変動の少なくとも一方の変動を抑制でき、その結果、生物処理槽６で濃縮水を安定的に生物処理することができる。また、生物処理槽６でメタン発酵菌により濃縮水を生物処理する場合は、得られるメタンガスの量の変動を抑制できる。
【００３５】
また、本実施形態に係る水処理装置１は、前記正浸透膜部２で得られる前記透過水の流量、及び、前記濃縮水の流量の少なくとも何れか一方の流量を測定する測定部５を更に備えている。前記調整部４は、前記測定部５の測定値に基づいて前記駆動溶液Ｂの浸透圧を調整する。
斯かる水処理装置１によれば、前記測定部５の測定値に基づいて、前記正浸透膜２１に移送する駆動溶液Ｂ（前記正浸透膜２１に供給される直前の駆動溶液Ｂ）の浸透圧を調整するので、透過水又は濃縮水の流量を調整しやすくなる。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る水処理装置１では、前記移送部３は、第１駆動溶液Ｂ１を前記正浸透膜部２に移送する第１移送部３１と、前記第１駆動溶液Ｂ１よりも浸透圧が低い第２駆動溶液を前記正浸透膜部２に移送する第２移送部３２とを有する。前記調整部４は、前記第１移送部３１から前記正浸透膜部２に移送する第１駆動溶液Ｂ１の流量、及び、前記第２移送部３２から前記正浸透膜部２に移送する第２駆動溶液の流量の少なくとも何れか一方の流量を調整することにより、前記正浸透膜２１に移送する前記駆動溶液Ｂの浸透圧を調整する調整部である。
【００３７】
また、本実施形態に係る水処理装置１では、前記第２移送部３２が、前記第２駆動溶液として前記混合液を移送する移送部である。
斯かる水処理装置１によれば、前記混合液を駆動溶液として利用することができる。
【００３８】
なお、本発明に係る水処理装置及び水処理方法は、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る水処理装置及び水処理方法は、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係る水処理装置及び水処理方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、本実施形態に係る水処理装置では、前記第２駆動溶液として前記混合液を用いているが、本発明に係る水処理装置では、別途用意した駆動溶液を用いてもよい。
また、本発明に係る水処理装置では、駆動溶液を、駆動溶液よりも浸透圧が低い水で希釈することにより、駆動溶液の浸透圧を調整してもよい。
さらに、本発明に係る水処理装置では、被処理水Ａよりも浸透圧を高くするための化学物質を駆動溶液に加えることにより、駆動溶液の浸透圧を調整してもよい。
さらに、本実施形態に係る水処理装置では、前記被処理水Ａが有機性廃水であるが、本発明に係る水処理装置では、被処理水が無機性廃水であってもよい。
また、本実施形態に係る水処理装置では、透過水又は濃縮水の流量の変動を抑制するように調整できればよく、或いは、透過水又は濃縮水の流量を意図的に変動させるように調整できればよい。
【符号の説明】
【００４０】
１：水処理装置、２：正浸透膜部、
３：移送部、３ａ：移送配管、３ａ１：第１移送配管、３ａ２：第２移送配管、３ｂ：導入配管、３ｂ１：第１導入配管、３ｂ２：第２導入配管、３ｃ：分岐配管、
４：調整部、５：測定部、６：生物処理槽、
２１：正浸透膜、
３１：第１移送部、３２：第２移送部、
４１：第１ポンプ、４２：第２ポンプ、４３：第１逆止弁、４４：第２逆止弁、４５：調整弁、
５１：第１測定部、５２：第２測定部、５３：第３測定部、
７１：第３移送配管、７２：第３ポンプ、
Ａ：被処理水、Ｂ：駆動溶液、Ｂ１：第１駆動溶液、Ｃ：混合液
【図１】
2018023933.tif 000003