(57)【要約】【課題】省エネルギーで経済的且つ簡易な廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置を提供する。【解決手段】廃水を正浸透膜１０を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得る正浸透膜装置１と、廃水よりも高浸透圧の正浸透膜１０の駆動液を貯蔵する駆動液貯槽２と、駆動液貯槽２内の駆動液を正浸透膜装置１へ供給し、処理水を駆動液貯槽２内へ返送する循環手段３と、駆動液貯槽２内に塩分を添加する塩添加手段４とを備える廃水の濃縮装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を正浸透膜を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得る正浸透膜装置と、
前記廃水よりも高浸透圧の前記正浸透膜の駆動液を貯蔵する駆動液貯槽と、
前記駆動液貯槽内の前記駆動液を前記正浸透膜装置へ供給し、前記処理水を前記駆動液貯槽内へ返送する循環手段と、
前記駆動液貯槽内に塩分を添加する塩添加手段と
を備えることを特徴とする廃水の濃縮装置。
【請求項２】
前記駆動液貯槽内の前記駆動液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段を備え、
前記塩添加手段が、前記電気伝導率の測定結果に基づいて、前記駆動液の塩分濃度が前記廃水よりも高浸透圧となるように、塩分を添加することを特徴とする請求項１に記載の廃水の濃縮装置。
【請求項３】
前記塩添加手段が、固体の塩を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水の濃縮装置。
【請求項４】
前記駆動液貯槽を複数槽備え、
第１段目の駆動液貯槽から流出する駆動液を後段の駆動液貯槽へ送水する導入管を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃水の濃縮装置。
【請求項５】
最終段の駆動液貯槽から流出する駆動液を濃縮した後、濃縮液を前記最終段の駆動液貯槽よりも前段の駆動液貯槽に返送することを特徴とする請求項４に記載の廃水の濃縮装置。
【請求項６】
廃水を正浸透膜を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得ることと、
駆動液貯槽から前記廃水よりも高浸透圧の前記正浸透膜の駆動液を正浸透膜装置へ供給し、前記処理水を前記駆動液貯槽内へ返送することと、
前記駆動液貯槽内に塩分を添加することと
を含むことを特徴とする廃水の濃縮方法。
【請求項７】
前記駆動液貯槽内の前記駆動液の電気伝導率を測定することを更に含み、
前記電気伝導率の測定結果に基づいて、前記駆動液の塩分濃度が前記廃水よりも高浸透圧となるように、塩分を添加することを含む請求項６に記載の廃水の濃縮方法。
【請求項８】
前記駆動液貯槽内に固体の塩を添加することを含む請求項６又は７に記載の廃水の濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置に関し、特に、正浸透膜を介して廃水を濃縮する技術を利用した廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有害物、有機物、微生物等を含む下水、し尿処理水、産業廃水、用水、飲料水などの被処理水を減圧蒸発濃縮によって処理する方法が知られている。例えば、特許第４０５２６５２号公報には、被処理水を減圧蒸発濃縮処理して凝縮水と濃縮廃水とを得て、濃縮廃水をオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加又は電解酸化により濃縮廃水中の有機成分を分解処理することが記載されている。
【０００３】
有機物を含む有機性排水に対し、生物処理技術と膜分離技術とを組み合わせて水処理する処理方法及び処理装置もまた知られている。特開２０１１−１７３０４０号公報では、有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理する嫌気性処理工程と、嫌気性処理工程の嫌気性処理水を正浸透膜（ＦＯ）で透過液と濃縮廃水とに分離する正浸透膜分離工程と、正浸透膜分離工程の透過液を逆浸透膜（ＲＯ）で処理水と濃縮廃水とに分離する逆浸透膜分離工程とを備えた排水処理方法及び排水処理装置の例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０５２６５２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７３０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業廃棄物として排出される廃水はその容積に応じて課金されることが多いため、排出費削減の観点から減容化の需要は高い。特許文献１に記載されるような従来の手法では、廃水を加温又は真空蒸発処理して水分を蒸発させることにより、水の潜熱以上のエネルギーを投入する必要があり、投入するエネルギーコストが多大となる。
【０００６】
特許文献２に記載された発明では、正浸透膜の二次側に供給する駆動液として正浸透膜処理で得られる透過液を逆浸透膜処理して得られた濃縮廃水を利用しているが、この濃縮廃水を生成させるための逆浸透膜の運転コスト及びメンテナンスコストがかかる。
【０００７】
上記課題を鑑み、本発明は、省エネルギーで経済的且つ簡易な廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明者らが鋭意検討した結果、廃水を正浸透膜を用いて正浸透膜処理する際に、正浸透膜処理に用いられる廃水よりも高浸透圧の駆動液（ドロー液）を貯蔵する駆動液貯槽内に塩分を添加する塩添加装置を配置し、正浸透膜装置と駆動液貯槽との間で駆動液及び処理水を循環させることによって、省エネルギーで経済的且つ簡易な廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置が得られることを見いだした。
【０００９】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、廃水を正浸透膜を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得る正浸透膜装置と、廃水よりも高浸透圧の正浸透膜の駆動液を貯蔵する駆動液貯槽と、駆動液貯槽内の駆動液を正浸透膜装置へ供給し、処理水を駆動液貯槽内へ返送する循環手段と、駆動液貯槽内に塩分を添加する塩添加手段とを備えることを特徴とする廃水の濃縮装置が提供される。
【００１０】
本発明に係る廃水の濃縮装置は一実施態様において、駆動液貯槽内の駆動液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段を備え、塩添加手段が、電気伝導率の測定結果に基づいて、駆動液の塩分濃度が廃水よりも高浸透圧となるように、塩分を添加する。
【００１１】
本発明に係る廃水の濃縮装置は別の一実施態様において、塩添加手段が、固体の塩を添加する。
【００１２】
本発明に係る廃水の濃縮装置は更に別の一実施態様において、駆動液貯槽を複数槽備え、第１段目の駆動液貯槽から流出する駆動液を後段の駆動液貯槽へ送水する導入管を備える。
【００１３】
本発明に係る廃水の濃縮装置は更に別の一実施態様において、最終段の駆動液貯槽から流出する駆動液を濃縮した後、濃縮液を最終段の駆動液貯槽よりも前段の駆動液貯槽に返送する。
【００１４】
本発明は別の一側面において、廃水を正浸透膜を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得ることと、駆動液貯槽から廃水よりも高浸透圧の正浸透膜の駆動液を正浸透膜装置へ供給し、処理水を駆動液貯槽内へ返送することと、駆動液貯槽内に塩分を添加することとを含む廃水の濃縮方法が提供される。
【００１５】
本発明に係る廃水の濃縮方法は一実施態様において、駆動液貯槽内の駆動液の電気伝導率を測定することを更に含み、電気伝導率の測定結果に基づいて、駆動液の塩分濃度が廃水よりも高浸透圧となるように、塩分を添加することを含む。
【００１６】
本発明に係る廃水の濃縮方法は別の一実施態様において、駆動液貯槽内に固体の塩を添加することを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、省エネルギーで経済的且つ簡易な廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る廃水の濃縮装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る廃水の濃縮装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第１変形例に係る廃水の濃縮装置の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の第２変形例に係る廃水の濃縮装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る廃水の濃縮装置は、図１に示すように、廃水を正浸透膜１０を用いて正浸透膜処理し、濃縮廃水と処理水を得る正浸透膜装置１と、廃水よりも高浸透圧の正浸透膜１０の駆動液を貯蔵する駆動液貯槽２と、駆動液貯槽２内の駆動液を正浸透膜装置１の正浸透膜１０の二次側へ供給し、処理水を駆動液貯槽２内へ返送する循環手段３と、駆動液貯槽２内に塩分を添加する塩添加手段４とを備える。
【００２１】
処理対象とする廃水としては特に限定されないが、溶解性有機物を含む有機性廃水が好適とすることができ、具体的には、産業廃水、下水、下水の一次処理水、下水の二次処理水、し尿、畜産廃水、各種製造工場廃水などが利用可能である。
【００２２】
廃水中に浮遊物質が含まれる場合は、予め浮遊物質を固液分離することが好ましい。浮遊物質を固液分離するための固液分離手段は特に限定されるものではなく、重力沈降分離、遠心分離、浮上分離、凝集分離、膜分離等の任意の手段が利用可能である。
【００２３】
正浸透膜装置１内では、正浸透膜１０の一次側へ流入する廃水が、正浸透膜１０の二次側へ供給される駆動液と接触することにより、濃縮廃水と処理水とが得られる。正浸透膜装置１には、廃水を供給するための廃水供給管１１と、正浸透膜処理により得られた濃縮廃水を正浸透膜装置１の外部へ排出するための濃縮廃水排出管１２を備える。
【００２４】
正浸透膜１０は正浸透膜装置１内に供給された廃水中に浸漬されている。正浸透膜１０の種類としては特に限定されず、種々の半透膜を使用できるが、駆動液の塩が一部流入する膜を使用することが好ましい。例えば、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、塩化ビニル、アクアポリンなどの様々な材料を使用することができる。正浸透膜１０の形状も特に限定されず、平膜、スパイラル膜、中空糸膜など任意の形状の膜を利用できる。
【００２５】
駆動液貯槽２は、正浸透膜装置１へ供給する駆動液の貯蔵と駆動液の塩分濃度を調整するための槽であり、駆動液を攪拌するための攪拌設備（図示せず）を備えていてもよい。駆動液貯槽２と正浸透膜装置１との間には、循環手段３が接続されている。循環手段３は、駆動液貯槽２からの駆動液を供給する駆動液供給ライン３ａと、正浸透膜１０を介した廃水の正浸透膜処理により得られる処理水を駆動液貯槽２へ返送するための処理水返送ライン３ｂを備える。
【００２６】
駆動液貯槽２に貯蔵される駆動液としては、任意の塩類を用いることができる。例えば、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなどを用いることができるが、塩水（塩化ナトリウム溶液）が好適に用いられる。塩水としては、海水、塩湖水等のかん水、イオン交換塔の再生廃水の他、塩分を含む種々の溶液が利用可能である。駆動液貯槽２には、駆動液の塩分濃度を調整するための塩添加手段４が接続されている。
【００２７】
塩添加手段４は、任意の成分の塩分を供給可能な手段であれば特に限定されないが、中でも塩（ＮａＣｌ）を供給するための手段であることが好ましい。塩は取り扱いが容易で、経済性に優れ、固体の状態で駆動液貯槽２内へ導入できる点で好ましい。塩としては、食塩、工業用の塩等が利用可能である。塩添加手段４から塩分が添加されることにより、廃水よりも高浸透圧の高塩分濃度の溶液が調製される。
【００２８】
塩添加手段４から添加される塩分量は駆動液を構成する塩化ナトリウム溶液の飽和溶液が作製できる程度に過剰に供給されてもよい。例えば、駆動液貯槽２内に固体の塩（塊状の塩）２５が残存する程度に、塩分が過剰に添加されてもよい。駆動液貯槽２内に常時、固体の塩２５が収容される状態とすることによって、正浸透膜処理の処理水が駆動液貯槽２に流入して駆動液の塩分濃度が低くなった際においても、塩添加手段４から積極的に塩を添加しなくても、駆動液貯槽２内の固体の塩２５が固液平衡を保つように溶け出して飽和溶液の状態を維持することができるため、常に高塩分濃度の駆動液を駆動液貯槽２内に貯蔵しておくことができる。
【００２９】
駆動液貯槽２内には、駆動液貯槽２内の駆動液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段５と、電気伝導率測定手段５及び塩添加手段４に電気的に接続された制御手段６を更に備えていても良い。
【００３０】
例えば、電気伝導率測定手段５によって測定された電気伝導率に基づいて、制御手段６が駆動液貯槽２内の塩分濃度を換算し、換算結果に基づいて、所定量の塩分を駆動液貯槽２内に供給するための信号を塩添加手段４へ出力する。塩添加手段４は、制御手段６からの入力信号に基づいて、所定量の塩分を駆動液貯槽２へ添加することにより、駆動液貯槽２内の駆動液の塩分濃度をより適切な範囲に調整することができる。
【００３１】
なお、上記の制御手法は一例であり、これに限定されないことは勿論である。例えば、制御手段６が測定された電気伝導率に基づいて塩分濃度を換算するのではなく、測定された電気伝導率を予め設定された電気伝導率の基準値と比較するようにしてもよい。例えば、廃水の浸透圧や塩分濃度に応じて、駆動液の電気伝導率の基準値を操作者が予め設定しておき、電気伝導率測定手段５による電気伝導率の測定結果がその基準値を下回る場合に、塩添加手段４が駆動液貯槽２内に所定量の塩分を添加するように構成されていてもよい。また、図１においては汎用の計算機等で構成される制御手段６を備える構成を例示したが、本濃縮処理に従事する操作者が手動で塩分の添加量を調整してもよいことは勿論である。
【００３２】
駆動液貯槽２内には、廃水の正浸透膜処理によって得られた処理水が処理水返送ライン３ｂを介して返送されるため、正浸透膜１０を介して流入した処理水の水分量だけ容積が増加し、塩分濃度が低下する。本発明の第１の実施の形態に係る濃縮装置によれば、駆動液貯槽２内の駆動液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段５を備え、塩添加手段４が、電気伝導率の測定結果に基づいて、駆動液の塩分濃度が廃水よりも高浸透圧となるように、塩分を添加して駆動液の塩分濃度を調整することにより、常に正浸透膜処理に適した濃度の駆動液を調製することができ、安定して正浸透膜処理を行うことができる。
【００３３】
なお、廃水の濃縮処理に伴い、駆動液貯槽２内の液体が所定量を超える場合には、駆動液貯槽２に接続された排出管２２を介して駆動液の一部を外部へ排出することが好ましい。
【００３４】
このように、本発明の第１の実施の形態に係る廃水の濃縮装置及び濃縮方法によれば、図１に示すような正浸透膜装置１を利用して廃水の濃縮処理を行うことにより、廃水を真空蒸発処理して濃縮する従来の手法に比べて、エネルギーコストを低減することができる。また、逆浸透膜（ＲＯ）装置などを用いて駆動液を調製する場合に比べて、装置内の加圧のための大型ポンプを使用する必要がなくなり、動力を削減することができる。更に、駆動液の塩分供給源として固体の塩（ＮａＣｌ）を用いることで、経済的且つ簡易な廃水の濃縮方法及び廃水の濃縮装置が提供できる。
【００３５】
なお、本処理過程においては、正浸透膜装置１内の正浸透膜が汚染されていくため、正浸透膜１０を定期的、或いは汚れがひどい場合に洗浄することが好ましい。洗浄方法は、例えば正浸透膜装置１内の廃水を排出して、洗浄液を満たして洗浄してもよく、また正浸透膜１０を引き上げて別置きの洗浄装置に導入して洗浄してもよい。洗浄液としては、無機スケールの場合は、クエン酸や塩酸、リン酸、スルファミン酸などを用いると効果的であり、シルト、粒子の場合は水酸化ナトリウム、或いはドデジル硫酸ナトリウムなどの併用、バイオファウリングの場合は、同様に水酸化ナトリウム、ドデジル硫酸ナトリウム、ＥＤＴＡ、リン酸ナトリウム等を併用することが好ましい。膜の材質が酢酸セルロースの場合は低濃度の次亜塩素酸ナトリウムも用いることができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る廃水の濃縮装置は、図２に示すように、正浸透膜装置１及び駆動液貯槽２を複数槽備え、第１段目の駆動液貯槽２から流出した駆動液を後段の駆動液貯槽２へ送水する導入管７を備える。
【００３７】
駆動液貯槽２へ塩分を供給するための塩添加手段４は、第１段目の駆動液貯槽２に設置されている。なお、図２の濃縮装置では、それぞれ正浸透膜装置１及び駆動液貯槽２を３槽ずつ備える例を示しているが、正浸透膜装置１及び駆動液貯槽２の槽数はそれ以上でもそれ以下でもよく、図２の構成に限定されないことは勿論である。
【００３８】
図２に沿って、第１段目の駆動液貯槽２に塩添加手段４が接続された場合を例に廃水の濃縮処理の例を説明する。第１段目の駆動液貯槽２では飽和濃度に近い塩水が収容されており、この塩水が第１段目の正浸透膜装置１の正浸透膜（図示せず）の二次側に駆動液供給ライン３ａを介して導入され、第１段目の正浸透膜装置１の正浸透膜を介して流入した廃水の処理水が、処理水返送ライン３ｂを介して第１段目の駆動液貯槽２に返送される。
【００３９】
第１段目の駆動液貯槽２の水量は、返送された廃水由来の処理水の水分量だけ増加するので、増加分が導入管７を介して第２段目の駆動液貯槽２へ送られる。第２段目の駆動液貯槽２内の駆動液の塩分濃度は、第１段目の駆動液貯槽２の駆動液の塩分濃度よりも低くなっているが、浸透圧がまだ高い状態を維持しているので、第２段目の正浸透膜装置１の正浸透膜に駆動液供給ライン３ａを介して導入され、ここでも廃水由来の処理水が、処理水返送ライン３ｂを介して第２段目の駆動液貯槽２に返送される。
【００４０】
第２段目の駆動液貯槽２は、第１段目の駆動液貯槽２と同様に、廃水に由来する処理水の返送量だけ容積が増加するため、導入管７を介して後段の第３段目の駆動液貯槽２に導入される。このようにして、順次容積が増加した駆動液を導入管７を介して後段の駆動液貯槽２へ送り、最終的には増加した駆動液を外部へ放流する。
【００４１】
本発明の第２の実施の形態に係る濃縮装置及び濃縮方法によれば、正浸透膜装置１及び駆動液貯槽２を複数槽配置することにより、より多くの廃水を処理することが可能になるとともに、各駆動液貯槽２の濃度を、所定の濃度に維持することができるため、各正浸透膜装置１内の処理性能の変動を抑えることができる。これにより、システム全体の処理が安定する。なお、図２の例では、第１段目の駆動液貯槽２のみに塩添加手段４を接続する例を示したが、処理対象とする廃水の浸透圧が高い場合には、必要に応じて塩添加手段４を第１段目よりも後段の駆動液貯槽２に適宜設置してもよいことは勿論である。
【００４２】
（その他の変形例）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
【００４３】
例えば図３に示すように、本発明の第１変形例に係る廃水の濃縮装置は、単一の正浸透膜装置１に対し、駆動液貯槽２を複数槽備えることができる。正浸透膜装置１内には複数の正浸透膜１０が浸漬されており、各正浸透膜１０に対して各駆動液貯槽２が接続されている。そして、前段の駆動液貯槽２から流出した駆動液を後段の駆動液貯槽２へ送水する導入管７がそれぞれ接続されている。図３に示す廃水の濃縮装置によれば、複数の正浸透膜１０を正浸透膜装置１内に配置することにより、装置の小型化及び簡略化が図れる。
【００４４】
また、図４に示すように、本発明の第２変形例に係る廃水の濃縮装置では、最終段の駆動液貯槽２、或いは最終段の駆動液貯槽２の流出水の少なくとも一部を濃縮し、得られた濃縮水を最終段の駆動液貯槽２よりも前段の駆動液貯槽２に返送するようにしてもよい。返送する駆動液貯槽２は任意の貯槽に返送することができるが、第１段目の貯槽が最も塩分濃度が高いので、第１段目の駆動液貯槽２へ返送することが好ましい。これにより、濃縮水を有効利用して塩分濃度をより適正な範囲に調整することができる。濃縮方法は任意の方法をとることができ、蒸発法、逆浸透膜法などを採用することができる。
【実施例】
【００４５】
以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００４６】
(実施例１)
図１に示す濃縮装置を用いて、有機物を含む産業廃水の濃縮を実施した。産業廃水の有機物濃度（全有機炭素濃度：ＴＯＣ）は０．５％であった。全有機炭素濃度は、ＴＯＣ分析計を用いて測定した。駆動液貯槽には電気伝導率計を設置して駆動液中の塩分濃度を求め、塩分濃度が１９％を下回ったら固体の食塩を自動添加し、駆動液貯槽内の塩分濃度が１９％以上を維持するように制御した。本濃縮処理は回分式であり、１ｍ3の廃水を正浸透膜装置に導入し、得られた処理水を駆動液貯槽２へ送り、駆動液貯槽２からの駆動液を正浸透膜装置へ導入する循環運転を実施した。１日後の廃水の容積は０．１ｍ3であり、有機物濃度（ＴＯＣ）を５％まで濃縮させることができた。
【００４７】
（実施例２）
図２に示す濃縮装置を用いて、有機物を含む産業廃水の濃縮を実施した。正浸透膜装置を３槽設置し、それぞれ有効容積は０．３ｍ3であり、各槽内の廃水が０．１ｍ3となった時点で全量をドレンし、新たな廃水を０．３ｍ3添加した。駆動液貯槽も３槽設置し、それぞれ０．６ｍ3とした。処理開始時、第１段目の駆動液貯槽に０．３ｍ3の飽和食塩水を作製し、第１段目の駆動液貯槽の容積が０．５ｍ3となった時点で、０．２ｍ3分を第２段目の駆動液貯槽に供給した。第２段目の駆動液貯槽では、同様に０．５ｍ3となった時点で、０．２ｍ3分を第３段目の駆動液貯槽に供給した。各駆動液貯槽の塩分濃度は、それぞれ２０％、１２％、７％であり、各槽ともに安定して処理を行うことができた。
【符号の説明】
【００４８】
１…正浸透膜装置
２…駆動液貯槽
３…循環手段
３ａ…駆動液供給ライン
３ｂ…処理水返送ライン
４…塩添加手段
５…電気伝導率測定手段
６…制御手段
７…導入管
１０…正浸透膜
１１…廃水供給管
１２…濃縮廃水排出管
２２…排出管
２５…固体の塩
【図１】
2019063773.tif 000003
【図２】
2019063773.tif 000004
【図３】
2019063773.tif 000005
【図４】
2019063773.tif 000006