(57)【要約】【課題】処理性能を悪化させずに回収率を向上させる水処理方法および水処理装置を提供する。【解決手段】原水を原水貯水槽に一旦貯水した後、凝集加圧浮上分離および／または凝集沈殿分離する分離工程Ａと、分離工程Ａで得られた処理水をろ過処理する分離工程Ｂと、分離工程Ｂで得られた処理水を逆浸透膜分離して透過水を得る分離工程Ｃとを含む水処理方法であって、分離工程Ｂは洗浄工程を有し、該洗浄工程で発生する洗浄排水を前記原水貯水槽に還流する水処理方法とする。【選択図】図１
2008173534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を原水貯水槽に一旦貯水した後、凝集加圧浮上分離および／または凝集沈殿分離する分離工程Ａと、分離工程Ａで得られた処理水をろ過処理する分離工程Ｂと、分離工程Ｂで得られた処理水を逆浸透膜分離して透過水を得る分離工程Ｃとを含む水処理方法であって、分離工程Ｂは洗浄工程を有し、該洗浄工程で発生する洗浄排水を前記原水貯水槽に還流することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記原水貯水槽の容量と前記洗浄工程でいちどに排出される排水量の比が、
（原水貯水槽容量）／（洗浄工程でいちどに排出される排水量）≧５
の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記分離工程Ｂが２層ろ過による単段ろ過であることを特徴とする請求項１または２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記分離工程Ｂが前段で２層ろ過、後段で単層ろ過を行う多段ろ過であることを特徴とする請求項１または２記載の水処理方法。
【請求項５】
前記分離工程Ａにおける凝集剤の添加量を、分離工程Ａへの供給水の濁度に比例して制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項６】
原水中に含まれる懸濁物質濃度が１０ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項７】
原水が下水または工場廃水を１次処理したものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項８】
原水が海水またはかん水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項９】
原水貯水槽と、該原水貯水槽の後段に設けられる、凝集加圧浮上分離装置および／または凝集沈殿分離装置とを備えた分離手段Ａと、該分離手段Ａの後段に設けられる、ろ過器を備えた分離手段Ｂと、該分離手段Ｂの後段に設けられる、逆浸透膜分離装置を備えた分離手段Ｃとを有し、前記分離手段Ｂは、前記ろ過器の洗浄により発生する洗浄排水を前記原水貯水槽に還流する手段を備えてなることを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】
前記ろ過器の種類が２層ろ過器であることを特徴とする請求項９記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記ろ過器の構成が、前段に２層ろ過器、後段に単層ろ過器を配してなることを特徴とする請求項９記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記凝集加圧浮上分離装置および／または凝集沈殿分離装置の供給水に凝集剤を注入する注入ポンプと、上記分離手段Ａの供給水濁度に比例して該凝集剤の注入量を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は下水、工場廃水等の廃水の再生利用や、海水あるいはかん水の淡水化に好適に用いられる水処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場廃水などの再生処理を行う場合、廃水の性状によっては、活性汚泥法等により１次処理を行った後、凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離などの２次処理を行い、さらにろ過器による３次処理を行った後、逆浸透膜やイオン交換樹脂等を用いて処理水を再利用可能な水質に高める必要がある。
【０００３】
また、海水やかん水を淡水化する場合についても、原水の性状によっては、廃水の再生処理と同様に、原水を凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離処理した後、ろ過処理を行い、逆浸透膜を用いて淡水化を行うことがある。
【０００４】
このような水処理プロセスにおいては、必要コストを可能な限り低く抑えることが望ましいが、その一つの方法として、逆浸透膜やイオン交換処理における回収率を高くして、前処理（１〜３次処理）の容量を小さくし、処理コストを低減する方法などが一般的に用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、廃水再生処理や海水の淡水化に用いられるプロセスとしては、代表的なものとして、凝集砂ろ過＋逆浸透膜処理や、凝集沈殿＋砂ろ過＋逆浸透膜処理や、凝集加圧浮上分離＋砂ろ過＋逆浸透膜処理が挙げられるが、それぞれの単位プロセスにおいては、供給水に対して得られる処理水の割合である回収率に上限があり、供給水水質にもよるが、例えば凝集砂ろ過の場合は９５％、逆浸透膜処理は廃水再生処理の場合９０％、海水淡水化の場合６０％程度である。
【０００６】
中でも、凝集砂ろ過などろ過工程の上限回収率が１００％とはならない理由は、例えば砂ろ過やポリッシングろ過では、ろ過砂に蓄積される汚れを定期的に（通常は１日１回）逆流洗浄するためにろ過水を使用するためである。
【０００７】
したがって、処理コストを低減させるためにろ過器の回収率を上げようとしても、現状の運転方法では、上記上限値以上での運転は困難であり、無理に逆洗水量を下げる、あるいは逆洗間隔を延長する等の方法で回収率を上げて運転すると、ろ過水質の低下やろ過差圧の上昇などが起こり、安定した運転が困難となる。
【０００８】
また、ろ過器の回収率を向上させる手段として、ろ過水ではなく、原水を用いて逆洗を行う方法が特許文献１に開示されている。この場合、確かに処理水を無駄にしないため、ほぼ１００％の高い回収率が得られるが、比較的清澄な原水の場合に限られ、下廃水、工場廃水などへの適用は、逆洗後の処理水質が悪化することから困難である。
【０００９】
又、逆浸透膜処理における回収率に関しても、無理に上げると、処理水質が悪化したり、濃縮水中にスケール成分が析出し膜性能や膜寿命を低下させたり、あるいは運転圧力が高くなるため、処理コスト（電力費）が高くなる等の問題があり、容易に回収率を上げることは困難である。
【００１０】
上記のような問題を回避するため、特許文献２には、下水処理において加圧浮上分離の後にろ過器または生物処理装置を配し、これらの逆洗排水を一旦貯留したあと、ポンプで所定量を加圧浮上装置に返送することにより回収率を上げる方法が開示されている。しかしながら、この方法では懸濁物質濃度が２００ｍｇ／ｌ程度の高濁度の原水に対応できるものの、返送する逆洗排水の懸濁物質濃度が数千〜数万ｍｇ／ｌと非常に高濃度になるため、分離工程における処理性能を安定化させるために、ろ過工程の洗浄排水を一旦貯水し分離工程供給水の水質が極端に変動しない様に専用のポンプで所定量を少しずつ返送し、なおかつ返送する逆洗排水に新たに凝集剤を注入する必要があり、付帯設備が不可欠であった。
【００１１】
このように、現状のろ過器と逆浸透膜の組み合わせによる水処理プロセスにおいては、単純な方法で処理性能を悪化させずに回収率を向上させることには限界があった。
【特許文献１】特開昭５８−４５７０８号公報
【特許文献２】特開平６−１７０３９５号公報
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために、廃水再生処理や海水あるいはかん水の淡水化における回収率を向上させる方法について鋭意検討した結果、以下の発明に至った。即ち、本発明は、原水を原水貯水槽に一旦貯水した後、凝集加圧浮上分離および／または凝集沈殿分離する分離工程Ａと、分離工程Ａで得られた処理水をろ過処理する分離工程Ｂと、分離工程Ｂで得られた処理水を逆浸透膜分離して透過水を得る分離工程Ｃとを含む水処理方法であって、分離工程Ｂは洗浄工程を有し、該洗浄工程で発生する洗浄排水を前記原水貯水槽に還流する水処理方法を特徴とするものである。また、本発明は、原水貯水槽と、該原水貯水槽の後段に設けられる、凝集加圧浮上分離装置および／または凝集沈殿分離装置とを備えた分離手段Ａと、該分離手段Ａの後段に設けられる、ろ過器を備えた分離手段Ｂと、該分離手段Ｂの後段に設けられる、逆浸透膜分離装置を備えた分離手段Ｃとを有し、前記分離手段Ｂは、前記ろ過器の洗浄により発生する洗浄排水を前記原水貯水槽に還流する手段を備えてなる水処理装置を特徴とするものである。
【００１３】
このように本発明においては、原水を一旦貯留した後、前処理工程としての、凝集沈澱分離および／または凝集加圧浮上分離（分離工程Ａ）とろ過工程（分離工程Ｂ）とを組み合わせて実施し、その後で逆浸透膜分離（分離工程Ｃ）を行う。
【００１４】
凝集沈殿分離は、原水に凝集剤を添加し凝集反応させる反応槽と、反応槽で形成された凝集体を成長させる凝集槽、および成長した凝集体を沈殿分離する沈殿槽からなる装置を用い、原水中に含まれる濁質を凝集汚泥として定期的に沈殿槽から排出する。
【００１５】
一方、凝集加圧浮上分離は原水に凝集剤を添加し凝集反応させる反応槽と、反応槽で形成された凝集体を成長させる凝集槽、および凝集体を気泡に付着させて分離する浮上分離槽からなる装置を用い、原水中に含まれる濁質を浮上スカムとして定期的に浮上分離槽から排出する。
【００１６】
上記凝集沈澱分離処理または凝集加圧浮上分離処理において用いる凝集剤としては、原水中の濁質を捕捉、凝集する効果があるものであれば特に限定するのもではなく、例えば、ポリ塩化アルミ（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム、塩化第２鉄、硫酸第２鉄、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）などの、無機系あるいは無機高分子系凝集剤や、ポリアクリルアミドなどの有機高分子系凝集剤を用いることができるが、万一、未反応の凝集剤が後段の逆浸透膜まで漏洩した場合を想定すると、逆浸透膜に吸着しにくい塩化第２鉄を用いることが好ましい。また、反応槽、凝集槽の構造や攪拌器の種類についても、特に限定するものではなく、原水の性状に合わせて適宜選択、設計される。
【００１７】
上記の凝集沈殿、または凝集加圧浮上分離と組み合わされる分離工程Ｂで用いられるろ過器については、凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離で処理された水中に残存する懸濁成分を除去して処理水を更に清澄化し、後段の逆浸透膜処理の供給水として適当な水質にすることを目的としており、通常、砂ろ過器を用いる。
【００１８】
砂ろ過としては、ガーネットや珪砂を用いた単層ろ過や、アンスラサイトと前記ガーネットや珪砂とを組み合わせた２層ろ過、あるいは３層ろ過を用いることができ、原水の水質によって適宜選択される。また、砂ろ過は、単段であってもよいが、上記方式を適宜組み合わせた多段ろ過であっても良く、例えば、ろ過器の前段にアンスラサイトと珪砂とからなる２層ろ過器、後段に珪砂からなる単層ろ過器を組み合わせた２段ろ過としても良い。砂ろ過器に用いるろ過砂の粒径は、特に限定するものではく、原水水質に応じて適宜選択することができるが、砂層の目詰まりによるろ過差圧の上昇を少なく、かつ得られる水質を良好にして安定運転を可能にするために、アンスラサイトの場合では０．８〜１．５ｍｍ、珪砂やガーネットの場合では０．４〜０．７ｍｍの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００１９】
砂ろ過器の運転に際しては、前段の凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離の処理水をそのまま流入させてろ過しても良いが、砂ろ過器よりも上流側で供給水に凝集剤や殺菌剤などの薬剤を注入しておいてろ過すると、凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離で除去し切れなかった原水中の微細な濁質や有機物、あるいは微生物などが凝集し、砂ろ過で除去しやすくなる。ここで用いる凝集剤の種類については、特に限定するものではなく、前段の凝集沈殿分離や凝集加圧浮上分離と同様の凝集剤を用いることができる。さらに、砂ろ過の方式に関しては、供給水に圧力をかけてろ過する圧力式ろ過方式と、加圧せずに水頭差によりろ過する重力式ろ過があるが、本発明ではいずれの方式を用いても良い。
【００２０】
上記の砂ろ過などのろ過工程では運転中に濁質が砂層中に捕捉されるため、運転を継続するとろ過性能が低下する。したがって、ろ過性能を維持するために、定期的に逆洗やリンスなどの洗浄を行って、砂層や膜面の汚れを洗浄し系外に排出する必要がある。これら洗浄工程の周期については、原水の汚れ具合や、ろ過差圧上昇の状況によって適宜決定されるが、通常は砂ろ過の場合は１〜２日に１回程度、逆洗の時間としては３０〜６０分間の割合で行われる。
【００２１】
ここで、逆洗やリンスの洗浄排水は、通常、高濃度の濁質が含まれるため循環利用することはなく、そのまま排水として廃棄される。すなわち、原水の懸濁物質濃度が、下水に代表される様に数百ｍｇ／ｌレベルであると、定期的にろ過器から排出される洗浄排水の懸濁物質濃度は数万ｍｇ／ｌと非常に高濃度となる。そのため、仮に洗浄排水を再利用しようとすると、分離工程における処理性能を安定化させるために、ろ過工程の洗浄排水を一旦貯水し分離工程への供給水の水質が極端に変動しない様に専用のポンプで所定量を少しずつ返送し、なおかつ返送する逆洗排水に新たに凝集剤を注入する必要があり、前処理設備規模の縮小や処理コストの低減を図りながら回収率を向上させるのは、現実的ではないとされてきた。
【００２２】
しかしながら、本発明者らは、原水が下水や工場廃水を１次処理したものであったり、あるいは海水やかん水の様に比較的懸濁物質濃度が低い場合は、原水貯水槽の最大貯水量と１回のろ過器洗浄工程で排出される排水量の比が一定以上あれば、特に洗浄排水の還流水量を調整せず、単純に原水貯水槽に洗浄廃水を全量還流しても大幅な懸濁物質濃度の上昇が無く、比較的安定して分離処理ができることを見出した。  
【００２３】
本発明では、回収率を向上するために、当該ろ過器を含む分離工程Ｂの洗浄排水をそのまま原水貯水槽に還流し、原水と混合して凝集沈殿や凝集加圧浮上分離の供給水として循環利用する。このとき、比較的安定に分離処理が行える原水の濁物質濃度としては、１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下であることが好ましい。また、原水貯水槽の容量と１回のろ過器洗浄の工程で排出される排水量の比、［（原水貯水槽容量）／（１回の洗浄工程で排出される排水量）］については、５以上であることが好ましい。
【００２４】
原水の懸濁物質濃度が上記の濃度以下であれば、ろ過器の洗浄排水に含まれる懸濁物質濃度は数百ｍｇ／ｌ程度に抑えられる。さらに原水貯水槽容量が１回の洗浄工程で排出される排水量の５倍以上ある場合は、希釈効果により分離工程供給水の懸濁物質濃度が最大でも１００ｍｇ／ｌ以下に抑えられるため、問題なく分離処理を行うことができる。さらに好ましくは１０倍以上の容量比があれば良いが、むやみに原水貯水槽の最大貯水量を大きくすることは、設備規模が大きくなるだけで効率的ではないので、最大でも１５倍程度にとどめるのが好ましい。
【００２５】
なお、原水の懸濁物質濃度は、試料原水を孔径１μｍ、径５０ｍｍのガラス繊維ろ紙（ＧＦＰ）を用いて所定量ろ過し、ろ紙上に捕捉された懸濁物質を１１０℃で１時間乾燥し重量を測定し、ＧＦＰ自体の重量を差し引いて求める、所謂ＧＦＰ法により求める。
【００２６】
また、ろ過工程を含む分離工程Ｂの洗浄排水が還流された際に、分離工程Ａにおける処理水の水質変動を少なくするためには、分離工程Ａに供給する水質を均質化するのが良く、そのために原水貯水槽に攪拌装置を設置しても良い。攪拌装置の形式は特に限定しないが、通常のプロペラやピッチパドルのような攪拌翼形式の他に、曝気攪拌方式、あるいは単純な邪魔板を原水貯水槽に設置するだけでもよい。
【００２７】
さらに、分離工程Ａにおける処理水の水質変動を少なくする手段として、分離工程Ａにおいて注入される凝集剤の量を、ろ過工程の洗浄排水還流時に一時的に増加する懸濁物質濃度に比例して増やすことも効果がある。このため、分離工程Ａへの供給水の濁度を連続的に監視し、濁度に比例して凝集剤の注入量を制御することも好ましい。この場合、本来は懸濁物質濃度を直接測定、監視することが望ましいが、通常、懸濁物質濃度を連続的に測定することは困難であるため、積分球方式散乱光度法等で連続測定が可能な濁度を代替指標として測定する。懸濁物質濃度と濁度との間には一義的な相関関係は無いが、懸濁物質の種類に大きな変化が無いと仮定できれば、濁度と懸濁物質濃度には限定的ではあるが一定の比例関係がある。最初にこれらの関係を試運転等で求め検量線を作成しておけば良い。積分球方式散乱光度法については、ＪＩＳ  Ｋ１０１０−９．４（１９９８）に規定された方法に基づいて測定する。
【００２８】
本発明に対し、従来の様にろ過器、ろ過工程の洗浄排水を還流せずに排水する場合は、凝集沈殿の汚泥処理、あるいは凝集加圧浮上のスカム処理に加えて、ろ過器洗浄排水の汚泥分離、脱水処理などの廃水処理が別途必要となり、本プロセスに付随する廃水処理の規模が大きくなってしまうが、本発明ではろ過器、ろ過工程の洗浄排水の還流により、廃水処理設備が高濃度の凝集汚泥、あるいは浮上スカムの分離脱水のみで済むため、廃水処理の規模が非常に小さくなる、というメリットがある。
【００２９】
さらに、本発明では、ろ過工程における洗浄排水を原水に還流するに際し、そのまま原水貯水槽に還流するだけで良く、洗浄排水貯槽や洗浄排水の還流ポンプ等の特別な調整手段を必要とせず、設備が簡素化されるというメリットもある。
【００３０】
上記の前処理工程で得られた処理水については、後段の逆浸透膜により処理され、廃水原水の場合は再生処理水、海水やかん水の場合は淡水（生産水）として供される。ここで用いられる逆浸透膜の種類や型式は、原水や処理水の使用目的に応じて適宜選択されるため、特に限定するものではない。
【００３１】
逆浸透膜の材質としては、架橋芳香族ポリアミドや三酢酸セルロースなどが好適である。また逆浸透膜の型式としては、スパイラル型やプレート・アンド・フレーム型の様な平膜や、中空糸型のモジュールがあり用途に応じて選択される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の水処理方法および装置によれば、廃水の再生処理、あるいは海水やかん水の淡水化において、前処理工程における処理水の回収率を高めることができ、前処理設備規模の縮小や処理コストの低減を図ることができるとともに、本設備に付随する廃水処理設備を簡素化、縮小化することも可能となるため、効率的に低コストで運転することができる、という優れた効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明の水処理方法および装置に関する実施態様を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水処理方法に用いるプロセスフローを示す模式図である。
【００３５】
図１において、１ａは、原水とろ過工程洗浄排水還流水とを貯留混合したあと、凝集剤を添加し凝集反応および凝集フロックを成長させて沈殿分離して上澄み水を処理水として得る凝集沈澱分離工程（分離工程Ａ）、２は、前記処理水をさらに清澄化するためのろ過工程（分離工程Ｂ）、３はろ過処理水から再生処理水や淡水を得るための逆浸透膜分離工程（分離工程Ｃ）である。
【００３６】
まず、原水５は一旦、原水槽６に貯留され、後述するろ過器洗浄排水還流水１５と混合されたあと、ポンプ７により送液され、凝集反応槽９に入る。凝集反応槽９では凝集剤８が適量添加され、直ちに原水と攪拌されることにより、均一に混合されて凝集反応が起こり、原水中に含有される溶解性物質の一部が不溶化して析出するとともに、懸濁成分を取り込んで原水中に微細な凝集体が形成される。このとき、凝集反応を十分に行わせるには、凝集反応槽内での原水の滞留時間が５〜１０分程度となるように槽容量を設計するのが好ましい。また、原水中への凝集剤の拡散を速やかに行うため、攪拌機１０を設けるのが好ましい。攪拌機の種類についてはプロペラ、ピッチドパドル、あるいはディスクタービンなどがあり、原水の性状により適宜選択できる。
【００３７】
次に、凝集反応が起こった原水は凝集槽１１に移され、ここで緩速攪拌されて凝集微粒子どうしが衝突、結合し、大きな凝集フロックへと成長する。凝集槽内では、十分な凝集体の成長を行わせるため、滞留時間としては３〜１０分程度で、ディスクタービンなどの攪拌機１２により、ゆっくりとした攪拌を行うのが好ましい。
【００３８】
上記のようにして凝集が進んだ処理水は続く沈殿槽１３に送られる。沈殿槽１３では、凝集フロックが沈殿して上澄み水（処理水１４）と凝集汚泥１６とに分離される。沈殿槽の種類としては、横流式沈殿槽や中心駆動式沈殿槽があり、さらに沈降汚泥の堆泥方法の違いにより、軽トルク型沈殿槽、重トルク型沈殿槽、傾斜板沈殿槽、高速凝集沈殿槽など種々あるが、本発明は沈殿槽の方式種類を限定するものではなく、また、沈殿槽の大きさについても、原水や沈降汚泥の性状により適宜選択されるものである。
【００３９】
このようにして、凝集沈澱分離された上澄み水（処理水１４）は、続くろ過工程２に送られる。ろ過の方式としては前述したように、砂ろ過を用いることが好適である。
【００４０】
砂ろ過器２１については、ろ材２２の種類や構成により、単層ろ過方式、および多層（２層）ろ過方式があり、また、ろ過圧力のかけ方によって重力ろ過方式、および圧力ろ過方式があり、それぞれ、供給水の水質や、処理水の目標水質に合わせて組み合わせ選択されるが、ろ過水量や水質の安定性を考慮すると圧力式２層ろ過器を用いるのが好ましい。ろ材についても種々あるが、有効径０．８〜１．４ｍｍ程度のアンスラサイトと０．４〜１．０ｍｍ程度の珪砂を組み合わせるのが好ましい。多層ろ過方式であると理想的な深層ろ過となり、ろ材間隙に濁質が多量に捕捉されるようになるため、ろ過差圧の上昇が起こりにくく、かつ得られる処理水質も良好で安定したものとなる。また、圧力ろ過方式であるとろ過差圧が上昇しても、ろ過水量の低下がなく、安定した処理水量を確保できる。
【００４１】
また、供給水の水質によっては、上記圧力式２層ろ過器の後段に、さらに砂ろ過器を設けた多段ろ過方式を採用しても良い。この場合、後段の砂ろ過は、処理水の清澄度を上げることが主目的となるため、０．３〜０．４ｍｍ程度の珪砂を用いた圧力式単層ろ過器を用いるのが好ましい。
【００４２】
砂ろ過器２１におけるろ過流量については、原水の性状やろ過器の種類によって適宜決定されるものであり、特に限定するものではないが、通常の圧力式ろ過器の場合は、通水速度として概ね４〜２０ｍ／ｈ、好ましくは５〜１０ｍ／ｈの範囲内で選択される。また、ろ過時間についても、詳細には原水性状等により決定されるが、通常、圧力式２層ろ過器の場合は２０〜２４時間、圧力式単層ろ過器の場合は４５〜４８時間の範囲で設定するのが好ましい。
【００４３】
ところで、砂ろ過器の運転においては、供給水中の濁質成分がろ過砂層内に徐々に蓄積されるため、長時間ろ過運転を継続すると、ろ過差圧が上昇し水質が低下してくる。そのため、定期的にろ過水を用いて逆流洗浄（逆洗）を行い、ろ材を洗浄する必要がある。通常、砂ろ過器の逆洗では、ろ過処理水槽２４に貯留したろ過処理水の一部を洗浄水２５としてポンプ２６で砂ろ過器２１に圧送する。このとき洗浄水の流れの方向は、通常のろ過とは逆方向とし、ろ材に捕捉されていた懸濁物質を多量に含む洗浄排水２７が砂ろ過器２１から排出される。洗浄水の流量についてもろ過流量と同様、原水性状やろ過器、ろ材の種類により適宜決定されるものであるが、通水速度として概ね３０〜５０ｍ／ｈ、好ましくは３５〜４０ｍ／ｈの範囲内で選択される。
【００４４】
また、ろ過処理水による逆洗の他に空気による逆洗を併用することも好ましい。これは、逆洗中のろか砂層に空気を送り込むことによって、ろ材を強制的に攪拌し、ろ材の汚れを除去しやすくするためであり、逆洗空気の流量や時間は原水性状やろ過器、ろ材の種類によって適宜選択される。
【００４５】
上記のようにして逆洗を行った後は、ろ過器内の洗浄水をろ過器から排水し、再びろ過器に凝集沈殿後の上澄み水（処理水１４）を供給しろ過を行うが、逆洗直後のろ過処理水は、濁質成分が多く残存し水質が悪くなるため一定時間リンスして捨水しなければならない。このときのリンス水の流量は通常のろ過運転時の流量と同等にしておくことが、操作が簡便となり、ろ過水質の安定性も良好となるため好ましい。また、リンス時間は３０〜６０分の範囲で設定することが好ましい。
【００４６】
そして、図３に示す従来の工程では、ろ過器から排出される洗浄排水２７およびリンス排水２８がそのまま装置から排水され再利用されることはないが、本発明では、前処理工程における処理水の回収率を向上させるために、これらを原水槽６に還流する。還流する方法としては、ろ過器の洗浄排水およびリンス排水をそのまま原水槽６に戻す。このとき、凝集沈殿処理の負荷変動をなくし処理水質をより安定化させるためには、原水槽６に攪拌手段を設け、原水槽６に還流される洗浄排水２７、リンス排水２８と原水５とを均一に混合することも好ましい。
【００４７】
上記の前処理工程（凝集沈殿分離工程およびろ過工程）を経て清澄化され、ろ過処理水槽２４に貯留されたろ過処理水２３は、高圧ポンプ３０によって後段の逆浸透膜分離工程３（分離工程Ｃ）に送られる。
【００４８】
このとき、逆浸透膜モジュール３２の目詰まりによる透水性の低下を抑制するため、逆浸透膜供給水３１としては、汚れ指数ＳＤＩ（Ｓｉｌｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｉｎｄｅｘ）が４．０以下、好ましくは３．５、さらに好ましくは３．０以下となるように、前処理工程の凝集剤添加量や処理流量などの運転条件を原水の性状により適宜調整する必要があるが、本発明は、これらの運転条件に関して特に限定するものではない。
【００４９】
この逆浸透膜供給水３１は、高圧ポンプ３０により逆浸透膜での処理に必要な圧力に加圧される。このときの圧力については供給水の蒸発残留物濃度と水温、逆浸透膜における透過水３３の回収率（供給水３１に対する透過水３３の水量比）によって最適な値に設定される。例えば、蒸発残留物濃度に対しては、原水が下水や工場廃水の１次処理水のように２００〜５０００ｍｇ／ｌ程度であまり高くない場合は、圧力としては０．５〜２．５ＭＰａ程度で良いが、かん水や海水などのように５０００〜５００００ｍｇ／ｌと高い場合は、３．０〜７．０ＭＰａといった高圧が必要になる。しかしながら本発明においては、圧力の設定は上述したように、逆浸透膜供給水の性状により適宜設定されるため、特に限定はしない。なお、蒸発残留物濃度はＪＩＳ  Ｋ０１０２−１４．２（１９９８）に準拠して重量法を用いて測定する。
【００５０】
逆浸透膜モジュール３２については、前述した様に材質、型式等、種類は様々であり、本発明は特にこれらについて限定するものではないが、透水性や脱塩性能、さらには取り扱いの容易さの面から、架橋芳香族ポリアミドからなるスパイラル型の逆浸透膜エレメントを用いるのが好適である。
【００５１】
また、該逆浸透膜モジュールは、通常、上記したエレメントを１本または複数本直列に接続して圧力容器に収納して構成する。直列に接続する場合の逆浸透膜エレメントの本数としては、特に限定はしないが、流動抵抗によるエレメントの変形を抑制し、効率よく透過水が得るためには、上限としては８本程度にするのが好ましい。また、処理量によっては、該圧力容器を複数本並列にして用いることもあり、また、原水性状によっては多段に配列して前段逆浸透膜モジュールの濃縮水をさらに逆浸透膜処理して透過水を得て回収率を高めることも可能である。
【００５２】
逆浸透膜モジュールにおける供給水３１に対する透過水３３の回収率についても、原水の性状、特に蒸発残留物濃度により決定され、本発明では特に限定はしないが、例えば下水や工場廃水の１次処理水のように２００〜５０００ｍｇ／ｌ程度であまり高くない場合は、回収率としては６５〜９５％の範囲、好ましくは７０〜９０％の範囲で設定される。また、かん水や海水のように５０００〜５００００ｍｇ／ｌと高い場合は、回収率としては３０〜６５％、好ましくは３５〜６０％の範囲で設定される。
【００５３】
最後に逆浸透膜モジュールで処理された透過水３３については、目的用途に合わせてｐＨの調整や塩素等の殺菌剤の添加、あるいはカルシウム等硬度成分の調整が行われて使用される。一方、逆浸透膜モジュールの濃縮水３４については、濃縮され蒸発残留物濃度が高くなっているので、前処理工程のような原水への還流は困難であり、通常はそのまま装置から排出・放流される。
【００５４】
次に本発明の水処理方法および装置に関する第２の実施態様について図２のプロセスフローに基づいて説明する。
【００５５】
本発明の第２の実施形態は、前処理工程の凝集沈澱分離工程を凝集加圧浮上分離工程１ｂ（分離工程Ａ）に置き換えた他は、前記した第１の実施形態と同じ水処理方法である。凝集加圧浮上分離工程１ｂにおいて、第１の実施形態の場合と同様に凝集反応槽９、および凝集槽１１で凝集が進んだ処理水は続く加圧浮上槽１７に送られる。加圧浮上槽１７では、凝集フロックが加圧水１８から発生した微細気泡に付着して浮上し、処理水１４と浮上スカム１９とに分離される。加圧浮上槽の形状としては、矩形と円形のものがあるが、本発明は特に限定するものではなく、どちらを選択してもかまわない。また、加圧浮上槽１７には上部に浮上スカムを掻き取るためのスクレーパーを有するのが一般的である。また、微細気泡を発生させる加圧水発生装置を備える。加圧水発生装置は、加圧浮上処理水の一部を還流し、これに圧縮空気を溶解させて加圧浮上槽に注入する方法を採用するものが一般的であるが、本発明では効率よく微細気泡を発生させることができるものであれば、特にこだわるものではなく、どのような手段を用いてもかまわない。また、加圧浮上槽の大きさについても、原水や沈降汚泥の性状により適宜選択されるものであり、特に限定はしない。
【００５６】
凝集加圧浮上分離工程後の工程については、前記した第１の実施形態と同じ方法を用いて処理することができ、特別な処理を施す必要はない。
【実施例】
【００５７】
（実施例１および比較例１）
図１に示す本発明の第１の実施形態に基づいた海水の淡水化実験設備を製作し、実験を行った（実施例１）。以下に本実験の主要な設備・運転条件、および結果を示す。
（１）原水
・種類：海水
・流量：１２０ｍ３／日
・蒸発残留物濃度：３５，０００ｍｇ／ｌ
・懸濁物質濃度：３ｍｇ／ｌ
・原水槽容量：５０ｍ３
（２）凝集剤
・種類：塩化第２鉄（ＦｅＣｌ３）
・添加量：１０ｍｇ／ｌ
（３）凝集反応槽
・流入水量：１３０ｍ３／日
・容量：０．４ｍ３（滞留時間：約５ｍｉｎ）
（４）凝集槽
・流入水量：１３０ｍ３／日
・容量：０．８ｍ３（滞留時間：約１０ｍｉｎ）
（５）沈殿槽
・方式：中心駆動式沈殿槽
・流入水量：１３０ｍ３／日
・沈降面積：７ｍ２
・容量：２０ｍ３（滞留時間：約４ｈ）
・凝集汚泥排出量：０．４ｍ３／日
・処理水流量：１２９．６ｍ３／日
（７）ろ過器
・ろ過方式：圧力式２層砂ろ過方式
・ろ材：アンスラサイト（平均粒径０．９ｍｍ）＋珪砂（平均粒径０．５ｍｍ）
・流入水量：１２９．６ｍ３／日
・ろ過面積：０．５７ｍ２
・ろ過流速：１０ｍ／ｈ
・逆洗頻度：２４ｈに１回                  
・逆洗時間：３０ｍｉｎ
・逆洗流速：３０ｍ／ｈ
・リンス時間：３０ｍｉｎ
・リンス流速：１０ｍ／ｈ
・洗浄排水量（還流水量）：１０ｍ３／日（原水槽容量／洗浄排水量比＝５）
・洗浄排水懸濁物質濃度（平均）：１４８ｍｇ／ｌ
・処理水流量（流入水量−洗浄排水量）：１１９．６ｍ３／日
・処理水濁度：＜０．０１ＮＴＵ
（８）逆浸透膜モジュール
・供給水流量：１１９．６ｍ３／日
・供給水圧力：６．０ＭＰａ
・逆浸透膜型式：８インチ（０．２０ｍ）×１ｍスパイラル型エレメント（東レ株式会社製：ＴＭ８２０−３７０）
・逆浸透膜エレメント本数：５本
・圧力容器：ＦＲＰ製：８インチ×５ｍ、１本
・透過水（淡水）流量：４７．８ｍ３／日
・透過水蒸発残留物濃度：２００ｍｇ／ｌ
上記の設備および運転条件で海水淡水化の実験を行なった結果、原水の流入量１２０ｍ３／日に対し、分離工程Ａ（凝集沈殿分離工程）から得られた処理水量はろ過工程からの洗浄排水を還流したことにより１２９．６ｍ３／日となり、さらにろ過工程における処理水流量は１１９．６ｍ３／日となった。したがって、分離工程Ａとろ過工程を合わせた処理水の回収率は、
１１９．６÷１２０×１００＝９９．７％
となった。また、逆浸透膜装置を透過水回収率４０％の条件で運転した結果、得られた透過水流量は４７．８ｍ３／日となり、原水流入量に対する透過水流量の割合（全体の回収率）は
４７．８÷１２０×１００＝３９．８％
であった。
【００５８】
また、得られたろ過器の処理水質は、ろ過器の洗浄排水を原水に還流しても濁度が０．０１ＮＴＵ以下を保っており、後述する比較例１と同等の水質が得られ、逆浸透膜モジュールの目詰まりも少なく安定して運転することができた。
【００５９】
これに対し、ろ過工程における洗浄排水を原水槽に還流しない場合（比較例１）は、原水流量１２０m３／日に対して、凝集沈殿分離から得られた処理水量は１１９．６ｍ３／日となり、さらにろ過工程での処理水流量は１０９．６ｍ３／日となった。したがって、分離工程とろ過工程を合わせた処理水の回収率は、
１０９．６÷１２０×１００＝９１．３％
となった。また、逆浸透膜モジュールを透過水回収率４０％の条件で運転した結果、得られた透過水流量は４３．８ｍ３／日となり、原水流入量に対する透過水流量の割合（全体の回収率）は
４３．８÷１２０×１００＝３６．５％
であり、ろ過工程洗浄排水を還流する実施例１と比較して低い回収率しか得られなかった。なお、ろ過器の処理水質については、濁度が０．０１以下であり、逆浸透膜モジュールの安定運転が可能であった。
【００６０】
（実施例２および比較例２）
図２に示す本発明の第２の実施形態に基づいた工場廃水再生実験設備を製作し、実験を行った。以下に本実験の主要な設備・運転条件、および結果を示す。
（１）原水
・種類：電子部品工場排水（１次処理後水）
・流量：２００ｍ３／日
・蒸発残留物濃度：２，０００ｍｇ／ｌ
・懸濁物質濃度：７ｍｇ／ｌ
・原水槽容量：１００ｍ３
（２）凝集剤
・種類：塩化第２鉄（ＦｅＣｌ３）
・添加量：１２ｍｇ／ｌ
（３）凝集反応槽
・流入水量：２１７ｍ３／日
・容量：０．７ｍ３（滞留時間：約５ｍｉｎ）
（４）凝集槽
・流入水量：２１７ｍ３／日
・容量：１．４ｍ３（滞留時間：約１０ｍｉｎ）
（５）加圧浮上槽
・方式：中心駆動式加圧浮上槽
・流入水量：２１７ｍ３／日
・加圧水流量：３０m３／日（処理水循環）
・浮上面積：３．２ｍ２
・容量：７ｍ３ 
・浮上スカム排出量：０．５ｍ３／日
・処理水流量：２１６．５ｍ３／日
（７）ろ過器
・ろ過方式：圧力式２層砂ろ過方式
・ろ材：アンスラサイト（平均粒径０．９ｍｍ）＋珪砂（平均粒径０．５ｍｍ）
・平均流入水量：２１６．５ｍ３／日
・ろ過面積：０．８５ｍ２
・ろ過流速：１０ｍ／ｈ
・逆洗頻度：２４ｈに１回                  
・逆洗時間：３０ｍｉｎ
・逆洗流速：３０ｍ／ｈ
・リンス時間：３０ｍｉｎ
・リンス流速：１０ｍ／ｈ
・洗浄排水量（還流水量）：１７ｍ３／日（原水槽容量／洗浄排水量比＝５．９）
・洗浄排水懸濁物質濃度（平均）：２５４ｍｇ／ｌ
・処理水流量（流入水量−洗浄排水量）：１９９．５ｍ３／日
・処理水濁度：＜０．０５ＮＴＵ
（８）逆浸透膜モジュール
・供給水流量：１９９．５ｍ３／日
・供給水圧力：１．５ＭＰａ
・逆浸透膜型式：８インチ×１ｍスパイラル型エレメント（東レ株式会社製：ＴＭ７２０−３７０）
・逆浸透膜エレメント本数：１５本
・圧力容器：ＦＲＰ製：８インチ×５ｍ、３本
・透過水（淡水）流量：１４９．６ｍ３／日
・透過水蒸発残留物濃度：８０ｍｇ／ｌ
上記の設備、および運転条件で海水淡水化の実験を行なった結果、原水の流入量２００ｍ３／日に対し、分離工程Ａ（凝集加圧浮上分離工程）から得られた処理水量はろ過工程からの洗浄排水を還流したことにより２１６．５ｍ３／日となり、さらにろ過工程における処理水流量は１９９．５ｍ３／日となった。したがって、分離工程Ａとろ過工程を合わせた処理水の回収率は、
１９９．５÷２００×１００＝９９．８％
となった。また、逆浸透膜モジュールを透過水回収率７５％の条件で運転した結果、得られた透過水流量は１４９．６ｍ３／日となり、原水流入量に対する透過水流量の割合（全体の回収率）は
１４９．６÷２００×１００＝７４．８％
であった。
【００６１】
また、得られたろ過器の処理水質は、ろ過器の洗浄排水を原水に還流しても濁度が０．０５ＮＴＵ以下を保っており、後述する比較例２と同等の水質が得られ、逆浸透膜モジュールの目詰まりも少なく安定して運転することができた。
【００６２】
これに対し、ろ過工程における洗浄排水を原水槽に還流しない場合（比較例２）は、原水流量２００m３／日に対して、凝集加圧浮上分離工程から得られた処理水量は１９９．５ｍ３／日となり、さらにろ過工程での処理水流量は１８２．５ｍ３／日となった。したがって、分離工程とろ過工程を合わせた処理水の回収率は、
１８２．５÷２００×１００＝９１．３％となった。また、逆浸透膜モジュールを透過水回収率７５％の条件で運転した結果、得られた透過水流量は１３６．９ｍ３／日となり、原水流入量に対する透過水流量の割合（全体の回収率）は
１３６．９÷２００×１００＝６８．４％
であり、ろ過工程洗浄排水を還流する実施例２と比較して低い回収率しか得られなかった。なお、ろ過器の処理水質については、濁度が０．０５以下であり、逆浸透膜モジュールの安定運転が可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の水処理方法および装置は、例えば下水、工場排水等の廃水の再生利用や、海水あるいはかん水の淡水化といった水処理に有効利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水処理方法および装置を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る水処理方法および装置を示す模式図。
【図３】従来の水処理方法および装置の一例を示す模式図。
【符号の説明】
【００６５】
１ａ・・・本発明に基づく凝集沈殿分離工程（分離工程Ａ）
１ｂ・・・本発明に基づく凝集加圧浮上分離工程（分離工程Ａ）、
１ｃ・・・従来の凝集沈殿分離工程、
２・・・・ろ過工程（分離工程Ｂ）
３・・・・逆浸透膜分離工程（分離工程Ｃ）
４・・・・ろ過器洗浄排水処理工程
５・・・・原水
６・・・・原水槽
７・・・・原水ポンプ
８・・・・凝集剤
９・・・・凝集反応槽
１０・・・撹拌機
１１・・・凝集槽
１２・・・撹拌機
１３・・・沈殿槽
１４・・・処理水
１５・・・ろ過器洗浄排水還流水
１６・・・凝集汚泥
１７・・・加圧浮上槽
１８・・・加圧水
１９・・・浮上スカム
２０・・・ろ過ポンプ
２１・・・砂ろ過器
２２・・・ろ材
２３・・・ろ過処理水
２４・・・ろ過処理水槽
２５・・・洗浄水
２６・・・洗浄ポンプ
２７・・・洗浄排水
２８・・・リンス排水
３０・・・高圧ポンプ
３１・・・逆浸透膜供給水
３２・・・逆浸透膜モジュール
３３・・・逆浸透膜透過水
３４・・・逆浸透膜濃縮排水
４０・・・ろ過器洗浄排水沈殿槽
４１・・・ろ過器洗浄排水処理水（排水）
４２・・・凝集汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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