(57)【要約】【課題】  高い圧力を有する、逆浸透膜の濃縮水をそのまま効率的に利用することができ、しかも、散気管内の洗浄を効率的に行うことができ、散気管洗浄のためのエネルギー消費を抑制することができる造水方法及び造水装置を提供する。【解決手段】  原水を微生物含有液が貯留した槽内に流入させ、微生物含有液に散気管を通して酸素含有気体を供給しながら生物処理し、前記微生物含有液ら浸漬された分離膜によって微生物含有液を固液分離することによって生物処理水を取得し、取得した生物処理水を逆浸透膜によって濃縮水と膜透過水とに膜分離する造水方法であって、前記濃縮水の一部あるいは全部を、前記散気管を通して前記微生物含有液に還流させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物含有液を収容する微生物含有液収容槽と、前記微生物含有液収容槽内の前記微生物含有液に気泡を噴出させるための散気管と、前記散気管に酸素含有気体を連続的あるいは断続的に供給するための気体供給手段と、前記散気管と前記気体供給手段とを接続する気体供給配管と、前記微生物含有液に浸漬するように設置される分離膜と、前記分離膜によって前記微生物含有液を固液分離し、生物処理水を取得するための処理水取得手段と、取得された生物処理水を処理するための逆浸透膜と、前記逆浸透膜に供給される前記生物処理水を加圧するための加圧手段とを備え、かつ、前記逆浸透膜にて濃縮された濃縮水を送液するための濃縮水送液配管が前記気体供給配管に連通していることを特徴とする造水装置。
【請求項２】
逆流防止手段が、前記濃縮水送液配管と前記気体供給配管との連結部と、前記気体供給手段との間に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の造水装置。
【請求項３】
前記濃縮水送液配管が、前記気体供給配管と、前記逆浸透膜における前記濃縮水の排出部とを連通するように配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の造水装置。
【請求項４】
前記散気管が２〜６ｍｍφの吐出孔を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の造水装置。
【請求項５】
前記散気管が、前記分離膜の下部に設置され、かつ、吐出孔が散気管上部にあることを特徴とする請求項４に記載の造水装置。
【請求項６】
原水を微生物含有液が貯留した槽内に流入させ、微生物含有液に散気管を通して酸素含有気体を供給しながら生物処理し、前記微生物含有液に浸漬された分離膜によって微生物含有液を固液分離することによって生物処理水を取得し、取得した生物処理水を逆浸透膜によって濃縮水と膜透過水とに膜分離する造水方法であって、前記濃縮水の一部あるいは全部を、前記散気管を通して前記微生物含有液に還流させることを特徴とする造水方法。
【請求項７】
前記散気管を通した気体の供給と、前記散気管を通した濃縮水の供給とを、同時に行うことを特徴とする請求項６に記載の造水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離型生物処理工程と逆浸透膜処理工程を含み、生物処理工程からの生物処理水を逆浸透膜によって膜分離を行う造水方法および造水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界規模で水不足が深刻な問題となりつつあり、そうした中、産業廃水、生活廃水などを含む有機性廃水の再利用技術に対する要望が社会的に高まってきており、中でも逆浸透膜を用いることにより、工業用、農業用、あるいは家庭用の用水として利用可能な極めて良好な水質を持つ再生水を造水する方法が注目されている。
【０００３】
逆浸透膜は、被ろ過液の浸透圧よりも高い圧力を被ろ過液側から加えることにより、被ろ過液中の一価イオンまで排除可能な膜であり、逆浸透膜を用いて処理することにより得られる再生水は工業用水、農業用水、更には飲料水としても再利用可能な高品位な水である。但し、逆浸透膜に供給される被ろ過液には、水中の汚濁物質であるＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ＝生物化学的酸素要求量）の濃度やＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ＝浮遊物質）の濃度が低く、良好でかつ安定した水質が要求されるので、有機性廃水をそのまま逆浸透膜に供することができない。そこで、有機性廃水を活性汚泥によって処理することによりＢＯＤ成分濃度を低減し、更にＳＳ成分をほぼ完全に除去可能な精密ろ過膜、限外ろ過膜などの分離膜を用いて活性汚泥を固液分離する前処理を行い、得られる前処理水を、逆浸透膜の被ろ過液として用いる方法（膜分離活性汚泥法）が注目されている。
【０００４】
しかし、逆浸透膜を用いてろ過を行う場合、極めて良質な再生水が得られる反面、逆浸透膜を透過せずに残留するＢＯＤ成分、ＣＯＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ＝化学的酸素要求量）成分、塩分などが濃縮された水（以下、濃縮水という）が発生し、この濃縮水はそのまま利用することも廃棄することも困難であるので、この濃縮水をさらに処理することが必要となる。濃縮水の処理方法については、濃縮水を電気分解し、濃縮水中のＢＯＤ、ＣＯＤを除去する方法（特許文献１）、塩分を５０％程度通すルーズな低圧逆浸透膜によって処理する方法（特許文献２）、オゾン処理、紫外線処理、過酸化水素処理、触媒処理などの酸化処理によって処理する方法（特許文献３）などがこれまでに提案されている。
【０００５】
また、有機性廃水を活性汚泥によって処理する際には、活性汚泥中の微生物が有機成分を摂取・分解するために必要な酸素を供給する必要がある。そのために、ブロアなどにより、活性汚泥中に浸漬させた散気管を通して、活性汚泥中にエア（酸素を含む気体、空気）を供給する。このとき、活性汚泥中に浸漬させた散気管を用いて散気を継続すると、活性汚泥中の固形成分が散気管内部に侵入し、散気エアによって乾燥するなどして、散気管が次第に閉塞する。散気管が閉塞すると、散気のために必要な圧力が増大するだけでなく、散気に偏りが発生し、効率的な散気が困難となる。膜分離活性汚泥法では、精密ろ過膜や限外ろ過膜の下部に散気管を配し、散気管から供給されるエアバブル、あるいはエアバブルの供給によって発生する上向流を利用して膜表面に付着する物質を除去しながら活性汚泥を膜ろ過するため、散気に偏りが発生すると、膜表面の洗浄が不十分となり、膜ろ過の継続が困難となる。よって散気管の閉塞を抑制することが、膜分離活性汚泥法の安定運転のためには重要となり、かかる散気管閉塞の抑制方法として、例えば、曝気と同時あるいは間欠曝気時に、洗浄液に圧力をかけて、洗浄液を散気管に供給する方法（特許文献４）や、洗浄水用タンクを活性汚泥の水位より上部に設け、その水頭差を利用して洗浄水を散気管内に供給する方法（特許文献５）などがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５５７５９号公報
【特許文献２】特開平９−１４１０５９号公報
【特許文献３】特開２００２―３０６９３０号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４２３６号公報
【特許文献５】特開２００４−６６０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３における濃縮水の処理方法を採用した場合、濃縮水の処理のために別途処理装置が必要となるため、その建設・運転・維持管理に相当のコスト、エネルギーが必要となり、結果的に再生水の造水コスト増大という問題を招く。また、特許文献４による散気管の洗浄方法は、洗浄液を圧力をかけて供給する際に、別途、送液ポンプ等の圧力付加装置を利用するため、運転・維持管理にコスト、エネルギーが必要となる。また、特許文献５による散気管の洗浄方法は、洗浄水用タンクを別途用意する必要があり、また、十分な圧力を洗浄水に与えるには、洗浄水用タンクを活性汚泥の水位より非常に高い位置に設ける必要があり、現実的ではない。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した従来技術の問題点を解消し、高い圧力を有する、逆浸透膜の濃縮水をそのまま効率的に利用することができ、しかも、散気管内の洗浄を効率的に行うことができ、散気管洗浄のためのエネルギー消費を抑制することができる造水装置及び造水方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明における再生水の造水装置及び造水方法は、以下の構成のいずれかからなる。
（１）  微生物含有液を収容する微生物含有液収容槽と、前記微生物含有液収容槽内の前記微生物含有液に気泡を噴出させるための散気管と、前記散気管に酸素含有気体を連続的あるいは断続的に供給するための気体供給手段と、前記散気管と前記気体供給手段とを接続する気体供給配管と、前記微生物含有液に浸漬するように設置される分離膜と、前記分離膜によって前記微生物含有液を固液分離し、生物処理水を取得するための処理水取得手段と、取得された生物処理水を処理するための逆浸透膜と、前記逆浸透膜に供給される前記生物処理水を加圧するための加圧手段とを備え、かつ、前記逆浸透膜にて濃縮された濃縮水を送液するための濃縮水送液配管が前記気体供給配管に連通していることを特徴とする造水装置。
【００１０】
（２）  逆流防止手段が、前記濃縮水送液配管と前記気体供給配管との連結部と、前記気体供給手段との間に備えられていることを特徴とする（１）に記載の造水装置。
（３）  前記濃縮水送液配管が、前記気体供給配管と、前記逆浸透における前記濃縮水の排出部とを連通するように配されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の造水装置。
（４）  前記散気管が２〜６ｍｍφの吐出孔を有していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の造水装置。
（５）  前記散気管が、前記分離膜の下部に設置され、かつ、吐出孔が散気管上部にあることを特徴とする（４）に記載の造水装置。
（６）  原水を微生物含有液が貯留された槽内に流入させ、微生物含有液に散気管を通して酸素含有気体を供給しながら生物処理し、前記微生物含有液に浸漬された分離膜によって微生物含有液を固液分離することによって生物処理水を取得し、取得した生物処理水を逆浸透膜によって濃縮水と膜透過水とに膜分離する造水方法であって、前記濃縮水の一部あるいは全部を、前記散気管を通して前記微生物含有液に還流させることを特徴とする造水方法。
（７）前記散気管を通した気体の供給と、前記散気管を通した濃縮水の供給とを、同時に行うことを特徴とする（６）に記載の造水方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果は以下に示す通りである。
（１）散気管洗浄水として逆浸透膜の濃縮水を利用することによって、散気管の洗浄を行うと同時に濃縮水は微生物含有液内に還流されるので濃縮水を生物学的に処理することができる。
（２）逆浸透膜の濃縮水に加わる圧力を利用することにより、新たにエネルギーを加えることなく、高効率の散気管洗浄を行うことができる。
（３）分離膜の下部に散気管を配し、該散気管の吐出孔を上向きにすることにより、高流速で吐出される濃縮水とエアの影響で分離膜の表面が効率よく洗浄される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る造水装置を図１に基づいて説明する。
【００１３】
本発明に係る造水装置は、微生物含有液４を収容する微生物含有液収容槽３と、前記微生物含有液収容槽３内の前記微生物含有液４に気泡を噴出させるための散気管５と、前記散気管５に酸素含有気体を連続的あるいは断続的に供給するための気体供給手段６と、前記散気管５と前記気体供給手段６とを接続する気体供給配管１４と、前記微生物含有液４に浸漬するように設置される分離膜２と、前記分離膜２によって前記微生物含有液４を固液分離し、生物処理水８を取得するための処理水取得手段７と、取得された前記生物処理水を処理するための逆浸透膜９と、前記逆浸透膜９に供給される前記生物処理水を加圧するための加圧圧手段１７とを備え、かつ、前記逆浸透膜９にて濃縮された濃縮水を送液するための濃縮水送液配管１３が前記気体供給配管１４に連通している。
【００１４】
本装置の構造および使用方法を以下に具体的に述べる。
【００１５】
微生物含有液４を収容した微生物含有液収容槽３内に、原水流入管１を通して原水が連続的あるいは断続的に流入される。ここにおいて、微生物含有液とは、微生物を含んだ混合液のことであり、例えば、活性汚泥や微生物培養液である。また、原水は、微生物含有液中の微生物の基質となる物質を含む液体であり、例えば、家庭廃水、都市下水、工場廃水などの有機性廃液である。
【００１６】
また、前記微生物含有液４の中に浸漬されるように散気管５が設置され、前記散気管５と気体供給手段６は、気体供給配管１４により接続している。これにより、微生物反応に必要な酸素を供給するとともに、前記散気管を後述の分離膜の下部に備える場合には、散気管から発生する気泡とそれによる上向流によって膜表面への物質付着を抑制する。ここにおいて、散気管は、空気のような酸素含有気体を分散させて気泡として微生物含有液中に散気させることができる構造であることが必要であり、かつ、後述のように濃縮水を散気管の吐出孔から流出させるので、これを効率的に行うために、図２のような、中空のパイプに２〜６ｍｍφの吐出孔５ａを複数個〜多数個設けることが好ましい。また、散気管の上部に分離膜を設置し、散気管の上部に吐出孔が備えられていることが好ましい。これにより、吐出孔から吐出される濃縮水が分離膜表面に接触し、分離膜表面への物質付着をさらに抑制する効果がある。気体供給手段としては、例えばブロアなどが挙げられる。
【００１７】
また、前記微生物含有液４の中には分離膜２が浸漬設置され、前記分離膜２の透過液側に、処理水取得手段としての吸引手段７が設けられ、この吸引手段７は、生物処理水貯留槽１８内の分離膜の透過水側と配管により連通されている。吸引手段７を作動させることによって分離膜により微生物含有液がろ過され、生物処理・ろ過された生物処理水８が配管を通って、生物処理水貯留槽１８内に貯留される。
【００１８】
ここにおいて、分離膜とは、微生物含有液４に圧力を加えることにより、もしくは透過側からポンプで吸引することにより、微生物含有液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉し、それらの物質が除かれた生物処理水を生成する機能を有するものであり、その捕捉粒子径の違いにより、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。本発明で用いられる分離膜としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜が好ましい。
【００１９】
精密ろ過膜、限外ろ過膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン等の有機素材や、セラミック等の無機素材などを挙げることができる。本発明においては、その素材は特に限定しないが、微生物含有液を膜ろ過する精密ろ過膜、限外ろ過膜の素材としては、ポリフッ化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォンが耐汚れ性や洗浄回復性が良いため好ましい。
【００２０】
ナノろ過膜の素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどがある。本発明においては、その素材は特に限定しないが、透過水量、耐薬品性などの点からポリアミド系やポリピペラジンアミド系の膜が好ましい。
【００２１】
分離膜の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００２２】
分離膜による固液分離方式には、微生物含有液を濃縮しながら全量を固液分離する全量ろ過と、分離膜表面において微生物含有液の流れを発生させながら固液分離を行うクロスフローろ過がある。本発明ではいずれの固液分離方式でも構わないが、クロスフローろ過は微生物含有液を膜面に循環させることで、膜面の流れによるせん断応力で、固液分離に伴い膜面に付着する微生物含有液中成分を剥離させながら運転することが可能なので、より好ましい。特に、分離膜の下部に散気管を配し、散気管の吐出孔から吐出される気泡を分離膜表面に接触させることによって、微生物含有液中成分を膜表面から剥離させる効果が大きくなるので、さらに好ましい。
【００２３】
また、分離膜の原水側と透過水側とに圧力差を発生させることによって、分離膜の透過水である生物処理水を取得するが、ここにおいて、該圧力差を発生させるための処理水取得手段としては、例えば、原水側を加圧するための加圧手段でもよいし、透過水側から吸引ポンプによって負圧を加えるための吸引手段でもよいし、また、微生物含有液と配管出口などとの水頭差を利用して圧力差を発生させる手段でもよい。図１においては吸引手段７を用いている。
【００２４】
生物処理水貯留槽１８内に貯留された生物処理水８は、加圧手段１７によって、ろ過に必要な圧力が加えられ、逆浸透膜９に供給され、膜透過水１０と濃縮水１１とに分離される。この加圧手段としては、例えば高圧ポンプなどがある。なお、前記生物処理水の一部を、逆浸透膜に供給せずにそのまま放流してもよい。
【００２５】
逆浸透膜とは、被ろ過液の浸透圧よりも高い圧力を加えることにより、被ろ過液中の一価イオンまで排除する膜である。逆浸透膜の構造としては、例えば、膜の少なくとも片面に緻密層を備え、緻密層から離れるに従って孔径が徐々に大きくなる非対称膜や、この非対称膜の緻密層の上に別の素材からなる厚みの薄い活性層を備えた複合膜がある。また膜素材としては、酢酸セルロース、セルロース系のポリマ、ポリアミド、及びビニルポリマなどの高分子材料を用いることができる。代表的な逆浸透膜としては、酢酸セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、及び、ポリアミド系またはポリ尿素系の活性層を有する複合膜を挙げることができる。中でも、塩分の排除性能が高い、酢酸セルロース系非対称膜、ポリアミド系活性層を有する複合膜または芳香族ポリアミド系の活性層を有する複合膜が好ましく、特に、芳香族ポリアミド複合膜を用いると、取り扱いが容易で更に好ましい。
【００２６】
逆浸透膜の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。そして逆浸透膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００２７】
逆浸透膜でろ過することにより得られる膜透過水１０は、水質としては水道水以上のものが得られるため、工業用水、農業用水、更には飲料水などの目的で利用可能である。一方、濃縮水１１は、逆浸透膜を透過せずに残留するＢＯＤ、ＣＯＤ、塩分などが濃縮された水であり、濃縮水送液配管１３によって高圧のまま送液される。濃縮水送液配管の途中には、濃縮水の流量や、濃縮水と膜ろ過水との流量比率を調整できるように、濃縮水流量調整手段１２が組み込まれているのが好ましい。濃縮水流量調整手段としては、例えばバルブなどが挙げられる。
【００２８】
本発明では、前記気体供給配管１４の途中に、前記濃縮水送液配管１３を連通させることにより、濃縮水を、気体供給配管１４を経由して散気管５内に供給し、散気管の吐出孔５ａから前記微生物含有液４の中に吐出させることができる。これにより、散気管内部の洗浄が行えるとともに、濃縮水中の有機物成分を微生物含有液収容槽３内で生物分解させることが可能となる。また、前記濃縮水送液配管１３は、前記気体供給配管１４と、前記逆浸透膜９における前記濃縮水の排出部１６との間を連通させるように配管されていることが好ましい。これにより、逆浸透膜の濃縮水に加わる圧力を有効に利用することができ、新たにエネルギーを加えることなく、高効率の散気管洗浄を行うことができる。また、濃縮水には高い圧力が加わっているため、濃縮水が前記気体供給手段６に流入することを防止するための逆流防止手段１５が、前記濃縮水送液配管と前記気体供給配管との連結部１９よりも前記気体供給手段６に近い位置に備えられていることが好ましい。逆流防止手段としては、例えば、逆止弁などが挙げられる。
【００２９】
また、本装置を使用する場合には、散気管洗浄用濃縮水流量調整手段２０を用いて、散気管洗浄を行うための濃縮水の流量を調整し、残りの濃縮水は本発明に係る造水装置外に排出できるようにすることが好ましい。これにより、散気管洗浄を効率よく行うことが可能となる。散気管洗浄用濃縮水流量調整手段としては、例えばバルブなどが挙げられる。また、前記造水装置外に排出した濃縮水は別途処理を行った後、放流してもよい。また、散気管５を通した気体の供給と、前記散気管を通した濃縮水の供給は同時に行うことが好ましい。これにより、散気管内を高圧の気水混合流体で効果的に洗浄できるとともに、気水混合流体が高流速で吐出されて上昇し、高流速の気水混合流の作用により分離膜の表面が効率よく洗浄される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明における再生水の造水装置及び造水方法によると有機廃液を効率的に再利用でき、廃棄水量を少なくできるので例えば、浄水使用量を削減したい工場、灌漑用水の不足している農業地域、飲料水不足の都市域などで適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る再生水の造水装置の一例の工程概略図である。
【図２】図１で示した装置における散気管５の一例の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  原水流入管
２  分離膜
３  微生物含有液収容槽
４  微生物含有液
５  散気管
６  気体供給手段
７  処理水取得手段（吸引手段）
８  生物処理水
９  逆浸透膜
１０  膜透過水取出管
１２  濃縮水流量調整手段
１３  濃縮水送液配管
１４  気体供給配管
１５  逆流防止手段
１６  濃縮水の排出部
１７  加圧手段
１８  生物処理水貯留槽
１９  濃縮水送液配管と気体供給配管との連結部
２０  散気管洗浄用濃縮水流量調整手段
【図１】
2008279335.tif 000003
【図２】
2008279335.tif 000004