(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積部、
原水をろ過処理するために生物反応槽内に設置されたろ過ユニットに対し、前記蓄積部から取り出したオゾン水をろ過膜の二次側から一次側に流通させる逆洗浄を行う逆洗浄機構、
前記生物反応槽内でオゾンを含む気泡を放出し、放出した気泡を前記ろ過膜の一次側の面に沿って流す膜面洗浄を行う膜面洗浄機構、
前記逆洗浄機構による逆洗浄に先立ち、前記膜面洗浄機構による膜面洗浄を行うよう、前記逆洗浄機構と前記膜面洗浄機構の動作を制御する制御部、および
前記気泡として放出するガスとして、前記蓄積部から取り出した排オゾンガスを希釈して前記膜面洗浄機構に供給する排オゾンガス希釈部、を備え、
前記排オゾンガス希釈部は、前記蓄積部から取り出した排オゾンガスを、オゾン濃度が３０ｇ／ｍ３以上、１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈することを特徴とするろ過膜洗浄装置。
【請求項２】
前記膜面洗浄機構は、前記生物反応槽内に貯留された原水を曝気するための散気装置に接続され、前記散気装置から前記気泡を放出することを特徴とする請求項１に記載のろ過膜洗浄装置。
【請求項３】
前記ろ過膜の一次側と二次側の間に流体を流通させた際の一次側と二次側との差圧を測定する圧力計を備え、
前記制御部は、前記測定した差圧に応じて、前記逆洗浄を開始するか否か、および終了するか否かの少なくともいずれかを判断することを特徴とする請求項１または２に記載のろ過膜洗浄装置。
【請求項４】
原水を貯留する生物反応槽、
前記生物反応槽に設置され、前記原水をろ過処理するためのろ過ユニット、および
前記ろ過ユニットのろ過膜を洗浄するための、請求項１から３のいずれか１項に記載のろ過膜洗浄装置、
を備えたことを特徴とする水処理システム。
【請求項５】
前記ろ過ユニットは、前記原水のろ過処理をそれぞれ独立して実行する複数のろ過器で構成され、かつ、前記複数のろ過器のそれぞれには、当該ろ過器のろ過膜の一次側と二次側の間に流体を流通させた際の一次側と二次側との差圧を測定する圧力計を備え、
前記制御部は、前記複数のろ過器のなかで、前記差圧の上昇速度が大きなろ過器を、前記膜面洗浄と、前記逆洗浄の優先対象とすることを特徴とする請求項４に記載の水処理システム。
【請求項６】
オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積ステップ、
原水をろ過処理するろ過ユニットに対し、ろ過膜の一次側の面に沿ってオゾンガスを含む気泡を流す膜面洗浄ステップ、
前記蓄積ステップで蓄積されたオゾン水を取り出し、取り出したオゾン水を、前記ろ過膜の二次側から一次側に向かって流通させる逆洗浄ステップ、を含み
前記膜面洗浄ステップでは、前記蓄積ステップで蓄積された排オゾンガスを、オゾン濃度が３０ｇ／ｍ３以上、１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈してから前記気泡として流すことを特徴とするろ過膜洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ろ過膜洗浄装置、ろ過膜洗浄方法、および水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性物質を含有する上水、下水、工業廃水などの廃水等から懸濁物質および菌類を除去する水処理方法として、ろ過膜による膜分離がある。ろ過膜は、懸濁物質および菌類よりも小径の細孔を有することで、廃水等の原水から懸濁物質および菌類の除去を安定的に行うことができるが、処理を継続的に行うと懸濁物質の付着によって、細孔が閉塞することがある。細孔が閉塞すると、膜間差圧の上昇、濾過水量の低下が生じて処理能力が低下するため、ろ過とは逆の方向に洗浄剤を流し、ろ過膜の内部、あるいは表面に付着した懸濁物質を除去する逆洗浄と呼ばれる洗浄を定期的に行う必要がある。【０００３】
洗浄剤には、酸化力が高く、後処理が容易なオゾンが適していると考えられるが、膜の乾燥による細孔構造の変化を防止するため、オゾンを水に溶解したオゾン水が用いられる。その際、十分な洗浄効果を得るために、飽和溶解度近くまでオゾンを溶解させたオゾン水を生成する必要があるが、副生物である未溶解のオゾンガスが排オゾンガスとして無駄に排出されてきた。【０００４】
そこで、排オゾンガスを反応槽内の余剰汚泥の減容、あるいはろ過膜の一次側の表面洗浄（膜面洗浄）に用いることで、オゾンの有効利用を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１、または２参照。）。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７０７６１号公報（段落００１３〜００１４、００１７、図１）
【特許文献２】特許第６２７１１０９号公報（段落００２１〜００３４、図３〜図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
たしかに、排オゾンガスには、酸化作用があり、余剰汚泥の減容に寄与することが考えられる。しかしながら、実際に反応槽に排オゾンガスを投入したところ、余剰汚泥が減容しているにもかかわらず、膜間差圧の上昇、あるいは、逆洗浄に要する時間の増大があることが分かった。つまり、排オゾンガスの反応槽への投入は、必ずしもろ過膜の洗浄効率化にはつながらないことが分かった。【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、オゾンの有効利用を図り、効率よくろ過膜を洗浄できるろ過膜洗浄装置、ろ過膜洗浄方法、および水処理システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示されるろ過膜洗浄装置は、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積部、原水をろ過処理するために生物反応槽内に設置されたろ過ユニットに対し、前記蓄積部から取り出したオゾン水をろ過膜の二次側から一次側に流通させる逆洗浄を行う逆洗浄機構、前記生物反応槽内でオゾンを含む気泡を放出し、放出した気泡を前記ろ過膜の一次側の面に沿って流す膜面洗浄を行う膜面洗浄機構、前記逆洗浄機構による逆洗浄に先立ち、前記膜面洗浄機構による膜面洗浄を行うよう、前記逆洗浄機構と前記膜面洗浄機構の動作を制御する制御部、および前記気泡として放出するガスとして、前記蓄積部から取り出した排オゾンガスを希釈して前記膜面洗浄機構に供給する排オゾンガス希釈部、を備え、前記排オゾンガス希釈部は、前記蓄積部から取り出した排オゾンガスを、オゾン濃度が３０ｇ／ｍ３以上、１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈することを特徴とする。
【０００９】
また、本願に開示されるろ過膜洗浄方法は、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積ステップ、原水をろ過処理するろ過ユニットに対し、ろ過膜の一次側の面に沿ってオゾンガスを含む気泡を流す膜面洗浄ステップ、前記蓄積ステップで蓄積されたオゾン水を取り出し、取り出したオゾン水を、前記ろ過膜の二次側から一次側に向かって流通させる逆洗浄ステップ、を含み、前記膜面洗浄ステップでは、前記蓄積ステップで蓄積された排オゾンガスを、オゾン濃度が３０ｇ／ｍ３以上、１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈してから前記気泡として流すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示されるろ過膜洗浄装置、ろ過膜洗浄方法によれば、排オゾンガスを希釈して膜面洗浄用の気泡を生成するので、効率よくろ過膜を洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるろ過膜洗浄装置、およびろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｂは、それぞれ、ろ過膜の目詰まりの状態を３つに分類したときの分類ごとの状態を示す断面模式図である。
【図４】図４は、オゾンガスを含む気泡を水中で放出した際の、放出部からの距離と気泡中のオゾン濃度の関係を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかるろ過膜洗浄装置、およびろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの構成を示す模式図である。
【図６】図６は、実施の形態３にかかるろ過膜洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図７】図７は、実施の形態３にかかるろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施の形態４にかかるろ過膜洗浄装置、およびろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの構成を示す模式図である。
【図９】図９は、実施の形態４にかかるろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施の形態５にかかる水処理システムにおいて、複数のろ過器のそれぞれに対して、工程の切り替えを制御する際の配管構成を示す模式図である。
【図１１】各実施の形態にかかるろ過膜洗浄装置の制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図３は、実施の形態１にかかるろ過膜洗浄装置、濾過膜洗浄装置を有する水処理システム、および濾過膜洗浄方法について説明するためのものであり、図１は、ろ過膜洗浄装置と、それを有する水処理システムの構成を示す模式図、図２は、ろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの動作のうち、ろ過膜の洗浄に関する部分、つまりろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。また、図３Ａ〜図３Ｂは、ろ過膜の目詰まりの状態を３つに分類したときの分類ごとの状態を示すろ過膜部分の断面模式図である。さらに、図４は、汚泥を含む水中で排オゾンガス、および希釈排オゾンガスの気泡を放出した際の、放出部からの距離と気泡中のオゾン濃度の関係を示す図である。なお、図１では、膜面洗浄が行われる工程における弁の開閉状態を示している。
【００１３】
水処理システム１は、図１に示すように、処理対象である有機性物質を含有する上水、下水、工業廃水等の原水をためる生物反応槽４内に、ろ過ユニット５を設置したものである。ろ過ユニット５には、懸濁物質よりも小径の細孔を有することで、生物反応槽４内にたまった生物反応槽混合水Ｗｒから懸濁物質を分離して清浄処理するためのろ過膜５１（図３参照）が用いられている。ろ過膜５１は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、耐オゾン性を持った素材からなる有機系の中空糸膜である。なお、ろ過膜５１の生物反応槽混合水Ｗｒに接する側、つまりろ過工程における上流側を一次側、清浄処理後の水（ろ過水）に接する側、つまりろ過工程における下流側を二次側と称する。
【００１４】
生物反応槽４には、ろ過一次側に原水を供給する原水配管７１が接続され、ろ過ユニット５の二次側部分（例えば、図示しない枠）には、清浄処理後のろ過水を取り出すためのろ過配管７２が接続されている。ろ過配管７２の先には、ろ過ユニット５からろ過水を吸い上げるためのろ過ポンプ４４が配置されている。ろ過ポンプ４４の先には、吸い上げたろ過水を、図示しないろ過水槽へ移送するためのろ過水移送配管７３か、ろ過膜処理装置１０へ供給するためのろ過水供給配管２４かのいずれかに送出するかを切り替える三方弁４５が設置されている。
【００１５】
さらに、生物反応槽４内のろ過ユニット５の下部には、エアリフト作用により、ろ過膜５の一次側の膜表面に沿って上向きに流れる生物反応槽混合水Ｗｒの上向流を形成するための散気装置４１が設けられている。散気装置４１は、曝気用配管４３により、曝気用の空気供給源であるブロア４２に接続されている。
【００１６】
ろ過膜洗浄装置１０は、ろ過ユニット５内のろ過膜５１に、洗浄水であるオゾン水をろ過とは逆方向に流してろ過膜５１を洗浄する装置である。基本的には、オゾンガス発生装置１１と、オゾンガス発生装置１１から供給されたオゾンガスを用いて、オゾン水を生成するオゾン水生成槽１２とを備えている。
【００１７】
オゾンガス発生装置１１は、図示しない原料ガス供給部と、原料ガス供給部から供給される酸素を原料にしてオゾンガスを生成する図示しないオゾンガス生成部によって構成されている。原料ガス供給部としては、例えば液体酸素ボンベ、ＶＰＳＡ(Vacuum Pressure Swing Adsorption)等を利用した酸素発生装置が用いられるが、酸素を供給可能な装置等であれば、特に限定されるものではない。オゾンガス生成部としては、例えば放電式のオゾン発生装置を用いることができる。
【００１８】
オゾン水生成槽１２は、形状に限定はないが、例えば、縦長のタンク状をなし、三方弁４５を介してろ過水供給配管２４から供給されたろ過水を内部に貯留している。オゾン水生成槽１２内の下部および中間部分には、オゾンを溶解させたオゾン水が占める液相領域Ｐｗが、上部には、オゾン水の生成に伴い、副次的に生成される排オゾンガスが占める気相領域が形成されている。
【００１９】
オゾン水生成槽１２の鉛直方向における中間部分と、液相領域Ｐｗが形成されているタンク底部のそれぞれには、液相領域Ｐｗ内の水（オゾン水）を循環させるための循環配管２２との接続口が設けられている。循環配管２２では、タンク底部に設けた接続口からタンク内の水を吸引し、中間部分に設けた接続口から戻すように循環ポンプ１５が設置されている。さらに、例えば、ベンチュリ効果によって、オゾンガス発生装置１１から供給されるオゾンガスを吸引するガス吸引装置１４が配置され、循環配管２２を流れる水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するように構成している。
【００２０】
なお、本実施の形態では、循環配管２２の入口と出口をそれぞれオゾン水生成槽１２のタンク底部と、中間部分の液相領域Ｐｗ部分に接続しているが、これに限ることはない。入口は液相領域Ｐｗのいずれかにあればよく、出口については、タンク底部でも、気相領域Ｐｇ部分でもよい。循環配管２２内にオゾン水が流れ、流れたオゾン水がオゾン水生成槽１２に戻る位置であればよい。
【００２１】
また、オゾン水を生成するための構成としては、ガス吸引装置１４を使うことに限定されることはない。例えば、特許文献２で開示されているように、液相領域Ｐｗに、オゾンガスを吹き込む散気装置を設けるようにしてもよく、水にオゾンガスを接触させてオゾン水を生成する際に、排オゾンガスが発生する様式であれば、本願の効果を得ることができる。
【００２２】
一方、本実施の形態においては、ガス吸引装置１４内を流体が流れることで発生する負圧によりオゾンガス発生装置１１内のオゾンが吸い込まれて溶解する構成としているため、オゾンガス発生装置１１からは、加圧したオゾンガスを供給する必要はない。しかし、オゾン水生成槽１２内でオゾンガスのバブリングを行う場合には、必要な圧を発生する構成を有するオゾン発生装置が必要となる。
【００２３】
循環ポンプ１５とガス吸引装置１４との間には、他方がオゾン水供給配管２５に接続された三方弁１６が設けられており、オゾン水生成のための循環と、ろ過ユニット５へのオゾン水の供給のいずれかに切り替えられるように構成している。図１では、三方弁１６は、ろ過ポンプ１５とガス吸引装置１４とを連通する向きになっており、液相領域Ｐｗ内の水（オゾン水）が、オゾン水生成槽１２と循環配管２２内を循環する経路に設定されている。三方弁１６を循環ポンプ１５とオゾン水供給配管２５とを連通するように切り替えると、逆洗浄のために、オゾン水をろ過ユニット５の二次側に供給することができる。
【００２４】
上述した構成に加え、水処理システム１、ろ過膜洗浄装置１０には、動作を制御するための図示しない制御部を備えており、これらは、ろ過膜洗浄装置１０、およびろ過膜洗浄装置１０を備えた水処理システム１としての基本構成である。本願の各実施の形態にかかるろ過膜洗浄装置１０では、この基本構成に加え、オゾン水生成槽１２で発生した排オゾンガスを生物反応槽４内に導入するための排オゾンガス配管２３が接続されている。具体的には、オゾン水生成槽１２の気相領域Ｐｇが形成されているタンク頂部に設けた接続口に、排オゾンガス配管２３を接続している。また、排オゾンガス配管２３には、開閉を制御するための開閉弁１７と、バッファタンク１３が配置されている。バッファタンク１３の容量、もしくはオゾン水生成槽１２の容量は、後述する膜面洗浄に必要な排オゾンガスの量、あるいは逆洗浄に必要なオゾン水の量に応じて適宜設計される。
【００２５】
そして、本実施の形態１にかかるろ過膜洗浄装置１においては、排オゾンガス配管２３の先端開口部２３ｘが生物反応槽４内のろ過ユニット５の直下部分に位置し、かつ、ブロア４２からの空気を途中で混入させるように構成している。具体的には、開閉弁１７と排オゾンガス配管２３の先端開口部２３ｘとの間に、曝気用配管４３の分岐部４６と連通するための分岐部分をもうけている。分岐部分に設けた開閉弁１８を開くことで、ブロア４２からの空気を排オゾンガスに加えることができるように構成している。
【００２６】
つぎに、図２のフローチャートを参考に、動作として、はじめに基本構成に基づく動作について説明する。
原水をろ過処理する工程（ステップＳ１０）では、図１に示すように原水配管７１から生物反応槽４内に原水が導入され、ろ過ポンプ４４の吸引により、生物反応槽４内の生物反応槽混合水Ｗｒが、ろ過ユニット５内で懸濁物質とろ過水に固液分離する。なお、図１を含め、各実施の形態にかかる模式図では、断りのない限り、排オゾンガスによる膜面洗浄工程での弁の開閉状態を示している。
【００２７】
一次側に流入した生物反応槽混合水Ｗｒは、活性汚泥と呼ばれる微生物の複合体を含む有機汚泥によって処理され、浄化された水はろ過膜５１によって、活性汚泥及び懸濁物質が分離され、ろ過水として二次側に抜ける。二次側に抜けたろ過水は、ろ過水配管７２、ろ過ポンプ４４、三方弁４５、ろ過水移送配管７３を経て、ろ過水槽に移送される。原水を処理する工程の間、三方弁１６は循環状態であるが、開閉弁１７、１８は図１とは異なり閉状態とするため、ろ過ユニット５とろ過膜洗浄装置１０との間では流れが遮断されている。
【００２８】
原水を処理する工程の終了条件になる（ステップＳ２０で「Ｙｅｓ」）と、原水の供給と、ろ過ポンプ４４の動作を停止して、ろ過工程を終了する。なお、ろ過工程の終了条件については、本来、ろ過膜５１が目詰まりの程度を示す、例えば、膜間差圧で管理することが望ましい。しかし、原水の性質が極端に変化しない限り、実用上、例えば、ろ過時間、あるいは、ろ過ポンプ４４から吐出されるろ過水の流量等、適宜指標を設けて設定すればよい。
【００２９】
ろ過工程が終了すると、オゾンを用いてろ過膜５１を洗浄する工程に移る。オゾン水を用いたろ過膜の洗浄方法では、オゾン水を生成するためのオゾン水生成工程（ステップＳ３０〜Ｓ９０）と、生成したオゾン水を用いたオゾン水逆洗浄工程（ステップＳ１００〜Ｓ１２０）を行う。そして、本願のろ過膜の洗浄方法では、オゾン水生成工程中に、排オゾンガスを希釈して利用する膜面洗浄工程（ステップＳ５０〜Ｓ７０）を行うことを特徴とする。それぞれの工程について、以下説明する。
【００３０】
オゾン水生成工程では、循環ポンプ１５を起動して、オゾン水生成槽１２の液相領域Ｐｗ内の水を循環配管２２内で循環させ、オゾンガス発生装置１１で発生したオゾンガスをガス吸引装置１４内で溶解させることで、オゾン水の生成を開始する（ステップＳ３０）。このとき、オゾンを溶解させたオゾン水は、溶解しなかった排オゾンガスの気泡を含んだ状態でオゾン水生成槽１２内に戻される。その際、オゾン水生成槽１２内の液相領域Ｐｗでの溶存オゾン濃度Ｃｏが上昇するととともに、排オゾンガスが流入することでタンク内圧Ｐｔが上昇する。
【００３１】
この工程における第一段階として、オゾン水の生成に伴って副次的に生成される排オゾンガスが、膜面洗浄のために必要なだけ確保できたか否かを判断する（ステップＳ４０）。厳密には、気相領域Ｐｇの体積を把握したうえで、所定量の排オゾンガスの量を示すタンク内圧Ｐｔと、排オゾンガス中のオゾンガス濃度を確認する必要があるが、いずれか一方でもよく、あるいは、オゾンガスの供給時間、その他の指標を用いてもよい。ここでは、オゾンガスの供給時間が一定以上経過した場合を終了条件として、経過時間が所定時間に達するまで（ステップＳ４０で「Ｎｏ」の間）続行することを終了条件とする。
【００３２】
供給時間が、所定時間に達すると（ステップＳ４０で「Ｙｅｓ」）、終了条件が整ったと判断し、循環ポンプ１５を停止して、ガス吸引装置１４からの排オゾンガス供給を停止し、排オゾンガスによる膜面洗浄工程（ステップＳ５０〜Ｓ７０）に移行する。膜面洗浄工程では、開閉弁１７を開いて、オゾン水生成槽１２の気相領域Ｐｇ内（およびバッファタンク１３）に溜まっている排オゾンガスを排オゾンガス配管２３に導く。さらに、開閉弁１８を開いて、ブロア４２からの空気を排オゾンガス配管２３に導いて、排オゾンガスを希釈し、先端開口部２３ｘから放出する（ステップＳ５０）。この工程を、第二の所定時間経過するまで（ステップＳ６０で「Ｎｏ」の間）続行する。
【００３３】
このとき、曝気用配管４３と散気装置４１との間に設けた図示しない開閉弁が閉じられ、ろ過ユニット５直下では、先端開口部２３ｘからの希釈排オゾンガスのみが放出される。ろ過ユニット５直下に放出された希釈オゾンガスは、気泡となって、ろ過ユニット５のろ過膜５１の一次側の表面である一次側面５１ｆ１（図３参照）に沿って流れる。
【００３４】
ろ過膜５１の一次側面５１ｆ１に沿って流れる希釈排オゾンガスの気泡は、せん断力による物理的な作用と酸化性ガスとしてのオゾンガスによる化学的な作用により、ろ過膜５１の膜表面に付着した懸濁物質を剥離・除去してろ過膜５１の膜表面を洗浄する。なお、この洗浄により、剥離・除去できない付着物についても、ろ過膜５１への付着力を弱める効果がある。このように、一次側に供給された希釈排オゾンガスは、膜面洗浄用の曝気気体として作用する。これにより、排オゾンガスがろ過ユニット５内で消費されるとともに、ろ過膜５１の汚染が低減される。
【００３５】
ここで、膜表面に流す排オゾンガスを希釈する必要性について説明する。ろ過膜５１の目詰まり（ファウリング）は、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、堆積した有機物９０の状態に応じて、主に３つに分類される。第一類：図３Ａに示すように、活性汚泥などのろ過膜５１の細孔５１ｐの径（膜孔径）よりも十分に大きな膜閉塞物質９０ａ（活性汚泥、あるいは懸濁粒子）は、膜表面（一次側面５１ｆ１）に堆積し、ケーキ層を形成する。第二類：図３Ｂに示すように、膜孔径とほぼ同じサイズの膜閉塞物質９０ｅは、細孔５１ｐの（一次側）入口または内部に侵入し、細孔５１ｐを閉塞するような形で膜ファウリング引き起こす。第三類：図３Ｃに示すように、膜孔径よりも十分に小さい膜閉塞物質９０ｆでは細孔５１ｐを透過するが、一部の膜閉塞物質９０ｆが細孔５１ｐの内壁面に吸着・付着することで、次第に細孔５１ｐを閉塞するようになる。
【００３６】
膜表面に付着するケーキ層が原因で発生する第一類の膜ファウリングは、主に可逆的膜ファウリングに分類され、第二類の完全閉塞、あるいは第三類の標準閉塞などの細孔５１ｐの入口および内部で発生する膜ファウリングは不可逆的膜ファウリングに分類される。不可逆的膜ファウリングに陥った場合は、膜面曝気（膜面洗浄に対応）、あるいはろ過の停止等の物理洗浄で回復することはできず、薬品洗浄でのみ回復可能である。一方、第一類の可逆的ファウリングの場合は、物理洗浄でも回復する。
【００３７】
オゾンガスと活性汚泥が接触すると、活性汚泥中の細菌類の細胞壁を破壊し、細菌類に含まれていた溶解性の有機物９０等を液相へ放出する。これはオゾンによる活性汚泥の再基質化（可溶化）技術として知られている。高濃度のオゾンガスを膜下部から供給し続けると、活性汚泥が可溶化し、ろ過膜５１周辺の液相部の有機物濃度が上昇する。すると、汚泥から放出した溶解性成分、コロイド成分などが膜表面に堆積しやすくなり、図３Ｂあるいは図３Ｃに示すような状態、または膜表面に活性汚泥によるケーキ層ではなく、可溶化した有機物９０によって物理的に不可逆的膜ファウリングであるゲル層を形成しやすくなる。つまり、排オゾンガスをそのまま投入した場合、不可逆的膜ファウリングを生じさせ、却って、オゾン水、あるいは次亜塩素酸ナトリウム等による薬品洗浄の頻度が多くなり、運転コストの増加する可能性がある。
【００３８】
一方、本実施の形態１および以降の実施の形態においては、高濃度の排オゾンガスではなく、低濃度の希釈排オゾンガスを膜表面の洗浄に用いるようにしている。そのため、必要以上に活性汚泥を再基質化（可溶化）ことによる膜閉塞物質９０ｅあるいは膜閉塞物質９０ｆの発生を抑制し、不可逆的膜ファウリングの進行しやすい状態に陥りにくくすることで、薬品洗浄の運転コストの増加を抑制する。
【００３９】
そこで、膜面洗浄に用いる気泡中のオゾンガス濃度の影響として、化学的洗浄効果と、不可逆的膜ファウリングの発生可能性（非誘発性として）について、試験評価を行い、その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１に示すように、化学的洗浄効果については、オゾン濃度をＣ２（３０ｇ／ｍ３）以上に保てば、十分発揮することができ（〇）、Ｃ１（１０ｇ／ｍ３）〜Ｃ２未満の範囲では、不十分であり（△）、Ｃ１未満では空気による曝気と変わらない程度であった（×）。また、オゾン濃度をＣ３（１５０ｇ／ｍ３）以下に保てば、不可逆的膜ファウリングを生じさせることはなかった（〇）が、Ｃ３を超えると生じさせることがあり、Ｃ４（２００ｇ／ｍ３）を超えると、不可逆的膜ファウリングによる目詰まりが顕著になった（×）。
【００４２】
つまり、不可逆的膜ファウリングを引き起こさないためには、膜面洗浄に用いる排オゾンガス中のオゾン濃度をＣ３（１５０ｇ／ｍ３：標準状態）以下に調整すればよいことがわかる。一方、また、膜面洗浄のために生物反応槽４内で放出させた気泡中のオゾン濃度は、図４に示すように、膜面に沿って流れ、放出部分から離れるにつれ、濃度が低下する。そのため、膜面の全面にわたってオゾンガスによる化学洗浄効果を保つ（膜面洗浄有効域内に入る）ためには、最も離れた位置での濃度がＣ２（３０ｇ／ｍ３）以上になるように、放出時の濃度を調整することが望ましい。
【００４３】
ここで、逆洗浄用のオゾン水の溶存オゾン濃度Ｃｏとしては、３０ｍｇ／Ｌが好適であり、その濃度範囲のオゾン水を生成するために用いられるオゾンガスの濃度は、２００ｇ／ｍ３である。そして、オゾンガスを水に溶解させた際、副次的に生成される排オゾンガスのオゾン濃度は、溶解させる水の溶存オゾン濃度Ｃｏに依存し、溶存オゾン濃度Ｃｏの増大とともに生成される排オゾンガスのオゾンガス濃度も上昇する。しかし、温度、圧力によっても変動するが、液相領域Ｐｗ内のオゾン水の溶存オゾン濃度Ｃｏが必要な範囲に達した際の気相領域Ｐｇに蓄積された排オゾンガスの濃度は、実態として、１００ｇ／ｍ３〜２００ｇ／ｍ３の範囲になる。
【００４４】
したがって、排オゾンガスの濃度を厳密に測定しなくても、希釈倍率を管理すれば、所望の濃度に調整することは可能である。そこで、濃度管理に代えて、排オゾンガスを１．４倍以上に希釈することで、効率的な膜面洗浄が可能となる。その際、希釈倍率を３倍以下に保てば、３０ｇ／ｍ３以上のオゾンガス濃度が得られるので、化学的洗浄効果も確実に得ることができる。
【００４５】
さらに、膜面洗浄に高濃度の排オゾンガスではなく、低濃度の希釈排オゾンガスを供給すると以下のようなメリットがある。ろ過ユニット５の直下でオゾンガスを含む気泡を放出すると、膜面に沿って上昇移動する。上昇移動の間、気相と液相の境面で生物反応槽混合水Ｗｒ中の活性汚泥と反応し、オゾンガスが消費されながら一部は溶解し、フィックの法則に従って高濃度側から低濃度側へと生物反応槽４内で拡散する。その際、気泡径が大きいほど、上昇速度は大きくなるので、排オゾンガスをそのまま放出した場合よりも、空気で希釈して放出した方が、気泡の上昇速度は大きくなる。
【００４６】
気泡中のオゾンガスは、上述したように、消費されながら上昇する為、気泡の上昇速度が大きい方が、膜の高さの違いによる濃度差が少なくなる。そのため、図４に示すように、排オゾンガスをそのまま放出した場合よりも、希釈して放出した場合の方が、高さに対する溶存オゾン濃度Ｃｏの変化が小さくなる。つまり、希釈排オゾンガスを用いた方が、膜の高さ方向に対して、溶存オゾン濃度分布の偏りが少なくなり、膜面を比較的均一に洗浄できる。
【００４７】
膜表面が清浄化されるほど、膜を水が通り抜ける際の抵抗も小さくなるため、膜表面の洗浄にむらがあると、後述する逆洗浄では、膜表面の洗浄度が高い部分にオゾン水の流れが偏り、膜表面の洗浄度が低い部分へのオゾン水の流れが不足することも考えられる。つまり、膜表面の洗浄度の均一化は、逆洗浄の効率化にも寄与することになる。このため、排オゾンガスを希釈して膜面洗浄に用いることは、不可逆的膜ファウリング対策に加え、逆洗浄の効率化にも重要となる。
【００４８】
再び、工程の説明に戻る。膜面洗浄を第二の所定時間継続すると（ステップＳ６０で「Ｙｅｓ」）、開閉弁１７、１８を閉じて、膜面洗浄用の排オゾンガスを停止し、（希釈した）排オゾンガスによる膜面洗浄工程を終了する（ステップＳ７０）。その際、ブロア４２も停止する。そして、第二段階として、循環ポンプ１５を稼働して、ガス吸引装置１４を用いたオゾン水の生成を再開する（ステップＳ８０）。
【００４９】
第二段階におけるオゾン水の生成は、オゾン水中の溶存オゾン濃度Ｃｏを逆洗浄に必要な濃度に高めることである。そのため、厳密には溶存オゾン濃度Ｃｏを測定することが望ましいが、この場合も、後述する溶存オゾン濃度Ｃｏの測定値のほか、例えば、オゾンガスの供給時間、タンク内圧等でもよい。そこで、再開したオゾン水生成は、第三の所定時間継続したか否かを終了条件とし、終了条件を満足するまで（ステップＳ９０で「Ｎｏ」の間）、続行する。溶存オゾン濃度Ｃｏが必要な濃度になっていることを示す条件としては、後述する溶存オゾン濃度Ｃｏの測定値のほか、例えば、オゾンガスの供給時間、タンク内圧等でもよい。
【００５０】
終了条件を満たし、所望の溶存オゾン濃度Ｃｏを得られたと判断すれば（ステップＳ９０で「Ｙｅｓ」）、オゾン水逆洗浄工程を開始する。まず、停止しているろ過ポンプ４４をろ過水配管７２に連通するように三方弁４５を切り替え、ろ過水移送配管７３側を閉じる。そして、循環ポンプ１５がオゾン水供給配管２５に連通するように、三方弁１６を切り替え、オゾン水生成槽１２の液相領域Ｐｗとろ過ユニット５の二次側との流路を形成する。オゾン水生成槽１２の液相領域Ｐｗ内のオゾン水が、ろ過ユニット５の二次側に供給され、二次側から一次側に向かって、つまりろ過膜５１に対して、ろ過とは逆方向にオゾン水を流す逆洗浄が行われる（ステップＳ１００）。この逆洗浄については、終了条件を満たすまで（ステップＳ１１０で「Ｎｏ」の間）、継続する。
【００５１】
オゾン水のろ過ユニット５への移送と、ろ過膜５１の二次側から一次側へ流通させる駆動力は、バッファタンク１３を含む気相領域Ｐｇ内のガス圧（タンク内圧Ｐｔ）である。ろ過膜５１の洗浄効果、あるいは移送途中のオゾン水におけるオゾンの再遊離防止の観点からは、できるだけ高い供給圧力でオゾン水を二次側に供給することが好ましいが、ろ過膜５１にかかる圧力が過大であると、ろ過膜５１の耐圧を超えてろ過膜５１が破損するおそれがある。そのため、例えば、図示しない圧力調整弁を設けることで、ろ過膜５１にかかる圧力を適正な範囲に制御することが望ましい。オゾン水による洗浄効果等とろ過膜の破損防止のバランスから、制御圧力は５０ｋＰａ以下であることが好ましい。
【００５２】
ろ過膜５１の洗浄に要する時間は、ろ過膜５１の大きさ、あるいは汚染の程度によるが、３０分程度であると考えられる。そこで、例えば、継続時間３０分を終了条件とすれば、洗浄が３０分継続すると（ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」）、逆洗浄工程を終了し（ステップＳ１２０）、原水のろ過工程に戻る。具体的には、循環ポンプ１５がガス吸引装置１４側に連通するように、三方弁１６を切り替えて、オゾン水のろ過ユニット５への供給を止める。その状態でろ過ポンプ４４を起動させ、ろ過ユニット５によってろ過した水をオゾン水生成槽１２に補給する。オゾン水生成槽１２内に所定量の水が貯えられれば、ろ過ポンプ４４をろ過水移送配管７３側に連通するように三方弁４５を切り替え、ろ過水の補給を停止する。
【００５３】
ブロア４２による散気装置４１からの曝気と、生物反応槽４への原水の供給を再開することで、ろ過が再開される（ステップＳ１０）。このように、ろ過工程、希釈排オゾンガスを用いた膜面洗浄工程を含むオゾン水生成工程、およびオゾン水逆洗浄工程を繰り返すことで、オゾンの有効利用を図り、効率よくろ過膜を洗浄し、安定した水処理が可能となる。
【００５４】
なお、逆洗浄に必要な溶存オゾン濃度Ｃｏとしては、飽和溶解度付近の所定の値を設定する。溶存オゾン濃度Ｃｏが高いほどろ過膜５１に対する洗浄効果が高いため、設定濃度値はできるだけ飽和溶解度に近い方が好ましい。しかし、飽和溶解度は溶媒の温度・ｐＨ・気圧により変動するので、洗浄毎の溶存オゾン濃度Ｃｏを一定とするため、例えば３０ｍｇ／Ｌ以上の一定値を設定濃度値としてもよい。また、溶存オゾン濃度Ｃｏが設定濃度値となるようなオゾンガスの供給時間を予め求め、実際のオゾン水生成工程においては設定濃度値を定める代わりに上述したような供給時間を設定してもよい。 
【００５５】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、排オゾンガス配管の先端開口部をろ過ユニットの直下に設置して膜面洗浄を行う例について説明した。本実施の形態２においては、排オゾンガス配管を曝気用の散気装置に接続し、散気装置から膜面洗浄用の希釈排オゾンガスを放出するように構成した例について説明する。図５は、本実施の形態２にかかるろ過膜洗浄装置と、それを有する水処理システムの構成を示す模式図であり、実施の形態１の図１と同様、膜面洗浄が行われる工程における弁の開閉状態を示している。排オゾンガス配管の分岐部より先の部分以外については、実施の形態１と同様であり、同様な部分の説明は省略する。また、動作についても、基本的に実施の形態１と同様であり、実施の形態１の説明に用いた図２を援用し、同様な部分の説明は省略する。
【００５６】
本実施の形態２にかかるろ過膜洗浄装置１０およびろ過膜洗浄装置１０を有する水処理システム１は、図５に示すように、排オゾンガス配管２３を散気装置４１に接続したものである。これにより、オゾン水生成槽１２から供給された排オゾンガスは、散気装置４１内で、ブロア４２から供給される曝気用の空気により希釈され、散気装置４１からろ過ユニット５に向けて放出することができる。このように構成することで、曝気と同様の気泡を膜表面に沿って流すことができる。つまり、実施の形態１の場合、先端開口部２３ｘを膜面洗浄用の気泡を発生させるための形状に整える必要があるが、本実施の形態２においては省略できる。
【００５７】
さらに、実施の形態１で用いた開閉弁１８を有する分岐部４６の設置を省略でき、開閉弁１８の操作も不要となる。例えば、実施の形態１で説明した排オゾンガスによる膜面洗浄工程（ステップＳ５０〜Ｓ７０）では、開閉弁１７の操作だけで、膜面洗浄を開始できる。具体的には、ステップＳ５０において、開閉弁１７を開いて、排オゾンガス配管２３に排オゾンガスを流すと、散気装置４１内で曝気用の空気で希釈され、散気装置４１から希釈排オゾンガスを放出できる。また、ステップＳ７０においては、開閉弁１７を閉じることで、膜面洗浄用の排オゾンガスを停止し、希釈排オゾンガスによる膜面洗浄工程を終了する。ただし、逆洗浄前のブロア４２の停止は実行する。
【００５８】
上記のように、本実施の形態２においては、実施の形態１よりも構成要素の数を減少させることができるとともに、動作制御も簡略化できる。なお、図５においては、排オゾンガス配管２３と曝気用配管４３は、散気装置４１の異なる接続口に接続され、排オゾンガスは、散気装置４１内で、空気により希釈されるように説明しているが、これに限ることはない。排オゾンガスは、散気装置４１に入る前に空気と混合され、希釈された状態で散気装置４１に入るようにしてもよい。
【００５９】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２においては、膜面洗浄用の排オゾンガス、あるいは逆洗浄用のオゾン水が確保できたか否かの判断を時間管理で行う例について説明した。本実施の形態３においては、オゾン水中の溶存オゾン濃度、あるいはバッファタンクの内圧により、判断するように構成した例について説明する。図６と図７とは、本実施の形態３にかかるろ過膜洗浄装置と、それを有する水処理システムの構成およびろ過膜洗浄方法を示すためのものであり、図６は、ろ過膜洗浄装置部分の構成を示す模式図、図７はろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの動作のうち、ろ過膜の洗浄に関する部分、つまりろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。排オゾンガス配管、および他の配管の切れた先の部分は、実施の形態１または２と同様であり、同様な部分の説明は省略する。また、動作についても、実施の形態１の説明に用いた図２と同様な部分の説明は省略する。
【００６０】
本実施の形態３にかかるろ過膜洗浄装置１０においては、図６に示すように、バッファタンク１３に、タンク内圧Ｐｔを計測するための圧力計８１を設置している。また、液相領域Ｐｗ内のオゾン水の溶存オゾン濃度Ｃｏを計測するため、循環配管２２のガス吸引装置１４の上流側に、溶存オゾン濃度計８２を設置している。圧力計８１が計測したタンク内圧Ｐｔの計測値、および溶存オゾン濃度計８２が計測した溶存オゾン濃度Ｃｏの計測値は、制御部３０に出力されるように構成している。なお、計測値と制御との関係を明確にするため、本実施の形態３においては、実施の形態１および２では図示しなかった制御部を制御部３０として記載している。
【００６１】
図７を用いて、動作の説明を行う。実施の形態１で説明したステップＳ４０に代え、本実施の形態３のステップＳ４２では、第一段階として排オゾンガスを確保するためのオゾン水生成の終了条件を、溶存オゾン濃度Ｃｏが、第一濃度閾値ＴｈＣ１以上に増加したか否かとする。つまり、第一段階として溶存オゾン濃度Ｃｏが第一濃度閾値ＴｈＣ１以上に増加するまでオゾン水の生成を継続する。そして、溶存オゾン濃度Ｃｏが、第一濃度閾値ＴｈＣ１に達すると、第一段階のオゾン水生成を終了し、膜面洗浄工程（ステップＳ５０）に移行する。
【００６２】
第一段階のオゾン水生成の目的は、膜面洗浄に必要な排オゾンガスを確保することであり、排オゾンガスの量とオゾンガス濃度を確認する必要がある。しかし、循環ポンプ１５の流量を含めたガス吸引装置１４の特性とオゾンガス発生装置１１の特性、およびバッファタンク１３とオゾン水生成槽１２の容量と水量を把握していれば、溶存オゾン濃度Ｃｏを基に、上記内容を確認することができる。そのため、単に時間管理をした場合よりも、的確な制御が可能となる。
【００６３】
一方、膜面洗浄工程の終了条件としては、実施の形態１で説明したステップＳ６０に代えたステップＳ６２では、タンク内圧Ｐｔが内圧下限値ＴｈＰ以下に低下したか否かで判断する。つまり、タンク内圧Ｐｔが内圧下限値ＴｈＰに低下するまで、膜面洗浄を継続する。そして、タンク内圧Ｐｔが内圧下限値ＴｈＰに低下すると、排オゾンガスの供給を停止して、オゾン水生成を再開する（ステップＳ８０）する。
【００６４】
膜面洗浄工程では、膜表面に流す希釈排オゾンガスの元となる、排オゾンガスの量を確認する必要がある。タンク容量等のデータに基づき、タンク内圧Ｐｔの変化から、ろ過ユニット５に供給した排オゾンガスの常圧換算の体積を容易に確認できる。つまり、所定体積の排オゾンガスを膜面洗浄に使用することが可能となる。また、例えば、単なる時間管理をした場合に、タンク内圧Ｐｔがろ過ユニット５でバブリングするために必要な圧を時間内に下回ると、残り時間は、オゾンを含まない空気のみのバブリングが行われることが想定される。しかし、圧力管理をすれば、そのような事態を確実に回避することが可能となる。
【００６５】
第二段階のオゾン水生成の終了条件としては、実施の形態１で説明したステップＳ９０に代えたステップＳ９２では、溶存オゾン濃度Ｃｏが、第一濃度閾値ＴｈＣ１より大きな第二濃度閾値ＴｈＣ２以上に増加したか否かとする。つまり、溶存オゾン濃度Ｃｏが、第一濃度閾値ＴｈＣ１より大きな第二濃度閾値ＴｈＣ２以上に増加すると、第二段階のオゾン水生成を終了し、逆洗浄工程（ステップＳ１００）に移行する。
【００６６】
第二段階のオゾン水生成の目的は、逆洗浄に必要なオゾン水の溶存オゾン濃度Ｃｏを確保することであり、本実施の形態のように、溶存オゾン濃度Ｃｏを測定することで、的確な制御が可能となる。
【００６７】
つまり、溶存オゾン濃度Ｃｏを計測することで、膜面洗浄に適した排オゾンガス、および逆洗浄に適したオゾン水をより確実に生成することができる。また、タンク内圧Ｐｔを計測することで、膜面洗浄として、好適な量の排オゾンガスを使用することができる。
【００６８】
実施の形態４．
上記各実施の形態１〜３においては、ろ過処理、あるいは逆洗浄を終了すべきか否かを時間で判断する例について説明した。本実施の形態４においては、ろ過膜の膜間差圧により、判断するように構成した例について説明する。図８と図９とは、本実施の形態４にかかるろ過膜洗浄装置と、それを有する水処理システムの構成およびろ過膜洗浄方法を示すためのものであり、図８は、ろ過膜洗浄装置を含む水処理システムの構成を示す模式図、図９はろ過膜洗浄装置を有する水処理システムの動作のうち、ろ過膜の洗浄に関する部分、つまりろ過膜洗浄方法を示すフローチャートである。膜間差圧の計測、および膜間差圧の計測値を用いた動作制御以外については、実施の形態３と同様であり、同様な部分の説明は省略する。
【００６９】
本実施の形態４にかかる水処理システム１においては、膜間差圧を計測するために、図８に示すように、ろ過水配管７２部分に圧力計８３を設置している。圧力計８３が計測したろ過水配管７２部分の圧力は、制御部３０に出力されるように構成している。圧力計８３は、膜間差圧を直接計測するものではなく、ろ過膜５１の二次側の圧を計測しているが、一次側は大気圧とみなすことができるので、膜間差圧として評価可能である。また、ろ過水配管７２は、オゾン水供給配管２５と連通しているので、逆洗時にオゾン水供給配管２５にかかる圧力、つまり膜間差圧も、圧力計８３により計測可能である。
【００７０】
図９を用いて、動作の説明を行う。実施の形態１で説明したステップＳ２０に代え、本実施の形態４のステップＳ２２では、ろ過工程の終了条件を、ろ過時にろ過膜５１にかかる差圧（膜間差圧ΔＰ）が、上限値ＴｈΔＭを超えたか否かとする。つまり、膜間差圧ΔＰが上限値ＴｈΔＭを超えるまで、ろ過工程を継続する。そして、膜間差圧ΔＰが上限値ＴｈΔＭを超えると、オゾン水生成工程（ステップＳ３０）に移行する。
【００７１】
一次側の生物反応槽混合水Ｗｒから有機物を除去して水分のみを二次側に通す、ろ過工程では、ろ過の進行とともに、図３で説明したように、ろ過膜５１の一次側の表面に活性汚泥等が堆積しケーキ層が形成されていく。ケーキ層の形成に伴って、水分が、ろ過膜５１の一次側から二次側に向かって通る抜ける際の圧力損失、つまり膜間差圧ΔＰが増大していく。膜間差圧ΔＰの増大は、時間当たりの処理量の低下に加え、ろ過膜５１へのダメージ増大にもつながるため、膜間差圧ΔＰの管理が重要である。本実施の形態のように、膜間差圧ΔＰを測定することで、水処理効率上、および設備管理上の的確な制御が可能となる。
【００７２】
また、逆洗浄の終了条件についても、実施の形態１で説明したステップＳ１１０に代えたステップＳ１１２では、オゾン水が二次側から一次側に通り抜ける逆洗浄時にろ過膜５１にかかる差圧（膜間差圧ΔＰ）が、下限値ＴｈΔＷ以下に低減されたか否かとする。つまり、膜間差圧ΔＰが下限値ＴｈΔＷ以下に低減されるまで、逆洗浄工程を継続する。そして、膜間差圧ΔＰが下限値ＴｈΔＷ以下に低減されると、逆洗浄の終了処理を行い（ステップＳ１２０）、ろ過工程（ステップＳ１０）に移行する。
【００７３】
逆洗浄は、ろ過工程によって膜表面に堆積したケーキ層、あるいは、ろ過膜５１の細孔５１ｐ内に滞留する有機物を除去し、ろ過膜５１を清浄にすることを目的としている。そのため、ろ過工程とは逆に、膜間差圧ΔＰをどれだけ低減させるかが鍵であり、本実施の形態のように、膜間差圧ΔＰを測定することで、的確な制御が可能となる。
【００７４】
なお、ステップＳ２２、Ｓ１１２では、ともに膜間差圧ΔＰと称しているが、ろ過工程における膜間差圧ΔＰは、一次側から二次側へ流れる際の圧力損失に伴う差圧であり、二次側は陰圧となる。一方、逆洗浄工程における膜間差圧ΔＰは、二次側から一次側へ流れる際の圧力損失に伴う差圧であり、二次側は陽圧となる。したがって、上限値ＴｈΔＭと下限値ＴｈΔＷは正負逆となり、単純比較はできないが、上限値ＴｈΔＭの絶対値をろ過時の流量で除した値は、下限値ＴｈΔＷの絶対値を逆洗浄時の時間当たりの流量で除した値よりも大きくなる。いずれにせよ、膜間差圧ΔＰを計測し、計測値に基づいて終了するか否かを判断することで、ろ過工程の終了、および逆洗浄の終了タイミングを的確に制御することができる。
【００７５】
なお、上記説明においては、実施の形態３に対して、膜間差圧を計測するための構成要素、あるいは動作を追加した形態を示している。しかし、必ずしもこれに限ることはなく、実施の形態１あるいは２で説明した形態に対して、上述した膜間差圧を計測するための構成要素、あるいは動作を追加した形態であってもよい。
【００７６】
実施の形態５．
上記各実施の形態１〜４においては、一つのろ過ユニットに注目して、ろ過工程から、膜面洗浄工程、逆洗浄工程へと切り替えていく形態について説明した。本実施の形態５においては、ろ過ユニットが複数のろ過器で構成していることに注目し、ろ過器ごとの状況に応じて、工程の切り替えを調整する形態について説明する。図１０は、本実施の形態５にかかるろ過膜洗浄装置と、それを有する水処理システムの構成およびろ過膜洗浄方法を示すためのものであり、複数のろ過器のそれぞれに対して、工程の切り替えタイミングをずらして制御する際の構成を示す模式図である。図において、ろ過膜洗浄装置のうち、オゾン水の生成、あるいは貯蔵に関する部分は省略し、ろ過ユニット近傍の配管部分のみを記載している。
【００７７】
なお、上記各実施の形態１〜４においては、単一のろ過ユニット５に注目しての説明であるため、フローチャートでは、ろ過工程、膜面洗浄工程、逆洗浄工程は、それぞれ他の工程が行われていないときに実行されるように記載した。しかし、本実施の形態５のように、一つのろ過膜洗浄装置１０が、独立制御可能な複数のろ過器５ａ〜５ｄからなるろ過ユニット５に対して、接続されている場合もある。その際、ろ過器５ａ〜５ｄごとに時間をずらして膜洗浄を行う態様の場合、ろ過工程、膜面洗浄工程、逆洗浄工程に加え、オゾン水を生成する工程も同時に実施される場合がある。
【００７８】
そのため、各実施の形態１〜４の動作説明で用いたフローチャートのうち、工程ごとの動作内容については同様とするが、工程間の順序については、並列動作することになる。一方、一つのろ過器に対するろ過工程、膜面洗浄工程、逆洗浄工程の順序は、オゾン水を生成する部分を除き、各実施の形態１〜４の動作説明で用いたフローチャートでの説明内容と同様であるとして説明する。
【００７９】
本実施の形態５にかかる水処理システム１においては、図１０に示すように、４つのろ過器５ａ〜５ｄと、それぞれの直下に位置する散気装置４１ａ〜４１ｄの組合せが、生物反応槽４内に設置されている。そのため、ろ過後の処理水を引き抜くためのろ過水配管７２は、開閉弁６５ａ〜６５ｄを介して分岐した分岐配管７２ａ〜７２ｄが、ろ過器５ａ〜５ｄのそれぞれに対して接続するようにしている。逆洗浄のためのオゾン水を供給するためのオゾン水供給配管２５も、開閉弁６６ａ〜６６ｄを介して分岐した分岐配管２５ａ〜２５ｄが、分岐配管７２ａ〜７２ｄのそれぞれに対して接続するようにしている。そして、分岐配管７２ａ〜７２ｄのそれぞれには、ろ過器５ａ〜５ｄそれぞれの膜間差圧ΔＰを計測するための圧力計８３ａ〜８３ｄが接続されている。
【００８０】
同様に、曝気用の空気を供給するための曝気用配管４３は、開閉弁４７ａ〜４７ｄを介して分岐した分岐配管４３ａ〜４３ｄが、散気装置４１ａ〜４１ｄのそれぞれに対して接続するようにしている。膜面洗浄のための排オゾンガスを供給するための排オゾンガス配管２３も、開閉弁１７ａ〜１７ｄを介して分岐した分岐配管２３ａ〜２３ｄが、分岐配管４３ａ〜４３ｄのそれぞれに対して接続するようにしている。
【００８１】
なお、図示はしないが、各実施の形態１〜４の構成で説明した、三方弁１６、４５は、本実施の形態５では、例えば、枝分かれした配管と、枝分かれした部分ごとに開閉を切り替える開閉弁の組合せに置き換えているとする。例えば、三方弁１６を例に挙げると、三方弁を循環ポンプ１５からガス吸引装置１４側とオゾン水供給配管２５に枝分かれするＴ字管に置き換え、オゾン水供給配管２５側には、上述した開閉弁６６ａ〜６６ｄが設けられている。すると、循環配管２２での循環と、オゾン水供給配管２５側への供給との「切替のみ」として説明した態様は、循環を基本とし、オゾン水供給も「並行」に実行できる態様に置き換えられる。
【００８２】
上述した構成を踏まえて、動作説明を行う。図１０において、ろ過器５ａとろ過器５ｂは、開閉弁４７ａ、４７ｂが開（白抜き）に、開閉弁１７ａ、１７ｂが閉（黒塗り）になっており、直下の散気装置４１ａから曝気用の空気が放出されている。そして、開閉弁６５ａ、６５ｂが開で、開閉弁６６ａ、６６ｂが閉であるため、吸引ポンプ４４により二次側が陰圧となり、生物反応槽混合水Ｗｒは一次側から二次側に流れる。つまり、ろ過器５ａ、５ｂでは、生物反応槽混合水Ｗｒをろ過処理する、ろ過工程が行われている。
【００８３】
一方、ろ過器５ｃは、開閉弁４７ｃと開閉弁１７ｃがともに開になっており、直下の散気装置４１ａから排オゾンガスと空気を混合した希釈排オゾンガスが放出されている。そして、開閉弁６５ｃと開閉弁６６ｃがともに閉であるため、一次側と二次側の間での流通はない。つまり、ろ過器５ｃでは、希釈排オゾンガスによる膜面洗浄が実行されている。
【００８４】
そして、ろ過器５ｄは、開閉弁４７ｄと開閉弁１７ｄがともに閉開になっており、直下の散気装置４１ａからの気泡の放出はない。そして、開閉弁６５ｄは閉で、開閉弁６６ｄが開であるため、ろ過器５ｄの二次側には、オゾン水生成槽１２からのオゾン水が供給される。つまり、ろ過器５ｄでは、オゾン水による逆洗浄が実行されている。
【００８５】
ここで、ろ過工程が実行されているろ過器５ａ、５ｂでは、それぞれ圧力計８３ａ、８４ｂの計測値に基づき、ろ過時の膜間差圧ΔＰが評価され、例えば、実施の形態４のステップＳ２２で説明したようにろ過工程を継続すべきか否かが判断される。そして、ろ過工程を終了すると、膜面洗浄工程に移行する。
【００８６】
同様に、逆洗浄工程が実行されているろ過器５ｄでは、圧力計８３ｄの計測値に基づき、逆洗浄時の膜間差圧ΔＰが評価され、例えば、ステップＳ１１２で説明したように、逆洗浄工程を継続すべきか否かが判断される。そして、逆洗浄工程を終了すると、ろ過工程に移行する。また、膜面洗浄が実行されているろ過器５ｃでは、例えば、実施の形態１のステップＳ６０で説明したように、継続時間に基づき、膜面洗浄過工程を継続すべきか否かが判断される。そして、膜面洗浄工程を終了すると、逆洗浄工程に移行する。
【００８７】
なお、各ろ過器５ａ〜５ｄが上述した工程を個別に繰り返している間、基本的には、オゾン水の生成が継続実施されている。具体的には、循環ポンプ１５が稼働している間は、オゾン水供給配管２５への連通状態にかかわらず、循環配管２２内では水またはオゾン水が循環している。つまり、ろ過器５ａ〜５ｄのいずれかにおいて膜面洗浄に必要な排オゾンガス、あるいは逆洗浄に必要なオゾン水が不足しないよう、適宜オゾン水の生成がなされているとする。また、ろ過ポンプ４４が稼働している間は、オゾン水生成槽１２へのろ過水の供給の有無にかかわらず、処理後のろ過水は、ろ過水移送配管７３を介してろ過水槽に移送されるように制御している。
【００８８】
このように構成することで、ろ過器５ａ〜５ｄごとにケーキの堆積具合が異なる場合、あるいはろ過性能に違いがある場合など、ろ過器５ａ〜５ｄの性状に応じた最適なサイクルで、表面洗浄、逆洗浄を含めた洗浄処理を実施し、効率よく水処理ができる。もちろん、ろ過器５ａ〜５ｄごとの性状が同様で、処理対象の生物反応槽混合水Ｗｒの状態も安定している場合、各工程を時間管理で制御することも可能である。時間管理の場合、例えば、複数のろ過器５ａ〜５ｄのうちのいずれか一つは、必ずろ過工程を実行するように設定すれば、生物反応槽混合水Ｗｒの処理が滞ることなく、連続して実行可能である。
【００８９】
つまり、本実施の形態５に示すように、複数のろ過器５ａ〜５ｃのそれぞれに対して、個別に工程を設定できるように構成すれば、安定した水処理が可能になる。なお、本実施の形態５においては、４つのろ過器５ａ〜５ｄを用いた例を示したが、４つに限らず２つ以上のろ過器を有するものであれば、適用可能であることは言うまでもない。
【００９０】
なお、制御部３０、図示しない水処理システムの制御部、あるいはそれらを統合する制御部を、例えば、ハードウェア３と表記すると、一例として、図１１に示すように、ハードウェア３は、プロセッサ３１と記憶装置３２から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ３１は、記憶装置３２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ３１にプログラムが入力される。また、プロセッサ３１は、演算結果等のデータを記憶装置３２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
【００９１】
各実施の形態で例示したように、本願の希釈排オゾンガスを用いた膜面洗浄を採用することで、装置の大型化、あるいは機器の追加を伴うことなく、簡単な構成でオゾンガスの利用効率を高めることができる。とくに、膜面洗浄のために、排オゾンガスそのものではなく、希釈してから、生物反応槽４内に気泡として放出したので、不可逆的膜ファウリングを生じさせることがなく、確実に膜の汚染度を低減できる。
【００９２】
また、膜面洗浄に用いられた排オゾンガスは、生物反応槽４内で消費され、逆洗浄に用いられたオゾン水は、濾過一次側に流出するまでにオゾンを消費するため、触媒、活性炭等を用いた還元装置など、余剰オゾンガスを処理する装置も不要であり、装置の大型化が防ぐとともに、コストの増加を防ぐことができる。また、逆洗浄に先だって排オゾンガスによるろ過膜の汚染度を低減しているため、逆洗浄にかかる時間を短縮することができ、洗浄に必要なオゾンガスの発生量を低減することができる。
【００９３】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【００９４】
以上のように、各実施の形態にかかるろ過膜洗浄装置１０によれば、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積部（ガス吸引装置１４、オゾン水生成槽１２、バッファタンク１３）、原水をろ過処理するために生物反応槽４内に設置されたろ過ユニット５に対し、蓄積部から取り出したオゾン水をろ過膜５１の二次側から一次側に流通させる逆洗浄を行う逆洗浄機構（オゾン水生成槽１２、循環ポンプ１５）、生物反応槽４内でオゾンを含む気泡を放出し、放出した気泡をろ過膜５１の一次側の面（一次側面５１ｆ１）に沿って流す膜面洗浄を行う膜面洗浄機構（オゾン水生成槽１２、バッファタンク１３、散気装置４１）、逆洗浄機構による逆洗浄に先立ち、膜面洗浄機構による膜面洗浄を行うよう、逆洗浄機構と膜面洗浄機構の動作を制御する制御部３０、および気泡として放出するガスとして、蓄積部から取り出した排オゾンガスを希釈して膜面洗浄機構に供給する排オゾンガス希釈部（ブロア４２）、を備えるように構成したので、オゾンの有効利用を図り、不可逆的膜ファウリングを生じさせることなく、効率よくろ過膜を洗浄できる。
【００９５】
とくに、排オゾンガス希釈部は、蓄積部から取り出した排オゾンガスを、１．４倍以上、または、オゾン濃度が１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈するので、不可逆的膜ファウリングを確実に防止し、効率的にろ過膜洗浄ができる。
【００９６】
膜面洗浄機構は、生物反応槽４内に貯留された原水を曝気するための散気装置４１に接続され、散気装置４１から気泡を放出するように構成すれば、構成部材の追加を省略できる。
【００９７】
また、ろ過膜５１の一次側と二次側の間に流体を流通させた際の一次側と二次側との差圧（膜間差圧ΔＰ）を測定する圧力計８３を備え、制御部３０は、測定した差圧に応じて、逆洗浄を開始するか否か、および終了するか否かの少なくともいずれかを判断するようにしたので、効率的なろ過処理が実現できる。
【００９８】
そして、ろ過処理のために原水を貯留する生物反応槽４、生物反応槽４に設置され、原水をろ過処理するためのろ過ユニット５、およびろ過ユニット５のろ過膜５１を洗浄するための、上述したろ過膜洗浄装置１０、を備えた水処理システムでは、ろ過膜５１が効率的にメンテナンスされ、ろ過処理能力がアップする。
【００９９】
ろ過ユニット５は、原水のろ過処理をそれぞれ独立して実行する複数のろ過器５ａ〜５ｄで構成され、かつ、複数のろ過器のそれぞれには、当該ろ過器のろ過膜５１の一次側と二次側の間に流体を流通させた際の一次側と二次側との差圧（膜間差圧ΔＰ）を測定する圧力計８３ａ〜８３ｄを備え、制御部３０は、複数のろ過器のなかで、差圧の上昇速度が大きなろ過器を、膜面洗浄と、逆洗浄の優先対象とするようにすれば、効率的にろ過膜５１の処理ができる。
【０１００】
また、各実施の形態にかかるろ過膜洗浄方法によれば、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積する蓄積ステップ（ステップＳ３０、Ｓ８０）、原水をろ過処理するろ過ユニット５に対し、ろ過膜５１の一次側の面（一次側面５１ｆ１）に沿ってオゾンガスを含む気泡を流す膜面洗浄ステップ（ステップＳ５０）、蓄積ステップで蓄積されたオゾン水を取り出し、取り出したオゾン水を、ろ過膜５１の二次側から一次側に向かって流通させる逆洗浄ステップ（ステップＳ１００）、を含み、膜面洗浄ステップでは、蓄積ステップで蓄積された排オゾンガスを、希釈してから気泡として流す、ように構成したので、オゾンの有効利用を図り、不可逆的膜ファウリングを生じさせることなく、効率よくろ過膜を洗浄できる。
【０１０１】
とくに、膜面洗浄ステップでは、蓄積された排オゾンガスを、１．４倍以上、または、オゾン濃度が１５０ｇ／ｍ３以下になるまで希釈するので、不可逆的膜ファウリングを確実に防止し、効率的にろ過膜洗浄ができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：水処理システム、  ４：生物反応槽、  ５：ろ過ユニット、  ５ａ〜５ｄ：ろ過器、  １０：ろ過膜洗浄装置、  １１：オゾンガス発生装置、  １２：オゾン水生成槽、  １３：バッファタンク、  １４：ガス吸引装置、  １５：循環ポンプ、  １６：（オゾン水用）三方弁、  １７、１７ａ〜１７ｄ：（排オゾンガス用）開閉弁、  １８：（希釈用）開閉弁、  ２２：循環配管、  ２３：排オゾンガス配管、  ２３ａ〜２３ｄ：分岐配管、  ２３ｘ：先端開口部、  ２４：ろ過水供給配管、  ２５：オゾン水供給配管、  ２５ａ〜２５ｄ：分岐配管、  ３０：制御部、  ４１、４１ａ〜４１ｄ：散気装置、  ４２：ブロア、  ４３：曝気用配管、  ４３ａ〜４３ｄ：分岐配管、  ４４：ろ過ポンプ、  ４５：（ろ過水用）三方弁、  ５１：ろ過膜、  ５１ｆ１：一次側面、  ５１ｐ：細孔、  ６５ａ〜６５ｄ：（ろ過水切替用）開閉弁、  ６６ａ〜６６ｄ：（オゾン水切替用）開閉弁、  ７１：原水配管、  ７２：ろ過水配管、  ７２ａ〜７２ｄ：分岐配管、  ７３：ろ過水移送配管、  ８１：圧力計、  ８２：溶存オゾン濃度計、  ８３、８３ａ〜８３ｄ：（膜間差圧測定用）圧力計、  ９０：有機物、  Ｃｏ：溶存オゾン濃度、  Ｐｇ：気相領域、  Ｐｔ：タンク内圧、  Ｐｗ：液相領域、  ＴｈＣ１：（膜面洗浄開始判断における溶存オゾン濃度の）第一濃度閾値、  ＴｈＣ２：（逆洗開始判断における溶存オゾン濃度の）第二濃度閾値、  ＴｈＰ：（膜面洗浄終了判断におけるバッファタンク圧力の）内圧下限値、  ＴｈΔＭ：（ろ過時の膜間差圧の）上限値、  ＴｈΔＷ：（逆洗終了判断における膜間差圧の）下限値、  Ｗｒ：生物反応槽混合水、  ΔＰ：膜間差圧。
【要約】
オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、生成したオゾン水と副生物の排オゾンガスを蓄積するオゾン水生成槽（１２）、原水をろ過処理するろ過ユニット（５）に対し、蓄積されたオゾン水でろ過膜（５１）の逆洗浄を行う逆洗浄機構、生物反応槽（４）内でオゾンを含む気泡を放出し、ろ過膜（５１）の膜面洗浄を行う膜面洗浄機構、逆洗浄機構による逆洗浄に先立ち、膜面洗浄機構による膜面洗浄を行うよう、逆洗浄機構と膜面洗浄機構の動作を制御する制御部（３０）、および膜面洗浄で気泡として放出するガスとして、蓄積された排オゾンガスを希釈して膜面洗浄機構に供給する排オゾンガス希釈部、を備えるように構成した。【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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