(57)【要約】【課題】膜を用いた従来の水処理方法や装置では、膜で捕捉した固形の不純物などを除去して排水するので、洗浄排水中に含まれる病原性原虫は不活化することなく放流される可能性があった。本発明の目的は洗浄排水中の病原性原虫をオゾンで確実に不活化し、そのために必要なオゾン供給量と保持時間を適切に過不足なく行う方法と装置を提供することにある。【解決手段】膜モジュールの原水側にある濃縮水に、水温で定まるＣＴ値（濃縮水中の溶存オゾン濃度×保持時間）となるように、供給オゾンガス量と保持時間を制御して、捕捉された病原性原虫を不活化する。具体的には、水温２０℃でＣＴ値が３ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ以上とし、水温の１０℃上昇でＣＴ値を４分の１に、水温の１０℃低下でＣＴ値を４倍になるように制御する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜を用いた水処理方法において、ろ過終了時または物理洗浄開始前に、膜設置部分の原水側にある濃縮水に対して、濃縮水の水温で定まる病原性原虫を不活化するのに十分なＣＴ値（濃縮水中の溶存オゾン濃度×保持時間）となるように、オゾンガス量を供給し保持時間を制御して、膜面上に捕捉された病原性原虫の殺菌することを特徴とした、膜を用いた水処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の膜を用いた水処理方法において、膜の材料として耐オゾン性の素材を使用することを特徴とした、膜を用いた水処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の膜を用いた水処理方法において、濃縮水の水温で定まる病原性原虫を不活化するのに十分なＣＴ値として、水温２０℃で、ＣＴ値が３ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ以上となるように供給することを基準として、水温が１０℃上昇した場合にはＣＴ値を４分の１、水温が１０℃低下した場合にはＣＴ値を４倍となるような関係で供給し制御することを特徴とした、膜を用いた水処理方法。
【請求項４】
膜を用いた水処理装置において、膜設置部分の原水側にある濃縮水と膜面上に捕捉された病原性原虫のオゾンによる殺菌を行うために、少なくとも濃縮水へ供給するためのオゾン発生手段、濃縮水の保持手段、濃縮水の温度測定手段を設けたことを特徴とした、膜を用いた水処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の膜を用いた水処理装置において、膜の材料として耐オゾン性の素材を使用することを特徴とした、膜を用いた水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜を用いた水処理方法および装置で、特に膜面上に捕捉された病原性原虫を殺菌する方法を備えた膜を用いた水処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚濁物質を含んだ原水の処理方法として、膜ろ過を用いた水処理方法がその信頼性、自動運転などの利点から簡易水道を中心に広く利用されている。しかしながら、膜ろ過を用いた水処理装置では、長時間の運転によってファウリングが起こるため、ろ過性能が低下することが課題となっている。これらの原因による膜ろ過性能の低下は膜を洗浄することによって回復することができる。
【０００３】
膜の洗浄方法の一つに、物理洗浄がある。物理洗浄には、膜ろ過水を逆流させる逆圧水洗浄（逆洗）や、膜の一次側での水流によるフラッシングや、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除くもので、自動運転においては、予め定めた条件により洗浄が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２に従来の膜ろ過装置の代表例としての構成図を示す。
この図において、まず原水１は、原水タンク２に流入し、運転ポンプ３により膜モジュール４に供給されて、膜ろ過水５が得られる。膜ろ過水５は、ろ過水タンク６に一定量貯留され、一部は物理洗浄に使用され、残りは処理水７となる。この際に、原水に含まれる固形の不純物などが膜モジュールの主として原水側に捕捉されるために、膜の両側の差圧が上昇するので、所定の条件を満たした場合に物理洗浄が行われる。この物理洗浄は、所定時間毎に逆洗ポンプ８を用いた逆洗と、エアーコンプレッサー９を用いたエアースクラビングとがなされ、その洗浄排水は、次工程のフラッシングにより排水ライン１０により排水される。ここで、前記の物理洗浄排水は、膜で捕捉した固形の不純物などを取り除き排水しているだけなので、後工程の排水処理の有無やその排水処理方法によっては、物理洗浄排水中に含まれる病原性原虫を不活化することなく原水中に再放流される可能性があり、これが大きな課題となっている。
【０００５】
このため、オゾン水により洗浄する際に殺菌する方法や、膜で捕捉した固形不純物などを含む膜モジュールの原水側濃縮水中にオゾンガスを通気し、病原性原虫を殺菌する方法が提案されているが、従来の方法には、次に述べるような二つの問題点がある。
その第１は、オゾン水およびオゾンガスを濃縮水と共に排水ラインに流すことにより、膜で捕捉した固形不純物などを含む膜モジュールの原水側の濃縮水の一部は、オゾンと混合後に十分な保持時間をとれずに排水ラインに流れてしまうため、殺菌に必要なオゾン処理が行われない部分が生じる点である。
【０００６】
その第２は、殺菌に必要で十分なオゾン水の濃度と保持時間と（ＣＴ値）を考慮していない点である。ここでＣＴ値とは、濃縮水中の溶存オゾン濃度（Ｃ）と保持時間（Ｔ）との積の数値である。特にＣＴ値と水温との殺菌降下に及ぼす影響を考慮していないことから、濃縮水の温度条件によっては、低水温時に十分な殺菌効果を得られなかったり、高温時に過剰なオゾン供給をしてしまう可能性がある点である。
【０００７】
本発明の目的は、上記のような物理洗浄排水中に含まれる病原性原虫を確実に不活化し、病原性原虫の原水中への再放流を防止するとともに、その不活化に必要なオゾン供給量を過不足なく適切に行う方法と装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、まず、本発明者等は、オゾン処理における病原性原虫（クリプトスポリジウム）の不活化実験を行い、水温と病原性原虫の不活化には、ＣＴ値の逆数と絶対温度の逆数との間に高い相関関係が認められることを確認した。この実験結果の代表例を図３に示す。この図から９９％の病原性原虫の不活化ＣＴ値は、２０℃で３ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌとなり、常温付近では、水温が１０℃降下すると同等の不活化ＣＴ値は４倍に、水温が１０℃上昇すると同等の不活化ＣＴ値は１／４倍になることが判る。
【０００９】
これらの病原性原虫の不活化の実験結果を利用して、本発明の膜を用いた水処理方法においては、ろ過終了時または物理洗浄開始前に、膜設置部分の原水側にある濃縮水に対して、濃縮水の水温で定まる病原性原虫を不活化するのに十分なＣＴ値（濃縮水中の溶存オゾン濃度×保持時間）となるように、オゾンガス量を供給し保持時間を制御して、膜面上に捕捉された病原性原虫の殺菌することとする。また、この際に、膜の材料としては、膜の表面にオゾンが存在することから、耐オゾン性のある素材を使用することとする。
【００１０】
より具体的には、上記の濃縮水の水温で定まる病原性原虫を不活化するのに十分なＣＴ値として、水温２０℃で、ＣＴ値が３ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ以上となるように供給することを基準として、水温が１０℃上昇した場合にはＣＴ値を４分の１、水温が１０℃低下した場合にはＣＴ値を４倍となるような関係で供給し制御することとする。
【００１１】
この際に、濃縮水の殺菌をより確実にするためには、２０℃においてＣＴ値が３〜６ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ（２０℃）の範囲となるように供給して制御することが望ましい。
また、本発明の膜を用いた水処理装置においては、膜設置部分の原水側にある濃縮水と膜面上に捕捉された病原性原虫を、上記に述べた供給と制御方法でオゾンによる殺菌を行うために、少なくとも濃縮水へ供給するためのオゾン発生手段、バルブなどの濃縮水の保持手段、温度計などの濃縮水の温度測定手段を設けることとする。また、この際に、膜の材料としては、膜の表面にオゾンが存在することから、耐オゾン性のある素材を使用することとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例としてのオゾンを利用した膜ろ過装置の構成図を示す。この図と図２の従来の膜ろ過装置との構成上の差は、殺菌用のオゾン発生器１１、排オゾン処理器１３、バルブ１４と濃縮水の温度を測定する温度計１５を追加したことである。
【００１３】
この図において、原水タンク２に流入した原水１を運転ポンプ３により膜モジュール４に供給することにより、膜ろ過水５が得られる。膜ろ過水５の一部は物理洗浄に使用され、残りは処理水７となる。ろ過３０分後毎に逆洗ポンプ８を用いた逆洗およびエアーコンプレッサー９を用いたエアースクラビングの物理洗浄がなされるが、本発明においては、逆洗前工程として膜モジュール内にオゾン発生器１１よりオゾンガス１２を供給して病原性原虫に対しての殺菌処理工程が実施される。ここで実施例では、オゾンガス供給によって、濃縮水が排水ライン１０に流出しないように、殺菌工程中はバルブ１４を閉じている。殺菌処理はオゾンガスを膜モジュール内へ供給することにより実施され、供給するオゾン量は原水水質により変動し、温度計１２で測定した水温が２０℃の時は、殺菌に必要とされるＣＴ値＝６ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌとなるように供給している。例えば、殺菌処理時間を１ｍｉｎとすると、膜モジュール内の溶存オゾン濃度が６ｍｇ／Ｌとなるようにオゾンガスを供給することになる。ここで、供給するオゾンガス量は、予め水温と溶存オゾン濃度の関係を求めておき、水温を指標として供給オゾンガス濃度を制御する形で供給しても良いし、または、濃縮水中に溶存オゾン濃度計を設置し、必要な溶存オゾン濃度となるようにオゾンガス濃度を制御して供給してもよい。なお、未反応のオゾンガスは排オゾン処理設備１３にて処理される。殺菌処理工程後は従来と同様に、逆洗、エアースクラビング、フラッシングと洗浄工程を経て、再びろ過工程となる。
【００１４】
ここでは、中空糸状、スパイラル状、チューブラ状、平膜状の膜モジュールが用いられ、孔径についても各種のものを用いて問題ない。ここで、膜素材および膜の接着層は、高濃度のオゾンと接触するために、耐オゾン性の素材を使うことが望ましく、例えばフッ化ビニリデン重合体樹脂等の耐オゾン性の有機樹脂またはセラミック等の無機材料を用いることができる。
【００１５】
【発明の効果】
上述のように、オゾンガス通気時に濃縮水が流出しないことおよび、水温を考慮した上で、殺菌に十分なＣＴ値（濃縮水中の溶存オゾン濃度×保持時間）となるように、オゾンガス量を制御して供給し、供給するオゾンガス量が水温２０℃で、ＣＴ値３ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ以上となるように供給することを基準として、水温が１０℃上昇するとＣＴ値が４分の１、水温が１０℃低下するとＣＴ値が４倍となるような関係で供給し、望ましくは２０℃においてＣＴ値３〜６ｍｇ・ｍｉｎ／Ｌ（２０℃）の範囲とすることにより、物理洗浄排水中に含まれる病原性原虫を確実に不活化し、病原性原虫の原水中への再放流を防止するとともに、その不活化に必要なオゾン供給量を適切なものにした膜面上に補足された病原性原虫を殺菌することを具備した膜ろ過を用いた水処理方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としてのオゾンを利用した膜ろ過装置の構成図
【図２】従来の膜ろ過装置の代表例としての構成図
【図３】ＣＴ値の逆数と絶対温度の逆数との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１：　　　　原水
２：　　　　原水タンク
３：　　　　運転ポンプ
４：　　　　膜モジュール
５：　　　　膜ろ過水
６：　　　　ろ過水タンク
７：　　　　処理水
８：　　　　逆洗ポンプ
９：　　　　エアーコンプレッサー
１０：　　　　排水ライン
１１：　　　　オゾン発生器
１２：　　　　オゾンガス
１３：　　　　排オゾン処理器
１４：　　　　バルブ
１５：　　　　温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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