(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む原水を生物処理する第１工程と、前記第１工程を経た生物処理水を膜分離する第２工程と、前記第２工程の膜分離水を逆浸透膜装置によって処理する第３工程とからなる有機性汚水の再生方法において、
前記第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度が増大した時に、前記逆浸透膜装置の逆浸透膜に対するファウリング抑制剤の注入手段から前記逆浸透膜に注入する前記ファウリング抑制剤の注入量を増加させることを特徴とする有機性汚水の再生方法。
【請求項２】
有機物を含む原水を生物処理する第１工程と、前記第１工程を経た生物処理水を膜分離する第２工程と、前記第２工程の膜分離水を逆浸透膜装置によって処理する第３工程とからなる有機性汚水の再生方法において、
前記第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度が増大した時に、前記逆浸透膜装置の逆浸透膜に対する内部液循環手段によって前記逆浸透膜に循環させる内部液の循環ラインに設けた背圧弁の開度を大きくして前記内部液の循環量を増加させることを特徴とする有機性汚水の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機性汚水の再生方法に係り、特に有機物を含む原水を生物処理によって浄化した後、さらに高度処理することによって、飲料水や工業用水として利用可能なレベルにまで再生する有機性汚水の再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物や窒素成分を含む原水を活性汚泥によって生物学的に処理して浄化するとともに、活性汚泥を高濃度に含む生物処理水を精密ろ過膜や限外ろ過膜などによって膜分離する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば膜分離によって清澄な処理水が得られ、また、生物処理水から活性汚泥を沈澱分離するための沈殿池が不要になるという利点がある。
【０００３】
また、有機性汚水の再生方法としては、上記の方法で得られた膜分離水を逆浸透膜装置によって処理し、飲料水や工業用水として利用可能なレベルにまで再生する方法が注目されている。しかしながら、逆浸透膜装置においては、逆浸透膜装置を構成している逆浸透膜の膜面に膜透過性を阻害する物質が付着、繁殖して膜の閉塞を起こす現象、いわゆるファウリングを招く問題が常に発生する。
【０００４】
通常、逆浸透膜装置に供給される水のファウリングの危険性評価はＦＩ値が用いられる。このＦＩ値は逆浸透膜装置に供給される水中の濁質を定量化したものであり、逆浸透膜のファウリングを予測するための指標となる。上記した生物処理後の膜分離水は膜分離によって微細な濁質も除去されているため、ＦＩ値は極めて小さく、ファウリングの危険性は比較的低いと考えられる。
【特許文献１】特開２００４−２４３２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この種の有機性汚水の再生方法においても、逆浸透膜装置を構成している逆浸透膜に急激なファウリングを招くことがある。
【０００６】
本発明の目的は、生物処理後の膜分離水を逆浸透膜装置に供給し逆浸透膜処理する際の逆浸透膜の急激なファウリングを防止するための有機性汚水の再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る有機性汚水の再生方法は、有機物を含む原水を生物処理する第１工程と、前記第１工程を経た生物処理水を膜分離する第２工程と、前記第２工程の膜分離水を逆浸透膜装置によって処理する第３工程とからなる有機性汚水の再生方法において、前記第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度が増大した時に、前記逆浸透膜装置の逆浸透膜に対するファウリング抑制剤の注入手段から前記逆浸透膜に注入する前記ファウリング抑制剤の注入量を増加させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る有機性汚水の再生方法は、有機物を含む原水を生物処理する第１工程と、前記第１工程を経た生物処理水を膜分離する第２工程と、前記第２工程の膜分離水を逆浸透膜装置によって処理する第３工程とからなる有機性汚水の再生方法において、前記第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度が増大した時に、前記逆浸透膜装置の逆浸透膜に対する内部液循環手段によって前記逆浸透膜に循環させる内部液の循環ラインに設けた背圧弁の開度を大きくして前記内部液の循環量を増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は生物処理後の膜分離水を逆浸透膜装置で処理する際の逆浸透膜の急激なファウリングの原因が、膜分離水に残存する濁質ではなく、主に膜分離水中の溶解性有機物であることに着目し、創案されたものである。
【００１１】
すなわち、この種の有機物を含む原水の水質は時間、日、季節によって変動する場合が多い。また、生物処理は水温変化の影響を大きく受ける。このため、後段の逆浸透膜装置に供給される膜分離水の水質が大きく変動する場合がある。膜分離水には生物処理によっては生分解が困難な溶解性有機物や活性汚泥が分泌する溶解性有機物が含まれることがあり、逆浸透膜装置でのファウリングの原因となる。あるいは、これらの溶解性有機物を栄養源とする細菌が逆浸透膜の表面に増殖してファウリングを助長する。
【００１２】
本発明では、有機物を含む原水を生物処理する第１工程と、第１工程を経た生物処理水を膜分離する第２工程と、第２工程の膜分離水を逆浸透膜装置によって処理する第３工程とからなる有機性汚水の再生方法において、第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度に基づいて、前記逆浸透膜装置におけるファウリング抑制手段の運転条件を制御するようにした。
【００１３】
このため、前記第１工程の生物処理水又は第２工程の膜分離水の溶解性有機物濃度が増大した時に、ファウリング抑制手段の運転条件を増強することにより、逆浸透膜装置の急激なファウリングを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る有機性汚水の再生方法の実施形態を示す系統図である。生物処理装置１０は脱窒槽１２と硝化槽１４とによって構成される。脱窒槽１２の底部には攪拌機１６が設置されており、この攪拌機１６を駆動することによって脱窒槽１２内の生物処理水は混合攪拌され、嫌気状態に維持される。脱窒槽１２と硝化槽１４は水路１８によって連通している。硝化槽１４には膜分離ユニット２０が浸漬されている。膜分離ユニット２０の下方には散気管２２が配設されており、ブロア２４から供給された圧縮空気が散気管２２から硝化槽１４内に散気される。散気管２２からの散気によって硝化槽１４内の生物処理水は好気状態に維持される。
【００１５】
膜分離ユニット２０は精密ろ過膜又は限外ろ過膜を素材とした平膜又は中空糸膜によって構成されており、この膜分離ユニット２０によって硝化槽１４内の生物処理水中の活性汚泥が膜分離される。膜分離ユニット２０の膜材を透過した膜分離水２６は膜ろ過ポンプ２８によって、後段の調整槽３０に送られる。硝化槽１４には循環ポンプ３２が接続され、循環ポンプ３２によって抜き出された活性汚泥を高濃度に含む生物処理水の一部は余剰汚泥３４として系外に排出され、残部は脱窒槽１２に循環される。
【００１６】
調整槽３０には供給ポンプ３８が接続されており、調整槽３０の内部液４０が供給ポンプ３８によって逆浸透膜装置４２に供給される。逆浸透膜装置４２の逆浸透膜４４を透過した処理水４６は再生水として有効利用される。処理水４６を送給する管路には流量計４８が配設されており、流量計４８で検出した処理水４６の流量が第１の制御器５０に送信される。第１の制御器５０では流量計４８から送信された処理水４６の流量が設定値を維持するように供給ポンプ３８の回転数を制御する。
【００１７】
逆浸透膜装置４２によって濃縮された濃縮液５２の大部分は第１の背圧弁５４を介して循環液５６として調整槽３０に循環される。濃縮液５２の残部は第２の背圧弁５８を介して脱窒槽１２に返送される。なお、濃縮液５２の輸送ラインに濃縮液５２の排出ライン７８が分岐しており、この排出ライン７８に設けた第３の背圧弁８０を介して濃縮液５２を定期的に排出し、系内の塩類濃度が過度に上昇することを防止している。
【００１８】
また、調整槽３０にはファウリング抑制剤の注入手段６０が接続されている。すなわち、薬液貯留槽６２には逆浸透膜４４のファウリングを抑制するための薬液（ファウリング抑制剤）が所定の濃度に調整されて貯留されている。薬液貯留槽６２には薬液注入ポンプ６４が接続され、この薬液注入ポンプ６４によって所定流量のファウリング抑制剤６６が連続的又は間欠的に調整槽３０に注入される。
【００１９】
硝化槽１４には生物処理水の溶解性有機物濃度を検出可能なセンサ６８が接続されている。センサ６８の検出値は第２の制御器７０に送信される。第２の制御器７０ではセンサ６８から送信された生物処理水の溶解性有機物濃度に基づいて薬液注入ポンプ６４の運転条件を制御する。また、第２の制御器７０ではセンサ６８から送信された生物処理水の溶解性有機物濃度に基づいて第１の背圧弁５４及び第２の背圧弁５８の開度を制御することもできる。
【００２０】
生物処理水の溶解性有機物濃度を検出するセンサ６８としては例えば連続自動分析が可能なＣＯＤ計や紫外線吸光度計が好ましく用いられる。ただし、生物処理水は非溶解性有機物として高濃度の活性汚泥を含んでおり、生物処理水をそのままセンサ６８にかけると非溶解性有機物も有機物濃度として検出されることになり、検出値に大きな誤差が生じる。したがって、生物処理水の溶解性有機物濃度の検出に際しては、前処理として生物処理水をろ紙などによって固液分離し、分離した液分のみについてセンサ６８による検出を行うことが肝要である。
【００２１】
上記構成の処理システムにおいて、原水として有機物及び窒素成分を含む有機性汚水７２が脱窒槽１２に流入する。脱窒槽１２では嫌気条件下で生物処理水中の硝酸性窒素が活性汚泥を構成する脱窒菌によって脱窒され、窒素ガスとして大気に放出される。この脱窒反応に伴い、流入した有機性汚水７２中の有機物もその大部分が生分解して除去される。脱窒槽１２で脱窒処理を受けた生物処理水は水路１８を介して硝化槽１４に流入する。硝化槽１４では好気条件下で生物処理水中のアンモニア窒素が活性汚泥を構成する硝化菌によって硝化され、硝酸性窒素となる。また、硝化槽１４では生物処理水中に残存する有機物が活性汚泥を構成する有機物分解菌によって生分解され除去される。なお、散気管２２からの散気は硝化槽１４内を好気状態に維持するとともに、散気した気泡が膜分離ユニット２０の膜材に沿って上昇する過程で膜材の膜面を洗浄し、膜面の汚れや目詰まりを防止するのに役立つ。
【００２２】
硝化槽１４では内部に浸漬された膜分離ユニット２０によって膜分離が行われ、膜分離ユニット２０の膜材を透過した膜分離水２６は膜ろ過ポンプ２８によって、後段の調整槽３０に送られる。この膜分離ユニット２０による膜分離によって硝化槽１４内の生物処理水中の活性汚泥は濃縮され、高濃度に保持される。循環ポンプ３２によって抜き出された活性汚泥を高濃度に含む生物処理水の一部は余剰汚泥３４として系外に排出され、残部は脱窒槽１２に循環される。循環された生物処理水中の硝酸性窒素が前記したように脱窒菌によって脱窒され、窒素ガスとして大気に放出される。
【００２３】
調整槽３０には膜分離ユニット２０からの膜分離水２６と逆浸透膜装置４２を循環する循環液５６とファウリング抑制剤の注入手段６０からのファウリング抑制剤が流入し、攪拌機７４によって混合される。これらの液が混合した調整槽３０の内部液４０は供給ポンプ３８によって逆浸透膜装置４２に供給され、逆浸透膜装置４２の逆浸透膜４４を透過した処理水４６は再生水として系外に排出される。逆浸透膜４４を透過する処理水４６の流量は逆浸透膜４４の一次側に作用する背圧に依存する。処理水４６の流量を所定レベルにするために前記した背圧弁５４，５８が設けられている。また、処理水４６の流量を設定値に維持するために、第１の制御器５０による供給ポンプ３８の回転数制御が行われる。すなわち、逆浸透膜４４の膜透過性能がファウリング等によって低下した場合には、供給ポンプ３８の回転数を大きくし、逆浸透膜４４の一次側に供給する内部液４０の流量を増加させる。その結果、逆浸透膜４４の一次側の背圧が上昇し、処理水４６の流量が回復する。
【００２４】
逆浸透膜４４の一次側から排出された濃縮液５２の大部分は第１の背圧弁５４を介して循環液５６として調整槽３０に循環される。濃縮液５２の残部は第２の背圧弁５８を介して脱窒槽１２に返送される。循環液５６の流量は第１の背圧弁５４の開度を増減させることによって調節することができる。循環液５６の流量を増加させることは、供給ポンプ３８によって逆浸透膜４４の一次側に供給する内部液４０の流量を増加させることを意味する。内部液４０の流量を増加させると逆浸透膜４４に沿って流れる内部液４０の流速が大きくなり、逆浸透膜４４の膜面に対する洗浄作用が高まって、逆浸透膜４４のファウリング抑制に寄与する。また、濃縮液５２の一部を第２の背圧弁５８を介して脱窒槽１２に返送することによって、内部液４０中の塩類や有機物や過度な濃縮を防止することができ、塩類濃度などを一定レベルにバランスさせ、逆浸透膜４４のファウリングを抑制するのに役立つ。流入原水である有機性汚水７２の塩類濃度が高い時には、第２の背圧弁５８の開度を大きくし、脱窒槽１２に返送する濃縮液５２の流量を増加させる。この濃縮液５２の返送先は脱窒槽１２に限らず、硝化槽１４に返送してもよい。なお、塩類濃度の調整は排出ライン７８に設けた第３の背圧弁８０の開閉によっても行うことができる。
【００２５】
ファウリング抑制剤の注入手段６０によるファウリング抑制剤の注入は、文字どおり逆浸透膜４４のファウリングを抑制するために行われる。すなわち、前記したように膜分離水２６には生物処理によっては生分解が困難な溶解性有機物や活性汚泥が分泌する溶解性有機物が膜分離ユニット２０の膜材を透過して含まれる。これらの溶解性有機物が逆浸透膜４４の閉塞（ファウリング）の原因となる。あるいは、これらの溶解性有機物を栄養源とする細菌が逆浸透膜４４の表面に増殖してファウリングを助長する。したがって、ファウリング抑制剤の注入手段６０では逆浸透膜４４の膜面に付着、増殖したファウリングの原因物質を分解もしくは剥離除去したり、殺菌するためのファウリング抑制剤を調整槽３０に連続的又は間欠的に注入する。図１ではファウリング抑制剤の注入手段６０を単一で図示しているが、本実施形態においては種類の異なるファウリング抑制剤の注入手段を複数設けるようにしてもよい。
【００２６】
上記したように、逆浸透膜４４のファウリングを抑制する主な手段としては、背圧弁５４，５８の開度調整とファウリング抑制剤の注入を挙げることができる。しかしながら、これらの方法には主に経済的な側面からの制約がある。すなわち、第１の背圧弁５４の開度を最大にして循環液５６（換言すれば内部液４０）の流量を増加させると、ファウリングの抑制には有効であるが、その分、運転動力が増加して不経済な運転になる。また、第２の背圧弁５８の開度を最大にして脱窒槽１２に返送する濃縮液５２の流量を増加させると、同様にファウリングの抑制には有効であるが、濃縮液５２の循環量が増大する結果、処理システム全体の設備規模が大きくなり、イニシャル及びランニングの高騰を招く。また、ファウリング抑制剤の注入量を最大にすれば、ファウリングの抑制には有効であるが、ファウリング抑制剤の注入コストが膨らむとともに、余剰の抑制剤が処理水４６の汚染を引き起こす。したがって、ファウリング抑制手段には主に経済的な観点から標準的な運転条件を定めておき、ファウリングが進行したか又はファウリングの進行が予測される場合にのみ、臨時的にファウリング抑制手段の運転条件を増強することが得策である。
【００２７】
しかしながら、逆浸透膜４４におけるファウリング現象は、原因物質が何らかの要因によって増加すると急激に進行するケースが多く、ファウリングの程度が一定レベルを超えると回復が困難となり、逆浸透膜装置４２の運転継続が不可能な事態を招く。そこで、本実施形態ではこのような不測の事態を予防するために、以下に説明するフォワード制御を実行する。
【００２８】
すなわち、硝化槽１４に接続したセンサ６８によって生物処理水の溶解性有機物濃度を検出する。この生物処理水中の溶解性有機物はそのまま膜分離ユニット２０の膜材を透過して膜分離水に含まれ、逆浸透膜４４におけるファウリングの原因になり得る。そこで、第２の制御器７０ではセンサ６８で検出した生物処理水の溶解性有機物濃度が増大した時に、薬液注入ポンプ６４の運転を制御して注入手段６０から調整槽３０へ送り込むファウリング抑制剤６６の注入量を増加させる。すると、調整槽３０の内部液４０のファウリング抑制剤濃度が上昇し、逆浸透膜装置４２における逆浸透膜４４のファウリングを抑制する。なお、ファウリング抑制剤６６の注入量を増加させる方法としては、注入が連続的な場合には注入流量を増加させ、また注入が間欠的な場合には注入頻度を上げる。
【００２９】
また、第２の制御器７０ではセンサ６８から送信された生物処理水の溶解性有機物濃度が増大した時に、第１の背圧弁５４又は第２の背圧弁５８の少なくとも一方の開度を大きくするように制御することもできる。これらの背圧弁の開度を大きくすると、逆浸透膜４４の一次側の背圧が低下する。すると逆浸透膜４４を透過する処理水４６の流量が低下するので、第１の制御器５０では処理水４６の流量を維持するために供給ポンプ３８の回転数を上げるように制御する。その結果、供給ポンプ３８によって逆浸透膜４４の一次側に供給する内部液４０の流量を増加し、逆浸透膜４４の膜面に対する洗浄作用が高まって、逆浸透膜４４のファウリング抑制に寄与する。なお、第２の背圧弁５８の開度を大きくした場合には、脱窒槽１２に返送される濃縮液５２の流量が増加するので、逆浸透膜４４に循環させる内部液４０中の塩類や有機物の濃度が低下し、ファウリング抑制に寄与する。
【００３０】
上記説明では、硝化槽１４に接続したセンサ６８によって生物処理水の溶解性有機物濃度に基づいて、逆浸透膜装置におけるファウリング抑制手段の運転条件を制御する場合について説明した。このような方法によれば、生物処理の早い段階でファウリングの原因となる溶解性有機物の濃度を察知して、ファウリング抑制手段の運転条件を制御できるので安全で確実なフォワード制御を実行することができる。
【００３１】
しかしながら、本発明はこのような方法に限定されない。図１に示したように、膜分離水２６の供給管路にセンサ７６を取り付け、このセンサ７６で検出した膜分離水２６の溶解性有機物濃度に基づいて、逆浸透膜装置におけるファウリング抑制手段の運転条件を制御するようにしてもよい。この方法によれば、活性汚泥などの非溶解性有機物は膜分離ユニット２０によって除去され、膜分離水２６は非溶解性有機物を含まない。このため、溶解性有機物濃度の検出に際しては、前処理としての固液分離操作を省略できる利点がある。
【００３２】
上述のとおり、本実施形態の有機性汚水の再生方法によれば、第１工程の生物処理装置１０の生物処理水又は第２工程である膜分離ユニット２０の膜分離水の溶解性有機物濃度に基づいて、逆浸透膜装置４２におけるファウリング抑制手段の運転条件を制御するようにした。このため、逆浸透膜装置の急激なファウリングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る有機性汚水の再生方法の実施形態を示す系統図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０………生物処理装置、１２………脱窒槽、１４………硝化槽、１６………攪拌機、２０………膜分離ユニット、２２………散気管、２４………ブロア、２６………膜分離水、２８………膜ろ過ポンプ、３０………調整槽、３２………循環ポンプ、３４………余剰汚泥、３８………供給ポンプ、４０………内部液、４２………逆浸透膜装置、４４………逆浸透膜、４６………処理水、４８………流量計、５０………第１の制御器、５２………濃縮液、５４………第１の背圧弁、５６………循環液、５８………第２の背圧弁、６０………ファウリング抑制剤の注入手段、６２………薬液貯留槽、６４………薬液注入ポンプ、６６………ファウリング抑制剤、６８………センサ、７０………第２の制御器、７２………有機性汚水、７４………攪拌機、７６………センサ、７８………排出ライン、８０………第３の背圧弁。
【図１】
0004793635.tif 000002