(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸イオンとＴＯＣとを少なくとも含有する排水の処理装置であって、リン酸イオンにカルシウムイオンおよび/または炭酸イオンを反応させてリン酸カルシウム、および/または炭酸カルシウムを析出させた水を固液分離する固液分離工程の後、ＴＯＣ除去のために微細気泡による曝気を行ない、リン酸イオン及びＴＯＣ除去後の排水を膜処理する膜ろ過装置を有する排水回収装置において、
前記固液分離工程として、凝集沈殿槽での沈降分離工程における沈殿促進助剤として炭酸カルシウムを主成分とする粉末を循環使用し、前記微細気泡を発生する微細気泡発生装置が、気体と共に水を微細気泡発生部へ高速で送水して微細気泡を発生させることを特徴とする排水回収装置。
【請求項２】
前記固液分離工程として、前記沈降分離工程と砂ろ過工程を有し、前記沈降分離工程、前記砂ろ過工程で排水を処理し、その処理後の排水を溜める貯水槽内に前記微細気泡発生部を設け、当該微細気泡発生部に対して前記貯水槽からポンプを用いて高速で送水することにより微細気泡を発生させることを特徴とする請求項１記載の排水回収装置。
【請求項３】
前記微細気泡発生部へ送水するためのポンプは、前記膜ろ過装置の供給ポンプと併用して用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排水回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸イオンとＴＯＣを少なくとも含有する工程排水を処理して再利用可能な処理水を得る排水回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工場等の工程排水中には、ＴＯＣ、リン酸イオン、カルシウムイオン、塩素イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオンが多く含まれている。このような工場排水を浄化して工場の冷却水として再利用する場合、排水中の上記溶存成分を分離する必要があるが、溶存成分を分離する設備としてＲＯ膜ろ過装置が用いられている。
【０００３】
ＲＯ膜ろ過装置を安定的に運転するためには、固形分、ＴＯＣ、リン酸イオン、カルシウムイオン等のＲＯ膜の目詰まり物質を所定濃度以下に低下させる必要がある。大規模工場あるいは汚水処理場等で採用されているリン酸除去方法としてリン酸カルシウム法がある（特許文献１、段落０００３、０００４）。リン酸カルシウム法では、リン酸イオン、カルシウムイオンをアルカリ剤の添加により、ｐＨをアルカリ側に上昇させてリン酸カルシウムの沈殿を生成し、生成した沈殿を砂ろ過工程およびＵＦ膜またはＭＦ膜によるろ過工程で除去した後、ＲＯ膜処理する。
【特許文献１】特開２００４-３３７８０７号公報
【特許文献２】特開２００５-３３４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記リン酸カルシウム法での試験運転を実施した結果、以下の問題が発生した。
【０００５】
リン酸カルシウム法に基づいてリン酸カルシウムの沈殿を生成させて沈殿物を砂ろ過工程およびＵＦ膜またはＭＦ膜ろ過工程で除去したところ、ＴＯＣを除去することができず、約３ヶ月の運転によりＲＯ膜のバイオファウリングにより、ＲＯ膜ろ過装置の運転圧力が１．５倍に上昇する問題が発生した。
【０００６】
なお、ＴＯＣの除去方法として公知の活性汚泥法、活性炭吸着法又は空気曝気法と組み合わせてＴＯＣ除去を試みたところ、新たな問題があることが判明した。まず、活性汚泥法では十分なＴＯＣ低減効果が得られなかった。また活性炭吸着法では、吸着能力が低く目標とするＴＯＣ濃度を得るための活性炭使用量が多く、コスト高になることが判明した。また通常の曝気法では、目標とするＴＯＣに到達するのに長時間を要すると共に、騒音の問題が発生した。特許文献２によれば、微細気泡発生装置を用いて５０μｍ径の微細気泡を発生させて曝気するマイクロバブリング法により、比較的短時間（１０〜２０分）でＴＯＣを減少させることができるとされている。しかし、微細気泡発生装置に送水するために送水容量の大きいポンプが必要となることから、コストアップになる問題がある。
【０００７】
また、上記リン酸カルシウム法で生成されるリン酸カルシウムの沈殿は粒度が細かいために、沈降速度が遅いといった問題がある。そのため、一部のリン酸カルシウムの沈殿が砂ろ過工程で除去されず、ＵＦ膜またはＭＦ膜ろ過工程で除去されるので、ＵＦ膜またはＭＦ膜ろ過工程の膜差圧上昇原因となる。さらに生成する沈殿量が多いため砂ろ過の逆流洗浄頻度が多くなり、回収率が悪くなる問題もあった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、排水に含まれるカルシウム、リン酸及びＴＯＣをＲＯ膜ろ過工程の前工程で効率よく除去し、ＲＯ膜の目詰まりを抑制することのできる排水回収装置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】
本発明の排水回収装置は、リン酸イオンとＴＯＣとを少なくとも含有する排水の処理装置であって、リン酸イオンにカルシウムイオンおよび/または炭酸イオンを反応させてリン酸カルシウム、および/または炭酸カルシウムを析出させた水を固液分離する固液分離工程の後、ＴＯＣ除去のために微細気泡による曝気を行ない、リン酸イオン及びＴＯＣ除去後の排水を膜処理する膜ろ過装置を有する排水回収装置において、前記固液分離工程として、凝集沈殿槽での沈降分離工程における沈殿促進助剤として炭酸カルシウムを主成分とする粉末を循環使用し、前記微細気泡を発生する微細気泡発生装置が、気体と共に水を微細気泡発生部へ高速で送水して微細気泡を発生させることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、凝集沈殿槽での沈降分離工程における沈殿促進助剤として炭酸カルシウムを主成分とする粉末を循環使用するので、凝集沈殿槽での沈降速度を速くすることができ、砂ろ過装置の目詰まりを防止すると共に逆洗浄頻度を低減して回収効率を改善することができる。しかも、微小沈殿の流出を防止することができ、ＵＦ膜またはＭＦ膜によるろ過運転におけるろ膜差圧の上昇を抑制することができる。
【００１１】
また本発明は、上記排水回収装置において、前記固液分離工程として、前記沈降分離工程と砂ろ過工程を有し、前記沈降分離工程、前記砂ろ過工程で排水を処理し、その処理後の排水を溜める貯水槽内に前記微細気泡発生部を設け、当該微細気泡発生部に対して前記貯水槽からポンプを用いて高速で送水することにより微細気泡を発生させることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記微細気泡発生部へ送水するためのポンプは、前記膜ろ過装置の供給ポンプと併用して用いることを特徴とする。この微細気泡発生部へ送水するためのポンプとして膜ろ過装置の供給ポンプを併用する構成により、膜ろ過装置へ送水する供給ポンプを用いて微細気泡発生部に高速で送水することができ、使用電力の低減を図ることができる。
ここで、膜ろ過装置は、ＴＯＣ除去のために微細気泡曝気処理した後の排水を固液分離するＵＦ膜またはＭＦ膜ろ過工程と、その後の排水中の溶存物質を除去するＲＯ膜ろ過工程を用いることが好ましい。
【００１３】
上記排水回収装置において、前記微細気泡発生部は、水平方向に流体を放出する微細気泡出口を有すると共に、気液混合流体を供給する供給配管の先端部に対して当該気液混合流体を導入可能にかつ回転自在に連結され、前記微細気泡出口より気液混合流体が噴出する時の推進力で当該微細気泡発生部が回転するようにしても良い。
【００１４】
微細気泡発生部が回転しながら水平方向に気液混合流体を放出するので、回転しない構成に比べて広い範囲に微細気泡を拡散させることができる。しかも、回転用の動力源を設けることなく流体圧力を利用するので構成も簡素化される。
【００１５】
上記排水回収装置において、ＴＯＣ除去のために微細気泡による曝気を行なう貯水槽において炭酸ガスによる曝気を行うことが望ましい。
【００１６】
これにより、貯水槽において炭酸ガスによる曝気を行うので、貯水槽における排水のｐＨが下げられて、再固形化を防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、リン酸カルシウム粒子の沈降速度を速くすることができると共に、微細気泡曝気によるＴＯＣ除去のコストを抑制でき、排水に含まれるカルシウム、リン酸及びＴＯＣをＲＯ膜ろ過工程の前工程で効率よく除去して、ＲＯ膜の目詰まり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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）  
図１は本発明の第１の実施の形態に係る排水回収システムの構成図である。
【００１９】
本実施の形態の排水回収システムは、半導体製造工程から排出されるリン酸イオン、カルシウムイオン、硫酸イオン、Ｎａイオン等を多く含む工程排水を処理することにより再利用可能な処理水を得るシステムである。
【００２０】
均一槽１は、工程排水の水質を均一化する目的で設置されるもので、本排水回収システムの処理量の３０分〜３時間分の水を貯蓄できることが好ましい。本例では工程排水の流量を１５０ｍ３/ｈと想定して、均一槽１の大きさは２００ｍ３とし、１時間分の工程排水を貯蔵できるように設計した。
【００２１】
ｐＨ調整槽２は、炭酸ナトリウムを供給する炭酸ナトリウム供給装置４及びアルカリ剤である水酸化ナトリウムを供給する水酸化ナトリウム供給装置５が付設されている。本例ではｐＨ調整槽２は大きさが１５ｍ３で２槽あり、１槽目で炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、アニオン系高分子凝集剤を添加し、２槽目で撹拌し凝集操作を実施する。ｐＨ目標値は、炭酸カルシウムの溶解度が一番小さいｐＨ１０．５近傍とした。ｐＨが調整された工程排水にアニオン系高分子凝集剤を添加する。
【００２２】
ｐＨ調整槽２において炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを所定量注入しｐＨを１０．５に調整された工程排水にアニオン系高分子凝集剤を添加して撹拌して凝集した後、炭酸塩凝集沈殿槽３に送られる。
【００２３】
炭酸塩凝集沈殿槽３は、横方向流の傾斜板沈殿槽（有効沈降面積は３５０ｍ２）を用いた。炭酸塩凝集沈殿槽３では凝集沈殿汚泥が集められる。炭酸塩凝集沈殿槽３で集められた凝集沈殿汚泥の一部を「生成汚泥」７としてｐＨ調整槽２へ返送する。本実施の形態では、運転開始時に沈殿促進助剤として炭酸カルシウムを主成分とする粉末（以下、炭酸カルシウ粒子という）を工程排水に添加する。そして、工程排水に添加された炭酸カルシウム粒子の７５％から２０％を循環使用する。また、凝集沈殿汚泥は汚泥脱水装置６で脱水して廃棄または再生資源（例えば肥料）として利用する。
【００２４】
炭酸塩凝集沈殿槽３にてリン酸カルシウム、炭酸カルシウムを凝集沈殿させて除去した工程排水は砂ろ過供給ポンプ８にて砂ろ過装置９へ供給する。砂ろ過装置９は、並列に３台設置されており、それぞれ工程排水を高速ろ過する。砂ろ過装置９で高速ろ過された工程排水は、第１の貯水槽１０へ供給される。第１の貯水槽１０は、微細気泡発生装置１１で生成される微細気泡により工程排水が曝気されるように構成されている。微細気泡発生装置１１に送水するためのポンプとして、送水容量の大きいＵＦろ過水供給ポンプ１２を併用している。
【００２５】
ＵＦ膜（またはＭＦ膜）ろ過装置１３へはＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２により工程排水が送水される。ＵＦ膜ろ過装置１３は２系列設けられている。微細気泡発生装置１１は１系列目には２台、２系列目には１台が接続される。ＵＦ膜ろ過装置１３で処理された工程排水は第２の貯水槽１４に貯留され、ＲＯ膜の目詰まり物質を除去した工程排水がＲＯ膜ろ過装置１５へ供給される。
【００２６】
図２は微細気泡発生装置１１の具体例を示す図である。
ＵＦ膜ろ過水供給配管２１の一端部が第１の貯水槽１０の液相部となる底部近傍に挿入されている。ＵＦ膜ろ過水供給配管２１には第１の貯水槽１０に溜められた工程排水をＵＦ膜ろ過装置１３へ送水するＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２が設けられている。
【００２７】
ＵＦ膜ろ過水供給配管２１にはＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２よりも下流側に液体供給配管２２の一端部が連通している。液体供給配管２２の他端部は第１の貯水槽１０の液相部に挿入されている。第１の貯水槽１０内に挿入された液体供給配管２２の他端部先端に微細気泡発生部２３が取り付けられている。微細気泡発生部２３には、第１の貯水槽１０の外部から挿入された気体供給配管２４の先端が連通されていて、微細気泡発生部２３に気体を送り込むように構成されている。
【００２８】
ＵＦ膜ろ過水供給配管２１と液体供給配管２２の一端部との連結箇所よりも下流側に開閉弁２５が設けられている。また、液体供給配管２２の配管途中にも開閉弁２６が設けられている。微細気泡発生部２３に供給される砂ろ過水の流量は、開閉弁２５と開閉弁２６の開口程度によって制御される。
【００２９】
砂ろ過装置９から第１の貯水槽１０へ工程排水を供給する供給配管２７の挿入端であるろ過水出口近傍に微細気泡発生部２３が配置される。上記した通り、砂ろ過装置９は３台設置されており、微細気泡発生装置１１も３台設置されている。各砂ろ過装置９に連通する供給配管２７のろ過水出口を、各々対応する微細気泡発生部２３に対向配置している。また、微細気泡の曝気による有機成分を外気放出しないために、活性炭を充填したガス処理装置２８が設けられている。ガス処理装置２８は、第１の貯水槽１０の気相部となる貯水槽上部にガス取込口を挿入している。
【００３０】
以上のように、図１に示す微細気泡発生装置１１は、液体供給配管２２、気体供給配管２４、微細気泡発生部２３、気体供給配管２４に気体を送気するブロア（不図示）等で構成されている。特に、液体供給配管２２に送水するためのポンプとして送水容量の大きいＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２を併用している。
【００３１】
図３は微細気泡発生部２３の構成図である。微細気泡発生部２３は、内部が空洞の円筒状をなしている。微細気泡発生部２３の下面には複数のスリット開口部２２ａが形成され、側方には液体供給管２２が連通し、上面には気体供給配管２４が連通している。本例では、微細気泡発生部２３の内径を１０ｍｍ、スリット開口部２２ａのスリット幅を１．６ｍｍ、スリット角度を６０°、スリット深さを直径の１／２、スリット開口部２２ａの断面積を２５ｍｍ２／本としている。また、気体供給配管２４から微細気泡発生部２３へ供給される空気流量は５〜２００Ｌ／分、液体供給管２２から供給される液体流量は５〜５０Ｌ／分に設定している。このような微細気泡発生部２３を３系列設置する。
【００３２】
次に、以上のように構成された第１の実施の形態に基づいた具体的な実施例について説明する。
均一槽１に取り込まれる工程排水は、１５０ｍ３/ｈの取水流量とする。均一槽２において水質が均一化された工程排水はｐＨ調整槽２へ供給される。ｐＨ調整槽２では、１槽目に炭酸ナトリウム供給装置４からカルシウムイオン濃度の最大値２００ｍｇ/Ｌに合わせた量の炭酸ナトリウムが供給される。炭酸ナトリウム量は７８ｋｇ/ｈであった。一方、水酸化ナトリウム供給装置５からｐＨを１０．５近傍に調整するように水酸化ナトリウムが供給される。ｐＨが調整された工程排水に対してアニオン系高分子凝集剤（三井化学アクアポリマー株式会社製  A110）を０．５ｍｇ/Ｌ添加した。
【００３３】
炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを所定量注入しｐＨを１０．５に調整された工程排水にアニオン系高分子凝集剤を添加した工程排水はｐＨ調整槽２の２槽目に移し、撹拌し凝集操作を実施する。工程排水は撹拌して凝集した後、炭酸塩凝集沈殿槽３に送られ、凝集沈殿汚泥が集められる。そこで、その固形分は分離され、汚泥脱水装置６で脱水され廃棄される。生成汚泥を分離した工程排水の固形分は３〜１５ｍｇ/Ｌである。
【００３４】
本実施の形態では、生成汚泥７の一部をｐＨ調整槽２の１槽目に返送する。炭酸塩凝集沈殿工程では、式１、式２に示す化学反応が起こってリン酸カルシウムと炭酸カルシウムの結晶が生成すると考えられる。
３Ca2+  ＋  ２PO43-→  Ca3（PO4）2      式１
Ca2+  CO32-    →  CaCO3      式２
【００３５】
上記した通り、この反応により生成する結晶は微細であり沈降速度が遅い問題がある。本実施の形態では、運転開始時に炭酸カルシウムの粒子を添加し、生成汚泥７の一部をｐＨ調整槽２の１槽目に返送して７５％以下２０％以上を循環使用することで、凝集沈殿汚泥の沈降速度を速くすることができた。この沈降速度が速くなる理由の一つは、粒子の循環使用により前に存在する微粒子を核として結晶成長する一方、新たな微粒子も生成するためと考えられる。
【００３６】
生成汚泥が分離した工程排水は砂ろ過槽９で高速ろ過される。砂ろ過槽９の面積を３．１ｍ２、５０ｍ３／ｈの流速で砂ろ過した場合の工程排水の固形分は約１ｍｇ/Ｌであった。砂ろ過の逆洗頻度は８時間に１回の頻度であった。回収率（（ろ過水−逆洗浄水）／ろ過水）は９５％である。砂ろ過装置９で高速ろ過された工程排水は、各砂ろ過装置９の供給配管２７から３系列の微細気泡発生部２３に並列に供給される。
【００３７】
第１の貯水槽１０には砂ろ過装置９から供給配管２７経由で工程排水が流入する。一方、第１の貯水槽１０に溜められた工程排水はＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２によりＵＦ膜ろ過水供給配管２１経由でＵＦ膜ろ過装置１３へ送られる。
【００３８】
このとき、開閉弁２５，２６の開度制御によりＵＦ膜ろ過水供給配管２１から液体供給配管２２に分岐して第１の貯水槽１０へ戻されて爆気に供される流量が決められる。本例では微細気泡発生装置１１の１系列当たりの水流量は５〜５０L/分を想定しており、今回は１６Ｌ/分に設定した。
【００３９】
また、微細気泡発生装置１１から気体供給配管２４を経由して気体が微細気泡発生部２３に供給される。本例では微細気泡発生部２３に供給する空気流量は５〜２００Ｌ/分を想定しており、今回は３２Ｌ/分に設定した。
【００４０】
微細気泡発生部２３に対して、ＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２により１６Ｌ/分の流量で液体を供給すると共に、気体供給配管２４から３２Ｌ/分の速度で気体を供給することで、平均径が５０μｍの微細気泡が生成された。微細気泡発生部２３は砂ろ過水の出口に配置されているので、砂ろ過水と微細気泡は混合され、微細気泡は水流にのって一旦第１の貯水槽１０の床に衝突した後、水平に広がり床の全面に広がった後で徐々に上昇する。気泡は水中を上昇しながら、接触した水の揮発成分を取り込んで上昇すると考えられるため実質的に全床面最下部より微細気泡を発生させた。
【００４１】
このように、直径５０μｍの微細気泡により、工程排水を曝気することにより、イソプロピルアルコール等の低分子量ＴＯＣ成分が微細気泡と共に水中から蒸発すると考えられる。また、微細気泡化することで、気泡の表面積が増加し、かつ気泡の上昇スピードが遅くなった結果、ＴＯＣの低減効果が高まったものと推定される。また、径が１μｍ以上の粒子を前工程である砂ろ過工程で取り除くことにより、微細気泡発生装置１１の微細気泡発生部２３の磨耗を低減する効果も期待できる。
【００４２】
なお、第１の貯水槽１０において曝気する液の濁度を１度以下に保つことが望ましい。微細気泡発生装置１１でのバブリング前にプレフィルターと砂ろ過装置９を併用して、曝気する液の濁度を１度以下に保つことによって微細気泡発生部の可動部の磨耗が減少し、寿命が２倍以上に向上した。
【００４３】
微細気泡発生装置１１用の送水ポンプ仕様としては、流量２０Ｌ/分、圧力０．２４Ｍｐａ、３６０Ｗであったが、送水ポンプとしてＵＦ膜ろ過装置１３のＵＦろ過水供給ポンプ１２を兼用した場合（１４ｋＷで７５ｍ３、０．３７ｋＷ/ｍ３）で１ｍ３当たりのポンプ容量は約１/２となり、電気使用量を低減することが可能になる。
【００４４】
次に、第１の貯水槽１０においてＴＯＣを低減した工程排水をＵＦ膜ろ過装置１３へ送水して、ＵＦ膜ろ過工程で処理した。使用した膜はポリエーテルサルフォンを主成分とする中空糸膜である。ＵＦ膜のろ過流束は２ｍ３/（ｍ２・日)、逆洗頻度は３０分に１回、水回収率（（ろ過水−逆洗浄水）／ろ過水）は８５％で運転した。
【００４５】
ＵＦ膜ろ過後の工程排水のＴＯＣは５ｍｇ/Ｌ、固形分は０．１ｍｇ/Ｌ以下であり、カルシウムイオン量、リン酸イオン量はそれぞれ３０ｍｇ/Ｌ、０．１ｍｇ/Ｌであった。したがって、ＲＯ膜を目詰まりさせる可能性のある物質を除去することができた。
【００４６】
以上のようにして、目詰まり物質等を除去した工程排水はＲＯ膜ろ過装置１５で処理される。ＲＯ膜の材質はポリアミド系スパイラル膜を用い、ＲＯ膜の面積は３０００ｍ２に設定した。ＲＯ膜の運転条件は、初期圧力１０ｂａｒ、回収率６７％で運転した。
【００４７】
以下に工場から排出直後の工程排水及びＲＯ膜処理された工程排水の溶存成分の代表値を示す。
（１）ＴＯＣ
排出時は１２ｍｇ/Ｌ、微細気泡曝気後は４ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜ろ過後は１．２ｍｇ/Ｌ
（２）リン酸イオン濃度
排出時は６０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は０．１ｍｇ/Ｌ以下
（３）カルシウムイオン濃度
排出時は１５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は０．７ｍｇ/Ｌ
（４）硫酸イオン濃度
排出時は２５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は１ｍｇ/Ｌ
（５）塩化物イオン濃度
排出時は２０００ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は９ｍｇ/Ｌ
（６）ナトリウムイオン濃度
排出時は３５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は５ｍｇ/Ｌ
ＲＯ膜処理された工程排水の溶存成分が上記の数値であれば、工場の冷却水等に使用しても問題ない水質である。また、ＲＯ膜ろ過装置１５は、１年以上に渡って運転圧力の上昇は認められず、安定した運転を長期間に渡って継続できることが確認できた。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、難吸着性のＴＯＣ成分、カルシウム、リン酸を多く含む工程排水の処理において、ＲＯ膜ろ過工程前に微細気泡による曝気でＴＯＣ等を効率よく分離するので、ＲＯ膜のバイオファウリングを防止でき、ＲＯ膜の運転圧力の上昇が少なく安定な運転が可能である。しかも、微細気泡発生装置１１に送水する送水ポンプにＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２を併用する。３系統ある微細気泡発生装置１１毎に個別の送水ポンプを設ける場合（０．３６ｋＷ）に比べ、ＵＦ膜ろ過装置１３のＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２を送水ポンプに併用した場合、ＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２の仕様が１４ｋＷで７５ｍ３、０．３７ｋＷ/ｍ３の場合で、１ｍ３当たりのポンプ容量は約１/２となり、電気使用量の低減が可能である。また、個別の送水ポンプを設置するためのスペースを確保する必要がなくなり小型化することもできる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、運転開始時に沈殿促進助剤として炭酸カルシウム粒子を工程排水に添加し、炭酸塩凝集沈殿槽３で集められた「生成汚泥」７をｐＨ調整槽２へ返送し、運転開始時に工程排水に添加された炭酸カルシウム粒子を循環使用するので、炭酸塩凝集沈殿槽３での凝集沈殿汚泥の沈降速度を速くすることができる。したがって、リン酸カルシウムの沈殿を炭酸塩凝集沈殿槽３で回収でき、リン酸カルシウムの沈殿が砂ろ過工程で除去されずにＵＦ膜ろ過工程で除去されることを防止でき、砂ろ過装置９の逆流洗浄頻度を削減でき、ＵＦ膜ろ過工程の膜差圧上昇を防止できる。
【００５０】
（第２の実施の形態）  
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の排水回収システムにおいて微細気泡発生装置の形状、配置数及び第１の貯水槽の構成を変えたものであり、その他は上記第１の実施と同様に実施した。
【００５１】
図４は本実施の形態で用いられる微細気泡発生装置における微細気泡発生部３０の構成図である。微細気泡発生部３０は、内部が空洞の円筒状をなしており、側面には水平方向に開けられた円形の微細気泡出口３１が形成されている。微細気泡発生部３０の上端面に液体供給配管２２の先端部がベアリング機構３２を介して同心状に連結されている。微細気泡発生部３０は液体供給配管２２に対してベアリング機構３２により回転自在に支持されていて、微細気泡出口３１より水と気泡が噴出する時の推進力で回転する機構になっている。
【００５２】
上記液体供給配管２２の内径は６ｍｍ、微細気泡発生部３０の内径は８ｍｍ、微細気泡出口３１の開口部の形状は直径４ｍｍの円形、その断面積１２．５ｍｍ２に設定した。図４には気体供給配管が図示されていないが、本実施の形態では微細気泡発生部３０の前段で気液混合流体が作られ、当該気液混合流体が液体供給配管２２から微細気泡発生部３０へ供給されるようにした。液体供給配管２２への送水にはＵＦ膜ろ過水供給ポンプ１２が用いられる。微細気泡発生装置の１系列当たりの水流量は５〜５０Ｌ/分（本装置では１０Ｌ/分）、空気の流量は５〜２００Ｌ/分（本装置では２０Ｌ/分）とした。微細気泡発生部３０の回転速度は、約３０ｒｐｍであり、微細気泡は４００ｍｍの遠方まで到達した。
【００５３】
図５には第１の貯水槽４０に微細気泡発生装置を配置した状態を示している。同図に示すように、第１の貯水槽４０の大きさは、幅１．５ｍ、長さ２．５ｍ、深さ４ｍであり、８台の微細気泡発生装置を設置している。１台の微細気泡発生装置を配置するために必要な貯水槽床面積は、正四角形の場合で約５７０〜６５０ｍｍ角であり、円形容器の場合で８００ｍｍ直径である。微細気泡発生部３０の１個当たりの水流流量は、０．７ｍ３であり、合計５．６ｍ３の送水量である。
【００５４】
以上のように８台の微細気泡発生装置が配置された第１の貯水槽４０において微細気泡による曝気でＴＯＣ等を分離したところ、ＵＦ膜ろ過後の工程排水のＴＯＣは３．５ｍｇ／Ｌ、固形分は０．１ｍｇ／Ｌ以下であり、カルシウムイオン量、リン酸イオン量はそれぞれ１０ｍｇ/Ｌ、０．１ｍｇ/Ｌであった。
【００５５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の排水回収システムにおいて、ｐＨ調整槽２の工程排水に対して炭酸ガスをバブリングして炭酸イオンを発生させるようにしたものである。
【００５６】
図６は第３の実施の形態に係る排水回収システムの構成図である。図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、主に異なる部分について説明する。本実施の形態では、ｐＨ調整槽２に炭酸ガス供給装置５０を設置すると共に、第１の貯水槽１０に対して炭酸ガス供給装置５０から炭酸ガスを供給するための炭酸ガス供給配管５１を設けている。
【００５７】
以上のように構成された排水回収システムにおいて、工程排水中のカルシウムイオン量を検出し、カルシウムイオン１モルに対して、炭酸イオン供給装置５０で炭酸イオンを０．９から３．０モル供給した後、ｐＨ調整槽２でｐＨを９〜１１に調整する。
【００５８】
工程排水をｐＨ調整槽２にてバッチ式で処理する場合は、工程排水の供給と同時に、炭酸カルシウム粒子を含む「生成汚泥」７が炭酸塩凝集沈殿槽３から返送され撹拌される。次にアルカリ剤の供給、炭酸ガスのバブリングが行われる。
【００５９】
アルカリ剤の供給、炭酸ガスの供給の操作の終了判定は、含有しているカルシウムイオン量に応じて判断する。供給時間または供給した総ガス量が所定量に達した時に、アルカリ剤および炭酸イオンの供給を停止する方法と、イオン電極法によりカルシウムイオンを計測してカルシウムイオンが所定濃度以下になった時にアルカリ剤および炭酸イオンの供給を停止する方法とがある。
【００６０】
また、ｐＨ調整槽２に工程排水が連続的に送られる場合は、液流動方向の終点近傍でカルシウム量を測定し、時間当たりのアルカリ供給量、炭酸ガス供給量を決定する。
【００６１】
ｐＨ調整槽２で炭酸イオンを所定量注入してｐＨ９〜１１に調整された工程排水は炭酸塩凝集沈殿槽３に送られる。ｐＨ調整槽２で生成した沈殿を炭酸塩凝集沈殿槽３で収集し、分離して別途固形化処理する（炭酸塩凝集沈殿工程）。その一部は脱水され廃棄、または肥料化される。残りの生成汚泥７はｐＨ調整槽２に返送される。生成汚泥を分離した工程排水の固形分は３〜１５ｍｇ/Ｌである。リン酸カルシウム、炭酸カルシウムが凝集沈殿し、炭酸塩凝集沈殿槽３のｐＨが１０の場合では、溶存リン酸量は０．５ｍｇ/Ｌ、溶存カルシウム量は１０ｍｇ/Ｌである。このほかに約１０ｍｇ/Ｌの固形分を有している。
【００６２】
なお、炭酸塩凝集沈殿工程後の工程排水中には、０．１から２ｍｇ/Ｌの残留塩素が存在することが好ましい。残留塩素がないと、細菌の増殖により砂ろ過処理水やＵＦ膜ろ過処理の第２の貯水槽１４に細菌の増殖による汚染が発生するからである。
【００６３】
次に、炭酸塩凝集沈殿工程後の工程排水を砂ろ過装置９へ供給して高速ろ過した。砂ろ過装置９では粒径が約１μｍ以上の固形分がさらに分離除去される。砂ろ過した工程排水の固形分は約１ｍｇ/Ｌまで減少した。
【００６４】
砂ろ過処理した工程排水は、第１の貯水層１０に溜められる。
第１の貯水層１０に対して炭酸ガス供給装置５０から炭酸ガス供給配管５１経由で炭酸ガス含有空気を供給して工程排水を炭酸ガス含有空気でバブリングする。この結果、ｐＨを下げることができ再固形化が防止される。また、第１の貯水層１０では第１の実施の形態と同様に微細気泡発生装置１１から供給される微細気泡にて曝気されてＴＯＣ低減が図られる。
【００６５】
次に、第１の貯水層１０にてＴＯＣが低減された工程排水はＵＦ膜ろ過装置１３へ送られてＵＦ膜ろ過工程で処理される。ＵＦ膜ろ過工程では粒径０．０２μｍ以上の固形分が分離除去される。ＵＦ膜ろ過後の工程排水の固形分は０．１ｍｇ/Ｌ以下であった。カルシウムイオン量、リン酸イオン量はそれぞれ１０ｍｇ/Ｌ、０．５ｍｇ/Ｌであった。
【００６６】
ＵＦ膜ろ過後の工程排水は第２の貯水槽１４を経由してＲＯ膜ろ過装置１５へ送られる。ＲＯ膜ろ過装置１５にて工程排水がＲＯ膜で処理されて溶存成分が除去される。
【００６７】
次に、以上のように構成された第３の実施の形態に基づいた具体的な実施例について説明する。
工程排水の流量は１００ｍ３/ｈとし、均一槽１の大きさは１００ｍ３で１時間の工程排水を貯蔵できるようにした。ｐＨ調整槽２は３０ｍ３の大きさであり、炭酸ガスを含むガスをバブリングし、炭酸イオンを発生させる炭酸ガス相供給装置５及びアルカリ剤である水酸化ナトリウム供給する水酸化ナトリウム供給装置５を備える。
【００６８】
このｐＨ調整槽２に工程排水を連続的供給しながら、水酸化ナトリウム溶液を添加し、ｐＨを１０に調整し、炭酸ガスのバブリングにより炭酸イオンを供給した。ｐＨ調整槽２に工程排水が連続的に送られ、液流動方向の終点近傍でカルシウムイオン量を測定して時間当たりのアルカリ供給量、炭酸ガス供給量を決定した。本実施例で用いたカルシウムイオン濃度は、１５０ｍｇ/Ｌ（時間当り１５ｋｇ/ｈ）であり、供給した炭酸イオン量は２３ｋｇ/Ｌである。
【００６９】
炭酸イオンを所定量注入しｐＨを１０に調整された工程排水は炭酸塩凝集沈殿槽３（横方向流の傾斜板沈殿槽（有効沈降面積は３５０ｍ２））に送られ、凝集沈殿汚泥が集められる。その一部は分離され脱水され廃棄した。
【００７０】
工程排水には、カルシウムイオン１モルに対し、炭酸イオンを１モル供給し、凝集沈殿速度を別途測定した結果、５０ｍｍ/８分（６．２５ｍｍ/分）であった。残りの生成汚泥７は前述したとおりｐＨ調整槽２に返送した。生成汚泥を分離した工程排水の固形分は８ｍｇ/Ｌである。
【００７１】
砂ろ過装置９のろ過槽面積は３．１ｍ２であり、５０ｍ２/ｈの流速で砂ろ過した工程排水の固形分は約１ｍｇ/Ｌである。砂ろ過の逆洗頻度は８時間に１回の頻度であった。回収率は９５％である。
【００７２】
砂ろ過処理した工程排水は、第１の貯水層１０に溜められ、再度、炭酸ガス含有空気でバブリングしてｐＨを７〜８に下げた。また、微細気泡発生装置１１から微細気泡を供給して爆気した。
【００７３】
次に、ＵＦ膜ろ過装置１３でＵＦ膜ろ過処理した。使用した膜はポリエーテルサルフォンを主成分とする中空糸膜である。ＵＦ 膜のろ過流束は２ｍ３/（ｍ２・日)、逆線頻度は３０分に１回、水回収率は９５％で運転した。ＵＦ膜ろ過後の工程排水の固形分は０．１ｍｇ/Ｌ以下であった。カルシウムイオン量、リン酸イオン量はそれぞれ１０ｍｇ/Ｌ、１ｍｇ/Ｌである。
【００７４】
前記運転条件におけるＵＦ膜の薬品洗浄頻度は、１ヶ月に１回の頻度であった。
工場から排出直後の工程排水及び本実施の形態でのＲＯ膜処理された工程排水の溶存成分の代表値を示す。
（１）リン酸イオン濃度
排出時は６０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は０．４ｍｇ/Ｌ
（２）カルシウムイオン濃度
排出時は１５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は５ｍｇ/Ｌ
（３）硫酸イオン濃度
排出時は２５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は３０ｍｇ/Ｌ
（４）塩化物イオン濃度
排出時は２０００ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は２０ｍｇ/Ｌ
（５）ナトリウムイオン濃度
排出時は３５０ｍｇ/Ｌ、ＲＯ膜処理後は３０ｍｇ/Ｌ
ＲＯ膜処理された工程排水の溶存成分が以上の数値であれば、工場の冷却水等に使用しても問題ない。安定運転できることも確認された。
【００７５】
（比較例）
上記第３の実施の形態に係る本排水回収システムと同じシステムを用い、ｐＨ調整槽２でｐＨ調整のみを実施し炭酸イオンを添加しない、又第１の貯水槽１０での炭酸ガスのバブリングによる炭酸イオンの供給を実施しない、並びに微細気泡による曝気を行わない、以外は上記実施例と同様の運転を実施した。
【００７６】
その結果、砂ろ過終了後の第１の貯水槽１０でのカルシウム量は約１３０ｍｇ/Ｌであり、ＵＦ膜の膜差圧上昇は３日で１２０ｋＰａ上昇し、薬品洗浄が必要なレベルであった。また、ＵＦ膜ろ過後のリン酸濃度は１ｍｇ/Ｌ、カルシウム濃度は１２０ｍｇ/Ｌであった。カルシウム濃度が高いことからＲＯ膜の薬品洗浄頻度が高くなる問題がある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施の形態に係る排水回収システムの構成図
【図２】第１の実施の形態での微細気泡発生装置の具体例を示す図
【図３】図２に示す微細気泡発生装置の微細気泡発生部の構成図
【図４】第２の実施の形態での微細気泡発生装置における微細気泡発生部の構成図
【図５】第２の実施の形態で第１の貯水槽に微細気泡発生装置を配置した状態を示す図
【図６】第３の実施の形態に係る排水回収システムの構成図
【符号の説明】
【００７８】
１…均一槽
２…ｐＨ調整槽
３…炭酸塩凝集沈殿槽
４…炭酸ガス供給装置
５…水酸化ナトリウム供給装置
６…汚泥脱水装置
７…返送生成汚泥
８…砂ろ過供給ポンプ
９…砂ろ過装置
１０、４０…第１の貯水槽
１１…微細気泡発生装置
１２…ＵＦ膜ろ過水供給ポンプ
１３…ＵＦ膜ろ過装置
１４…第２の貯水槽
１５…ＲＯ膜ろ過装置
２１…ＵＦ膜ろ過水供給配管
２２…液体供給配管
２２ａ…スリット開口部
２３、３０…微細気泡発生部
２４…気体供給配管
２５，２６…開閉弁
２７…供給配管
２８…ガス処理装置
３２…ベアリング機構
５０…炭酸ガス供給配管
【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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