(57)【要約】【課題】  逆浸透膜処理を行う有機物含有水の前処理として、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を用いずに逆浸透膜を汚染する微細な有機物等を予め低減させ、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できる水処理装置及び水処理方法を提供する。【解決手段】  有機物含有水中の有機物を酸素含有気体の供給により低減する有機物低減槽と、前記有機物低減槽からの有機物低減水を逆浸透膜により、透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置とを備えてなる水処理装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物含有水中の有機物を酸素含有気体の供給により低減する有機物低減槽と、
前記有機物低減槽からの有機物低減水を逆浸透膜により、透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置とを備えてなることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記有機物低減槽は、有機物含有水に酸素含有気体を供給するための散気装置が配されてなる請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記逆浸透膜装置は、複数のスペーサーが配されており、前記各スペーサー間に逆浸透膜が介装されてなる逆浸透膜モジュールである請求項１又は２記載の水処理装置。
【請求項４】
有機物含有水中の有機物を有機物低減槽で酸素含有気体の供給により低減し、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制することを特徴とする水処理方法。
【請求項５】
前記有機物低減槽での酸素含有気体の供給は、散気装置による曝気処理である請求項４記載の水処理方法。
【請求項６】
前記有機物低減槽での曝気処理における曝気時間が１２時間以上である請求項５記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物等を埋め立てた場合、産業廃棄物等を埋め立てた処分地から該産業廃棄物に含まれる水分や該産業廃棄物を通過した雨水等が、該産業廃棄物中に含まれる有機物や塩類等を含んだ有機物含有水として浸出している。
前記有機物含有水は、一般には浸出水と言われており、この浸出水をそのまま河川等に放流したのでは、環境に悪影響を与える虞があるため浄化処理を施す動きが強まっている。
【０００３】
そして、前記有機物含有水（浸出水）は、高濃度に塩類を含んでおり、該有機物含有水の処理としては、従来より、逆浸透膜装置により該有機物含有水を浄化処理して、逆浸透膜を透過した透過水は例えば河川等へ放流し、逆浸透膜を透過しない非透過水（濃縮水）は例えば蒸発乾燥させて乾燥塩の形で回収する方法が用いられている。
前記逆浸透膜装置に使用される逆浸透膜は、水中のイオン類や水中の微細な有機物等を除去する優れた性能を有する反面、これらの有機物等により汚染（ファウリング）されて、逆浸透膜の透過流束の低下を招き、処理能力が低下するという問題がある。
【０００４】
前記問題解決のために、逆浸透膜処理を行う有機物含有水の前処理として、例えば、オゾン酸化処理を行い、有機物含有水に含まれる前記逆浸透膜を汚染する微細な有機物等を予め酸化分解しておくことが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、オゾンと過酸化水素とを併用した酸化分解処理も提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
しかしながら、前記有機物含有水中に含まれる有機物をオゾンで酸化する場合には、多量のオゾンが必要となる。
このため、オゾン発生機が必要となり、設備費や運転経費等がかかり、実用化が困難である。
また、オゾンや過酸化水素といった酸化剤が、直接、逆浸透膜に届くことになり、逆浸透膜自体が酸化されて、前記逆浸透膜自体を痛め、逆浸透膜の耐久性が低下する虞もある。
前記酸化剤による逆浸透膜の劣化を抑制するには、酸化剤を還元剤を用いて中和させることが考えられるが、還元させる薬品及び設備等にかかる経費が必要となり、実用化が困難である。
【特許文献１】特開２００５−２３０７７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、逆浸透膜処理を行う有機物含有水の前処理として、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を用いずに逆浸透膜を汚染する微細な有機物等を予め低減させ、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できる水処理装置及び水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、逆浸透膜処理を行う有機物含有水の前処理として、該有機物含有水に酸素含有気体を供給することにより、逆浸透膜を汚染する微細な有機物等を低減できることを見いだし本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、有機物含有水中の有機物を酸素含有気体の供給により低減する有機物低減槽と、前記有機物低減槽からの有機物低減水を逆浸透膜により、透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置とを備えていることを特徴とする水処理装置を提供する。
かかる構成によれば、有機物含有水に酸素含有気体を供給することで該有機物含有水中の有機物が低減でき、逆浸透膜の透過流束の低下が抑制される。
【０００９】
本発明においては、前記有機物低減槽は、有機物含有水に酸素含有気体を供給するための散気装置が配されていることが好ましい。
かかる構成であれば、より一層有機物含有水中の有機物が低減でき、逆浸透膜の透過流束の低下が抑制される。
【００１０】
また、本発明においては、前記逆浸透膜装置は、複数のスペーサーが配されており、前記各スペーサー間に逆浸透膜が介装されている浸透膜モジュールであることが好ましい。
【００１１】
本発明は、有機物含有水中の有機物を有機物低減槽で酸素含有気体の供給により低減し、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制することを特徴とする水処理方法を提供する。
かかる方法であれば、酸化剤等の薬品や高価な設備を用いることなく、有機物含有水中の有機物を低減でき、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できる。
【００１２】
また、本発明においては、前記有機物低減槽での酸素含有気体の供給は、散気装置による曝気処理であることが好ましい。
かかる方法であれば、より一層有機物含有水中の有機物を低減でき、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できる。
【００１３】
更に、本発明においては、前記有機物低減槽での曝気処理における曝気時間が１２時間以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水処理装置によれば、有機物含有水中の逆浸透膜のファウリングの原因物質である有機物を低減できるため、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できる。
また、本発明の水処理装置によれば、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できるため、安定した有機物含有水の浄化処理が継続できる。
更に、本発明の水処理装置によれば、オゾンや過酸化水素等の酸化剤を用いずに、有機物含有水に酸素含有気体を供給するだけで、容易且つ低コストで有機物含有水中の有機物を除去でき、逆浸透膜自体を痛める虞が低減でき、該逆浸透膜の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参酌しつつ説明する。
尚、本明細書において有機物含有水とは、例えば、塩類を含有する産業廃棄物を埋め立てた際に浸出してくる水（浸出水）等である。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の水処理装置の実施形態を示す概略フロー図である。
本実施形態の水処理装置は、図１に示すように、塩類及び有機物を含有する有機物含有水Ａに酸素含有気体を供給する有機物低減槽１と、該有機物低減槽１から引き抜かれ且つ有機物が低減された有機物低減水を逆浸透膜で膜分離し、該逆浸透膜を透過した透過水Ｂと非透過水Ｃとに分離する逆浸透膜装置２とを備えてなる。
【００１７】
前記有機物低減槽１は、有機物を含有する有機物含有水Ａが供給されるように構成され、前記有機物含有水Ａが充填される槽本体１ａと、前記有機物含有水Ａに酸素含有気体を供給すべく、前記槽本体１ａの底部に配された散気板等の散気装置３と、該散気装置３に酸素含有気体を供給するブロア４とを備えている。
前記槽本体１ａは、前記有機物含有水Ａを供給できるように上方が開口している。
【００１８】
前記酸素含有気体としては、酸素を含有する気体であれば特に制限されず、例えば、酸素ガス或いは空気等が挙げられる。
前記酸素含有気体としては、コスト等の観点から空気が好ましく用いられる。
【００１９】
前記散気装置３としては、前記酸素含有気体を前記有機物含有水Ａに散気（曝気）により供給できるものであれば、特に制限されず、種々の形状のものを用いることができる。
前記散気装置を用いることで、有機物含有水中の酸素溶解度を高めることができる。更に、前記散気装置を用いて、有機物含有水に酸素含有気体（例えば、空気等）を散気（曝気）することで前記有機物含有水を攪拌することもできる。
【００２０】
前記逆浸透膜装置２は、前記有機物低減槽１で酸素含有気体の供給により有機物が低減された有機物低減水を、逆浸透膜処理して透過水Ｂと非透過水Ｃとに分離するためのものである。
尚、逆浸透膜装置２は、複数の逆浸透膜モジュール１０が直列或いは並列に配置されていてもよい。
【００２１】
図２に示すように前記逆浸透膜モジュール１０は、円筒状のモジュール本体１１内に複数の突起を有する円板状のスペーサー１３が複数配されており、各スペーサー１３間には円板状の平膜１２（逆浸透膜１２）が介装されて構成されている。
前記逆浸透膜モジュール１０のモジュール本体１１の内周面には前記有機物低減水を導入する流路１４が設けられ、該流路１４から逆浸透膜の表面に有機物低減水が導入される。
また、該スペーサー１３の上部にはエンドプレート１５が設けられ、浸透圧以上の圧力に耐えられるようになっている。
逆浸透膜１２により分離された透過水は、透過水パイプ１６によりモジュール本体１１外へ排出される。
また、前記逆浸透膜１２により分離された非透過水は、非透過水パイプ１７によりモジュール本体１１外へ排出される。
【００２２】
前記逆浸透膜については、特に制限はなく、各種材質及び各種形状のものを用いることができる。
【００２３】
前記第１実施形態で示したように、前記逆浸透膜装置２の上流側に前記有機物低減槽１を設けることで、有機物含有水中の有機物が低減でき、逆浸透膜の透過流束の低下が抑制できる。
【００２４】
（第２実施形態）
図３は、本発明の水処理装置の第２実施形態を示す概略フロー図である。
本発明の第２実施形態としては、図３に示すように、前記第１実施形態における前記有機物低減槽１と前記逆浸透膜装置２との間に浮遊物質（ＳＳ）等を除去する膜濾過装置５が備えられてなる。
【００２５】
前記膜濾過装置５としては、小型濾過装置、精密濾過膜（ＭＦ膜）を用いた濾過装置或いは限外濾過膜（ＵＦ膜）を用いた濾過装置が挙げられる。
【００２６】
前記有機物低減槽１で有機物が低減された有機物低減水は、膜濾過装置５で浮遊物質等が除去された後、逆浸透膜装置２で逆浸透膜処理されて透過水Ｂと非透過水Ｃとに分離される。
前記逆浸透膜装置２及び前記膜濾過装置５で分離された非透過水Ｃは、それぞれ系外へ排出される。
【００２７】
前記有機物低減槽１と前記逆浸透膜装置２との間に前記膜濾過装置５を設けることで、有機物低減槽１における処理で除くことができない浮遊物質（ＳＳ）等が除かれ、より一層逆浸透膜の透過流束の低下が抑制される。
【００２８】
前記第２実施形態では、前記濾過装置５を前記有機物低減槽１と前記逆浸透膜装置２との間に設けたが、前記有機物低減槽１の上流側に該濾過装置５を設けてもよい。
【００２９】
前記有機物低減槽１の上流側に前記濾過装置５を設けることで、有機物低減槽１に供給される有機物含有水中の浮遊物質（ＳＳ）等が除かれ、より一層曝気の効果が向上し、逆浸透膜の透過流束の低下が低減できる。
【００３０】
次に、上記のような構成からなる水処理装置による逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を含有する有機物含有水の処理方法について説明する。
【００３１】
まず、逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を含有する有機物含有水Ａを有機物低減槽１へ供給する。
【００３２】
前記有機物含有水には、逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を含有しているため、該有機物含有水を未処理のまま逆浸透膜装置に導入すると、該有機物含有水に含まれる有機物により逆浸透膜が汚染（ファウリング）され、透過流束が低下する。
前記逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物としては、分子量１,０００以下の水溶解性の有機物が挙げられる。
前記有機物含有水は、有機物等を含有しているため、ＣＯＤ値（化学的酸素要求量）及びＢＯＤ値（生物化学的酸素要求量）が高い値を示し、未処理のまま河川等に放流すると環境汚染を引き起こす可能性がある。
【００３３】
有機物低減槽１に供給された有機物含有水は、該有機物低減槽１で該有機物含有水に酸素含有気体を供給することにより、逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を低減した有機物低減水とする。
前記有機物低減槽１に供給された有機物含有水は、該有機物低減槽１中で１２時間以上の曝気時間で散気装置により曝気処理を行うことが好ましく、該有機物低減槽１中で１２〜２４時間の曝気時間で散気装置により曝気処理を行うことがより好ましい。
【００３４】
前記有機物低減槽１に曝気（散気）させる酸素含有気体の量は、有機物低減槽１の大きさ等により適宜調整できるものであり、特に制限されるものではないが、前記有機物低減槽１中の有機物含有水中の溶存酸素量が、０．５〜５ｍｇ／ｌとなるように調整することが好ましく、より好ましくは１〜２ｍｇ／ｌとなるよう調整する。
【００３５】
前記有機物低減槽１における散気条件としては、例えば、有機物低減槽１中の有機物含有水の溶存酸素量として０．５〜５ｍｇ／ｌであり、曝気時間としては１２時間以上となるように調整することが好ましい。
【００３６】
また、前記有機物低減槽１に散気させる酸素含有気体（例えば、酸素ガス、空気等）の吹き込み方法に関しても特に制限はなく、各種散気装置（例えば散気管など）を用いることができる。
【００３７】
本発明の方法では、有機物含有水中の有機物を散気装置による曝気処理により低減し、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制することができ、逆浸透膜の性能を維持することができる。
曝気処理を施すことで、有機物含有水中の有機物を低減させることができる機構については、次のようなことが推定される。
曝気処理を施すことで、有機物含有水中に酸素がとけ込み、該酸素の酸化力により前記有機物が一部分ではあるが酸化分解されて、より低分子量の物質にまで分解した状態のものとなる。尚、溶存した酸素では、前記有機物は二酸化炭素や水にまでの分解はしないと推定される。
前記有機物含有水中にとけ込んだ酸素の酸化力は、例えば、オゾンや過酸化水素水等の酸化剤に比べ非常に弱いものであるため、逆浸透膜自体を痛めることはなく、逆浸透膜の性能の低減を抑制できる。
【００３８】
また、曝気処理を施すことで、前記有機物中の揮発成分が揮発して、前記有機物が低減したものとも推定される。
曝気処理前の有機物含有水のＣＯＤ値及びＢＯＤ値と、曝気処理後の有機物低減水のＣＯＤ値及びＢＯＤ値とを比較すると、明らかに曝気処理後の有機物低減水のＣＯＤ値及びＢＯＤ値が低下していることが判明した。
以上のことより、有機物含有水中の逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を低減させ、逆浸透膜の性能を維持するためには、所定時間曝気処理を行うことが効果的である。
【００３９】
また、所定時間曝気処理を行うことから、微生物により前記有機物が分解されたものとも推定されるが、曝気処理を行う対象が産業廃棄物等より浸出した有機物含有水（浸出水）であり、該有機物含有水は塩類濃度が高く、更に微生物が繁殖するほどの長時間の曝気時間でないことより、微生物により分解されたとする可能性は低いものと推定される。
【００４０】
前記有機物低減槽１へ供給された有機物含有水に浮遊物質（ＳＳ）やカルシウムイオン等が多く含まれている場合には、有機物低減水を逆浸透膜装置２に供給する前に予め濾過装置５で有機物低減水中に存在する浮遊物質等を除去する。
この際、前記浮遊物質（ＳＳ）やカルシウムイオン等を凝集沈殿させた後に濾過装置５により前記凝集沈殿を濾別処理することが好ましい。
前記濾過装置５で前記浮遊物質等を除去することで逆浸透膜装置２の透過流束低下をより一層抑制できる。
【００４１】
前記曝気処理後の有機物低減水或いは前記濾過装置５で前記浮遊物質等が濾別処理された有機物低減水は、逆浸透膜装置２へ供給する。
【００４２】
前記逆浸透膜装置２へ供給された前記有機物低減水は、逆浸透膜により、透過水Ｂと非透過水Ｃとに分離できる。
上述した逆浸透膜モジュール１０を用いた場合には、逆浸透膜１２の表面とスペーサー１３の間を有機物低減水が流れるときに圧力をかけると逆浸透膜は水のみを透過して膜の内側に透過水が溜まり、該透過水はモジュール本体１１の中央部に縦設された透過水パイプ１７を経て逆浸透膜モジュール１０から透過水Ｂとして排出される。
排出された透過水Ｂは、浄化されており系外に放出されて再生水或いは河川等に放流することができる。
一方、非透過水Ｃは、逆浸透膜１２とスペーサー１３との間を通り非透過水パイプ１８を経て、逆浸透膜モジュール１０から排出される。
排出された非透過水は回収され、産業廃棄物として処理される。
【００４３】
本実施形態において、前記有機物低減水は逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物が低減しているため、逆浸透膜装置に導入しても逆浸透膜の汚染（ファウリング）が抑制でき、逆浸透膜の透過流束を長期に亘り安定的に維持できる。
また、本実施形態においては、逆浸透膜の透過流束を低下させる有機物を曝気処理により低減しているため、酸化剤を用いる場合に比べて逆浸透膜自体を殆ど痛めることを抑制できる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例、比較例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何等限定されるものではない。
【００４５】
（酸素溶存量の測定法）
（株）堀場製作所製：溶存酸素計：機種名「ＯＭ−５１」を用いて測定を行った。
【００４６】
（ＢＯＤの測定法）
ＪＩＳ Ｋ ０１０２（１９９８年）生物化学的酸素消費量(ＢＯＤ)の測定方法に準拠して測定した。
【００４７】
（ＣＯＤの測定法）
ＪＩＳ Ｋ ０１０２（１９９８年）１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量(ＣＯＤMn)の測定方法に準拠して測定した。
【００４８】
有機物含有水（浸出水）中に含まれる有機物が、曝気処理により減少するかについて、曝気時間を代えて検討を行った。
（試験例１）
産業廃棄物処理場より採取した有機物含有水（浸出水）５Ｌを６Ｌの有機物低減槽に入れて、２．０Ｌ／ｍｉｎの空気量で曝気を１２時間行った。
曝気終了後の有機物低減水のＢＯＤ値は ３９０mg/L、ＣＯＤ値は ４１３mg/Lであった。
尚、未曝気処理の有機物含有水のＢＯＤ値は ４６７mg/L、ＣＯＤ値は ４５７mg/L、ＳＳ値（浮遊物質量）１４mg/L、ＴＳ値（蒸留残留物質量）３２１０mg/Lであった。
【００４９】
（試験例２）
前記試験例１と同様の条件で２４時間曝気処理を行った。
曝気終了後の有機物低減水のＢＯＤ値は ３２２mg/L、ＣＯＤ値は ３７４mg/Lであった。
【００５０】
（試験例３）
前記試験例１と同様の条件で１週間曝気処理を行った。
曝気終了後の有機物低減水のＢＯＤ値は １０６mg/L、ＣＯＤ値は ２７１mg/Lであった。
【００５１】
前記試験例１〜３の結果を表１に示した。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
試験例１〜３より、明らかに有機物含有水（浸出水）中に含まれる有機物が、曝気処理により減少することが確認できた。
【００５４】
（実施例１）
産業廃棄物処理場より採取した有機物含有水５Ｌを６Ｌの有機物低減槽に入れて、２．０Ｌ／ｍｉｎの空気量で曝気を１２時間行った。
前記有機物低減水を逆浸透膜装置（日東電工社製：商品名：メンブレンマスター：ポリアミド系逆浸透膜、操作時の圧力：４．０ＭＰａ）を用いて前記有機物低減水０．３Ｌを逆浸透膜処理し、２倍濃縮した（分離操作１回目）。
第１回目逆浸透膜処理の際の該処理開始時の透過流束と該処理終了時の透過流束をそれぞれ測定した。
次いで、前記有機物低減水を用いて、再度、上記と同様の逆浸透膜処理を行い透過流束の減少を測定した（分離操作２回目）。
第２回目逆浸透膜処理の際の該処理開始時の透過流束と該処理終了時の透過流束をそれぞれ測定した。
その結果を表２に示した。
分離操作２回目に用いた逆浸透膜は、分離操作１回目に用いた逆浸透膜を洗浄せずにそのまま用いた。
尚、２倍濃縮とは、用いた有機物低減水（０．３L）を透過水０．１５Ｌ、非透過水０．１５Ｌに分離することをいう。
【００５５】
（実施例２）
産業廃棄物処理場より採取した有機物含有水５Ｌを６Ｌの有機物低減槽に入れて、２．０Ｌ／ｍｉｎの空気量で曝気を２４時間行った。
前記実施例１と同様の装置を用いて、前記実施例１と同様の操作を行い前記有機物低減水を逆浸透膜処理した。
その結果を表２に示した。
【００５６】
（実施例３）
産業廃棄物処理場より採取した有機物含有水５Ｌを６Ｌの有機物低減槽に入れて、２．０Ｌ／ｍｉｎの空気量で曝気を１週間行った。
前記実施例１と同様の装置を用いて、前記実施例１と同様の操作を行い前記有機物低減水を逆浸透膜処理した。
その結果を表２に示した。
【００５７】
（比較例１）
産業廃棄物処理場より採取した有機物含有水を曝気処理せず、そのまま前記実施例１と同様の装置を用いて、前記実施例１と同様の操作を行い前記有機物含有水を逆浸透膜処理した。
その結果を表２に示した。
【００５８】
実施例１〜比較例１の結果を表２に示した。
【００５９】
【表２】
2007167710.tif 000004
【００６０】
表２より、分離操作１回目の終了時において、比較例１の透過流束が大幅に低下していることが判明した。分離操作２回目の開始時においては、実施例１〜実施例３では、分離操作１回目開始時の透過流束にまでほぼ回復していることが判明した。
有機物含有水に曝気処理を施すことで、逆浸透膜の透過流束の低下を抑制できた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、水処理装置の第１実施形態を示す概略フロー図である。
【図２】図２は、逆浸透膜モジュールの概略を示した概略図である。
【図３】図３は、水処理装置の第２実施形態を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  有機物低減槽
２  逆浸透膜装置
３  散気装置
４  ブロア
５  膜濾過装置
１０  逆浸透膜モジュール
Ａ  有機物含有水
Ｂ  透過水
Ｃ  非透過水
【図１】
2007167710.tif 000005
【図２】
2007167710.tif 000006
【図３】
2007167710.tif 000007