(57)【要約】【課題】第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離する水処理方法において、薬品コストを低減でき、固液分離の安定運転が可能な水処理方法および水処理装置を提供することにある。【解決手段】第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、原水の第１鉄イオン濃度を測定し、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算し、原水を凝集するための適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤注入量を演算することで、前記酸化剤注入量および前記必要凝集剤注入量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、原水の第１鉄イオン濃度を測定し、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算し、原水を凝集するための適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤注入量を演算することで、前記酸化剤注入量および前記必要凝集剤注入量を制御することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、清澄水の第１鉄イオン濃度を測定し、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算し、原水を凝集するための適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤注入量を演算することで、前記酸化剤注入量および前記必要凝集剤注入量を制御することを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
固液分離手段が砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれかである、請求項１または２に記載の水処理方法。
【請求項４】
原水の濁度または色度を測定し、適正凝集剤注入量を原水の濁度または色度で比例演算する、請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項５】
凝集剤が鉄系凝集剤またはアルミ系凝集剤を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項６】
酸化剤が塩素系酸化剤を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項７】
清澄水を逆浸透膜で処理する、請求項１〜６のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項８】
逆浸透膜で処理する前に清澄水に還元剤を注入する、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
第１鉄イオンを含む原水を固液分離して清澄水を得る固液分離手段と、原水の第１鉄イオン濃度を測定する手段と、原水に酸化剤を供給する手段と、原水に凝集剤を供給する手段と、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算する手段と、適正凝集剤注入量を演算する手段と、前記適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤の注入量を演算する手段と、原水と凝集剤と酸化剤を攪拌する手段と固液分離手段の１次側に原水を供給する手段とを備えた水処理装置。
【請求項１０】
第１鉄イオンを含む原水を固液分離して清澄水を得る固液分離手段と、清澄水の第１鉄イオン濃度を測定する手段と、原水に酸化剤を供給する手段と、原水に凝集剤を供給する手段と、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算する手段と、適正凝集剤注入量を演算する手段と、前記適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤の注入量を演算する手段と、原水と凝集剤と酸化剤を攪拌する手段と固液分離手段の１次側に原水を供給する手段とを備えた水処理装置。
【請求項１１】
固液分離手段が砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれかである、請求項９または１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
原水の濁度または色度を測定する手段を備え、適正凝集剤注入量を演算する手段が原水の濁度または色度で比例演算したものである、請求項９〜１１のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１３】
清澄水を逆浸透膜処理する逆浸透膜を備えた請求項９〜１２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１４】
清澄水を逆浸透膜で処理する前に還元剤を注入する手段を備えた請求項１３に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は濁度成分、色度成分、第１鉄イオンを含有する原水を固液分離する水処理方法および水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道や廃水処理等の水処理においては、原水中の濁度成分や色度成分を除去し、所定の濁度、色度以下になるまで処理する必要があり、凝集処理した後に沈澱、砂ろ過、膜ろ過等の固液分離処理を行うことが多い。通常は、初めに凝集剤を原水に注入し、攪拌機等により混和を十分に行ってフロックを形成させた後、粗大化したフロックは、沈澱池にて沈降分離される。残留する微小なフロックは、砂ろ過や膜ろ過にて固液分離され、最終的に所定の濁度、色度以下の処理水が得られる。
【０００３】
いずれの方法でも、原水にＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や塩化第２鉄等の凝集剤を注入して原水中の濁度成分や色度成分を凝集フロック内に取り込ませた上でろ過することにより、ろ過水質の向上を図るとともに、ろ過差圧の上昇を抑制している。また、凝集剤の注入率は、取水した原水の濁度を濁度計で測定し、濁度に比例した量の凝集剤を注入する濁度比例注入制御あるいは容器やビーカー等を用いたジャーテスト等の結果から、人為的に制御することが一般的である（特許文献１、非特許文献１）。
【０００４】
一方、原水中に第１鉄イオンが含まれている場合、酸化剤によって第１鉄イオンを第２鉄イオンに酸化すると共に、中和剤を注入してｐＨを調整し、水酸化鉄(III)主体の粒子を生成させて、凝集させる方法が提案されている（特許文献２）。これにより、第１鉄イオンも後段の固液分離手段で除去可能となる。
【０００５】
固液分離手段、特に膜ろ過法においては凝集剤の注入量を適切に制御することが重要であり、もし凝集剤の注入量が不足すると凝集フロック内への濁度成分や色度成分の取り込みが十分に行われないために膜ろ過水質の低下とろ過差圧の上昇が起こる。逆に凝集剤の注入量が多すぎると過剰にフロックが形成されて膜の閉塞が急速に進行し、短時間に膜差圧が上昇して処理不能に陥る。しかも河川水や湖沼水は季節や天候によって水質が変動するため、水質変化に応じて凝集剤の注入量を制御することは、重要な管理項目となっている。
【０００６】
しかし、酸化剤を注入して第１鉄イオンを酸化しつつ、凝集剤単独の濁度比例注入制御あるいは色度比例注入制御をそのまま膜ろ過法における前処理に適用すると、原水の濁度、色度が低く、第１鉄イオンが上昇した場合に、問題があることが判明した。すなわち原水の濁度、色度が低い場合には、凝集剤の注入量が少ないが、酸化剤注入によって多量の水酸化鉄(III)を生成し、結果として水酸化鉄(III)由来の凝集フロックが過剰に生成されて膜の閉塞が発生することがあることが判明した。酸化剤注入によって多量の水酸化鉄(III)を生成するのを防止するために酸化剤注入量を少なくした場合には、第１鉄イオンが膜を通過してしまい、処理水質が悪化する問題があった。
【０００７】
このように、濁度、色度、第１鉄イオン濃度が頻繁に変動する原水に対して、原水の濁度成分や色度成分を凝集するのに必要な凝集剤および第１鉄イオンを酸化するのに必要な酸化剤の注入量を決定するのは、非常に困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１４６６０８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６８６６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「水道施設設計指針２０００」、日本水道協会、ｐ１７５〜ｐ１７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、濁度成分、色度成分、第１鉄イオンが変動する原水に対して、酸化剤および凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、第１鉄イオンを水酸化鉄(III)に酸化するために注入する酸化剤の量と、原水の濁度成分や色度成分を凝集するために注入する凝集剤の量を最適化し、さらに後段の逆浸透膜が酸化剤で劣化するのを防止するために注入する還元剤の量を最適化する固液分離の安定運転が可能な水処理方法および水処理装置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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の水処理方法および水処理装置は、次の特徴を有するものである。
【００１２】
（１）第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、原水の第１鉄イオン濃度を測定し、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算し、原水を凝集するための適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤注入量を演算することで、前記酸化剤注入量および前記必要凝集剤注入量を制御することを特徴とする水処理方法。
【００１３】
（２）第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、清澄水の第１鉄イオン濃度を測定し、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算し、原水を凝集するための適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤注入量を演算することで、前記酸化剤注入量および前記必要凝集剤注入量を制御することを特徴とする水処理方法。
【００１４】
（３）固液分離手段が砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれかである、（１）または（２）に記載の水処理方法。
【００１５】
（４）原水の濁度または色度を測定し、適正凝集剤注入量を原水の濁度または色度で比例演算する、（１）〜（３）のいずれかに記載の水処理方法。
【００１６】
（５）凝集剤が鉄系凝集剤またはアルミ系凝集剤を含む、（１）〜（４）のいずれかに記載の水処理方法。
【００１７】
（６）酸化剤が塩素系酸化剤を含む、（１）〜（５）のいずれかに記載の水処理方法。
【００１８】
（７）清澄水を逆浸透膜で処理する、（１）〜（６）のいずれかに記載の水処理方法。
【００１９】
（８）逆浸透膜で処理する前に清澄水に還元剤を注入する、（７）に記載の水処理方法。
【００２０】
（９）第１鉄イオンを含む原水を固液分離して清澄水を得る固液分離手段と、原水の第１鉄イオン濃度を測定する手段と、原水に酸化剤を供給する手段と、原水に凝集剤を供給する手段と、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算する手段と、適正凝集剤注入量を演算する手段と、前記適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤の注入量を演算する手段と、原水と凝集剤と酸化剤を攪拌する手段と固液分離手段の１次側に原水を供給する手段とを備えた水処理装置。
【００２１】
（１０）第１鉄イオンを含む原水を固液分離して清澄水を得る固液分離手段と、清澄水の第１鉄イオン濃度を測定する手段と、原水に酸化剤を供給する手段と、原水に凝集剤を供給する手段と、第１鉄イオンを酸化するための酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算する手段と、適正凝集剤注入量を演算する手段と、前記適正凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤の注入量を演算する手段と、原水と凝集剤と酸化剤を攪拌する手段と固液分離手段の１次側に原水を供給する手段とを備えた水処理装置。
【００２２】
（１１）固液分離手段が砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれかである、（９）または（１０）に記載の水処理装置。
【００２３】
（１２）原水の濁度または色度を測定する手段を備え、適正凝集剤注入量を演算する手段が原水の濁度または色度で比例演算したものである、（９）〜（１１）のいずれかに記載の水処理装置。
【００２４】
（１３）清澄水を逆浸透膜処理する逆浸透膜を備えた（９）〜（１２）のいずれかに記載の水処理装置。
【００２５】
（１４）清澄水を逆浸透膜で処理する前に還元剤を注入する手段を備えた（１３）に記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の水処理方法によれば、第１鉄イオンを含む原水に酸化剤と凝集剤を注入して凝集した後、固液分離して清澄水を得る水処理方法において、第１鉄イオンを水酸化鉄(III)に酸化するために注入する酸化剤の量が必要最低限で済むとともに、第１鉄イオンを水酸化鉄(III)に酸化することで、原水の濁度成分や色度成分を凝集するために注入する凝集剤の量が必要最低限で済む。さらに後段の逆浸透膜が酸化剤で劣化するのを防止するために注入する還元剤の量が必要最低限で済むので、薬品コストを低減でき、固液分離の安定運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明が適用される水処理装置の一例を示す装置概略フロー図である。
【図２】本発明が適用される水処理装置の別の一例を示す装置概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。
【００２９】
本発明の水処理装置は、例えば、図１に示すように、酸化剤を貯留する酸化剤貯留槽１と、原水に酸化剤を注入する酸化剤供給ポンプ２と、凝集剤を貯留する凝集剤貯留槽３と、原水に凝集剤を注入する凝集剤供給ポンプ４と、原水の第１鉄イオン濃度を測定する第１鉄イオン測定器５と、原水の濁度／色度を測定する濁度計／色度計６と、第１鉄イオンを酸化するのに必要な酸化剤注入量および第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)生成量を演算する酸化剤演算器７と、原水濁度あるいは原水色度に比例する適正凝集剤注入量および前記理論凝集剤注入量から前記水酸化鉄(III)生成量を差し引いて必要凝集剤の注入量を演算する凝集剤演算器８と、原水と酸化剤と凝集剤を混合撹拌する攪拌機９、凝集反応槽１０と、凝集反応槽１０内の凝集水を精密ろ過膜／限外ろ過膜１３に注入する凝集水供給ポンプ１１と、凝集水供給時に開となる凝集水供給弁１２と、凝集水をろ過する精密ろ過膜／限外ろ過膜１３と、逆圧洗浄や空気洗浄する場合などに開となるエア抜き弁１４と、膜ろ過時に開となるろ過水弁１５と、膜ろ過水を貯留するろ過水貯留槽１６と、膜ろ過水で精密ろ過膜／限外ろ過膜１３を逆洗洗浄する時に稼働する逆洗ポンプ１７と、逆圧洗浄する時に開となる逆洗弁１８と、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の空気洗浄の空気供給源であるブロワー１９と、空気を精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の下部に供給し空気洗浄する場合に開となる空洗弁２０と、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の１次側の水を排出する場合に開となる排水弁２１と、逆浸透膜２２と、膜ろ過水を逆浸透膜２２に供給する高圧ポンプ２３と、逆浸透膜透過水を貯留する逆浸透膜透過水貯留槽２４と、逆浸透膜濃縮水を貯留する逆浸透膜濃縮水貯留槽２５と、膜ろ過水に還元剤を注入する還元剤供給ポンプ２６と、還元剤を貯留する還元剤貯留槽２７とが設けられている。
【００３０】
上述の水処理装置において、原水の第１鉄イオン濃度（α）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を第１鉄イオン測定器５で測定するとともに、原水の濁度あるいは色度（β）［度］を濁度計／色度計６で測定する。第１鉄イオンの測定値は酸化剤演算器７に入力され、酸化剤演算器７は原水の第１鉄イオン濃度（α）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］と原水流量（γ）［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、単位時間あたり原水中の第１鉄イオンを酸化するのに必要な酸化剤注入量（Ａ）［ｍｇ−Ｃｌ２／ｍｉｎ］を演算して、酸化剤供給ポンプ２の吐出流量を制御するとともに、第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)濃度（Ｂ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を演算し、凝集剤演算器８に入力される。原水の濁度あるいは色度（β）［度］も凝集剤演算器８に入力され、原水中の濁度あるいは色度を凝集するのに適正な凝集剤注入濃度（Ｃ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を演算した後、適正な凝集剤注入濃度（Ｃ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］から第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)濃度（Ｂ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を差し引いて演算した必要凝集剤注入濃度（Ｄ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］と原水流量（γ）［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、単位時間あたり原水中の濁度成分あるいは色度成分を酸化するのに必要な凝集剤注入量（Ｅ）［ｍｇ−Ｆｅ／ｍｉｎ］を演算して、凝集剤供給ポンプ４の吐出流量を制御する。第１鉄イオン測定器５は、ジピリジル、ｏ−フェナントロリン等の発色剤を用いた比色分析法を用いるのが一般的である。感度、特異性、溶解性等を考慮すると、バソフェナントロリン、２−ニトロソ−５−（Ｎ−プロピル−Ｎ−スルホプロピルアミノ）−フェノール（ニトロソＰＳＡＰ）、３−(２−ピリジル)−５,６−ビス[２−(５−フリルスルホン酸)]１,２,４−トリアジン・二ナトリウム塩、トリピリジルトリアジン、フェロジン等の発色剤がよく使われ、定期的な手動計測や自動オンライン計測でも構わない。
【００３１】
濁度計／色度計６は、透過光吸光度方式を用いるのが一般的である。透過光吸光度方式とは、濁度成分あるいは色度成分の入った水の層に一定の強さの光が入射すると、濁度成分の粒子あるいは色度成分の粒子により反射または散乱し，透過光が減じることから、透過光の強度に対する入射光の強度の比をとり、その対数（吸光度）が、水の層の厚さと濁度あるいは色度に比例する原理（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則）を用いて、吸光度を測定することにより濁度あるいは色度を測定する方法である。濁度の測定波長は、色度による妨害を避けるため、６６０ｎｍ付近の吸光度を測定する場合が多く、色度の測定波長は、３９０ｎｍ付近の吸光度を測定する場合が多い。濁度計としては、前記の透過光吸光度方式以外にも、入射した光が反射あるいは散乱によって生じた光の強度を測定する散乱光測定方式を用いたものでもよい。
【００３２】
酸化剤貯留槽１に貯留する酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過マンガン酸カリウム、オゾン等いずれでも構わない。例えば酸化剤が次亜塩素酸ナトリウムの場合、第１鉄イオンとの反応式は下記の通りである。
【００３３】
２Ｆｅ２＋＋４ＯＨ−＋ＮａＯＣｌ＋Ｈ２Ｏ→２Ｆｅ（ＯＨ）３＋ＮａＣｌ
理論的にはＦｅ２＋を１ｍｇ酸化するのに塩素Ｃｌ２０．６３ｍｇが必要であることから
（Ａ）＝０．６３×（α）×（γ）
（Ｂ）＝（α）
となるが、実際には酸化剤は第１鉄イオン以外の物質を酸化するのに消費されうるので、原水性状に応じて、係数を０．６３より適宜大きくしたほうが好ましい。
【００３４】
また、原水中の第１鉄イオンを酸化するのに必要な酸化剤注入流量（Ａ）［ｍｇ−Ｃｌ２／ｍｉｎ］の演算方法としては、上記演算以外に、図２のように第１鉄イオン測定器５を膜ろ過水側に設置して、得られた膜ろ過水中の第１鉄イオン濃度の測定値に基づいて酸化剤供給ポンプ２の吐出量をフィードバック制御してもよい。具体的な制御手段としては、(1)第１鉄イオン濃度の測定値をアナログ値（電圧、電流など）又はデジタル値に変換する手段（信号変換器など）と変換した値が一定値以上になると酸化剤供給ポンプ２を稼働させる手段（調整スイッチ＋電磁リレーなど）、(2)第１鉄イオン濃度の測定値の変換手段と、変換した値を更に酸化剤供給ポンプ２を制御するための信号に変換する手段（電流、電圧、パルスなどへの信号変換器など）と制御信号により酸化剤供給ポンプ２を稼働させる手段、(3)第１鉄イオン濃度の測定値の変換手段と、変換された値から適正酸化剤注入量を計算し、これに基き酸化剤供給ポンプ２を制御する信号を出力する手段（ＰＩＤコントローラーなど）と制御信号により酸化剤供給ポンプ２を稼働させる手段、などが挙げられる。ただし、制御手段はここに挙げたものに何ら限定されるものではない。本発明のフィードバック制御においては、膜ろ過水中の第１鉄イオン濃度の測定値が予め定めた上限設定値を超えた場合において、酸化剤の注入量を増加する信号を酸化剤演算器７から発信し、第１鉄イオン濃度の測定値が予め定めた下限設定値を下回った場合において、酸化剤演算器７から酸化剤の注入量を減少する信号を発信するといった制御を行うことにより、酸化剤の過剰注入を防止して安定かつ効率的な処理を行える。
【００３５】
原水中の濁度成分あるいは色度成分を凝集するのに適正な凝集剤注入濃度（Ｃ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］は原水の濁度あるいは色度（β）［度］とは比例関係にあり、
（Ｃ）＝（Ｋ）×（β）
となる。係数（Ｋ）［ｍｇ−Ｆｅ／（Ｌ・度）］は原水性状や固液分離手段に応じて適宜設定する。係数（Ｋ）を算出する方法としては、例えば、ジャーテスタと称する多連の攪拌機によって凝集条件を個々に変えた数個のビーカーの中の原水を凝集させて相対的に最も良好な凝集フロックを形成する凝集条件を見出すためのジャーテストを実施することで得られる。動的光散乱法、レーザー回析散乱法、電気的検知体法等によって凝集フロックの粒子径を測定したり、凝集フロックの沈降速度を測定したり、凝集フロックのゼータ電位を測定して、所定の数値になるための凝集剤注入濃度［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］が得られ、ジャーテスト時に使用した原水の濁度あるいは色度［度］で除することで係数（Ｋ）を算出できる。固液分離手段が精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の場合、凝集フロックのゼータ電位の所定の数値としては−１０ｍＶ以上０ｍＶ未満であることが好ましい。
【００３６】
必要凝集剤注入濃度（Ｄ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］と原水中の濁度あるいは色度を酸化するのに必要な凝集剤注入量（Ｅ）［ｍｇ−Ｆｅ／ｍｉｎ］の演算式は下記の通りである。
【００３７】
（Ｄ）＝（Ｃ）−（Ｂ）＝（K）×（β）−（α）
（Ｅ）＝（Ｄ）×（γ）＝（K）×（β）×（γ）−（α）×（γ）
凝集剤貯留槽３に貯留する凝集剤としては、塩化第２鉄、硫酸第２鉄、ポリシリカ鉄等の鉄系凝集剤であれば、上記演算式をそのまま適用できるが、ポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸アルミニウム等のアルミ系凝集剤を用いる場合には、１ｍｏｌのＦｅと１ｍｏｌのＡｌは同等の凝集効果を有することから、
（Ｃ｀）［ｍｇ−Ａｌ／Ｌ］＝０．４８×（Ｃ）
（Ｄ｀）［ｍｇ−Ａｌ／Ｌ］＝０．４８×（Ｄ）
（Ｅ｀）［ｍｇ−Ａｌ／ｍｉｎ］＝０．４８×（Ｅ）
と変換して演算すればよい。なお、（Ｄ）が負の場合は、凝集剤無注入でよい。
【００３８】
原水の第１鉄イオン濃度および濁度あるいは色度を測定した原水は凝集反応槽１０に流入し、前記演算に基づいて制御された酸化剤供給ポンプ２から吐出された酸化剤と凝集剤供給ポンプ４から吐出された凝集剤とが攪拌機によって混合攪拌することで、原水中の第１鉄イオンが酸化されるとともに、凝集処理が行われる。その後、凝集水供給弁１２を開とし、凝集水供給ポンプ１１を稼働して凝集反応槽１０に貯留されている凝集水を精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の１次側に供給し、ろ過水弁１５を開にすることで精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の加圧ろ過が行われる。ろ過時間は原水水質や膜透過流束に応じて適宜設定するのが好ましいが、所定の膜ろ過差圧に到達するまでろ過時間を継続させてもよい。
【００３９】
原水を精密ろ過膜／限外ろ過膜１３でろ過して得られた膜ろ過水は一時的にろ過水貯留槽１６に貯留された後、膜ろ過水中の残留酸化剤を消失するために、還元剤供給ポンプ２６を稼働し、還元剤貯留槽２７内の還元剤が注入される。その後、高圧ポンプ２３によって昇圧され、逆浸透膜２２に供給される。供給された膜ろ過水は、塩分や有機物などが除去された逆浸透膜透過水と、塩分や有機物などが濃縮された逆浸透膜濃縮水とに分離された後、それぞれ逆浸透膜透過水貯留槽２４と逆浸透膜濃縮水貯留槽２５に貯留される。
【００４０】
還元剤貯留槽２７に貯留する還元剤としては、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウムおよびチオ硫酸ナトリウム等いずれでも構わない。
【００４１】
凝集水供給ポンプ１１を停止し、凝集水供給弁１２、ろ過水弁１５を閉とし、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３のろ過工程を停止した後、逆洗弁１８とエア抜き弁１４を開とし、逆洗ポンプ１７を稼動することで逆圧洗浄が行われる。
【００４２】
逆圧洗浄の時間は、特に制限するものではなく、逆圧洗浄の流量についても特に制限するものではないが、ろ過圧力より高い圧力で逆圧洗浄したほうが膜表面や膜細孔内の付着汚濁物質を剥離しやすいので、ろ過工程におけるろ過流量の１倍以上であることが好ましく、膜モジュール容器の破壊や膜の亀裂等の損傷を起こさない範囲内に適宜設定する。
【００４３】
さらに、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３に多量の汚濁物質が付着している場合は空洗弁２０を開にして、ブロワー１９を稼働して、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３の下方に空気を供給し、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３を振動させる空気洗浄を上述の逆圧洗浄と同時に実施することも好ましい。逆圧洗浄と空気洗浄の併用により洗浄効果が向上する。空気流量が大きいほど洗浄効果が高くなるので好ましいが、膜の擦過や亀裂等の損傷を起こさない範囲内に空気流量を適宜設定する。
【００４４】
逆洗弁１８、空洗弁２０を閉とし、逆洗ポンプ１７、ブロワー１９を停止して、上述の逆圧洗浄と空気洗浄を終了した後、排水弁２１を開とすることで、膜面や膜細孔内から剥離してモジュール内で浮遊しているファウリング物質が系外に排出される排水工程を行う。排水工程終了後、排水弁２１を閉、凝集水供給弁１２を開とし、凝集水供給ポンプ１１を稼動して給水工程が行われ、モジュール内が凝集水で満水になった後、エア抜き弁１４を閉、ろ過水弁１５を開にすることで、ろ過工程に戻り、上記工程を繰り返す。
【００４５】
本発明における精密ろ過膜／限外ろ過膜１３は、実際に使用するために収納容器に装着し、容器に原水の流入部、ろ過水の取り出し部とモジュールの型式によっては濃縮水排出部、物理洗浄排出部などを具備した加圧型膜モジュールや原水の入った膜浸漬槽に浸漬させてポンプやサイフォン等で吸引ろ過する浸漬型膜モジュール等に組み込まれるが、いずれでも構わない。加圧型膜モジュールの場合、外圧式でも内圧式であっても良いが、前処理の簡便さの点から外圧式である方が好ましい。
【００４６】
また、モジュールを構成する分離膜の孔径としては、多孔質であれば特に限定しないが、所望の処理水の水質や水量によって、ＭＦ膜（精密ろ過膜）を用いたり、ＵＦ膜（限外ろ過膜）を用いたり、あるいは両者を併用したりする。例えば、濁質成分、大腸菌、クリプトスポリジウム等を除去したい場合はＭＦ膜でもＵＦ膜のどちらを用いても構わないが、ウィルスや高分子有機物等も除去したい場合は、ＵＦ膜を用いるのが好ましい。
【００４７】
分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、モノリス膜等があるが、いずれでも構わない。
【００４８】
分離膜の材質としても、特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン（PVDF）がより好ましく、親水性が高く耐汚れ性が強いという点からはポリアクリロニトリルがより好ましい。
【００４９】
ろ過方式は、全量ろ過方式、クロスフローろ過方式のどちらでも良いが、エネルギー消費が少ないという点から全量ろ過モジュールである方が好ましい。
【００５０】
ろ過流束制御方法としては、定流束ろ過であっても定圧ろ過であってもよいが、一定の処理水量が得られ、また、全体の制御が容易であるという点から定流束ろ過である方が好ましい。
【００５１】
本発明において、逆浸透膜２２に用いられる逆浸透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、実質的に逆浸透分離が可能な半透性の膜であって、その素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜がある。膜形態には中空糸、平膜がある。本発明は、これら膜素材、膜構造や膜形態によらず実施することができいずれも効果があるが、代表的な膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などがあり、造水量、耐久性、塩排除率の観点から、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜を用いることが好ましい。
【００５２】
本発明において、逆浸透膜２２に用いられる逆浸透膜は、２５℃、ｐＨ７、濃度３２，０００ｍｇ／Ｌの食塩水を５．５ＭＰａで供給したときの塩排除率が９９％以上の性能を有することが好ましい。原水が海水の場合、該塩排除率が９９％よりも小さいと透過液中の塩素イオンの量が多くなり、ろ過水をそのまま飲料水として使用することが難しい。
【００５３】
このような性能を有する逆浸透膜は、実際に使用するためにスパイラル、チューブラー、プレート・アンド・フレーム等のエレメントに組み込まれ、また中空糸は束ねた上でエレメントに組み込まれて使用されるが、本発明はこれらの逆浸透膜エレメントの形態に左右されるものではない。
【００５４】
また、本発明において、逆浸透膜２２は、前記逆浸透膜エレメントを１〜数本圧力容器の中に収めたモジュールはもちろんであるが、このモジュールを複数本並列に配置したものをも含むものである。組合せ、本数、配列は目的に応じて任意に行うことができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
図１に示すように、酸化剤貯留槽１内の酸化剤には次亜塩素酸ナトリウムを用い、凝集剤貯留槽３内の凝集剤には塩化第２鉄を用い、精密ろ過膜／限外ろ過膜１３には東レ（株）製の分画分子量１５万Ｄａのポリフッ化ビニリデン製中空糸ＵＦ膜で膜面積が７２ｍ２の加圧型膜モジュール１本を用い、凝集水供給弁１２とろ過水弁１５を開とし、凝集水供給ポンプ１１を稼動して、井戸水を膜ろ過流束２．５ｍ３／ｍ２／ｄ（ろ過流量１２５L／ｍｉｎ）で全量ろ過した。また、逆浸透膜２２には東レ（株）製逆浸透膜エレメント（ＴＭ８２０Ｓ−４００）４本を用いて高圧ポンプ２３を稼働し、ろ過水貯留槽１６内の膜ろ過水を膜ろ過流量６０ｍ３／ｄ、濃縮水流量１２０ｍ３／ｄ（回収率３３％）でクロスフローろ過した。還元剤貯留槽２７内の還元剤にはチオ硫酸ナトリウムを用い、膜ろ過水に１ｍｇ／Ｌ注入した。第１鉄イオン測定器５には（株）共立理化学研究所のデジタルパックテストマルチを用い、手動で測定し、色度計６には横河電機（株）のＣＺ４０２Ｇを用い、自動で連続測定した。
【００５６】
精密ろ過膜／限外ろ過膜１３で３０ｍｉｎろ過した後、凝集水供給弁１２とろ過水弁１５を閉とし、凝集水供給ポンプ１１を停止すると同時に、エア抜き弁１４、逆洗弁１８、空洗弁２０を開とし、逆洗ポンプ１７、ブロワー１９を稼動して、流束３．０ｍ／ｄの逆圧洗浄と膜モジュールの下方から空気を供給する１００Ｌ／ｍｉｎの空気洗浄を同時に１ｍｉｎ実施した。その後、逆洗弁１８、空洗弁２０を閉とし、逆洗ポンプ１７、ブロワー１９を停止して、上述の逆圧洗浄と空気洗浄を終了した後、排水弁２１を開とし、排水工程を１ｍｉｎ行った。排水工程終了後、排水弁２１を閉、凝集水供給弁１２を開とし、凝集水供給ポンプ１１を稼動して給水工程が行われ、モジュール内が凝集水で満水になった後、エア抜き弁１４を閉、ろ過水弁１５を開にすることで、ろ過工程に戻り、上記工程を繰り返していった。
【００５７】
２０１１年３月１日に第１鉄イオン測定器５と色度計６で測定した結果、原水の第１鉄イオン濃度（α）＝６［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］、原水の色度（β）＝９［度］であった。
【００５８】
原水の第１鉄イオン濃度（α）＝６［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］、原水流量（γ）＝１２５［Ｌ／ｍｉｎ］を、酸化剤演算器７に入力後、酸化剤注入量（Ａ）、第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)濃度（Ｂ）を演算し、酸化剤供給ポンプ２の吐出量を調整した。
【００５９】
（Ａ）＝０．６３×６×１２５＝４７２．５［ｍｇ−Ｃｌ２／ｍｉｎ］
（Ｂ）＝６［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］
次に係数（Ｋ）＝０．６［ｍｇ−Ｆｅ／（Ｌ・度）］とし、原水の色度（β）＝９［度］、第１鉄イオンと酸化剤との反応で生成される水酸化鉄(III)濃度（Ｂ）＝６［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を凝集剤演算器８に入力し、原水中の濁度あるいは色度を凝集するのに適正な凝集剤注入濃度（Ｃ）および必要凝集剤注入濃度（Ｄ）［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］を演算した。
【００６０】
（Ｃ）＝０．６×９＝５．４［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］
（Ｄ）＝５．４−６＝−０．６［ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ］
（Ｄ）は負だったので、凝集剤供給ポンプ４は稼働しなかった。
【００６１】
上記要領で３月１日から１ヶ月間運転した結果、表１の通り、酸化剤の平均注入量は３２３［ｍｇ−Ｃｌ２／ｍｉｎ］、凝集剤の平均注入量は１４４［ｍｇ−Ｆｅ／ｍｉｎ］となった。精密ろ過膜／限外ろ過膜１３のろ過差圧は運転開始直後３０ｋＰａに対し、１ヶ月後も３５ｋＰａと安定運転が行えた。また、逆浸透膜２２のろ過差圧は運転開始直後５．５ＭＰａに対し、２ヶ月後も５．９ＭＰａと安定運転が行えており脱塩率は運転開始直後９９．７％に対し、１ヶ月後も９９．７％と安定していた。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
（比較例１）
第１鉄イオン測定器５、色度計６を用いず、酸化剤供給ポンプ２で酸化剤を３２０［ｍｇ−Ｃｌ２／ｍｉｎ］常時定量注入し、凝集剤供給ポンプ４で凝集剤を１５０［ｍｇ−Ｆｅ／ｍｉｎ］常時定量注入した以外は、実施例１と同じにした。
【００６４】
その結果精密ろ過膜／限外ろ過膜１３のろ過差圧は運転開始直後３０ｋＰａに対し、１ヶ月後は９８ｋＰａに上昇していた。安定運転が行えた。また、逆浸透膜２２のろ過差圧は運転開始直後５．５ＭＰａに対し、１ヶ月後は８．７ＭＰａに上昇しており、脱塩率は運転開始直後９９．７％に対し、２ヶ月後は９６．１％に低下した。
【符号の説明】
【００６５】
１：酸化剤貯留槽
２：酸化剤供給ポンプ
３：凝集剤貯留槽
４：凝集剤供給ポンプ
５：第１鉄イオン測定器
６：濁度計／色度計
７：酸化剤演算器
８：凝集剤演算器
９：攪拌機
１０：凝集反応槽
１１：凝集水供給ポンプ
１２：凝集水供給弁
１３：精密ろ過膜／限外ろ過膜
１４：エア抜き弁
１５：ろ過水弁
１６：ろ過水貯留槽
１７：逆洗ポンプ
１８：逆洗弁
１９：ブロワー
２０：空洗弁
２１：排水弁
２２：逆浸透膜
２３：高圧ポンプ
２４：逆浸透膜透過水貯留槽
２５：逆浸透膜濃縮水貯留槽
２６：還元剤供給ポンプ
２７：還元剤貯留槽
【図１】
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【図２】
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