(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜物理洗浄排水を分離膜を使用して濃縮するにあたり、前記膜物理洗浄排水を受ける洗浄排水槽に流入する膜物理洗浄排水の濁度濃度を測定する濁度計測装置と、前記洗浄排水槽に濁度調整用原水を供給する原水供給装置と、前記洗浄排水槽内の水を排出する排水装置と、前記濁度計測装置が出力する濁度濃度値に基づいて前記洗浄排水槽内の濁度濃度が所定値になるように、前記原水供給装置による濁度調整用原水供給量及び前記排水装置による排水量とを制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記膜物理洗浄排水の濁度濃度値、洗浄排水槽への濁度調整用原水供給量及び洗浄排水槽からの排水量を経時的に記憶し、前記濁度濃度値から濁度調整用原水供給量及び排水量を求め、前記洗浄排水槽の濁度濃度設定値と前記濁度調整用原水供給量及び排水量との相関関係を求め、得られた相関関係と前記濁度濃度値とに基づいて前記濁度調整用原水供給量及び排水量を制御することを特徴とする膜物理洗浄排水の濃縮方法。
【請求項２】
請求項１記載の膜物理洗浄排水の濃縮方法において、前記膜物理洗浄排水中の微粒子数を測定する液体用粒子カウンタ計測装置と、前記洗浄排水槽に凝集剤を供給する凝集剤供給装置とを有し、前記制御装置は、液体用粒子カウンタ計測装置が出力する微粒子数及び微粒子径に基づいて膜物理洗浄排水中の微粒子が３μｍ以上の粗大粒子になるように凝集剤供給装置による凝集剤供給量を制御することを特徴とする膜物理洗浄排水の濃縮方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の膜物理洗浄排水の濃縮方法において、前記制御装置は、膜物理洗浄排水濃縮運転時の前記分離膜の差圧が記憶している設定値を超えたとき及び濃縮倍率が記憶している設定値を下回ったときに、前記分離膜のろ過運転を一時停止し、前記分離膜を収納した膜濃縮水槽内の水を全量排出した後、分離膜をオフライン物理洗浄することを特徴とする膜物理洗浄排水の濃縮方法。
【請求項４】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の膜物理洗浄排水の濃縮方法において、前記分離膜のエアスクラビングを行うための散気管を備え、該散気管の散気口を鉛直方向に対して傾斜させて設けるとともに、前記散気管に洗浄排水管を接続して前記散気管内の洗浄を行えるようにしたことを特徴とする膜物理洗浄排水の濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜物理洗浄排水の濃縮方法に関し、詳しくは、浄水場等で濁質をろ過処理するために設置されている分離膜を物理洗浄した際に発生する膜物理洗浄排水を濃縮するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
分離膜を使用して原水中の濁質を分離除去する膜ろ過法は、シンプルでコンパクトな装置構成で確実な固液分離を行えるという利点を有しているため、小規模浄水施設で広く実用化されつつある。しかし、分離膜に捕捉した濁質の処理、すなわち、分離膜を物理的に洗浄する際に発生する洗浄排水（膜物理洗浄排水）の処理方式が未だ十分に確立されていないという問題がある。
【０００３】
すなわち、従来の重力濃縮では、濃縮後の水が上部の清澄域へ抜けることで濃縮が行われるが、汚泥濃度が高くなると水の抜けが悪くなり、これが律速することで濃縮に長い時間がかかるという問題がある。これを解決して濃縮を効率よく行うために、従来は、ピケットフェンス等のスラッジブランケット内で洗浄排水を回転させることが行われてきたが、濃縮を短時間で行うには不十分である。
【０００４】
また、膜物理洗浄排水を分離膜を使用して濃縮することも、例えば特開平９−２１５９７９号公報に記載された装置が提案されており、カオリンを用いた人工原水では有効性が確認されているものの、河川水等の実際の水道原水を処理する浄水場等で発生する膜物理洗浄排水の濃縮については、未だ十分な検討がなされていなかった。すなわち、大雨等に起因する原水の濁度濃度の大幅な変動や粒子径の変動に対する問題は未解決であった。
【０００５】
そこで本発明は、膜物理洗浄排水の濁度濃度が大きく変動しても、膜物理洗浄排水の濃縮を効果的にかつ確実に行うことができる膜物理洗浄排水の濃縮方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の膜物理洗浄排水の濃縮方法に用いる装置は、膜物理洗浄排水を分離膜を使用して濃縮するにあたり、前記膜物理洗浄排水を受ける洗浄排水槽に流入する膜物理洗浄排水の濁度濃度を測定する濁度計測装置と、前記洗浄排水槽に濁度調整用原水を供給する原水供給装置と、前記洗浄排水槽内の水を排出する排水装置と、前記濁度計測装置が出力する濁度濃度値に基づいて前記洗浄排水槽内の濁度濃度が所定値になるように、前記原水供給装置による濁度調整用原水供給量及び前記排水装置による排水量とを制御する制御装置とを有している。
【０００７】
そして、このような装置における本発明の膜物理洗浄排水の濃縮方法は、前記制御装置によって、前記膜物理洗浄排水の濁度濃度値、洗浄排水槽への濁度調整用原水供給量及び洗浄排水槽からの排水量を経時的に記憶し、前記濁度濃度値から濁度調整用原水供給量及び排水量を求め、前記洗浄排水槽の濁度濃度設定値と前記濁度調整用原水供給量及び排水量との相関関係を求め、得られた相関関係と前記濁度濃度値とに基づいて前記濁度調整用原水供給量及び排水量を制御することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、前記膜物理洗浄排水中の微粒子数を測定する液体用粒子カウンタ計測装置と、前記洗浄排水槽に凝集剤を供給する凝集剤供給装置とを有し、前記制御装置は、液体用粒子カウンタ計測装置が出力する微粒子数及び微粒子径に基づいて膜物理洗浄排水中の微粒子が３μｍ以上の粗大粒子になるように凝集剤供給装置による凝集剤供給量を制御することを特徴としている。
【０００９】
さらに、前記制御装置は、膜物理洗浄排水濃縮運転時の前記分離膜の差圧が記憶している設定値を超えたとき及び濃縮倍率が記憶している設定値を下回ったときに、前記分離膜のろ過運転を一時停止し、前記分離膜を収納した膜濃縮水槽内の水を全量排出した後、分離膜をオフライン物理洗浄することを特徴としている。また、前記分離膜のエアスクラビングを行うための散気管を備え、該散気管の散気口を鉛直方向に対して傾斜させて設けるとともに、前記散気管に洗浄排水管を接続して前記散気管内の洗浄を行えるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の膜物理洗浄排水の濃縮方法を適用した濃縮装置の基本形態を示す系統図である。この濃縮装置は、原水の固液分離を行って処理水を取出す膜分離装置１０に付設されるものであって、膜分離装置１０の膜物理洗浄排水を受ける洗浄排水槽１１と、分離膜１２を設置した濃縮槽１３と、分離膜１２からの処理水を受ける処理水槽１４と、濃縮槽１３内に塩素化合物、通常は次亜塩素酸ナトリウムを添加するための塩素供給槽１５と、分離膜１２のエアスクラビングを行うための散気管１６とを備えている。また、濃縮槽１３の底部には、沈殿汚泥の浮上を防止するための邪魔板２０が設けられている。
【００１１】
膜分離装置１０を物理洗浄する際に発生する膜物理洗浄排水は、洗浄排水経路１７から洗浄排水槽１１に流入して一時貯留された後、濃縮経路１８の供給ポンプ２１によって濃縮槽１３に送られる。濃縮槽１３では、吸引ろ過ポンプ２２の吸引作用によって膜分離が行われ、分離膜１２を通過した処理水が処理水管１２ａを通って処理水槽１４に取出される。邪魔板２０の通孔を通って濃縮槽１３の底部に降下濃縮した汚泥は汚泥排出管１３ａから抜取られる。
【００１２】
分離膜１２の洗浄は、エアポンプ２３から散気管１６に圧縮空気を送って散気を行うエアスクラビングと、処理水槽１４内の処理水を逆洗ポンプ２４によって分離膜内側に供給する逆洗とによって行われ、さらに、必要に応じてシャワー洗浄等のオフライン物理洗浄を行うようにしている。また、エアスクラビングを行う際には、微生物の繁殖によるろ過抵抗を抑制するため、必要に応じて適量の塩素化合物を塩素供給槽１５から塩素ポンプ２５を介して濃縮槽１３に供給するようにしている。
【００１３】
上述のようにして膜物理洗浄排水の濃縮を行う際には、洗浄排水槽１１に流入する膜物理洗浄排水の濁度濃度に応じて膜分離装置１０に向かう原水の一部を濁度調整用原水供給経路１９に分岐し、濁度調整用原水として洗浄排水槽１１に供給することにより、洗浄排水槽１１内の膜物理洗浄排水の濁度濃度が一定値以下になるように調節する。
【００１４】
図２は濁度濃度制御を行う制御系の参考例を示す要部の系統図である。なお、以下の説明において、図１に示す濃縮装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な図示及び説明は省略する。
【００１５】
本参考例では、洗浄排水槽１１内に流入した膜物理洗浄排水の濁度濃度を測定するための濁度計測装置３１と、前記濁度調整用原水供給経路１９に設けた原水供給装置３２と、前記濁度計測装置３１が出力する濁度濃度値に基づいて前記原水供給装置３２による濁度調整用原水供給量を制御する制御装置３３とを設け、洗浄排水槽１１内の膜物理洗浄排水の濁度濃度が一定値を超えないように調節する。
【００１６】
濃縮対象となる膜物理洗浄排水の濁度濃度は、膜分離装置１０で処理する原水の状態によって変動し、原水となる河川水等の濁度濃度が大雨等の影響で上昇すると、これに伴って膜分離装置１０に捕捉される濁質量が多くなり、これによって膜物理洗浄排水の濁度濃度も上昇する。このようにして膜物理洗浄排水の濁度濃度が上昇すると、膜物理洗浄排水を濃縮する分離膜１２の目詰まりが早期に発生し、処理量が減少するだけでなく、洗浄も頻繁に行ったり、薬液洗浄を行ったりしなければならなくなる。
【００１７】
例えば、原水の濁度濃度が１〜１００度の場合、膜物理洗浄排水の濁度濃度は１６〜６５０度程度の間を推移するが、膜物理洗浄排水の濁度濃度が４００度以下の場合は、膜物理洗浄排水の濃縮（ろ過）操作と洗浄操作（逆洗及びエアスクラビング）とを定期的に繰返すことにより、長期にわたって安定したろ過を継続することができ、ろ過抵抗を、例えば１．７２Ｅ＋１２ｍ−１以下に維持することができる。このとき、濃縮槽１３においては、膜ろ過に伴って上下方向の濃度差が明確に見られるようになり、濃縮界面が形成される。この濃縮界面は、ろ過時間の経過に伴って低下し、ろ過時間が、例えば２０分経過すると、分離膜１２の下端に達するようになる。
【００１８】
これにより、重力による槽下方への濃縮と膜ろ過による濃縮とを同時に行うことができ、分離膜１２上部の清澄域からも水を吸引することで濃縮槽１３上部からの膜物理洗浄排水の継ぎ足しを十分に行うことができるので、分離膜１２下部の濃縮がより促進されることになり、効果的な濃縮が可能となる。
【００１９】
一方、膜物理洗浄排水の濁度濃度が上昇すると、例えば濁度濃度が４２０度を超える膜物理洗浄排水が濃縮槽１３に流入すると、分離膜１２のろ過抵抗が短期間で急激に上昇し、例えば１．８６Ｅ＋１３ｍ−１まで上昇し、ろ過操作の継続が困難になって運転を中止する必要が出てくる。このとき、濃縮槽１３には濃縮界面が見られず、濃縮率も、例えば通常時の約４０倍から約１５倍に低下する。このようになると、分離膜１２を通常の洗浄操作で洗浄しただけではろ過能力の回復効果は少なく、ろ過抵抗が高めの不安定な運転状態となってしまう。このため、過酸化水素水等を用いた薬品洗浄を行ってろ過能力を回復させる必要がある。
【００２０】
したがって、前述のように、濁度計測装置３１、原水供給装置３２及び制御装置３３を設け、制御装置３３により、濁度計測装置３１が出力する濁度濃度値に基づいて洗浄排水槽１１内の濁度濃度が所定値以下、例えば４００度以下、好ましくは３００度以下になるように、原水供給装置３２からの濁度調整用原水供給量を制御することにより、すなわち、濁度計測装置３１で測定した洗浄排水槽１１内の膜物理洗浄排水の濁度濃度値が４００度を超える場合は、膜物理洗浄排水に比べて濁度濃度が低い原水により膜物理洗浄排水を希釈し、濃縮槽１３に送る膜物理洗浄排水の濁度濃度が４００度以下になるようにすることにより、分離膜１２におけるろ過処理を長期間にわたって安定して行うことができる。なお、分離膜１２として膜分離装置１０に準じたものを使用することにより、分離膜１２でろ過処理を行った水は、飲料水基準を満足する水質が得られる。
【００２１】
図３は、本発明の第１形態例を示すもので、洗浄排水槽１１に、洗浄排水槽１１内の水を排出するための排水装置３４を設け、該排水装置３４からの排水量を、前記濁度計測装置３１が出力する濁度濃度値に基づいて前記制御装置３３で行うようにしたものである。すなわち、洗浄排水槽１１内の膜物理洗浄排水の濁度濃度値が極めて高く、そのまま濁度調整用原水を加えただけでは十分に希釈できない場合は、洗浄排水槽１１から膜物理洗浄排水の一部を排出し、膜物理洗浄排水の量を少なくして相対的に濁度調整用原水の割合を多くすることにより、洗浄排水槽１１から濃縮槽１３に送る膜物理洗浄排水の濁度濃度値を例えば４００度以下、好ましくは３００度以下になるようにする。
【００２２】
このときの洗浄排水槽１１からの排水量は、濁度計測装置３１で測定した濁度濃度値や洗浄排水槽１１の容量等に基づいて算出すればよい。洗浄排水槽１１から排出した水は、他の槽に一時貯留して洗浄排水槽１１に戻すようにしてもよく、浄水設備の最初沈殿池等の適当な位置に戻して再処理するようにしてもよい。
【００２３】
そして、制御装置３３において、濁度濃度値、濁度調整用原水の供給量、洗浄排水槽１１からの排水量を経時的に記憶するとともに、濁度濃度値から濁度調整用原水の供給量及び洗浄排水槽１１からの排水量を算出し、あらかじめ設定した濁度濃度値の基準値、例えば４００度に対する濁度調整用原水の供給量及び洗浄排水槽１１からの排水量の相関関係を求め、この相関関係と膜物理洗浄排水の濁度濃度値とに基づいて、必要な濁度調整用原水の供給量及び洗浄排水槽１１からの排水量を算出することにより、膜物理洗浄排水の濁度濃度値が大きく変動しても最適な濁度調整用原水の供給量及び洗浄排水槽１１からの排水量を求めることができ、効率のよい運転を行うことができる。
【００２４】
図４は、本発明の第２形態例を示すもので、洗浄排水槽１１に、膜物理洗浄排水中の微粒子数を測定する液体用粒子カウンタ計測装置３５と、凝集剤を供給する凝集剤供給装置３６とを設け、前記制御装置３３により、前記液体用粒子カウンタ計測装置３５が出力する微粒子数及び微粒子径に基づいて凝集剤供給装置３６からの凝集剤供給量を制御し、膜物理洗浄排水中の微粒子が３μｍ以上の粗大粒子になるようにしたものである。なお、濁度計測装置３１及び原水供給装置３２は、前記参考例及び第１形態例と同様に設けられているが、ここでは図示を省略する（以下、同様）。また、排水装置３４を設けている。
【００２５】
通常の膜物理洗浄排水では、膜分離装置１０の膜から剥離した粒子が微細化せずに凝集したままの粗大粒子が比較的多く、これは分離膜１２でのろ過処理の際に濃縮槽１３の下部に降下して濃縮されるが、粒径が３μｍ以下の粒子は、濃縮槽１３下部への濃縮が全く行われず、槽外へ排出されにくいことから、濃縮槽１３内に次第に蓄積していく。このような粒径３μｍ以下の粒子は、分離膜１２の膜面に付着してろ過抵抗を上昇させる一因となる。
【００２６】
したがって、液体用粒子カウンタ計測装置３５で測定した微粒子数及び微粒子径に基づいて、凝集剤供給装置３６から凝集剤を供給して粒径３μｍ以下の粒子を凝集させて粗大化させることにより、膜物理洗浄排水や濁度調整用原水中の微粒子を効果的に濃縮分離することができる。なお、凝集剤には、ＰＡＣ等の通常の凝集剤を使用することができる。
【００２７】
図５は、本発明の第３形態例を示すもので、膜差圧を測定する差圧測定装置３７と、洗浄排水槽１１から排出される排水（最終汚泥）の濁度を測定する排水濁度測定装置３８とを設置し、分離膜１２のろ過運転を継続するか、洗浄を行うかの判定を行うようにしたものである。
【００２８】
差圧測定装置３７は、濃縮槽１３に流入する膜物理洗浄排水の圧力３７ａと分離膜１２から吸引した処理水の圧力３７ｂとにより分離膜１２における膜差圧を算出するものであって、制御装置３３は、膜差圧あるいは膜差圧から求めたろ過抵抗があらかじめ記憶した設定値を超えたらろ過運転を中断して洗浄を行うようにする。
【００２９】
また、洗浄排水槽１１の濁度計測装置３１で測定した膜物理洗浄排水の濁度濃度値と、排水濁度測定装置３８で測定した排水の濁度濃度値とから濃縮倍率を算出するものであって、制御装置３３は、濃縮倍率があらかじめ記憶した設定値を下回ったらろ過運転を中断して洗浄を行うようにする。
【００３０】
さらに、制御装置３３は、ろ過運転時における差圧（ろ過抵抗）や濃縮倍率に基づいて、塩素供給槽１５からの塩素化合物の供給を制御したり、エアポンプ２３からの空気供給量を制御したり、また、濃縮槽１３から全量排水した後、薬品洗浄に代えてオフライン物理洗浄を実施するようにして、最適な膜洗浄を行えるようにする。このような制御を行うことにより、常に最適な状態でろ過処理を行うことができるとともに、無駄な洗浄操作を省略することができ、膜物理洗浄排水の濃縮処理を高効率で行うことができる。
【００３１】
図６は、本発明の第４形態例を示すもので、散気管１６の散気口１６ａを鉛直方向に対して適当に傾斜した方向に向けて形成するとともに、散気管１６に洗浄排水管４１を接続して散気管１６内の洗浄を行えるようにし、また、分離膜１２に張り調整装置４２を設けて膜モジュールをたるみのない縦型懸垂状態に維持するようにしている。
【００３２】
上述のように、散気口１６ａを傾斜させて設けることにより、槽内を降下する粒子（汚泥）が散気管１６内に入りにくくなり、散気管１６の詰りが生じにくくなる。また、洗浄排水管４２の弁４３を開いて管内から排水することにより、散気管１６内の汚泥を排出することができる。これにより、エアスクラビング洗浄を散気管１６の全体から均一に行うことができ、分離膜１２のろ過能力を効果的に回復させることができる。
【００３３】
また、分離膜１２を常に縦型懸垂状態に維持して分離膜１２のたるみを無くすことにより、エアスクラビング洗浄時の気泡の流れに偏りを生じることが無くなり、これによっても分離膜１２の洗浄を効果的に行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の膜物理洗浄排水の濃縮方法によれば、膜分離装置で処理する原水の状況が変動して膜物理洗浄排水の濁度濃度値が上昇しても、原水で希釈して濁度濃度値を所定値以下にすることにより、膜物理洗浄排水の濃縮を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の膜物理洗浄排水の濃縮方法を適用した濃縮装置の基本形態を示す系統図である。
【図２】  濁度濃度制御を行う制御系の参考例を示す要部の系統図である。
【図３】  本発明の濁度濃度制御を行う制御系の第１形態例を示す要部系統図である。
【図４】  本発明の第２形態例を示す要部系統図である。
【図５】  本発明の第３形態例を示す要部系統図である。
【図６】  本発明の第４形態例を示す要部系統図である。
【符号の説明】
１０…膜分離装置、１１…洗浄排水槽、１２…分離膜、１３…濃縮槽、１４…処理水槽、１５…塩素供給槽、１６…散気管、１９…濁度調整用原水供給経路、２０…邪魔板、２２…吸引ろ過ポンプ、２３…エアポンプ、２４…逆洗ポンプ、３１…濁度計測装置、３２…原水供給装置、３３…制御装置、３４…排水装置、３５…液体用粒子カウンタ計測装置、３６…凝集剤供給装置、３７…差圧測定装置、３８…排水濁度測定装置、４１…洗浄排水管、４２…張り調整装置
【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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