(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過膜を用いて水処理（ろ過工程）を行ない、オゾン含有水を用いて前記ろ過膜の洗浄（洗浄工程）を行う水処理装置において、オゾン水生成手段と、このオゾン水生成手段から前記ろ過膜へ洗浄水を供給する洗浄水供給ラインおよび洗浄水供給用ポンプと、前記洗浄水供給ライン上のろ過膜入口近傍に設けた洗浄水供給弁と、前記洗浄水供給ライン内の水をオゾン水生成手段へ還流するバイパスラインおよび洗浄水循環弁とを備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の水処理装置において、前記ろ過膜は、複数個の膜モジュールを有する膜モジュールユニット複数個からなり、前記各膜モジュールユニット毎にその近傍に設けた洗浄水供給弁を介して、前記複数個の膜モジュールユニットを、それぞれ前記洗浄水供給ラインに並列に接続してなることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の水処理装置の運転方法であって、前記洗浄工程前に、前記ろ過工程を継続するとともに洗浄水供給用ポンプを起動し、前記洗浄水供給弁を閉とした状態で前記洗浄水循環弁を開とし、オゾン水生成手段内のオゾン含有水を前記バイパスラインに通流して、前記洗浄水供給弁前までの洗浄水供給ラインにオゾン含有水を満たすことを特徴とする水処理装置の運転方法。
【請求項４】
請求項３記載の水処理装置の運転方法において、前記洗浄は、逆洗または逆洗同時空気洗浄とすることを特徴とする水処理装置の運転方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の水処理装置の運転方法において、前記オゾン含有水を用いた洗浄の所定回数後毎に、ろ過膜のオゾン非含有水による逆洗，空気洗浄，フラッシングの内少なくとも一つの洗浄を行うことを特徴とする水処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水中に含まれる汚濁物質を分離除去するための、ろ過膜を用いた水処理装置とその運転方法に関し、特にオゾン含有水により前記ろ過膜の洗浄を行う水処理装置とその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、ろ過膜を用いた水処理方法がよく知られている。このろ過膜を用いた水処理においては、水処理運転の継続に伴い、膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する。これらの原因による膜ろ過性能の低下は、膜を洗浄することによって回復することができる。
【０００３】
膜の洗浄方法には、物理洗浄と薬品洗浄がある。物理洗浄には、膜ろ過水を逆流させる逆圧水洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する洗浄方法で、膜のろ過能力をほぼ初期状態まで回復することができる。しかしながら、薬品洗浄はコストがかかることおよびその排水処理の観点から、できるだけ回数を少なくすることが望まれる。
【０００４】
前記物理洗浄と化学的処理を組み合わせた方法として、近年、オゾン含有水を使用した洗浄方法が提案されている。この方法は、物理的洗浄に加えて、オゾンの酸化作用により、ろ過膜に付着した物質を分解、剥離、除去する化学的洗浄を組み合わせる方法であり、この方法によれば、ろ過膜性能を効率的に回復させることができる。
【０００５】
図４は、従来のオゾン含有水を用いてろ過膜の洗浄を行う膜ろ過システムの一例のシステム系統図を示す。図４のシステムにおいて、原水タンク２に流入した原水１は、運転ポンプ３により原水供給弁５を通り、膜モジュール６へと供給されて、ろ過処理される。なお、本例におけるろ過処理運転方式は、クロスフロー方式を示し、膜モジュール６へ供給された被処理水としての原水の一部が、バイパスライン４により、原水タンク２に還流される。例えば、循環／ろ過流量比＝１／１とされる。ここで、供給水量および循環水量の制御は、流量センサー８の計測値が一定となるように運転ポンプ３をインバータで制御すること及びバルブの開度調整により行われる。
【０００６】
ろ過された水は、ろ過水出口弁７、流量センサー８を通り、ろ過水タンク９へと貯留された後、処理水１０として次工程へと通水される。ろ過水の一部は逆洗水として使用するため、ろ過水タンク９からオゾン水生成塔１１へと送水される。オゾン水生成塔１１では、オゾン発生器１２から供給するオゾンガスを、下部から散気することによりオゾン含有水が生成される。生成されたオゾン含有水は、例えば、２０分間のろ過工程後に実施される逆洗工程において、逆洗水供給ライン２０上に設けた逆洗ポンプ１３により、逆洗水供給弁１４を経て、膜モジュール６の二次側から一次側へと流されて、排水弁１５を経て排水される。
【０００７】
また、例えば１分間のオゾン水逆洗後に、膜の洗浄を確実にする観点から、エアーコンプレッサー１６によりエアー供給弁１７を介して空気を供給するエアーバブリング工程（３０秒間）、およびその後に、原水供給弁５を開き、原水を膜モジュール６に通水し、膜モジュール６内の濃縮水を排水弁１５を経て排水するフラッシング工程（３０秒間）を実施する物理洗浄工程（２分）がなされる。なお、前記逆洗工程以降の追加工程は、逆洗工程終了後毎回行なわずに、逆洗工程の所定回数後ごとに行なう場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記オゾン含有水を使用した洗浄方法においても、下記のような問題があった。
【０００９】
ろ過膜への洗浄用オゾン含有水の供給流路には、洗浄工程開始前に滞留する処理水があり、この滞留する処理水は、まだ、所定濃度のオゾンガスの注入がなされる前の水、即ち、所定濃度のオゾンを含まない水（オゾン非含有水）であるので、従来のオゾン含有水を使用した洗浄方法においては、逆洗初期には、まず前記オゾン非含有水が、ろ過膜へ通流されることとなる。なお、前記オゾン非含有水には、微量の残留オゾンを含むが、前記所定濃度にはほど遠いレベルである。
【００１０】
例えば、図４において、逆洗初期には、逆洗水供給ライン中（オゾン生成塔１１から逆洗ポンプ１３、逆洗水供給弁１４を経て、膜モジュール６に至るまでの配管）に滞留しているオゾン非含有水にて、まず逆洗されるため、逆洗初期においては、オゾンの酸化作用が得られないこととなり、洗浄効率に問題があった。
【００１１】
また一方、オゾン非含有水の水量を無視して、オゾン含有水による逆洗を十分に実施する場合には、ろ過処理水をベースとしたオゾン含有水が、その分、余分に使用されることとなり、被処理水の取水量に対する処理水量の割合（回収率）が下がってしまう問題があった。
【００１２】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、オゾン含有水を用いてろ過膜の洗浄を行う前記ろ過膜を用いた水処理装置とその運転方法において、洗浄初期におけるろ過膜の洗浄効率の向上、ひいては膜ろ過水の回収率の向上を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、この発明は、ろ過膜を用いて水処理（ろ過工程）を行ない、オゾン含有水を用いて前記ろ過膜の洗浄（洗浄工程）を行う水処理装置において、オゾン水生成手段と、このオゾン水生成手段から前記ろ過膜へ洗浄水を供給する洗浄水供給ラインおよび洗浄水供給用ポンプと、前記洗浄水供給ライン上のろ過膜入口近傍に設けた洗浄水供給弁と、前記洗浄水供給ライン内の水をオゾン水生成手段へ還流するバイパスラインおよび洗浄水循環弁とを備えるものとする（請求項１の発明）。
【００１４】
前記請求項１の発明の装置によれば、下記請求項３の発明の運転方法を実施することができ、これによって、洗浄初期からオゾン含有水により洗浄できるので、洗浄初期における洗浄効率が向上し、ひいては膜ろ過水の回収率の向上を図ることができる。即ち、請求項１（または後述する請求項２）記載の水処理装置の運転方法であって、前記洗浄工程前に、前記ろ過工程を継続するとともに洗浄水供給用ポンプを起動し、前記洗浄水供給弁を閉とした状態で前記洗浄水循環弁を開とし、オゾン水生成手段内のオゾン含有水を前記バイパスラインに通流して、前記洗浄水供給弁前までの洗浄水供給ラインにオゾン含有水を満たすことを特徴とする（請求項３の発明）。
【００１５】
また、前記請求項３記載の水処理装置の運転方法において、前記洗浄は、逆洗または逆洗同時空気洗浄とする（請求項４の発明）。さらに、前記請求項３または４記載の水処理装置の運転方法において、前記オゾン含有水を用いた洗浄の所定回数後毎に、ろ過膜のオゾン非含有水による逆洗，空気洗浄，フラッシングの内少なくとも一つの洗浄を行うこととする（請求項５の発明）。これにより、ろ過膜の洗浄がより確実となり、ろ過効率が向上する。
【００１６】
また、前記請求項１記載の水処理装置において、前記ろ過膜は、複数個の膜モジュールを有する膜モジュールユニット複数個からなり、前記各膜モジュールユニット毎にその近傍に設けた洗浄水供給弁を介して、前記複数個の膜モジュールユニットを、それぞれ前記洗浄水供給ラインに並列に接続してなるものとする（請求項２の発明）。
【００１７】
前記請求項２の発明によれば、複数個の膜モジュールユニットに対して、同様に、洗浄効率の向上、ひいては膜ろ過水の回収率の向上を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３に基づき、この発明の実施例について以下にのべる。
【００１９】
図１に、この発明の水処理装置の概略システム系統図を示す。同図において、図４に示したシステムにおける部材と同一機能を有する部材には、同一番号を付して詳細説明を省略する。図１に示したシステムと図４に示したシステムとの相違点は、図１の場合、図４に示した系統に加えて、前記洗浄水供給ライン２０内の水をオゾン水生成塔１１へ還流するバイパスラインとしての逆洗水循環ライン１９および洗浄水循環弁１８とを設置した点である。
【００２０】
膜モジュール６としては、オゾン耐性を有するポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）製の膜面積７ｍ2のものを使用した。
【００２１】
上記構成において、図４において述べたろ過工程、逆洗工程、エアーバブリング工程、フラッシング工程は、前述と同様に行なわれるが、図１に示す本実施例においては、下記の工程が図４の場合とは異なる。
【００２２】
本実施例においては、ろ過工程２０分間において、１９分間を経過した時点で、ろ過を継続するとともに、逆洗ポンプ１３を起動し、逆洗水供給弁１４は閉の状態で逆洗水循環弁１８を開き、オゾン水生成塔１１内に生成されたオゾン含有水を、バイパスラインとしての逆洗水循環ライン１９へ流し、循環することにより、逆洗水供給弁１４前までの逆洗水供給ライン２０にオゾン水が満たされた状態とする。
【００２３】
ろ過工程が２０分間経過したところで、逆洗水循環弁１８を閉とし逆洗水供給弁１４を開き、逆洗水を膜モジュール６の二次側から一次側へ流し、排水弁１５より排水するオゾン含有水逆洗工程を実施する。このようにオゾン含有水逆洗を実施する前に、予め、逆洗水供給弁１４までのオゾンを含まない水を逆洗用オゾン含有水に置換してから、逆洗を実施することにより、逆洗開始後、直ちにオゾン含有水による逆洗が実施されることとなり、同じ回収率においても十分なオゾンによる逆洗浄効果を得ることができる。
【００２４】
なお、上記においては、ろ過工程が１９分間を経過した時点から逆洗水を循環して、オゾン含有水をスタンバイすることとしたが、１９分間経過前に、早めに循環しても構わないし、あるいは前段のろ過終了後、直ちにオゾン水に置換する工程を開始しても構わない。
【００２５】
さらに、上記においては、オゾン水による逆洗について説明したが、逆洗に限らず、例えばオゾン水による一次側の洗浄をする場合にも、同様の方法を取ることにより、同様のオゾン処理効果が得られることは明らかである。
【００２６】
次に、図２について説明する。図２は、複数個の膜モジュールユニットに対して、同様に洗浄効率の向上、ひいては膜ろ過水の回収率の向上を図ることを目的としたシステム系統図の一例を示す。図１と異なる点は、図２における４個の膜モジュールユニット６ａは、複数個の膜モジュールからなり、各膜モジュールユニット６ａ毎にその近傍に設けた洗浄水供給弁１４を介して、前記複数個の膜モジュールユニット６ａを、それぞれ逆洗水供給ライン２０に並列に接続した点である。なお、図１および図２において共通することではあるが、逆洗水供給弁１４から膜モジュール６または膜モジュールユニット６ａまでの配管長は、洗浄初期におけるオゾン非含有水をできる限り少なくする観点から、できるだけ短くすることが望ましい。
【００２７】
次に、図３について説明する。図３は、本発明におけるオゾン水逆洗と従来のオゾン水逆洗を実施した時の膜差圧の変化について比較実験した結果を示す図で、縦軸に膜差圧（ｋＰａ）を、横軸に運転日数（日）を示す。実験は、図１に示したシステムを用いて、江戸川河川水を原水とし、膜ろ過流束３ｍ3／（ｍ2・日）、物理洗浄間隔２０分、回収率９０％、逆洗水中の溶存オゾン濃度７ｍｇ／Ｌとした場合について行なった。なお、物理洗浄は、オゾン水逆洗浄同時空気洗浄３０秒およびフラッシング３０秒で行なった。
【００２８】
図３によれば、従来のオゾン水逆洗（データＢ）では、７日間の運転において、初期膜差圧３０ｋＰａが４５ｋＰａへと急上昇しているのに対して、本発明によるオゾン水逆洗（データＡ）では、膜差圧は３３ｋＰａまでしか上昇していない。この結果から、本発明の優位性が確認できた。
【００２９】
なお、前記図１および図２の実施例において使用されるろ過膜は、濁質成分および細菌類を除去することのできる膜であり、精密ろ過膜または限外ろ過膜が用いられる。精密ろ過膜の場合は、公称孔径0.01〜1μｍ好ましくは0.02〜0.5μｍのものが用いられ、限外ろ過膜の場合は、分画分子量１，０００〜１００万ダルトンのものが用いられる。
【００３０】
また、膜モジュールの形式は、中空糸状、スパイラル状、チューブラ状、平膜状等を用いることができる。膜素材およびポッティング部は、高濃度のオゾンと接触するために、耐オゾン性の素材を使うことが望ましい。膜素材については、前記フッ化ビニリデン重合体樹脂等の耐オゾン性の有機樹脂またはセラミック等の無機材料を用いることができる。
【００３１】
さらに、膜モジュールのろ過方式には、全量ろ過方式（デッドエンドろ過方式）と前記クロスフローろ過方式とが知られているが、いずれのろ過方式でもかまわない。また、ろ過膜への通水方式には、外圧型と内圧型とがあるが、どちらの通水方式でもかまわない。
【００３２】
さらにまた、上記実施例においては、所定の膜ろ過処理時間毎に、オゾン含有水を用いてろ過膜を洗浄する場合について説明したが、本願発明はこれに限るものではなく、膜差圧が所定差圧に達した場合に洗浄する場合であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、ろ過膜を用いて水処理（ろ過工程）を行ない、オゾン含有水を用いて前記ろ過膜の洗浄（洗浄工程）を行う水処理装置において、オゾン水生成手段と、このオゾン水生成手段から前記ろ過膜へ洗浄水を供給する洗浄水供給ラインおよび洗浄水供給用ポンプと、前記洗浄水供給ライン上のろ過膜入口近傍に設けた洗浄水供給弁と、前記洗浄水供給ライン内の水をオゾン水生成手段へ還流するバイパスラインおよび洗浄水循環弁とを備えるものとし、前記洗浄工程前に、前記ろ過工程を継続するとともに洗浄水供給用ポンプを起動し、前記洗浄水供給弁を閉とした状態で前記洗浄水循環弁を開とし、オゾン水生成手段内のオゾン含有水を前記バイパスラインに通流して、前記洗浄水供給弁前までの洗浄水供給ラインにオゾン含有水を満たすこととしたので、
ろ過膜の洗浄前に、ろ過膜へのオゾン含有水の供給流路に滞留するオゾン非含有水を、予めオゾン含有水により置換することが可能となり、洗浄初期におけるろ過膜の洗浄効率の向上、ひいては膜ろ過水の回収率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例に関わる水処理装置の概略システム系統図
【図２】  この発明の異なる実施例に関わる水処理装置の概略システム系統図
【図３】  本発明のオゾン水逆洗と従来のオゾン水逆洗を実施した時の膜差圧の変化について比較実験した結果を示す図
【図４】  従来の水処理装置の一例の概略システム系統図
【符号の説明】
１：原水、２：原水タンク、３：運転ポンプ、４：原水のバイパスライン、５：原水供給弁、６：膜モジュール、６ａ：膜モジュールユニット、７：ろ過水出口弁、８：流量センサー、９：ろ過水タンク、１０：処理水、１１：オゾン水生成塔、１２：オゾン発生器、１３：逆洗ポンプ、１４：逆洗水供給弁、１５：排水弁、１６：エアーコンプレッサー、１７：エアー供給弁、１８：逆洗水循環弁、１９：逆洗水循環ライン、２０：逆洗水供給ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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