水処理システム
【課題】分離膜から発生する洗浄排水を効率的に処理でき、被処理液が塩を含む水の場合でも分離膜を洗浄する際に発生する洗浄排水を処理することができる水処理システムを提供する。
【解決手段】被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
【解決手段】被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理プロセスと膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、膜分離プロセスから発生する洗浄排水を生物処理プロセスによって処理する水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分離膜に関する技術開発が進み、省スペース、省力化およびろ過水質向上等の特長を有するため、水処理をはじめ様々な用途での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜は河川水や地下水や下水処理液から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理、膜分離活性汚泥法への適用が挙げられ、ナノろ過膜や逆浸透膜はイオン類の除去や、海水淡水化、廃水再利用プロセスへの適用が挙げられる。
【０００３】
しかし、被処理液を分離膜によって膜分離すると、被処理液に含まれる濁質や有機物等の除去対象物が分離膜面に蓄積し、分離膜の閉塞現象が起こるため、分離膜のろ過抵抗が上昇し、やがて膜ろ過差圧が上限に達し、膜分離を行うことができなくなる。そこで膜ろ過性能を維持するため、分離膜の洗浄を行う必要がある。分離膜の洗浄には膜透過液を分離膜の２次側（膜透過液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させる逆圧洗浄や、気体を分離膜の１次側に供給して分離膜の汚れを取る空気洗浄や、薬液を分離膜と接触させて洗浄する方法がある。これらの洗浄を有効に行うことが膜分離を安定に運転するために非常に重要である。
【０００４】
この分離膜の洗浄によって排出される洗浄排水の処理方法としては、従来、汚濁物質濃度が低い場合は河川や海洋へ放流し、高い場合は産業廃棄物として処理されてきた。洗浄排水は分離膜に蓄積された汚れを含む水を濃縮した濃縮水であるため、汚濁物質濃度が高いことが多い。洗浄排水を産業廃棄物として処理すると、コストが高くなり、また、廃棄した分、処理液の回収率が低減するといった問題点があった。
【０００５】
そのため、洗浄排水を産業廃棄物として処理する以外の方法として、特許文献１では逆洗すすぎ洗浄排水を被処理液タンクに流入させる方法が記載されている。しかし、この方法では塩素を含有しない水で逆洗すすぎ洗浄をした時のすすぎ洗浄排水しか利用できず、多量の塩素を含む逆洗洗浄排水は被処理液タンクに流入させることができないため、塩素濃度による制御が煩雑であることと、処理液の回収率が大幅に向上できないという問題点があった。また、特許文献２では被処理液を生物処理し、膜分離によって固液分離した透過水を逆浸透膜で膜分離するシステムにおいて、逆浸透膜から排出される濃縮水を生物処理槽に返送して処理する方法が記載されている。しかし、この方法では被処理液が海水やかん水など塩濃度の高い水の場合、微生物に影響が出るため適用することができなかった。
【０００６】
また、浄水場の中には分離膜の濃縮排水や逆洗排水を生物処理しているところがある。この場合も、被処理液が海水やかん水など塩濃度の高い水の場合、微生物に影響が出るため適用することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８３５１０号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９３３５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“1.水道機工が受注 砧浄水場 砧下浄水所日量4万立方メートル×2の施設”、[online]、２００６年３月６日、水道機工株式会社コラム、[平成２１年８月１８日検索]、インターネット<http://www.suiki.co.jp/column/column29.htm>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、洗浄排水を効率的に処理でき、被処理液が塩を高濃度で含む水の場合でも分離膜を洗浄する際に発生する洗浄排水を処理することができる水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明における水処理システムは、以下の構成のいずれかからなる。
（１）被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
（２）前記洗浄液を生物処理プロセスから入手した生物処理液Ａとすることを特徴とする（１）に記載の水処理システム。
（３）前記生物処理プロセスが、被処理液Ａを生物と接触させ、膜分離することによって生物処理液Ａを入手し、該生物処理液Ａを半透膜Ａによって半透膜処理することで処理水Ａと濃縮水Ａを入手するプロセスであり、前記膜分離プロセスが、被処理液Ｂと該濃縮水Ａの少なくとも一部を混合させた混合水を前記分離膜で膜分離するプロセスであることを特徴とする（１）または（２）に記載の水処理システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果は以下に示す通りである。
【００１２】
（１）膜分離プロセスの被処理液Ｂが海水やかん水などの塩含有水の場合、被処理液収容体内の被処理液を洗浄液に置換して分離膜を洗浄すると、洗浄排水の塩濃度は希釈されるため、生物処理することができる。また、洗浄排水を生物処理プロセスに供給することによって、処理液の回収率が向上し、また、産業廃棄物の減少によるコストの低減が可能である。生物処理プロセスの被処理液や生物処理槽の水素イオン濃度の調整を洗浄排水で行うことができる場合は、生物処理プロセスにおける使用薬液量を低減することができる。また、洗浄排水が生物処理槽に供給された際に生物が活動できる水素イオン濃度で維持できる場合は、洗浄排水を中和するための薬液を低減することができる。
【００１３】
（２）分離膜を洗浄する水に、他プロセスの被処理液から発生した処理液を用いると、被処理液Ｂと該処理液のイオン濃度や有機物濃度などが異なるため、被処理液Ｂよりも濃度の低い成分に対しては分離膜に付着している汚れ成分が処理液に溶けやすく、洗浄効果が高くなる。この場合、洗浄排水が高汚濁になりやすいため、該洗浄排水を生物処理することで産業廃棄物を低減することができる。
【００１４】
（３）被処理液Ｂが海水やかん水などの塩含有水の場合、生物処理プロセスの半透膜処理で発生した濃縮水Ａを塩含有水である被処理液Ｂに混合することにより、被処理液Ｂの浸透圧を下げ、分離膜プロセスの半透膜処理するための昇圧ポンプの圧力を低減させることがある。この場合、生物処理した水は海水やかん水などよりも高い有機物濃度であることが多く、また、生物処理が適切に行われなかった場合にも有機物濃度が高くなるため、この生物処理した水を含む塩含有水を半透膜処理した場合に濃縮水Ｂ中の有機物濃度が高くなりやすい。そのため、生物処理プロセスで発生する濃縮水Ａを被処理液Ｂに混合する場合は、該洗浄排水を生物処理することにより、産業廃棄物を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法が適用される水処理システムの一例を示す概略フロー図である。
【図２】本発明の方法が適用される水処理システムの別の一例を示す概略フロー図である。
【図３】本発明の方法が適用される水処理システムのさらに別の一例を示す概略フロー図である。
【図４】本発明の方法が適用される水処理システムのさらに別の一例を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
【００１７】
図１は本発明が適用される水処理システムの概略図である。本発明に係る水処理システムは、生物処理プロセスとして、被処理液Ａを収容する被処理液Ａ槽１と、生物含有液５を収容する生物処理槽３と、被処理液Ａ槽１から被処理液Ａを生物含有液５に供給する被処理液Ａ供給ポンプ２と、生物含有液５に浸漬するように設置される分離膜Ａ４と、分離膜Ａ４によって生物含有液５を固液分離し、生物処理液Ａを取得するためのろ過用吸引ポンプ６と、生物処理液Ａを収容する生物処理液Ａ槽７とを備え、かつ、膜分離プロセスとして、被処理液Ｂを固液分離するための分離膜Ｂモジュール９と、被処理液Ｂを分離膜Ｂモジュール９に供給し、分離膜Ｂモジュール９により処理液Ｂを取得するための被処理液Ｂ供給ポンプ８と、処理液Ｂを収容する処理液Ｂ槽１５、処理液Ｂ槽１６と、分離膜Ｂモジュール９の被処理液Ｂに気体を噴出し、分離膜Ｂに気泡を接触させるための気体供給手段１４と、処理液Ｂ槽１５に収容される処理液Ｂを分離膜Ｂの２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させるための逆圧洗浄用ポンプ１７と、分離膜Ｂを薬液洗浄するための薬液を収容する薬液槽１８と、薬液槽１８に収容される薬液を分離膜Ｂに接触するように供給する薬液供給ポンプ１９と、分離膜Ｂモジュール９に収容される被処理液Ｂを排出するために、分離膜Ｂモジュール９に設置する排水手段１０と、分離膜Ｂモジュール９から排出する排水を生物処理プロセスの生物含有液５に供給するために、排水手段１０に連通する洗浄排水移送管１１と、洗浄排水移送管１１に設置する洗浄排水供給ポンプ１２と、分離膜Ｂモジュール９から排出する排水をシステム系外に排水するための洗浄排水排出バルブ１３とを備えている。
【００１８】
本装置の構造および使用方法を以下に具体的に述べる。
【００１９】
被処理液Ａ槽１に溜められた被処理液Ａを、被処理液Ａ供給ポンプ２により、生物含有液５を収容する生物処理槽３に供給することで、被処理液Ａを生物に接触させている。
【００２０】
ここにおいて、生物含有液とは、微生物を含んだ混合液のことであり、例えば、活性汚泥や微生物培養液である。また、被処理液Ａは、生物含有液中の微生物の基質となる物質を含む液体であり、例えば、家庭廃水、都市下水、工場廃水などの有機性廃液である。また、被処理液Ａを生物含有液に供給する手段としては、例えば、被処理液槽や河川や湖沼などから吸引ポンプにより生物含有液に供給する吸引手段や、被処理液Ａと生物含有液面との水頭差を利用して生物含有液に供給する手段でもよい。図１においては被処理液Ａ槽１から吸引ポンプにより生物含有液に供給している。
【００２１】
生物処理槽３は、生物含有液５を貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。また、生物処理槽３では、生物含有液５により被処理液Ａを生物処理する。
【００２２】
被処理液Ａを生物処理して処理液を得る方法としては、活性汚泥法や膜分離活性汚泥法などがある。活性汚泥法は、活性汚泥などの微生物により廃水中の有機物や窒素・リンなどの汚濁物質の分解・除去を行い、次いで、汚泥混合液を重力沈降により固液分離し、上澄み水を放流する有機性廃水処理方法である。また、膜分離活性汚泥法は、活性汚泥などの微生物により廃水中の有機物や窒素・リンなどの汚濁物質の分解・除去を行い、清澄な処理液を得るにあたって膜分離を用いる方法のことをいう。膜分離方式は、浸漬膜方式、外部膜分離方式、回転平膜方式など特に問わない。
【００２３】
生物処理槽３に導入する活性汚泥は、排水処理等に一般に利用されるものであり、種汚泥としては他の排水処理施設の引き抜き汚泥などが通常使用される。活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜５，０００ｍｇ／Ｌ程度で被処理液Ａの滞留時間は通常１時間〜２４時間で運転され、膜分離活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度で被処理液Ａの滞留時間は通常１時間〜２４時間で運転されるが、被処理液Ａの性状に応じて最適なものを採択するのがよい。また、凝集剤を添加する装置を設置して、生物処理槽３内に貯えられた活性汚泥を含む被処理液Ａに凝集剤を添加することも、リンや溶解性の有機物を膜分離活性汚泥処理液から削減できるという点で好ましい。
【００２４】
また、生物含有液５の中には分離膜Ａ４が浸漬設置され、分離膜Ａ４の処理液側に、処理液取得手段としてのろ過用吸引ポンプ６が設けられ、このろ過用吸引ポンプ６は、分離膜Ａ４の処理液側と配管により連通されている。ろ過用吸引ポンプ６を作動させることによって分離膜Ａ４により生物含有液５が膜分離され、生物処理・膜分離された処理を入手する。入手した生物処理液Ａは生物処理液Ａ槽７に収容し、システム外に放流するか、工業用水や修景用水などで再利用することができる。生物処理液Ａ槽７は、生物処理液Ａを貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。ここにおいて、生物含有液から処理液を入手する手段としては、例えば、分離膜による固液分離手段や、生物含有液中の固形分を重力により沈降させ、処理液として上澄み液を入手する固液分離手段でもよいが、分離膜による固液分離手段の方が処理液の水質は良く、処理液を再利用することができるため好ましい。図１においては分離膜を用いている。また、膜分離による固液分離では、分離膜の１次側（被処理液側）と２次側（処理液側）とに圧力差を発生させることにより分離膜の透過水である処理液を取得するが、ここにおいて、圧力差を発生させるための処理液取得手段としては、例えば、被処理液側を加圧するための加圧手段でもよいし、処理液側から吸引ポンプによって負圧を加えるための吸引手段でもよいし、また、生物含有液と配管出口などとの水頭差を利用して圧力差を発生させる手段でもよい。図１においては吸引ポンプを用いている。
【００２５】
分離膜Ａ４の膜構造としては、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これらの膜の具体例としては、ポリアクリロニトリル多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルフォン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜などが挙げられるが、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は耐薬品性が高いため、特に好ましい。さらに、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合膜を挙げることができる。
【００２６】
また、分離膜Ａ４の膜孔径は、活性汚泥を固形成分と溶解成分とに固液分離できる程度の孔径であることが好ましい。膜孔径が大きければ、膜透水性が向上するが、膜ろ過水に固形成分が含有する可能性が高くなる傾向がある。一方、膜孔径が小さければ、膜ろ過水に固形成分が含有する可能性が小さくなるが、膜透水性が低下する傾向がある。具体的には、０．０１〜０．５μｍとすることが好ましく、０．０５〜０．５μｍとすることがさらに好ましい。
【００２７】
分離膜Ａ４の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００２８】
また、分離膜Ａ４による固液分離方式には、全量を固液分離する全量ろ過と、分離膜表面において流れを発生させながら固液分離を行うクロスフローろ過がある。本発明ではいずれの固液分離方式でも構わないが、生物処理プロセスで膜分離を行う場合では、膜面の流れによるせん断応力により、固液分離に伴い膜面に付着する生物含有液中成分を剥離させながら運転することが可能なので、クロスフローろ過である方が好ましい。
【００２９】
また、分離膜Ｂモジュール９内には分離膜Ｂが収容されていて、被処理液Ｂ供給ポンプ８により、被処理液Ｂを分離膜Ｂモジュール９に供給し、かつ、分離膜Ｂの１次側（被処理液側）を加圧することで、分離膜Ｂの２次側（処理液側）に連通している配管により処理液Ｂを入手する。入手した処理液Ｂは処理液Ｂ槽１５と処理液Ｂ槽１６に収容し、システム外に放流するか、工業用水や修景用水などで再利用することができる。処理液Ｂ槽１５や処理液Ｂ槽１６は、処理液Ｂを貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。ここにおいて、被処理液Ｂは分離膜によって捕捉することできる汚濁物質を含んだ、生物処理に影響を与える程度に浸透圧が高い液であり、例えば、海水やかん水、および、海水やかん水を凝集沈殿や砂ろ過などの前処理をした前処理液などの液である。また、分離膜Ｂモジュール９で処理液を取得する手段としては、例えば、被処理液側を加圧するための加圧手段でもよいし、処理液側から吸引ポンプによって負圧を加えるための吸引手段でもよいし、また、被処理液と配管出口などとの水頭差を利用して圧力差を発生させる手段でもよい。図１においては加圧ポンプを用いている。
【００３０】
ここで、分離膜Ｂとは、被処理液に圧力を加えることにより、もしくは処理液側からポンプで吸引することにより、被処理液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉し、それらの物質が除かれた処理液を生成する機能を有するものであり、その捕捉粒子径の違いにより、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。本発明で用いられる分離膜としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜のいずれでもよい。
【００３１】
精密ろ過膜、限外ろ過膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン等の有機素材や、セラミック等の無機素材などを挙げることができる。本発明においては、その素材は特に限定しないが、ポリフッ化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォンが耐汚れ性や洗浄回復性が良いため好ましい。
【００３２】
また、ナノろ過膜、逆浸透膜の素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどがある。本発明においては、その素材は特に限定しないが、透過水量、耐薬品性などの点からポリアミド系やポリピペラジンアミド系の膜が好ましい。
【００３３】
分離膜Ｂモジュール９の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００３４】
また、分離膜Ｂモジュール９による固液分離方式には、全量を固液分離する全量ろ過と、分離膜表面において流れを発生させながら固液分離を行うクロスフローろ過がある。本発明ではいずれの固液分離方式でも構わないが、膜分離プロセスでは、エネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過である方が好ましい。さらに、加圧型であっても浸漬型であっても差し支えはないが、高流速の膜分離が可能であるという点から加圧型である方が好ましい。
【００３５】
また、分離膜Ｂモジュール９は所定時間の膜分離を行った後、分離膜表面に付着した汚れを除去するために、膜洗浄が行われる。膜洗浄手段としては、例えば、気体を分離膜の１次側に供給して分離膜を振動させることによって汚れを取る空気洗浄や、処理液を分離膜の２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させ分離膜の汚れを除去する逆圧洗浄や、薬液を分離膜と接触させて洗浄する方法などがある。
【００３６】
空気洗浄を行う場合は、分離膜Ｂに気泡を接触させるために、気体供給手段１４から分離膜Ｂモジュール９内の被処理液Ｂに気体を供給する。ここにおいて、気体供給手段は、例えば、コンプレッサーやブロアなどの送気手段である。
【００３７】
また、逆圧洗浄を行う場合は、処理液Ｂ槽１５に収容している処理液Ｂを、逆圧洗浄用ポンプ１７により、分離膜Ｂの２次側（処理液側）から加圧して、１次側（被処理液側）へ逆流させ、汚れを剥がし取る。
【００３８】
また、薬液洗浄を行う場合は、薬液槽１８と、薬液を供給する薬液供給ポンプ１９とを備え、薬液洗浄の方法として、逆圧洗浄の際に、逆流させる処理液に薬液を添加し、分離膜に薬液を接触させる方法や、薬液を分離膜の１次側もしくは２次側に供給し分離膜に接触させる方法などがある。
【００３９】
これら膜洗浄手段は単独で行っても、組み合わせて同時に行ってもよい。
【００４０】
薬液としては、塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、アスコルビン酸、亜硫酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤を含有する水溶液が分離膜を破損しない薬剤に限り使用できる。酸水溶液としては、廃液処理の観点から有機酸よりも無機酸の水溶液であることがより好ましい。逆圧洗浄薬液の濃度は１０ ｍｇ／Ｌ から１００００ ｍｇ／Ｌであることが好ましい。１０ ｍｇ／Ｌより低くなると洗浄効果が十分で無く、１００００ ｍｇ／Ｌより高くなると薬剤のコストが高くなり不経済となるからである。このような点から、１００ ｍｇ／Ｌから１０００ ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。薬剤は１種類とするよりも２種類以上を順番に使用することが好ましく、例えば酸と次亜塩素酸ナトリウムを交互に使用することや、アルカリの後に酸を使用することがより好ましい。図１においては逆圧洗浄の際に逆流させる処理液に薬液を添加している。
【００４１】
これらの膜洗浄手段を行うと、分離膜Ｂモジュール９内から排出された洗浄排水は、分離膜から除去された汚れを含むことになり、分離膜Ｂモジュール９と連通している排水手段１０により分離膜Ｂモジュール９外に排出する。ここにおいて、排水手段は、例えば、バルブであり、膜洗浄後にバルブを開にすることで洗浄排水を分離膜Ｂモジュール９外に排出する。
【００４２】
ここで、被処理液Ｂは生物処理に影響を与える程度に浸透圧が高い液であり、例えば、海水やかん水などである。そのため、分離膜Ｂモジュール９内が被処理液Ｂの状態で膜洗浄手段を行うと、発生した洗浄排水を生物含有液５に供給することができない。そのため、膜洗浄手段を行う前に、分離膜Ｂモジュール９内の被処理液Ｂを排水手段１０により分離膜Ｂモジュール９外に排出し、洗浄排水排出バルブ１３を開にすることによりシステム外に排出し、洗浄排水排出バルブ１３を閉にして、生物処理に影響を与えない程度に浸透圧が低い液を用いて膜洗浄手段を行うと、本発明を使用することができる。とくに、薬液洗浄では、薬液槽で薬液を分離膜に接触させる設定濃度に調整することが多く、被処理液が海水やかん水などの浸透圧が高い液であれば、濃度調整に、水道水や工業用水、逆浸透膜処理液などの浸透圧が低い液を利用することが多いため、本発明を効果的に使用することができる。膜洗浄手段前に分離膜Ｂモジュール９内から排出した被処理液Ｂは、有機物濃度が取水時の被処理液Ｂと同程度であるため、取水場所に戻すことができ、産業廃棄物にはならない。
【００４３】
生物処理に影響を与えない程度に浸透圧が低い液を用いて膜洗浄手段を行い、排水手段１０により排出された洗浄排水は、排水手段１０と連通している洗浄排水移送管１１により、生物処理プロセスに移送される。ここにおいて、生物処理プロセスでの移送先は、生物含有液５、もしくは、生物含有液５の上流側であり、図１においては生物含有液５の上流側である被処理液Ａ槽１に移送している。これにより、洗浄排水中の濁質や有機成分は生物含有液５で生物処理され、産業廃棄物として廃棄されなくなる。また、被処理液Ａの有機成分濃度が低い場合、生物含有液中の微生物を維持するために有機性薬液、例えば、メタノールなどを添加することがあるが、洗浄排水を生物含有液５に流入させることで、有機性薬液の使用量が低減することがある。
【００４４】
また、膜洗浄手段で他プロセスの被処理液から発生した処理液を用いて逆圧洗浄もしくは空気洗浄を行うと、被処理液Ｂと該処理液のイオン濃度や有機物濃度などが異なるため、被処理液Ｂよりも濃度の低い成分に対しては分離膜に付着している汚れ成分が処理液に溶けやすく、洗浄効果が高くなるので好ましい。図２では、生物処理プロセスで発生する生物処理液Ａを収容している生物処理液Ａ槽７に連通する配管を分離膜Ｂモジュール９に連通し、該配管に設置する逆圧洗浄用ポンプ１７を用いて、生物処理液Ａを分離膜Ｂの２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させ分離膜の汚れを取り除いている。
【００４５】
また、図３では、生物処理プロセスで発生する生物処理液Ａを半透膜Ａ２０で半透膜処理している。半透膜とは、ナノろ過膜や逆浸透膜のことであり、半透膜処理によって処理液と濃縮水が発生する。この濃縮水を半透膜Ａと連通する濃縮水Ａ移送配管で被処理液Ｂ槽２２に送液し、被処理液Ｂと混合し、分離膜Ｂモジュール９で膜分離する。生物処理プロセスで発生する濃縮水を被処理液Ｂに混合する場合は、洗浄排水を生物処理することにより、産業廃棄物を低減することができるため、本発明を用いることは好ましい。
【００４６】
また、図４のように、膜分離プロセスで処理液Ｂを半透膜処理するための半透膜Ｂ２４と、半透膜処理するために処理液Ｂを加圧する半透膜Ｂ供給ポンプ２３と、半透膜処理によって発生する半透膜処理液Ｂを収容する半透膜処理液Ｂ槽と、濃縮水Ｂを収容する濃縮水Ｂ槽とを備え、処理液Ｂを半透膜処理すること、処理水を得ることができ、工業用水などで用いることができるため、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明における水処理システムによると分離膜から発生する洗浄排水を効率的に処理でき、廃棄水量を少なくできるので、例えば、下廃水と海水を複数のプロセスで処理するシステムなどに有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：被処理液Ａ槽
２：被処理液Ａ供給ポンプ
３：生物処理槽
４：分離膜Ａ
５：生物含有液
６：ろ過用吸引ポンプ
７：生物処理液Ａ槽
８：被処理液Ｂ供給ポンプ
９：分離膜Ｂモジュール
１０：排水手段
１１：洗浄排水移送管
１２：洗浄排水供給ポンプ
１３：洗浄排水排出バルブ
１４：気体供給手段
１５：処理液Ｂ槽
１６：処理液Ｂ槽
１７：逆圧洗浄用ポンプ
１８：薬液槽
１９：薬液供給ポンプ
２０：半透膜Ａ
２１：濃縮水Ａ移送配管
２２：被処理液Ｂ槽
２３：半透膜Ｂ供給ポンプ
２４：半透膜Ｂ
２５：半透膜処理液Ｂ槽
２６：濃縮水Ｂ槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理プロセスと膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、膜分離プロセスから発生する洗浄排水を生物処理プロセスによって処理する水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分離膜に関する技術開発が進み、省スペース、省力化およびろ過水質向上等の特長を有するため、水処理をはじめ様々な用途での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜は河川水や地下水や下水処理液から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理、膜分離活性汚泥法への適用が挙げられ、ナノろ過膜や逆浸透膜はイオン類の除去や、海水淡水化、廃水再利用プロセスへの適用が挙げられる。
【０００３】
しかし、被処理液を分離膜によって膜分離すると、被処理液に含まれる濁質や有機物等の除去対象物が分離膜面に蓄積し、分離膜の閉塞現象が起こるため、分離膜のろ過抵抗が上昇し、やがて膜ろ過差圧が上限に達し、膜分離を行うことができなくなる。そこで膜ろ過性能を維持するため、分離膜の洗浄を行う必要がある。分離膜の洗浄には膜透過液を分離膜の２次側（膜透過液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させる逆圧洗浄や、気体を分離膜の１次側に供給して分離膜の汚れを取る空気洗浄や、薬液を分離膜と接触させて洗浄する方法がある。これらの洗浄を有効に行うことが膜分離を安定に運転するために非常に重要である。
【０００４】
この分離膜の洗浄によって排出される洗浄排水の処理方法としては、従来、汚濁物質濃度が低い場合は河川や海洋へ放流し、高い場合は産業廃棄物として処理されてきた。洗浄排水は分離膜に蓄積された汚れを含む水を濃縮した濃縮水であるため、汚濁物質濃度が高いことが多い。洗浄排水を産業廃棄物として処理すると、コストが高くなり、また、廃棄した分、処理液の回収率が低減するといった問題点があった。
【０００５】
そのため、洗浄排水を産業廃棄物として処理する以外の方法として、特許文献１では逆洗すすぎ洗浄排水を被処理液タンクに流入させる方法が記載されている。しかし、この方法では塩素を含有しない水で逆洗すすぎ洗浄をした時のすすぎ洗浄排水しか利用できず、多量の塩素を含む逆洗洗浄排水は被処理液タンクに流入させることができないため、塩素濃度による制御が煩雑であることと、処理液の回収率が大幅に向上できないという問題点があった。また、特許文献２では被処理液を生物処理し、膜分離によって固液分離した透過水を逆浸透膜で膜分離するシステムにおいて、逆浸透膜から排出される濃縮水を生物処理槽に返送して処理する方法が記載されている。しかし、この方法では被処理液が海水やかん水など塩濃度の高い水の場合、微生物に影響が出るため適用することができなかった。
【０００６】
また、浄水場の中には分離膜の濃縮排水や逆洗排水を生物処理しているところがある。この場合も、被処理液が海水やかん水など塩濃度の高い水の場合、微生物に影響が出るため適用することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８３５１０号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９３３５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“1.水道機工が受注 砧浄水場 砧下浄水所日量4万立方メートル×2の施設”、[online]、２００６年３月６日、水道機工株式会社コラム、[平成２１年８月１８日検索]、インターネット<http://www.suiki.co.jp/column/column29.htm>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、洗浄排水を効率的に処理でき、被処理液が塩を高濃度で含む水の場合でも分離膜を洗浄する際に発生する洗浄排水を処理することができる水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明における水処理システムは、以下の構成のいずれかからなる。
（１）被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
（２）前記洗浄液を生物処理プロセスから入手した生物処理液Ａとすることを特徴とする（１）に記載の水処理システム。
（３）前記生物処理プロセスが、被処理液Ａを生物と接触させ、膜分離することによって生物処理液Ａを入手し、該生物処理液Ａを半透膜Ａによって半透膜処理することで処理水Ａと濃縮水Ａを入手するプロセスであり、前記膜分離プロセスが、被処理液Ｂと該濃縮水Ａの少なくとも一部を混合させた混合水を前記分離膜で膜分離するプロセスであることを特徴とする（１）または（２）に記載の水処理システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果は以下に示す通りである。
【００１２】
（１）膜分離プロセスの被処理液Ｂが海水やかん水などの塩含有水の場合、被処理液収容体内の被処理液を洗浄液に置換して分離膜を洗浄すると、洗浄排水の塩濃度は希釈されるため、生物処理することができる。また、洗浄排水を生物処理プロセスに供給することによって、処理液の回収率が向上し、また、産業廃棄物の減少によるコストの低減が可能である。生物処理プロセスの被処理液や生物処理槽の水素イオン濃度の調整を洗浄排水で行うことができる場合は、生物処理プロセスにおける使用薬液量を低減することができる。また、洗浄排水が生物処理槽に供給された際に生物が活動できる水素イオン濃度で維持できる場合は、洗浄排水を中和するための薬液を低減することができる。
【００１３】
（２）分離膜を洗浄する水に、他プロセスの被処理液から発生した処理液を用いると、被処理液Ｂと該処理液のイオン濃度や有機物濃度などが異なるため、被処理液Ｂよりも濃度の低い成分に対しては分離膜に付着している汚れ成分が処理液に溶けやすく、洗浄効果が高くなる。この場合、洗浄排水が高汚濁になりやすいため、該洗浄排水を生物処理することで産業廃棄物を低減することができる。
【００１４】
（３）被処理液Ｂが海水やかん水などの塩含有水の場合、生物処理プロセスの半透膜処理で発生した濃縮水Ａを塩含有水である被処理液Ｂに混合することにより、被処理液Ｂの浸透圧を下げ、分離膜プロセスの半透膜処理するための昇圧ポンプの圧力を低減させることがある。この場合、生物処理した水は海水やかん水などよりも高い有機物濃度であることが多く、また、生物処理が適切に行われなかった場合にも有機物濃度が高くなるため、この生物処理した水を含む塩含有水を半透膜処理した場合に濃縮水Ｂ中の有機物濃度が高くなりやすい。そのため、生物処理プロセスで発生する濃縮水Ａを被処理液Ｂに混合する場合は、該洗浄排水を生物処理することにより、産業廃棄物を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法が適用される水処理システムの一例を示す概略フロー図である。
【図２】本発明の方法が適用される水処理システムの別の一例を示す概略フロー図である。
【図３】本発明の方法が適用される水処理システムのさらに別の一例を示す概略フロー図である。
【図４】本発明の方法が適用される水処理システムのさらに別の一例を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
【００１７】
図１は本発明が適用される水処理システムの概略図である。本発明に係る水処理システムは、生物処理プロセスとして、被処理液Ａを収容する被処理液Ａ槽１と、生物含有液５を収容する生物処理槽３と、被処理液Ａ槽１から被処理液Ａを生物含有液５に供給する被処理液Ａ供給ポンプ２と、生物含有液５に浸漬するように設置される分離膜Ａ４と、分離膜Ａ４によって生物含有液５を固液分離し、生物処理液Ａを取得するためのろ過用吸引ポンプ６と、生物処理液Ａを収容する生物処理液Ａ槽７とを備え、かつ、膜分離プロセスとして、被処理液Ｂを固液分離するための分離膜Ｂモジュール９と、被処理液Ｂを分離膜Ｂモジュール９に供給し、分離膜Ｂモジュール９により処理液Ｂを取得するための被処理液Ｂ供給ポンプ８と、処理液Ｂを収容する処理液Ｂ槽１５、処理液Ｂ槽１６と、分離膜Ｂモジュール９の被処理液Ｂに気体を噴出し、分離膜Ｂに気泡を接触させるための気体供給手段１４と、処理液Ｂ槽１５に収容される処理液Ｂを分離膜Ｂの２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させるための逆圧洗浄用ポンプ１７と、分離膜Ｂを薬液洗浄するための薬液を収容する薬液槽１８と、薬液槽１８に収容される薬液を分離膜Ｂに接触するように供給する薬液供給ポンプ１９と、分離膜Ｂモジュール９に収容される被処理液Ｂを排出するために、分離膜Ｂモジュール９に設置する排水手段１０と、分離膜Ｂモジュール９から排出する排水を生物処理プロセスの生物含有液５に供給するために、排水手段１０に連通する洗浄排水移送管１１と、洗浄排水移送管１１に設置する洗浄排水供給ポンプ１２と、分離膜Ｂモジュール９から排出する排水をシステム系外に排水するための洗浄排水排出バルブ１３とを備えている。
【００１８】
本装置の構造および使用方法を以下に具体的に述べる。
【００１９】
被処理液Ａ槽１に溜められた被処理液Ａを、被処理液Ａ供給ポンプ２により、生物含有液５を収容する生物処理槽３に供給することで、被処理液Ａを生物に接触させている。
【００２０】
ここにおいて、生物含有液とは、微生物を含んだ混合液のことであり、例えば、活性汚泥や微生物培養液である。また、被処理液Ａは、生物含有液中の微生物の基質となる物質を含む液体であり、例えば、家庭廃水、都市下水、工場廃水などの有機性廃液である。また、被処理液Ａを生物含有液に供給する手段としては、例えば、被処理液槽や河川や湖沼などから吸引ポンプにより生物含有液に供給する吸引手段や、被処理液Ａと生物含有液面との水頭差を利用して生物含有液に供給する手段でもよい。図１においては被処理液Ａ槽１から吸引ポンプにより生物含有液に供給している。
【００２１】
生物処理槽３は、生物含有液５を貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。また、生物処理槽３では、生物含有液５により被処理液Ａを生物処理する。
【００２２】
被処理液Ａを生物処理して処理液を得る方法としては、活性汚泥法や膜分離活性汚泥法などがある。活性汚泥法は、活性汚泥などの微生物により廃水中の有機物や窒素・リンなどの汚濁物質の分解・除去を行い、次いで、汚泥混合液を重力沈降により固液分離し、上澄み水を放流する有機性廃水処理方法である。また、膜分離活性汚泥法は、活性汚泥などの微生物により廃水中の有機物や窒素・リンなどの汚濁物質の分解・除去を行い、清澄な処理液を得るにあたって膜分離を用いる方法のことをいう。膜分離方式は、浸漬膜方式、外部膜分離方式、回転平膜方式など特に問わない。
【００２３】
生物処理槽３に導入する活性汚泥は、排水処理等に一般に利用されるものであり、種汚泥としては他の排水処理施設の引き抜き汚泥などが通常使用される。活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜５，０００ｍｇ／Ｌ程度で被処理液Ａの滞留時間は通常１時間〜２４時間で運転され、膜分離活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度で被処理液Ａの滞留時間は通常１時間〜２４時間で運転されるが、被処理液Ａの性状に応じて最適なものを採択するのがよい。また、凝集剤を添加する装置を設置して、生物処理槽３内に貯えられた活性汚泥を含む被処理液Ａに凝集剤を添加することも、リンや溶解性の有機物を膜分離活性汚泥処理液から削減できるという点で好ましい。
【００２４】
また、生物含有液５の中には分離膜Ａ４が浸漬設置され、分離膜Ａ４の処理液側に、処理液取得手段としてのろ過用吸引ポンプ６が設けられ、このろ過用吸引ポンプ６は、分離膜Ａ４の処理液側と配管により連通されている。ろ過用吸引ポンプ６を作動させることによって分離膜Ａ４により生物含有液５が膜分離され、生物処理・膜分離された処理を入手する。入手した生物処理液Ａは生物処理液Ａ槽７に収容し、システム外に放流するか、工業用水や修景用水などで再利用することができる。生物処理液Ａ槽７は、生物処理液Ａを貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。ここにおいて、生物含有液から処理液を入手する手段としては、例えば、分離膜による固液分離手段や、生物含有液中の固形分を重力により沈降させ、処理液として上澄み液を入手する固液分離手段でもよいが、分離膜による固液分離手段の方が処理液の水質は良く、処理液を再利用することができるため好ましい。図１においては分離膜を用いている。また、膜分離による固液分離では、分離膜の１次側（被処理液側）と２次側（処理液側）とに圧力差を発生させることにより分離膜の透過水である処理液を取得するが、ここにおいて、圧力差を発生させるための処理液取得手段としては、例えば、被処理液側を加圧するための加圧手段でもよいし、処理液側から吸引ポンプによって負圧を加えるための吸引手段でもよいし、また、生物含有液と配管出口などとの水頭差を利用して圧力差を発生させる手段でもよい。図１においては吸引ポンプを用いている。
【００２５】
分離膜Ａ４の膜構造としては、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これらの膜の具体例としては、ポリアクリロニトリル多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルフォン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜などが挙げられるが、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は耐薬品性が高いため、特に好ましい。さらに、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合膜を挙げることができる。
【００２６】
また、分離膜Ａ４の膜孔径は、活性汚泥を固形成分と溶解成分とに固液分離できる程度の孔径であることが好ましい。膜孔径が大きければ、膜透水性が向上するが、膜ろ過水に固形成分が含有する可能性が高くなる傾向がある。一方、膜孔径が小さければ、膜ろ過水に固形成分が含有する可能性が小さくなるが、膜透水性が低下する傾向がある。具体的には、０．０１〜０．５μｍとすることが好ましく、０．０５〜０．５μｍとすることがさらに好ましい。
【００２７】
分離膜Ａ４の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００２８】
また、分離膜Ａ４による固液分離方式には、全量を固液分離する全量ろ過と、分離膜表面において流れを発生させながら固液分離を行うクロスフローろ過がある。本発明ではいずれの固液分離方式でも構わないが、生物処理プロセスで膜分離を行う場合では、膜面の流れによるせん断応力により、固液分離に伴い膜面に付着する生物含有液中成分を剥離させながら運転することが可能なので、クロスフローろ過である方が好ましい。
【００２９】
また、分離膜Ｂモジュール９内には分離膜Ｂが収容されていて、被処理液Ｂ供給ポンプ８により、被処理液Ｂを分離膜Ｂモジュール９に供給し、かつ、分離膜Ｂの１次側（被処理液側）を加圧することで、分離膜Ｂの２次側（処理液側）に連通している配管により処理液Ｂを入手する。入手した処理液Ｂは処理液Ｂ槽１５と処理液Ｂ槽１６に収容し、システム外に放流するか、工業用水や修景用水などで再利用することができる。処理液Ｂ槽１５や処理液Ｂ槽１６は、処理液Ｂを貯えることができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。ここにおいて、被処理液Ｂは分離膜によって捕捉することできる汚濁物質を含んだ、生物処理に影響を与える程度に浸透圧が高い液であり、例えば、海水やかん水、および、海水やかん水を凝集沈殿や砂ろ過などの前処理をした前処理液などの液である。また、分離膜Ｂモジュール９で処理液を取得する手段としては、例えば、被処理液側を加圧するための加圧手段でもよいし、処理液側から吸引ポンプによって負圧を加えるための吸引手段でもよいし、また、被処理液と配管出口などとの水頭差を利用して圧力差を発生させる手段でもよい。図１においては加圧ポンプを用いている。
【００３０】
ここで、分離膜Ｂとは、被処理液に圧力を加えることにより、もしくは処理液側からポンプで吸引することにより、被処理液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉し、それらの物質が除かれた処理液を生成する機能を有するものであり、その捕捉粒子径の違いにより、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。本発明で用いられる分離膜としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜のいずれでもよい。
【００３１】
精密ろ過膜、限外ろ過膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン等の有機素材や、セラミック等の無機素材などを挙げることができる。本発明においては、その素材は特に限定しないが、ポリフッ化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォンが耐汚れ性や洗浄回復性が良いため好ましい。
【００３２】
また、ナノろ過膜、逆浸透膜の素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどがある。本発明においては、その素材は特に限定しないが、透過水量、耐薬品性などの点からポリアミド系やポリピペラジンアミド系の膜が好ましい。
【００３３】
分離膜Ｂモジュール９の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。
【００３４】
また、分離膜Ｂモジュール９による固液分離方式には、全量を固液分離する全量ろ過と、分離膜表面において流れを発生させながら固液分離を行うクロスフローろ過がある。本発明ではいずれの固液分離方式でも構わないが、膜分離プロセスでは、エネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過である方が好ましい。さらに、加圧型であっても浸漬型であっても差し支えはないが、高流速の膜分離が可能であるという点から加圧型である方が好ましい。
【００３５】
また、分離膜Ｂモジュール９は所定時間の膜分離を行った後、分離膜表面に付着した汚れを除去するために、膜洗浄が行われる。膜洗浄手段としては、例えば、気体を分離膜の１次側に供給して分離膜を振動させることによって汚れを取る空気洗浄や、処理液を分離膜の２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させ分離膜の汚れを除去する逆圧洗浄や、薬液を分離膜と接触させて洗浄する方法などがある。
【００３６】
空気洗浄を行う場合は、分離膜Ｂに気泡を接触させるために、気体供給手段１４から分離膜Ｂモジュール９内の被処理液Ｂに気体を供給する。ここにおいて、気体供給手段は、例えば、コンプレッサーやブロアなどの送気手段である。
【００３７】
また、逆圧洗浄を行う場合は、処理液Ｂ槽１５に収容している処理液Ｂを、逆圧洗浄用ポンプ１７により、分離膜Ｂの２次側（処理液側）から加圧して、１次側（被処理液側）へ逆流させ、汚れを剥がし取る。
【００３８】
また、薬液洗浄を行う場合は、薬液槽１８と、薬液を供給する薬液供給ポンプ１９とを備え、薬液洗浄の方法として、逆圧洗浄の際に、逆流させる処理液に薬液を添加し、分離膜に薬液を接触させる方法や、薬液を分離膜の１次側もしくは２次側に供給し分離膜に接触させる方法などがある。
【００３９】
これら膜洗浄手段は単独で行っても、組み合わせて同時に行ってもよい。
【００４０】
薬液としては、塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、アスコルビン酸、亜硫酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤を含有する水溶液が分離膜を破損しない薬剤に限り使用できる。酸水溶液としては、廃液処理の観点から有機酸よりも無機酸の水溶液であることがより好ましい。逆圧洗浄薬液の濃度は１０ ｍｇ／Ｌ から１００００ ｍｇ／Ｌであることが好ましい。１０ ｍｇ／Ｌより低くなると洗浄効果が十分で無く、１００００ ｍｇ／Ｌより高くなると薬剤のコストが高くなり不経済となるからである。このような点から、１００ ｍｇ／Ｌから１０００ ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。薬剤は１種類とするよりも２種類以上を順番に使用することが好ましく、例えば酸と次亜塩素酸ナトリウムを交互に使用することや、アルカリの後に酸を使用することがより好ましい。図１においては逆圧洗浄の際に逆流させる処理液に薬液を添加している。
【００４１】
これらの膜洗浄手段を行うと、分離膜Ｂモジュール９内から排出された洗浄排水は、分離膜から除去された汚れを含むことになり、分離膜Ｂモジュール９と連通している排水手段１０により分離膜Ｂモジュール９外に排出する。ここにおいて、排水手段は、例えば、バルブであり、膜洗浄後にバルブを開にすることで洗浄排水を分離膜Ｂモジュール９外に排出する。
【００４２】
ここで、被処理液Ｂは生物処理に影響を与える程度に浸透圧が高い液であり、例えば、海水やかん水などである。そのため、分離膜Ｂモジュール９内が被処理液Ｂの状態で膜洗浄手段を行うと、発生した洗浄排水を生物含有液５に供給することができない。そのため、膜洗浄手段を行う前に、分離膜Ｂモジュール９内の被処理液Ｂを排水手段１０により分離膜Ｂモジュール９外に排出し、洗浄排水排出バルブ１３を開にすることによりシステム外に排出し、洗浄排水排出バルブ１３を閉にして、生物処理に影響を与えない程度に浸透圧が低い液を用いて膜洗浄手段を行うと、本発明を使用することができる。とくに、薬液洗浄では、薬液槽で薬液を分離膜に接触させる設定濃度に調整することが多く、被処理液が海水やかん水などの浸透圧が高い液であれば、濃度調整に、水道水や工業用水、逆浸透膜処理液などの浸透圧が低い液を利用することが多いため、本発明を効果的に使用することができる。膜洗浄手段前に分離膜Ｂモジュール９内から排出した被処理液Ｂは、有機物濃度が取水時の被処理液Ｂと同程度であるため、取水場所に戻すことができ、産業廃棄物にはならない。
【００４３】
生物処理に影響を与えない程度に浸透圧が低い液を用いて膜洗浄手段を行い、排水手段１０により排出された洗浄排水は、排水手段１０と連通している洗浄排水移送管１１により、生物処理プロセスに移送される。ここにおいて、生物処理プロセスでの移送先は、生物含有液５、もしくは、生物含有液５の上流側であり、図１においては生物含有液５の上流側である被処理液Ａ槽１に移送している。これにより、洗浄排水中の濁質や有機成分は生物含有液５で生物処理され、産業廃棄物として廃棄されなくなる。また、被処理液Ａの有機成分濃度が低い場合、生物含有液中の微生物を維持するために有機性薬液、例えば、メタノールなどを添加することがあるが、洗浄排水を生物含有液５に流入させることで、有機性薬液の使用量が低減することがある。
【００４４】
また、膜洗浄手段で他プロセスの被処理液から発生した処理液を用いて逆圧洗浄もしくは空気洗浄を行うと、被処理液Ｂと該処理液のイオン濃度や有機物濃度などが異なるため、被処理液Ｂよりも濃度の低い成分に対しては分離膜に付着している汚れ成分が処理液に溶けやすく、洗浄効果が高くなるので好ましい。図２では、生物処理プロセスで発生する生物処理液Ａを収容している生物処理液Ａ槽７に連通する配管を分離膜Ｂモジュール９に連通し、該配管に設置する逆圧洗浄用ポンプ１７を用いて、生物処理液Ａを分離膜Ｂの２次側（処理液側）から１次側（被処理液側）へ逆流させ分離膜の汚れを取り除いている。
【００４５】
また、図３では、生物処理プロセスで発生する生物処理液Ａを半透膜Ａ２０で半透膜処理している。半透膜とは、ナノろ過膜や逆浸透膜のことであり、半透膜処理によって処理液と濃縮水が発生する。この濃縮水を半透膜Ａと連通する濃縮水Ａ移送配管で被処理液Ｂ槽２２に送液し、被処理液Ｂと混合し、分離膜Ｂモジュール９で膜分離する。生物処理プロセスで発生する濃縮水を被処理液Ｂに混合する場合は、洗浄排水を生物処理することにより、産業廃棄物を低減することができるため、本発明を用いることは好ましい。
【００４６】
また、図４のように、膜分離プロセスで処理液Ｂを半透膜処理するための半透膜Ｂ２４と、半透膜処理するために処理液Ｂを加圧する半透膜Ｂ供給ポンプ２３と、半透膜処理によって発生する半透膜処理液Ｂを収容する半透膜処理液Ｂ槽と、濃縮水Ｂを収容する濃縮水Ｂ槽とを備え、処理液Ｂを半透膜処理すること、処理水を得ることができ、工業用水などで用いることができるため、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明における水処理システムによると分離膜から発生する洗浄排水を効率的に処理でき、廃棄水量を少なくできるので、例えば、下廃水と海水を複数のプロセスで処理するシステムなどに有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：被処理液Ａ槽
２：被処理液Ａ供給ポンプ
３：生物処理槽
４：分離膜Ａ
５：生物含有液
６：ろ過用吸引ポンプ
７：生物処理液Ａ槽
８：被処理液Ｂ供給ポンプ
９：分離膜Ｂモジュール
１０：排水手段
１１：洗浄排水移送管
１２：洗浄排水供給ポンプ
１３：洗浄排水排出バルブ
１４：気体供給手段
１５：処理液Ｂ槽
１６：処理液Ｂ槽
１７：逆圧洗浄用ポンプ
１８：薬液槽
１９：薬液供給ポンプ
２０：半透膜Ａ
２１：濃縮水Ａ移送配管
２２：被処理液Ｂ槽
２３：半透膜Ｂ供給ポンプ
２４：半透膜Ｂ
２５：半透膜処理液Ｂ槽
２６：濃縮水Ｂ槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記洗浄液を生物処理プロセスから入手した生物処理液Ａとすることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記生物処理プロセスが、被処理液Ａを生物と接触させ、膜分離することによって生物処理液Ａを入手し、該生物処理液Ａを半透膜Ａによって半透膜処理することで処理水Ａと濃縮水Ａを入手するプロセスであり、前記膜分離プロセスが、被処理液Ｂと該濃縮水Ａの少なくとも一部を混合させた混合水を前記分離膜で膜分離するプロセスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理システム。
【請求項１】
被処理液Ａを生物と接触させて処理する生物処理プロセスと、被処理液収容体内に設置された分離膜によって被処理液Ｂを膜分離する膜分離手段と、該被処理液収容体から排水を排出する排水手段と、該分離膜を洗浄する膜洗浄手段とを備える膜分離プロセスとを含む複数のプロセスから構成され、該膜洗浄手段によって発生する洗浄排水を含む該排水の少なくとも一部を該生物処理プロセスに供給する排水供給手段を備えている水処理システムにおいて、該膜洗浄手段が、該被処理液収容体に収容された被処理液Ｂを洗浄液で置換し、該洗浄液と前記分離膜とを接触させることにより該分離膜を洗浄する膜洗浄手段であることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記洗浄液を生物処理プロセスから入手した生物処理液Ａとすることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記生物処理プロセスが、被処理液Ａを生物と接触させ、膜分離することによって生物処理液Ａを入手し、該生物処理液Ａを半透膜Ａによって半透膜処理することで処理水Ａと濃縮水Ａを入手するプロセスであり、前記膜分離プロセスが、被処理液Ｂと該濃縮水Ａの少なくとも一部を混合させた混合水を前記分離膜で膜分離するプロセスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−４１９０７（Ｐ２０１１−４１９０７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１８１８（Ｐ２００９−１９１８１８）
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]