水処理システム
【課題】ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができると共に、逆浸透膜におけるファウリングの発生を抑制することができる水処理システムを提供すること。
【解決手段】水処理システム１は、原水Ｗ１に含まれる不純物を予め除去して被処理水Ｗ１ａを製造する前処理装置４，５，６，７と、被処理水Ｗ１ａを逆浸透膜により透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置８と、を備える。逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。
【解決手段】水処理システム１は、原水Ｗ１に含まれる不純物を予め除去して被処理水Ｗ１ａを製造する前処理装置４，５，６，７と、被処理水Ｗ１ａを逆浸透膜により透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置８と、を備える。逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水に各種水処理を行う水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機成分を含む原水を生物処理によって浄化した後、更に逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行うことで、透過水を飲料水や工業用水として利用可能なレベルにまで再生する技術が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
逆浸透膜を用いた水処理システムにおいては、ファウリングが発生し、透過流束の維持や処理水の水質の安定化の阻害要因となっている。「ファウリング」とは、原水中の懸濁物質や難溶性塩類等が逆浸透膜の膜面等に沈着又は吸着する現象をいい、透過流束や塩除去率の低下を招く。
【０００４】
特許文献１に記載の技術によれば、逆浸透膜の上流側における原水の有機物濃度に基づいて、ファウリングの発生を抑制する薬剤（以下、ファウリング抑制剤という）を原水に注入することにより、ファウリングの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術によれば、ファウリング抑制剤の注入により、水処理に要するコスト（造水コスト）が増加する。また、ファウリング抑制剤の注入により濃縮水が汚染されるため、濃縮水を系外に排水すると、環境負荷となるおそれがある。更に、ファウリング抑制剤の注入が適正に維持されないと、頻繁な膜洗浄が必要となり、継続的な水処理が困難となる。
【０００７】
従って、本発明は、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができると共に、逆浸透膜におけるファウリングの発生を抑制することができる水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、原水に含まれる不純物を予め除去して被処理水を製造する前処理装置と、被処理水を逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置と、を備える水処理システムであって、前記逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である、水処理システムに関する。
【０００９】
また、前記逆浸透膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である、ことが好ましい。
【００１０】
また、前記前処理装置は、原水に含まれる有機成分を微生物により分解して除去する生物処理装置；原水に含まれる懸濁物質を凝集剤によりフロック化して除去する凝集沈殿処理装置；原水に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理装置；原水に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去する活性炭処理装置；原水に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去する除鉄除マンガン処理装置；原水に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去する促進酸化処理装置；及び原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により吸着して除去する軟水化処理装置のうち、いずれか一つ以上から構成される、ことが好ましい。
【００１１】
また、前記逆浸透膜装置の下流側に、透過水をイオン交換膜により脱イオン水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う電気脱イオン装置を更に備える、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができると共に、逆浸透膜におけるファウリングの発生を抑制することができる水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の水処理システム１を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂを示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃを示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態の水処理システム１について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の水処理システム１を示す構成図である。
図１に示す第１実施形態の水処理システム１は、例えば、工場等で排出される有機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００１５】
図１に示すように、水処理システム１は、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である活性汚泥処理装置４（生物処理装置の一種）と、前処理装置である砂濾過装置５（濾過処理装置の一種）と、前処理装置である活性炭吸着装置６（活性炭処理装置の一種）と、前処理装置としての促進酸化処理装置７と、前処理装置を経た原水Ｗ１（被処理水Ｗ１ａ）の膜分離処理を行う逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。
なお、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１６】
この水処理システム１によれば、原水タンク２を経た原水Ｗ１は、原水ポンプ３によって活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６、促進酸化処理装置７へと順に送出され、次第に浄化されて被処理水Ｗ１ａとなる。被処理水Ｗ１ａは、逆浸透膜装置８によって最終的に浄化された水（以下、「透過水」という）Ｗ２となる。透過水Ｗ２は、処理水タンク９に貯留される。
【００１７】
この逆浸透膜装置８による水処理は、本実施形態の水処理システム１による最終処理であるため、この透過水のことを「処理水」ともいう。
逆浸透膜装置８によって濃縮された水（以下、「濃縮水」という）Ｗ３の一部は、濃縮水還流ラインＬ１０を介して逆浸透膜装置８の上流側へ還流される。
以下、水処理システム１の各部について詳しく説明する。
【００１８】
通水ラインＬ１は、原水Ｗ１を原水タンク２に導入するものである。原水タンク２は、通水ラインＬ１の下流側の端部に接続されている。原水タンク２は、通水ラインＬ１から通水された原水Ｗ１を貯留する。原水タンク２の下流側には、活性汚泥処理装置４が設けられている。原水タンク２と活性汚泥処理装置４とは、通水可能な通水ラインＬ２によって接続されている。
【００１９】
原水ポンプ３は、この通水ラインＬ２に設けられている。原水ポンプ３は、原水タンク２に貯留された原水Ｗ１を活性汚泥処理装置４に向けて送出する。原水ポンプ３は、図示しない制御装置によって運転（駆動及び停止）を制御される。
【００２０】
活性汚泥処理装置４は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解して除去するものである。活性汚泥処理装置４は、通水ラインＬ２の下流側の端部に接続されている。
活性汚泥処理装置４は、例えば、曝気槽と、曝気槽に接続された沈殿槽とを備えて構成されている。曝気槽は、原水Ｗ１を貯留し、活性汚泥を使用して原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解する。沈殿槽は、活性汚泥を沈降分離すると共に、分離された上澄み液を貯留する。沈殿槽において分離された活性汚泥混合液は、曝気槽に返送されるように構成されている。
活性汚泥処理装置４の下流側には、沈殿槽の上澄み液を通水可能な通水ラインＬ３が接続されている。この通水ラインＬ３の下流側の端部は、砂濾過装置５に接続されている。
【００２１】
砂濾過装置５は、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理を行うものである。砂濾過装置５は、通水ラインＬ３の下流側の端部に接続されている。砂濾過装置５としては、例えば、硅石等の粗粒濾材と、アンスラサイト、濾過砂等の細粒濾材とから形成された濾過媒体層（図示せず）を有する塔式のものが挙げられる。砂濾過装置５は、逆洗可能に構成され、濾過媒体層に捕捉された懸濁物質の排出処理が定期的に行われるようになっている。
砂濾過装置５の下流側には、砂濾過装置５で生成された濾過液を通水可能な通水ラインＬ４が接続されている。この通水ラインＬ４の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。
【００２２】
活性炭吸着装置６は、原水Ｗ１に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去するものである。活性炭吸着装置６は、通水ラインＬ４の下流側の端部に接続されている。活性炭吸着装置６としては、例えば、粒状活性炭の充填層を有する塔式のものや、繊維状活性炭が充填されたカートリッジを内蔵したものが挙げられる。
活性炭吸着装置６の下流側には、通水可能な通水ラインＬ５が接続されている。この通水ラインＬ５の下流側の端部は、促進酸化処理装置７に接続されている。
【００２３】
促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去するものである。促進酸化処理装置７は、通水ラインＬ５の下流側の端部に接続されている。
促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に所定の酸化剤を添加する酸化剤添加装置（図示せず）と、紫外線を原水Ｗ１に照射する紫外線ランプ（図示せず）と、原水Ｗ１が流通する処理槽（図示せず）と、を備える。
【００２４】
酸化剤添加装置は、原水Ｗ１に所定の酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を添加するように構成されている。紫外線ランプは、所定波長の紫外線を原水Ｗ１に照射可能に構成されている。処理槽は、原水Ｗ１が流通可能な形状（例えば、円筒状）に構成されている。紫外線ランプは、処理槽の内部に収容されている。
【００２５】
処理槽内の原水Ｗ１は、酸化剤添加装置によって添加された酸化剤を含んでいる。この酸化剤に、紫外線ランプによって紫外線が照射されると、促進酸化処理が行われることとなる。「促進酸化処理」とは、特定の酸化剤に紫外線を照射することにより、強力な酸化力を有するヒドロキシルラジカルを生成し、これにより原水Ｗ１に含まれる難分解性物質を酸化分解すると共に、原水Ｗ１の色度成分や臭気成分を分解し、微生物を殺菌等する処理をいう。
【００２６】
促進酸化処理装置７は、酸化剤の存在下で原水Ｗ１を処理槽内に流通させながら、紫外線ランプによって原水Ｗ１に紫外線を照射する。これにより、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１中にヒドロキシルラジカルを生成することができる。従って、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に含まれる難分解性物質を酸化分解する。また、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１中の色度成分や臭気成分を分解する。更に、促進酸化処理装置７は、微生物を殺菌等することもできる。
【００２７】
以上のように、活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７からなる前処理装置によって、原水Ｗ１に含まれる種々の不純物が予め除去（前処理）され、被処理水Ｗ１ａが製造される。なお、後述する逆浸透膜は、被処理水Ｗ１ａに残留する酸化剤により劣化することがある。そのため、促進酸化処理装置７の後段に活性炭吸着装置を更に設け、被処理水Ｗ１ａ中の酸化剤の残留量を略ゼロにしておくことが望ましい。
【００２８】
促進酸化処理装置７の下流側には、通水可能な通水ラインＬ６が接続されている。この通水ラインＬ６の下流側の端部は、逆浸透膜装置８に接続されている。
【００２９】
逆浸透膜装置８は、促進酸化処理装置７等による前処理によって製造された被処理水Ｗ１ａを、逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）により、更に純度の高い透過水（処理水）Ｗ２と、不純物を多く含む濃縮水Ｗ３とに膜分離処理を行うものである。
逆浸透膜装置８は、通水ラインＬ６を介して促進酸化処理装置７の下流側に接続されている。
【００３０】
逆浸透膜装置８は、上流側に設けられる加圧ポンプ８ａと、下流側に設けられるＲＯ膜モジュール８ｂとを備える。加圧ポンプ８ａは、促進酸化処理装置７から供給される被処理水Ｗ１ａを加圧し、ＲＯ膜モジュール８ｂに送出する。ＲＯ膜モジュール８ｂは、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（図示せず）を備えており、これらのＲＯ膜エレメントにより被処理水Ｗ１ａを膜分離処理し、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３を製造する。ＲＯ膜は、分子量が数十程度のものを濾過可能な膜であり、低ファウリング膜として構成されている。
【００３１】
以下に、本実施形態で使用するＲＯ膜について詳細に説明する。例えば、ＲＯ膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。
【００３２】
ＲＯ膜の未ファウリング状態とは、膜メーカから購入した新品膜の状態、若しくは新品膜を水道水や脱塩水等の清浄水で予備洗浄した状態をいう。操作圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力のことであり、ＲＯ膜モジュール８ｂの一次側入口圧力と一次側出口圧力との平均値を指す。透過流束は、透過水量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［ＭＰａ］で除した値である。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
【００３３】
更に、ＲＯ膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜であることが好ましい。
【００３４】
ＲＯ膜のファウリング状態とは、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液に非イオン性界面活性剤を添加したものを被処理水として用い、透過水量一定で運転を行った場合の膜差圧が、運転開始時点の膜差圧に対して６５％から７０％増加した状態をいう。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルが用いられる。また、非イオン性界面活性剤の濃度は、被処理水のファウリング・インデックス（ＦＩ）値が０．３から０．５となる範囲で調整される。
【００３５】
このようなＲＯ膜を有する逆浸透膜装置８は、被処理水Ｗ１ａをＲＯ膜に供給しながら、透過水（処理水）Ｗ２を製造すると共に、被処理水Ｗ１ａの不純物濃度が高まった濃縮水Ｗ３を発生する。逆浸透膜装置８には、透過水Ｗ２を通水可能な通水ラインＬ７と、濃縮水Ｗ３を通水可能な濃縮水ラインＬ８とが接続されている。通水ラインＬ７の下流側の端部は、処理水タンク９に接続されている。通水ラインＬ７は、逆浸透膜装置８で製造された透過水Ｗ２を処理水タンク９に供給する。
【００３６】
処理水タンク９は、逆浸透膜装置８により製造された透過水を処理水Ｗ２として貯留するものである。処理水タンク９は、通水ラインＬ７を介して逆浸透膜装置８の下流側に接続されている。
処理水タンク９は、図示しない通水ラインを介して、例えば、工場における工業用水等の供給設備に接続されている。そして、処理水タンク９に貯留された処理水Ｗ２は、各種プロセス水（例えば、洗浄水や冷却水），中水，雑用水等として再利用される。
【００３７】
濃縮水ラインＬ８は、ＲＯ膜モジュール８ｂに接続され、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３を逆浸透膜装置８の外部へ導出する。濃縮水ラインＬ８の下流側の端部には、分岐部Ｊ１が設けられている。この分岐部Ｊ１においては、排水ラインＬ９及び濃縮水還流ラインＬ１０が分岐している。
【００３８】
排水ラインＬ９は、濃縮水ラインＬ８から分岐部Ｊ１において分岐し、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３の一部を水処理システム１の系外へ排水する。排水ラインＬ９には、バルブ１０が設けられている。バルブ１０は、排水ラインＬ９を開閉することができる。
【００３９】
濃縮水還流ラインＬ１０は、濃縮水ラインＬ８から分岐部Ｊ１において分岐し、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３の残部を逆浸透膜装置８の上流側の通水ラインＬ６へ還流する。濃縮水還流ラインＬ１０には、バルブ１１が設けられている。バルブ１１は、濃縮水還流ラインＬ１０を開閉することができる。すなわち、逆浸透膜装置８は、クロスフローによる膜分離処理が可能に構成されている。
【００４０】
なお、図示を省略するが、上述した通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７等には、原水Ｗ１、被処理水Ｗ１ａ、処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３等を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等も、図示しない制御装置によって制御される。
【００４１】
次に、第１実施形態の水処理システム１の動作について図１を参照しながら説明する。水処理システム１が運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して活性汚泥処理装置４に通水される。この原水Ｗ１には、ゴミ，コロイド粒子等の懸濁物質が含まれている。
【００４２】
原水Ｗ１に含まれる有機成分は、活性汚泥処理装置４の曝気槽において微生物により分解され、除去される。有機成分を除去された原水Ｗ１は、活性汚泥処理装置４の沈殿槽から通水ラインＬ３を介して砂濾過装置５に通水される。
【００４３】
砂濾過装置５に通水された原水Ｗ１は、砂濾過装置５の前記濾材層で濾過処理されることによって、前記ゴミや凝集物等が捕捉され、除去される。
砂濾過装置５を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ４を介して活性炭吸着装置６に通水される。原水Ｗ１に含まれる有機成分（活性汚泥処理装置４で除去し切れなかった有機成分）及び酸化性物質は、活性炭吸着装置６の活性炭により吸着され、除去される。
【００４４】
活性炭吸着装置６を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ５を介して促進酸化処理装置７の処理槽内に通水される。促進酸化処理装置７の処理槽内では、酸化剤添加装置（図示せず）によって酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）が添加される。
【００４５】
処理槽内に通水された原水Ｗ１は、紫外線ランプによって紫外線を照射される。前記酸化剤を含む原水Ｗ１に紫外線が照射されると、ヒドロキシルラジカルが生成される。このヒドロキシルラジカルは、強力な酸化力を有し、処理槽内では、原水Ｗ１の促進酸化処理が行われる。そのため、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる難分解性物質が酸化分解される。また、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる色度成分や臭気成分が分解される。更に、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる微生物が殺菌される。
【００４６】
また、原水Ｗ１をこのように促進酸化処理装置７で促進酸化処理することにより、下流側の逆浸透膜装置８のＲＯ膜において、微生物が増殖してＲＯ膜に付着する、いわゆるバイオファウリングの発生を抑制することができる。
【００４７】
以上のように、原水Ｗ１は、活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７を経ることにより前処理される。これにより、不純物が浄化され、被処理水Ｗ１ａが製造される。
【００４８】
促進酸化処理装置７を経た被処理水Ｗ１ａは、通水ラインＬ６を介して逆浸透膜装置８に通水され、更に浄化される。被処理水Ｗ１ａは、逆浸透膜装置８のＲＯ膜により、透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに膜分離処理される。これにより、溶存塩類等の不純物が除去された透過水（処理水）Ｗ２を得ることができる。
ＲＯ膜は、前記低ファウリング膜として構成されているので、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００４９】
逆浸透膜装置８により製造された透過水（処理水）Ｗ２は、通水ラインＬ７を介して処理水タンク９に通水され、処理水タンク９に貯留される。処理水タンク９に貯留された処理水Ｗ２は、各種プロセス水，中水，雑用水等として再利用される。
【００５０】
一方、逆浸透膜装置８で発生した濃縮水Ｗ３は、バルブ１０，１１を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ８、分岐部Ｊ１及び濃縮水還流ラインＬ１０を介して逆浸透膜装置８の上流側に還流される。また、逆浸透膜装置８で発生した濃縮水Ｗ３の一部は、バルブ１０，１１を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ８、分岐部Ｊ１及び排水ラインＬ９を介して水処理システム１の系外へ排水される。
【００５１】
以上のように、第１実施形態の水処理システム１によれば、以下に示す各効果が奏される。第１実施形態の水処理システム１は、前処理装置（活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７）と、被処理水Ｗ１ａをＲＯ膜により透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置８とを備える。また、ＲＯ膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。そのため、ファウリング抑制剤を注入しなくても、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００５２】
従って、ファウリング抑制剤の注入が不要となり、透過水Ｗ２を製造するコスト（造水コスト）を低減することができる。また、ファウリング抑制剤の注入が不要となり、濃縮水Ｗ３の薬剤汚染を回避することができるため、濃縮水Ｗ３を水処理システム１の系外に排水しても、環境に悪影響を与えずに済む。更に、透過水Ｗ２の薬剤汚染をも回避することができる。また、ＲＯ膜の洗浄頻度を低減することができるため、継続的な水処理を行うことができる。
【００５３】
更に、ＲＯ膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である。そのため、抑制剤を注入しなくても、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができると共に、ファウリング状態においても所定の透過流束を確保することができる。従って、ＲＯ膜の洗浄頻度を低減することができるため、継続的な水処理を行うことができる。
【００５４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態については、主として、第１実施形態とは異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。他の実施形態において特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用又は援用される。
【００５５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂについて図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂを示す構成図である。第２実施形態の水処理システム１Ｂは、工場等で排出される有機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００５６】
図２に示すように、第２実施形態の水処理システム１Ｂは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である膜分離活性汚泥処理装置１６（生物処理装置の一種）と、活性炭吸着装置６と、促進酸化処理装置７と、逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ１１と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。つまり、第２実施形態の水処理システム１Ｂは、第１実施形態の水処理システム１の活性汚泥処理装置４及び砂濾過装置５に替えて、膜分離活性汚泥処理装置１６を備える点が異なる。
【００５７】
膜分離活性汚泥処理装置１６は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解し、濾過膜を用いて微生物と濾過液（処理水）とを分離するものである。膜分離活性汚泥処理装置１６は、通水ラインＬ２の下流側の端部に接続されている。膜分離活性汚泥処理装置１６は、例えば、曝気槽と、濾過膜を有する膜分離槽とを備えて構成されている。曝気槽は、活性汚泥を使用して原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解する。膜分離槽は、活性汚泥を沈降分離して得られた液体（上澄み液）に膜分離処理を施して濾過液を製造する。
【００５８】
膜分離槽には、濾過膜が浸漬されている。この濾過膜としては、例えば、限外濾過（ＵＦ）膜や精密濾過（ＭＦ）膜等を用いることができる。膜分離槽において濃縮された活性汚泥混合液は、曝気槽に返送されるように構成されている。
膜分離活性汚泥処理装置１６の下流側には、濾過液を通水可能な通水ラインＬ１１が接続されている。この通水ラインＬ１１の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。活性炭吸着装置６から下流側の構成は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００５９】
次に、第２実施形態の水処理システム１Ｂの動作について図２を参照しながら説明する。水処理システム１Ｂが運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して膜分離活性汚泥処理装置１６に通水される。
【００６０】
原水Ｗ１に含まれる有機成分は、膜分離活性汚泥処理装置１６の曝気槽において微生物により分解され、除去される。有機成分を除去された原水Ｗ１は、膜分離活性汚泥処理装置１６の膜分離槽で濾過され、通水ラインＬ１１を介して活性炭吸着装置６に通水される。
【００６１】
活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７における前処理工程と、逆浸透膜装置８における処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６２】
以上のように、第２実施形態の水処理システム１Ｂによれば、前記第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第２実施形態の水処理システム１Ｂは、前処理装置として、膜分離活性汚泥処理装置１６と、活性炭吸着装置６と、促進酸化処理装置７とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００６３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃについて図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃを示す構成図である。第３実施形態の水処理システム１Ｃは、工場等で排出される無機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００６４】
図３に示すように、第３実施形態の水処理システム１Ｃは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である凝集沈殿処理装置１９と、砂濾過装置５と、促進酸化処理装置７と、逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ１２，Ｌ１３と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。つまり、第３実施形態の水処理システム１Ｃは、第１実施形態の水処理システム１の活性汚泥処理装置４及び活性炭吸着装置６に替えて、凝集沈殿処理装置１９を備える点が異なる。
【００６５】
凝集沈殿処理装置１９は、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質を凝集剤により相互に結合させて大きい粒子を生成させて（フロック化して）除去するものである。凝集沈殿処理装置１９は、原水Ｗ１に凝集剤を添加する凝集剤添加部（図示せず）と、凝集剤を添加された原水Ｗ１を攪拌する攪拌部（図示せず）と、原水Ｗ１中の懸濁物質をフロック化させて沈殿させる沈殿部（図示せず）とを備える。
【００６６】
凝集剤は、原水Ｗ１中の懸濁物質（微細粒子）の電荷を中和して凝集物を形成させるものである。大きさが数μｍ程度の懸濁物質は、そのままの状態では、砂濾過装置５の濾材層（図示せず）を通過してしまう。そのため、原水Ｗ１に凝集剤を添加することで懸濁物質をフロック化し、砂濾過装置５による濾過処理を行い易くする。凝集剤としては、例えば、無機系凝集剤を用いることができ、具体的には、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム等が挙げられる。
【００６７】
凝集剤添加部は、凝集剤を貯留する凝集剤貯留部と、凝集剤貯留部の凝集剤を原水Ｗ１に添加する凝集剤添加ポンプとから構成されている。攪拌部は、モータ等によって回転される攪拌器として構成されている。沈殿部は、フロック化させた懸濁物質を貯留する容器として構成されている。
凝集沈殿処理装置１９の凝集剤添加部及び攪拌部は、図示しない制御装置によって制御可能に構成されている。
【００６８】
凝集沈殿処理装置１９の下流側には、凝集沈殿処理された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１２が接続されている。この通水ラインＬ１２の下流側の端部は、砂濾過装置５に接続されている。
【００６９】
また、砂濾過装置５の下流側には、砂濾過装置５で濾過された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１３が接続されている。この通水ラインＬ１３の下流側の端部は、促進酸化処理装置７に接続されている。促進酸化処理装置７から下流側の構成は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００７０】
次に、第３実施形態の水処理システム１Ｃの動作について図３を参照しながら説明する。水処理システム１Ｃが運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、排水処理槽２から通水ラインＬ２を介して凝集沈殿処理装置１９に通水される。
【００７１】
凝集沈殿処理装置１９では、攪拌部によって原水Ｗ１が攪拌されると共に、凝集剤添加部によって原水Ｗ１に凝集剤が添加される。原水Ｗ１中の懸濁物質は、次第にフロック化し、沈殿部に沈殿する。これにより、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質が除去され、砂濾過装置５による濾過処理が行い易くなる。
フロック化した懸濁物質を除去された原水Ｗ１は、沈殿部から通水ラインＬ１２を介して砂濾過装置５に通水される。
【００７２】
砂濾過装置５及び促進酸化処理装置７における前処理工程と、逆浸透膜装置８における処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００７３】
以上のように、第３実施形態の水処理システム１Ｃによれば、前記第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第３実施形態の水処理システム１Ｃは、前処理装置として、凝集沈殿処理装置１９と、砂濾過装置５と、促進酸化処理装置７とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００７４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄについて図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄを示す構成図である。第４実施形態の水処理システム１Ｄは、地下水や河川水等の原水Ｗ１から不純物を除去して脱塩し、脱イオン水（純水）Ｗ４を製造するものである。
【００７５】
図４に示すように、第４実施形態の水処理システム１Ｄは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である除鉄除マンガン処理装置２１と、前処理装置である活性炭吸着装置６（活性炭処理装置の一種）と、前処理装置である軟水化処理装置２２と、逆浸透膜装置８と、電気脱イオン装置２３と、処理水タンク２４と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ７，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９，Ｌ１８と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。
【００７６】
除鉄除マンガン処理装置２１は、原水Ｗ１に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去するものである。具体的には、除鉄除マンガン処理装置２１は、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を原水Ｗ１に添加する酸化剤添加部と、粒状のアンスラサイト層がマンガン酸化触媒層上に設けられた濾過媒体層とを備えて構成されている。つまり、原水Ｗ１中の溶存鉄は、酸化剤添加部によって原水Ｗ１に添加された次亜塩素酸ナトリウムにより酸化されて析出する。これにより、原水Ｗ１中の溶存鉄が除去される。また、原水Ｗ１中の溶存マンガンは、マンガン酸化触媒によって酸化され、除去される。除鉄除マンガン処理装置２１の濾過媒体層は、前記した砂濾過装置５の濾過媒体層と同様に、逆洗可能に構成されている。
【００７７】
除鉄除マンガン処理装置２１の下流側には、溶存鉄及び溶存マンガンを除去された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１４が接続されている。この通水ラインＬ１４の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。
【００７８】
また、活性炭吸着装置６の下流側には、有機成分及び酸化性物質を除去された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１５が接続されている。この通水ラインＬ１５の下流側の端部は、軟水化処理装置２２に接続されている。
【００７９】
軟水化処理装置２２は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を陽イオン交換樹脂（図示せず）により吸着して除去するものである。軟水化処理装置２２は、樹脂筒（図示せず）と、コントロールバルブ（図示せず）と、塩水を製造し樹脂筒に供給する塩水供給装置（図示せず）とを主体に構成されている。
【００８０】
樹脂筒は、陽イオン交換樹脂（図示せず）を収容する。樹脂筒は、陽イオン交換樹脂によって、原水Ｗ１に含まれる硬度成分を一価の陽イオン（例えば、ナトリウムイオン）で置換し、軟水を製造する軟水化処理を行う。コントロールバルブは、軟水化処理装置２２の軟水化処理と再生処理とを切り換える。コントロールバルブは、図示しない制御装置によって制御可能に構成されている。塩水供給装置は、陽イオン交換樹脂を再生するための塩水を製造し、樹脂筒に供給する。
【００８１】
軟水化処理装置２２の下流側には、軟水（被処理水Ｗ１ａ）を通水可能な通水ラインＬ１６が接続されている。この通水ラインＬ１６の下流側の端部は、逆浸透膜装置８に接続されている。
逆浸透膜装置８の下流側には、通水ラインＬ７が接続されている。この通水ラインＬ７の下流側の端部は、電気脱イオン装置２３に接続されている。
【００８２】
電気脱イオン装置２３は、逆浸透膜装置８で製造された透過水Ｗ２をイオン交換膜（図示せず）により脱イオン水Ｗ４と濃縮水Ｗ５とに分離する膜分離処理を行うものである。具体的には、電気脱イオン装置２３は、脱塩室（図示せず）及び濃縮室（図示せず）を備えている。脱塩室（図示せず）及び濃縮室は、陽イオン交換膜（図示せず）及び陰イオン交換膜（図示せず）を交互に配置して形成されている。脱塩室には、イオン交換樹脂が収容されている。電気脱イオン装置２３は、脱塩室及び濃縮室に直流電流を通電することにより、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンを脱塩室において除去し、脱イオン水（純水）Ｗ４を製造できるように構成されている。また、電気脱イオン装置２３は、濃縮室において透過水Ｗ２の不純物濃度が高まった濃縮水Ｗ５を発生するように構成されている。
【００８３】
電気脱イオン装置２３の下流側には、脱塩室で製造される脱イオン水Ｗ４を通水可能な通水ラインＬ１７と、濃縮室で発生する濃縮水Ｗ５を通水可能な排水ラインＬ１８とが接続されている。通水ラインＬ１７の下流側の端部は、処理水タンク２４に接続されている。通水ラインＬ１７は、電気脱イオン装置２３で製造された脱イオン水Ｗ４を処理水タンク２４に供給する。
【００８４】
処理水タンク２４は、電気脱イオン装置２３により製造された脱イオン水Ｗ４を貯留するものである。処理水タンク２４は、通水ラインＬ１７を介して電気脱イオン装置２３の脱塩室の下流側に接続されている。
処理水タンク２４は、図示しない通水ラインを介して、例えば、工場における脱イオン水（純水）の供給設備に接続されている。
【００８５】
排水ラインＬ１８は、電気脱イオン装置２３の濃縮室に接続され、電気脱イオン装置２３からの濃縮水Ｗ５を水処理システム１の系外へ排水する。排水ラインＬ１８には、排水ラインＬ１８を開閉するバルブ（図示せず）が設けられている。なお、濃縮水Ｗ５は、被処理水Ｗ１ａよりも水質が良いことが多いので、濃縮水Ｗ５を逆浸透膜装置８の上流側に返送するように構成することもできる。
【００８６】
次に、第４実施形態の水処理システム１Ｄの動作について図４を参照しながら説明する。水処理システム１Ｄが運転されると、図示しない制御装置により、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して除鉄除マンガン処理装置２１に通水される。
【００８７】
除鉄除マンガン処理装置２１では、酸化剤添加部によって原水Ｗ１に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤が添加される。原水Ｗ１中の溶存鉄は、次亜塩素酸ナトリウムにより酸化され、析出する。これにより、原水Ｗ１中の溶存鉄が不溶化されて除去される。原水Ｗ１中の溶存マンガンは、マンガン酸化触媒によって酸化され、不溶化されて除去される。
溶存鉄及び溶存マンガンを除去された原水Ｗ１は、通水ラインＬ１４を介して活性炭吸着装置６に通水される。活性炭吸着装置６における前処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００８８】
活性炭吸着装置６を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ１５を介して軟水化処理装置２２に通水される。軟水化処理装置２２では、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）が陽イオン交換樹脂（図示せず）により吸着して除去され、軟水（被処理水Ｗ１ａ）が製造される。軟水は、通水ラインＬ１６を介して逆浸透膜装置８に通水される。軟水は、逆浸透膜装置８のＲＯ膜により、透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに膜分離処理される。これにより、溶存塩類等の不純物が除去された透過水Ｗ２を得ることができる。
【００８９】
逆浸透膜装置８により製造された透過水Ｗ２は、通水ラインＬ７を介して電気脱イオン装置２３に通水される。電気脱イオン装置２３では、透過水Ｗ２は、イオン交換膜（図示せず）により脱イオン水Ｗ４と濃縮水Ｗ５とに分離される。つまり、電気脱イオン装置２３では、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンが脱塩室において除去され、純度の高い脱イオン水（純水）Ｗ４が製造される。この脱イオン水Ｗ４は、通水ラインＬ１７を介して処理水タンク２４に供給され、貯留される。
【００９０】
電気脱イオン装置２３の濃縮室で発生した濃縮水Ｗ５は、排水ラインＬ１８を介して水処理システム１の系外へ排水され、或いは逆浸透膜装置８の上流側へ返送される。
【００９１】
以上のように、第４実施形態の水処理システム１Ｄによれば、以下に示す各効果が奏される。
第４実施形態の水処理システム１Ｄは、前処理装置として、除鉄除マンガン処理装置２１と、活性炭吸着装置６と、軟水化処理装置２２とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００９２】
また、逆浸透膜装置８の下流側に電気脱イオン装置２３を更に備える。そのため、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンを除去することができ、純度の高い脱イオン水（純水）Ｗ４を製造することができる。
【００９３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態から前記第４実施形態においては、前処理装置として、図１から図４に示すものを備えるものとして説明したが、これに限定されない。前処理装置は、生物処理装置である活性汚泥処理装置４、生物処理装置である膜分離活性汚泥処理装置１６、凝集沈殿処理装置１９、濾過処理装置である砂濾過装置５、活性炭処理装置である活性炭吸着装置６、除鉄除マンガン処理装置２１、促進酸化処理装置７及び軟水化処理装置２２のうち、いずれか一つ以上から構成されていればよい。
【００９４】
また、前記第１実施形態及び前記第３実施形態においては、濾過処理装置として、砂濾過装置５を備えるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、砂濾過装置５に替えて限外濾過（ＵＦ）膜や精密濾過（ＭＦ）膜等の濾過媒体を用いた濾過処理装置を備えてもよい。
【００９５】
また、前記第１実施形態、前記第２実施形態及び前記第４実施形態においては、活性炭吸着装置６は、活性炭による吸着作用を目的とする装置として説明したが、これに限定されない。例えば、活性炭吸着装置６は、活性炭による吸着作用と共に、活性炭を濾過媒体とする濾過作用を目的とする装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 水処理システム
４ 活性汚泥処理装置（前処理装置、生物処理装置）
５ 砂濾過装置（前処理装置、濾過処理装置）
６ 活性炭吸着装置（前処理装置、活性炭処理装置）
７ 促進酸化処理装置（前処理装置）
８ 逆浸透膜装置
１６ 膜分離活性汚泥処理装置（前処理装置、生物処理装置）
１９ 凝集沈殿処理装置（前処理装置）
２１ 除鉄除マンガン処理装置（前処理装置）
２２ 軟水化処理装置（前処理装置）
２３ 電気脱イオン装置
Ｗ１ 原水
Ｗ１ａ 被処理水
Ｗ２ 透過水（処理水）
Ｗ３，Ｗ５ 濃縮水
Ｗ４ 脱イオン水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水に各種水処理を行う水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機成分を含む原水を生物処理によって浄化した後、更に逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行うことで、透過水を飲料水や工業用水として利用可能なレベルにまで再生する技術が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
逆浸透膜を用いた水処理システムにおいては、ファウリングが発生し、透過流束の維持や処理水の水質の安定化の阻害要因となっている。「ファウリング」とは、原水中の懸濁物質や難溶性塩類等が逆浸透膜の膜面等に沈着又は吸着する現象をいい、透過流束や塩除去率の低下を招く。
【０００４】
特許文献１に記載の技術によれば、逆浸透膜の上流側における原水の有機物濃度に基づいて、ファウリングの発生を抑制する薬剤（以下、ファウリング抑制剤という）を原水に注入することにより、ファウリングの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術によれば、ファウリング抑制剤の注入により、水処理に要するコスト（造水コスト）が増加する。また、ファウリング抑制剤の注入により濃縮水が汚染されるため、濃縮水を系外に排水すると、環境負荷となるおそれがある。更に、ファウリング抑制剤の注入が適正に維持されないと、頻繁な膜洗浄が必要となり、継続的な水処理が困難となる。
【０００７】
従って、本発明は、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができると共に、逆浸透膜におけるファウリングの発生を抑制することができる水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、原水に含まれる不純物を予め除去して被処理水を製造する前処理装置と、被処理水を逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置と、を備える水処理システムであって、前記逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である、水処理システムに関する。
【０００９】
また、前記逆浸透膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である、ことが好ましい。
【００１０】
また、前記前処理装置は、原水に含まれる有機成分を微生物により分解して除去する生物処理装置；原水に含まれる懸濁物質を凝集剤によりフロック化して除去する凝集沈殿処理装置；原水に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理装置；原水に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去する活性炭処理装置；原水に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去する除鉄除マンガン処理装置；原水に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去する促進酸化処理装置；及び原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により吸着して除去する軟水化処理装置のうち、いずれか一つ以上から構成される、ことが好ましい。
【００１１】
また、前記逆浸透膜装置の下流側に、透過水をイオン交換膜により脱イオン水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う電気脱イオン装置を更に備える、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができると共に、逆浸透膜におけるファウリングの発生を抑制することができる水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の水処理システム１を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂを示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃを示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態の水処理システム１について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の水処理システム１を示す構成図である。
図１に示す第１実施形態の水処理システム１は、例えば、工場等で排出される有機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００１５】
図１に示すように、水処理システム１は、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である活性汚泥処理装置４（生物処理装置の一種）と、前処理装置である砂濾過装置５（濾過処理装置の一種）と、前処理装置である活性炭吸着装置６（活性炭処理装置の一種）と、前処理装置としての促進酸化処理装置７と、前処理装置を経た原水Ｗ１（被処理水Ｗ１ａ）の膜分離処理を行う逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。
なお、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１６】
この水処理システム１によれば、原水タンク２を経た原水Ｗ１は、原水ポンプ３によって活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６、促進酸化処理装置７へと順に送出され、次第に浄化されて被処理水Ｗ１ａとなる。被処理水Ｗ１ａは、逆浸透膜装置８によって最終的に浄化された水（以下、「透過水」という）Ｗ２となる。透過水Ｗ２は、処理水タンク９に貯留される。
【００１７】
この逆浸透膜装置８による水処理は、本実施形態の水処理システム１による最終処理であるため、この透過水のことを「処理水」ともいう。
逆浸透膜装置８によって濃縮された水（以下、「濃縮水」という）Ｗ３の一部は、濃縮水還流ラインＬ１０を介して逆浸透膜装置８の上流側へ還流される。
以下、水処理システム１の各部について詳しく説明する。
【００１８】
通水ラインＬ１は、原水Ｗ１を原水タンク２に導入するものである。原水タンク２は、通水ラインＬ１の下流側の端部に接続されている。原水タンク２は、通水ラインＬ１から通水された原水Ｗ１を貯留する。原水タンク２の下流側には、活性汚泥処理装置４が設けられている。原水タンク２と活性汚泥処理装置４とは、通水可能な通水ラインＬ２によって接続されている。
【００１９】
原水ポンプ３は、この通水ラインＬ２に設けられている。原水ポンプ３は、原水タンク２に貯留された原水Ｗ１を活性汚泥処理装置４に向けて送出する。原水ポンプ３は、図示しない制御装置によって運転（駆動及び停止）を制御される。
【００２０】
活性汚泥処理装置４は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解して除去するものである。活性汚泥処理装置４は、通水ラインＬ２の下流側の端部に接続されている。
活性汚泥処理装置４は、例えば、曝気槽と、曝気槽に接続された沈殿槽とを備えて構成されている。曝気槽は、原水Ｗ１を貯留し、活性汚泥を使用して原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解する。沈殿槽は、活性汚泥を沈降分離すると共に、分離された上澄み液を貯留する。沈殿槽において分離された活性汚泥混合液は、曝気槽に返送されるように構成されている。
活性汚泥処理装置４の下流側には、沈殿槽の上澄み液を通水可能な通水ラインＬ３が接続されている。この通水ラインＬ３の下流側の端部は、砂濾過装置５に接続されている。
【００２１】
砂濾過装置５は、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理を行うものである。砂濾過装置５は、通水ラインＬ３の下流側の端部に接続されている。砂濾過装置５としては、例えば、硅石等の粗粒濾材と、アンスラサイト、濾過砂等の細粒濾材とから形成された濾過媒体層（図示せず）を有する塔式のものが挙げられる。砂濾過装置５は、逆洗可能に構成され、濾過媒体層に捕捉された懸濁物質の排出処理が定期的に行われるようになっている。
砂濾過装置５の下流側には、砂濾過装置５で生成された濾過液を通水可能な通水ラインＬ４が接続されている。この通水ラインＬ４の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。
【００２２】
活性炭吸着装置６は、原水Ｗ１に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去するものである。活性炭吸着装置６は、通水ラインＬ４の下流側の端部に接続されている。活性炭吸着装置６としては、例えば、粒状活性炭の充填層を有する塔式のものや、繊維状活性炭が充填されたカートリッジを内蔵したものが挙げられる。
活性炭吸着装置６の下流側には、通水可能な通水ラインＬ５が接続されている。この通水ラインＬ５の下流側の端部は、促進酸化処理装置７に接続されている。
【００２３】
促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去するものである。促進酸化処理装置７は、通水ラインＬ５の下流側の端部に接続されている。
促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に所定の酸化剤を添加する酸化剤添加装置（図示せず）と、紫外線を原水Ｗ１に照射する紫外線ランプ（図示せず）と、原水Ｗ１が流通する処理槽（図示せず）と、を備える。
【００２４】
酸化剤添加装置は、原水Ｗ１に所定の酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を添加するように構成されている。紫外線ランプは、所定波長の紫外線を原水Ｗ１に照射可能に構成されている。処理槽は、原水Ｗ１が流通可能な形状（例えば、円筒状）に構成されている。紫外線ランプは、処理槽の内部に収容されている。
【００２５】
処理槽内の原水Ｗ１は、酸化剤添加装置によって添加された酸化剤を含んでいる。この酸化剤に、紫外線ランプによって紫外線が照射されると、促進酸化処理が行われることとなる。「促進酸化処理」とは、特定の酸化剤に紫外線を照射することにより、強力な酸化力を有するヒドロキシルラジカルを生成し、これにより原水Ｗ１に含まれる難分解性物質を酸化分解すると共に、原水Ｗ１の色度成分や臭気成分を分解し、微生物を殺菌等する処理をいう。
【００２６】
促進酸化処理装置７は、酸化剤の存在下で原水Ｗ１を処理槽内に流通させながら、紫外線ランプによって原水Ｗ１に紫外線を照射する。これにより、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１中にヒドロキシルラジカルを生成することができる。従って、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１に含まれる難分解性物質を酸化分解する。また、促進酸化処理装置７は、原水Ｗ１中の色度成分や臭気成分を分解する。更に、促進酸化処理装置７は、微生物を殺菌等することもできる。
【００２７】
以上のように、活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７からなる前処理装置によって、原水Ｗ１に含まれる種々の不純物が予め除去（前処理）され、被処理水Ｗ１ａが製造される。なお、後述する逆浸透膜は、被処理水Ｗ１ａに残留する酸化剤により劣化することがある。そのため、促進酸化処理装置７の後段に活性炭吸着装置を更に設け、被処理水Ｗ１ａ中の酸化剤の残留量を略ゼロにしておくことが望ましい。
【００２８】
促進酸化処理装置７の下流側には、通水可能な通水ラインＬ６が接続されている。この通水ラインＬ６の下流側の端部は、逆浸透膜装置８に接続されている。
【００２９】
逆浸透膜装置８は、促進酸化処理装置７等による前処理によって製造された被処理水Ｗ１ａを、逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）により、更に純度の高い透過水（処理水）Ｗ２と、不純物を多く含む濃縮水Ｗ３とに膜分離処理を行うものである。
逆浸透膜装置８は、通水ラインＬ６を介して促進酸化処理装置７の下流側に接続されている。
【００３０】
逆浸透膜装置８は、上流側に設けられる加圧ポンプ８ａと、下流側に設けられるＲＯ膜モジュール８ｂとを備える。加圧ポンプ８ａは、促進酸化処理装置７から供給される被処理水Ｗ１ａを加圧し、ＲＯ膜モジュール８ｂに送出する。ＲＯ膜モジュール８ｂは、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（図示せず）を備えており、これらのＲＯ膜エレメントにより被処理水Ｗ１ａを膜分離処理し、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３を製造する。ＲＯ膜は、分子量が数十程度のものを濾過可能な膜であり、低ファウリング膜として構成されている。
【００３１】
以下に、本実施形態で使用するＲＯ膜について詳細に説明する。例えば、ＲＯ膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。
【００３２】
ＲＯ膜の未ファウリング状態とは、膜メーカから購入した新品膜の状態、若しくは新品膜を水道水や脱塩水等の清浄水で予備洗浄した状態をいう。操作圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力のことであり、ＲＯ膜モジュール８ｂの一次側入口圧力と一次側出口圧力との平均値を指す。透過流束は、透過水量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［ＭＰａ］で除した値である。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
【００３３】
更に、ＲＯ膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜であることが好ましい。
【００３４】
ＲＯ膜のファウリング状態とは、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液に非イオン性界面活性剤を添加したものを被処理水として用い、透過水量一定で運転を行った場合の膜差圧が、運転開始時点の膜差圧に対して６５％から７０％増加した状態をいう。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルが用いられる。また、非イオン性界面活性剤の濃度は、被処理水のファウリング・インデックス（ＦＩ）値が０．３から０．５となる範囲で調整される。
【００３５】
このようなＲＯ膜を有する逆浸透膜装置８は、被処理水Ｗ１ａをＲＯ膜に供給しながら、透過水（処理水）Ｗ２を製造すると共に、被処理水Ｗ１ａの不純物濃度が高まった濃縮水Ｗ３を発生する。逆浸透膜装置８には、透過水Ｗ２を通水可能な通水ラインＬ７と、濃縮水Ｗ３を通水可能な濃縮水ラインＬ８とが接続されている。通水ラインＬ７の下流側の端部は、処理水タンク９に接続されている。通水ラインＬ７は、逆浸透膜装置８で製造された透過水Ｗ２を処理水タンク９に供給する。
【００３６】
処理水タンク９は、逆浸透膜装置８により製造された透過水を処理水Ｗ２として貯留するものである。処理水タンク９は、通水ラインＬ７を介して逆浸透膜装置８の下流側に接続されている。
処理水タンク９は、図示しない通水ラインを介して、例えば、工場における工業用水等の供給設備に接続されている。そして、処理水タンク９に貯留された処理水Ｗ２は、各種プロセス水（例えば、洗浄水や冷却水），中水，雑用水等として再利用される。
【００３７】
濃縮水ラインＬ８は、ＲＯ膜モジュール８ｂに接続され、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３を逆浸透膜装置８の外部へ導出する。濃縮水ラインＬ８の下流側の端部には、分岐部Ｊ１が設けられている。この分岐部Ｊ１においては、排水ラインＬ９及び濃縮水還流ラインＬ１０が分岐している。
【００３８】
排水ラインＬ９は、濃縮水ラインＬ８から分岐部Ｊ１において分岐し、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３の一部を水処理システム１の系外へ排水する。排水ラインＬ９には、バルブ１０が設けられている。バルブ１０は、排水ラインＬ９を開閉することができる。
【００３９】
濃縮水還流ラインＬ１０は、濃縮水ラインＬ８から分岐部Ｊ１において分岐し、ＲＯ膜モジュール８ｂからの濃縮水Ｗ３の残部を逆浸透膜装置８の上流側の通水ラインＬ６へ還流する。濃縮水還流ラインＬ１０には、バルブ１１が設けられている。バルブ１１は、濃縮水還流ラインＬ１０を開閉することができる。すなわち、逆浸透膜装置８は、クロスフローによる膜分離処理が可能に構成されている。
【００４０】
なお、図示を省略するが、上述した通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７等には、原水Ｗ１、被処理水Ｗ１ａ、処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３等を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等も、図示しない制御装置によって制御される。
【００４１】
次に、第１実施形態の水処理システム１の動作について図１を参照しながら説明する。水処理システム１が運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して活性汚泥処理装置４に通水される。この原水Ｗ１には、ゴミ，コロイド粒子等の懸濁物質が含まれている。
【００４２】
原水Ｗ１に含まれる有機成分は、活性汚泥処理装置４の曝気槽において微生物により分解され、除去される。有機成分を除去された原水Ｗ１は、活性汚泥処理装置４の沈殿槽から通水ラインＬ３を介して砂濾過装置５に通水される。
【００４３】
砂濾過装置５に通水された原水Ｗ１は、砂濾過装置５の前記濾材層で濾過処理されることによって、前記ゴミや凝集物等が捕捉され、除去される。
砂濾過装置５を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ４を介して活性炭吸着装置６に通水される。原水Ｗ１に含まれる有機成分（活性汚泥処理装置４で除去し切れなかった有機成分）及び酸化性物質は、活性炭吸着装置６の活性炭により吸着され、除去される。
【００４４】
活性炭吸着装置６を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ５を介して促進酸化処理装置７の処理槽内に通水される。促進酸化処理装置７の処理槽内では、酸化剤添加装置（図示せず）によって酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）が添加される。
【００４５】
処理槽内に通水された原水Ｗ１は、紫外線ランプによって紫外線を照射される。前記酸化剤を含む原水Ｗ１に紫外線が照射されると、ヒドロキシルラジカルが生成される。このヒドロキシルラジカルは、強力な酸化力を有し、処理槽内では、原水Ｗ１の促進酸化処理が行われる。そのため、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる難分解性物質が酸化分解される。また、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる色度成分や臭気成分が分解される。更に、この促進酸化処理により、原水Ｗ１に含まれる微生物が殺菌される。
【００４６】
また、原水Ｗ１をこのように促進酸化処理装置７で促進酸化処理することにより、下流側の逆浸透膜装置８のＲＯ膜において、微生物が増殖してＲＯ膜に付着する、いわゆるバイオファウリングの発生を抑制することができる。
【００４７】
以上のように、原水Ｗ１は、活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７を経ることにより前処理される。これにより、不純物が浄化され、被処理水Ｗ１ａが製造される。
【００４８】
促進酸化処理装置７を経た被処理水Ｗ１ａは、通水ラインＬ６を介して逆浸透膜装置８に通水され、更に浄化される。被処理水Ｗ１ａは、逆浸透膜装置８のＲＯ膜により、透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに膜分離処理される。これにより、溶存塩類等の不純物が除去された透過水（処理水）Ｗ２を得ることができる。
ＲＯ膜は、前記低ファウリング膜として構成されているので、ファウリング抑制剤の注入量をゼロにするか又は大幅に低減することができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００４９】
逆浸透膜装置８により製造された透過水（処理水）Ｗ２は、通水ラインＬ７を介して処理水タンク９に通水され、処理水タンク９に貯留される。処理水タンク９に貯留された処理水Ｗ２は、各種プロセス水，中水，雑用水等として再利用される。
【００５０】
一方、逆浸透膜装置８で発生した濃縮水Ｗ３は、バルブ１０，１１を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ８、分岐部Ｊ１及び濃縮水還流ラインＬ１０を介して逆浸透膜装置８の上流側に還流される。また、逆浸透膜装置８で発生した濃縮水Ｗ３の一部は、バルブ１０，１１を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ８、分岐部Ｊ１及び排水ラインＬ９を介して水処理システム１の系外へ排水される。
【００５１】
以上のように、第１実施形態の水処理システム１によれば、以下に示す各効果が奏される。第１実施形態の水処理システム１は、前処理装置（活性汚泥処理装置４、砂濾過装置５、活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７）と、被処理水Ｗ１ａをＲＯ膜により透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置８とを備える。また、ＲＯ膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である。そのため、ファウリング抑制剤を注入しなくても、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００５２】
従って、ファウリング抑制剤の注入が不要となり、透過水Ｗ２を製造するコスト（造水コスト）を低減することができる。また、ファウリング抑制剤の注入が不要となり、濃縮水Ｗ３の薬剤汚染を回避することができるため、濃縮水Ｗ３を水処理システム１の系外に排水しても、環境に悪影響を与えずに済む。更に、透過水Ｗ２の薬剤汚染をも回避することができる。また、ＲＯ膜の洗浄頻度を低減することができるため、継続的な水処理を行うことができる。
【００５３】
更に、ＲＯ膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である。そのため、抑制剤を注入しなくても、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができると共に、ファウリング状態においても所定の透過流束を確保することができる。従って、ＲＯ膜の洗浄頻度を低減することができるため、継続的な水処理を行うことができる。
【００５４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態については、主として、第１実施形態とは異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。他の実施形態において特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用又は援用される。
【００５５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂについて図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態の水処理システム１Ｂを示す構成図である。第２実施形態の水処理システム１Ｂは、工場等で排出される有機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００５６】
図２に示すように、第２実施形態の水処理システム１Ｂは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である膜分離活性汚泥処理装置１６（生物処理装置の一種）と、活性炭吸着装置６と、促進酸化処理装置７と、逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ１１と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。つまり、第２実施形態の水処理システム１Ｂは、第１実施形態の水処理システム１の活性汚泥処理装置４及び砂濾過装置５に替えて、膜分離活性汚泥処理装置１６を備える点が異なる。
【００５７】
膜分離活性汚泥処理装置１６は、原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解し、濾過膜を用いて微生物と濾過液（処理水）とを分離するものである。膜分離活性汚泥処理装置１６は、通水ラインＬ２の下流側の端部に接続されている。膜分離活性汚泥処理装置１６は、例えば、曝気槽と、濾過膜を有する膜分離槽とを備えて構成されている。曝気槽は、活性汚泥を使用して原水Ｗ１に含まれる有機成分を微生物により分解する。膜分離槽は、活性汚泥を沈降分離して得られた液体（上澄み液）に膜分離処理を施して濾過液を製造する。
【００５８】
膜分離槽には、濾過膜が浸漬されている。この濾過膜としては、例えば、限外濾過（ＵＦ）膜や精密濾過（ＭＦ）膜等を用いることができる。膜分離槽において濃縮された活性汚泥混合液は、曝気槽に返送されるように構成されている。
膜分離活性汚泥処理装置１６の下流側には、濾過液を通水可能な通水ラインＬ１１が接続されている。この通水ラインＬ１１の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。活性炭吸着装置６から下流側の構成は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００５９】
次に、第２実施形態の水処理システム１Ｂの動作について図２を参照しながら説明する。水処理システム１Ｂが運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して膜分離活性汚泥処理装置１６に通水される。
【００６０】
原水Ｗ１に含まれる有機成分は、膜分離活性汚泥処理装置１６の曝気槽において微生物により分解され、除去される。有機成分を除去された原水Ｗ１は、膜分離活性汚泥処理装置１６の膜分離槽で濾過され、通水ラインＬ１１を介して活性炭吸着装置６に通水される。
【００６１】
活性炭吸着装置６及び促進酸化処理装置７における前処理工程と、逆浸透膜装置８における処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６２】
以上のように、第２実施形態の水処理システム１Ｂによれば、前記第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第２実施形態の水処理システム１Ｂは、前処理装置として、膜分離活性汚泥処理装置１６と、活性炭吸着装置６と、促進酸化処理装置７とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００６３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃについて図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第３実施形態の水処理システム１Ｃを示す構成図である。第３実施形態の水処理システム１Ｃは、工場等で排出される無機成分を含んだ排水（原水Ｗ１）から不純物を除去して脱塩し、工業用水等として再利用可能な脱塩水（処理水Ｗ２）を製造するものである。
【００６４】
図３に示すように、第３実施形態の水処理システム１Ｃは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である凝集沈殿処理装置１９と、砂濾過装置５と、促進酸化処理装置７と、逆浸透膜装置８と、処理水タンク９と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ１２，Ｌ１３と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。つまり、第３実施形態の水処理システム１Ｃは、第１実施形態の水処理システム１の活性汚泥処理装置４及び活性炭吸着装置６に替えて、凝集沈殿処理装置１９を備える点が異なる。
【００６５】
凝集沈殿処理装置１９は、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質を凝集剤により相互に結合させて大きい粒子を生成させて（フロック化して）除去するものである。凝集沈殿処理装置１９は、原水Ｗ１に凝集剤を添加する凝集剤添加部（図示せず）と、凝集剤を添加された原水Ｗ１を攪拌する攪拌部（図示せず）と、原水Ｗ１中の懸濁物質をフロック化させて沈殿させる沈殿部（図示せず）とを備える。
【００６６】
凝集剤は、原水Ｗ１中の懸濁物質（微細粒子）の電荷を中和して凝集物を形成させるものである。大きさが数μｍ程度の懸濁物質は、そのままの状態では、砂濾過装置５の濾材層（図示せず）を通過してしまう。そのため、原水Ｗ１に凝集剤を添加することで懸濁物質をフロック化し、砂濾過装置５による濾過処理を行い易くする。凝集剤としては、例えば、無機系凝集剤を用いることができ、具体的には、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム等が挙げられる。
【００６７】
凝集剤添加部は、凝集剤を貯留する凝集剤貯留部と、凝集剤貯留部の凝集剤を原水Ｗ１に添加する凝集剤添加ポンプとから構成されている。攪拌部は、モータ等によって回転される攪拌器として構成されている。沈殿部は、フロック化させた懸濁物質を貯留する容器として構成されている。
凝集沈殿処理装置１９の凝集剤添加部及び攪拌部は、図示しない制御装置によって制御可能に構成されている。
【００６８】
凝集沈殿処理装置１９の下流側には、凝集沈殿処理された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１２が接続されている。この通水ラインＬ１２の下流側の端部は、砂濾過装置５に接続されている。
【００６９】
また、砂濾過装置５の下流側には、砂濾過装置５で濾過された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１３が接続されている。この通水ラインＬ１３の下流側の端部は、促進酸化処理装置７に接続されている。促進酸化処理装置７から下流側の構成は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００７０】
次に、第３実施形態の水処理システム１Ｃの動作について図３を参照しながら説明する。水処理システム１Ｃが運転され、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、排水処理槽２から通水ラインＬ２を介して凝集沈殿処理装置１９に通水される。
【００７１】
凝集沈殿処理装置１９では、攪拌部によって原水Ｗ１が攪拌されると共に、凝集剤添加部によって原水Ｗ１に凝集剤が添加される。原水Ｗ１中の懸濁物質は、次第にフロック化し、沈殿部に沈殿する。これにより、原水Ｗ１に含まれる懸濁物質が除去され、砂濾過装置５による濾過処理が行い易くなる。
フロック化した懸濁物質を除去された原水Ｗ１は、沈殿部から通水ラインＬ１２を介して砂濾過装置５に通水される。
【００７２】
砂濾過装置５及び促進酸化処理装置７における前処理工程と、逆浸透膜装置８における処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００７３】
以上のように、第３実施形態の水処理システム１Ｃによれば、前記第１実施形態の水処理システム１と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第３実施形態の水処理システム１Ｃは、前処理装置として、凝集沈殿処理装置１９と、砂濾過装置５と、促進酸化処理装置７とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００７４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄについて図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の第４実施形態の水処理システム１Ｄを示す構成図である。第４実施形態の水処理システム１Ｄは、地下水や河川水等の原水Ｗ１から不純物を除去して脱塩し、脱イオン水（純水）Ｗ４を製造するものである。
【００７５】
図４に示すように、第４実施形態の水処理システム１Ｄは、原水タンク２と、原水ポンプ３と、前処理装置である除鉄除マンガン処理装置２１と、前処理装置である活性炭吸着装置６（活性炭処理装置の一種）と、前処理装置である軟水化処理装置２２と、逆浸透膜装置８と、電気脱イオン装置２３と、処理水タンク２４と、通水ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ７，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７と、濃縮水ラインＬ８と、排水ラインＬ９，Ｌ１８と、濃縮水還流ラインＬ１０と、バルブ１０，１１を主体に構成されている。
【００７６】
除鉄除マンガン処理装置２１は、原水Ｗ１に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去するものである。具体的には、除鉄除マンガン処理装置２１は、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を原水Ｗ１に添加する酸化剤添加部と、粒状のアンスラサイト層がマンガン酸化触媒層上に設けられた濾過媒体層とを備えて構成されている。つまり、原水Ｗ１中の溶存鉄は、酸化剤添加部によって原水Ｗ１に添加された次亜塩素酸ナトリウムにより酸化されて析出する。これにより、原水Ｗ１中の溶存鉄が除去される。また、原水Ｗ１中の溶存マンガンは、マンガン酸化触媒によって酸化され、除去される。除鉄除マンガン処理装置２１の濾過媒体層は、前記した砂濾過装置５の濾過媒体層と同様に、逆洗可能に構成されている。
【００７７】
除鉄除マンガン処理装置２１の下流側には、溶存鉄及び溶存マンガンを除去された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１４が接続されている。この通水ラインＬ１４の下流側の端部は、活性炭吸着装置６に接続されている。
【００７８】
また、活性炭吸着装置６の下流側には、有機成分及び酸化性物質を除去された原水Ｗ１を通水可能な通水ラインＬ１５が接続されている。この通水ラインＬ１５の下流側の端部は、軟水化処理装置２２に接続されている。
【００７９】
軟水化処理装置２２は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を陽イオン交換樹脂（図示せず）により吸着して除去するものである。軟水化処理装置２２は、樹脂筒（図示せず）と、コントロールバルブ（図示せず）と、塩水を製造し樹脂筒に供給する塩水供給装置（図示せず）とを主体に構成されている。
【００８０】
樹脂筒は、陽イオン交換樹脂（図示せず）を収容する。樹脂筒は、陽イオン交換樹脂によって、原水Ｗ１に含まれる硬度成分を一価の陽イオン（例えば、ナトリウムイオン）で置換し、軟水を製造する軟水化処理を行う。コントロールバルブは、軟水化処理装置２２の軟水化処理と再生処理とを切り換える。コントロールバルブは、図示しない制御装置によって制御可能に構成されている。塩水供給装置は、陽イオン交換樹脂を再生するための塩水を製造し、樹脂筒に供給する。
【００８１】
軟水化処理装置２２の下流側には、軟水（被処理水Ｗ１ａ）を通水可能な通水ラインＬ１６が接続されている。この通水ラインＬ１６の下流側の端部は、逆浸透膜装置８に接続されている。
逆浸透膜装置８の下流側には、通水ラインＬ７が接続されている。この通水ラインＬ７の下流側の端部は、電気脱イオン装置２３に接続されている。
【００８２】
電気脱イオン装置２３は、逆浸透膜装置８で製造された透過水Ｗ２をイオン交換膜（図示せず）により脱イオン水Ｗ４と濃縮水Ｗ５とに分離する膜分離処理を行うものである。具体的には、電気脱イオン装置２３は、脱塩室（図示せず）及び濃縮室（図示せず）を備えている。脱塩室（図示せず）及び濃縮室は、陽イオン交換膜（図示せず）及び陰イオン交換膜（図示せず）を交互に配置して形成されている。脱塩室には、イオン交換樹脂が収容されている。電気脱イオン装置２３は、脱塩室及び濃縮室に直流電流を通電することにより、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンを脱塩室において除去し、脱イオン水（純水）Ｗ４を製造できるように構成されている。また、電気脱イオン装置２３は、濃縮室において透過水Ｗ２の不純物濃度が高まった濃縮水Ｗ５を発生するように構成されている。
【００８３】
電気脱イオン装置２３の下流側には、脱塩室で製造される脱イオン水Ｗ４を通水可能な通水ラインＬ１７と、濃縮室で発生する濃縮水Ｗ５を通水可能な排水ラインＬ１８とが接続されている。通水ラインＬ１７の下流側の端部は、処理水タンク２４に接続されている。通水ラインＬ１７は、電気脱イオン装置２３で製造された脱イオン水Ｗ４を処理水タンク２４に供給する。
【００８４】
処理水タンク２４は、電気脱イオン装置２３により製造された脱イオン水Ｗ４を貯留するものである。処理水タンク２４は、通水ラインＬ１７を介して電気脱イオン装置２３の脱塩室の下流側に接続されている。
処理水タンク２４は、図示しない通水ラインを介して、例えば、工場における脱イオン水（純水）の供給設備に接続されている。
【００８５】
排水ラインＬ１８は、電気脱イオン装置２３の濃縮室に接続され、電気脱イオン装置２３からの濃縮水Ｗ５を水処理システム１の系外へ排水する。排水ラインＬ１８には、排水ラインＬ１８を開閉するバルブ（図示せず）が設けられている。なお、濃縮水Ｗ５は、被処理水Ｗ１ａよりも水質が良いことが多いので、濃縮水Ｗ５を逆浸透膜装置８の上流側に返送するように構成することもできる。
【００８６】
次に、第４実施形態の水処理システム１Ｄの動作について図４を参照しながら説明する。水処理システム１Ｄが運転されると、図示しない制御装置により、原水ポンプ３が起動される。すると、原水Ｗ１（原水）が、原水タンク２から通水ラインＬ２を介して除鉄除マンガン処理装置２１に通水される。
【００８７】
除鉄除マンガン処理装置２１では、酸化剤添加部によって原水Ｗ１に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤が添加される。原水Ｗ１中の溶存鉄は、次亜塩素酸ナトリウムにより酸化され、析出する。これにより、原水Ｗ１中の溶存鉄が不溶化されて除去される。原水Ｗ１中の溶存マンガンは、マンガン酸化触媒によって酸化され、不溶化されて除去される。
溶存鉄及び溶存マンガンを除去された原水Ｗ１は、通水ラインＬ１４を介して活性炭吸着装置６に通水される。活性炭吸着装置６における前処理工程は、前記第１実施形態の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００８８】
活性炭吸着装置６を経た原水Ｗ１は、通水ラインＬ１５を介して軟水化処理装置２２に通水される。軟水化処理装置２２では、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）が陽イオン交換樹脂（図示せず）により吸着して除去され、軟水（被処理水Ｗ１ａ）が製造される。軟水は、通水ラインＬ１６を介して逆浸透膜装置８に通水される。軟水は、逆浸透膜装置８のＲＯ膜により、透過水Ｗ２と濃縮水Ｗ３とに膜分離処理される。これにより、溶存塩類等の不純物が除去された透過水Ｗ２を得ることができる。
【００８９】
逆浸透膜装置８により製造された透過水Ｗ２は、通水ラインＬ７を介して電気脱イオン装置２３に通水される。電気脱イオン装置２３では、透過水Ｗ２は、イオン交換膜（図示せず）により脱イオン水Ｗ４と濃縮水Ｗ５とに分離される。つまり、電気脱イオン装置２３では、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンが脱塩室において除去され、純度の高い脱イオン水（純水）Ｗ４が製造される。この脱イオン水Ｗ４は、通水ラインＬ１７を介して処理水タンク２４に供給され、貯留される。
【００９０】
電気脱イオン装置２３の濃縮室で発生した濃縮水Ｗ５は、排水ラインＬ１８を介して水処理システム１の系外へ排水され、或いは逆浸透膜装置８の上流側へ返送される。
【００９１】
以上のように、第４実施形態の水処理システム１Ｄによれば、以下に示す各効果が奏される。
第４実施形態の水処理システム１Ｄは、前処理装置として、除鉄除マンガン処理装置２１と、活性炭吸着装置６と、軟水化処理装置２２とを備える。そのため、このような前処理装置の場合においても、ファウリング抑制剤の注入を不要にすることができ、ＲＯ膜におけるファウリングの発生を抑制することができる。
【００９２】
また、逆浸透膜装置８の下流側に電気脱イオン装置２３を更に備える。そのため、逆浸透膜装置８で除去しきれなかった透過水Ｗ２中のイオンを除去することができ、純度の高い脱イオン水（純水）Ｗ４を製造することができる。
【００９３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態から前記第４実施形態においては、前処理装置として、図１から図４に示すものを備えるものとして説明したが、これに限定されない。前処理装置は、生物処理装置である活性汚泥処理装置４、生物処理装置である膜分離活性汚泥処理装置１６、凝集沈殿処理装置１９、濾過処理装置である砂濾過装置５、活性炭処理装置である活性炭吸着装置６、除鉄除マンガン処理装置２１、促進酸化処理装置７及び軟水化処理装置２２のうち、いずれか一つ以上から構成されていればよい。
【００９４】
また、前記第１実施形態及び前記第３実施形態においては、濾過処理装置として、砂濾過装置５を備えるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、砂濾過装置５に替えて限外濾過（ＵＦ）膜や精密濾過（ＭＦ）膜等の濾過媒体を用いた濾過処理装置を備えてもよい。
【００９５】
また、前記第１実施形態、前記第２実施形態及び前記第４実施形態においては、活性炭吸着装置６は、活性炭による吸着作用を目的とする装置として説明したが、これに限定されない。例えば、活性炭吸着装置６は、活性炭による吸着作用と共に、活性炭を濾過媒体とする濾過作用を目的とする装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 水処理システム
４ 活性汚泥処理装置（前処理装置、生物処理装置）
５ 砂濾過装置（前処理装置、濾過処理装置）
６ 活性炭吸着装置（前処理装置、活性炭処理装置）
７ 促進酸化処理装置（前処理装置）
８ 逆浸透膜装置
１６ 膜分離活性汚泥処理装置（前処理装置、生物処理装置）
１９ 凝集沈殿処理装置（前処理装置）
２１ 除鉄除マンガン処理装置（前処理装置）
２２ 軟水化処理装置（前処理装置）
２３ 電気脱イオン装置
Ｗ１ 原水
Ｗ１ａ 被処理水
Ｗ２ 透過水（処理水）
Ｗ３，Ｗ５ 濃縮水
Ｗ４ 脱イオン水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に含まれる不純物を予め除去して被処理水を製造する前処理装置と、
被処理水を逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置と、を備える水処理システムであって、
前記逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である、水処理システム。
【請求項２】
前記逆浸透膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である、請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記前処理装置は、
原水に含まれる有機成分を微生物により分解して除去する生物処理装置；
原水に含まれる懸濁物質を凝集剤によりフロック化して除去する凝集沈殿処理装置；
原水に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理装置；
原水に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去する活性炭処理装置；
原水に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去する除鉄除マンガン処理装置；
原水に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去する促進酸化処理装置；及び
原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により吸着して除去する軟水化処理装置のうち、いずれか一つ以上から構成される、請求項１又は２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記逆浸透膜装置の下流側に、透過水をイオン交換膜により脱イオン水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う電気脱イオン装置を更に備える、請求項１から３のいずれかに記載の水処理システム。
【請求項１】
原水に含まれる不純物を予め除去して被処理水を製造する前処理装置と、
被処理水を逆浸透膜により透過水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う逆浸透膜装置と、を備える水処理システムであって、
前記逆浸透膜は、未ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が１．１７×１０−５ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる低ファウリング膜である、水処理システム。
【請求項２】
前記逆浸透膜は、ファウリング状態において、塩化ナトリウム濃度１５００ｍｇ／Ｌの水溶液を被処理水として用い、操作圧力１ＭＰａ，回収率１５％，温度２５℃及びｐＨ７の条件で評価した場合の透過流束が８．２×１０−６ｍ３／ｍ２／ＭＰａ／ｓ以上、かつ塩除去率が９９％以上となる合成ポリアミド膜である、請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記前処理装置は、
原水に含まれる有機成分を微生物により分解して除去する生物処理装置；
原水に含まれる懸濁物質を凝集剤によりフロック化して除去する凝集沈殿処理装置；
原水に含まれる懸濁物質を濾過媒体により捕捉して除去する濾過処理装置；
原水に含まれる有機成分及び酸化性物質を活性炭により吸着して除去する活性炭処理装置；
原水に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを酸化剤により不溶化して除去する除鉄除マンガン処理装置；
原水に含まれる有機成分を酸化剤の存在下で紫外線照射により分解して除去する促進酸化処理装置；及び
原水に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂により吸着して除去する軟水化処理装置のうち、いずれか一つ以上から構成される、請求項１又は２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記逆浸透膜装置の下流側に、透過水をイオン交換膜により脱イオン水と濃縮水とに分離する膜分離処理を行う電気脱イオン装置を更に備える、請求項１から３のいずれか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２０１１−８３６６６（Ｐ２０１１−８３６６６Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３６５３８（Ｐ２００９−２３６５３８）
【出願日】平成２１年１０月１３日（２００９．１０．１３）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１３日（２００９．１０．１３）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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