水処理方法および水処理装置
【課題】 膜分離活性汚泥処理された処理水中に含まれる有機物が原因で引き起こされる、逆浸透膜面上でのファウリングを抑制することを目的とする。
【解決手段】 被処理水１を生物処理槽３内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置２によって、活性汚泥処理された水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程７を有してなる水処理方法であって、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理５の条件を設定することを特徴とする。
【解決手段】 被処理水１を生物処理槽３内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置２によって、活性汚泥処理された水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程７を有してなる水処理方法であって、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理５の条件を設定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等の汚水を、活性汚泥処理をし、膜分離処理をした後、さらに逆浸透膜により逆浸透膜処理をする水処理方法および水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
古くから、下水等の汚水は活性汚泥法を中心とした微生物による処理が行われている。また環境保全上の観点から処理水について高い水質が要求される場合は、生物処理のみでは処理できない成分を除去するため、生物処理後に凝集沈殿、砂ろ過、オゾン処理等の、いわゆる高度処理が行われている。
【０００３】
また近年では、通常の活性汚泥法における最終沈殿池の代わりに精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜を使用する、膜分離活性汚泥法が開発され普及しつつある。膜分離活性汚泥法とは、通常の活性汚泥法の最終沈殿池の代わりに分離膜を用いる処理方法で、(1)生物反応槽内の生物量（一般にＭＬＳＳ（槽内の混合液中の活性汚泥などの懸濁物質の量）で表される）を高く保ち設置面積を小さくすることができ、(2)処理水にＳＳ（水中に懸濁している物質）が流出することがなく清澄な処理水を得ることができる等の利点がある。
【０００４】
さらに、近年の水需要の増加に伴って、膜分離活性汚泥法を用いて処理された処理水を、逆浸透膜等を用いて逆浸透膜処理を行い、得られた水を再生水として利用する提案もなされている（例えば、特許文献１参照）。当該方法を用いることにより、きわめて高い水質の再生水を得ることができるとされているため、水不足の地域等で利用が検討されている。
【０００５】
しかしながら、この膜分離活性汚泥法と逆浸透膜処理法とを組み合わせた処理法においては、逆浸透膜の被処理水として、膜分離活性汚泥法を用いて処理された処理水が供給されるので、この水中に含まれる有機成分や無機成分が逆浸透膜を詰まらせる、いわゆるファウリングの問題が生じる。特に、膜分離活性汚泥法で処理しきれずに透過した被処理水中に含まれる微量有機物により引き起こされるケミカルファウリングや、逆浸透膜上にバイオフィルムが形成されファウリングを引き起こす、いわゆるバイオファウリングが実際のプラントの運転において最も厄介な問題となっている。
【０００６】
従来、逆浸透膜のメーカーは、逆浸透膜の原水として用いることができる水質として、ＪＩＳ Ｋ３８０２で定義されているファウリングインデックス（ＦＩ）や、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９で定義されているシルトデンシティインデックス（ＳＤＩ）という指標を用い、この値がある一定値以下になるように定めて、膜メーカーの定める上限値を上回る水が半透膜に供給された場合には、直ちに逆浸透膜システムの運転負荷低減や運転停止を施している場合が多い。
【０００７】
例えば、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９で定められている水質指標は、細孔径０．４５μｍの精密ろ過フィルターに一定圧力３０ｐｓｉ（２０７ｋＰａ）で対象水を通水し、一定時間経過後に透水性の低下具合を次式で示される数値として表すものである。
【０００８】
【数１】
ここで、ｔｉはろ過開始直後から５００ｍｌのろ過水を得るまでの時間（秒）であり、ｔｓはろ過開始ｓ分後から５００ｍｌのろ過水を得るまでの時間（秒）である。
【０００９】
しかしながら、ＳＤＩという指標は、一般には対象水をそのままの状態（温度等）で測定するため、水質以外の要因である温度については考慮されていない。しかも、ＳＤＩの測定は、フィルターに一定時間通水して透水性の低下を測定するものであるが、同じ水を同じ方法で測定しても同じＳＤＩを得るのは非常に難しく、測定値が一義的に定まらない。
【００１０】
また、ＳＤＩ測定に使用されるフィルターは、いくつかのフィルターメーカーから供給されているが、フィルター自体の製造のばらつきが大きいため、同じ水でもフィルターによってＳＤＩが大きくばらつくといった問題を有している。
【００１１】
その結果、正確なＳＤＩの値を測定により求めることが困難であり、逆浸透膜にとって適さない水が供給された場合でも測定されたＳＤＩの値が基準を満足していればそのまま通水し逆浸透膜の寿命を縮めることになってしまう問題があり、逆に、測定されたＳＤＩの値が基準を上回る水であっても逆浸透膜に悪影響を与えない場合があり、測定されるＳＤＩの値によって、逆浸透膜への供給の適否を判定することは困難であった。
【００１２】
さらに、ＳＤＩは対象水中の濁質成分の補捉により決定されるばかりでなく、対象水中に溶解している有機物などの吸着によっても測定値に影響を与える。このため、同じ０．４５μｍのフィルターでも、溶存有機物と相互作用しやすい材質のフィルターであればＳＤＩは大きな値となり、相互作用しにくいフィルターであればＳＤＩは小さな値となるということが考えられる。
【００１３】
そこで、特開２００６−５５８１８号公報には、ＳＤＩの測定に際し、ろ過抵抗を用いた補正係数を採用することにより、温度変化やフィルターごとのばらつきが排除でき、正確にＳＤＩを測定する方法が示されている。しかし、ＳＤＩの測定には測定する人や道具が変わることによってもＳＤＩが大きく変わるため、ＳＤＩの信頼性という点ではまだ疑問が残っている。また、ＳＤＩは基準値を満足していても、逆浸透膜に供給した場合には、透水性の低下が起こる場合もあり、ＳＤＩの値を逆浸透膜の指標として使用するにはいまだ不十分な点がある。
【００１４】
また、特開２００７−２５２９７８号公報には、逆浸透膜に供給する水の蛍光強度を測定し、供給水の評価をする評価方法について記載されている。ここで、蛍光波長２９０ｎｍ〜３５０ｎｍ、励起波長２２０ｎｍ〜３００ｎｍに蛍光を発する有機物の含有量が多いと逆浸透膜に悪影響を及ぼすと記載されている。しかし、この波長を有する有機物を含有していない水を逆浸透膜で通水しても、逆浸透膜の透水性能が低下する場合があった。
【特許文献１】特開２００６−５５８１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５２９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、下水等の汚水を、生物処理槽内で活性汚泥処理をし、次いで膜分離処理（以下、これらを併せて、適宜「膜分離活性汚泥処理」と称する。）をした後に、逆浸透膜により逆浸透膜処理を行う水処理方法において、膜分離活性汚泥処理された処理水中に含まれる有機物が原因で引き起こされる、逆浸透膜面上でのファウリングを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。
（１）被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置によって活性汚泥処理した水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理の条件を設定することを特徴とする水処理方法。
（２）前記逆浸透処理工程の直前における前処理が、蛍光強度を低下させるための処理であり、かつ、蛍光紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、および、光酸化触媒処理からなる群から選ばれる少なくとも一つの処理であることを特徴とする、上記（１）に記載の水処理方法。
（３）蛍光強度の測定を、励起波長３００〜４００ｎｍ、蛍光波長３８０〜５００ｎｍにて行うことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の水処理方法。
【００１７】
（４）励起波長３００〜４００ｎｍに対して、蛍光波長３８０〜５００ｎｍの蛍光強度が５ＱＳＵ以上の場合に前処理を実施することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水処理方法。
（５）前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が塩素処理であり、かつ、塩素処理で使用する薬品が、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガス、さらし粉、クロラミンＢ、クロラミンＴから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水処理方法。
（６）膜分離処理後のろか水に、遊離塩素濃度として少なくとも１ｍｇ／Ｌ以上となるように塩素を添加することを特徴とする上記（５）に記載の水処理方法。
【００１８】
（７）生物処理槽、該生物処理槽内に浸漬設置されたろ過膜分離装置、および逆浸透膜が設置された水処理装置であって、前記ろ過膜分離装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に、蛍光強度測定装置と前処理装置とが設置されていることを特徴とする水処理装置。
（８）前記ろ過膜の後段に膜処理水の蛍光強度測定装置が設置され、かつ、該蛍光強度測定装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に前処理装置が設置され、該前処理装置が、紫外線照射装置、砂ろ過処理装置、過酸化水素処理装置、塩素処理装置、および光酸化触媒処理装置からなる群から選ばれる少なくとも一つの前処理装置であることを特徴とする、上記（７）に記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、下水等の汚水を、活性汚泥処理をし、膜分離処理をした後に、逆浸透膜により膜処理を行う水処理方法および水処理装置において、膜分離活性汚泥処理された処理水中に含まれる有機物についての情報を運転前、および運転中に的確に把握することができ、その結果を逆浸透膜の直前での前処理の条件に反映させることで処理水中の有機物が原因で引き起こされる逆浸透膜面上でのファウリングを効果的に抑制し、安定した逆浸透膜処理の運転を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の水処理方法は、被処理水を活性汚泥処理し膜分離処理する工程、次いで逆浸透膜を用いて逆浸透膜処理をする工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の処理水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前における前処理の条件を設定することを特徴とする。
【００２１】
図１に、本発明の水処理方法に用いられる、膜分離活性汚泥法と逆浸透膜を用いた膜分離処理法とを組みあわせた、被処理水（原水）を再利用するための水処理装置の概略図を示す。被処理水を活性汚泥処理するための生物処理槽３と、該生物処理槽３内で活性汚泥処理された被処理水を、生物処理槽３内でろ過してろ過水を得るために槽内に浸漬設置された膜分離装置２と、膜分離装置２により被処理水をろ過して得られたろ過水を貯留するろ過水貯留槽４と、ろ過水貯留槽４から取り出された水を加圧するポンプ６と、加圧されたろ過水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置７と備え、さらに、膜分離処理水の蛍光強度を測定するための蛍光分析装置１０と逆浸透膜処理の直前で前処理を施す前処理装置５とを備えている。
【００２２】
以下では、本発明の水処理方法の実施態様を示す処理フローについて概説する。
【００２３】
まず、被処理水１が生物処理槽３内に供給され、この被処理水は生物処理槽３内で活性汚泥処理される。生物処理槽３内に導入する活性汚泥は、廃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廃水処理施設の引き抜き汚泥などが通常使用される。また、膜分離活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度で運転される。活性汚泥法は、微生物が廃水中の汚濁成分を餌として利用することにより、水の浄化を可能とするものである。被処理水の生物処理槽３内での滞留時間は通常１時間〜２４時間であるが、被処理水性状に応じて最適なものを採択するのがよい。
【００２４】
次に、生物処理槽３内で活性汚泥処理された水は、同じ生物処理槽３内で膜分離装置２によりろ過される。ろ過された水はろ過水の貯留槽４に貯えられる。
【００２５】
ここで、膜分離装置２は、ろ過膜の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、例えば、フレームの両面にろ過水流路材を挟んだ上にろ過膜を接着した平膜エレメント構造をしていることが望ましい。膜分離装置２の構造は特に限定されるものではなく、中空糸膜を用いたエレメントであっても構わないが、平膜エレメント構造は、膜面に平行な流速を与えた場合の剪断力による汚れの除去効果が高いことから、本発明に適している。なお、平膜エレメント構造には、平膜がスパイラル状に巻かれた回転平膜構造も含まれる。
【００２６】
膜分離装置２に用いられるろ過膜の膜構造としては、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ホン多孔質膜、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も、ろ過膜２として用いることができる。
【００２７】
生物処理槽３は、被処理水を貯え、膜分離装置２を被処理水に浸漬す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、処理槽３の内部が複数に分割されていてもかまわないし、複数に分割されている槽のうち一部を、ろ過膜２を浸漬する槽として、他方を脱窒槽として利用し、被処理水を互いに分割されている槽間で循環されるようにしていてもよい。
【００２８】
ろ過水貯留槽４は、ろ過水を貯留す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、被処理水を膜分離装置２でろ過するために、膜分離装置２とろ過水貯留槽４との間にポンプ等を設けていてもかまわないし、水頭圧力差をかけるために、ろ過水貯留槽４内のろ過水液面が、生物処理槽３内の被処理水液面よりも低くなるようにしていてもかまわない。
【００２９】
高圧ポンプ６は、ろ過水の水圧を、次の逆浸透膜処理に必要な圧力まで加圧することができれば特に制限されるものではなく、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどを用いることができるが、逆浸透膜処理するために必要な圧力にまで容易に加圧できることから、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどが好ましく用いられる。
【００３０】
逆浸透膜による逆浸透膜装置７には、ろ過水中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない半透性の膜（逆浸透膜）がろ過膜として配設されている。ナノフィルトレーション膜またはルースＲＯ膜なども広い意味では逆浸透膜に含まれる。その素材には、酢酸セルロースポリマー、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。本発明で使用される逆浸透膜は、膜構造や膜形態によらず、いずれも利用することができ、いずれも効果があるが、逆浸透膜の膜構造としては、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活性層を有する複合膜が好ましく用いられる。さらに、逆浸透膜の膜形態としては、中空糸、平膜が好ましく用いられる。かかる中空糸、平膜の膜厚は１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましく、中空糸では、その外径は５０μｍ〜４ｍｍであることが、また、平膜が非対称膜や複合膜である場合には、ろ過機能層が、織物、編物、不織布などの基材で支持されていることが好ましい。
【００３１】
本発明において用いることができる代表的な逆浸透膜としては、例えば、酢酸セルロース非対称膜、ポリアミド非対称膜、または、ポリアミド、ポリ尿素等の活性層を有する複合膜などが挙げられる。これらの中でも、耐加水分解性、耐薬品性、耐圧性という点で、酢酸セルロース非対称膜、ポリアミド非対称膜、ポリアミド複合膜が、本発明法において有効であり、特に高塩排除率、高造水量という点で、芳香族ポリアミド複合膜が特に好ましい。
【００３２】
さらに、逆浸透膜としては、溶存有機物が膜面に付着するケミカルファウリング（化学的汚れ）や、溶存有機物を栄養源にして微生物が増殖して膜面に付着するバイオファウリング（生物的汚れ）が起こりにくい、低ファウリング逆浸透膜を用いることが好ましい。低ファウリング逆浸透膜の例としては、東レ株式会社製ＴＭＬ２０、日東電工株式会社製ＬＦ１０（膜表面の荷電を中性とし、親水性基を導入し、荷電物質の吸着や鉄コロイドなどの重金属の影響を受けにくくした膜）、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃ社製ＬＦＣ１、ＬＦＣ３、ダウ社製ＢＷ３０−３６５ＦＲなどが挙げられる。また、ろ過水中の溶質や懸濁物質の濃度が低ければ、逆浸透膜として、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子を阻止する液体分離膜であるナノフィルトレーション膜を使用しても特に問題はない。
【００３３】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度は、ろ過水貯留槽４内に貯留されているろ過水の蛍光強度を測定することにより求める。蛍光強度を測定する分析装置としては、通常の蛍光分析計を用いることができ、さらに、励起光の波長、および蛍光の波長を変化させて蛍光強度を測定する三次元蛍光スペクトルを得る測定装置を用いることができれば、励起波長、蛍光波長の異なる含有成分を同時に測定することが可能である。
【００３４】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度を測定する場合、蛍光波長が３８０〜５００ｎｍ、好ましくは３９０〜４７０ｎｍ、さらに好ましくは４００〜４５０ｎｍの波長域に蛍光を有する有機物の量を測定することにより、逆浸透膜の透水性能の低下に大きな影響を及ぼす有機物の量を把握することができる。
【００３５】
また、膜分離処理水に照射する励起光の励起波長は、３００ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３１０ｎｍ〜３９０ｎｍ、さらに好ましくは、３２０ｎｍ〜３８０ｎｍが好ましく、この場合に膜に影響を与える有機物の蛍光強度を効果的に測定することができる。
【００３６】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度を測定する頻度は、膜分離処理の条件や逆浸透膜処理の条件、逆浸透膜処理の直前での前処理の条件、その他の条件変動により異なる。例えば、逆浸透膜処理を開始する前に膜分離処理したろ過水を一度だけ測定して、逆浸透膜処理の直前での前処理条件を決定するという方法でもよいが、定期的に蛍光強度を測定することにより、その値に応じて前処理条件を変化させる方が効果的である。
【００３７】
ここで、蛍光強度は、その測定装置の違いにより値がずれる可能性があるため、蛍光強度自体の数値を、前処理の条件の設定に用いるのではなく、一般的に基準物質との比（相対蛍光強度）でもって前処理の条件の設定に用いることが好ましい。基準物質としては、水溶液中で安定で、かつ蛍光強度の大きいものが使用され、例えば、硫酸キニーネの硫酸溶液、フルオレセインナトリウム溶液、ローダミンＢ溶液などが使用される。特に、硫酸キニーネの硫酸溶液は安定で、蛍光強度が大きいことから多く用いられ、この溶液の蛍光強度を基準にした相対蛍光強度（ＱＳＵ：Ｑｕｉｎｉｎｅ Ｓｕｌｆａｔｅ Ｕｎｉｔ）の値を用いて、前処理の条件の設定を行うことが好ましい。
【００３８】
膜分離処理したろ過水の相対蛍光強度（ＱＳＵ）が５未満の場合には、そのろ過水中には逆浸透膜に悪影響を与える有機物が少ないため、特別な前処理は必要なく、５以上の場合には前処理を施すことが必要になってくる。
【００３９】
膜分離処理したろ過水の相対蛍光強度（ＱＳＵ）が５以上の場合には、紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、光酸化触媒処理のうち少なくとも１つを適用することで相対蛍光強度を小さくした後に逆浸透膜処理に供給する。これらの中のいずれかの処理を適用することにより、逆浸透膜に与える悪影響を低減でき、ファウリングを効率的に抑制することが可能となる。
【００４０】
逆浸透膜処理の前に、膜分離処理したろ過水に実施する前処理としては、初期設置コストが安い塩素処理、過酸化水素処理等の酸化薬剤の注入処理が好適に使用できる。この中でも、安価であり、取り扱いが容易で、前処理の効果が大きい塩素処理を使用するのが効果的である。その添加量は、添加後の遊離塩素濃度が少なくとも１ｍｇ／Ｌ以上となるような量であることが好ましい。
【００４１】
かかる塩素処理用の薬剤としては、塩素ガス、サラシ粉、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、二酸化塩素、クロラミンＢ、クロラミンＴなどを代表例として挙げることができるが、この中で、殺菌力の強さ、取り扱いの容易さ、コストなどを考慮すると、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使うのが好ましい。
【００４２】
また、塩素処理用の薬剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、被処理水の水質にもよるが、一般的に被処理水に添加した後の遊離塩素濃度で０．１〜１０ｍｇ／Ｌ程度とすることが望ましく、残留有機物の分解に必要な有効濃度を勘案すれば、遊離塩素濃度として０．１〜８ｍｇ／Ｌ程度とすることがより望ましい。ここで、遊離塩素とは、残留塩素のうち結合塩素を含まない分をいい、遊離塩素の濃度測定はオルトトリジン法、ジエチル−Ｐ−フェニレンジアミン法、電流滴定法、ヨウ素滴定法などによって簡単に行うことができる。
【００４３】
逆浸透膜は塩素系の薬剤が直接接触すると膜性能が低下する。特にポリアミド系やポリ尿素系の複合逆浸透膜は、酢酸セルロース系の非対称膜に比較して耐塩素性が劣り、酢酸セルロース系の非対称膜においてもそのｐＨなど条件によっては大きな性能低下が起こりうる。そのため、逆浸透膜処理される前に還元剤で塩素を還元処理する必要がある。
【００４４】
還元剤としては、水溶性で、還元性が大きく、逆浸透膜への影響のないものを使用することができる。さらに価格が安価である、取り扱いが容易であるなどの点から、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム
などが好ましい。用いる還元剤の濃度は供給液中に残存している塩素を全て消去するのに充分な量が必要である。また、還元剤は供給液中に溶存している酸素とも反応するので、残存殺菌剤と溶存酸素の量、温度やｐＨなどを考慮して、塩素添加量の１〜１０倍当量を添加することが好ましい。さらに、殺菌剤を完全に消去することと還元剤の使用量を低減することを考慮すると殺菌剤の１．１〜５倍当量の還元剤が好ましい。
【００４５】
逆浸透膜処理において、微生物の増殖により膜性能が低下するバイオファウリングを防止するために、さらに殺菌剤を添加することもできる。使用できる殺菌剤としては特に限定されないが、安価な硫酸を添加し
て、膜分離装置の供給液のｐＨを４以下に下げることにより効果的に殺菌を行うこともできる。
【実施例】
【００４６】
以下では、本発明の水処理方法ないし水処理装置を、実施例を用いてさらに具体的に説明をする。なお、本発明が実施例に記載の態様に限定されるものではない。
【００４７】
以下における相対蛍光強度は次の基準で表示した。
蛍光強度の基準物質として１０μｇ／Ｌの硫酸キニーネ溶液（０．１Ｍ硫酸溶液）を用い、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍでの蛍光強度を測定し、この基準物質での蛍光強度の値を相対蛍光強度１０ＱＳＵとした。
【００４８】
［実施例１］
本実施例では、膜分離活性汚泥法と低圧逆浸透膜を用いた膜分離処理法を用いた水処理方法を用いる。かかる水処理方法の実施に用いた水処理装置を図１に示す。被処理水としては農業集落廃水処理場に流入する汚水を用い、この被処理水を脱窒槽で処理した後に膜分離活性汚泥処理槽（生物処理槽３）へ供給した。膜分離活性汚泥処理は表１の条件により行った。逆浸透膜処理は表２の条件により行った。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
膜分離活性汚泥法により処理されたろ過水は、ろ過水貯留槽４に貯水される。このろ過水の蛍光強度を蛍光分析計１０を用いて測定したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は２０ＱＳＵであった。
【００５２】
ろ過水貯留槽４の下流側には、前処理装置５として次亜塩素酸Ｎａ添加装置（図示なし）が接続されており、ろ過水に次亜塩素酸Ｎａを遊離塩素濃度が８ｐｐｍとなるように添加した。さらに、逆浸透膜の直前で亜硫酸水素Ｎａ２０ｐｐｍを添加する運転を行った。次亜塩素酸Ｎａ添加後の処理水を蛍光分光光度計で分析したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は３ＱＳＵであった。
【００５３】
次に、逆浸透膜の処理フローについて示す。処理水は、高圧ポンプ６により加圧され、その後、逆浸透膜装置７に供給される。一方、殺菌剤貯留タンク１４に貯留された硫酸が、殺菌剤ポンプ１３により、高圧ポンプ６の直前に供給される。なお本実施例では、硫酸（５％）を１日に１回、１時間ずつ、逆浸透膜への供給水のｐＨが３となるように供給した。
【００５４】
その後、逆浸透膜処理水８は、再生水として利用され、循環水の一部は廃水として系外へ排出される。
上記の方法で前処理された水を逆浸透膜処理に供給した場合では、透過流束の低下は３ヶ月で５％低下であり、安定に運転することができた。
【００５５】
［実施例２］
実施例１の場合と同様の装置（図１）によって別の時期の廃水の処理を行うにあたり、ろ過水の蛍光強度を蛍光分析計１０を用いて測定したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は１０ＱＳＵであった。そこで、このろ過水に対して前処理として次亜塩素酸Ｎａを遊離塩素濃度が４ｐｐｍとなるように添加した。さらに、逆浸透膜の直前で亜硫酸水素Ｎａ１０ｐｐｍを添加する運転を行った。次亜塩素酸Ｎａ添加後の処理水を蛍光分光光度計で分析したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は２ＱＳＵであった。この時の逆浸透膜の運転において、透過流束の低下は３ヶ月で６％程度であり、安定に運転することができた。
【００５６】
［比較例１］
実施例１の場合と同様の装置（図１）において、ろ過水の蛍光強度を測定せずに、前処理として次亜塩素酸Ｎａを添加しない条件での運転を行った。このときの逆浸透膜の運転において、透過流束の低下は１ヶ月で４０％程度であり、安定に運転することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明法は、膜分離活性汚泥処理法により処理した後に逆浸透膜処理することにより、汚水を浄化する工程に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の水処理方法に用いる水処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：被処理水（原水）
２：膜分離装置
３：生物処理槽
４：ろ過水貯槽
５：前処理装置
６：高圧ポンプ
７：逆浸透膜による逆浸透膜装置
８：逆浸透膜処理水
９：濃縮水
１０：蛍光分析装置
１１：還元剤ポンプ
１２：還元剤タンク
１３：殺菌剤ポンプ
１４：殺菌剤タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等の汚水を、活性汚泥処理をし、膜分離処理をした後、さらに逆浸透膜により逆浸透膜処理をする水処理方法および水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
古くから、下水等の汚水は活性汚泥法を中心とした微生物による処理が行われている。また環境保全上の観点から処理水について高い水質が要求される場合は、生物処理のみでは処理できない成分を除去するため、生物処理後に凝集沈殿、砂ろ過、オゾン処理等の、いわゆる高度処理が行われている。
【０００３】
また近年では、通常の活性汚泥法における最終沈殿池の代わりに精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜を使用する、膜分離活性汚泥法が開発され普及しつつある。膜分離活性汚泥法とは、通常の活性汚泥法の最終沈殿池の代わりに分離膜を用いる処理方法で、(1)生物反応槽内の生物量（一般にＭＬＳＳ（槽内の混合液中の活性汚泥などの懸濁物質の量）で表される）を高く保ち設置面積を小さくすることができ、(2)処理水にＳＳ（水中に懸濁している物質）が流出することがなく清澄な処理水を得ることができる等の利点がある。
【０００４】
さらに、近年の水需要の増加に伴って、膜分離活性汚泥法を用いて処理された処理水を、逆浸透膜等を用いて逆浸透膜処理を行い、得られた水を再生水として利用する提案もなされている（例えば、特許文献１参照）。当該方法を用いることにより、きわめて高い水質の再生水を得ることができるとされているため、水不足の地域等で利用が検討されている。
【０００５】
しかしながら、この膜分離活性汚泥法と逆浸透膜処理法とを組み合わせた処理法においては、逆浸透膜の被処理水として、膜分離活性汚泥法を用いて処理された処理水が供給されるので、この水中に含まれる有機成分や無機成分が逆浸透膜を詰まらせる、いわゆるファウリングの問題が生じる。特に、膜分離活性汚泥法で処理しきれずに透過した被処理水中に含まれる微量有機物により引き起こされるケミカルファウリングや、逆浸透膜上にバイオフィルムが形成されファウリングを引き起こす、いわゆるバイオファウリングが実際のプラントの運転において最も厄介な問題となっている。
【０００６】
従来、逆浸透膜のメーカーは、逆浸透膜の原水として用いることができる水質として、ＪＩＳ Ｋ３８０２で定義されているファウリングインデックス（ＦＩ）や、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９で定義されているシルトデンシティインデックス（ＳＤＩ）という指標を用い、この値がある一定値以下になるように定めて、膜メーカーの定める上限値を上回る水が半透膜に供給された場合には、直ちに逆浸透膜システムの運転負荷低減や運転停止を施している場合が多い。
【０００７】
例えば、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９で定められている水質指標は、細孔径０．４５μｍの精密ろ過フィルターに一定圧力３０ｐｓｉ（２０７ｋＰａ）で対象水を通水し、一定時間経過後に透水性の低下具合を次式で示される数値として表すものである。
【０００８】
【数１】
ここで、ｔｉはろ過開始直後から５００ｍｌのろ過水を得るまでの時間（秒）であり、ｔｓはろ過開始ｓ分後から５００ｍｌのろ過水を得るまでの時間（秒）である。
【０００９】
しかしながら、ＳＤＩという指標は、一般には対象水をそのままの状態（温度等）で測定するため、水質以外の要因である温度については考慮されていない。しかも、ＳＤＩの測定は、フィルターに一定時間通水して透水性の低下を測定するものであるが、同じ水を同じ方法で測定しても同じＳＤＩを得るのは非常に難しく、測定値が一義的に定まらない。
【００１０】
また、ＳＤＩ測定に使用されるフィルターは、いくつかのフィルターメーカーから供給されているが、フィルター自体の製造のばらつきが大きいため、同じ水でもフィルターによってＳＤＩが大きくばらつくといった問題を有している。
【００１１】
その結果、正確なＳＤＩの値を測定により求めることが困難であり、逆浸透膜にとって適さない水が供給された場合でも測定されたＳＤＩの値が基準を満足していればそのまま通水し逆浸透膜の寿命を縮めることになってしまう問題があり、逆に、測定されたＳＤＩの値が基準を上回る水であっても逆浸透膜に悪影響を与えない場合があり、測定されるＳＤＩの値によって、逆浸透膜への供給の適否を判定することは困難であった。
【００１２】
さらに、ＳＤＩは対象水中の濁質成分の補捉により決定されるばかりでなく、対象水中に溶解している有機物などの吸着によっても測定値に影響を与える。このため、同じ０．４５μｍのフィルターでも、溶存有機物と相互作用しやすい材質のフィルターであればＳＤＩは大きな値となり、相互作用しにくいフィルターであればＳＤＩは小さな値となるということが考えられる。
【００１３】
そこで、特開２００６−５５８１８号公報には、ＳＤＩの測定に際し、ろ過抵抗を用いた補正係数を採用することにより、温度変化やフィルターごとのばらつきが排除でき、正確にＳＤＩを測定する方法が示されている。しかし、ＳＤＩの測定には測定する人や道具が変わることによってもＳＤＩが大きく変わるため、ＳＤＩの信頼性という点ではまだ疑問が残っている。また、ＳＤＩは基準値を満足していても、逆浸透膜に供給した場合には、透水性の低下が起こる場合もあり、ＳＤＩの値を逆浸透膜の指標として使用するにはいまだ不十分な点がある。
【００１４】
また、特開２００７−２５２９７８号公報には、逆浸透膜に供給する水の蛍光強度を測定し、供給水の評価をする評価方法について記載されている。ここで、蛍光波長２９０ｎｍ〜３５０ｎｍ、励起波長２２０ｎｍ〜３００ｎｍに蛍光を発する有機物の含有量が多いと逆浸透膜に悪影響を及ぼすと記載されている。しかし、この波長を有する有機物を含有していない水を逆浸透膜で通水しても、逆浸透膜の透水性能が低下する場合があった。
【特許文献１】特開２００６−５５８１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５２９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、下水等の汚水を、生物処理槽内で活性汚泥処理をし、次いで膜分離処理（以下、これらを併せて、適宜「膜分離活性汚泥処理」と称する。）をした後に、逆浸透膜により逆浸透膜処理を行う水処理方法において、膜分離活性汚泥処理された処理水中に含まれる有機物が原因で引き起こされる、逆浸透膜面上でのファウリングを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。
（１）被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置によって活性汚泥処理した水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理の条件を設定することを特徴とする水処理方法。
（２）前記逆浸透処理工程の直前における前処理が、蛍光強度を低下させるための処理であり、かつ、蛍光紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、および、光酸化触媒処理からなる群から選ばれる少なくとも一つの処理であることを特徴とする、上記（１）に記載の水処理方法。
（３）蛍光強度の測定を、励起波長３００〜４００ｎｍ、蛍光波長３８０〜５００ｎｍにて行うことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の水処理方法。
【００１７】
（４）励起波長３００〜４００ｎｍに対して、蛍光波長３８０〜５００ｎｍの蛍光強度が５ＱＳＵ以上の場合に前処理を実施することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水処理方法。
（５）前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が塩素処理であり、かつ、塩素処理で使用する薬品が、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガス、さらし粉、クロラミンＢ、クロラミンＴから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水処理方法。
（６）膜分離処理後のろか水に、遊離塩素濃度として少なくとも１ｍｇ／Ｌ以上となるように塩素を添加することを特徴とする上記（５）に記載の水処理方法。
【００１８】
（７）生物処理槽、該生物処理槽内に浸漬設置されたろ過膜分離装置、および逆浸透膜が設置された水処理装置であって、前記ろ過膜分離装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に、蛍光強度測定装置と前処理装置とが設置されていることを特徴とする水処理装置。
（８）前記ろ過膜の後段に膜処理水の蛍光強度測定装置が設置され、かつ、該蛍光強度測定装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に前処理装置が設置され、該前処理装置が、紫外線照射装置、砂ろ過処理装置、過酸化水素処理装置、塩素処理装置、および光酸化触媒処理装置からなる群から選ばれる少なくとも一つの前処理装置であることを特徴とする、上記（７）に記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、下水等の汚水を、活性汚泥処理をし、膜分離処理をした後に、逆浸透膜により膜処理を行う水処理方法および水処理装置において、膜分離活性汚泥処理された処理水中に含まれる有機物についての情報を運転前、および運転中に的確に把握することができ、その結果を逆浸透膜の直前での前処理の条件に反映させることで処理水中の有機物が原因で引き起こされる逆浸透膜面上でのファウリングを効果的に抑制し、安定した逆浸透膜処理の運転を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の水処理方法は、被処理水を活性汚泥処理し膜分離処理する工程、次いで逆浸透膜を用いて逆浸透膜処理をする工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の処理水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前における前処理の条件を設定することを特徴とする。
【００２１】
図１に、本発明の水処理方法に用いられる、膜分離活性汚泥法と逆浸透膜を用いた膜分離処理法とを組みあわせた、被処理水（原水）を再利用するための水処理装置の概略図を示す。被処理水を活性汚泥処理するための生物処理槽３と、該生物処理槽３内で活性汚泥処理された被処理水を、生物処理槽３内でろ過してろ過水を得るために槽内に浸漬設置された膜分離装置２と、膜分離装置２により被処理水をろ過して得られたろ過水を貯留するろ過水貯留槽４と、ろ過水貯留槽４から取り出された水を加圧するポンプ６と、加圧されたろ過水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置７と備え、さらに、膜分離処理水の蛍光強度を測定するための蛍光分析装置１０と逆浸透膜処理の直前で前処理を施す前処理装置５とを備えている。
【００２２】
以下では、本発明の水処理方法の実施態様を示す処理フローについて概説する。
【００２３】
まず、被処理水１が生物処理槽３内に供給され、この被処理水は生物処理槽３内で活性汚泥処理される。生物処理槽３内に導入する活性汚泥は、廃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廃水処理施設の引き抜き汚泥などが通常使用される。また、膜分離活性汚泥法では、汚泥濃度として２，０００ｍｇ／Ｌ〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度で運転される。活性汚泥法は、微生物が廃水中の汚濁成分を餌として利用することにより、水の浄化を可能とするものである。被処理水の生物処理槽３内での滞留時間は通常１時間〜２４時間であるが、被処理水性状に応じて最適なものを採択するのがよい。
【００２４】
次に、生物処理槽３内で活性汚泥処理された水は、同じ生物処理槽３内で膜分離装置２によりろ過される。ろ過された水はろ過水の貯留槽４に貯えられる。
【００２５】
ここで、膜分離装置２は、ろ過膜の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、例えば、フレームの両面にろ過水流路材を挟んだ上にろ過膜を接着した平膜エレメント構造をしていることが望ましい。膜分離装置２の構造は特に限定されるものではなく、中空糸膜を用いたエレメントであっても構わないが、平膜エレメント構造は、膜面に平行な流速を与えた場合の剪断力による汚れの除去効果が高いことから、本発明に適している。なお、平膜エレメント構造には、平膜がスパイラル状に巻かれた回転平膜構造も含まれる。
【００２６】
膜分離装置２に用いられるろ過膜の膜構造としては、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ホン多孔質膜、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も、ろ過膜２として用いることができる。
【００２７】
生物処理槽３は、被処理水を貯え、膜分離装置２を被処理水に浸漬す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、処理槽３の内部が複数に分割されていてもかまわないし、複数に分割されている槽のうち一部を、ろ過膜２を浸漬する槽として、他方を脱窒槽として利用し、被処理水を互いに分割されている槽間で循環されるようにしていてもよい。
【００２８】
ろ過水貯留槽４は、ろ過水を貯留す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、被処理水を膜分離装置２でろ過するために、膜分離装置２とろ過水貯留槽４との間にポンプ等を設けていてもかまわないし、水頭圧力差をかけるために、ろ過水貯留槽４内のろ過水液面が、生物処理槽３内の被処理水液面よりも低くなるようにしていてもかまわない。
【００２９】
高圧ポンプ６は、ろ過水の水圧を、次の逆浸透膜処理に必要な圧力まで加圧することができれば特に制限されるものではなく、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどを用いることができるが、逆浸透膜処理するために必要な圧力にまで容易に加圧できることから、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどが好ましく用いられる。
【００３０】
逆浸透膜による逆浸透膜装置７には、ろ過水中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない半透性の膜（逆浸透膜）がろ過膜として配設されている。ナノフィルトレーション膜またはルースＲＯ膜なども広い意味では逆浸透膜に含まれる。その素材には、酢酸セルロースポリマー、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。本発明で使用される逆浸透膜は、膜構造や膜形態によらず、いずれも利用することができ、いずれも効果があるが、逆浸透膜の膜構造としては、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活性層を有する複合膜が好ましく用いられる。さらに、逆浸透膜の膜形態としては、中空糸、平膜が好ましく用いられる。かかる中空糸、平膜の膜厚は１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましく、中空糸では、その外径は５０μｍ〜４ｍｍであることが、また、平膜が非対称膜や複合膜である場合には、ろ過機能層が、織物、編物、不織布などの基材で支持されていることが好ましい。
【００３１】
本発明において用いることができる代表的な逆浸透膜としては、例えば、酢酸セルロース非対称膜、ポリアミド非対称膜、または、ポリアミド、ポリ尿素等の活性層を有する複合膜などが挙げられる。これらの中でも、耐加水分解性、耐薬品性、耐圧性という点で、酢酸セルロース非対称膜、ポリアミド非対称膜、ポリアミド複合膜が、本発明法において有効であり、特に高塩排除率、高造水量という点で、芳香族ポリアミド複合膜が特に好ましい。
【００３２】
さらに、逆浸透膜としては、溶存有機物が膜面に付着するケミカルファウリング（化学的汚れ）や、溶存有機物を栄養源にして微生物が増殖して膜面に付着するバイオファウリング（生物的汚れ）が起こりにくい、低ファウリング逆浸透膜を用いることが好ましい。低ファウリング逆浸透膜の例としては、東レ株式会社製ＴＭＬ２０、日東電工株式会社製ＬＦ１０（膜表面の荷電を中性とし、親水性基を導入し、荷電物質の吸着や鉄コロイドなどの重金属の影響を受けにくくした膜）、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃ社製ＬＦＣ１、ＬＦＣ３、ダウ社製ＢＷ３０−３６５ＦＲなどが挙げられる。また、ろ過水中の溶質や懸濁物質の濃度が低ければ、逆浸透膜として、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子を阻止する液体分離膜であるナノフィルトレーション膜を使用しても特に問題はない。
【００３３】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度は、ろ過水貯留槽４内に貯留されているろ過水の蛍光強度を測定することにより求める。蛍光強度を測定する分析装置としては、通常の蛍光分析計を用いることができ、さらに、励起光の波長、および蛍光の波長を変化させて蛍光強度を測定する三次元蛍光スペクトルを得る測定装置を用いることができれば、励起波長、蛍光波長の異なる含有成分を同時に測定することが可能である。
【００３４】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度を測定する場合、蛍光波長が３８０〜５００ｎｍ、好ましくは３９０〜４７０ｎｍ、さらに好ましくは４００〜４５０ｎｍの波長域に蛍光を有する有機物の量を測定することにより、逆浸透膜の透水性能の低下に大きな影響を及ぼす有機物の量を把握することができる。
【００３５】
また、膜分離処理水に照射する励起光の励起波長は、３００ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは３１０ｎｍ〜３９０ｎｍ、さらに好ましくは、３２０ｎｍ〜３８０ｎｍが好ましく、この場合に膜に影響を与える有機物の蛍光強度を効果的に測定することができる。
【００３６】
膜分離処理したろ過水の蛍光強度を測定する頻度は、膜分離処理の条件や逆浸透膜処理の条件、逆浸透膜処理の直前での前処理の条件、その他の条件変動により異なる。例えば、逆浸透膜処理を開始する前に膜分離処理したろ過水を一度だけ測定して、逆浸透膜処理の直前での前処理条件を決定するという方法でもよいが、定期的に蛍光強度を測定することにより、その値に応じて前処理条件を変化させる方が効果的である。
【００３７】
ここで、蛍光強度は、その測定装置の違いにより値がずれる可能性があるため、蛍光強度自体の数値を、前処理の条件の設定に用いるのではなく、一般的に基準物質との比（相対蛍光強度）でもって前処理の条件の設定に用いることが好ましい。基準物質としては、水溶液中で安定で、かつ蛍光強度の大きいものが使用され、例えば、硫酸キニーネの硫酸溶液、フルオレセインナトリウム溶液、ローダミンＢ溶液などが使用される。特に、硫酸キニーネの硫酸溶液は安定で、蛍光強度が大きいことから多く用いられ、この溶液の蛍光強度を基準にした相対蛍光強度（ＱＳＵ：Ｑｕｉｎｉｎｅ Ｓｕｌｆａｔｅ Ｕｎｉｔ）の値を用いて、前処理の条件の設定を行うことが好ましい。
【００３８】
膜分離処理したろ過水の相対蛍光強度（ＱＳＵ）が５未満の場合には、そのろ過水中には逆浸透膜に悪影響を与える有機物が少ないため、特別な前処理は必要なく、５以上の場合には前処理を施すことが必要になってくる。
【００３９】
膜分離処理したろ過水の相対蛍光強度（ＱＳＵ）が５以上の場合には、紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、光酸化触媒処理のうち少なくとも１つを適用することで相対蛍光強度を小さくした後に逆浸透膜処理に供給する。これらの中のいずれかの処理を適用することにより、逆浸透膜に与える悪影響を低減でき、ファウリングを効率的に抑制することが可能となる。
【００４０】
逆浸透膜処理の前に、膜分離処理したろ過水に実施する前処理としては、初期設置コストが安い塩素処理、過酸化水素処理等の酸化薬剤の注入処理が好適に使用できる。この中でも、安価であり、取り扱いが容易で、前処理の効果が大きい塩素処理を使用するのが効果的である。その添加量は、添加後の遊離塩素濃度が少なくとも１ｍｇ／Ｌ以上となるような量であることが好ましい。
【００４１】
かかる塩素処理用の薬剤としては、塩素ガス、サラシ粉、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、二酸化塩素、クロラミンＢ、クロラミンＴなどを代表例として挙げることができるが、この中で、殺菌力の強さ、取り扱いの容易さ、コストなどを考慮すると、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使うのが好ましい。
【００４２】
また、塩素処理用の薬剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、被処理水の水質にもよるが、一般的に被処理水に添加した後の遊離塩素濃度で０．１〜１０ｍｇ／Ｌ程度とすることが望ましく、残留有機物の分解に必要な有効濃度を勘案すれば、遊離塩素濃度として０．１〜８ｍｇ／Ｌ程度とすることがより望ましい。ここで、遊離塩素とは、残留塩素のうち結合塩素を含まない分をいい、遊離塩素の濃度測定はオルトトリジン法、ジエチル−Ｐ−フェニレンジアミン法、電流滴定法、ヨウ素滴定法などによって簡単に行うことができる。
【００４３】
逆浸透膜は塩素系の薬剤が直接接触すると膜性能が低下する。特にポリアミド系やポリ尿素系の複合逆浸透膜は、酢酸セルロース系の非対称膜に比較して耐塩素性が劣り、酢酸セルロース系の非対称膜においてもそのｐＨなど条件によっては大きな性能低下が起こりうる。そのため、逆浸透膜処理される前に還元剤で塩素を還元処理する必要がある。
【００４４】
還元剤としては、水溶性で、還元性が大きく、逆浸透膜への影響のないものを使用することができる。さらに価格が安価である、取り扱いが容易であるなどの点から、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム
などが好ましい。用いる還元剤の濃度は供給液中に残存している塩素を全て消去するのに充分な量が必要である。また、還元剤は供給液中に溶存している酸素とも反応するので、残存殺菌剤と溶存酸素の量、温度やｐＨなどを考慮して、塩素添加量の１〜１０倍当量を添加することが好ましい。さらに、殺菌剤を完全に消去することと還元剤の使用量を低減することを考慮すると殺菌剤の１．１〜５倍当量の還元剤が好ましい。
【００４５】
逆浸透膜処理において、微生物の増殖により膜性能が低下するバイオファウリングを防止するために、さらに殺菌剤を添加することもできる。使用できる殺菌剤としては特に限定されないが、安価な硫酸を添加し
て、膜分離装置の供給液のｐＨを４以下に下げることにより効果的に殺菌を行うこともできる。
【実施例】
【００４６】
以下では、本発明の水処理方法ないし水処理装置を、実施例を用いてさらに具体的に説明をする。なお、本発明が実施例に記載の態様に限定されるものではない。
【００４７】
以下における相対蛍光強度は次の基準で表示した。
蛍光強度の基準物質として１０μｇ／Ｌの硫酸キニーネ溶液（０．１Ｍ硫酸溶液）を用い、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍでの蛍光強度を測定し、この基準物質での蛍光強度の値を相対蛍光強度１０ＱＳＵとした。
【００４８】
［実施例１］
本実施例では、膜分離活性汚泥法と低圧逆浸透膜を用いた膜分離処理法を用いた水処理方法を用いる。かかる水処理方法の実施に用いた水処理装置を図１に示す。被処理水としては農業集落廃水処理場に流入する汚水を用い、この被処理水を脱窒槽で処理した後に膜分離活性汚泥処理槽（生物処理槽３）へ供給した。膜分離活性汚泥処理は表１の条件により行った。逆浸透膜処理は表２の条件により行った。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
膜分離活性汚泥法により処理されたろ過水は、ろ過水貯留槽４に貯水される。このろ過水の蛍光強度を蛍光分析計１０を用いて測定したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は２０ＱＳＵであった。
【００５２】
ろ過水貯留槽４の下流側には、前処理装置５として次亜塩素酸Ｎａ添加装置（図示なし）が接続されており、ろ過水に次亜塩素酸Ｎａを遊離塩素濃度が８ｐｐｍとなるように添加した。さらに、逆浸透膜の直前で亜硫酸水素Ｎａ２０ｐｐｍを添加する運転を行った。次亜塩素酸Ｎａ添加後の処理水を蛍光分光光度計で分析したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は３ＱＳＵであった。
【００５３】
次に、逆浸透膜の処理フローについて示す。処理水は、高圧ポンプ６により加圧され、その後、逆浸透膜装置７に供給される。一方、殺菌剤貯留タンク１４に貯留された硫酸が、殺菌剤ポンプ１３により、高圧ポンプ６の直前に供給される。なお本実施例では、硫酸（５％）を１日に１回、１時間ずつ、逆浸透膜への供給水のｐＨが３となるように供給した。
【００５４】
その後、逆浸透膜処理水８は、再生水として利用され、循環水の一部は廃水として系外へ排出される。
上記の方法で前処理された水を逆浸透膜処理に供給した場合では、透過流束の低下は３ヶ月で５％低下であり、安定に運転することができた。
【００５５】
［実施例２］
実施例１の場合と同様の装置（図１）によって別の時期の廃水の処理を行うにあたり、ろ過水の蛍光強度を蛍光分析計１０を用いて測定したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は１０ＱＳＵであった。そこで、このろ過水に対して前処理として次亜塩素酸Ｎａを遊離塩素濃度が４ｐｐｍとなるように添加した。さらに、逆浸透膜の直前で亜硫酸水素Ｎａ１０ｐｐｍを添加する運転を行った。次亜塩素酸Ｎａ添加後の処理水を蛍光分光光度計で分析したところ、励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４５０ｎｍにおける相対蛍光強度は２ＱＳＵであった。この時の逆浸透膜の運転において、透過流束の低下は３ヶ月で６％程度であり、安定に運転することができた。
【００５６】
［比較例１］
実施例１の場合と同様の装置（図１）において、ろ過水の蛍光強度を測定せずに、前処理として次亜塩素酸Ｎａを添加しない条件での運転を行った。このときの逆浸透膜の運転において、透過流束の低下は１ヶ月で４０％程度であり、安定に運転することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明法は、膜分離活性汚泥処理法により処理した後に逆浸透膜処理することにより、汚水を浄化する工程に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の水処理方法に用いる水処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：被処理水（原水）
２：膜分離装置
３：生物処理槽
４：ろ過水貯槽
５：前処理装置
６：高圧ポンプ
７：逆浸透膜による逆浸透膜装置
８：逆浸透膜処理水
９：濃縮水
１０：蛍光分析装置
１１：還元剤ポンプ
１２：還元剤タンク
１３：殺菌剤ポンプ
１４：殺菌剤タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置によって活性汚泥処理した水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理の条件を設定することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が、蛍光強度を低下させるための処理であり、かつ、蛍光紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、および、光酸化触媒処理からなる群から選ばれる少なくとも一つの処理であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
蛍光強度の測定を、励起波長３００〜４００ｎｍ、蛍光波長３８０〜５００ｎｍにて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
励起波長３００〜４００ｎｍに対して、蛍光波長３８０〜５００ｎｍの蛍光強度が５ＱＳＵ以上の場合に前処理を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項５】
前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が塩素処理であり、かつ、塩素処理で使用する薬品が、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガス、さらし粉、クロラミンＢ、クロラミンＴから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項６】
膜分離処理後のろ過水に、遊離塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように塩素を添加することを特徴とする請求項５に記載の水処理方法。
【請求項７】
生物処理槽、該生物処理槽内に浸漬設置されたろ過膜分離装置、および逆浸透膜が設置された水処理装置であって、前記ろ過膜分離装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に、蛍光強度測定装置と前処理装置とが設置されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項８】
前記ろ過膜の後段に膜処理水の蛍光強度測定装置が設置され、かつ、該蛍光強度測定装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に前処理装置が設置され、該前処理装置が、紫外線照射装置、砂ろ過処理装置、過酸化水素処理装置、塩素処理装置、および光酸化触媒処理装置からなる群から選ばれる少なくとも一つの前処理装置であることを特徴とする、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１】
被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、生物処理槽内に設置された膜分離装置によって活性汚泥処理した水を膜分離処理する工程、および、該膜分離処理後の水を逆浸透膜処理する工程を有してなる水処理方法において、前記膜分離処理後の水の蛍光強度を測定し、蛍光強度の値に基づいて逆浸透膜処理工程の直前に行う前処理の条件を設定することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が、蛍光強度を低下させるための処理であり、かつ、蛍光紫外線処理、砂ろ過処理、過酸化水素処理、塩素処理、および、光酸化触媒処理からなる群から選ばれる少なくとも一つの処理であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
蛍光強度の測定を、励起波長３００〜４００ｎｍ、蛍光波長３８０〜５００ｎｍにて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
励起波長３００〜４００ｎｍに対して、蛍光波長３８０〜５００ｎｍの蛍光強度が５ＱＳＵ以上の場合に前処理を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項５】
前記逆浸透膜処理工程の直前における前処理が塩素処理であり、かつ、塩素処理で使用する薬品が、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガス、さらし粉、クロラミンＢ、クロラミンＴから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項６】
膜分離処理後のろ過水に、遊離塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように塩素を添加することを特徴とする請求項５に記載の水処理方法。
【請求項７】
生物処理槽、該生物処理槽内に浸漬設置されたろ過膜分離装置、および逆浸透膜が設置された水処理装置であって、前記ろ過膜分離装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に、蛍光強度測定装置と前処理装置とが設置されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項８】
前記ろ過膜の後段に膜処理水の蛍光強度測定装置が設置され、かつ、該蛍光強度測定装置の後段であって前記逆浸透膜の前段に前処理装置が設置され、該前処理装置が、紫外線照射装置、砂ろ過処理装置、過酸化水素処理装置、塩素処理装置、および光酸化触媒処理装置からなる群から選ばれる少なくとも一つの前処理装置であることを特徴とする、請求項７に記載の水処理装置。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２４０９０２（Ｐ２００９−２４０９０２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８９９３８（Ｐ２００８−８９９３８）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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