水質改質装置、及び水処理システム、並びに排水の再利用システム
【課題】簡易かつ低コストでもって所望の水質を有する生産水の生成を可能とする。
【解決手段】本発明の水質改質装置は、第１〜第４の膜モジュール２１〜２４が４段に直列接続されている。本実施の形態では、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、第１〜第３の逆浸透膜２１ａ〜２３ａが内蔵され、第４の膜モジュール２４には、ナノろ過膜２４ａが内蔵されている。また、各逆浸透膜２１ａ〜２３ａは、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上に設定されたろ過膜が使用され、ナノろ過膜２４ａは、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％に設定されたろ過膜が使用される。各膜モジュールで膜ろ過分離される濃縮水は次段の膜モジュールに原水として供給され、或いは循環系に回収される。一方、膜ろ過分離された各透過水は混合されて生産水となる。
【解決手段】本発明の水質改質装置は、第１〜第４の膜モジュール２１〜２４が４段に直列接続されている。本実施の形態では、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、第１〜第３の逆浸透膜２１ａ〜２３ａが内蔵され、第４の膜モジュール２４には、ナノろ過膜２４ａが内蔵されている。また、各逆浸透膜２１ａ〜２３ａは、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上に設定されたろ過膜が使用され、ナノろ過膜２４ａは、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％に設定されたろ過膜が使用される。各膜モジュールで膜ろ過分離される濃縮水は次段の膜モジュールに原水として供給され、或いは循環系に回収される。一方、膜ろ過分離された各透過水は混合されて生産水となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水質改質装置、及び水処理システム、並びに排水の再利用システムに関し、より詳しくは原水を膜ろ過分離して所望の水質を有する生産水を得る水質改質装置、及び該水質改質装置を備えた水処理システム、並びに該水質改質装置を使用した排水の再利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜ろ過技術は、膜をろ材として原水を通し、原水中に存在する汚染物質や不純物をろ過して透過水（又はろ過液）と濃縮水とに分離する技術であり、今日、浄水処理や廃水処理の分野で広く利用されている。
【０００３】
この膜ろ過では、半透膜のろ過膜に圧力を負荷することにより、１０μｍ以下の小さいサイズの溶質を分離することができ、膜の種類によって精密ろ過（microfiltlation；以下、「ＭＦ」という。）法、限外ろ過（ultrafiltration；以下、「ＵＦ」という。）法、ナノろ過（nanofiltration；以下、「ＮＦ」という。）法、及び逆浸透（reverse osmosis；以下、「ＲＯ」という。）法等が知られている。
【０００４】
このうち、ＭＦ法は、粒径０．１〜１０μｍ程度の微粒子の除去に適しており、ＵＦ法は高分子物質やタンパク質の除去に適している。また、ＲＯ法は、浸透圧以上の圧力を負荷することにより溶存塩類やＳｉＯ２をも効果的に除去することができ、ほぼ純水の生産水を得ることができる。ＮＦ法は、ＲＯ膜に比べると除去対象物質の粒子サイズが若干大きく、数ｎｍ以下の物質除去に適用される。このＮＦ法は、脱塩処理や軟水化処理、トリハロメタンや農薬の除去、更には海水淡水化の前処理等の用途に使用される。
【０００５】
ところで、飲料水、食品営業用水、各種事業場の製造用水、ボイラ用水、冷却水では、極力高純度の水を使用するのが好ましいことから、原水をＲＯ装置で膜ろ過分離し、高純度の水を生成することが広く行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、図７に示すように、ＵＦ膜１０１ａを備えたＵＦ部１０１とＮＦ膜（ルーズＲＯ膜）１０２ａを備えたＮＦ部１０２と、ＲＯ膜１０３ａを備えたＲＯ部１０３とをこの順序で配した膜分離装置が提案されている。
【０００７】
この特許文献１では、ＵＦ膜１０１ａで限外膜ろ過処理された透過水を塩除去率の比較的低いＮＦ膜１０２ａで膜分離することにより、ＮＦ部１０２から多量の透過水を取得し、この透過水をＲＯ部１０３に供給することにより、ＲＯ部１０３の透過液量を低下させることなく、良質の処理水を得ようとしている。
【０００８】
また、他の背景技術としては、原水の一部をバイパスし、膜ろ過分離された透過水と原水とを混合させて生産水を得るようにした技術も提案されている。
【０００９】
例えば、特許文献２では、図８に示すように、給水経路１１１と、この給水経路１１１に介装されたろ過膜を内蔵したろ過処理部１１２と、このろ過処理部１１２の下流側へ未ろ過水を供給するバイパス経路１１３と、給水経路１１１に設けられたろ過水流量制御バルブ１１４と、前記バイパス経路１１３に設けられた未ろ過水流量制御バルブ１１５と、ろ過水と未ろ過水とが給水される給水タンク１１６と、ろ過水流量制御バルブ１１４及び未ろ過水流量制御バルブ１１５を開閉制御する制御部１１７とを備えたボイラ用給水装置が提案されている。
【００１０】
この特許文献２では、給水タンク１１６に接続されている蒸気ボイラや復水配管（不図示）の腐食が抑制可能な水質となるように、ろ過水流量制御バルブ１１４及び未ろ過水流量制御バルブ１１５を開閉制御している。そして、ろ過処理部１１２を透過した透過水とバイパス経路１１３からの原水とを給水タンク１１６で混合させ、これにより所望水質の水を得ようとしている。尚、この特許文献２では、給水タンク１１６内の水は循環経路１１８を介して循環されると共に、該循環経路１１８には脱気処理部１１９が介装されている。
【００１１】
また、特許文献３では、図９に示すように、給水タンク１２１に接続される給水ライン１２２が第１の給水ライン１２２ａと第２の給水ライン１２２ｂに分岐され、第１の給水ライン１２２ａには水質改質装置１２３が介装されると共に、第２の給水ライン１２２ｂには純水製造装置１２４が介装され、第１の給水ライン１２２ａからの処理水と第２の給水ライン１２２ｂからの純水とが処理水混合手段１２５で混合されて給水タンク１２１に水を貯留するようにした水質改質システムが提案されている。
【００１２】
特許文献３は、水質改質装置１２３がＮＦ膜を備えたろ過処理部１２３ａと溶存気体除去処理部１２３ｂとを有し、純水製造装置１２４がＲＯ膜を備えたＲＯ部１２４ａと溶存気体除去処理部１２４ｂとを有している。そして、水質改質装置１２３のろ過処理部１２３ａで腐食促進成分が除去された第１の透過水を生成し、純水製造装置１２４のＲＯ部１２４ａで純水からなる第２の透過水を生成し、処理水混合手段１２５で第１及び第２の透過水を混合し、配管や熱機器設備等で腐食の抑制が可能な生産水を得るようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特開昭６１−２００８１０号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００６−２３９６４９号公報（図１）
【特許文献３】特開２００５−３１９４２６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１は、原水を、ＮＦ膜１０２ａに透過させた後にＲＯ膜１０３ａに透過させているため、ＲＯ膜１０３ａを透過して得られた生産水は、ほぼ純水であり、電気伝導率が極めて低く、イオン性シリカの含有量も低い。また、原水に溶存する重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）はＲＯ膜１０３ａを殆ど透過しないため、ＲＯ膜１０３ａを透過する二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が相対的に上昇して生産水は酸性となり、ｐＨが低下する。このため生産水に接する配管類や設備装置の耐食性低下を招くおそれがある。特に、冷却塔のように補給水を循環させ、濃縮して使用する場合は、補給水に純水を使用すると配管腐食等が助長され易くなる。したがって、工場用水やボイラー用水、冷却塔等の場合は、補給水に適度の塩分やシリカ成分を含み、弱酸性〜弱アルカリ性の水質を有する水を使用するのが望ましい。
【００１５】
また、特許文献２では、原水の一部をバイパスし、未ろ過水とろ過分離されたろ過水とを混合しているので、生産水中には原水中の塩分やシリカ成分も含まれ、配管や設備装置の耐食性低下を回避することが可能である。
【００１６】
しかしながら、この特許文献２では、長時間の運転によりろ過処理部１１２に内蔵されたろ過膜に微生物や金属スケールが沈着してファウリングが生じるおそれがある。そして、このようなファウリングが生じると、ろ過膜を透過する透過水量が低下するため、バイパス経路１１３の流量調整が困難となり、給水タンク１１６に給水される処理水の水質が不安定となる。
【００１７】
また、特許文献３では、給水ライン１２２を第１の給水ライン１２２ａと第２の給水ライン１２２ｂに分岐し、それぞれのラインに水質改質装置１２３及び純水製造装置１２４を設けているため、システムの煩雑化を招き、設置スペースも大きくなり、システムの大型化を招くという問題点がある。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、簡易かつ低コストでもって所望の水質を有する生産水の生成が可能な水質改質装置、及び該水質改質装置を備えた水処理システム、並びに該水質改質装置を使用した排水の再利用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】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る水質改質装置は、原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＲＯ膜と、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＮＦ膜とを備え、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された透過水と前記ＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、前記ＲＯ膜は、総溶解固形分（Total Dissolved Solids；以下、「ＴＤＳ」と記す。）の除去率が９０％以上、かつ二酸化ケイ素（以下、「ＳｉＯ２」と記す。）の除去率が９０％以上であり、前記ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の水質改質装置は、ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記ＲＯ膜が多段に直列接続され、第（ｎ−１）番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目のＲＯ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ＮＦ膜を有し、前記第ｎ番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水としてＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、第ｍ番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個のＲＯ膜及びｍ個のＮＦ膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成されることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の水質改質装置は、前記ｍが２以上の場合は、ｍ個の前記ＮＦ膜が多段に直列接続され、第（ｍ−１）番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍ番目のＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されることを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明の水質改質装置は、少なくとも一つ以上の前記ＲＯ膜と少なくとも一つ以上の前記ＮＦ膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ＮＦ膜が前記ＲＯ膜の後段に位置するように、前記ＲＯ膜と前記ＮＦ膜とが直列多段に膜配列されていることを特徴としている。
【００２３】
本発明に係る水処理システムは、上述した水質改質装置を備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の水処理システムは、活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有していることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係る排水の再利用システムは、ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記膜ろ過分離装置が、上述した水質改質装置で構成されていることを特徴としている。
【００２６】
さらに、本発明に係る排水の再利用システムは、活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記第２の膜ろ過分離装置が、上述した水質改質装置で構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
上記水質改質装置によれば、原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＲＯ膜と、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＮＦ膜とを備え、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された透過水と前記ＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、前記ＲＯ膜は、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上であり、前記ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％であるので、ＴＤＳ及びＳｉＯ２を適度に含有した生産水を得ることができ、水質が酸性側に過度に変化することもなく配管等の耐久性向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、溶解固形分やＳｉＯ２が適度に生産水中に放出されることから、ろ膜にスケールが付着するのを極力防ぐことができ、ファウリングの発生を予防できる。
【００２９】
また、ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記ＲＯ膜を有し、第（ｎ−１）番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目のＲＯ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ＮＦ膜を有し、前記第ｎ番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水としてＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、第ｍ番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個のＲＯ膜及びｍ個のＮＦ膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成され、さらに前記ｍが２以上の場合は、第（ｍ−１）番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍのＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されるので、上述した作用効果を容易に奏することができる。
【００３０】
さらに、少なくとも一つ以上の前記ＲＯ膜と少なくとも一つ以上の前記ＮＦ膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ＮＦ膜が前記ＲＯ膜の後段に位置するように、前記ＲＯ膜と前記ＮＦ膜とが直列多段に膜配列されているので、前段でのＲＯ膜により膜ろ過分離されたと透過水と後段でのＮＦ膜により膜ろ過分離されたと透過水とを混合することにより、大規模な装置を要することもなく、簡単かつ低コストでは配管や設備装置の腐食するのを回避しつつ、ろ膜へのスケール付着も極力防止することのできる水質改質装置を実現することができる。
【００３１】
また、本発明の水処理システムは、上記水質改質装置を備え、さらに活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有しているので、ろ膜へのスケール付着や配管腐食等を招くのを極力回避するようにした所望純度の水質を有する補給水を簡単かつ低コストで得ることができる。
【００３２】
さらに、本発明の排水の再利用システムは、ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記膜ろ過分離装置が、上記水質改質装置で構成されているので、膜分離活性汚泥法、及び促進酸化処理法と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【００３３】
また、本発明の排水の再利用システムは、活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記第２の膜ろ過分離装置が、上記水質改質装置で構成されているので、標準活性汚泥法、比較的大きなサイズの物質を除去する第１の膜ろ過装置、及び紫外線装置と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００３５】
図１は、本発明に係る水質改質装置を備えた水処理システムの一実施の形態を示す概略構成図である。
【００３６】
すなわち、この水処理システムは、原水中に含有される懸濁物質等を除去する前処理装置群１と、前処理装置群１で前処理された原水の水質を改質する水質改質装置２と、水質改質装置２から出力された補給水を貯留する給水タンク３と、これら前処理装置群１及び水質改質装置２の各構成要素や給水タンク３への給水を制御するシステム制御部（不図示）とを備えている。
【００３７】
前処理装置群１は、原水中の残留塩素や有機物を除去する活性炭ろ過装置４と、イオン交換法等により原水を軟水化する軟水装置５と、原水中の色度成分や臭気成分等を除去する活性炭フィルタ６と、原水中に浮遊する汚染物質を除去するプレフィルタ７とを有し、原水供給ライン８にはこれらの順序で各前処理装置が配設されている。
【００３８】
そして、活性炭ろ過装置４と軟水装置５との間には第１の硬度監視装置９が介装され、軟水装置５に供給される原水硬度が監視される。また、軟水装置５と活性炭フィルタ６との間には第２の硬度監視装置１０が介装され、軟水装置５で軟水化された原水の硬度が監視される。そして、第１の硬度監視装置９及び第２の硬度監視装置１０の監視結果により所定の軟水化がされていないと判断されたときは、軟水装置５は、該軟水装置５に内蔵された陽イオン交換樹脂の交換能力が飽和したと判断し、所定の再生処理を行う。
【００３９】
また、プレフィルタ７の下流側には残留塩素監視装置１１が設けられ、これにより水質改質装置２に供給される原水の塩素濃度が監視される。
【００４０】
そして、水質改質装置２は、原水を濃縮水と透過水とに膜ろ過分離する複数の膜モジュールを備えた膜モジュール群（膜ろ過処理部）１２を有し、また原水を膜モジュール群１２に供給する給水弁１３と、膜モジュール群１２に内蔵されたろ過膜に圧力を負荷する加圧ポンプ１４とが原水供給ライン８上に配設されている。
【００４１】
また、膜モジュール群１２の濃縮水出口には循環ライン１５が接続されている。該循環ライン１５の経路中には排水弁１６が設けられると共に、該循環ライン１５の先端は給水弁１３と加圧ポンプ１４の間の原水供給ライン８に接続されている。そして、濃縮水の一部は排水弁１６を介して外部に排水されると共に、残りの濃縮水は循環ライン（循環系）１５を介して原水供給ライン８に回収される。また、膜モジュール群１２は、後述するようにろ過膜を透過した透過水が混合されて生産水を生成するように構成されている。そして、生産水出口には補給ライン１７が接続されると共に、該補給ライン１７には補給弁１８及び流量計１９が介装され、かつ補給ライン１７の先端は給水タンク３に接続されている。
【００４２】
また、給水タンク３には圧力検知式の水位センサ２０が挿入されており、給水タンク３の水頭圧を検知し、その検知信号をシステム制御部（不図示）に送信する。そして、給水タンク３の水位が所定の低レベルまで低下すると、補給弁１８が開弁して給水タンク３に生産水を給水し、給水タンク３の水位が所定の高レベルに達すると、補給弁１８は閉弁して生産水の給水タンク３への補給を停止するように、給水タンク３の水位は前記システム制御部により制御される。
【００４３】
膜モジュール群１２は、４個の膜モジュール（第１〜第４の膜モジュール２１〜２４）が４段に直列接続されている。本実施の形態では、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、スパイラル状に巻回された第１〜第３のＲＯ膜エレメント（以下、単に「ＲＯ膜」という。）が内蔵され、第４の膜モジュール２４には、スパイラル状に巻回されたＮＦ膜エレメント（以下、「ＮＦ膜」という。）が内蔵されている。
【００４４】
そして、第１〜第３のＲＯ膜は、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上に設定されたろ過膜が使用され、ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％に設定されたろ過膜が使用される。
【００４５】
次に、ＲＯ膜及びＮＦ膜の溶質除去原理を説明する。
【００４６】
ＲＯ膜及びＮＦ膜は、例えば、末端にカルボニル基を有するポリアミド等の高分子素材で形成された多孔質膜からなり、膜表面は、液中で末端のカルボニル基が解離することにより、負電荷に帯電可能とされている。
【００４７】
そして、ＲＯ膜は、細孔径が高分子間の隙間レベル程度の極めて小さな径に形成されており、負電荷に帯電している膜表面の電気的反発力と分子ふるい効果により、数ｎｍ〜０．１ｎｍ程度の大きさの溶質分子を除去することができる。すなわち、ＲＯ膜は、原水の供給される一次側から加圧ポンプ１４により浸透圧以上の圧力が負荷されると、原水中を電気泳動している溶質分子のうち、分子ふるい効果により、分子サイズの小さな溶質分子は細孔を透過し、分子サイズの大きな溶質分子は細孔の透過が阻止される。また、分子サイズが小さくても負に帯電している溶質イオンは電気的反発力を受けて細孔の透過が阻止される。
【００４８】
このようにＲＯ膜では、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率は、その仕様によって若干の差異はあるものの、溶存塩類やＳｉＯ２をほぼ除去することができ、高純度の透過水を得ることができる。
【００４９】
一方、ＮＦ膜は、細孔径についてはＲＯ膜よりも大きいが、膜表面で負に帯電している電荷の密度（負電荷密度）はＲＯ膜よりも大きく、主として電気的反発力により不純な溶質分子を除去することができる。すなわち、ＮＦ膜は、細孔径がＲＯ膜よりも大きいため、ＲＯ膜では透過を阻止できる小さなサイズの溶質分子はＮＦ膜では透過してしまうおそれがある。
【００５０】
しかしながら、ＮＦ膜は膜表面の負電荷密度がＲＯ膜よりも大きいため、電気的反発力もＲＯ膜よりも大きい。すなわち、ＮＦ膜は、電気的反発力による選択除去膜としての性質を有し、Ｃａ2+やＮａ＋等の陽イオンや中性のＳｉＯ２は膜を透過し易いが、Ｃｌ−やＳＯ４2-等の負イオンは電気的反発力により膜の透過を効果的に阻止することができる。また、ＮＦ膜は、ＲＯ膜に比べて細孔径も大きいため、ＲＯ膜では透過が困難な重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）等の負イオンであっても分子サイズが小さい場合は、電気的反発力を受けることなく膜を透過する可能性がある。
【００５１】
このようにＮＦ膜では、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率はＲＯ膜に比べると低く、溶存塩類やＳｉＯ２等の不純な溶質分子を或る程度透過する。尚、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率は、ＮＦ膜の仕様によって異なる。
【００５２】
ところで、高純度の生産水を高効率で得るためには、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを多段に直列接続し、ＲＯ膜を透過した透過水を混合させることにより可能である。例えば、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを４段に直列接続した場合、ＴＤＳは５０ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ２は５ｍｇ／Ｌ未満に低下した高純度の生産水を得ることができる。
【００５３】
しかしながら、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、生産水の純度が過度に高くなると、電気伝導度が例えば５００μＳ／ｍ以下に低下し、さらにＲＯ膜はＨＣＯ３−を殆ど透過しないため、ｐＨも６以下に低下し、このため生産水と接する配管や設備装置の腐食を促進して耐久性低下を招くおそれがある。さらに、ＲＯ膜を透過しなかった濃縮水は、循環使用されるため、長時間運転によりＲＯ膜に金属スケール、有機物、或いは微生物等が付着してファウリングが生じやすく、透過水量の低下を招くおそれがある。
【００５４】
したがって、前記配管や設備装置の耐久性低下を防ぎ、またろ過膜へのスケール等の付着を回避してファウリングを予防するためには、ＨＣＯ３−を或る程度透過させてｐＨが低下するのを防止する必要があり、さらには溶存塩類やＳｉＯ２を生産水中に或る程度放出させてイオンコントロールし、ろ過膜へのスケール等の付着を防止する必要がある。そしてそのためには、生産水中のＴＤＳを５０〜３００ｍｇ／Ｌ程度、ＳｉＯ２を５〜３０ｍｇ／Ｌ程度に制御するのが望まれる。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、膜モジュール群１２のうち、最後段である第４の膜モジュール２４にＮＦ膜を内蔵している。そして、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３ではＲＯ膜で膜ろ過分離処理を行い、第４の膜モジュール２４ではＮＦ膜で膜ろ過分離処理を行い、ＲＯ膜で膜ろ過分離された各透過水とＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合することにより、適度な純度の生産水を得ている。
【００５６】
このような膜モジュール群１２に使用されるＲＯ膜及びＮＦ膜の溶質除去率は、原水の水質や膜モジュール群１２の膜配列の構成によって異なるため、一義的には決定できないが、ＲＯ膜としては、上述したようにＴＤＳ及びＳｉＯ２の除去率が９０％以上のもの、例えば東レ社製ＴＭＬを使用することができ、ＮＦ膜としては、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、ＳｉＯ２の除去率が１〜１０％のもの、例えば東レ社製ＴＭＮを使用することができる。
【００５７】
図２は膜モジュール群１２の膜ろ過分離処理を模式的に示した図である。
【００５８】
上述したように第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、ＴＤＳの除去率η１及びＳｉＯ２の除去率η２がいずれも９０％以上の第１〜第３のＲＯ膜２１ａ〜２３ａが内蔵され、第４の膜モジュール２４には、ＴＤＳの除去率φ１が４０〜６０％、ＳｉＯ２の除去率φ２が１〜１０％のＮＦ膜２４ａが内蔵されている。
【００５９】
ＴＤＳ量Ｘ、及びＳｉＯ２量Ｙを含有した原水１００重量部が第１の膜モジュール２１に供給されると、原水１００重量部に対しＡ１重量部が第１の透過水となり、残りのＡ１′（＝１００−Ａ１）重量部が第１の濃縮水となる。ＴＤＳの除去率がη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第１の透過水中のＴＤＳ量Ｘ１は{Ｘ・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ１は{Ｙ・(1−η２)／１００}となる。
【００６０】
一方、第１の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ１′及びＳｉＯ２量Ｙ１′は、原水、第１の透過水、第１の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ・η１／Ａ１′、及びＹ・η２／Ａ１′となる。
【００６１】
次に、第１の濃縮水が、第２の膜モジュール２２に原水として供給される。そして、第１の濃縮水Ａ１′重量部に対し、Ａ２重量部が第２の透過水となり、残りのＡ２′（＝Ａ１′−Ａ２）重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第２の膜モジュール２２では回収率Ｂ２は１００Ａ２／Ａ１′となる。ＴＤＳの除去率はη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第２の透過水中のＴＤＳ量Ｘ２は{Ｘ１′・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ２は{Ｙ１′・(1−η２)／１００}となる。
【００６２】
一方、第２の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ２′、及びＳｉＯ２量Ｙ２′は、第１の濃縮水、第２の透過水、第２の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ１′・η１・Ａ１′／１００Ａ２′、及びＹ１′・η２・Ａ１′／１００Ａ２′となる。
【００６３】
次に、第２の濃縮水が、第３の膜モジュール２３に原水として供給され、第２の濃縮水Ａ２′重量部に対し、Ａ３重量部が第２の透過水となり、残りのＡ３′（＝Ａ２′−Ａ３）重量部が第３の濃縮水となる。したがって、第３の膜モジュール２３では回収率Ｂ３は１００Ａ３／Ａ２′となる。ＴＤＳの除去率はη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第３の透過水中のＴＤＳ量Ｘ３は{Ｘ２′・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ３は{Ｙ２′・(1−η２)／１００}となる。
【００６４】
一方、第３の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ３′、及びＳｉＯ２量Ｙ３′は、第２の濃縮水、第３の透過水、第３の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ２′・η１・Ａ２′／１００Ａ３′、及びＹ２′・η２・Ａ２′／１００Ａ３′となる。
【００６５】
次に、第３の濃縮水が、ＮＦ膜２４ａが内蔵された第４の膜モジュール２４に原水として供給される。そして、第３の濃縮水Ａ３′重量部に対し、Ａ４重量部が第２の透過水となり、残りのＡ４′（＝Ａ３′−Ａ４）重量部が第４の濃縮水となる。したがって、第４の膜モジュール２４では回収率Ｂ４は１００Ａ４／Ａ３′となる。ＴＤＳの除去率はφ１、ＳｉＯ２の除去率はφ２であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量Ｘ４は{Ｘ３′・(1−φ1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ４は{Ｙ３′・(1−φ２)／１００}となる。
【００６６】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ４′、及びＳｉＯ２量Ｙ４′は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ３′・φ１・Ａ３′／１００Ａ４′、及びＹ３′・φ２・Ａ３′／１００Ａ４′となる。
【００６７】
そして、第１〜第４の透過水が混合されて生産水となる。生産水の回収率Ｂ５は{Ｂ１＋Ａ１′・Ａ２／１００＋Ａ２′・Ａ３／１００＋Ａ３′・Ａ４／１００}となる。
【００６８】
また、生産水のＴＤＳ量Ｘ５は{（Ｂ１・Ｘ１＋Ｂ２・Ｘ２＋Ｂ３・Ｘ３＋Ｂ４・Ｘ４）／１００}となり、ＳｉＯ２量Ｙ５は{（Ｂ１・Ｙ１＋Ｂ２・Ｙ２＋Ｂ３・Ｙ３＋Ｂ４・Ｙ４）／１００}となる。
【００６９】
このように上記水質改質装置２を備えた水処理システムでは、前処理装置群１で前処理された原水は、原水供給ライン８を介して第１の膜モジュール２１の一次側に供給される。そして、第１のＲＯ膜２１ａによって膜ろ過分離され、第１のＲＯ膜２１ａを透過した第１の透過水は二次側から出力される。一方、第１のＲＯ膜２１ａを透過しなかった第１の濃縮水は、第２の膜モジュール２２の一次側に原水として供給される。そして、第２のＲＯ膜２２ａによって膜ろ過分離され、第２のＲＯ膜２２ａを透過した第２の透過水は二次側から出力される。また、第２のＲＯ膜２２ａを透過しなかった第２の濃縮水は第３の膜モジュール２３の一次側に原水として供給される。そして、第３のＲＯ膜２３ａによって膜ろ過分離され、第３のＲＯ膜２３ａを透過した第３の透過水は二次側から出力される。
【００７０】
一方、第３のＲＯ膜２３ａを透過しなかった第３の濃縮水は、第４の膜モジュール２４の一次側に原水として供給される。そして、ＮＦ膜２４ａによって膜ろ過分離され、ＮＦ膜２４ａを透過しなかった第４の濃縮水は、循環ライン１５に出力される一方、ＮＦ膜２４ａを透過した第４の透過水は二次側から出力される。
【００７１】
そして、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３及び第４の膜モジュール２４から出力された各透過水は混合されて生産水となり給水ライン１７を経て給水タンク１３に供給される。
【００７２】
このように本実施の形態では水質改質装置２の膜モジュール群１２は、第１〜第３のＲＯ膜２１ａ〜２３ｂを内蔵した第１〜第３の膜モジュール２１〜２３の後段にＮＦ膜２４を内蔵した第４の膜モジュール２４が直列接続されているので、第４の膜モジュール２４によって生産水中のＴＤＳやＳｉＯ２の含有量を増量させることができ、これにより電気伝導度が過度に低くなることもなく、生産水の純度が必要以上に高くなるのを回避することができる。また、生産水中には或る程度のＨＣＯ３−も溶存することからｐＨが低下するのを回避することもできる。そして、これにより生産水に接する配管や設備装置の耐久性向上を図ることができる。また、生産中には適度なＳｉＯ２やＣａ成分も含むことから、膜へのスケール付着を予防することができ、ファウリングの発生を極力抑制することが可能となる。
【００７３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、最初の３段をＲＯ膜を内蔵した膜モジュールで構成し、最後段にＮＦ膜を内蔵した膜モジュールを配しているが、ＮＦ膜がＲＯ膜の後段に位置するように、ＲＯ膜とＮＦ膜とが直列多段に膜配列されていればよく、原水の水質等に応じ要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを２段構成とし、ＮＦ膜を内蔵した膜モジュールを２段構成としてもよい。また、上記の実施の形態では、膜モジュールを４段に直列接続しているが、ＲＯ膜の後段にＮＦ膜が配されていればよく、膜モジュールの個数も限定されるものではない。
【００７４】
また、上記水処理システムでは、前処理装置として活性炭ろ過装置、軟水装置を使用しているが、除鉄除マンガンろ過装置や砂ろ過装置を前処理装置として使用しても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００７５】
次に、本発明の水質改質装置を排水の再利用システムに使用した場合について説明する。
【００７６】
図３は、排水の再利用システムの第１の実施の形態を示すシステム構成図であって、本第１の実施の形態では、膜分離活性汚泥法で排水中の汚濁物質を除去してろ過液を生成し、促進酸化処理法によりこのろ過液を酸化分解して前記ろ過液中の有機物を除去し、これにより原水を生成し、この原水を水質改質装置で膜ろ過分離し、ボイラ、冷却塔や工場用水等に使用可能な生産水を得ている。
【００７７】
すなわち、この第１の実施の形態では、塩分の高い工場排水が流量調整槽２５に供給される。流量調整槽２５には散気板２６が配されており、さらに該散気管２６はブロワ２７に接続されている。そして、ブロワ２７により散気された工場排水は、水中ポンプ２８により吸引されて膜分離反応槽（Membrane bioreactor；以下、「ＭＢＲ装置」という。）２９に供給される。このＭＢＲ装置２９は高油分対応型とされ、内部にＭＦ膜３２及び散気板３０が配されると共に、該散気管３０はブロワ３１に接続されている。流量調整槽２５からの工場排水がＭＢＲ装置２９に供給されると、ＭＦ膜３２は工場排水中に浸漬された状態となる。そして、ＭＦ膜３２は、吸引ポンプ３３により原液である工場排水を活性汚泥とろ過液に固液分離し、固液分離されたろ過液はＭＢＲ処理槽３４に供給される。
【００７８】
次いで、ろ過液は送水ポンプ３５により紫外線装置３６に供給される。具体的には、送水ポンプ３５と紫外線装置３６との間には過酸化水素等の酸化剤が貯留された酸化剤添加装置３７が介装されており、ろ過液は酸化剤が添加されて紫外線装置３６に供給される。
【００７９】
紫外線装置３６には紫外線ランプ３８が配されており、酸化剤の添加されたろ過液は、紫外線ランプ３８からの紫外線が照射されると、強力な酸化力を有するヒドロキシラジカル（ＨＯ・）を生成する。そしてろ過液に含まれる有機物はこのヒドロキシラジカルによって酸化分解し、これにより膜ろ過用原水が生成される。また、紫外線装置３６の下流側には重亜硫酸ソーダ等の還元剤が貯留された還元剤添加装置３９が配されている。そして、原水には還元剤が添加され、ＦＩ（ファウリング・インデックス）値が約１に調整されて水質改質装置２に供給される。そして、水質改質装置２では、上述した膜ろ過分離処理が行われ、所定純度の生産水が生成される。そして、この生産水がボイラ、冷却塔、工場用水等、所定の用途に供されることとなる。
【００８０】
このように本第１の実施の形態では、膜分離活性汚泥法、及び促進酸化処理法と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【００８１】
図４は、排水の再利用システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図であって、本第２の実施の形態では、活性汚泥を使用して工場排水中の有機物を生物分解し、その後活性汚泥を沈降分離し、上澄液を処理水として第１の膜ろ過分離処理を施し、紫外線装置で酸化分解して汚濁物を除去し、その後、水質改質装置で第２の膜ろ過処理し、所望の生産水を得ている。
【００８２】
すなわち、この第２の実施の形態では、塩分の高い工場排水が、上記第１の適用例と同様、流量調整槽２５に供給される。そして、ブロワ２７により散気されている流量調整槽２５内の工場排水は、水中ポンプ２８により吸引されて曝気槽４１に供給される。曝気槽４１ではブロワ４２からの空気を散気板４３に吹き込み、酸素を供給し続けて撹拌する。これにより工場排水に含まれる有機物は好気性微生物の作用によって分解し、活性汚泥が生成される。次いで、曝気槽４１に連設された沈殿槽４４では、活性汚泥を沈降分離して該活性汚泥を沈殿させる。そして、沈殿槽４４の下流側には次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌剤が貯留された殺菌剤添加装置４５が配されており、沈殿槽４４で沈降分離された上澄液には、殺菌剤が添加され受水槽４６に貯留される。次いで、受水槽４６中の前記上澄液をＵＦ膜装置４８に供給する、該ＵＦ膜装置４８は、例えば中空糸型のＵＦ膜が内蔵され、加圧ポンプ４７で所定の圧力を負荷することにより上澄液中の２〜２００ｎｍ程度の汚濁物質が除去される。そしてその後は、第１の実施の形態と同様、紫外線装置３６及び水質改質装置２を経て生産水が生成され、この生産水がボイラ、冷却塔、工場用水等、所定の用途に供される。
【００８３】
このように本第２の実施の形態では、標準活性汚泥法、ＵＦ装置、及び紫外線装置と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の水質改質装置の実施例を具体的に説明する。
【００８５】
図５は、ＴＤＳ；２０００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２；６０ｍｇ／Ｌを含有した原水を膜ろ過分離した場合のシミュレーション結果を示したフローシートであって、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３にはＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％のＲＯ膜２１ａ〜２３ａがそれぞれ内蔵され、第４の膜モジュール２４にはＴＤＳの除去率φ１が５５％、ＳｉＯ２の除去率φ２が５％のＮＦ膜２４ａが内蔵されている。
【００８６】
この実施例では、原水が第１の膜モジュール２１の一次側に供給されると、原水１００重量部に対し、１５重量部が第１の透過水となり、残りの８５重量部が第１の濃縮水となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第１の透過水中のＴＤＳ量は６０（＝２０００×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．０（＝６０×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００８７】
一方、第１の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、原水、第１の透過水、第１の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２２８２（＝２０００×０．９７／０．８５）ｍｇ／Ｌ、及び６７（＝６０×０．９５／０．８５）となる。
【００８８】
次に、第１の濃縮水は第２のＲＯ膜２２ａに原水として供給され、第１の濃縮水８５重量部に対し、１５重量部が第２の透過水となり、残りの７０重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第２のＲＯ膜２２ａでは回収率は１８％（＝１５／８５）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第２の透過水中のＴＤＳ量は６８（＝２２８２×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．４（＝６７×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００８９】
一方、第２の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第１の濃縮水、第２の透過水、第２の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２６８８（＝０．８５×２２８２×０．９７／０．７０）ｍｇ／Ｌ、及び７７（＝０．８５×６７×０．９５／０．７０）となる。
【００９０】
次に、第２の濃縮水は第３のＲＯ膜２３ａに供給され、第２の濃縮水７０重量部に対し、１０重量部が第２の透過水となり、残りの６０重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第３のＲＯ膜２３ａでは回収率は１４％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第３の透過水中のＴＤＳ量は８１（＝２６８８×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．９（＝７７×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９１】
一方、第３の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第２の濃縮水、第３の透過水、第３の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ３０４２（＝０．７０×２６８８×０．９７／０．６０）ｍｇ／Ｌ、及び８６（＝０．７０×７７×０．９５／０．６０）となる。
【００９２】
次に、第３の濃縮水はＮＦ膜２４ａに供給され、第３の濃縮水６０重量部に対し、１０重量部が第４の透過水となり、残りの５０重量部が第４の濃縮水となる。したがって、ＮＦ膜２４ａでは回収率は１７％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率φ１が５５％、ＳｉＯ２の除去率φ２が５％であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量は１３６９（＝３０４２×０．４５）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は８２（＝８６×０．９５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９３】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２００８（＝０．６０×３０４８×０．５５／０．５０）ｍｇ／Ｌ、及び５（＝０．６０×８６×０．０５／０．５０）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９４】
そして、第１〜第４の透過水が合流されて生産水となる。この生産水は原水１００重量部に対して５０重量部（＝１５＋１５＋１０＋１０）となり、回収率は５０％（＝１５＋１５×８５／１００＋１４×７０／１００＋１７×６０／１００）となる。
【００９５】
そして、生産水のＴＤＳ量は２６５（＝０．１５×６０＋０．１８×６８＋０．１４×８１＋０．１７×１３６９）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は１５．６（＝０．１５×３．０＋０．１８×３．４＋０．１４×３．９＋０．１７×８２）ｍｇ／Ｌとなった。
【００９６】
次に、比較例として、各膜モジュールが全てＲＯ膜を内蔵している場合のシミュレーションを行った。
【００９７】
図６は、比較例のシミュレーション結果を示すフローシートである。
【００９８】
この比較例では、第３の濃縮水が得られるまでは、図５の実施例と同様である。
【００９９】
そして、第３の濃縮水がＲＯ膜２４ａ′を内蔵した第４の膜モジュール２４′に原水として供給され、第３の濃縮水６０重量部に対し、１０重量部が第４の透過水となり、残りの５０重量部が第４の濃縮水となり、回収率は、上記実施例と同様、１７％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量は９１（＝３０４２×０．０５）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は４．３（＝８６×０．０３）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１００】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ３５４０（＝０．６０×３０４２×０．９７／０．５０）ｍｇ／Ｌ、及び１０８（＝０．６０×８６×０．９５／０．５０）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１０１】
そして、第１〜第４の透過水が混合されて生産水となる。この生産水は原水１００重量部に対して５０重量部（＝１５+１５+１０+１０）となり、回収率は５０％（＝１５＋１５×８５／１００＋１４×７０／１００＋１７×６０／１００）となる。
【０１０２】
また、生産水のＴＤＳ量は４７（＝０．１５×６０＋０．１８×６８＋０．１４×８１＋０．１７×９１）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は２．３（＝０．１５×３．０＋０．１８×３．４＋０．１４×３．９＋０．１７×４．３）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１０３】
この実施例と比較例との対比から明らかなように、比較例では、全てＲＯ膜による膜ろ過分離を行っているので、ＴＤＳやＳｉＯ２が殆ど除外され、極めて純度の高い生産水が得られることが分かる。
【０１０４】
これに対し実施例では、最終段でＮＦ膜による膜ろ過分離を行っているので、生産水には適度なＴＤＳとＳｉＯ２を含み、その結果、配管や設備装置の耐久性向上に好都合でファウリングの発生抑制に好都合な適度な純度の生産水を得ることが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る水質改質装置を備えた水処理システムの一実施の形態（を示す概略構成図である。
【図２】上記水質改質装置のフローを模式的に示した図である。
【図３】本発明に係る排水の再利用システムの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図４】本発明に係る排水の再利用システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図５】実施例のシミュレーション結果を示したフローシートである。
【図６】比較例のシミュレーション結果を示したフローシートである。
【図７】特許文献１に示された膜分離装置の模式図である。
【図８】特許文献２に示されたボイラ給水装置の概略図である。
【図９】特許文献３に示された水質改質システムの概略図である。
【符号の説明】
【０１０６】
２ 水質改質装置
４ 活性炭ろ過装置
５ 軟水装置
１２ 膜モジュール（膜ろ過処理部）
１５ 循環ライン（循環系）
２１ａ〜２３ａ ＲＯ膜（逆浸透膜）
２４ａ ＮＦ膜（ナノろ過膜）
２９ ＭＢＲ装置（膜分離反応槽）
３６ 紫外線装置
４１ 曝気槽
４８ ＵＦ膜装置（第１の膜ろ過装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は水質改質装置、及び水処理システム、並びに排水の再利用システムに関し、より詳しくは原水を膜ろ過分離して所望の水質を有する生産水を得る水質改質装置、及び該水質改質装置を備えた水処理システム、並びに該水質改質装置を使用した排水の再利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜ろ過技術は、膜をろ材として原水を通し、原水中に存在する汚染物質や不純物をろ過して透過水（又はろ過液）と濃縮水とに分離する技術であり、今日、浄水処理や廃水処理の分野で広く利用されている。
【０００３】
この膜ろ過では、半透膜のろ過膜に圧力を負荷することにより、１０μｍ以下の小さいサイズの溶質を分離することができ、膜の種類によって精密ろ過（microfiltlation；以下、「ＭＦ」という。）法、限外ろ過（ultrafiltration；以下、「ＵＦ」という。）法、ナノろ過（nanofiltration；以下、「ＮＦ」という。）法、及び逆浸透（reverse osmosis；以下、「ＲＯ」という。）法等が知られている。
【０００４】
このうち、ＭＦ法は、粒径０．１〜１０μｍ程度の微粒子の除去に適しており、ＵＦ法は高分子物質やタンパク質の除去に適している。また、ＲＯ法は、浸透圧以上の圧力を負荷することにより溶存塩類やＳｉＯ２をも効果的に除去することができ、ほぼ純水の生産水を得ることができる。ＮＦ法は、ＲＯ膜に比べると除去対象物質の粒子サイズが若干大きく、数ｎｍ以下の物質除去に適用される。このＮＦ法は、脱塩処理や軟水化処理、トリハロメタンや農薬の除去、更には海水淡水化の前処理等の用途に使用される。
【０００５】
ところで、飲料水、食品営業用水、各種事業場の製造用水、ボイラ用水、冷却水では、極力高純度の水を使用するのが好ましいことから、原水をＲＯ装置で膜ろ過分離し、高純度の水を生成することが広く行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、図７に示すように、ＵＦ膜１０１ａを備えたＵＦ部１０１とＮＦ膜（ルーズＲＯ膜）１０２ａを備えたＮＦ部１０２と、ＲＯ膜１０３ａを備えたＲＯ部１０３とをこの順序で配した膜分離装置が提案されている。
【０００７】
この特許文献１では、ＵＦ膜１０１ａで限外膜ろ過処理された透過水を塩除去率の比較的低いＮＦ膜１０２ａで膜分離することにより、ＮＦ部１０２から多量の透過水を取得し、この透過水をＲＯ部１０３に供給することにより、ＲＯ部１０３の透過液量を低下させることなく、良質の処理水を得ようとしている。
【０００８】
また、他の背景技術としては、原水の一部をバイパスし、膜ろ過分離された透過水と原水とを混合させて生産水を得るようにした技術も提案されている。
【０００９】
例えば、特許文献２では、図８に示すように、給水経路１１１と、この給水経路１１１に介装されたろ過膜を内蔵したろ過処理部１１２と、このろ過処理部１１２の下流側へ未ろ過水を供給するバイパス経路１１３と、給水経路１１１に設けられたろ過水流量制御バルブ１１４と、前記バイパス経路１１３に設けられた未ろ過水流量制御バルブ１１５と、ろ過水と未ろ過水とが給水される給水タンク１１６と、ろ過水流量制御バルブ１１４及び未ろ過水流量制御バルブ１１５を開閉制御する制御部１１７とを備えたボイラ用給水装置が提案されている。
【００１０】
この特許文献２では、給水タンク１１６に接続されている蒸気ボイラや復水配管（不図示）の腐食が抑制可能な水質となるように、ろ過水流量制御バルブ１１４及び未ろ過水流量制御バルブ１１５を開閉制御している。そして、ろ過処理部１１２を透過した透過水とバイパス経路１１３からの原水とを給水タンク１１６で混合させ、これにより所望水質の水を得ようとしている。尚、この特許文献２では、給水タンク１１６内の水は循環経路１１８を介して循環されると共に、該循環経路１１８には脱気処理部１１９が介装されている。
【００１１】
また、特許文献３では、図９に示すように、給水タンク１２１に接続される給水ライン１２２が第１の給水ライン１２２ａと第２の給水ライン１２２ｂに分岐され、第１の給水ライン１２２ａには水質改質装置１２３が介装されると共に、第２の給水ライン１２２ｂには純水製造装置１２４が介装され、第１の給水ライン１２２ａからの処理水と第２の給水ライン１２２ｂからの純水とが処理水混合手段１２５で混合されて給水タンク１２１に水を貯留するようにした水質改質システムが提案されている。
【００１２】
特許文献３は、水質改質装置１２３がＮＦ膜を備えたろ過処理部１２３ａと溶存気体除去処理部１２３ｂとを有し、純水製造装置１２４がＲＯ膜を備えたＲＯ部１２４ａと溶存気体除去処理部１２４ｂとを有している。そして、水質改質装置１２３のろ過処理部１２３ａで腐食促進成分が除去された第１の透過水を生成し、純水製造装置１２４のＲＯ部１２４ａで純水からなる第２の透過水を生成し、処理水混合手段１２５で第１及び第２の透過水を混合し、配管や熱機器設備等で腐食の抑制が可能な生産水を得るようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特開昭６１−２００８１０号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００６−２３９６４９号公報（図１）
【特許文献３】特開２００５−３１９４２６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１は、原水を、ＮＦ膜１０２ａに透過させた後にＲＯ膜１０３ａに透過させているため、ＲＯ膜１０３ａを透過して得られた生産水は、ほぼ純水であり、電気伝導率が極めて低く、イオン性シリカの含有量も低い。また、原水に溶存する重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）はＲＯ膜１０３ａを殆ど透過しないため、ＲＯ膜１０３ａを透過する二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が相対的に上昇して生産水は酸性となり、ｐＨが低下する。このため生産水に接する配管類や設備装置の耐食性低下を招くおそれがある。特に、冷却塔のように補給水を循環させ、濃縮して使用する場合は、補給水に純水を使用すると配管腐食等が助長され易くなる。したがって、工場用水やボイラー用水、冷却塔等の場合は、補給水に適度の塩分やシリカ成分を含み、弱酸性〜弱アルカリ性の水質を有する水を使用するのが望ましい。
【００１５】
また、特許文献２では、原水の一部をバイパスし、未ろ過水とろ過分離されたろ過水とを混合しているので、生産水中には原水中の塩分やシリカ成分も含まれ、配管や設備装置の耐食性低下を回避することが可能である。
【００１６】
しかしながら、この特許文献２では、長時間の運転によりろ過処理部１１２に内蔵されたろ過膜に微生物や金属スケールが沈着してファウリングが生じるおそれがある。そして、このようなファウリングが生じると、ろ過膜を透過する透過水量が低下するため、バイパス経路１１３の流量調整が困難となり、給水タンク１１６に給水される処理水の水質が不安定となる。
【００１７】
また、特許文献３では、給水ライン１２２を第１の給水ライン１２２ａと第２の給水ライン１２２ｂに分岐し、それぞれのラインに水質改質装置１２３及び純水製造装置１２４を設けているため、システムの煩雑化を招き、設置スペースも大きくなり、システムの大型化を招くという問題点がある。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、簡易かつ低コストでもって所望の水質を有する生産水の生成が可能な水質改質装置、及び該水質改質装置を備えた水処理システム、並びに該水質改質装置を使用した排水の再利用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】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る水質改質装置は、原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＲＯ膜と、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＮＦ膜とを備え、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された透過水と前記ＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、前記ＲＯ膜は、総溶解固形分（Total Dissolved Solids；以下、「ＴＤＳ」と記す。）の除去率が９０％以上、かつ二酸化ケイ素（以下、「ＳｉＯ２」と記す。）の除去率が９０％以上であり、前記ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の水質改質装置は、ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記ＲＯ膜が多段に直列接続され、第（ｎ−１）番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目のＲＯ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ＮＦ膜を有し、前記第ｎ番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水としてＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、第ｍ番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個のＲＯ膜及びｍ個のＮＦ膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成されることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の水質改質装置は、前記ｍが２以上の場合は、ｍ個の前記ＮＦ膜が多段に直列接続され、第（ｍ−１）番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍ番目のＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されることを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明の水質改質装置は、少なくとも一つ以上の前記ＲＯ膜と少なくとも一つ以上の前記ＮＦ膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ＮＦ膜が前記ＲＯ膜の後段に位置するように、前記ＲＯ膜と前記ＮＦ膜とが直列多段に膜配列されていることを特徴としている。
【００２３】
本発明に係る水処理システムは、上述した水質改質装置を備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の水処理システムは、活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有していることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係る排水の再利用システムは、ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記膜ろ過分離装置が、上述した水質改質装置で構成されていることを特徴としている。
【００２６】
さらに、本発明に係る排水の再利用システムは、活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記第２の膜ろ過分離装置が、上述した水質改質装置で構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
上記水質改質装置によれば、原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＲＯ膜と、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するＮＦ膜とを備え、前記ＲＯ膜で膜ろ過分離された透過水と前記ＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、前記ＲＯ膜は、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上であり、前記ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％であるので、ＴＤＳ及びＳｉＯ２を適度に含有した生産水を得ることができ、水質が酸性側に過度に変化することもなく配管等の耐久性向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、溶解固形分やＳｉＯ２が適度に生産水中に放出されることから、ろ膜にスケールが付着するのを極力防ぐことができ、ファウリングの発生を予防できる。
【００２９】
また、ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記ＲＯ膜を有し、第（ｎ−１）番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目のＲＯ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ＮＦ膜を有し、前記第ｎ番目のＲＯ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水としてＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、第ｍ番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個のＲＯ膜及びｍ個のＮＦ膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成され、さらに前記ｍが２以上の場合は、第（ｍ−１）番目のＮＦ膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍのＮＦ膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されるので、上述した作用効果を容易に奏することができる。
【００３０】
さらに、少なくとも一つ以上の前記ＲＯ膜と少なくとも一つ以上の前記ＮＦ膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ＮＦ膜が前記ＲＯ膜の後段に位置するように、前記ＲＯ膜と前記ＮＦ膜とが直列多段に膜配列されているので、前段でのＲＯ膜により膜ろ過分離されたと透過水と後段でのＮＦ膜により膜ろ過分離されたと透過水とを混合することにより、大規模な装置を要することもなく、簡単かつ低コストでは配管や設備装置の腐食するのを回避しつつ、ろ膜へのスケール付着も極力防止することのできる水質改質装置を実現することができる。
【００３１】
また、本発明の水処理システムは、上記水質改質装置を備え、さらに活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有しているので、ろ膜へのスケール付着や配管腐食等を招くのを極力回避するようにした所望純度の水質を有する補給水を簡単かつ低コストで得ることができる。
【００３２】
さらに、本発明の排水の再利用システムは、ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記膜ろ過分離装置が、上記水質改質装置で構成されているので、膜分離活性汚泥法、及び促進酸化処理法と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【００３３】
また、本発明の排水の再利用システムは、活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、前記第２の膜ろ過分離装置が、上記水質改質装置で構成されているので、標準活性汚泥法、比較的大きなサイズの物質を除去する第１の膜ろ過装置、及び紫外線装置と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００３５】
図１は、本発明に係る水質改質装置を備えた水処理システムの一実施の形態を示す概略構成図である。
【００３６】
すなわち、この水処理システムは、原水中に含有される懸濁物質等を除去する前処理装置群１と、前処理装置群１で前処理された原水の水質を改質する水質改質装置２と、水質改質装置２から出力された補給水を貯留する給水タンク３と、これら前処理装置群１及び水質改質装置２の各構成要素や給水タンク３への給水を制御するシステム制御部（不図示）とを備えている。
【００３７】
前処理装置群１は、原水中の残留塩素や有機物を除去する活性炭ろ過装置４と、イオン交換法等により原水を軟水化する軟水装置５と、原水中の色度成分や臭気成分等を除去する活性炭フィルタ６と、原水中に浮遊する汚染物質を除去するプレフィルタ７とを有し、原水供給ライン８にはこれらの順序で各前処理装置が配設されている。
【００３８】
そして、活性炭ろ過装置４と軟水装置５との間には第１の硬度監視装置９が介装され、軟水装置５に供給される原水硬度が監視される。また、軟水装置５と活性炭フィルタ６との間には第２の硬度監視装置１０が介装され、軟水装置５で軟水化された原水の硬度が監視される。そして、第１の硬度監視装置９及び第２の硬度監視装置１０の監視結果により所定の軟水化がされていないと判断されたときは、軟水装置５は、該軟水装置５に内蔵された陽イオン交換樹脂の交換能力が飽和したと判断し、所定の再生処理を行う。
【００３９】
また、プレフィルタ７の下流側には残留塩素監視装置１１が設けられ、これにより水質改質装置２に供給される原水の塩素濃度が監視される。
【００４０】
そして、水質改質装置２は、原水を濃縮水と透過水とに膜ろ過分離する複数の膜モジュールを備えた膜モジュール群（膜ろ過処理部）１２を有し、また原水を膜モジュール群１２に供給する給水弁１３と、膜モジュール群１２に内蔵されたろ過膜に圧力を負荷する加圧ポンプ１４とが原水供給ライン８上に配設されている。
【００４１】
また、膜モジュール群１２の濃縮水出口には循環ライン１５が接続されている。該循環ライン１５の経路中には排水弁１６が設けられると共に、該循環ライン１５の先端は給水弁１３と加圧ポンプ１４の間の原水供給ライン８に接続されている。そして、濃縮水の一部は排水弁１６を介して外部に排水されると共に、残りの濃縮水は循環ライン（循環系）１５を介して原水供給ライン８に回収される。また、膜モジュール群１２は、後述するようにろ過膜を透過した透過水が混合されて生産水を生成するように構成されている。そして、生産水出口には補給ライン１７が接続されると共に、該補給ライン１７には補給弁１８及び流量計１９が介装され、かつ補給ライン１７の先端は給水タンク３に接続されている。
【００４２】
また、給水タンク３には圧力検知式の水位センサ２０が挿入されており、給水タンク３の水頭圧を検知し、その検知信号をシステム制御部（不図示）に送信する。そして、給水タンク３の水位が所定の低レベルまで低下すると、補給弁１８が開弁して給水タンク３に生産水を給水し、給水タンク３の水位が所定の高レベルに達すると、補給弁１８は閉弁して生産水の給水タンク３への補給を停止するように、給水タンク３の水位は前記システム制御部により制御される。
【００４３】
膜モジュール群１２は、４個の膜モジュール（第１〜第４の膜モジュール２１〜２４）が４段に直列接続されている。本実施の形態では、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、スパイラル状に巻回された第１〜第３のＲＯ膜エレメント（以下、単に「ＲＯ膜」という。）が内蔵され、第４の膜モジュール２４には、スパイラル状に巻回されたＮＦ膜エレメント（以下、「ＮＦ膜」という。）が内蔵されている。
【００４４】
そして、第１〜第３のＲＯ膜は、ＴＤＳの除去率が９０％以上、かつＳｉＯ２の除去率が９０％以上に設定されたろ過膜が使用され、ＮＦ膜は、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、かつＳｉＯ２の除去率が１〜１０％に設定されたろ過膜が使用される。
【００４５】
次に、ＲＯ膜及びＮＦ膜の溶質除去原理を説明する。
【００４６】
ＲＯ膜及びＮＦ膜は、例えば、末端にカルボニル基を有するポリアミド等の高分子素材で形成された多孔質膜からなり、膜表面は、液中で末端のカルボニル基が解離することにより、負電荷に帯電可能とされている。
【００４７】
そして、ＲＯ膜は、細孔径が高分子間の隙間レベル程度の極めて小さな径に形成されており、負電荷に帯電している膜表面の電気的反発力と分子ふるい効果により、数ｎｍ〜０．１ｎｍ程度の大きさの溶質分子を除去することができる。すなわち、ＲＯ膜は、原水の供給される一次側から加圧ポンプ１４により浸透圧以上の圧力が負荷されると、原水中を電気泳動している溶質分子のうち、分子ふるい効果により、分子サイズの小さな溶質分子は細孔を透過し、分子サイズの大きな溶質分子は細孔の透過が阻止される。また、分子サイズが小さくても負に帯電している溶質イオンは電気的反発力を受けて細孔の透過が阻止される。
【００４８】
このようにＲＯ膜では、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率は、その仕様によって若干の差異はあるものの、溶存塩類やＳｉＯ２をほぼ除去することができ、高純度の透過水を得ることができる。
【００４９】
一方、ＮＦ膜は、細孔径についてはＲＯ膜よりも大きいが、膜表面で負に帯電している電荷の密度（負電荷密度）はＲＯ膜よりも大きく、主として電気的反発力により不純な溶質分子を除去することができる。すなわち、ＮＦ膜は、細孔径がＲＯ膜よりも大きいため、ＲＯ膜では透過を阻止できる小さなサイズの溶質分子はＮＦ膜では透過してしまうおそれがある。
【００５０】
しかしながら、ＮＦ膜は膜表面の負電荷密度がＲＯ膜よりも大きいため、電気的反発力もＲＯ膜よりも大きい。すなわち、ＮＦ膜は、電気的反発力による選択除去膜としての性質を有し、Ｃａ2+やＮａ＋等の陽イオンや中性のＳｉＯ２は膜を透過し易いが、Ｃｌ−やＳＯ４2-等の負イオンは電気的反発力により膜の透過を効果的に阻止することができる。また、ＮＦ膜は、ＲＯ膜に比べて細孔径も大きいため、ＲＯ膜では透過が困難な重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）等の負イオンであっても分子サイズが小さい場合は、電気的反発力を受けることなく膜を透過する可能性がある。
【００５１】
このようにＮＦ膜では、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率はＲＯ膜に比べると低く、溶存塩類やＳｉＯ２等の不純な溶質分子を或る程度透過する。尚、ＴＤＳやＳｉＯ２の除去率は、ＮＦ膜の仕様によって異なる。
【００５２】
ところで、高純度の生産水を高効率で得るためには、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを多段に直列接続し、ＲＯ膜を透過した透過水を混合させることにより可能である。例えば、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを４段に直列接続した場合、ＴＤＳは５０ｍｇ／Ｌ未満、ＳｉＯ２は５ｍｇ／Ｌ未満に低下した高純度の生産水を得ることができる。
【００５３】
しかしながら、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、生産水の純度が過度に高くなると、電気伝導度が例えば５００μＳ／ｍ以下に低下し、さらにＲＯ膜はＨＣＯ３−を殆ど透過しないため、ｐＨも６以下に低下し、このため生産水と接する配管や設備装置の腐食を促進して耐久性低下を招くおそれがある。さらに、ＲＯ膜を透過しなかった濃縮水は、循環使用されるため、長時間運転によりＲＯ膜に金属スケール、有機物、或いは微生物等が付着してファウリングが生じやすく、透過水量の低下を招くおそれがある。
【００５４】
したがって、前記配管や設備装置の耐久性低下を防ぎ、またろ過膜へのスケール等の付着を回避してファウリングを予防するためには、ＨＣＯ３−を或る程度透過させてｐＨが低下するのを防止する必要があり、さらには溶存塩類やＳｉＯ２を生産水中に或る程度放出させてイオンコントロールし、ろ過膜へのスケール等の付着を防止する必要がある。そしてそのためには、生産水中のＴＤＳを５０〜３００ｍｇ／Ｌ程度、ＳｉＯ２を５〜３０ｍｇ／Ｌ程度に制御するのが望まれる。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、膜モジュール群１２のうち、最後段である第４の膜モジュール２４にＮＦ膜を内蔵している。そして、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３ではＲＯ膜で膜ろ過分離処理を行い、第４の膜モジュール２４ではＮＦ膜で膜ろ過分離処理を行い、ＲＯ膜で膜ろ過分離された各透過水とＮＦ膜で膜ろ過分離された透過水とを混合することにより、適度な純度の生産水を得ている。
【００５６】
このような膜モジュール群１２に使用されるＲＯ膜及びＮＦ膜の溶質除去率は、原水の水質や膜モジュール群１２の膜配列の構成によって異なるため、一義的には決定できないが、ＲＯ膜としては、上述したようにＴＤＳ及びＳｉＯ２の除去率が９０％以上のもの、例えば東レ社製ＴＭＬを使用することができ、ＮＦ膜としては、ＴＤＳの除去率が４０〜６０％、ＳｉＯ２の除去率が１〜１０％のもの、例えば東レ社製ＴＭＮを使用することができる。
【００５７】
図２は膜モジュール群１２の膜ろ過分離処理を模式的に示した図である。
【００５８】
上述したように第１〜第３の膜モジュール２１〜２３には、ＴＤＳの除去率η１及びＳｉＯ２の除去率η２がいずれも９０％以上の第１〜第３のＲＯ膜２１ａ〜２３ａが内蔵され、第４の膜モジュール２４には、ＴＤＳの除去率φ１が４０〜６０％、ＳｉＯ２の除去率φ２が１〜１０％のＮＦ膜２４ａが内蔵されている。
【００５９】
ＴＤＳ量Ｘ、及びＳｉＯ２量Ｙを含有した原水１００重量部が第１の膜モジュール２１に供給されると、原水１００重量部に対しＡ１重量部が第１の透過水となり、残りのＡ１′（＝１００−Ａ１）重量部が第１の濃縮水となる。ＴＤＳの除去率がη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第１の透過水中のＴＤＳ量Ｘ１は{Ｘ・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ１は{Ｙ・(1−η２)／１００}となる。
【００６０】
一方、第１の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ１′及びＳｉＯ２量Ｙ１′は、原水、第１の透過水、第１の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ・η１／Ａ１′、及びＹ・η２／Ａ１′となる。
【００６１】
次に、第１の濃縮水が、第２の膜モジュール２２に原水として供給される。そして、第１の濃縮水Ａ１′重量部に対し、Ａ２重量部が第２の透過水となり、残りのＡ２′（＝Ａ１′−Ａ２）重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第２の膜モジュール２２では回収率Ｂ２は１００Ａ２／Ａ１′となる。ＴＤＳの除去率はη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第２の透過水中のＴＤＳ量Ｘ２は{Ｘ１′・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ２は{Ｙ１′・(1−η２)／１００}となる。
【００６２】
一方、第２の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ２′、及びＳｉＯ２量Ｙ２′は、第１の濃縮水、第２の透過水、第２の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ１′・η１・Ａ１′／１００Ａ２′、及びＹ１′・η２・Ａ１′／１００Ａ２′となる。
【００６３】
次に、第２の濃縮水が、第３の膜モジュール２３に原水として供給され、第２の濃縮水Ａ２′重量部に対し、Ａ３重量部が第２の透過水となり、残りのＡ３′（＝Ａ２′−Ａ３）重量部が第３の濃縮水となる。したがって、第３の膜モジュール２３では回収率Ｂ３は１００Ａ３／Ａ２′となる。ＴＤＳの除去率はη１、ＳｉＯ２の除去率がη２であるから、第３の透過水中のＴＤＳ量Ｘ３は{Ｘ２′・(1−η1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ３は{Ｙ２′・(1−η２)／１００}となる。
【００６４】
一方、第３の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ３′、及びＳｉＯ２量Ｙ３′は、第２の濃縮水、第３の透過水、第３の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ２′・η１・Ａ２′／１００Ａ３′、及びＹ２′・η２・Ａ２′／１００Ａ３′となる。
【００６５】
次に、第３の濃縮水が、ＮＦ膜２４ａが内蔵された第４の膜モジュール２４に原水として供給される。そして、第３の濃縮水Ａ３′重量部に対し、Ａ４重量部が第２の透過水となり、残りのＡ４′（＝Ａ３′−Ａ４）重量部が第４の濃縮水となる。したがって、第４の膜モジュール２４では回収率Ｂ４は１００Ａ４／Ａ３′となる。ＴＤＳの除去率はφ１、ＳｉＯ２の除去率はφ２であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量Ｘ４は{Ｘ３′・(1−φ1)／１００}、ＳｉＯ２量Ｙ４は{Ｙ３′・(1−φ２)／１００}となる。
【００６６】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量Ｘ４′、及びＳｉＯ２量Ｙ４′は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれＸ３′・φ１・Ａ３′／１００Ａ４′、及びＹ３′・φ２・Ａ３′／１００Ａ４′となる。
【００６７】
そして、第１〜第４の透過水が混合されて生産水となる。生産水の回収率Ｂ５は{Ｂ１＋Ａ１′・Ａ２／１００＋Ａ２′・Ａ３／１００＋Ａ３′・Ａ４／１００}となる。
【００６８】
また、生産水のＴＤＳ量Ｘ５は{（Ｂ１・Ｘ１＋Ｂ２・Ｘ２＋Ｂ３・Ｘ３＋Ｂ４・Ｘ４）／１００}となり、ＳｉＯ２量Ｙ５は{（Ｂ１・Ｙ１＋Ｂ２・Ｙ２＋Ｂ３・Ｙ３＋Ｂ４・Ｙ４）／１００}となる。
【００６９】
このように上記水質改質装置２を備えた水処理システムでは、前処理装置群１で前処理された原水は、原水供給ライン８を介して第１の膜モジュール２１の一次側に供給される。そして、第１のＲＯ膜２１ａによって膜ろ過分離され、第１のＲＯ膜２１ａを透過した第１の透過水は二次側から出力される。一方、第１のＲＯ膜２１ａを透過しなかった第１の濃縮水は、第２の膜モジュール２２の一次側に原水として供給される。そして、第２のＲＯ膜２２ａによって膜ろ過分離され、第２のＲＯ膜２２ａを透過した第２の透過水は二次側から出力される。また、第２のＲＯ膜２２ａを透過しなかった第２の濃縮水は第３の膜モジュール２３の一次側に原水として供給される。そして、第３のＲＯ膜２３ａによって膜ろ過分離され、第３のＲＯ膜２３ａを透過した第３の透過水は二次側から出力される。
【００７０】
一方、第３のＲＯ膜２３ａを透過しなかった第３の濃縮水は、第４の膜モジュール２４の一次側に原水として供給される。そして、ＮＦ膜２４ａによって膜ろ過分離され、ＮＦ膜２４ａを透過しなかった第４の濃縮水は、循環ライン１５に出力される一方、ＮＦ膜２４ａを透過した第４の透過水は二次側から出力される。
【００７１】
そして、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３及び第４の膜モジュール２４から出力された各透過水は混合されて生産水となり給水ライン１７を経て給水タンク１３に供給される。
【００７２】
このように本実施の形態では水質改質装置２の膜モジュール群１２は、第１〜第３のＲＯ膜２１ａ〜２３ｂを内蔵した第１〜第３の膜モジュール２１〜２３の後段にＮＦ膜２４を内蔵した第４の膜モジュール２４が直列接続されているので、第４の膜モジュール２４によって生産水中のＴＤＳやＳｉＯ２の含有量を増量させることができ、これにより電気伝導度が過度に低くなることもなく、生産水の純度が必要以上に高くなるのを回避することができる。また、生産水中には或る程度のＨＣＯ３−も溶存することからｐＨが低下するのを回避することもできる。そして、これにより生産水に接する配管や設備装置の耐久性向上を図ることができる。また、生産中には適度なＳｉＯ２やＣａ成分も含むことから、膜へのスケール付着を予防することができ、ファウリングの発生を極力抑制することが可能となる。
【００７３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、最初の３段をＲＯ膜を内蔵した膜モジュールで構成し、最後段にＮＦ膜を内蔵した膜モジュールを配しているが、ＮＦ膜がＲＯ膜の後段に位置するように、ＲＯ膜とＮＦ膜とが直列多段に膜配列されていればよく、原水の水質等に応じ要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、ＲＯ膜を内蔵した膜モジュールを２段構成とし、ＮＦ膜を内蔵した膜モジュールを２段構成としてもよい。また、上記の実施の形態では、膜モジュールを４段に直列接続しているが、ＲＯ膜の後段にＮＦ膜が配されていればよく、膜モジュールの個数も限定されるものではない。
【００７４】
また、上記水処理システムでは、前処理装置として活性炭ろ過装置、軟水装置を使用しているが、除鉄除マンガンろ過装置や砂ろ過装置を前処理装置として使用しても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００７５】
次に、本発明の水質改質装置を排水の再利用システムに使用した場合について説明する。
【００７６】
図３は、排水の再利用システムの第１の実施の形態を示すシステム構成図であって、本第１の実施の形態では、膜分離活性汚泥法で排水中の汚濁物質を除去してろ過液を生成し、促進酸化処理法によりこのろ過液を酸化分解して前記ろ過液中の有機物を除去し、これにより原水を生成し、この原水を水質改質装置で膜ろ過分離し、ボイラ、冷却塔や工場用水等に使用可能な生産水を得ている。
【００７７】
すなわち、この第１の実施の形態では、塩分の高い工場排水が流量調整槽２５に供給される。流量調整槽２５には散気板２６が配されており、さらに該散気管２６はブロワ２７に接続されている。そして、ブロワ２７により散気された工場排水は、水中ポンプ２８により吸引されて膜分離反応槽（Membrane bioreactor；以下、「ＭＢＲ装置」という。）２９に供給される。このＭＢＲ装置２９は高油分対応型とされ、内部にＭＦ膜３２及び散気板３０が配されると共に、該散気管３０はブロワ３１に接続されている。流量調整槽２５からの工場排水がＭＢＲ装置２９に供給されると、ＭＦ膜３２は工場排水中に浸漬された状態となる。そして、ＭＦ膜３２は、吸引ポンプ３３により原液である工場排水を活性汚泥とろ過液に固液分離し、固液分離されたろ過液はＭＢＲ処理槽３４に供給される。
【００７８】
次いで、ろ過液は送水ポンプ３５により紫外線装置３６に供給される。具体的には、送水ポンプ３５と紫外線装置３６との間には過酸化水素等の酸化剤が貯留された酸化剤添加装置３７が介装されており、ろ過液は酸化剤が添加されて紫外線装置３６に供給される。
【００７９】
紫外線装置３６には紫外線ランプ３８が配されており、酸化剤の添加されたろ過液は、紫外線ランプ３８からの紫外線が照射されると、強力な酸化力を有するヒドロキシラジカル（ＨＯ・）を生成する。そしてろ過液に含まれる有機物はこのヒドロキシラジカルによって酸化分解し、これにより膜ろ過用原水が生成される。また、紫外線装置３６の下流側には重亜硫酸ソーダ等の還元剤が貯留された還元剤添加装置３９が配されている。そして、原水には還元剤が添加され、ＦＩ（ファウリング・インデックス）値が約１に調整されて水質改質装置２に供給される。そして、水質改質装置２では、上述した膜ろ過分離処理が行われ、所定純度の生産水が生成される。そして、この生産水がボイラ、冷却塔、工場用水等、所定の用途に供されることとなる。
【００８０】
このように本第１の実施の形態では、膜分離活性汚泥法、及び促進酸化処理法と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【００８１】
図４は、排水の再利用システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図であって、本第２の実施の形態では、活性汚泥を使用して工場排水中の有機物を生物分解し、その後活性汚泥を沈降分離し、上澄液を処理水として第１の膜ろ過分離処理を施し、紫外線装置で酸化分解して汚濁物を除去し、その後、水質改質装置で第２の膜ろ過処理し、所望の生産水を得ている。
【００８２】
すなわち、この第２の実施の形態では、塩分の高い工場排水が、上記第１の適用例と同様、流量調整槽２５に供給される。そして、ブロワ２７により散気されている流量調整槽２５内の工場排水は、水中ポンプ２８により吸引されて曝気槽４１に供給される。曝気槽４１ではブロワ４２からの空気を散気板４３に吹き込み、酸素を供給し続けて撹拌する。これにより工場排水に含まれる有機物は好気性微生物の作用によって分解し、活性汚泥が生成される。次いで、曝気槽４１に連設された沈殿槽４４では、活性汚泥を沈降分離して該活性汚泥を沈殿させる。そして、沈殿槽４４の下流側には次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌剤が貯留された殺菌剤添加装置４５が配されており、沈殿槽４４で沈降分離された上澄液には、殺菌剤が添加され受水槽４６に貯留される。次いで、受水槽４６中の前記上澄液をＵＦ膜装置４８に供給する、該ＵＦ膜装置４８は、例えば中空糸型のＵＦ膜が内蔵され、加圧ポンプ４７で所定の圧力を負荷することにより上澄液中の２〜２００ｎｍ程度の汚濁物質が除去される。そしてその後は、第１の実施の形態と同様、紫外線装置３６及び水質改質装置２を経て生産水が生成され、この生産水がボイラ、冷却塔、工場用水等、所定の用途に供される。
【００８３】
このように本第２の実施の形態では、標準活性汚泥法、ＵＦ装置、及び紫外線装置と上述した水質改質装置とを組み合わせることにより、塩分の高い工場排水から適度な純度を有する生産水を得ることができ、したがって工場排水を再利用に供することができ、資源の有効活用を図ることができる。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の水質改質装置の実施例を具体的に説明する。
【００８５】
図５は、ＴＤＳ；２０００ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２；６０ｍｇ／Ｌを含有した原水を膜ろ過分離した場合のシミュレーション結果を示したフローシートであって、第１〜第３の膜モジュール２１〜２３にはＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％のＲＯ膜２１ａ〜２３ａがそれぞれ内蔵され、第４の膜モジュール２４にはＴＤＳの除去率φ１が５５％、ＳｉＯ２の除去率φ２が５％のＮＦ膜２４ａが内蔵されている。
【００８６】
この実施例では、原水が第１の膜モジュール２１の一次側に供給されると、原水１００重量部に対し、１５重量部が第１の透過水となり、残りの８５重量部が第１の濃縮水となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第１の透過水中のＴＤＳ量は６０（＝２０００×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．０（＝６０×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００８７】
一方、第１の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、原水、第１の透過水、第１の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２２８２（＝２０００×０．９７／０．８５）ｍｇ／Ｌ、及び６７（＝６０×０．９５／０．８５）となる。
【００８８】
次に、第１の濃縮水は第２のＲＯ膜２２ａに原水として供給され、第１の濃縮水８５重量部に対し、１５重量部が第２の透過水となり、残りの７０重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第２のＲＯ膜２２ａでは回収率は１８％（＝１５／８５）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第２の透過水中のＴＤＳ量は６８（＝２２８２×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．４（＝６７×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００８９】
一方、第２の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第１の濃縮水、第２の透過水、第２の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２６８８（＝０．８５×２２８２×０．９７／０．７０）ｍｇ／Ｌ、及び７７（＝０．８５×６７×０．９５／０．７０）となる。
【００９０】
次に、第２の濃縮水は第３のＲＯ膜２３ａに供給され、第２の濃縮水７０重量部に対し、１０重量部が第２の透過水となり、残りの６０重量部が第２の濃縮水となる。したがって、第３のＲＯ膜２３ａでは回収率は１４％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第３の透過水中のＴＤＳ量は８１（＝２６８８×０．０３）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は３．９（＝７７×０．０５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９１】
一方、第３の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第２の濃縮水、第３の透過水、第３の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ３０４２（＝０．７０×２６８８×０．９７／０．６０）ｍｇ／Ｌ、及び８６（＝０．７０×７７×０．９５／０．６０）となる。
【００９２】
次に、第３の濃縮水はＮＦ膜２４ａに供給され、第３の濃縮水６０重量部に対し、１０重量部が第４の透過水となり、残りの５０重量部が第４の濃縮水となる。したがって、ＮＦ膜２４ａでは回収率は１７％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率φ１が５５％、ＳｉＯ２の除去率φ２が５％であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量は１３６９（＝３０４２×０．４５）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は８２（＝８６×０．９５）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９３】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ２００８（＝０．６０×３０４８×０．５５／０．５０）ｍｇ／Ｌ、及び５（＝０．６０×８６×０．０５／０．５０）ｍｇ／Ｌとなる。
【００９４】
そして、第１〜第４の透過水が合流されて生産水となる。この生産水は原水１００重量部に対して５０重量部（＝１５＋１５＋１０＋１０）となり、回収率は５０％（＝１５＋１５×８５／１００＋１４×７０／１００＋１７×６０／１００）となる。
【００９５】
そして、生産水のＴＤＳ量は２６５（＝０．１５×６０＋０．１８×６８＋０．１４×８１＋０．１７×１３６９）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は１５．６（＝０．１５×３．０＋０．１８×３．４＋０．１４×３．９＋０．１７×８２）ｍｇ／Ｌとなった。
【００９６】
次に、比較例として、各膜モジュールが全てＲＯ膜を内蔵している場合のシミュレーションを行った。
【００９７】
図６は、比較例のシミュレーション結果を示すフローシートである。
【００９８】
この比較例では、第３の濃縮水が得られるまでは、図５の実施例と同様である。
【００９９】
そして、第３の濃縮水がＲＯ膜２４ａ′を内蔵した第４の膜モジュール２４′に原水として供給され、第３の濃縮水６０重量部に対し、１０重量部が第４の透過水となり、残りの５０重量部が第４の濃縮水となり、回収率は、上記実施例と同様、１７％（＝１０／６０）となる。そして、ＴＤＳの除去率η１が９７％、ＳｉＯ２の除去率η２が９５％であるから、第４の透過水中のＴＤＳ量は９１（＝３０４２×０．０５）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は４．３（＝８６×０．０３）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１００】
一方、第４の濃縮水のＴＤＳ量、及びＳｉＯ２量は、第３の濃縮水、第４の透過水、第４の濃縮水との間の物質収支より、それぞれ３５４０（＝０．６０×３０４２×０．９７／０．５０）ｍｇ／Ｌ、及び１０８（＝０．６０×８６×０．９５／０．５０）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１０１】
そして、第１〜第４の透過水が混合されて生産水となる。この生産水は原水１００重量部に対して５０重量部（＝１５+１５+１０+１０）となり、回収率は５０％（＝１５＋１５×８５／１００＋１４×７０／１００＋１７×６０／１００）となる。
【０１０２】
また、生産水のＴＤＳ量は４７（＝０．１５×６０＋０．１８×６８＋０．１４×８１＋０．１７×９１）ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２量は２．３（＝０．１５×３．０＋０．１８×３．４＋０．１４×３．９＋０．１７×４．３）ｍｇ／Ｌとなる。
【０１０３】
この実施例と比較例との対比から明らかなように、比較例では、全てＲＯ膜による膜ろ過分離を行っているので、ＴＤＳやＳｉＯ２が殆ど除外され、極めて純度の高い生産水が得られることが分かる。
【０１０４】
これに対し実施例では、最終段でＮＦ膜による膜ろ過分離を行っているので、生産水には適度なＴＤＳとＳｉＯ２を含み、その結果、配管や設備装置の耐久性向上に好都合でファウリングの発生抑制に好都合な適度な純度の生産水を得ることが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る水質改質装置を備えた水処理システムの一実施の形態（を示す概略構成図である。
【図２】上記水質改質装置のフローを模式的に示した図である。
【図３】本発明に係る排水の再利用システムの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図４】本発明に係る排水の再利用システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図５】実施例のシミュレーション結果を示したフローシートである。
【図６】比較例のシミュレーション結果を示したフローシートである。
【図７】特許文献１に示された膜分離装置の模式図である。
【図８】特許文献２に示されたボイラ給水装置の概略図である。
【図９】特許文献３に示された水質改質システムの概略図である。
【符号の説明】
【０１０６】
２ 水質改質装置
４ 活性炭ろ過装置
５ 軟水装置
１２ 膜モジュール（膜ろ過処理部）
１５ 循環ライン（循環系）
２１ａ〜２３ａ ＲＯ膜（逆浸透膜）
２４ａ ＮＦ膜（ナノろ過膜）
２９ ＭＢＲ装置（膜分離反応槽）
３６ 紫外線装置
４１ 曝気槽
４８ ＵＦ膜装置（第１の膜ろ過装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する逆浸透膜と、前記逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するナノ濾過膜とを備え、前記逆浸透膜で膜ろ過分離された透過水と前記ナノろ過膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、
前記逆浸透膜は、総溶解固形分の除去率が９０％以上、かつ二酸化ケイ素の除去率が９０％以上であり、
前記ナノろ過膜は、総溶解固形分の除去率が４０〜６０％、かつ二酸化ケイ素の除去率が１〜１０％であることを特徴とする水質改質装置。
【請求項２】
ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記逆浸透膜が多段に直列接続され、第（ｎ−１）番目の逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目の逆浸透膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、
ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ナノろ過膜を有し、前記第ｎ番目の逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として前記ナノろ過膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、
第ｍ番目のナノろ過膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個の逆浸透膜及び前記ｍ個のナノろ過膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成されることを特徴とする請求項１記載の水質改質装置。
【請求項３】
前記ｍが２以上の場合は、ｍ個のナノろ過膜が多段に直列接続され、第（ｍ−１）番目のナノろ過膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍ番目のナノろ過膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されることを特徴とする請求項２記載の水質改質装置。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の前記逆浸透膜と少なくとも一つ以上の前記ナノろ過膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ナノろ過膜が前記逆浸透膜の後段に位置するように、前記逆浸透膜と前記ナノろ過膜とが直列多段に膜配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水質改質装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置を備えていることを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有していることを特徴とする請求項５記載の水処理システム。
【請求項７】
ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、
前記膜ろ過分離装置が、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置で構成されていることを特徴とする排水の再利用システム。
【請求項８】
活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、
前記第２の膜ろ過分離装置が、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置で構成されていることを特徴とする排水の再利用システム。
【請求項１】
原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する逆浸透膜と、前記逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水を原水として更に透過水と濃縮水とに膜ろ過分離するナノ濾過膜とを備え、前記逆浸透膜で膜ろ過分離された透過水と前記ナノろ過膜で膜ろ過分離された透過水とを混合して生産水を生成するように構成され、
前記逆浸透膜は、総溶解固形分の除去率が９０％以上、かつ二酸化ケイ素の除去率が９０％以上であり、
前記ナノろ過膜は、総溶解固形分の除去率が４０〜６０％、かつ二酸化ケイ素の除去率が１〜１０％であることを特徴とする水質改質装置。
【請求項２】
ｎ個（ただし、ｎ≧２以上の正の整数である。）の前記逆浸透膜が多段に直列接続され、第（ｎ−１）番目の逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｎ番目の逆浸透膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されると共に、
ｍ個（ただし、ｍ≧１以上の正の整数である。）の前記ナノろ過膜を有し、前記第ｎ番目の逆浸透膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として前記ナノろ過膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、
第ｍ番目のナノろ過膜で膜ろ過分離された濃縮水は循環系に回収されると共に、前記ｎ個の逆浸透膜及び前記ｍ個のナノろ過膜で膜ろ過分離された各透過水が混合されて生産水が生成されることを特徴とする請求項１記載の水質改質装置。
【請求項３】
前記ｍが２以上の場合は、ｍ個のナノろ過膜が多段に直列接続され、第（ｍ−１）番目のナノろ過膜で膜ろ過分離された濃縮水が、原水として第ｍ番目のナノろ過膜に供給されて透過水と濃縮水とに膜ろ過分離されることを特徴とする請求項２記載の水質改質装置。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の前記逆浸透膜と少なくとも一つ以上の前記ナノろ過膜とを内蔵した膜ろ過処理部を有し、前記膜ろ過処理部は、前記ナノろ過膜が前記逆浸透膜の後段に位置するように、前記逆浸透膜と前記ナノろ過膜とが直列多段に膜配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水質改質装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置を備えていることを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
活性炭ろ過装置、除鉄除マンガンろ過装置、砂ろ過装置、及び軟水装置のうちの少なくとも１つ以上の前処理装置を有していることを特徴とする請求項５記載の水処理システム。
【請求項７】
ろ過膜を使用して排水中の懸濁物質を固液分離する膜分離反応槽と、該膜分離反応槽で得られた液中の有機物を酸化剤及び紫外線中で酸化分解して除去し、原水を得る紫外線装置と、前記原水を膜ろ過分離して生産水を生成する膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、
前記膜ろ過分離装置が、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置で構成されていることを特徴とする排水の再利用システム。
【請求項８】
活性汚泥を使用して排水中の有機物を生物分解する曝気槽と、前記活性汚泥を沈降分離して得られた液体に膜ろ過分離処理を施してろ過液を生成する第１の膜ろ過装置と、前記ろ過液に紫外線を照射して原水を生成する紫外線装置と、前記原水に膜ろ過分離処理を施して生産水を生成する第２の膜ろ過分離装置とを備えた排水の再利用システムにおいて、
前記第２の膜ろ過分離装置が、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水質改質装置で構成されていることを特徴とする排水の再利用システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７２４６２（Ｐ２００９−１７２４６２Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１１１３（Ｐ２００８−１１１１３）
【出願日】平成２０年１月２２日（２００８．１．２２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２２日（２００８．１．２２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
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