水質評価方法及び水処理装置の運転管理方法
【課題】膜分離装置に供給される水に水溶性高分子が含まれる場合の分離膜に対する水の汚染度の指標を、高い精度で簡易に求めることができる水質評価方法を提供する。
【解決手段】ＲＯ透過水に代表される膜汚染物質を含まない清澄水をＭＦ膜に通水して、清澄水の濾過性を測定した後に、膜分離装置に供給する試料水をＭＦ膜に通水して、試料水の濾過性を測定する。この時の試料水の濾過性と清澄水の濾過性との比をもって、試料水に含まれる水溶性高分子による膜分離装置の分離膜に対する汚染度を評価する。
【解決手段】ＲＯ透過水に代表される膜汚染物質を含まない清澄水をＭＦ膜に通水して、清澄水の濾過性を測定した後に、膜分離装置に供給する試料水をＭＦ膜に通水して、試料水の濾過性を測定する。この時の試料水の濾過性と清澄水の濾過性との比をもって、試料水に含まれる水溶性高分子による膜分離装置の分離膜に対する汚染度を評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜を使用した膜分離装置へ供給される水の水質評価方法及びこの方法を使用して膜分離装置へ供給される水の膜前処理を行う膜前処理装置を有する水処理装置の運転管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
限外濾過膜（以下、ＵＦ膜という）、ナノ濾過膜（以下、ＮＦ膜という）、及び逆浸透膜（以下、ＲＯ膜という）のいずれかの分離膜を使用する膜分離装置で水処理を行うと、膜分離装置に供給される原水に含まれる粘土等の微粒子成分や有機物等の汚染物質により、分離膜が汚染されて透過流束が低下してしまうため、原水中の汚染物質を所定のレベルまで低下させる膜前処理を行う必要がある。膜前処理として、原水に凝集剤を用いて凝集処理を行い、重力による自然流下で濾過を行う重力式２層濾過等で原水を濾過し、被処理水を得る方法がある。
【０００３】
このような膜前処理を行った被処理水の汚染度の指標として、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９に定義されているＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）値、ＪＩＳ Ｋ ３８０２に定義されているＦＩ（Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ）値、ＭＦ値（Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．２０，ｐ．３５３−３６４，１９７７）、及びＭＦＦ（ＭＦ Ｆａｃｔｏｒ）値がある。これらの値は、いずれもＲＯ膜への供給水を、細孔径０．４５μｍのセルロース系フィルタである精密濾過膜（以下、ＭＦ膜という）で所定の濾過を行った時の濾過時間測定値に基づいて求められる値である。なお、ＳＤＩ値とＦＩ値は同義であるので、以降、ＳＤＩ値として説明する。
【０００４】
ここで、ＭＦ値とは、−６７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ）の減圧下で１Ｌの原水が、直径４７ｍｍ（実質濾過面の直径３５ｍｍ）のＭＦ膜を透過するのに要する時間（秒）である。一方、ＭＦＦ値は、１Ｌの原水を５００ｍｌずつに分けてＭＦ膜を通水させ、それぞれの濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、Ｔ２／Ｔ１から求められる。ＲＯ膜へ供給される水として推奨されるＭＦ値は１２０〜１３０秒以下とされており、同様に推奨されるＭＦＦ値は１．１以下とされている。
【０００５】
しかしながら、このような値にはそれぞれ欠点があり、例えばＭＦ値は、測定精度が低く、分離膜の個体差によって測定値にばらつきが出る（例えば、膜汚染物質のない清澄水で３５秒から５０秒）という問題がある。また、ＳＤＩ値は、ＭＦ値を求める場合よりも多くの原水量を要するという問題や、水温の補正を行わないため原水の汚染の度合いを経時変化として把握するには適さないという問題がある。このために、例えば原水の汚染度を精度よく把握するために濾過液量や透過流束等から濾過係数を求めることが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５２１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、分離膜に供給される原水に含まれる汚濁物質として、微粒子の他に水溶性有機高分子、例えば中性多糖類が挙げられる。中性多糖類は、分子量が１００万から１０００万を超えることもある。このような中性多糖類が含まれる原水をＭＦ膜で濾過すると、ＭＦ膜の細孔を通過する際に中性多糖類が濾過抵抗となり、微粒子が存在しなくてもＭＦＦ値が１．１を下回ることはできないことがある。これは、上述したＳＤＩ値、ＭＦ値、及びＭＦＦ値が、微粒子による原水の汚染度の指標であり、中性多糖類による原水の汚染度を検出する指標として適していないからである。
【０００８】
このため、ＳＤＩ値、ＭＦ値、ＭＦＦ値がＲＯ膜へ供給される原水の汚染度の指標として不適切である場合の改善措置として、原水に含まれる微粒子を除去するのか、水溶性高分子を除去するのかという判断が困難である。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、膜分離装置に供給される水に水溶性高分子が含まれる場合の分離膜に対する水の汚染度の指標を、高い精度で簡易に求めることができる水質評価方法を提供することにある。さらに、このような水質評価方法を用いた水処理装置の運用管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するべく、請求項１の水質評価方法は、分離膜を用いた膜分離装置へ供給される被処理水の水質評価方法であって、清澄水を精密濾過膜に通水して該清澄水の濾過性を測定し、前記被処理水を前記精密濾過膜に通水して該被処理水の濾過性を測定し、測定された清澄水の濾過性、及び測定された被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の水質評価方法では、請求項１において、前記分離膜に対する被処理水の汚染度の評価では、前記測定された清澄水の濾過性、及び前記測定された被処理水の濾過性を、予め定められた補正係数でそれぞれ補正し、補正後の清澄水の濾過性及び補正後の被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の水質の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の水質評価方法では、請求項２において、前記補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の水処理装置の運転管理方法は、原水に含まれる膜汚染物質を凝集剤を用いて凝集処理する前処理装置と、該前処理装置で凝集処理された被処理水を分離膜を用いて濾過する膜分離装置とを備える水処理装置の運転管理方法であって、前記前処理装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の水質評価方法により処理水の水質の汚染度を評価し、該評価結果に基づいて、前記前処理装置で使用する凝集剤としてフェノール樹脂アルカリ溶液の添加量を増減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の水質評価方法によれば、清澄水の濾過性及び被処理水の濾過性を精密濾過膜で濾過することにより測定し、清澄水及び被処理水の濾過性から被処理水に含まれる水溶性高分子による膜の汚染度を評価する。被処理水に水溶性高分子が残存している場合には精密濾過膜における濾過抵抗が大きくなるため、被処理水の濾過性を清澄水の濾過性と比較して評価することにより、水溶性高分子の残留度が反映された汚染度を評価することができる。
【００１５】
請求項２の水質評価方法によれば、清澄水の濾過性及び被処理水の濾過性をそれぞれ補正係数で補正して評価するので、精度よく水溶性高分子による膜の汚染度の評価結果を得ることができる。
請求項３の水質評価方法によれば、補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であるので、水温の違いによる粘性の差異を補正することができ、より精度の高い水質の評価結果を得ることができる。
【００１６】
請求項４の水処理装置の運転管理方法によれば、被処理水に含まれる水溶性高分子による分離膜の汚染度の評価結果に基づいて、前処理装置で原水に含まれる水溶性高分子を凝集処理する凝集剤添加量を増減することにより、分離膜汚染の影響を、膜分離装置に供給される被処理水として適切な残留指標まで低減することができ、膜分離装置の膜洗浄を行う頻度を低減することができるので、安定して水処理装置の運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明で使用するＳＦＦ及びＭＦＦ測定器の概略図である。
【図２】本発明の実施例１で得られた、ポリ硫酸第二鉄の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図３】本発明の実施例２で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例３で得られた、ポリ塩化アルミニウムの添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図５】本発明の実施例４で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図６】本発明の実施例５で得られた、ポリ塩化アルミニウムの添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図７】本発明の実施例６で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図８】（Ａ）本発明の実施例７から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例７から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図９】（Ａ）本発明の実施例８から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例８から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図１０】（Ａ）本発明の実施例９から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例９から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施例７〜９のデータに基づく、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の水質評価方法及びこの方法を使用する水処理装置の運転管理方法について詳細に説明する。
【００１９】
従来、水処理装置における膜分離装置に供給される被処理水に含まれる汚濁物質の残留量を把握するための指標として、ＳＤＩ値、ＭＦ値、ＭＦＦ値等が使用されているが、これらの指標は主として被処理水中に存在する微粒子の指標であり、上述したように、被処理水に含まれる水溶性高分子を把握する指標としては適していなかった。
【００２０】
そこで、本発明では、膜分離装置に供給される被処理水に含まれる汚濁物質、特に水溶性高分子の残留量を把握するための指標（以下、ＳＦＦという）を使用する。なお、以下に説明するＳＦＦの測定では、同時にＭＦＦも測定可能である。
【００２１】
（水溶性高分子の残留指標）
以下、本発明で使用する、被処理水中に含まれる水溶性高分子の残留指標を表すＳＦＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）について説明する。
【００２２】
ＳＦＦ測定方法について、図１に示すＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１の概略図に基づいて説明する。
ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１には、被処理水を濾過する濾過器１０、濾過器１０で濾過された被処理水が供給される濾過槽１２、及び濾過槽１２を減圧する減圧装置１４を備える。濾過器１０には、濾過膜１６が備えられている。
【００２３】
ＳＦＦの測定には、ＳＤＩ値、ＭＦ値、及びＭＦＦ値の測定で使用するＭＦ膜を濾過膜１６として使用することができる（以下、ＭＦ膜１６）。具体的に、ＭＦ膜１６は、直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターを使用する。
【００２４】
このように構成されたＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１を使用して、ＳＦＦを測定する。
まず、清澄水５００ｍｌをＭＦ膜１６に透過させ、濾過時間Ｔ０を測定する。濾過時間Ｔ０の測定に使用する清澄水は、ＲＯ透過水、または蒸留水等の膜汚染物質を含まない水を用いる。水道水等をイオン交換して得られた純水は、ＭＦ膜に対し非イオン性の濾過抵抗物質（例えば、中性多糖類等の水溶性高分子）を含むことがあるため、好ましくない。上述した膜分離装置に設けられている分離膜がＲＯ膜である場合には、清澄水としてＲＯ透過水を用いることが実用的である。これは、ＲＯ膜等を汚染する被処理水中に含まれる膜汚染物質は、ＲＯ膜で阻止されるため、ＲＯ膜を透過した透過水中には膜汚染物質は存在しないからである。
【００２５】
清澄水の濾過条件として、減圧装置１４で濾過槽１２を−６７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ）で減圧して濾過する。また、清澄水を濾過する直前に、清澄水の水温Ｔｍ０を測定し記録する。
【００２６】
次に、試料水（被処理水）５００ｍｌを清澄水透過時と同様にＭＦ膜１６で減圧濾過し、試料水の濾過時間Ｔ１を測定する。なお、試料水を濾過する直前に、試料水の水温Ｔｍ１を測定し、記録する。
【００２７】
測定する試料水は、凝集、濾過処理を行った処理水であり、上述した膜分離装置に供給される水である。濾過性としては、濾過時間の他、濾過速度（濾過流束）等が挙げられるが、本実施形態では濾過時間を使用するものとする。
【００２８】
次に、上述した試料水と同じ試料水５００ｍｌを減圧濾過し、濾過時間Ｔ２を測定する。これにより、ＭＦＦ値をＴ２／Ｔ１から求めることができる。ＳＦＦの求め方については以下に説明する。
【００２９】
本発明では、清澄水の濾過時間Ｔ０、及び試料水の濾過時間Ｔ１を補正係数を用いて補正し、補正後の濾過時間Ｔ０ｃ、Ｔ１ｃを求める。この補正係数として、粘性補正係数を用いる。粘性補正係数を用いるのは、温度によって水の粘性が異なり、粘性の違いにより濾過性、即ち、濾過時間、濾過速度、単位時間当たりの濾液量等も異なるためである。本発明では、水の温度と粘性係数との変化率を１℃当たり約１．０２４とし、水の温度を２５℃として補正する。従って、補正後の清澄水の濾過時間Ｔ０ｃは、Ｔ０ｃ＝Ｔ０×（１／１．０２４（２５−Ｔｍ０））となり、試料水の補正後の濾過時間Ｔ１ｃは、Ｔ１ｃ＝Ｔ１×（１／１．０２４（２５−Ｔｍ１））となる。なお、補正する水の温度は２５℃に限られず、所定の温度となるように補正するようにしてもよい。ここで、ＳＦＦ値は、Ｔ１ｃ／Ｔ０ｃから求められる。膜分離装置へ供給する水として適しているか否かの指標として、ＳＦＦ値が１．１以下、好ましくは１．０５以下である。なお、ＳＦＦは、原水の電気伝導率で若干変動することがある。
【００３０】
このように、ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１を使用してＳＦＦを求めることにより、上述した膜分離装置に供給される被処理水に含まれる水溶性高分子の残留指標を簡易的に求めて、被処理水に含まれる膜汚染物質による膜分離装置の分離膜に対する汚染度を評価することができる。
【００３１】
（水溶性高分子の残留指標の変形例）
水溶性高分子の残留指標の変形例として、ＳＦＦとは異なる、処理水中に含まれる水溶性高分子の残留指標を表す補正ＭＦ値について、以下に説明する。なお、上記実施形態と共通する箇所の説明は省略し、相違点のみ説明する。
【００３２】
補正ＭＦ値とは、上述したＭＦ値を、使用したＭＦ膜の個体差に基づいて補正するものである。例えば、清澄水を５００ｍｌ透過させたときの濾過時間Ｔ０を水温２５℃で補正した場合の濾過時間Ｔ０ｃの標準値を４０秒として、清澄水がＭＦ膜１６を透過する濾過時間Ｔ０が４８秒である場合、４０／４８≒０．８３３がＭＦ膜補正係数となる。従って、上述した粘性補正係数で補正された濾過時間Ｔ１ｃ、Ｔ２ｃに０．８３３を乗じて補正ＭＦ値を求める。即ち、補正ＭＦ値は、（Ｔ１ｃ＋Ｔ２ｃ）×０．８３３から求められる。なお、ＭＦ膜１６としてミリポア社製の０．４５μｍのものを使用した場合のＴ０ｃのばらつきは、最小が３５秒、最大が５０秒で、ＭＦ膜補正係数は０．８０〜１．１４であった。
【００３３】
これにより、ＭＦ膜の個体差に起因する濾過時間の違いから評価指標として不適であったＭＦ値から、信頼性を有する水質の評価指標を求めることができる。さらに、補正ＭＦ値を、被処理水に残留する水溶性高分子の残留指標として使用することができる。
【００３４】
上述したＳＦＦ値、または補正ＭＦ値を用いて行う、水処理装置の管理方法について以下に説明する。上述したように、ＳＦＦ値または補正ＭＦ値を求めることにより、被処理水中に含まれる水溶性高分子による分離膜の汚染度が評価できるので、この評価結果に基づいて膜分離装置へ供給される被処理水の前処理を行う前処理装置で、被処理水へ添加する凝集剤の添加量を増減させて適切に凝集処理を行うことができる。
【００３５】
ここで使用する凝集剤として、フェノール樹脂アルカリ溶液が好ましく、特にノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液が好ましい。これにより、膜分離装置へ供給される被処理水は水溶性高分子による汚染度が低減された水となり、膜分離装置に使用されている分離膜の汚染が低減されて透過流束の低下を防止することができる。また、分離膜の汚染が低減されるので、分離膜の膜洗浄を行う頻度を低減することができ、安定して水処理装置を運転させることができる。
【実施例】
【００３６】
以下に示す実施例に従って、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
（生物処理水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例１＞
液晶製造工程排水を脱窒素までを含む生物処理を行った処理水を原水とし、原水の水温を２２±２℃に調整した。調整後の原水を１１００ｍｌビーカーに取り、ジャーテスター（宮本製作所製のＭＪＳ−６）でジャーテストを行った。反応条件は、凝集剤としてポリ硫酸第二鉄を所定量添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌した。また、ポリ硫酸第二鉄を添加後のｐＨが５．０未満の場合には苛性ソーダを所定量添加してｐＨ５．０に調整した後、５０ｒｐｍで７分間撹拌して反応させた。このように反応させた凝集処理水を約１５分沈殿させた後、Ｎｏ５Ａの濾紙を使用して凝集フロックを含む全量を濾過した。得られた濾過水１０００ｍｌを５００ｍｌずつ２本のシリンダーに取り、試料水とした。
【００３８】
原水とは別に、回収した排水をＲＯ膜に通水させた逆浸透膜透過水を水温２２±２℃に調整して十分量準備し、そのうち５００ｍｌを清澄水の濾過時間Ｔ０測定用水として取り分けた。Ｔ０測定用の逆浸透膜透過水５００ｍｌを、ミリポア社製 孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのニトロセルロース製メンブレンフィルターを使用し、−６７ｋＰａの減圧下で濾過し、濾過時間Ｔ０を計測する。続いて、試料水５００ｍｌを２本減圧濾過し、濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＳＦＦ及び比較例としてＭＦＦを求めた。
【００３９】
得られた結果を図２のグラフに示す。図２から判るように、凝集剤のポリ硫酸第二鉄の添加量が３２０ｍｇ／ｌでのＳＦＦ値は１．８０であり、添加量を６６０ｍｇ／ｌにすると、ＳＦＦ値は１．６０まで低下するものの、ＭＦＦ値よりも大きい値となっている。従って、本実施例で使用した試料水は、微粒子汚濁より水溶性高分子による汚濁に寄与するところが非常に大きいことが判る。また、ポリ硫酸第二鉄の添加量を増加させることによって、微生物代謝生産物である水溶性高分子を少しではあるが除去できるものの、ポリ硫酸第二鉄のみでの水溶性高分子の改善効果は限られており、ＳＦＦ＝１．１以下にするためにはポリ硫酸第二鉄の添加量を増加させても不可能であることがわかる。
【００４０】
＜実施例２＞
実施例１と同一の原水及びジャーテスターを使用してジャーテストを行った。反応条件は、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液（栗田工業製 クリバーターＢＰ２０１）を使用し、原水に所定量添加して１５０ｒｐｍで３分間反応させた。その後、ポリ硫酸第二鉄を４８０ｐｐｍ添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌して反応させた。さらに、ｐＨ５．０未満の場合には、苛性ソーダを添加してｐＨ５．０に調整し、５０ｒｐｍで７分間反応させた。このように反応させた凝集処理水を実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１，Ｔ２を測定してＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。なお、濾過時間の測定は実施例１と同様である。
【００４１】
得られた結果を図３のグラフに示す。図３に示すように、ＳＦＦ値は、ノボラック型フェノール樹脂の添加量が０ｍｇ／ｌの時には１．７１であるが、ノボラック型フェノール樹脂の添加量が６ｍｇ／ｌの時には１．１１になり、ノボラック型フェノール樹脂の添加量を増やすことで改善された数値幅は０．６０である。
【００４２】
一方、ＭＦＦ値でもノボラック型フェノール樹脂の添加量の増加に伴い、添加量が０ｍｇ／ｌの時には１．２９であった、添加量が６ｍｇ／ｌの時には１．１０に改善される。しかし、改善幅をＳＦＦと比較してみると、ＭＦＦの改善幅は０．１９であるのに対し、ＳＦＦの改善幅は０．６０であるので、ＳＦＦはＭＦＦの約３倍改善されていることが判る。
【００４３】
以上から、ノボラック型フェノール樹脂の添加量を増加させることで、ＳＦＦ＞ＭＦＦであった汚染指標がＳＦＦ≒ＭＦＦとなり、水溶性高分子による汚染指標が大きく減少したことを確認することができた。また、逆浸透膜処理に先立って、前処理として凝集処理を行いＳＦＦを求めることで、逆浸透膜処理に供給される水としての適否を鋭敏に判定することができ、水溶性高分子の凝集剤の添加量を適正に調整することができることが確認できた。
【００４４】
（藻類繁殖の多い湖水系工業用水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例３＞
茨城県北浦の藻類繁殖の多い鹿島地区の工業用水について、特に藻類繁殖の多い９月に採取した原水に、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣという）を使用し、ｐＨを６．１に調整して、実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、ＳＦＦ及び比較例としてＭＦＦを求めた。
【００４５】
得られた結果を図４のグラフに示す。図４に示すように、ＰＡＣの添加量を６０ｍｇ／ｌから１２０ｍｇ／ｌまで増加させると、ＳＦＦ値は１．７６から１．３５まで低下し、明らかに原水中の汚染度が改善されていることが認められる。しかし、逆浸透膜への供給水としての水準である１．１０以下を達成するために、ＰＡＣの添加量は２００ｍｇ／ｌを要する。一方、ＭＦＦ値は、ＰＡＣの添加量を６０ｍｇ／ｌから１２０ｍｇ／ｌまで増加させても１．２０付近でほとんど変化はなく、ＰＡＣの添加量を２０ｍｇ／ｌまで増加させることで、１．１０まで低減した。
【００４６】
＜実施例４＞
実施例３と同一の原水を使用し、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を所定量添加して、１５０ｒｐｍで３分間反応させた。その後、ＰＡＣを８０ｍｇ／ｌ添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌して反応させて、実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定してＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００４７】
得られた結果を図５のグラフに示す。図５に示すように、ノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液の添加量が０ｍｇ／ｌの時のＳＦＦ値は１．６３であるが、添加量が５ｍｇ／ｌになるとＳＦＦは１．０７になり、改善幅は０．５８となる。一方、ＭＦＦ値は、ノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液の添加量が０ｍｇ／ｌ時には１．１９であるが、５ｍｇ／ｌに増加させると、１．０９に改善される。しかしながら、ＭＦＦの改善幅は０．１０であり、ＳＦＦの改善幅がＭＦＦの改善幅より５倍以上大きくなることが確認できた。
【００４８】
（藻類繁殖のほとんどない河川系工業用水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例５＞
川崎地区で使用している藻類が殆ど繁殖していない河川を水源とする工業用水を原水とし、凝集剤としてＰＡＣを使用して、ｐＨ６．２に調整して実施例１と同様に試料水として取り分けた。その後、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、ＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００４９】
得られた結果を図６のグラフに示す。図６に示すように、ＰＡＣの添加量が２０ｍｇ／ｌでＳＦＦ値、ＭＦＦ値共に１．０３となり、日本の水道水に匹敵する清澄さ、若しくはそれより良好な清澄な処理水を得ることができる。また、ＭＦＦ値よりもＳＦＦ値が下回っていることから、微生物代謝に由来する水溶性高分子が殆ど存在していないことがわかる。
【００５０】
＜実施例６＞
実施例５と同一の原水に、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を所定量添加して反応させ、その後ＰＡＣを２０ｍｇ／ｌ添加して反応させて実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定しＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００５１】
得られた結果を図７のグラフに示す。図７に示すように、藻類が殆ど繁殖していない河川系の工業用水に、ＰＡＣ２０ｍｇ／ｌに加えてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を０．６ｍｇ／ｌを添加して凝集処理及び濾過することにより、膜分離装置に供給する被処理水として十分適合するＳＦＦ値の低下が認められた。
【００５２】
（補正ＭＦ値とＳＦＦの相関評価）
＜実施例７＞
実施例１、２で使用した原水に凝集剤を添加して得た凝集処理水を、吸光光度計で、波長６５０ｎｍ、スリット幅５０ｍｍで測定して、セル吸光度が０．０００または０．００１となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図８（Ａ）に示した。また、比較例として図８（Ｂ）に、同様の凝集処理水から濾過時間を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値との関係をグラフに示した。
【００５３】
図８（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は０．９９８となり、非常に高い相関であることが判る。一方、図８（Ｂ）に示すＭＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９５となり、十分に相関があると言えるが、ＭＦＦ値が１．０である場合の補正ＭＦ値は、図８（Ｂ）に記載されている式から補正ＭＦ値の最良値である８０秒からのずれが大きくなってしまうことが判る。
【００５４】
＜実施例８＞
実施例３、４で使用した原水に、上記実施例７と同様のセル吸光度となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図９（Ａ）に示した。また、比較例として、図９（Ｂ）に、同様の凝集処理水を試料水として取り、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値の関係をグラフに示した。
【００５５】
図９（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９９６となり、非常に高い相関であることが判る。一方、図９（Ｂ）からは、相関係数が０．７８８と相関が小さいことが判る。
【００５６】
＜実施例９＞
実施例５、６で使用した河川系工業用水よりも、若干藻類繁殖が多く見られる北九州地区の工業用水を原水とし、上記実施例７と同様のセル吸光度となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図１０（Ａ）に示した。また、比較例として、図１０（Ｂ）に、同様の凝集処理水を試料水として取り、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値の関係をグラフに示した。
【００５７】
図１０（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、相関係数は約０．９９と非常に高い。一方、ＭＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９７に下がる。
【００５８】
＜実施例１０＞
上記実施例７〜９で取得したＳＦＦと補正ＭＦ値の全データの相関関係を図１１に示す。微生物代謝に由来する水溶性高分子を含む３種類の異なる原水を、所定の処理条件で凝集処理及び濾過を行った処理水のＳＦＦと補正ＭＦ値の相関関係は図１１に示すようになり、相関係数も０．９９を超えて、高精度の相関が得られた。即ち、補正ＭＦ値もＳＦＦと同様に、水溶性高分子の残留指標として精度の高い管理指標として使用することが可能であることが確認できた。
【００５９】
このように、逆浸透膜へ供給される処理水に含まれる水溶性高分子の残留指標として、ＳＦＦが非常に有効であることが判明した。逆浸透膜へ供給される水の汚染指標として従来から使用されているＭＦＦに対し、ＳＦＦは３〜５倍以上の感度で簡易且つ正確に判定することが可能である。また、従来行われていたＭＦ値に対し、ＭＦ膜の個体差を上述のように補正することによって、ＳＦＦと同程度の精度で水溶性高分子の残留指標として使用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器
１０ 濾過器
１６ ＭＦ膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜を使用した膜分離装置へ供給される水の水質評価方法及びこの方法を使用して膜分離装置へ供給される水の膜前処理を行う膜前処理装置を有する水処理装置の運転管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
限外濾過膜（以下、ＵＦ膜という）、ナノ濾過膜（以下、ＮＦ膜という）、及び逆浸透膜（以下、ＲＯ膜という）のいずれかの分離膜を使用する膜分離装置で水処理を行うと、膜分離装置に供給される原水に含まれる粘土等の微粒子成分や有機物等の汚染物質により、分離膜が汚染されて透過流束が低下してしまうため、原水中の汚染物質を所定のレベルまで低下させる膜前処理を行う必要がある。膜前処理として、原水に凝集剤を用いて凝集処理を行い、重力による自然流下で濾過を行う重力式２層濾過等で原水を濾過し、被処理水を得る方法がある。
【０００３】
このような膜前処理を行った被処理水の汚染度の指標として、ＡＳＴＭ Ｄ４１８９に定義されているＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）値、ＪＩＳ Ｋ ３８０２に定義されているＦＩ（Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ）値、ＭＦ値（Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．２０，ｐ．３５３−３６４，１９７７）、及びＭＦＦ（ＭＦ Ｆａｃｔｏｒ）値がある。これらの値は、いずれもＲＯ膜への供給水を、細孔径０．４５μｍのセルロース系フィルタである精密濾過膜（以下、ＭＦ膜という）で所定の濾過を行った時の濾過時間測定値に基づいて求められる値である。なお、ＳＤＩ値とＦＩ値は同義であるので、以降、ＳＤＩ値として説明する。
【０００４】
ここで、ＭＦ値とは、−６７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ）の減圧下で１Ｌの原水が、直径４７ｍｍ（実質濾過面の直径３５ｍｍ）のＭＦ膜を透過するのに要する時間（秒）である。一方、ＭＦＦ値は、１Ｌの原水を５００ｍｌずつに分けてＭＦ膜を通水させ、それぞれの濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、Ｔ２／Ｔ１から求められる。ＲＯ膜へ供給される水として推奨されるＭＦ値は１２０〜１３０秒以下とされており、同様に推奨されるＭＦＦ値は１．１以下とされている。
【０００５】
しかしながら、このような値にはそれぞれ欠点があり、例えばＭＦ値は、測定精度が低く、分離膜の個体差によって測定値にばらつきが出る（例えば、膜汚染物質のない清澄水で３５秒から５０秒）という問題がある。また、ＳＤＩ値は、ＭＦ値を求める場合よりも多くの原水量を要するという問題や、水温の補正を行わないため原水の汚染の度合いを経時変化として把握するには適さないという問題がある。このために、例えば原水の汚染度を精度よく把握するために濾過液量や透過流束等から濾過係数を求めることが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５２１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、分離膜に供給される原水に含まれる汚濁物質として、微粒子の他に水溶性有機高分子、例えば中性多糖類が挙げられる。中性多糖類は、分子量が１００万から１０００万を超えることもある。このような中性多糖類が含まれる原水をＭＦ膜で濾過すると、ＭＦ膜の細孔を通過する際に中性多糖類が濾過抵抗となり、微粒子が存在しなくてもＭＦＦ値が１．１を下回ることはできないことがある。これは、上述したＳＤＩ値、ＭＦ値、及びＭＦＦ値が、微粒子による原水の汚染度の指標であり、中性多糖類による原水の汚染度を検出する指標として適していないからである。
【０００８】
このため、ＳＤＩ値、ＭＦ値、ＭＦＦ値がＲＯ膜へ供給される原水の汚染度の指標として不適切である場合の改善措置として、原水に含まれる微粒子を除去するのか、水溶性高分子を除去するのかという判断が困難である。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、膜分離装置に供給される水に水溶性高分子が含まれる場合の分離膜に対する水の汚染度の指標を、高い精度で簡易に求めることができる水質評価方法を提供することにある。さらに、このような水質評価方法を用いた水処理装置の運用管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するべく、請求項１の水質評価方法は、分離膜を用いた膜分離装置へ供給される被処理水の水質評価方法であって、清澄水を精密濾過膜に通水して該清澄水の濾過性を測定し、前記被処理水を前記精密濾過膜に通水して該被処理水の濾過性を測定し、測定された清澄水の濾過性、及び測定された被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の水質評価方法では、請求項１において、前記分離膜に対する被処理水の汚染度の評価では、前記測定された清澄水の濾過性、及び前記測定された被処理水の濾過性を、予め定められた補正係数でそれぞれ補正し、補正後の清澄水の濾過性及び補正後の被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の水質の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の水質評価方法では、請求項２において、前記補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の水処理装置の運転管理方法は、原水に含まれる膜汚染物質を凝集剤を用いて凝集処理する前処理装置と、該前処理装置で凝集処理された被処理水を分離膜を用いて濾過する膜分離装置とを備える水処理装置の運転管理方法であって、前記前処理装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の水質評価方法により処理水の水質の汚染度を評価し、該評価結果に基づいて、前記前処理装置で使用する凝集剤としてフェノール樹脂アルカリ溶液の添加量を増減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の水質評価方法によれば、清澄水の濾過性及び被処理水の濾過性を精密濾過膜で濾過することにより測定し、清澄水及び被処理水の濾過性から被処理水に含まれる水溶性高分子による膜の汚染度を評価する。被処理水に水溶性高分子が残存している場合には精密濾過膜における濾過抵抗が大きくなるため、被処理水の濾過性を清澄水の濾過性と比較して評価することにより、水溶性高分子の残留度が反映された汚染度を評価することができる。
【００１５】
請求項２の水質評価方法によれば、清澄水の濾過性及び被処理水の濾過性をそれぞれ補正係数で補正して評価するので、精度よく水溶性高分子による膜の汚染度の評価結果を得ることができる。
請求項３の水質評価方法によれば、補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であるので、水温の違いによる粘性の差異を補正することができ、より精度の高い水質の評価結果を得ることができる。
【００１６】
請求項４の水処理装置の運転管理方法によれば、被処理水に含まれる水溶性高分子による分離膜の汚染度の評価結果に基づいて、前処理装置で原水に含まれる水溶性高分子を凝集処理する凝集剤添加量を増減することにより、分離膜汚染の影響を、膜分離装置に供給される被処理水として適切な残留指標まで低減することができ、膜分離装置の膜洗浄を行う頻度を低減することができるので、安定して水処理装置の運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明で使用するＳＦＦ及びＭＦＦ測定器の概略図である。
【図２】本発明の実施例１で得られた、ポリ硫酸第二鉄の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図３】本発明の実施例２で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例３で得られた、ポリ塩化アルミニウムの添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図５】本発明の実施例４で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図６】本発明の実施例５で得られた、ポリ塩化アルミニウムの添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図７】本発明の実施例６で得られた、ノボラック型フェノール樹脂の添加量とＳＦＦ及びＭＦＦとの関係を表すグラフである。
【図８】（Ａ）本発明の実施例７から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例７から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図９】（Ａ）本発明の実施例８から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例８から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図１０】（Ａ）本発明の実施例９から得られたＳＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフ、（Ｂ）本発明の実施例９から得られたＭＦＦ−補正ＭＦ値の関係を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施例７〜９のデータに基づく、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の水質評価方法及びこの方法を使用する水処理装置の運転管理方法について詳細に説明する。
【００１９】
従来、水処理装置における膜分離装置に供給される被処理水に含まれる汚濁物質の残留量を把握するための指標として、ＳＤＩ値、ＭＦ値、ＭＦＦ値等が使用されているが、これらの指標は主として被処理水中に存在する微粒子の指標であり、上述したように、被処理水に含まれる水溶性高分子を把握する指標としては適していなかった。
【００２０】
そこで、本発明では、膜分離装置に供給される被処理水に含まれる汚濁物質、特に水溶性高分子の残留量を把握するための指標（以下、ＳＦＦという）を使用する。なお、以下に説明するＳＦＦの測定では、同時にＭＦＦも測定可能である。
【００２１】
（水溶性高分子の残留指標）
以下、本発明で使用する、被処理水中に含まれる水溶性高分子の残留指標を表すＳＦＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）について説明する。
【００２２】
ＳＦＦ測定方法について、図１に示すＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１の概略図に基づいて説明する。
ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１には、被処理水を濾過する濾過器１０、濾過器１０で濾過された被処理水が供給される濾過槽１２、及び濾過槽１２を減圧する減圧装置１４を備える。濾過器１０には、濾過膜１６が備えられている。
【００２３】
ＳＦＦの測定には、ＳＤＩ値、ＭＦ値、及びＭＦＦ値の測定で使用するＭＦ膜を濾過膜１６として使用することができる（以下、ＭＦ膜１６）。具体的に、ＭＦ膜１６は、直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターを使用する。
【００２４】
このように構成されたＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１を使用して、ＳＦＦを測定する。
まず、清澄水５００ｍｌをＭＦ膜１６に透過させ、濾過時間Ｔ０を測定する。濾過時間Ｔ０の測定に使用する清澄水は、ＲＯ透過水、または蒸留水等の膜汚染物質を含まない水を用いる。水道水等をイオン交換して得られた純水は、ＭＦ膜に対し非イオン性の濾過抵抗物質（例えば、中性多糖類等の水溶性高分子）を含むことがあるため、好ましくない。上述した膜分離装置に設けられている分離膜がＲＯ膜である場合には、清澄水としてＲＯ透過水を用いることが実用的である。これは、ＲＯ膜等を汚染する被処理水中に含まれる膜汚染物質は、ＲＯ膜で阻止されるため、ＲＯ膜を透過した透過水中には膜汚染物質は存在しないからである。
【００２５】
清澄水の濾過条件として、減圧装置１４で濾過槽１２を−６７ｋＰａ（−５００ｍｍＨｇ）で減圧して濾過する。また、清澄水を濾過する直前に、清澄水の水温Ｔｍ０を測定し記録する。
【００２６】
次に、試料水（被処理水）５００ｍｌを清澄水透過時と同様にＭＦ膜１６で減圧濾過し、試料水の濾過時間Ｔ１を測定する。なお、試料水を濾過する直前に、試料水の水温Ｔｍ１を測定し、記録する。
【００２７】
測定する試料水は、凝集、濾過処理を行った処理水であり、上述した膜分離装置に供給される水である。濾過性としては、濾過時間の他、濾過速度（濾過流束）等が挙げられるが、本実施形態では濾過時間を使用するものとする。
【００２８】
次に、上述した試料水と同じ試料水５００ｍｌを減圧濾過し、濾過時間Ｔ２を測定する。これにより、ＭＦＦ値をＴ２／Ｔ１から求めることができる。ＳＦＦの求め方については以下に説明する。
【００２９】
本発明では、清澄水の濾過時間Ｔ０、及び試料水の濾過時間Ｔ１を補正係数を用いて補正し、補正後の濾過時間Ｔ０ｃ、Ｔ１ｃを求める。この補正係数として、粘性補正係数を用いる。粘性補正係数を用いるのは、温度によって水の粘性が異なり、粘性の違いにより濾過性、即ち、濾過時間、濾過速度、単位時間当たりの濾液量等も異なるためである。本発明では、水の温度と粘性係数との変化率を１℃当たり約１．０２４とし、水の温度を２５℃として補正する。従って、補正後の清澄水の濾過時間Ｔ０ｃは、Ｔ０ｃ＝Ｔ０×（１／１．０２４（２５−Ｔｍ０））となり、試料水の補正後の濾過時間Ｔ１ｃは、Ｔ１ｃ＝Ｔ１×（１／１．０２４（２５−Ｔｍ１））となる。なお、補正する水の温度は２５℃に限られず、所定の温度となるように補正するようにしてもよい。ここで、ＳＦＦ値は、Ｔ１ｃ／Ｔ０ｃから求められる。膜分離装置へ供給する水として適しているか否かの指標として、ＳＦＦ値が１．１以下、好ましくは１．０５以下である。なお、ＳＦＦは、原水の電気伝導率で若干変動することがある。
【００３０】
このように、ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器１を使用してＳＦＦを求めることにより、上述した膜分離装置に供給される被処理水に含まれる水溶性高分子の残留指標を簡易的に求めて、被処理水に含まれる膜汚染物質による膜分離装置の分離膜に対する汚染度を評価することができる。
【００３１】
（水溶性高分子の残留指標の変形例）
水溶性高分子の残留指標の変形例として、ＳＦＦとは異なる、処理水中に含まれる水溶性高分子の残留指標を表す補正ＭＦ値について、以下に説明する。なお、上記実施形態と共通する箇所の説明は省略し、相違点のみ説明する。
【００３２】
補正ＭＦ値とは、上述したＭＦ値を、使用したＭＦ膜の個体差に基づいて補正するものである。例えば、清澄水を５００ｍｌ透過させたときの濾過時間Ｔ０を水温２５℃で補正した場合の濾過時間Ｔ０ｃの標準値を４０秒として、清澄水がＭＦ膜１６を透過する濾過時間Ｔ０が４８秒である場合、４０／４８≒０．８３３がＭＦ膜補正係数となる。従って、上述した粘性補正係数で補正された濾過時間Ｔ１ｃ、Ｔ２ｃに０．８３３を乗じて補正ＭＦ値を求める。即ち、補正ＭＦ値は、（Ｔ１ｃ＋Ｔ２ｃ）×０．８３３から求められる。なお、ＭＦ膜１６としてミリポア社製の０．４５μｍのものを使用した場合のＴ０ｃのばらつきは、最小が３５秒、最大が５０秒で、ＭＦ膜補正係数は０．８０〜１．１４であった。
【００３３】
これにより、ＭＦ膜の個体差に起因する濾過時間の違いから評価指標として不適であったＭＦ値から、信頼性を有する水質の評価指標を求めることができる。さらに、補正ＭＦ値を、被処理水に残留する水溶性高分子の残留指標として使用することができる。
【００３４】
上述したＳＦＦ値、または補正ＭＦ値を用いて行う、水処理装置の管理方法について以下に説明する。上述したように、ＳＦＦ値または補正ＭＦ値を求めることにより、被処理水中に含まれる水溶性高分子による分離膜の汚染度が評価できるので、この評価結果に基づいて膜分離装置へ供給される被処理水の前処理を行う前処理装置で、被処理水へ添加する凝集剤の添加量を増減させて適切に凝集処理を行うことができる。
【００３５】
ここで使用する凝集剤として、フェノール樹脂アルカリ溶液が好ましく、特にノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液が好ましい。これにより、膜分離装置へ供給される被処理水は水溶性高分子による汚染度が低減された水となり、膜分離装置に使用されている分離膜の汚染が低減されて透過流束の低下を防止することができる。また、分離膜の汚染が低減されるので、分離膜の膜洗浄を行う頻度を低減することができ、安定して水処理装置を運転させることができる。
【実施例】
【００３６】
以下に示す実施例に従って、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
（生物処理水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例１＞
液晶製造工程排水を脱窒素までを含む生物処理を行った処理水を原水とし、原水の水温を２２±２℃に調整した。調整後の原水を１１００ｍｌビーカーに取り、ジャーテスター（宮本製作所製のＭＪＳ−６）でジャーテストを行った。反応条件は、凝集剤としてポリ硫酸第二鉄を所定量添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌した。また、ポリ硫酸第二鉄を添加後のｐＨが５．０未満の場合には苛性ソーダを所定量添加してｐＨ５．０に調整した後、５０ｒｐｍで７分間撹拌して反応させた。このように反応させた凝集処理水を約１５分沈殿させた後、Ｎｏ５Ａの濾紙を使用して凝集フロックを含む全量を濾過した。得られた濾過水１０００ｍｌを５００ｍｌずつ２本のシリンダーに取り、試料水とした。
【００３８】
原水とは別に、回収した排水をＲＯ膜に通水させた逆浸透膜透過水を水温２２±２℃に調整して十分量準備し、そのうち５００ｍｌを清澄水の濾過時間Ｔ０測定用水として取り分けた。Ｔ０測定用の逆浸透膜透過水５００ｍｌを、ミリポア社製 孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのニトロセルロース製メンブレンフィルターを使用し、−６７ｋＰａの減圧下で濾過し、濾過時間Ｔ０を計測する。続いて、試料水５００ｍｌを２本減圧濾過し、濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＳＦＦ及び比較例としてＭＦＦを求めた。
【００３９】
得られた結果を図２のグラフに示す。図２から判るように、凝集剤のポリ硫酸第二鉄の添加量が３２０ｍｇ／ｌでのＳＦＦ値は１．８０であり、添加量を６６０ｍｇ／ｌにすると、ＳＦＦ値は１．６０まで低下するものの、ＭＦＦ値よりも大きい値となっている。従って、本実施例で使用した試料水は、微粒子汚濁より水溶性高分子による汚濁に寄与するところが非常に大きいことが判る。また、ポリ硫酸第二鉄の添加量を増加させることによって、微生物代謝生産物である水溶性高分子を少しではあるが除去できるものの、ポリ硫酸第二鉄のみでの水溶性高分子の改善効果は限られており、ＳＦＦ＝１．１以下にするためにはポリ硫酸第二鉄の添加量を増加させても不可能であることがわかる。
【００４０】
＜実施例２＞
実施例１と同一の原水及びジャーテスターを使用してジャーテストを行った。反応条件は、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液（栗田工業製 クリバーターＢＰ２０１）を使用し、原水に所定量添加して１５０ｒｐｍで３分間反応させた。その後、ポリ硫酸第二鉄を４８０ｐｐｍ添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌して反応させた。さらに、ｐＨ５．０未満の場合には、苛性ソーダを添加してｐＨ５．０に調整し、５０ｒｐｍで７分間反応させた。このように反応させた凝集処理水を実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１，Ｔ２を測定してＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。なお、濾過時間の測定は実施例１と同様である。
【００４１】
得られた結果を図３のグラフに示す。図３に示すように、ＳＦＦ値は、ノボラック型フェノール樹脂の添加量が０ｍｇ／ｌの時には１．７１であるが、ノボラック型フェノール樹脂の添加量が６ｍｇ／ｌの時には１．１１になり、ノボラック型フェノール樹脂の添加量を増やすことで改善された数値幅は０．６０である。
【００４２】
一方、ＭＦＦ値でもノボラック型フェノール樹脂の添加量の増加に伴い、添加量が０ｍｇ／ｌの時には１．２９であった、添加量が６ｍｇ／ｌの時には１．１０に改善される。しかし、改善幅をＳＦＦと比較してみると、ＭＦＦの改善幅は０．１９であるのに対し、ＳＦＦの改善幅は０．６０であるので、ＳＦＦはＭＦＦの約３倍改善されていることが判る。
【００４３】
以上から、ノボラック型フェノール樹脂の添加量を増加させることで、ＳＦＦ＞ＭＦＦであった汚染指標がＳＦＦ≒ＭＦＦとなり、水溶性高分子による汚染指標が大きく減少したことを確認することができた。また、逆浸透膜処理に先立って、前処理として凝集処理を行いＳＦＦを求めることで、逆浸透膜処理に供給される水としての適否を鋭敏に判定することができ、水溶性高分子の凝集剤の添加量を適正に調整することができることが確認できた。
【００４４】
（藻類繁殖の多い湖水系工業用水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例３＞
茨城県北浦の藻類繁殖の多い鹿島地区の工業用水について、特に藻類繁殖の多い９月に採取した原水に、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣという）を使用し、ｐＨを６．１に調整して、実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、ＳＦＦ及び比較例としてＭＦＦを求めた。
【００４５】
得られた結果を図４のグラフに示す。図４に示すように、ＰＡＣの添加量を６０ｍｇ／ｌから１２０ｍｇ／ｌまで増加させると、ＳＦＦ値は１．７６から１．３５まで低下し、明らかに原水中の汚染度が改善されていることが認められる。しかし、逆浸透膜への供給水としての水準である１．１０以下を達成するために、ＰＡＣの添加量は２００ｍｇ／ｌを要する。一方、ＭＦＦ値は、ＰＡＣの添加量を６０ｍｇ／ｌから１２０ｍｇ／ｌまで増加させても１．２０付近でほとんど変化はなく、ＰＡＣの添加量を２０ｍｇ／ｌまで増加させることで、１．１０まで低減した。
【００４６】
＜実施例４＞
実施例３と同一の原水を使用し、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を所定量添加して、１５０ｒｐｍで３分間反応させた。その後、ＰＡＣを８０ｍｇ／ｌ添加して１５０ｒｐｍで１０分間撹拌して反応させて、実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定してＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００４７】
得られた結果を図５のグラフに示す。図５に示すように、ノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液の添加量が０ｍｇ／ｌの時のＳＦＦ値は１．６３であるが、添加量が５ｍｇ／ｌになるとＳＦＦは１．０７になり、改善幅は０．５８となる。一方、ＭＦＦ値は、ノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液の添加量が０ｍｇ／ｌ時には１．１９であるが、５ｍｇ／ｌに増加させると、１．０９に改善される。しかしながら、ＭＦＦの改善幅は０．１０であり、ＳＦＦの改善幅がＭＦＦの改善幅より５倍以上大きくなることが確認できた。
【００４８】
（藻類繁殖のほとんどない河川系工業用水の凝集処理及びＳＦＦ、ＭＦＦの評価）
＜実施例５＞
川崎地区で使用している藻類が殆ど繁殖していない河川を水源とする工業用水を原水とし、凝集剤としてＰＡＣを使用して、ｐＨ６．２に調整して実施例１と同様に試料水として取り分けた。その後、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定し、ＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００４９】
得られた結果を図６のグラフに示す。図６に示すように、ＰＡＣの添加量が２０ｍｇ／ｌでＳＦＦ値、ＭＦＦ値共に１．０３となり、日本の水道水に匹敵する清澄さ、若しくはそれより良好な清澄な処理水を得ることができる。また、ＭＦＦ値よりもＳＦＦ値が下回っていることから、微生物代謝に由来する水溶性高分子が殆ど存在していないことがわかる。
【００５０】
＜実施例６＞
実施例５と同一の原水に、凝集剤としてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を所定量添加して反応させ、その後ＰＡＣを２０ｍｇ／ｌ添加して反応させて実施例１と同様に試料水として取り分けた。そして、実施例１と同様に逆浸透膜透過水を使用して清澄水の濾過時間Ｔ０を測定した後、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を測定しＳＦＦ及びＭＦＦを求めた。
【００５１】
得られた結果を図７のグラフに示す。図７に示すように、藻類が殆ど繁殖していない河川系の工業用水に、ＰＡＣ２０ｍｇ／ｌに加えてノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液を０．６ｍｇ／ｌを添加して凝集処理及び濾過することにより、膜分離装置に供給する被処理水として十分適合するＳＦＦ値の低下が認められた。
【００５２】
（補正ＭＦ値とＳＦＦの相関評価）
＜実施例７＞
実施例１、２で使用した原水に凝集剤を添加して得た凝集処理水を、吸光光度計で、波長６５０ｎｍ、スリット幅５０ｍｍで測定して、セル吸光度が０．０００または０．００１となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図８（Ａ）に示した。また、比較例として図８（Ｂ）に、同様の凝集処理水から濾過時間を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値との関係をグラフに示した。
【００５３】
図８（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は０．９９８となり、非常に高い相関であることが判る。一方、図８（Ｂ）に示すＭＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９５となり、十分に相関があると言えるが、ＭＦＦ値が１．０である場合の補正ＭＦ値は、図８（Ｂ）に記載されている式から補正ＭＦ値の最良値である８０秒からのずれが大きくなってしまうことが判る。
【００５４】
＜実施例８＞
実施例３、４で使用した原水に、上記実施例７と同様のセル吸光度となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図９（Ａ）に示した。また、比較例として、図９（Ｂ）に、同様の凝集処理水を試料水として取り、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値の関係をグラフに示した。
【００５５】
図９（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、ＳＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９９６となり、非常に高い相関であることが判る。一方、図９（Ｂ）からは、相関係数が０．７８８と相関が小さいことが判る。
【００５６】
＜実施例９＞
実施例５、６で使用した河川系工業用水よりも、若干藻類繁殖が多く見られる北九州地区の工業用水を原水とし、上記実施例７と同様のセル吸光度となる凝集処理水から計測した濾過時間からＳＦＦ及び補正ＭＦ値を求め、ＳＦＦ及び補正ＭＦ値の関係を図１０（Ａ）に示した。また、比較例として、図１０（Ｂ）に、同様の凝集処理水を試料水として取り、試料水の濾過時間Ｔ１、Ｔ２を計測し、ＭＦＦを求めて、ＭＦＦ及び補正ＭＦ値の関係をグラフに示した。
【００５７】
図１０（Ａ）に示すように、ＳＦＦと補正ＭＦ値との関係は直線で表され、相関係数は約０．９９と非常に高い。一方、ＭＦＦと補正ＭＦ値との相関係数は約０．９７に下がる。
【００５８】
＜実施例１０＞
上記実施例７〜９で取得したＳＦＦと補正ＭＦ値の全データの相関関係を図１１に示す。微生物代謝に由来する水溶性高分子を含む３種類の異なる原水を、所定の処理条件で凝集処理及び濾過を行った処理水のＳＦＦと補正ＭＦ値の相関関係は図１１に示すようになり、相関係数も０．９９を超えて、高精度の相関が得られた。即ち、補正ＭＦ値もＳＦＦと同様に、水溶性高分子の残留指標として精度の高い管理指標として使用することが可能であることが確認できた。
【００５９】
このように、逆浸透膜へ供給される処理水に含まれる水溶性高分子の残留指標として、ＳＦＦが非常に有効であることが判明した。逆浸透膜へ供給される水の汚染指標として従来から使用されているＭＦＦに対し、ＳＦＦは３〜５倍以上の感度で簡易且つ正確に判定することが可能である。また、従来行われていたＭＦ値に対し、ＭＦ膜の個体差を上述のように補正することによって、ＳＦＦと同程度の精度で水溶性高分子の残留指標として使用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ＳＦＦ及びＭＦＦ測定器
１０ 濾過器
１６ ＭＦ膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を用いた膜分離装置へ供給される被処理水の水質評価方法であって、
清澄水を精密濾過膜に通水して該清澄水の濾過性を測定し、
前記被処理水を前記精密濾過膜に通水して該被処理水の濾過性を測定し、
測定された清澄水の濾過性、及び測定された被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の汚染度を評価することを特徴とする水質評価方法。
【請求項２】
前記分離膜に対する被処理水の汚染度の評価では、前記測定された清澄水の濾過性、及び前記測定された被処理水の濾過性を、予め定められた補正係数でそれぞれ補正し、補正後の清澄水の濾過性及び補正後の被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の水質の汚染度を評価することを特徴とする請求項１に記載の水質評価方法。
【請求項３】
前記補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であることを特徴とする請求項２に記載の水質評価方法。
【請求項４】
原水に含まれる膜汚染物質を凝集剤を用いて凝集処理する前処理装置と、該前処理装置で凝集処理された被処理水を分離膜を用いて濾過する膜分離装置とを備える水処理装置の運転管理方法であって、
前記前処理装置は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の水質評価方法により処理水の水質の汚染度を評価し、
該評価結果に基づいて、前記前処理装置で使用する凝集剤としてフェノール樹脂アルカリ溶液の添加量を増減することを特徴とする水処理装置の運転管理方法。
【請求項１】
分離膜を用いた膜分離装置へ供給される被処理水の水質評価方法であって、
清澄水を精密濾過膜に通水して該清澄水の濾過性を測定し、
前記被処理水を前記精密濾過膜に通水して該被処理水の濾過性を測定し、
測定された清澄水の濾過性、及び測定された被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の汚染度を評価することを特徴とする水質評価方法。
【請求項２】
前記分離膜に対する被処理水の汚染度の評価では、前記測定された清澄水の濾過性、及び前記測定された被処理水の濾過性を、予め定められた補正係数でそれぞれ補正し、補正後の清澄水の濾過性及び補正後の被処理水の濾過性から、前記膜分離装置の分離膜に対する被処理水の水質の汚染度を評価することを特徴とする請求項１に記載の水質評価方法。
【請求項３】
前記補正係数は、清澄水及び被処理水の水温に対する水の粘性を補正する粘性補正係数であることを特徴とする請求項２に記載の水質評価方法。
【請求項４】
原水に含まれる膜汚染物質を凝集剤を用いて凝集処理する前処理装置と、該前処理装置で凝集処理された被処理水を分離膜を用いて濾過する膜分離装置とを備える水処理装置の運転管理方法であって、
前記前処理装置は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の水質評価方法により処理水の水質の汚染度を評価し、
該評価結果に基づいて、前記前処理装置で使用する凝集剤としてフェノール樹脂アルカリ溶液の添加量を増減することを特徴とする水処理装置の運転管理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１３６７６（Ｐ２０１２−２１３６７６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９００８（Ｐ２０１１−７９００８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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