【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水処理等に好適に用いることができる、淡水またはかん水の処理方法および処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水の分離精製に用いる膜としては、分離する対象物の大きさに応じて、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などが用いられている。これらの膜分離装置に対して、微生物による分離膜の汚染は、得られる透過水（処理水）の水質悪化や、膜面上での微生物増殖あるいは微生物およびその代謝物の膜面への付着などによる膜の透過性、分離性の低下などの問題をもたらすことが知られている。そこで、かかる問題を回避するために、種々の膜分離装置の殺菌法が提案されている。たとえば、殺菌剤として、実績があり、価格、操作面でも有利な塩素系殺菌剤を常時または間欠的に原水に添加しつつ膜分離処理をする方法がとられている（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、塩素系殺菌剤は高分子系の分離膜や配管などの化学的劣化の原因となる。特に、分離膜としてポリアミド系逆浸透膜を用いる場合には、その影響が大きいため、かかる殺菌剤を原水に添加するときは、塩素系殺菌剤を含有する原水が逆浸透膜に到達する前に、還元剤を用いて原水中の遊離塩素を還元する必要がある。還元剤としては、たとえば、亜硫酸水素ナトリウムを１〜１０倍当量添加する。これは残存殺菌剤を完全に消去すると同時に、還元剤が溶存酸素とも反応することを考慮した濃度である。
【０００４】
ところが、上記のように、塩素系殺菌剤と還元剤とを用いて膜分離処理を続けても、膜性能が低下する場合がある。そこで、間欠的に亜硫酸水素ナトリウムを、通常５００ｐｐｍ（重量）の濃度で添加して分離膜を殺菌する方法が開発され、広く使用されている。しかし、本発明者らの知見によれば、本殺菌方法も、微生物が分離膜面に堆積してファウリングを生じ、有効でないことがある。これは、原水が、亜硫酸水素ナトリウムにより無酸素状態となっても、一般に好気性微生物は無酸素では生育しないものの死滅もしないものが多いためである。また、自然界に生息する微生物は一般的傾向としてｐＨが低ければ低いほど殺菌率が高くなるものの、淡水に５００ｐｐｍという高濃度の亜硫酸水素ナトリウムを添加しても、ｐＨは５程度にしかならず、殺菌性が低いことが原因である。
【０００５】
一方、ファウリングによって膜の性能が著しく低下した場合は、通常の膜分離処理を一旦停止し、膜洗浄を行うこともできる（たとえば、特許文献１〜３参照）。洗浄方法に用いられる洗浄液は種々雑多で、中には低ｐＨのものも存在するが、低ｐＨ処理の主目的はスケールの除去にあるため、大半はアルカリ処理等他の洗浄方法と併用される。しかしながら、この処理によって膜の性能は著しく回復するが、当然のことながらこの処理の間は透過水が得られない。しかも、このような膜分離装置の運転の停止と起動とを繰り返す処理は、特に逆浸透膜モジュールに大きなダメージをあたえやすいため、可能な限りさけるべきである。
【０００６】
また、洗浄方法としては、膜分離処理に際する原水側から洗浄剤を流す場合と逆に透過水側から膜に透過させる方法（たとえば、特許文献４）がある。後者のほうが洗浄効果は高いが、通常の処理工程とは逆方向の圧力がかかることから、膜モジュール、特に平膜モジュールに対するダメージが一層高くなり、好ましくない。もっとも、これらの方法でも洗浄中に透過水を得ることはできない。
【０００７】
そこで、本発明者らは、微生物が自己の生体内の内部体制（内部環境）を均一に安定に保とうとし、内部平衡が周りの環境によって乱されると増殖できない傾向にあることを利用し（非特許文献２）、海水や高濃度かん水を淡水化するにあたって、一定時間のみ原水のｐＨを４以下として分離膜に供給することにより、膜分離装置の運転を停止することなく、淡水を得ながら分離膜を効果的に殺菌できる方法を見出した（特許文献５および６参照）。しかしながら、この方法では塩濃度が０．０５重量％以下の低塩濃度の淡水やかん水の場合、著しいバイオファウリング現象を生じることがあり、必ずしも効果が十分ではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６１−１１１０８号公報（２頁右上欄１３〜左下欄６行）
【０００９】
【特許文献２】
特開平８−２４３３６１号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−１９４８９号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開２０００−７９３２８号公報（２頁右上欄１０〜１２行）
【００１２】
【特許文献５】
特開２０００−２３７５５５号公報
【００１３】
【特許文献６】
特開２０００−３５４７４４号公報
【００１４】
【非特許文献１】
大矢晴彦著「膜利用技術ハンドブック」幸書房、１９７８年、Ｐ．１６０〜１６２
【００１５】
【非特許文献２】
河端ら監修、「食品微生物制御技術の進歩」日本食品保全研究会編集、１９９８年、Ｐ．１３〜１７
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、膜分離処理を継続しつつ、高い効率で分離膜を殺菌することができ、長期間にわたって連続運転してもモジュール間差圧の上昇が小さい淡水またはかん水の処理方法および装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の第２の目的は、膜分離処理を継続しつつ、少ない酸の投入量や短い処理時間でも高い効率で殺菌することができる淡水またはかん水の処理方法および装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の第３の目的は、分離膜の損傷が少ない淡水またはかん水の処理方法および装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、次のとおりを特徴とするものである。すなわち
（１）淡水またはかん水を原水として分離膜に供給して膜分離処理を行う通常の処理工程と、前記原水に塩類もしくは塩類含有液を添加し高塩濃度化する処理と酸性化する処理とを施した後に、その原水を前記分離膜に供給して殺菌処理を行いながら膜分離処理を行う殺菌処理工程とを有する淡水またはかん水の処理方法。
（２）前記高塩濃度化する処理によって原水の塩濃度を０．１重量％以上にする、上記（１）の淡水またはかん水の処理方法。
（３）前記殺菌処理工程を５分以上１５０分以下の範囲内で連続的に行う、上記（１）または（２）にの淡水またはかん水の処理方法。
（４）前記殺菌処理工程を１週間に１回以上の頻度で実行する、上記（１）〜（３）のいずれかの淡水またはかん水の処理方法。
（５）前記原水として下廃水の処理液を用いる、上記（１）〜（４）のいずれかの淡水またはかん水の処理方法。
（６）前記分離膜として逆浸透膜を用いる、上記（１）〜（５）のいずれかの淡水またはかん水の処理方法。
（７）上記（１）〜（６）のいずかの方法を実施する再利用水の製造方法。
（８）分離膜を備えた膜分離装置と、原水に塩類もしくは塩類含有液を添加し高塩濃度化する高塩濃度化装置と、原水の酸性化装置と、前記高塩濃度化装置および前記酸性化装置による調整を経た原水を前記膜分離装置に供給する調整済原水供給手段とを備えてなる淡水またはかん水の処理装置。
（９）前記膜分離装置の分離膜よりも粗い濾過を行う、精密濾過膜、限外濾過膜およびナノ濾過膜の少なくとも１つを備えた前処理用膜分離装置を、前記原水の高塩濃度化装置および前記原水の酸性化装置よりも下流側で、かつ前記膜分離装置よりも上流側に備えてなる、上記（８）の淡水またはかん水の処理装置。
（１０）前記膜分離装置が逆浸透膜を備え、前記高塩濃度化装置は該逆浸透膜によって得られる濃縮水を原水に還流するものである、上記（８）または（９）に記載の淡水またはかん水の処理装置。
（１１）上記（９）または（１０）の装置を備えた再利用水の製造装置。
【００２０】
なお、本発明は、原水として塩濃度の低い淡水やかん水を処理するものであるが、塩濃度が０．０５重量％以下の原水であることが好ましい。具体的には、下廃水処理において有機化合物、窒素化合物、リン酸塩類などを除去した後の処理液や工業用水、河川水などを原水として処理するにあたり好適に実施することができるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、淡水またはかん水を原水として分離膜に供給して膜分離処理を行う通常の処理工程と、前記原水に塩類もしくは塩類含有液を添加し高塩濃度化する処理と酸性化する処理とを施した後に、その原水を前記分離膜に供給して殺菌処理を行いながら膜分離処理を行う殺菌処理工程とを有する淡水またはかん水の処理方法を特徴とするものであって、例えば、図１に示すような、廃水等の処理装置において実施される。
【００２２】
図１の処理装置は原水を分離処理する膜モジュール９と原水を昇圧して膜モジュール９に供給するための送液ポンプ８とを備えた膜分離装置１０を有している。また、膜モジュールに供給する原水を酸性化するためのｐＨ調整剤混入装置と、膜モジュールに供給する原水の塩濃度を高めるための濃縮水混入装置１３（高塩濃度化装置）とが設けられている。
【００２３】
膜モジュール９に用いられる分離膜としては、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などを用いることができ、中でも、下水から再利用水を得る場合や、超純水を製造する場合、低濃度のかん水や淡水をさらに脱塩処理する場合には、逆浸透膜を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、および逆浸透膜とは、いずれも被分離混合液中の一部の成分（例えば溶媒）を透過させ、他の成分（例えば溶質）を透過させない半透性の膜をいう。
【００２５】
精密濾過膜および限外濾過膜は、分子量数１０００〜数１０万程度の粒子を分離する際に用いられるもので、精密濾過膜が粒径０．１〜数μｍの粒子を分離する際に用いられ、限外濾過膜が粒径１〜１００ｎｍの粒子を分離する際に用いられる。精密濾過膜および限外濾過膜の素材にはポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロースなどの高分子素材が使用され、たとえば緻密な最上層を有する多孔構造をなしている。
【００２６】
一方、ナノ濾過膜および逆浸透膜は、分子量１００前後〜数１０００程度の粒子を分離する際に用いられるもので、ナノ濾過膜が粒径１ｎｍ以上５ｎｍ未満の粒子を分離する際に用いられ、逆浸透膜が粒径１ｎｍ未満の粒子を分離する際に用いられる。ナノ濾過膜および逆浸透膜の素材や構造はほぼ同じで、溶質の保持性によって区別される。ナノ濾過膜は、逆浸透膜に比べナトリウムイオンや塩化イオンのような１荷のイオンの保持性が低いが、カルシウムイオンや硫酸イオンのような２荷のイオンの保持性が高い。また、ナノ濾過膜は、逆浸透膜に比べ染料や蔗糖のような低分子量成分の除去性が高い。
【００２７】
ナノ濾過膜および逆浸透膜の素材には、酢酸セルロース系ポリマー、芳香族ポリアミド、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使用される。ナノ濾過膜および逆浸透膜の構造としては、膜の少なくとも一方の面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部または他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構造、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構造などがある。代表的な逆浸透膜としては、酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の活性層を有する複合膜などがあげられる。これらの中でも、本発明の効果を特に発揮するのは、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜である。さらに塩素系殺菌剤による劣化が激しく、既存の殺菌剤がほとんど適用できない芳香族系のポリアミド複合膜では、その効果が大きい。
【００２８】
膜形態としては、平膜、中空糸膜、管状膜などがあり、本発明においてはいずれの膜形態であってもよい。
【００２９】
そして、分離膜は、実際に使用するにあたって効率的な処理が行えるように、他の部材と合わせてモジュールに組み立てられる。たとえば、平膜の場合は、分離膜を原液流路材や透過液流路材とともにスパイラル状に巻回して逆浸透エレメントとしたものを、多数本耐圧容器に装填して逆浸透膜モジュールを構成して用いる。また、チューブラー型モジュール、プレート・アンド・フレーム型モジュールとしてもよい。また、中空糸膜の場合は、分離膜を束ねて端部を樹脂で封止固定してモジュールを構成する。なお、本発明は、いずれのタイプのモジュールであっても効果を発揮することができる。
【００３０】
一方、高塩濃度化装置とは、原水に塩類や塩類含有液を添加し、原水の塩濃度の高めるものであればよく、たとえば、原水に比べて塩濃度の高い水を供給する塩水供給設備や、後段の膜分離処理が脱塩処理を行うものである場合には、膜分離処理にて得られる濃縮水の一部を原水に混入する設備などがある。また、別途用意した塩濃度の高い水溶液を原水に混入する設備でもよい。
【００３１】
原水に添加する塩類としては、塩化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどの無機塩を用い、それらを直接もしくはそれら塩類の含有液を原水に供給すればよい。もちろん、塩類含有液として海水を用いてもよい。
【００３２】
酸性化装置としては、原水に硫酸等の酸を添加して混和したり、イオン交換樹脂塔で電気分解等して、原水のｐＨを低減するものであればよい。硫酸等の酸性化用の溶液を所定の濃度にまで低下させたものや、透過水と殺菌処理工程における濃縮水を混ぜたものを同様に原水に混入させてもよい。この場合は、濃縮水に残存している硫酸を再利用できるので、硫酸使用量低減の観点からは好ましい。硫酸等の酸の供給は、酸が液体の場合は、耐酸性のあるタンクから同じく耐酸性のある配管やバルブを経由して原水に混入するのが簡単である。
【００３３】
なお、原水を高塩濃度化するための塩類や塩類含有液と、原水を酸性化するための酸性化用溶液とを予め混合し、その混合液を原水に混入するようにしてもよい。
【００３４】
そして、本発明においては、膜分離装置の前段に必要に応じて各種前処理装置が設けられる。原水が下水の場合には、たとえば図１に示すように、径の大きな粒子等の夾雑物質を除去し活性汚泥槽への流入水の性質を調整するための、スクリーン１、沈砂池２、予備曝気槽３および最初沈殿槽４と、原水中に含まれる有機物を微生物によって酸化分解する活性汚泥槽５と、生物処理後の原液を固液分離する、最終沈殿槽６および砂濾過装置、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜などの粗濾過装置７をこの順序で配設する。
【００３５】
次に、本発明の方法について、上述の装置を用いた下水処理を例に説明する。
【００３６】
まず、下水を原水として取り入れ、スクリーン１、沈砂池２、予備曝気槽３、最初沈殿槽４などの物理的処理を施し、浮遊物や油脂を除去する。この時、除去効率を上げるために凝集剤添加装置１１により凝集処理を施すことも好ましい。次に、原水を活性汚泥槽５に導入して生物処理を施し、原水中の有機物を酸化分解する。その後、最終沈殿槽６で懸濁物質を除去し、下水二次処理水を得る。続いて、この下水二次処理水を砂濾過装置、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜などの粗濾過装置７に供給し、水中の懸濁物質をさらに除去する。ここで、微生物を好適に除去するためには、精密濾過膜や限外濾過膜を用いることがより好ましく、原水中の高分子除去および後段の膜汚染の軽減の為には、限外濾過膜がさらに好ましい。また、砂濾過装置、精密濾過膜、限外濾過膜などを組み合わせて用いてもよい。
【００３７】
そして、このような処理を施した水を、送液ポンプ８を用いて膜モジュール９の原水として供給し、有機化合物、窒素化合物、塩類などを含まない透過水を取り出す。原水中の塩や有機物等が除去された透過水は、親水用水等の用水に再利用することができる。
【００３８】
ここで、膜モジュール９に供給される原水の温度（膜モジュールに供給される直前の供給水温度）は、沸騰したり凍結しない範囲にあればよく、膜の耐久性を考慮して決定すればよく、膜モジュールが上述の素材の分離膜を有している場合には、１５〜５５℃の範囲内であることが好ましい。
【００３９】
また、膜モジュール９の運転圧力は、原水の性状、運転方法などで適宜設定されるが、膜モジュール９が逆浸透膜を備えたものの場合、たとえば０．１〜３ＭＰａの範囲内、より好ましくは０．１〜１．５ＭＰａの範囲内で、高い透過水量を維持しつつ、複合半透膜を使用することができる。運転圧力を低くすることができると、用いるポンプなどの容量を小さくすることができ、消費電力を抑え、造水のコストダウンを図ることができる。運転圧力が０．１ＭＰａを下回ると、透過水量が少なくなりすぎる傾向があり、３ＭＰａを越えるとポンプなどの消費電力が増加するとともに、ファウリングによる膜の目詰まりを起こしやすくなる。また、水の透過量を０．５〜３ｍ３／ｍ２・ｄの範囲とすることにより、ファウリングの発生を適度に抑え、造水を安定的に行うことができる。
【００４０】
なお、膜モジュールの運転圧力とは、分離膜にかける圧力をいい、適当な圧力ゲージにより測定する。また、モジュール間差圧とは、分離膜モジュールの原水流入口における圧力と、濃縮水排出口における圧力ゲージの値の差をいう。
【００４１】
このようにして通常の処理工程は、目的を達成するのに最適な運転条件で行われれる。
【００４２】
しかしながら、このような通常の処理工程を常時継続したのでは、その環境で生育可能な微生物が増殖し、分離膜の膜面にファウリングを生じることになる。そこで、適当な間隔で殺菌処理を行う。
【００４３】
殺菌処理工程では、通常の処理工程と同様の前処理を行った原水に、塩類もしくは塩類含有液を添加し高塩濃度化する処理と酸性化する処理とを施し、その後、その原水を前記分離膜に供給して殺菌処理を行いながら膜分離処理を行い、所望の透過液を製造する。すなわち、濃縮水混入装置１３などにより、膜モジュール９に供給される原水に対して塩類や塩類含有液を添加し、膜モジュール９に供給される原水を高塩濃度化するとともに、ｐＨ調整剤混入装置１２により硫酸等の酸を混入し、もしくは図示しないイオン交換樹脂で電気分解して膜モジュール９に供給される原水を酸性化する。
【００４４】
高塩濃度化処理にあたっては、別途用意した塩濃度の高い液を原水に混入するようにしてもよいが、膜モジュール９が逆浸透膜を備えている場合には脱塩処理により塩濃度の高い濃縮水が得られるため、図１に示すように、膜モジュール９によって得られる濃縮水を原水に還流させることで、原水の高塩濃度化を図ることが好ましい。
【００４５】
また、酸性化にあたっては、イオン交換樹脂や硫酸等の酸を用いる。酸の場合、有機酸、無機酸いずれを用いても差し支えないが、経済的な面を考えると、硫酸を所定の濃度にまで希釈して用いることが好ましい。また、膜モジュール９が逆浸透膜やナノ濾過膜を備えている場合には、その逆浸透膜やナノ濾過膜によって得られる濃縮水を原水に混入させてもよい。この場合、濃縮水に残存している硫酸を再利用できるので、硫酸使用量低減の観点からは好ましい。
【００４６】
本発明における殺菌処理工程では、原水や分離膜表面、分離膜内部を殺菌することを重要な目的とするものの、一方で、上記の所定の膜分離処理をも実施する。すなわち、殺菌処理工程であっても所望の処理水を得ることができる状態である。膜表面に微生物が堆積した状態で、単に高塩濃度、低ｐＨの供給水を流しても、堆積した微生物の表面は殺菌されるが、短時間では堆積層の内部にまでは浸透しない。透過水を得る状態であれば、高塩濃度、低ｐＨの供給水が堆積した微生物の膜の奥まで容易に浸透するので、膜に堆積した微生物全体を殺菌することが可能となる。ただし、回収率を極端に低下させると添加する硫酸量は低減できるが、微生物堆積層に浸透するまでの時間が長くなるので、処理時間を延長する必要がある。
【００４７】
このように、間欠的に、原水の塩濃度を高め、ｐＨを通常の処理工程より低くして分離膜に供給することで、膜の劣化や損傷を防止しつつ、膜に堆積した微生物等を短時間で高効率にしかも低コストで殺菌することができる。
【００４８】
例えば、塩濃度が０．０５％以下の淡水中に含まれる通常の微生物を酸を用いて殺菌する場合、ｐＨ５で３０〜６０分処理することによって細菌の約７０％を、ｐＨ４では９０％程度を、ｐＨ３では９５％以上を、ｐＨ２．５では９８％以上を殺菌することができる。
【００４９】
しかしながら、塩濃度が０．０５％以下の淡水処理において、ファウリングを起こした膜モジュールを解体し、膜表面の堆積物を生理食塩水中に懸濁した液を酸を用いて殺菌処理したところ、ｐＨ２．５で３０分処理しても微生物が５０％生存し、耐酸性の高い菌が残存し増殖していることが判明した。
【００５０】
そこで、本発明においては、塩濃度が低いかん水や淡水について、塩濃度を意図的に高め、ｐＨを低下させた。同じ膜の堆積物中の懸濁液を用いた殺菌で、ｐＨ２．５でかつ塩濃度を０．１重量％とすると、３０分処理で殺菌率が７０％になり、さらにｐＨ２．５でかつ塩濃度を０．５重量％とすると、３０分処理で殺菌率が８３％に達した。
【００５１】
この殺菌効果は塩濃度０．０５重量％以下の淡水を原水とし、ｐＨのみを低下させた場合に比べて、高塩濃度化処理を施し、塩濃度０．１重量％以上にすることで顕著な殺菌の相乗効果が認められ、０．５重量％のときにその効果が最も顕著に現れ、０．５重量％以上にしても効果は変わらなかった。従って、塩濃度は、膜モジュール９に供給される際に０．１〜０．５重量％が好ましい。
【００５２】
なお、殺菌率は、殺菌処理の前および殺菌処理中の水の一部を取得し、適宜滅菌水で希釈し、一般細菌用の培養に適した寒天培地にまいた後、培養して出現したコロニー数を数えて、その差を通常処理工程時の値で割って１００をかけて表す。
【００５３】
一方、酸性化にあたっては、膜モジュール９に供給される原水のｐＨを２〜５にすることが好ましく、さらにはｐＨ２．５〜３．５の範囲に調整することが好ましい。原水のｐＨは、たとえばガラス電極を用いたｐＨ計により測定し、温度補正した値を用いる（ＪＩＳ Ｚ２８８０２に準拠）。また、塩濃度は、一定のサンプル水を蒸発乾固してその重量を測定しても良いが、伝導度計（ＪＩＳ Ｋ０１０１に準拠）等を用いて測定するほうがより簡便である。
【００５４】
酸の添加量は原水の塩濃度に応じて増加する。理想的な純水のｐＨを５、４、３と下げるには、計算上それぞれ０．５、５、５０ｐｐｍの硫酸でよいが、地域（原水の水質）や含有成分（塩濃度、炭酸含有量など）などで多少変動するので、１３０ｐｐｍ以上の硫酸を用いることが好ましい。本発明では塩濃度を増加させるので、目的のｐＨにする際に必要な酸添加量が多くなるが、殺菌に要する時間を短縮でき、それに伴って、添加する酸の量が削減され、コスト的に有利となる。
【００５５】
塩濃度を高め、同時にｐＨを下げることにより殺菌の相乗効果が得られる理由はいまだ解明できていないが、本発明者らは以下のように推定している。すなわち低塩濃度下で生存する微生物は、塩濃度を高め、同時にｐＨを下げることにより、細胞の周りでイオン強度が変化し、その変化によって細胞表面のｐＨに対する緩衝作用に一部変化もしくは損傷が生じて、そこから細胞内へｐＨの低い水の透過が容易となり、細胞が死滅するのではないかと考えられる。
【００５６】
殺菌処理工程の最適な時間や頻度は、使用場所、使用条件などで大きく異なり、またバイオファウリングの発生状況、すなわち膜の透過水量の減少、濃縮液の生菌数や含有有機炭素の増加、膜圧の上昇などの程度によって変動する。最終的には十分な殺菌効果が得られ、硫酸添加量（供給水のｐＨ、塩濃度の条件、添加時間から計算される）が最も少ない条件が最適条件となる。
【００５７】
しかしながら、通常バイオファウリングが懸念されるようなプラントでは、１週間に１回以上の頻度で行うのが好ましく、たとえば１日ごと、１週間ごとといった間隔で行うことが好ましい。なお、殺菌処理工程を実施する間隔は必ずしも等間隔である必要はない。
【００５８】
そして、１回の殺菌処理工程の時間は５分以上１５０分以下の範囲内で連続的に実行することが好ましい。より好ましくは１５分〜１時間、さら好ましくは１５分〜３０分である。なお、この間、一貫して同一の条件を保持している必要はない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、淡水またはかん水を原水として分離膜に供給して膜分離処理を行うに際し、間欠的に原水に塩類もしくは塩類含有液を添加し高塩濃度化するとともに酸性化するので、膜分離処理を継続しつつ、高い効率で殺菌することができ、長期間にわたって連続運用してもモジュール間差圧の上昇を小さくすることができる。また、本発明によれば、膜分離処理を継続しつつ、少ない酸の投入量や短時間でも高い効率で殺菌することができる。さらに、膜分離処理を継続しつつ殺菌を行うことができるので、分離膜の損傷も少ない。
【００６０】
【実施例】
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
【００６１】
ｐＨ７．３、塩濃度０．０２重量％の下水二次処理水を図１の二点鎖線内に示される装置を用いて処理した。１日のうち３０分間だけ殺菌処理工程とし、残りは通常処理工程とした。
【００６２】
このとき、まず比較例１の殺菌処理工程として、硫酸を添加して膜モジュール９への供給水のｐＨを３としたが、塩濃度の調整を行わない殺菌処理を行った。その結果、運転開始後１６日でモジュール間差圧の上昇すなわちバイオファウリングが発生した。また、１６日目の殺菌処理工程時に得られた濃縮水中に含まれる生菌数は、殺菌処理工程に入る直前に得られた濃縮水中に含まれる生菌数の４３％であった。
【００６３】
次に、実施例の殺菌処理工程として、硫酸および膜モジュール９で得られた濃縮水を添加して、膜モジュール９への供給水のｐＨを３、塩濃度を０．５重量％とする殺菌処理を、また、比較例２の殺菌処理工程として、水酸化ナトリウムおよび膜モジュール９で得られた濃縮水を添加して、膜モジュール９への供給水のｐＨを９、塩濃度を０．５重量％とする殺菌処理を行った。この結果、実施例では、殺菌処理工程後に得られた濃縮水中に含まれる生菌数が、殺菌処理工程に入る直前に得られた濃縮水中に含まれる生菌数の２４％であったが、比較例２では、殺菌処理工程後に得られた濃縮水中に含まれる生菌数が、殺菌処理工程に入る直前に得られた濃縮水中に含まれる生菌数の８１％であった。
【００６４】
以上の結果より、実施例の殺菌処理を行うことでモジュール間差圧の上昇すなわちバイオファウリングを防ぐことができ、長期間にわたる連続運転を行うことが可能になることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す処理装置の概略フロー図である。
【符号の説明】
１：スクリーン
２：沈砂池
３：予備曝気槽
４：最初沈殿槽
５：活性汚泥槽
６：最終沈殿槽
７：粗濾過装置
８：送液ポンプ
９：膜モジュール
１０：膜分離装置
１１：凝集剤添加装置
１２：ｐＨ調整剤混入装置
１３：濃縮水混入装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for treating fresh water or brackish water, which can be suitably used for wastewater treatment and the like.
[0002]
[Prior art]
As a membrane used for separation and purification of water, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or the like is used depending on the size of an object to be separated. For these membrane separation devices, contamination of the separation membrane by microorganisms may cause deterioration of the quality of the obtained permeated water (treated water), growth of microorganisms on the membrane surface, or adhesion of microorganisms and their metabolites to the membrane surface. It is known to cause problems such as a decrease in the permeability and separation property of the membrane due to the above. In order to avoid such a problem, various sterilization methods for membrane separation devices have been proposed. For example, a method of performing membrane separation while constantly or intermittently adding a chlorine-based disinfectant, which has a proven track record as a disinfectant and is advantageous in terms of cost and operation, to raw water has been adopted (see Non-Patent Document 1). .
[0003]
However, chlorine-based germicides cause chemical deterioration of polymer-based separation membranes and pipes. In particular, when a polyamide-based reverse osmosis membrane is used as the separation membrane, the effect is large.When such a bactericide is added to the raw water, the raw water containing the chlorine-based bactericide reaches the reverse osmosis membrane before reaching the reverse osmosis membrane. It is necessary to reduce free chlorine in raw water using a reducing agent. As the reducing agent, for example, sodium bisulfite is added in an amount of 1 to 10 times equivalent. This is a concentration that takes into account that the residual germicide is completely eliminated and that the reducing agent also reacts with dissolved oxygen.
[0004]
However, as described above, even if the membrane separation treatment is continued using the chlorine-based disinfectant and the reducing agent, the membrane performance may be reduced. Therefore, a method of intermittently adding sodium bisulfite at a concentration of usually 500 ppm (weight) to sterilize a separation membrane has been developed and widely used. However, according to the findings of the present inventors, this sterilization method is not effective in some cases because microorganisms are deposited on the surface of the separation membrane to cause fouling. This is because aerobic microorganisms generally do not grow but do not die under anoxic conditions even when the raw water is rendered anoxic by sodium bisulfite. In general, microorganisms inhabiting the natural world generally tend to have a higher bactericidal rate as the pH is lower, but even when a high concentration of sodium hydrogen sulfite of 500 ppm is added to fresh water, the pH becomes only about 5 and the bactericidal property is increased. Is low.
[0005]
On the other hand, when the performance of the membrane is significantly reduced due to fouling, the ordinary membrane separation process can be temporarily stopped and the membrane can be washed (for example, see Patent Documents 1 to 3). The washing solution used in the washing method is various and there are some having a low pH, but since the main purpose of the low pH treatment is to remove scale, most are used in combination with other washing methods such as alkali treatment. . However, although this treatment significantly restores the performance of the membrane, of course, no permeate is obtained during this treatment. In addition, such a process in which the operation of the membrane separation device is repeatedly stopped and started is particularly likely to cause serious damage to the reverse osmosis membrane module, and thus should be avoided as much as possible.
[0006]
Further, as a cleaning method, there is a method of permeating a membrane from a permeated water side, which is opposite to the case of flowing a cleaning agent from a raw water side in a membrane separation process (for example, Patent Document 4). Although the latter has a higher cleaning effect, the pressure applied in a direction opposite to that of a normal processing step causes an even higher damage to the membrane module, especially the flat membrane module, which is not preferable. However, even with these methods, permeated water cannot be obtained during washing.
[0007]
Therefore, the present inventors utilize the fact that microorganisms try to keep the internal organization (internal environment) in their own organisms uniformly and stably, and cannot proliferate if the internal equilibrium is disturbed by the surrounding environment ( Non-Patent Document 2) When desalinating seawater or highly concentrated brackish water, the pH of raw water is set to 4 or less only for a certain period of time and supplied to the separation membrane, thereby obtaining freshwater without stopping the operation of the membrane separation device. A method capable of effectively sterilizing a separation membrane has been found (see Patent Documents 5 and 6). However, in this method, in the case of fresh water or brackish water having a low salt concentration of 0.05% by weight or less, a remarkable biofouling phenomenon may occur, and the effect is not necessarily sufficient.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-61-11108 (page 2, upper right column 13 to lower left column, line 6)
[0009]
[Patent Document 2]
JP-A-8-243361
[0010]
[Patent Document 3]
JP-A-11-19489
[0011]
[Patent Document 4]
JP-A-2000-79328 (page 2, upper right column, lines 10 to 12)
[0012]
[Patent Document 5]
JP 2000-237555 A
[0013]
[Patent Document 6]
JP 2000-354744 A
[0014]
[Non-patent document 1]
Haruhiko Oya, Handbook of Membrane Utilization Technology, Koshobo, 1978, p. 160-162
[0015]
[Non-patent document 2]
Supervised by Kawabata et al., “Progress in Food Microbial Control Technology,” edited by the Japan Society for the Study of Food Conservation, 1998, p. 13-17
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
A first object of the present invention is to treat fresh water or brackish water in which the separation membrane can be sterilized with high efficiency while continuing the membrane separation treatment and the pressure difference between the modules is small even when the operation is continued for a long period of time. It is to provide a method and an apparatus.
[0017]
A second object of the present invention is to provide a method and an apparatus for treating fresh water or brackish water that can sterilize with high efficiency even with a small amount of acid input and a short treatment time while continuing the membrane separation treatment.
[0018]
A third object of the present invention is to provide a method and an apparatus for treating fresh water or brackish water with little damage to the separation membrane.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is characterized by the following. Ie
(1) A normal treatment step of supplying fresh water or brackish water as raw water to a separation membrane to perform a membrane separation treatment, a treatment of adding a salt or a salt-containing solution to the raw water to increase the salt concentration, and a treatment of acidifying. A sterilization step of performing a membrane separation process while supplying the raw water to the separation membrane and performing a sterilization process after the application.
(2) The method for treating fresh water or brackish water according to (1), wherein the salt concentration of the raw water is adjusted to 0.1% by weight or more by the treatment for increasing the salt concentration.
(3) The method for treating fresh or brackish water according to the above (1) or (2), wherein the sterilization step is continuously performed within a range of 5 minutes to 150 minutes.
(4) The method for treating fresh water or brackish water according to any one of the above (1) to (3), wherein the sterilization treatment step is performed at least once a week.
(5) The method for treating fresh water or brackish water according to any one of the above (1) to (4), wherein a treatment liquid for sewage is used as the raw water.
(6) The method for treating fresh water or brackish water according to any one of the above (1) to (5), wherein a reverse osmosis membrane is used as the separation membrane.
(7) A method for producing reclaimed water, which implements any one of the above (1) to (6).
(8) A membrane separation device provided with a separation membrane, a high salt concentration device for adding salt or a salt-containing solution to raw water to increase the salt concentration, an acidification device for raw water, the high salt concentration device, and the above A fresh water or brackish water treatment apparatus comprising: an adjusted raw water supply means for supplying raw water that has been adjusted by an acidifying apparatus to the membrane separation apparatus.
(9) A pretreatment membrane separation device provided with at least one of a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, and a nanofiltration membrane, which performs coarser filtration than the separation membrane of the membrane separation device, is provided with a high salt concentration of the raw water. The freshwater or brackish water treatment apparatus according to the above (8), which is provided downstream of the acidification apparatus and the acidification apparatus of the raw water and upstream of the membrane separation apparatus.
(10) The method according to (8) or (9) above, wherein the membrane separation device includes a reverse osmosis membrane, and the high salt concentration device refluxes the concentrated water obtained by the reverse osmosis membrane into raw water. Freshwater or brine treatment equipment.
(11) An apparatus for producing reuse water provided with the apparatus according to (9) or (10).
[0020]
In the present invention, fresh water or brackish water having a low salt concentration is treated as raw water, and preferably, raw water having a salt concentration of 0.05% by weight or less is used. More specifically, the present invention can be suitably carried out when treating a treatment liquid after removing organic compounds, nitrogen compounds, phosphates, and the like, industrial water, river water, and the like as raw water in wastewater treatment.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention provides a normal treatment step in which fresh water or brackish water is supplied as raw water to a separation membrane to perform a membrane separation treatment, a treatment in which a salt or a salt-containing liquid is added to the raw water to increase the salt concentration, and a treatment in which the salt is acidified. And then subjecting the raw water to the separation membrane to perform a sterilization treatment while performing a sterilization treatment by performing a membrane separation treatment. This is performed in an apparatus for treating wastewater or the like as shown in FIG.
[0022]
The treatment apparatus of FIG. 1 includes a membrane separation apparatus 10 having a membrane module 9 for separating raw water and a liquid sending pump 8 for increasing the pressure of the raw water and supplying the same to the membrane module 9. Further, a pH adjusting agent mixing device for acidifying raw water supplied to the membrane module and a concentrated water mixing device 13 (high salt concentration device) for increasing the salt concentration of raw water supplied to the membrane module are provided. ing.
[0023]
As the separation membrane used in the membrane module 9, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or the like can be used. In the case of production, when desalination treatment is further performed on low-concentration brine or fresh water, it is preferable to use a reverse osmosis membrane.
[0024]
Here, the microfiltration membrane, the ultrafiltration membrane, the nanofiltration membrane, and the reverse osmosis membrane all allow some components (eg, a solvent) in the liquid mixture to be separated to permeate and remove other components (eg, a solute). It refers to a semipermeable membrane that does not transmit.
[0025]
The microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane are used when separating particles having a molecular weight of about 1,000 to several hundred thousand, and are used when the microfiltration membrane separates particles having a particle size of 0.1 to several μm. The ultrafiltration membrane is used when separating particles having a particle size of 1 to 100 nm. Polymer materials such as polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polysulfone, polyimide, polyamide, polyacrylonitrile, and cellulose acetate are used as materials for the microfiltration membrane and ultrafiltration membrane.For example, a porous structure having a dense top layer is used. No.
[0026]
On the other hand, the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane are used when separating particles having a molecular weight of about 100 to about several thousand, and the nanofiltration membrane is used when separating particles having a particle diameter of 1 nm or more and less than 5 nm, A reverse osmosis membrane is used when separating particles having a particle size of less than 1 nm. The materials and structures of the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane are almost the same, and are distinguished by the solute retention. The nanofiltration membrane has a lower retention of one-load ions such as sodium ions and chloride ions than the reverse osmosis membrane, but has a higher retention of two-charge ions such as calcium ions and sulfate ions. In addition, the nanofiltration membrane has higher removability of low molecular weight components such as dye and sucrose than the reverse osmosis membrane.
[0027]
As a material of the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane, a polymer material such as a cellulose acetate polymer, an aromatic polyamide, a polyester, a polyimide, and a vinyl polymer is used. As the structure of the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane, an asymmetric membrane structure having a dense layer on at least one surface of the membrane and gradually having a large pore diameter from the dense layer toward the inside or the other surface of the membrane, There is a composite membrane structure having a very thin active layer formed of another material on the dense layer of the membrane. Typical reverse osmosis membranes include cellulose acetate-based and polyamide-based asymmetric membranes and composite membranes having polyamide-based and polyurea-based active layers. Among these, the cellulose acetate-based asymmetric membrane and the polyamide-based composite membrane particularly exhibit the effects of the present invention. Further, the effect of the aromatic polyamide composite film, which is greatly deteriorated by the chlorine-based disinfectant and is hardly applicable to existing disinfectants, is great.
[0028]
Examples of the membrane form include a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a tubular membrane. In the present invention, any membrane form may be used.
[0029]
Then, the separation membrane is assembled into a module together with other members so that efficient processing can be performed in actual use. For example, in the case of a flat membrane, a reverse osmosis element is constructed by spirally winding a separation membrane together with a raw material flow path material and a permeate flow path material to form a reverse osmosis element, and the reverse osmosis membrane module is constituted by loading a large number of pressure proof containers. Used. Further, a tubular module or a plate-and-frame module may be used. In the case of a hollow fiber membrane, a module is formed by bundling separation membranes and sealing and fixing the ends with resin. It should be noted that the present invention can exert an effect on any type of module.
[0030]
On the other hand, a high salt concentration device may be any device that adds salt or a salt-containing liquid to raw water to increase the salt concentration of the raw water. For example, a salt water supply facility that supplies water having a higher salt concentration than the raw water In the case where the subsequent membrane separation process performs a desalination process, there is a facility for mixing a part of the concentrated water obtained by the membrane separation process into the raw water. Further, a facility for mixing a separately prepared aqueous solution having a high salt concentration into raw water may be used.
[0031]
As the salts to be added to the raw water, inorganic salts such as sodium chloride, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, potassium chloride, magnesium chloride, and magnesium sulfate may be used, and these may be supplied directly or a liquid containing these salts may be supplied to the raw water. Of course, seawater may be used as the salt-containing liquid.
[0032]
As the acidifying device, any device may be used as long as an acid such as sulfuric acid is added to and mixed with raw water, or the pH is reduced by electrolysis or the like in an ion exchange resin tower. A solution obtained by lowering a solution for acidification such as sulfuric acid to a predetermined concentration, or a mixture of permeated water and concentrated water in a sterilization treatment step may be similarly mixed into raw water. In this case, sulfuric acid remaining in the concentrated water can be reused, which is preferable from the viewpoint of reducing the amount of sulfuric acid used. When an acid such as sulfuric acid is supplied in a liquid form, it is easy to mix the acid into raw water from an acid-resistant tank via a pipe or a valve also having acid resistance.
[0033]
Note that a salt or a salt-containing liquid for increasing the salt concentration of the raw water and an acidifying solution for acidifying the raw water may be mixed in advance, and the mixed liquid may be mixed with the raw water.
[0034]
Then, in the present invention, various pretreatment devices are provided at the preceding stage of the membrane separation device as needed. When the raw water is sewage, as shown in FIG. 1, for example, a screen 1, a sand basin 2, and a spare tank for removing impurities such as large-diameter particles and adjusting the properties of the inflow water into the activated sludge tank. Aeration tank 3 and first settling tank 4, activated sludge tank 5 for oxidatively decomposing organic matter contained in raw water by microorganisms, final settling tank 6 and sand filtration device for solid-liquid separation of raw solution after biological treatment, fine filtration A coarse filtration device 7 such as a membrane, an ultrafiltration membrane, or a nanofiltration membrane is provided in this order.
[0035]
Next, the method of the present invention will be described by taking sewage treatment using the above-described apparatus as an example.
[0036]
First, sewage is taken as raw water and subjected to physical treatment such as a screen 1, a sand basin 2, a preliminary aeration tank 3, and a first settling tank 4 to remove suspended matters and fats and oils. At this time, it is also preferable to perform a flocculation treatment by the flocculant adding device 11 in order to increase the removal efficiency. Next, the raw water is introduced into the activated sludge tank 5 for biological treatment, and organic substances in the raw water are oxidatively decomposed. Thereafter, suspended substances are removed in the final sedimentation tank 6 to obtain sewage secondary treated water. Subsequently, the sewage secondary treatment water is supplied to a coarse filtration device 7, such as a sand filtration device, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or a nanofiltration membrane, to further remove suspended substances in the water. Here, in order to preferably remove microorganisms, it is more preferable to use a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane, and to remove a polymer in raw water and reduce membrane contamination in a subsequent stage, an ultrafiltration membrane is used. Is more preferred. Further, a sand filtration device, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or the like may be used in combination.
[0037]
Then, the water subjected to such treatment is supplied as raw water of the membrane module 9 using the liquid sending pump 8, and the permeated water containing no organic compounds, nitrogen compounds, salts and the like is taken out. The permeated water from which the salt, organic substances, and the like in the raw water have been removed can be reused as service water such as water for hydrophilic use.
[0038]
Here, the temperature of the raw water supplied to the membrane module 9 (the temperature of the supply water immediately before being supplied to the membrane module) may be within a range not boiling or freezing, and may be determined in consideration of the durability of the membrane. When the membrane module has a separation membrane of the above-mentioned material, the temperature is preferably in the range of 15 to 55 ° C.
[0039]
The operating pressure of the membrane module 9 is appropriately set depending on the properties of the raw water, the operating method, and the like. In the case where the membrane module 9 includes a reverse osmosis membrane, for example, within the range of 0.1 to 3 MPa, more preferably. Within the range of 0.1 to 1.5 MPa, a composite semipermeable membrane can be used while maintaining a high amount of permeated water. If the operating pressure can be reduced, the capacity of a pump or the like to be used can be reduced, power consumption can be suppressed, and the cost of fresh water can be reduced. When the operating pressure is lower than 0.1 MPa, the amount of permeated water tends to be too small. When the operating pressure is higher than 3 MPa, power consumption of a pump or the like increases, and clogging of the membrane due to fouling tends to occur. In addition, the water permeation amount is 0.5-3m 3 / M 2 -By setting it in the range of d, generation of fouling can be suppressed moderately and fresh water can be stably produced.
[0040]
The operating pressure of the membrane module refers to the pressure applied to the separation membrane, and is measured using a suitable pressure gauge. The pressure difference between modules refers to a difference between the pressure at the raw water inlet of the separation membrane module and the value of the pressure gauge at the outlet of the concentrated water.
[0041]
Thus, normal processing steps are performed under optimal operating conditions to achieve the objectives.
[0042]
However, if such a normal processing step is always continued, microorganisms that can grow in that environment will proliferate and fouling will occur on the membrane surface of the separation membrane. Therefore, sterilization is performed at appropriate intervals.
[0043]
In the sterilization treatment step, the raw water that has been subjected to the same pretreatment as the ordinary treatment step is subjected to a treatment for adding a salt or a salt-containing liquid to increase the salt concentration and a treatment for acidification, and thereafter, the raw water is subjected to the separation. The membrane is subjected to a membrane separation process while being supplied to the membrane and sterilized, thereby producing a desired permeate. That is, the salt and the salt-containing liquid are added to the raw water supplied to the membrane module 9 by the concentrated water mixing device 13 or the like to increase the salt concentration of the raw water supplied to the membrane module 9 and to mix the pH adjusting agent. The raw water supplied to the membrane module 9 is acidified by mixing an acid such as sulfuric acid with the device 12 or electrolyzing with an ion exchange resin (not shown).
[0044]
In the high salt concentration treatment, a separately prepared solution having a high salt concentration may be mixed into the raw water. However, when the membrane module 9 includes a reverse osmosis membrane, the salt concentration is increased by desalination treatment. Since concentrated water is obtained, as shown in FIG. 1, it is preferable that the concentrated water obtained by the membrane module 9 be returned to the raw water to increase the salt concentration of the raw water.
[0045]
In the acidification, an acid such as an ion exchange resin or sulfuric acid is used. In the case of an acid, any of an organic acid and an inorganic acid may be used, but from the viewpoint of economy, it is preferable to use sulfuric acid diluted to a predetermined concentration. When the membrane module 9 includes a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane, the concentrated water obtained by the reverse osmosis membrane or the nanofiltration membrane may be mixed into the raw water. In this case, sulfuric acid remaining in the concentrated water can be reused, which is preferable from the viewpoint of reducing the amount of sulfuric acid used.
[0046]
In the sterilization treatment step of the present invention, the important purpose is to sterilize raw water, the surface of the separation membrane, and the inside of the separation membrane, but on the other hand, the above-mentioned predetermined membrane separation treatment is also performed. That is, it is in a state where desired treated water can be obtained even in the sterilization treatment step. In the state where microorganisms are deposited on the surface of the membrane, simply supplying a supply water having a high salt concentration and low pH sterilizes the surface of the deposited microorganisms, but does not permeate the inside of the deposited layer in a short time. In a state where permeated water is obtained, the supply water having a high salt concentration and a low pH easily penetrates deep into the membrane of the deposited microorganisms, so that the entire microorganisms deposited on the membrane can be sterilized. However, if the recovery rate is extremely reduced, the amount of sulfuric acid to be added can be reduced, but the time required for infiltration into the microorganism sedimentary layer becomes longer, so that the treatment time needs to be extended.
[0047]
In this way, by intermittently increasing the salt concentration of the raw water and lowering the pH than in the normal treatment process and supplying it to the separation membrane, microorganisms deposited on the membrane can be prevented while preventing deterioration and damage of the membrane. Sterilization can be performed in a short time with high efficiency and at low cost.
[0048]
For example, when an ordinary microorganism contained in fresh water having a salt concentration of 0.05% or less is sterilized using an acid, about 70% of the bacterium is treated at pH 5 for 30 to 60 minutes and about 90% at pH 4. At 95% or more at pH 3 and 98% or more at pH 2.5.
[0049]
However, in a freshwater treatment with a salt concentration of 0.05% or less, the membrane module that caused the fouling was dismantled, and a liquid obtained by suspending the sediment on the membrane surface in a physiological saline solution was sterilized using an acid. It was found that even after treatment at pH 2.5 for 30 minutes, 50% of the microorganisms survived, and bacteria having high acid resistance remained and grew.
[0050]
Therefore, in the present invention, the salt concentration was intentionally increased and the pH was lowered for brackish water and fresh water having a low salt concentration. Sterilization using a suspension in the sediment of the same membrane at a pH of 2.5 and a salt concentration of 0.1% by weight results in a sterilization rate of 70% in 30 minutes of treatment, and at a pH of 2.5 and Assuming a salt concentration of 0.5% by weight, the sterilization rate reached 83% in 30 minutes.
[0051]
This bactericidal effect is remarkable by performing a high salt concentration treatment to make the salt concentration 0.1% by weight or more as compared with a case where fresh water having a salt concentration of 0.05% by weight or less is used as raw water and only the pH is lowered. A synergistic effect of sterilization was recognized, and the effect was most remarkably exhibited at 0.5% by weight, and the effect was not changed even at 0.5% by weight or more. Therefore, when supplied to the membrane module 9, the salt concentration is preferably 0.1 to 0.5% by weight.
[0052]
Note that the sterilization rate was obtained by acquiring a part of the water before and during the sterilization treatment, appropriately diluting with sterile water, sown on an agar medium suitable for cultivation for general bacteria, and then appeared by culturing. The number of colonies is counted, and the difference is divided by the value at the time of the normal treatment step and multiplied by 100.
[0053]
On the other hand, upon acidification, the pH of the raw water supplied to the membrane module 9 is preferably adjusted to 2 to 5, and more preferably adjusted to a range of 2.5 to 3.5. The pH of the raw water is measured by, for example, a pH meter using a glass electrode, and a temperature-corrected value is used (based on JIS Z28802). Further, the salt concentration may be measured by evaporating a certain amount of sample water to dryness and measuring its weight, but it is more convenient to measure the salt concentration using a conductivity meter (based on JIS K0101) or the like.
[0054]
The amount of acid added increases with the salt concentration of the raw water. In order to lower the ideal pH of pure water to 5, 4, and 3, sulfuric acid of 0.5, 5, and 50 ppm, respectively, is sufficient for calculation, but the area (water quality) and the components (salt concentration, carbonic acid content) , Etc.), it is preferable to use sulfuric acid of 130 ppm or more. In the present invention, since the salt concentration is increased, the amount of acid addition required for obtaining a target pH is increased, but the time required for sterilization can be shortened, and accordingly, the amount of acid to be added is reduced, and cost is reduced. This is advantageous.
[0055]
The reason why a synergistic effect of sterilization can be obtained by increasing the salt concentration and simultaneously lowering the pH has not been elucidated yet, but the present inventors presume as follows. In other words, microorganisms that survive under low salt concentration increase the salt concentration and at the same time lower the pH, which changes the ionic strength around the cell, and the change causes a partial change or damage to the buffering effect on the cell surface pH. Then, it is considered that low-pH water easily permeates into the cells, and the cells die.
[0056]
The optimal time and frequency of the sterilization process vary greatly depending on the place of use, conditions of use, etc., and the occurrence of biofouling, i.e., a decrease in the amount of water permeated through the membrane, an increase in the number of viable bacteria in the concentrated solution and the content of organic carbon, It fluctuates depending on the degree of increase of the film pressure. Ultimately, the optimum condition is that a sufficient bactericidal effect is obtained, and the condition in which the amount of sulfuric acid added (calculated from the pH of the feed water, the salt concentration, and the time of addition) is the smallest.
[0057]
However, in a plant where biofouling is generally concerned, it is preferable to carry out the treatment at a frequency of once a week or more, for example, at an interval such as every day or every week. The intervals at which the sterilization process is performed are not necessarily required to be equal.
[0058]
It is preferable that one sterilization step is continuously performed within a range of 5 minutes to 150 minutes. It is more preferably 15 minutes to 1 hour, and still more preferably 15 minutes to 30 minutes. During this time, it is not necessary to keep the same conditions consistently.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the membrane separation treatment is performed by supplying fresh water or brackish water to the separation membrane as raw water, the salt or the salt-containing liquid is intermittently added to the raw water to increase the salt concentration and acidify the raw water. Sterilization can be performed with high efficiency while the separation process is continued, and the rise in differential pressure between modules can be reduced even when the device is continuously operated for a long period of time. Further, according to the present invention, sterilization can be performed with high efficiency even in a small amount of acid input or in a short time while continuing the membrane separation treatment. Furthermore, since sterilization can be performed while the membrane separation process is continued, the damage to the separation membrane is small.
[0060]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0061]
Secondary sewage water having a pH of 7.3 and a salt concentration of 0.02% by weight was treated using an apparatus shown in a two-dot chain line in FIG. The sterilization process was performed only for 30 minutes in one day, and the rest was a normal process.
[0062]
At this time, as a sterilization treatment step of Comparative Example 1, sulfuric acid was added to adjust the pH of the water supplied to the membrane module 9 to 3, but a sterilization treatment without adjusting the salt concentration was performed. As a result, an increase in the differential pressure between modules, that is, biofouling occurred 16 days after the start of operation. The number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained in the sterilization treatment step on the 16th day was 43% of the number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained immediately before the sterilization treatment step.
[0063]
Next, as a sterilization treatment step of the example, sulfuric acid and concentrated water obtained by the membrane module 9 are added to sterilize the water supplied to the membrane module 9 to have a pH of 3 and a salt concentration of 0.5% by weight. In the treatment, as a sterilization treatment step of Comparative Example 2, sodium hydroxide and the concentrated water obtained in the membrane module 9 were added to adjust the pH of the water supplied to the membrane module 9 to 9 and the salt concentration to 0.5. A sterilization treatment was performed to make the weight%. As a result, in Example, the number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained after the sterilization process was 24% of the number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained immediately before entering the sterilization process. In Comparative Example 2, the number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained after the sterilization process was 81% of the number of viable bacteria contained in the concentrated water obtained immediately before entering the sterilization process.
[0064]
From the above results, it can be seen that by performing the sterilization treatment of the example, an increase in differential pressure between modules, that is, biofouling can be prevented, and continuous operation for a long period of time can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic flowchart of a processing apparatus showing one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Screen
2: Sand basin
3: Preliminary aeration tank
4: First settling tank
5: Activated sludge tank
6: Final sedimentation tank
7: Rough filtration device
8: Liquid pump
9: Membrane module
10: Membrane separation device
11: Coagulant addition device
12: pH adjusting agent mixing device
13: Concentrated water mixing device