JP6662558B2 - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は水処理方法および水処理装置に関する。

近年、新たな水処理装置として、膜ろ過装置が注目を浴びている。これは、除濁用の装置であり、従来からの除濁装置である急速砂ろ過装置および緩速砂ろ過装置を代替するものである。膜ろ過装置は、除濁用の装置であることから、除濁のみが必要となる比較的清澄な水を原水とする場合に多く用いられてきた。
しかし、膜ろ過装置の運転管理の容易さや得られる処理水の品質の確かさなどから、清澄な原水のみならず、除濁以外の処理を必要とする原水にも、膜ろ過装置を導入しようとする動きが多くなってきている。

除濁以外に除去が必要な物質としては、色度や有機物が挙げられる。これらの物質は、コロイド成分（溶解性物質）であるため、通常の膜ろ過装置では除去することが困難である。これらの物質を膜ろ過装置で除去しようとする場合の方法として、前段に、凝集剤を注入し、原水と混和する凝集設備を設けることが挙げられる。この凝集設備において、膜ろ過で除去できる大きさまで色度成分や有機物成分を凝集させ、膜ろ過で濁度成分として除去し、清澄な処理水を得るのである。

このような膜ろ過方法として、従来、例えば特許文献１、２に記載の方法が提案されている。

特許文献１には、原水に予め粉末活性炭を添加した粉末活性炭混合水を膜濾過槽に流入させるか、または原水を膜濾過槽に流入させ粉末活性炭を添加して粉末活性炭混合水となして、原水中の微量有機物などの処理対象物質を粉末活性炭に吸着させるとともに、膜濾過槽内の粉末活性炭混合水を槽内に設置した浸漬型膜濾過装置により固液分離し、浸漬型膜濾過装置の膜面を透過した膜濾過水を槽外へ取り出すに際し、前記膜濾過槽への流入水量に対する膜濾過水の取出量を９９％以上として、膜濾過槽内に粉末活性炭を高濃度に保持することにより、処理対象物質の吸着を促進することを特徴とする浸漬型膜濾過装置を用いた水処理設備の運転方法が記載されている。そして、粉末活性炭によって、トリハロメタンなどの有機塩素化合物あるいはその前駆物質、農薬等の微量有害物質、カビ臭などの異臭味原因物質、および陰イオン界面活性剤などの微量有機物質を除去できるとともに、膜濾過槽内で自然発生し保持される硝化菌などの微生物によって、アンモニア性窒素や有機物質を除去でき、さらに、膜濾過槽内で濃縮保持される濁質への取り込み等によって、溶解性マンガンや鉄を除去できると記載されている。また、原水中に含まれる細菌類や濁質や、添加した粉末活性炭や、自然発生した微生物などは膜濾過装置により濾過分離できると記載されている。さらに、このとき、膜濾過槽への流入水量に対する膜濾過水の取出量を９９％以上として、添加した粉末活性炭を膜濾過槽内に高濃度に保持し、粉末活性炭の能力を最大限に活用するようにしたことにより、処理対象物の吸着を促進することができ、その結果、粉末活性炭の添加量を低減できるとともに、原水水質の変動に幅広く対応できるため一定添加量で運転して、安定した処理水質の膜濾過水を得ることができると記載されている。

特許文献２には、槽内の固形物含有水の固形物濃度が、限界固形物濃度（Ｃｔ）として、０．１Ｃｔ〜Ｃｔとなるまで該固形物含有水の膜ろ過を実施するとともに定期的な洗浄の実施を含む膜ろ過工程、前記膜ろ過工程後に該槽内の固形物含有水の全量又は一部を排水する排水工程、前記排水工程後に該槽内に原水を供給するとともに固形物含有水中の粉末活性炭濃度が５０ｍｇ／Ｌ以上の目標値となるように制御する充水工程を含む、浄水処理方法が記載されている。そして、このような浄水処理方法により、定期的に全量排水又は一定の条件で部分排水を行うことで処理水の回収率を高く維持した上で、かつ膜面へのケーキの付着を防止することができ、また活性炭による吸着効果を高く維持することができると記載されている。

特開平９−２８５７７９号公報 特開２０１２−２２３６９７号公報

膜ろ過法は、高い品質の処理水を得ることができる一方で、従来法（急速ろ過法・緩速ろ過法など）に比べて、運転費が高いという欠点がある。膜ろ過法を採用して、色度成分や有機物成分を除去するためには、凝集剤などの注入が必須であり、運転費用を押し上げる要因となる。膜ろ過法の採用に当たっては、運転費用を削減することが喫緊の課題であり、特に凝集剤を注入するなど付加的なプロセスを有する膜ろ過法の場合は、特に重要な課題となる。

凝集剤を注入する凝集・膜ろ過法において、運転費用を低減するための有効な手段として、凝集剤注入率の低減が挙げられる。凝集剤注入率の低減を達成すれば、運転費用の削減を図ることが可能となる。

また、２１世紀は水の世紀と言われるように、日本のみの状況を見れば豊富な水資源があるものの、世界的に見れば、人口増加に伴って水需要が逼迫することが予想される。そのような今後の動向を鑑みると、取水した水を無駄にせず、可能な限り浄水として処理することができるプロセスが、今後必要不可欠となってくることは自明である。

したがって、今後の膜ろ過法に求められるものは、比較的清澄ではない原水に対して、安いランニングコストで運転することが可能で、かつ、原水を無駄にせず、高い回収率とすることができることである。

しかしながら、従来の膜ろ過装置や膜ろ過処理において色度成分や有機物成分の濃度が低い浄水を得るためには、凝集剤の注入率を高める必要があった。凝集剤の注入率が高いとランニングコストが高くなるので好ましくない。また、凝集剤の注入率が高いと、膜ろ過装置における膜に濁質成分が付着しやすくなり、逆洗洗浄等を行って付着した濁質成分を除去する操作を頻繁に行う必要が生じるため、任意の単位時間当りのろ過時間が低下し好ましくない。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。
すなわち本発明は、凝集剤注入率を低くしても色度成分や有機物成分の含有率が低い浄水が得られ、さらに原水回収率も高くすることができる水処理方法および水処理装置を提供することにある。

本発明者は上記のような課題を解決するために鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は、以下の（１）〜（５）である。
（１）原水に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
注入された前記凝集剤と前記原水とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得る混和工程と、
原水回収率が９０％以上となるように前記処理対象水を膜ろ過処理し、前記処理対象水から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得る膜ろ過工程と、
を備える、水処理方法。
（２）前記膜ろ過工程において、気体を吹き込んだ後、または気体を吹き込みながら、前記処理対象水を膜ろ過処理する、上記（１）に記載の水処理方法。
（３）前記膜ろ過工程において、１〜６０分の間隔で、１秒から１０分の間、気体を吹き込んで前記処理対象水を撹拌する、上記（２）に記載の水処理方法。
（４）前記膜ろ過工程において、前記処理対象水を膜ろ過処理するときに、常に、膜を浸漬する浸漬槽内に保持する前記処理対象水に前記フロックが含まれるように調整する、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の水処理方法。
（５）原水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、
注入された前記凝集剤と前記原水とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得る混和手段と、
原水回収率が９０％以上となるように前記処理対象水を膜ろ過処理し、前記処理対象水から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得る膜ろ過手段と、
を有する、水処理装置。

本発明によれば、原水回収率を高くすることで、凝集剤注入率を低くしても色度成分や有機物成分の含有率が低い浄水が得られる水処理方法および水処理装置を提供することができる。

本発明の装置の概略を示す概略図である。 本発明の装置の好ましい態様を示す概略図である。 本発明の装置の別の好ましい態様を示す概略図である。 本発明の装置のさらに別の好ましい態様を示す概略図である。 本発明の装置のさらに別の好ましい態様を示す概略図である。 原水回収率と色度成分および有機物成分の除去率の比との関係を示すグラフである。 処理対象水の残存率と色度成分および有機物成分の除去率の比との関係を示すグラフである。 散気装置から空気を吹き込む時間と濁度比との関係を示すグラフである。 濁度比について説明するために用いる浸漬型膜ろ過装置の一部を拡大した概略図である。

本発明について詳細に説明する。
本発明は、原水に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、注入された前記凝集剤と前記原水とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得る混和工程と、原水回収率が９０％以上となるように前記処理対象水を膜ろ過処理し、前記処理対象水から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得る膜ろ過工程と、を備える、水処理方法である。
このような水処理方法を、以下では「本発明の方法」ともいう。

また、本発明は、原水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、注入された前記凝集剤と前記原水とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得る混和手段と、原水回収率が９０％以上となるように前記処理対象水を膜ろ過処理し、前記処理対象水から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得る膜ろ過手段と、を有する、水処理装置である。
このような水処理装置を、以下では「本発明の装置」ともいう。

本発明の方法は、本発明の装置を用いて実施することが好ましい。

以下、単に「本発明」と記した場合、本発明の方法および本発明の装置の両方を意味するものとする。

本発明者が推定する本発明の効果の発現機構について、具体例を用いて説明する。本発明は以下の説明における具体例に限定されない。

凝集剤を原水へ添加し、急速混和のみを行なった場合、緩速撹拌を行っていないために、生成するフロックは微細である。従来の沈殿法を用いて固液分離を行う場合、微細なフロックではフロックの沈降速度が遅いため、沈殿池での分離効率が悪化するので好ましくない。しかし、膜ろ過法の場合、膜表面の細孔よりも微細フロック径が大きければ、固液分離することが可能なため、急速混和のみで問題ないと考えられている。
本発明者は鋭意研究を進める中で、以下の２つの点で、凝集・膜ろ過プロセスには、改善の余地があることを発見した。
［１］急速混和のみでは、膜表面の細孔よりも大きくなれなかった超微細フロックやフロックになることができなかった色度または有機物成分が存在する。
［２］膜の細孔の大きさを示す公称孔径は、膜表面の全ての細孔の大きさを示すものではなく代表値であり、公称孔径よりも大きい細孔が存在する。そのため、その細孔から、超微細フロックが抜け出ることがある。
これらの急速混和をしたにも関わらず、膜を抜け出てしまう成分を膜で固液分離するためには、より多くの凝集剤を注入したり、緩速混和工程を追加するなどが考えられるが、いずれも運転費用の増加を招くため、好ましくない。

そこで、発明者は、凝集剤の注入率を低く保ったまま、工程の追加を行なわずに、色度成分や有機物成分などのコロイド成分の除去率を高める装置および方法を考案した。
それは、膜ろ過装置において、原水回収率を高めた運転を行なうことである。

この理由について、本発明者は以下のように推定している。
膜浸漬槽内には、急速混和で生成した微小フロックが膜で固液分離されて、濃縮されている。この微細フロックは、浸漬槽へ流入する水の流れや膜ろ過することによって生じる水の流れによって、膜浸漬槽内で互いに衝突し、互いに捕捉し合う。この現象は、微細フロックのみならず、微細フロックと膜細孔よりも小さい超微細フロックやフロックになることができなかった色度成分または有機物成分との間でも生じ、それらの大きさを膜細孔よりも大きくすることを可能とする。その結果、色度成分や有機物成分などの除去率を高めることができる。この現象を最大限有効に活用するには、膜細孔よりも小さい超微細フロックやフロックになることができなかった色度成分または有機物成分と、既に膜浸漬槽内に存在するフロックの接触確率を高めることが有効となると本発明者は考えた。さらに、そのためには、原水回収率を高く運転し、フロックの濃縮度を高めることが効果的であると本発明者は考えた。
フロックの濃縮度を高めるにつれて、フロック同士の衝突回数が増加するため、膜浸漬槽内に存在するフロック径は増大していくと考えられる。本発明は濃縮度が非常に高いため、フロック径が増大したフロックでも、超微細フロックやフロックになることができなかった色度成分または有機物成分との衝突回数が減ることは無く、より大きいフロックに吸合されるため、膜分離による除去率を高めることが可能となると考えられる。

本発明について図を用いて説明する。
図１は、本発明の装置を示す概略図である。図１において本発明の装置１０は、原水１に凝集剤３を注入する凝集剤注入手段１２と、注入された凝集剤３と原水１とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水５を得る混和手段１４と、原水回収率が９０％以上となるように処理対象水５を膜ろ過処理し、処理対象水５から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水７および濃縮された前記フロックを含む汚泥９を得る膜ろ過手段１６とを有する。

＜原水＞
本発明において原水１は、濁質成分、色度成分、有機物成分等の不純物を含む水であれば特に限定されない。
このような原水１として、水道原水（河川水、地下水、湖沼水など）、下排水、海水、汽水などが挙げられる。
また、上記の水道原水、下排水、海水、汽水などについて、生物接触ろ過、砂ろ過、マイクロフロック法、凝集沈殿ろ過、生物膜処理、オゾン処理、活性炭処理、イオン交換処理、ＵＶ酸化処理、促進酸化処理等の従来公知の処理等を施した後に得られる水を、原水１とすることもできる。

原水１として、以下のような濁度、色度またはＴＯＣ（全有機炭素）を備えるものを例示できる。
・濁度：０〜５００度（好ましくは０〜５０度、より好ましくは０〜２０度）
・色度：０〜１００度（好ましくは０〜２０度、より好ましくは０〜１０度）
・ＴＯＣ：０〜１０ｍｇ／Ｌ（好ましくは０〜５ｍｇ／Ｌ、より好ましくは０〜３ｍｇ／Ｌ）

なお、本発明において濁度、色度およびＴＯＣは、上水試験法（２０１１年度版）で規定される方法で測定して得た値とする。

原水１は、溶解性マンガンを含むものであってもよい。具体的には、原水１は０．００５〜１ｍｇ／Ｌ程度の濃度の溶解性マンガンを含むものであってよい。

なお、本発明において、溶解性マンガンの濃度は、測定対象水（ここでは原水）を孔径０．１μｍのメンブランフィルターでろ過した後、そのろ過水を水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法（平成１５年７月２２日厚生労働省告示第２６１号（最終改正 平成２４年３月３０日厚生労働省告示第２９０号））に基づいて測定して得た値を意味するものとする。

＜凝集剤注入手段、凝集剤注入工程＞
本発明の装置１０における凝集剤注入手段１２について説明する。
本発明の装置１０において凝集剤注入手段１２は、原水１に凝集剤３を注入する手段である。

凝集剤３は、原水１に含まれる濁質成分、色度成分、有機物成分等の不純物を凝集することができるものであれば特に限定されず、例えば従来公知のものを用いることができる。例えば、無機系の凝集剤（具体的には例えばＡｌ系および／またはＦｅ系の凝集剤）を用いることができる。また、有機系の凝集剤を用いることもできる。さらに、複数の種類の凝集剤を例えば同時に用いてもよい。

Ａｌ系の凝集剤とは、アルミニウム化合物を主成分とする凝集剤を意味する。ここで「主成分」とは、溶媒以外の成分における含有率が５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは１００質量％である（実質的に他の成分を含まない）ことを意味するものとする。以下、特に断りがない限り「主成分」はこのような意味で用いるものとする。
アルミニウム化合物とはＡｌ原子を含む化合物を意味する。アルミニウム化合物としてはポリ塩化アルミニウム、硫酸ばん土（硫酸アルミニウム）が挙げられる。

Ｆｅ系の凝集剤とは、鉄系化合物を主成分とする凝集剤を意味する。
鉄系化合物とはＦｅ原子を含む化合物を意味する。鉄系化合物としては塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、鉄−シリカ無機高分子凝集剤が挙げられる。

有機系の凝集剤としては、ポリアクリルアミド系、ポリアミン系、ポリアクリルエステル系、ポリエチレンイミン系が挙げられる。

凝集剤３の原水１への注入量は特に限定されないが、原水１Ｌに対する添加量として０〜１００ｍｇ／Ｌとすることが好ましく、０〜３０ｍｇ／Ｌとすることがより好ましい。

凝集剤３は粉状の態様のものであってよい。また、例えば、粉状の無機系の凝集剤（例えばＡｌ系の凝集剤および／またはＦｅ系の凝集剤）が液体に分散した態様のものであってもよい。

凝集剤注入手段１２は、原水１に凝集剤３を注入することできる手段であれば特に限定されない。例えば凝集剤３を貯留することができ、凝集剤３を連続的または間欠的に排出することができる、従来公知の凝集剤注入ポンプを凝集剤注入手段として用いることができる。

本発明の方法における凝集剤注入工程は、凝集剤注入手段１２によって行うことができる。
本発明の方法における凝集剤注入工程は、原水１に凝集剤３を注入する工程である。

凝集剤注入工程では、原水１へ凝集剤３を注入する前にｐＨ調整剤を原水１へ添加して、原水１のｐＨを凝集剤３の凝集能を高めることができるｐＨに調整することが好ましい。凝集剤３の凝集能を高めるｐＨは、凝集剤３の種類等によって異なる。ｐＨ調整剤としては従来公知の酸またはアルカリを用いることができる。また、ｐＨ調整剤は原水１へ凝集剤３を注入した後に添加してもよいし、原水１へ凝集剤３を注入しながら同時に添加してもよい。

本発明の装置は、このようなｐＨ調整剤を原水１へ添加する手段をさらに備えることが好ましい。

＜混和手段、混和工程＞
本発明の装置１０における混和手段１４について説明する。
本発明の装置１０において混和手段１４は、注入された凝集剤３と原水１とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水５を得る手段である。

混和手段１４は、凝集剤３と原水１とを混和することで（すなわち、凝集剤３が注入された原水１を流動させることで）、原水１に含まれる不純物を凝集剤３の作用によって凝集し、フロックを形成することができる手段であれば特に限定されない。

混和手段１４として、例えば、撹拌翼等の撹拌装置を備える凝集槽（反応タンク）を用いることができる。この場合、凝集剤３が注入された原水１を凝集槽に流入させ、撹拌装置によって撹拌することで、不純物が凝集してなるフロックを形成し、形成されたフロックを含む処理対象水５を凝集槽から排出することができる。このような手段による混和を、急速混和や急速撹拌ともいう。本発明では、混和手段または混和工程として、急速混和を行うことが好ましい。ただし、緩速混和（または、フロック形成）を行ってもよいし、急速混和と緩速混和との両方を行ってもよい。

また、撹拌装置等を用いて撹拌しなくても、凝集剤３が注入された原水１が凝集槽内において流動してフロックが形成される場合は、撹拌装置を備えない凝集槽（反応タンク）を混和手段１４として用いることもできる。
また、混和手段１４として、配管接続型のもので管内で乱流を起こして混和を行なうスタティックミキサーを用いることができる。
さらに、混和手段１４として、配管を用いることができる。配管の長さが一定以上であると、凝集剤３が注入された原水１を配管内に流すだけで、フロックを含む処理対象水５を得ることができる。

本発明の方法における混和工程は、混和手段１４によって行うことができる。
本発明の方法における混和工程は、注入された凝集剤３と原水１とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水５を得る工程である。

＜膜ろ過手段、膜ろ過工程＞
本発明の装置１０における膜ろ過手段１６について説明する。
本発明の装置１０において膜ろ過手段１６は、原水回収率が９０％以上となるように処理対象水５を膜ろ過処理し、処理対象水５からフロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水７と、濃縮されたフロックとを含む汚泥９を得る手段である。

蒸発等による若干の損失は有り得るが、概ね、膜ろ過手段１６によって、処理対象水５が浄水７と汚泥９とに分離されると考えてよい。すなわち、膜ろ過手段１６に供給される処理対象水５の体積は、膜ろ過手段１６から排出される浄水７および汚泥９の合計体積と同一になると考えてよい。

膜ろ過手段１６は、処理対象水５に含まれるフロックの少なくとも一部（通常、ほぼ全て）を、例えば従来公知の分離膜を用いて処理対象水５から分離し、除去する手段である。

膜ろ過手段１６として、例えば、原水回収率を９０％以上とすることができる浸漬型膜ろ過装置やケーシング型膜ろ過装置が挙げられる。

浸漬型膜ろ過装置は、槽、膜モジュールおよび吸引ポンプを有する態様のものを例示できる。また、ここで槽は、その下方に汚泥９を排出するための排泥部を備える態様であることが好ましい。また、膜モジュールは、例えば中空糸と呼ばれるマカロニ状の分離膜を備えるもので、槽内に貯留した処理対象水５に浸漬して用いるものが挙げられる。また、吸引ポンプが配管等によって膜モジュールと繋がっていて、吸引ポンプによって吸引することで処理対象水５の一部について分離膜を通過させて浄水７を得ることができる。

このような浸漬型膜ろ過装置では、処理対象水５が連続的または間欠的に槽内へ供給され、吸引ポンプの作用によって、処理対象水５の一部について分離膜を通過させることで浄水７が連続的または間欠的に得られる。また、通常、間欠的に、排泥部から汚泥９が排出される。汚泥にはフロックが濃縮されているので、これを槽内から排出する。

本発明の装置１０では、膜ろ過手段１６として浸漬型膜ろ過装置を用いることが好ましい。

ケーシング型膜ろ過装置は、耐圧容器（ケーシング）内に膜モジュールが収められたものであり、通常、ポンプの作用でケーシング内に処理対象水５を圧入することでろ過して、浄水７および汚泥９を得るものである。

浸漬型膜ろ過装置やケーシング型膜ろ過装置に代表される膜ろ過手段１６では、得られた浄水７を用いて分離膜を逆洗洗浄することができる。

浸漬型膜ろ過装置やケーシング型膜ろ過装置に代表される膜ろ過手段１６における分離膜として、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）と呼ばれる孔径が０．０１〜０．２μｍ程度の膜を用いることができる。また、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノろ過膜（ＮＦ膜）を用いることもできる。
分離膜の公称孔径は、０．００１μｍ〜０．２μｍのものであることが好ましい。

膜ろ過手段１６は、さらに、気体を用いて処理対象水５を撹拌できる手段を有していることが好ましい。このような手段として散気装置が例示される。例えば浸漬型膜ろ過装置が備える槽内における下方に散気装置が設置されていると、これを用いて槽内に貯留している処理対象水５へ気体（空気等）を吹き込み、処理対象水５を撹拌することができるので好ましい。

本発明の方法における膜ろ過工程では、気体を吹き込んだ後に処理対象水５を膜ろ過処理することが好ましい。また、本発明の方法における膜ろ過工程では、気体を吹き込みながら、処理対象水５を膜ろ過処理することが好ましい。

例えば浸漬型膜ろ過装置の場合、これが備える槽の内部に存するフロックは、槽内の撹拌力が原水流入力などのみに由来していると、次第に沈降する可能性がある。この場合、フロックが存在する領域が、槽内の下方に向かって縮小していく可能性がある。そうすると、フロックと色度成分または有機物成分との接触効率が低下する場合がある。よって、できる限り槽内に均一にフロックを存在させるために、散気装置等を用いて、槽内の処理対象水５を撹拌することが好ましい。この散気装置等は、処理対象水の撹拌用にのみ使用される必要は無く、膜の洗浄用に散気を行なう装置を使用しても良く、洗浄用の散気が、処理対象水の撹拌を担っても良い。
なお、特許文献１に記載の方法のように粉末活性炭を用いる場合、凝集フロックよりも沈降速度が小さいため、撹拌をしなくても短時間に顕著に沈降することはない。しかし、沈降させるために凝集剤を添加して凝集させたフロックは、粉末活性炭に比べて著しく沈降性が高いため、接触効率を高めるためには、適宜撹拌を行うことが好ましい。したがって、粉末活性炭のみの場合は、接触効率を高めるための撹拌に気を使う必要性は低いが、フロックの場合には重要となる。

ここで、処理対象水５へ気体を吹き込む時間は１秒から１０分とすることが好ましく、１０秒〜５分とすることがより好ましい。
また、処理対象水５へ気体を吹き込んだ後、次に再度、気体を吹き込むまでの間隔は１〜６０分とすることが好ましく、１０分〜５０分とすることがより好ましい。
このような吹き込み時間および／または吹き込み間隔とすると、フロックと色度成分または有機物成分とが衝突しやすくなり、色度成分または有機物成分がフロックに取り込まれ、その結果、色度成分および有機物成分の含有率がより低い浄水７が得られるからである。

本発明の装置１０において膜ろ過手段１６は、原水回収率が９０％以上となるように処理対象水５を膜ろ過処理する。この原水回収率は９４％以上であることが好ましく、９７％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましい。また、９９．９９９％以下であってよい。

原水回収率は、膜ろ過手段１６へ供給された処理対象水５の体積に対する、膜ろ過手段１６から排出された浄水７の体積の比（百分率）として定義される。また、前述のように、膜ろ過手段１６へ供給された処理対象水５の体積は、膜ろ過手段１６から排出された浄水７および汚泥９の合計体積とほぼ同一になると考えてよいので、原水回収率は次式のように表わされる。

原水回収率（％）＝排出された浄水７の体積／供給された処理対象水５の体積×１００
＝（供給された処理対象水５の体積―排出された汚泥９の体積）／供給された処理対象水５の体積×１００

原水回収率は、膜ろ過手段１６から排出される汚泥９の排出量を調整して９０％以上とすることができる。

原水回収率とは、すなわち、処理対象水５の濃縮度を表わす。例えば浸漬型膜ろ過装置の槽内における処理対象水５の濃縮度を表す。原水回収率を９０％以上に高めると、槽内の処理対象水５の濃縮度が上昇するためフロック濃度が濃くなる。すると、既フロックと超微細フロックなどとの接触効率が高まり、かつ大きなフロックに成り易くなるため、色度成分または有機物成分の除去率が上昇すると考えられる。

膜ろ過手段１６によって処理対象水５を膜ろ過処理する際に、常に、膜を浸漬する浸漬槽内に保持する処理対象水５にフロックが含まれるように調整することが好ましい。例えば、膜ろ過手段１６として浸漬型膜ろ過装置を用いた場合、前述のように、通常、間欠的に排泥部から汚泥９を排出するが、全ての汚泥９を排出するのではなく、槽内に汚泥９が残存するように排出することで、処理対象水５を膜ろ過処理するときに、常に、膜を浸漬する浸漬槽内に保持する処理対象水５にフロックが含まれるように調整することができる。また、例えば、排泥部から排出された汚泥９の一部を再度、処理対象水５を貯留されている槽内へ加えることで、常に、膜を浸漬する浸漬槽内に保持する処理対象水５にフロックが含まれるように調整することもできる。

例えば膜ろ過手段１６として浸漬型膜ろ過装置を用いた場合に、排泥部から全量の汚泥９を排出してしまうと、膜ろ過処理を再開したときに、処理対象水５における色度成分や有機物成分を捕捉するためのフロックが減少してしまう可能性がある。すると、原水１に由来するフロックによって、再び処理対象水５におけるフロックの濃度が上昇するまでに、色度成分および有機物成分の除去率が低下してしまう可能性がある。そこで、例えば、槽内に貯留されている処理対象水５の０．０１体積％以上を残存させるように、汚泥９を排出することが好ましい。槽内に貯留されている処理対象水５の９９体積％以下、好ましくは９５体積％以下、より好ましくは３０体積％以下、さらに好ましくは１０体積％以下を残存させてもよい。

膜ろ過手段１６における膜透過流速は特に限定されないが、０．４〜１０ｍ／ｄとすることが好ましい。
膜ろ過手段１６における膜供給水量は特に限定されないが、膜ろ過水量と均衡する程度が好ましい。
膜ろ過手段１６における散気風量は膜設置面積１ｍ²当り、１〜３５０ｍ³／ｈとすることが好ましい。

本発明の装置１０では、膜ろ過手段１６において活性炭を用いなくてよい。例えば膜ろ過手段１６として浸漬型膜ろ過装置を用いる場合に、槽内に活性炭を添加する必要はない。活性炭を添加しなくても、不純物を処理対象水５から分離除去できる。
同様に、本発明の方法における膜ろ過工程においても、活性炭を用いなくてよい。

本発明の方法における膜ろ過工程は、膜ろ過手段１６によって行うことができる。
本発明の方法における膜ろ過工程は、原水回収率が９０％以上となるように処理対象水５を膜ろ過処理し、処理対象水５から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水７および濃縮された前記フロックを含む汚泥９を得る工程である。

次に、上記のような本発明の装置１０によって原水１を処理した場合の処理の流れを説明する。この説明は、本発明の方法についての説明でもある。

初めに、凝集剤注入手段１２によって、原水１へ凝集剤３を注入する（凝集剤注入工程）。そして、混和手段１４によって、注入された凝集剤３と原水１とを混和してフロックを形成する。そして、フロックを含む処理対象水５が得られる（混和工程）。
次に、膜処理手段１６によって、原水回収率が９０％以上となるように、処理対象水５を膜ろ過処理する。そして、浄水７および汚泥９が得られる（膜ろ過工程）。

本発明によると、凝集剤注入率を低くしても色度成分や有機物成分の含有率が低い浄水が得られる。具体的には、例えば、凝集剤３の原水１への注入量を原水１Ｌに対する添加量として０〜１００ｍｇ／Ｌ（好ましくは０〜３０ｍｇ／Ｌ）とした場合に、低い色度の浄水７を得られる。具体的には、原水１の色度に対する浄水７の色度の比として、例えば１／１００００〜１／２（好ましくは、例えば１／１００００〜１／１０）とすることができる。

本発明によって得られる浄水７として、例えば、以下のような濁度、色度またはＴＯＣ（全有機炭素）を備えるものが挙げられる。
・濁度：０．１度以下（好ましくは０．０１度以下、より好ましくは０．０００１度以下）
・色度：１度以下（好ましくは０．１度以下、より好ましくは０．０１度以下）
・ＴＯＣ：３ｍｇ／Ｌ以下（好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ以下）

次に、本発明の好ましい態様について、図を用いて説明する。
図２は、本発明の装置の好ましい態様の一つを説明するための概略図である。
図２において装置２０は、原水１に凝集剤３を注入する凝集剤注入ポンプ２２と、注入された凝集剤３と原水１とを混和してフロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水５を排出する急速混和槽２４と、原水回収率が９０％以上となるように処理対象水５を膜ろ過処理し、処理対象水５から前記フロックの少なくとも一部が除去されてなる浄水７および濃縮された前記フロックを含む汚泥９を得る浸漬型膜ろ過装置２６とを有する。

装置２０は、さらに、凝集剤３を注入する前の原水１へｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整手段を有している。このｐＨ調整手段によって原水１へｐＨ調整剤８（酸および／またはアルカリ）を添加して、原水１のｐＨを凝集剤３の凝集能を高めることができるｐＨに調整することができる。
装置２０は、さらに、浄水７を貯留する浄水池２８を有している。
装置２０は、さらに、浄水地２８に貯留された浄水７を用いて浸漬型膜ろ過装置２６が有する分離膜２６１ａを逆洗洗浄するために用いる逆洗ポンプ２８１および配管２８２を有している。

凝集剤注入ポンプ２２はタンクおよびポンプを有しており、そのタンク中に凝集剤を貯留することができ、さらにこのタンク中からポンプの作用によって凝集剤３を所望量、排出できる態様のものである。凝集剤注入ポンプ２２によって、急速混和槽２４に貯留されているｐＨ調整剤が添加された後の原水１へ、凝集剤３を所望量、注入することができる。

凝集剤注入ポンプ２２は、本発明の装置における凝集剤注入手段に相当する。

急速混和槽２４は２段の槽（第１槽２４１、第２槽２４２）を有している。そして、第１槽２４１において、凝集剤３と、ｐＨ調整剤８が添加された原水１とを受け入れて、これらを混和することができる。その後、第２槽２４２にて再度、混和し、処理対象水５を排出する。第１槽２４１および第２槽２４２は、各々、攪拌機（２４３、２４４）を有しており、この攪拌機によって凝集剤３が注入された原水１を撹拌して凝集剤３と原水１とを混和することで、原水１に含まれる不純物が凝集してなるフロックを形成することができる。

急速混和槽２４は、本発明の装置における混和手段に相当する。

本発明の装置における混和手段は、図２に示すような２段の槽を有する急速混和槽であってよいが、１段の槽を有する態様のものであってもよく、３段以上の槽を有する態様のものであってもよい。

浸漬型膜ろ過装置２６は、膜モジュール２６１、槽２６２、吸引ポンプ２６３、配管２６４、および排泥弁２６５を有している。膜モジュール２６１は分離膜２６１ａ、集水部２６１ｂ、および下部支持体２６１ｃを有している。そして、集水部２６１ｂと浄水地２８とが配管２６４によって繋がれていて、その途中に吸引ポンプ２６３が配置されており、吸引ポンプ２６３を運転することによって、槽２６２内の処理対象水５から浄水７を得ることができる。また、得られた浄水７は配管２６４を通じて浄水池２８に達し、ここに貯留できるように構成されている。また、排泥弁２６５を開けることで、槽２６２の下部から、槽２６２内の処理対象水５の一部を汚泥９として排出できるように構成されている。

浸漬型膜ろ過装置２６では、槽２６２の内部に処理対象水５が貯留される。膜モジュール２６１は、槽２６２の内部に貯留された処理対象水５に浸漬して用いられる。そして、吸引ポンプ２６３を運転すると、その作用によって、処理対象水５の一部が分離膜２６１ａを通過して浄水７となり、配管２６４を通って浄水地２８に達し、ここに貯留される。また、処理対象水５に含まれるフロックは、分離膜２６１ａを通過できないため、槽２６２内に滞留する。

フロックを含む汚泥９は槽２６２の下部の排泥部から排出される。汚泥９を槽２６２の排泥部から排出する頻度は特に限定されない。例えば数日に一回、排泥弁２６５を開けて汚泥９を槽２６２の内部から排出することができる。ただし、原水回収率が９０％以上となるように排出する。

浸漬型膜ろ過装置２６は、本発明の装置における膜ろ過手段に相当する。

次に、上記のような装置２０によって原水１を処理した場合の処理の流れを説明する。この説明は、本発明の方法の好ましい態様についての説明でもある。

初めに、原水１へｐＨ調整剤８（酸またはアルカリ）が加えられ、その後、急速混和槽２４における第１槽２４１へ流入される。そして、第１槽２４１において、ここに貯留している原水１へ凝集剤注入ポンプ２２から凝集剤３が添加され（凝集剤注入工程）、攪拌機２４３の作用によって混和された後、第２槽２４２へ移動され、第２槽２４２にて再度、攪拌機２４４の作用によって混和された後、処理対象水５として排出される（混和工程）。処理対象水５には、原水１に含まれる不純物が凝集剤３の作用によって凝集してなるフロックが含まれる。
その後、処理対象水５は浸漬型膜ろ過装置２６における槽２６２に貯留される。貯留された処理対象水５に膜モジュール２６１が浸漬されるように設置されており、吸引ポンプ２６３を運転することで、処理対象水５の一部が分離膜２６１ａを通過して浄水７となり、配管２６４を通って浄水地２８に達し、ここに貯留される。また、処理対象水５に含まれるフロックは分離膜２６１ａを通過できないため、槽２６２内に滞留する。ここで浸漬型膜ろ過装置２６に、槽２６２へ流入する処理対象水５の流量を測定する流量計と、排出される浄水７の流量を測定する流量計とを設置することが好ましい。そして、これらの流量計が示す流量がほぼ同一となるように操業することが好ましい。また、各流量計の値を監視し、槽２６２内の処理対象水５の水位が特定範囲内となるように調整して操業することが好ましい。
次に、フロックを含む汚泥９は槽２６２の下部の排泥部から排出される。汚泥９を槽２６２から排出する頻度は特に限定されない。例えば数日に一回、排泥弁２６５を開けて汚泥９を槽２６２の排泥部から排出することができる。ただし、原水回収率が９０％以上となるように排出する。
また、逆洗ポンプ２８１を運転することで、浄水地２８に貯留された浄水７を用いて浸漬型膜ろ過装置２６が有する分離膜２６１ａを逆洗洗浄することができる。逆洗洗浄の頻度は特に限定されない。例えば数十分に一回、逆洗洗浄をすることが好ましい。

次に、本発明の別の好ましい態様について、図を用いて説明する。
図３は、本発明の装置の別の好ましい態様の一つを説明するための概略図である。
図３では、図２に示した態様と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下では、図２に示した態様と異なる点を中心に説明する。

図３において装置３０は、図２に示した態様と同様の凝集剤注入ポンプ２２と、急速混和槽２４と、ｐＨ調整手段と、浄水池２８と、逆洗ポンプ２８１および配管２８２とを有している。
そして、浸漬型膜ろ過装置３６は、図２に示した浸漬型膜ろ過装置２６に、さらに電極３７および界面計３８を有する態様のものである。電極３７および／または界面計３８によって槽２６２内の処理対象水５の排水時の水位を監視することが好ましい。そして、排水時に水位が特定レベル以下になった場合、電極３７および／または界面計３８から電気的な信号を発信して排泥弁２６５を閉め、汚泥９を槽２６２から排出する量を調整することが好ましい。

電極３７および界面計３８は、例えば従来公知のものを用いることができる。従来公知の排水工程タイマーを用いることでも、電極３７および界面計３８と同様の操作を行うことができる。

次に、本発明の別の好ましい態様について、図を用いて説明する。
図４は、本発明の装置の別の好ましい態様の一つを説明するための概略図である。
図４では、図２に示した態様と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下では、図２に示した態様と異なる点を中心に説明する。

図４において装置４０は、図２に示した態様と同様の凝集剤注入ポンプ２２と、急速混和槽２４と、ｐＨ調整手段と、浄水池２８と、逆洗ポンプ２８１および配管２８２とを有している。
そして、浸漬型膜ろ過装置４６は、図２に示した浸漬型膜ろ過装置２６に、さらに散気装置４７およびブロワ４８を有する態様のものである。ブロワ４８を運転することで散気装置４７から槽２６２の内部へ空気を送り込み、ここに貯留されている処理対象水５を撹拌することができるように構成されている。適量の空気を槽２６２の内部へ送り込んで処理対象水５を撹拌すると、槽２６２の内部にフロックをより均一に存在させることできるので、フロックと色度成分または有機物成分との接触効率を高めることができて好ましい。そして、色度成分および有機物成分の含有率がより低い浄水７を得ることができるので好ましい。

次に、本発明の別の好ましい態様について、図を用いて説明する。
図５は、本発明の装置の別の好ましい態様の一つを説明するための概略図である。
図５では、図２に示した態様と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下では、図２に示した態様と異なる点を中心に説明する。

図５において装置５０は、図２に示した態様と同様の凝集剤注入ポンプ２２と、急速混和槽２４と、浸漬型膜ろ過装置２６と、ｐＨ調整手段と、浄水池２８と、逆洗ポンプ２８１および配管２８２とを有している。
そして、装置５０は、さらに、溶解性マンガンろ過塔５１を有している。溶解性マンガンろ過塔５１は、内部にマンガン砂からなる層５１１および支持層５１２を有しており、原水１が溶解性マンガンを含む場合、これを原水１から除去することができるので好ましい。ポンプ５１３を運転することで原水１を溶解性マンガンろ過塔５１の下部から流入させ、上部へ向かって移動させると、その過程において原水１に含まれる溶解性マンガンがマンガン砂の作用によって原水１から分離され、少なくともその一部が除去される。その後、溶解性マンガンの少なくとも一部が除去された原水１は、溶解性マンガンろ過塔５１の上部から、急速混和槽２４へ向かって送られる。以降は図２に示した態様の場合と同様に処理される。
溶解性マンガンろ過塔５１としては、例えば従来公知のものを用いることができる。

以下、本発明に関する実験について説明する。

＜実験１＞
図２に示す態様の本発明の装置（装置２０）を用いて原水１を処理して、浸漬型膜ろ過装置２６における原水回収率と、色度成分又は有機物成分の除去率の比との関係を測定すると、図６に示すグラフが得られる。図６においてＹ軸の色度成分又は有機物成分の除去率の比は、原水回収率が８０％の場合の色度成分又は有機物成分の除去率を１とした場合の値として示している。
図６のグラフに示すように、原水回収率が９０％以上と高くなると、色度成分および有機物成分の除去率が高くなる。

＜実験２＞
図２に示す態様の本発明の装置（装置２０）を用いて原水１を処理する。そして、十分な時間が経過した後、浸漬型膜ろ過装置２６における排泥弁２６５を開けて、槽２６２の下部の排泥部から汚泥９を排出する。この際に、槽２６２の内部に貯留されている処理対象水５を全て排出せずに、槽２６２の内部に一部を残存させると、浸漬型膜ろ過装置２６による膜ろ過処理を再開した後、特定時間経過後における色度成分又は有機物成分の除去率が良化する傾向がある。図７はこれを示すグラフである。すなわち、図７は、槽２６２の内部に残存させた処理対象水５の残存率（Ｘ軸）と、膜ろ過を開始し、特定時間経過後の色度成分又は有機物成分の除去率の比（Ｙ軸）との関係を表わすグラフである。図７においてＹ軸の、膜ろ過を開始し、特定時間経過後の色度成分又は有機物成分の除去率の比は、処理対象水の残存率が２０％の場合を１とした場合の値として示している。
図７のグラフに示すように、処理対象水の残存率が０．０１体積％以上の場合に、色度成分又は有機物成分の除去率の維持に効果が認められる。

＜実験３＞
図４に示す態様の本発明の装置（装置４０）を用いて原水１を処理して、浸漬型膜ろ過装置４６において散気装置４７から空気を吹き込む時間および間隔と、濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）との関係を測定すると、図８に示すグラフが得られる。ここで濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）は濁度Ｔ_Bに対する濁度Ｔ_Aの比である。また、濁度Ｔ_Aは、図９に示すように、浸漬型膜ろ過装置４６における槽２６２の内部における集水部２６１ｂの水位レベルにおける処理対象水５の濁度を意味しており、濁度Ｔ_Bは、図９に示すように、浸漬型膜ろ過装置４６における槽２６２の内部における下部支持体２６１ｃの水位レベルにおける処理対象水５の濁度を意味している。槽２６２の内部における濁度が均一化していると濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）が１となり、固形分等の沈降が進むと濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）は小さくなる。そして、濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）が１に近いと、槽２６２の内部の処理対象水５の濁度がより均一化していると解されるので好ましい。
図８のグラフに示すように、処理対象水５へ空気を吹き込む時間が１秒から１０分であって、かつ、処理対象水５へ空気を吹き込んだ後、次に再度、気体を吹き込むまでの間隔が１〜６０分であると、濁度比（Ｔ_A／Ｔ_B）がより高くなり（概ね０．８以上）、好ましい。

１ 原水 ３ 凝集剤
５ 処理対象水 ７ 浄水
９ 汚泥 １０ 本発明の装置
１２ 凝集剤注入手段 １４ 混和手段
１６ 膜ろ過手段 ８ ｐＨ調整剤
２０ 装置 ２２ 凝集剤注入ポンプ
２４ 急速混和槽 ２４１ 第１槽
２４２ 第２槽 ２４３、２４４ 攪拌機
２６ 浸漬型膜ろ過装置 ２６１ 膜モジュール
２６１ａ 分離膜 ２６１ｂ 集水部
２６１ｃ下部支持体 ２６２ 槽
２６３ 吸引ポンプ ２６４ 配管
２６５ 排泥弁 ２８ 浄水池
２８１ 逆洗ポンプ ２８２ 配管
３０ 装置 ３６ 浸漬型膜ろ過装置
３７ 電極 ３８ 界面計
４０ 装置 ４６ 浸漬型膜ろ過装置
４７ 散気装置 ４８ ブロワ
５０ 装置 ５１ 溶解性マンガンろ過塔
５１１ マンガン砂からなる層 ５１２ 支持層
５１３ ポンプ

Claims (3)

1. 濁質成分、色度成分及び有機物成分を含む不純物を含み、濁度５００度以下、色度１００度以下、ＴＯＣ１０ｍｇ／Ｌ以下の原水に前記不純物を凝集させてフロックを形成させるための凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
   注入された前記凝集剤と前記原水とを混和又は流動させて前記フロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得るフロック形成工程と、
   前記処理対象水が供給され、該処理対象水から前記フロックが除去されて排出される濁度０．１度以下、色度１度以下、ＴＯＣ３ｍｇ／Ｌ以下の浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得るとともに、膜ろ過処理の終了後に浸漬槽内に貯留されている前記処理対象水の０．０１体積％以上を残存させるように該汚泥を排出することを含む膜ろ過工程と、を有し、
   前記膜ろ過工程は、以下の関係式：
   原水回収率（％）＝排出された浄水の体積／供給された処理対象水の体積×１００＝（供給された処理対象水の体積−排出された汚泥の体積）／供給された処理対象水の体積×１００
   で表される原水回収率が９０％以上となるように、前記処理対象水を膜ろ過処理し、且つ、活性炭を用いず、また、前記膜ろ過処理において、１〜６０分の間隔で、１秒から１０分の間、気体を吹き込むことで前記処理対象水を撹拌することにより、前記処理対象水中の色度成分又は有機物成分を更に前記フロックと接触させて前記膜ろ過処理することを特徴とする水処理方法。
2. 前記膜ろ過工程において、前記処理対象水を膜ろ過処理するときに、常に、膜を浸漬する浸漬槽内に保持する前記処理対象水に前記フロックが含まれるように調整する、請求項１に記載の水処理方法。
3. 濁質成分、色度成分及び有機物成分を含む不純物を含み、濁度５００度以下、色度１００度以下、ＴＯＣ１０ｍｇ／Ｌ以下の原水に前記不純物を凝集させてフロックを形成させるための凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、
   注入された前記凝集剤と前記原水とを混和して前記フロックを形成し、前記フロックを含む処理対象水を得る混和手段と、
   前記処理対象水に膜を浸漬するための浸漬槽と前記浸漬槽内に気体を吹き込むための散気装置を備え、前記処理対象水を膜ろ過処理することにより、前記処理対象水から前記フロックが除去されて排出される濁度０．１度以下、色度１度以下、ＴＯＣ３ｍｇ／Ｌ以下の浄水および濃縮された前記フロックを含む汚泥を得る膜ろ過手段と、
   膜ろ過処理の終了後に前記浸漬槽内に貯留されている処理対象水が０．０１体積％以上残存するように前記処理対象水を前記浸漬槽内に残しながら前記汚泥を排出する排泥部と
   を備え、
   前記膜ろ過手段が、
   以下の関係式：
   原水回収率（％）＝排出された浄水の体積／供給された処理対象水の体積×１００＝（供給された処理対象水の体積−排出された汚泥の体積）／供給された処理対象水の体積×１００
   で表される原水回収率が９０％以上となるように前記処理対象水を膜ろ過処理し、且つ、活性炭を用いず、また、前記膜ろ過処理中に前記浸漬槽内に１〜６０分の間隔で、１秒から１０分の間、気体を吹き込むことで前記浸漬槽内の前記処理対象水を撹拌することにより、前記浸漬槽内の前記処理対象水中の色度成分又は有機物成分を更に前記フロックと接触させて膜ろ過処理することを特徴とする水処理装置。

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