JPH10309576A

JPH10309576A - オゾン耐性膜による水処理方法

Info

Publication number: JPH10309576A
Application number: JP9132941A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Fujii; 康二郎藤井; Ikurou Matsuo; 育朗松尾
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【解決手段】原水中にオゾンを添加し、オゾン耐性膜
を用いて濾過し、次いでその濾過水を活性炭で処理する
水処理方法。【効果】本発明の方法によると、オゾン添加と活性炭
処理とを組合せたので、原水中の溶解性有機物の量を低
減できる。また、オゾン処理時に凝集剤を添加すれば、
オゾン添加量の減量と濾過速度の向上が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濾過膜を使用して
水を浄化するに際し、オゾン共存下でオゾン耐性膜によ
る高い濾過速度で膜濾過を行い、更にオゾン酸化で微生
物処理し易くなった膜濾過水を活性炭で可溶性有機物を
低減させると言う、オゾン処理と膜濾過と活性炭処理と
を組合せて相互の相乗効果による高効率で高度に水処理
できる水の浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水の浄化方法は取水した原水をま
ず塩素または次亜塩素酸ナトリウムを添加して殺菌して
浄化プロセス内で微生物等の増殖及びその悪影響を阻止
し、次いで懸濁物質量に対応する凝集剤を添加し、懸濁
物質をフロック化させ沈澱分離し、そのオーバーフロー
したフロックを次の砂濾過工程で分離し、原水を清澄化
すると言う凝集沈澱方法である。また、原水中の懸濁物
質が少ない時には凝集剤をラインミキシングし砂濾過す
る方法や加圧浮上させる方法もある。最近では、限外濾
過（ＵＦ）法や精密濾過（ＭＦ）法で上記方法を代替す
る技術も開発され小規模水道等で実用化が始まってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、凝集沈
澱法は、最近の半導体産業で要求される除濁のレベルや
上水道で要求される原水中に極めて少量存在するクリプ
トスポロジウム等の原虫類の除去等に関してはそれらの
要求を満足するに至っていない。また、最近の膜分離法
は、凝集沈澱法の欠点である除濁のレベルや原虫やバク
レリヤ類等に対して対応可能な技術として脚光を浴びて
いるものの、経済性の観点によりその使用が限られてい
る。更に、ＵＦ法やＭＦ法の膜分離では溶解性有機物
（ＤＯＣ）や色度除去が半導体用途等で不十分な除去レ
ベルにある。従って、濁質物質の徹底除去、ＤＯＣの除
去や衛生上又は経済性の観点から更に優れた新規プロセ
スの出現が求められている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題について種々
検討した結果、オゾンの共存下またはオゾンと凝集剤の
存在下で膜濾過法を組合せ且つその濾過水を活性炭処理
することにより、各要素技術の相乗効果を実現し且つ経
済的要求を満足する新規水処理プロセスを提供できるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明
は：原水中にオゾンを添加し、オゾン耐性膜を用いて濾
過し、次いでその濾過水を活性炭で処理する水処理方法
を提供する。濾過水中にオゾンを０．０５ｐｐｍ以上残留させる
量で添加する点にも特徴を有する。また、原水にオゾンを添加するに先立ち、原水中に含まれ
る懸濁物質を凝集できる凝集剤を添加する点にも特徴を
有する。また、オゾン耐性膜がフッ素樹脂膜である点にも特徴を有
する。また、活性炭が微生物活性炭である点にも特徴を有する。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。（A) 本発明のハイブリッド化された膜濾過プロセスの
特徴等従来技術の課題 (i) 膜濾過の課題１）従来、膜濾過法で濾過すると、原水中の懸濁物質や
使用の膜の孔径以上の大きさの有機物の或る成分は膜で
阻止され、いわゆる濃度分極やケーキ相が発生する。同
時に、原水中の有機物は膜へ目詰まり又は膜内部の網状
組織に吸着を起こす。この結果、得られる膜の流束は清
澄水の流束に比べて数分の１から数十分の１にまで低下
し、膜濾過コストが往々にして高くなり、経済性上実用
性がなくなる。

【０００６】２）従って、オゾン等の酸化剤の存在下で
濾過すると、膜に付着又は目詰まりしている有機物を分
解させながら濾過でき、極めて高い流束を得ることがで
きる。即ち、オゾン存在下での膜濾過は、膜を通過する
オゾンによって膜に付着した有機物を繰り返し攻撃する
ため、常時自己洗浄しながら濾過を行うことになり、そ
の結果、高い流束を得ることができる濾過方法となる。

【０００７】３）この濾過法は、例えば、特許第２，５
７０，４９６号公報により公知である。上記公報では、
オゾン及び／又は凝集剤と膜濾過との組合せにより、濾
過流束を高め、且つ水質の改善には、原水中に粉末状活
性炭や凝集剤等を加えて濾過する方法を提案している。
また、飲料に供するような高度処理された一定の水質を
得るためには、この方法ではまだ不十分である。

【０００８】(ii) オゾン処理の問題点従来、オゾンと接触した原水中の可溶性有機物（通常、
フミン質、フルポ酸が主体であって微生物類により分解
し難い）は、オゾンと反応し酸化される。オゾンと接触
するために水のＢＯＤ値は却って高くなる。これは、フ
ミン分子中の二重結合がオゾンで酸化され、アルデヒ
ド、カルボニル基、カルボン酸基等になるためであり、
今まで微生物で消化されなかった有機物が消化され易く
なったためである。また、高分子が低分子化するために
同様に微生物消化が起こるためである。オゾン処理で高
くなったＢＯＤ値の水を上水道に用いる場合は、微生物
の増殖を抑えるための添加塩素量の増加等が必要となる
が、水質悪化を招くので、粒状活性炭等による後処理が
必要となってくる。

【０００９】(iii) 活性炭処理の問題点１）特許第２，５７０，４９６号公報では、水質改善の
ために原水へ粉末状活性炭を添加し有機物吸着を行って
いる。該粉末状活性炭は膜によって阻止され、濃縮され
新たな濃縮廃棄物となる欠点がある。また、粉末状活性
炭に原水中の懸濁物質やコロイド物質が吸着するため、
その活性サイトが必ずしも可溶な有機物を有効に吸着す
るとは限らない。有機物の量が多いと、粉末状活性炭の
添加量が増え、膜濃縮度の限界が早く来て濾水回収量が
減ずる恐れがある。２）これに対し、前段に膜設備を設けた活性炭は、膜濾
過によって懸濁物質やコロイド状物質が確実に除去され
るため、これらの付着等によって汚染を受けて表面の活
性サイトが減ずることがなくなる。従って、活性炭の再
生サイクルを延長することができて、経済的にも有効と
なる。

【００１０】本発明の方法の特徴本発明の方法は、基本的に、原水中にオゾンを添加し、
オゾン耐性膜を用いて濾過し、次いでその濾過水を活性
炭で処理する水処理方法である。１）本発明の方法によると、膜濾過プロセスに有機物除
去プロセスを連結し、ハイブリット化することにより、
単位プロセスを単独に動かすことよりも画期的な効果を
得ている。

【００１１】２）本発明では、活性炭槽への処理の前
に、好ましくは滞留槽でオゾンを自己分解させるか、或
いはチオ硫酸ナトリウム等の還元剤により０．２ｐｐｍ
の残留オゾンを分解させておき、次いで活性炭に微生物
を繁殖させた活性炭、即ち活性能を付与したバイオアク
テイブカーボン（ＢＡＣ）を床とする槽中で処理する。
特に、微生物被覆活性炭を用いると、フミン質等がオゾ
ン処理により酸化され消化し易くなった有機物を分解す
ることができる。従って、活性炭の吸着に微生物消化機
能が付与され、より高度に処理された水質を得ることが
できる。また、オゾンでは処理し難いアンモニアも微生
物で消化させて減ずることが可能となる。

【００１２】３）上記特許第２，５７０，４９６号公報
の方法では、オゾンと活性炭とが共存するために、微生
物は生育することができず、その効果はない。しかも、
本発明の方法を上水道に適用する場合、前段の塩素殺菌
プロセスの必要がなくてトリハロメタンの生成がない。
また、ＣＯＤ値が低いため、消毒に使う塩素の濃度が低
くてすみ、トリハロメタンの発生が極力抑えられる。４）以上の通り、本発明の方法は、原水→（必要に応じ
て凝集剤添加）→オゾン添加→オゾン耐性膜→微生物活
性炭処理からなるハイブリッドのプロセスであり、各々
の単位プロセスが相互に融合しあい、単位プロセス以上
の効果を発揮でき、高効率で高度処理ができる画期的プ
ロセスとなる。

【００１３】(B) オゾン処理オゾンの導入１）オゾンはオゾン単体でもオゾン化空気でも良く、原
水を貯めるタンク等の貯槽への導入はタンクの適宜位置
に設けた散気管等を介して行えば良い。また、タンクか
らオゾン耐性膜に原水を誘導する管の途中でエジェクタ
ー方式又はラインミキシング方式でオゾンを注入しても
良い。２）オゾンの添加により、通常河川や湖沼等の原水中に
生息する原水中の微生物類、例えばウイルス類、バクテ
リヤ類、カビ類、クリプトスポリジウム等の原虫類を殺
菌・除去する。

【００１４】オゾン濃度等１）オゾン耐性膜濾過により浄水する際に、濾過速度の
上昇を図り、微生物類を殺菌し、臭気物質を除去するた
めのオゾン注入濃度は、一般に０．０５ｐｐｍ以上であ
る。オゾン濃度が高すぎると経済性を下げることになる
ので、１〜１０ｐｐｍ、好ましくは２〜５ｐｐｍが良
い。２）原水のオゾンとの接触時間は膜構造の表面に付着し
た有機物とオゾン水が連続的に濾過され供給されれば、
特に接触時間に留意する必要はない。通常、１〜２０ｍ
ｇ／Ｌ、好ましくは２〜１０ｍｇ／Ｌの注入率で、０．
５〜３０分、好ましくは５〜２０分程度の接触時間が一
般的である。

【００１５】(C) オゾン耐性膜の材質等１）オゾン耐性膜としては、オゾンにより劣化しない濾
過膜なら特に制限されないが、例えば、セラミック等の
無機膜；オゾン耐性を有するポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）膜、エチ
レン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）
膜、ポリフルオロアクリレート（ＰＦＡ）膜等のフッ素
系樹脂膜等の有機膜を挙げることができるが、ポリフッ
化ビニリデン膜の使用が好ましい。２）このようなオゾン耐性膜中に設けられる孔径として
は、ＵＦからＭＦ単位の孔径域を使用しうるが、膜濾過
法の弱点である経済性追求の点、及び膜の透水量が基本
的に高い点からＭＦの使用が良い。例えば望ましい孔径
は０．００１〜１μｍ、好ましくは０．０５〜１μｍで
ある。

【００１６】(D) 凝集剤の併用１）膜濾過に際し、膜の孔径がＭＦ領域となると孔径が
大きくなるため、原水中の粘度物やバクテリヤ等が膜内
に浸入する。特に粘度物による目詰まりは通常の膜濾過
方式では洗浄できない。従って、ＭＦ膜を使用する膜濾
過法では、一般にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の
凝集剤を使用することが好ましい。凝集剤の使用を必要
としない場合の膜の孔径は０．１μｍ以下であり、それ
以上の孔径の膜では凝集剤を添加して微少な懸濁物質を
粗大化させないと、目詰まりのため流束が低下し膜の寿
命が短くなる傾向がある。

【００１７】２）凝集剤を併用し粗大化させると、０．
４〜１μｍ程度の孔径のＭＦ膜まで使用可能となり、高
い流束で良好な経済性が得られる。このように、凝集剤
を併用する場合は、有機懸濁物質や高分子物質が凝集剤
中に取り込まれ、オゾンとの接触が少なくなるので、必
要なオゾン量は凡そ半減できる効果が期待できる。３）凝集剤の添加量は、原水中に含まれる懸濁物質を凝
集できる量である必要があり、一般に、１〜１００ｍｇ
／原水１Ｌ、好ましくは２〜５０ｍｇ／原水１Ｌであ
る。

【００１８】(E) 活性炭による後処理本発明の工程の１つである活性炭による後処理は、粒状
活性炭を含む槽にオゾン耐性膜を透過した濾水を導き、
後処理することからなる。活性炭としては、微生物被覆
活性炭が好ましく使用できる。即ち、活性炭に微生物を
繁殖させた活性炭、即ち活性能を付与したバイオアクテ
イブカーボン（ＢＡＣ）を床とする槽中での処理であ
る。特に、該微生物被覆活性炭を用いると、フミン質等
がオゾン処理により酸化され消化し易くなった有機物を
除去することができる。従って、活性炭の吸着に微生物
消化機能が付与され、より高度に処理された水質を得る
ことができる。また、オゾンでは処理し難いアンモニア
も微生物で消化させて減ずることが可能となる。

【００１９】

【実施例】本発明を下記の実施例により具体的に説明す
るが、これらは本発明の範囲を制限しない。（実施例１）（1) 河川表流水濁度：１０〜２０度ＣＯＤ値：６〜８ｐｐｍ水温：１６℃ （2) 浄水プロセス原水→オゾン処理→０．１μｍＰＶｄＦＭＦ膜濾過→滞
留槽→活性炭処理

【００２０】(3) 上記対象原水を原水タンクへ供給
し、ポンプで０．１μｍ孔径の糸１８００本を３インチ
径のＰＶＣケーシングに納めた外圧型モジュール（膜面
積；７．０ｍ²、清澄水流束；１．８ｍ³／時・モジュ
ール；０．５ｋｇ／ｃｍ²）に３ｍ³／時の量で供給す
る。ポンプの出口とモジュールの間にエジェクター方式
のオゾン注入口が取り付けられており、空気を原料とし
たオゾンを導入する。モジュール入口直前のオゾン濃度
は３．５ｐｐｍであった。

【００２１】定流量濾過のため設定流束を１．７ｍ³／
時・モジュール、１６℃に設定した時の平均濾過圧が
０．５ｋｇ／ｃｍ²であり、２ケ月間安定に推移した。
濾過速度は５．８ｍ／日の高流束であった。１．３ｍ³
／時の循環水量を原水タンクに戻し、原水タンクへは濾
水量の１．７ｍ³／時の河川表流水を供給した。濾過水
中のオゾン濃度は０．２ｐｐｍに設定し、ポンプ出口の
オゾン濃度を連動させた。モジュールは、２０分に３０
秒の割合で濾水タンクより濾水で逆洗し、その逆洗排水
は膜濾過装置系外へ排出した。この時の濾水のＣＯＤ値
は４〜５．５であり、約１／３の低下を示した。

【００２２】濾水を０．７ｍ³のタンクに滞留させ、チ
オ硫酸ソーダで残留オゾンを分解させ、次いで活性炭槽
へ導いた。活性炭は木炭系を使い、１ｍの厚みとした。
２ケ月後の活性炭出口のＣＯＤ値は０．３〜０．８ｐｐ
ｍであった。本装置でオゾン注入を停止すると、モジュ
ール流束は０．３５ｍ³／時・モジュールまで低下し、
安定域に達した。この時の濾過速度は１．２ｍ／日の値
であり、分画分子量は１３，０００、ＰＡＮＵＦ膜と
同一値になった。この時点で再度オゾンを注入し始める
と、１時間で１．７ｍ³／時・モジュールへ復帰した。
オゾン注入を停止した時のＣＯＤ値は５．２ｐｐｍであ
った。

【００２３】（実施例２）実施例１の装置に０．４μｍ
のＰＶｄＦ膜モジュール（膜面積；７．０ｍ²）に取り
換えた。原水タンクに凝集剤ＰＡＣを２５ｐｐｍ添加
し、ｐＨ＝７にＮａＯＨで調整した。ＰＡＣを入れ、懸
濁物質を凝集させて、オゾンを導入した。このときの水
温は約２０℃であった。濾過水側のオゾン濃度は０．２
ｐｐｍになるようにオゾン発生機からオゾンを原水供給
ラインへ導入した。この時のオゾン濃度は２〜２．５ｐ
ｐｍであった。ＰＡＣを添加することにより、原水へ注
入するオゾン濃度を低下させることができた。

【００２４】循環供給量を４．５ｃｍ³／時とし、モジ
ュール設定水量を２．５ｍ³／時・２０℃とし、濃縮循
環水を２．０ｍ³／時とした。この時の平均濾過圧は
０．４ｋｇ／ｃｍ²であり、濾過圧は安定に推移した。
このときの流束は８．５ｍ／日にも及ぶ高流束であっ
た。この時の原水のＣＯＤ値は６．８ｐｐｍであり、濾
水のＣＯＤ値は２．７ｐｐｍであった。微生物活性炭槽
出口のＣＯＤ値は０．５ｐｐｍであった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の方法によると、オゾン添加と活
性炭処理とを組合せたので、原水中の溶解性有機物の量
を低減できる。また、本発明ではオゾン処理時に凝集剤
を添加したので、オゾン添加量の減量と濾過速度の向上
が可能となる。要するに、以下の効果が期待できる。 (イ) 高流束の高効率なプロセスの提供、 (ロ)簡略化され
た浄水プロセスの提供、従って、メンテナンス性が良好
である。 (ハ)良好な処理水質（オゾン、膜処理、活性炭処理の組
合せ）、 (ニ)省スペース化、 (ホ)トリハロメタンの発生
が抑えられる。 (ヘ)オゾンの添加により、ウイルス類、バクテリヤ類、
カビ類、クリプトスポリジウム等の原虫を殺菌し、濾別
しているため、濾水中の微生物対策は万全である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 9/00 ５０２Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０２Ｈ５０３５０３Ａ５０４５０４Ｂ５０４Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水中にオゾンを添加し、オゾン耐性膜
を用いて濾過し、次いでその濾過水を活性炭で処理する
ことを特徴とする水処理方法。