特許 7350886 水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-15

(45)【発行日】2023-09-26

(54)【発明の名称】水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/08 20230101AFI20230919BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20230919BHJP

   B01D 61/04 20060101ALI20230919BHJP

   B01D 61/16 20060101ALI20230919BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20230919BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20230919BHJP

   C02F 1/04 20230101ALI20230919BHJP

   C02F 1/20 20230101ALI20230919BHJP

   C02F 1/42 20230101ALI20230919BHJP

   C02F 1/56 20230101ALI20230919BHJP

   C02F 1/58 20230101ALI20230919BHJP

   C02F 9/00 20230101ALI20230919BHJP

【ＦＩ】

C02F3/08 A

C02F1/44 A

B01D61/04

B01D61/16

B01D61/58

B01D65/02

C02F1/04 D

C02F1/20 Z

C02F1/42 D

C02F1/56 E

C02F1/58 E

C02F9/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021563752

(86)(22)【出願日】2020-09-11

(86)【国際出願番号】 JP2020034453

(87)【国際公開番号】W WO2021117309

(87)【国際公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-04-08

(31)【優先権主張番号】P 2019225051

(32)【優先日】2019-12-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】茂庭 忍

(72)【発明者】

【氏名】今田 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 昭子

(72)【発明者】

【氏名】山崎 厚

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀昭

(72)【発明者】

【氏名】柿沼 建至

【審査官】片山 真紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５３７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１１２１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５４２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０００６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９７６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０３７５５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１７１９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１３７３００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２６３６８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／０４、２０、４２－４４、５２－６４、

３／００－３４、９／００－２０

Ｂ０１Ｄ１９／００、６１／００－７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微生物を付着させるための接触体を表面に有する円板体の一部を被処理水に浸漬させ、
前記円板体を回転させながら被処理水を処理する回転円板型水処理部と、
前記微生物を優占化させるための栄養塩類を添加する栄養塩添加部と、
前記処理された被処理水をろ過する膜ろ過部と、
前記ろ過された被処理水を、逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置へ導入される前の被処理水のｐＨを前記栄養塩添加部によって添加された栄養塩類が前記逆浸透膜装置の逆浸透膜で析出することを抑えるためにアルカリ性又は酸性に調整するｐＨ調整部と
を具備する水処理装置。

【請求項2】

前記回転円板型水処理部で処理された被処理水から硬度成分を除去する硬度除去部を具備し、
前記膜ろ過部は、前記硬度成分が除去された被処理水をろ過する請求項１記載の水処理装置。

【請求項3】

前記硬度除去部が処理する被処理水のｐＨ値が９以上となるようにｐＨ調整剤を添加する第２のｐＨ調整部を具備し、
前記硬度除去部は、被処理水のｐＨ値が９以上の状態でアルカリ凝集薬剤を用い、硬度成分を除去する請求項２記載の水処理装置。

【請求項4】

前記硬度除去部で除去された硬度成分の少なくとも一部は、前記回転円板型水処理部へ供給される請求項２記載の水処理装置。

【請求項5】

前記ろ過された被処理水を軟水化する軟水化部を具備し、
前記逆浸透膜装置は、前記軟水化された被処理水を、逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離する請求項２記載の水処理装置。

【請求項6】

前記軟水化された被処理水から炭酸成分を除去する脱炭酸部を具備し、
前記逆浸透膜装置は、前記炭酸成分が除去された被処理水を、逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離する請求項５記載の水処理装置。

【請求項7】

前記ろ過された被処理水から炭酸成分を除去する脱炭酸部を具備し、
前記軟水化部は、前記炭酸成分が除去された被処理水を軟水化する請求項５記載の水処理装置。

【請求項8】

前記逆浸透膜装置から排出される濃縮水を蒸発濃縮する蒸発濃縮部を具備し、
前記蒸発濃縮の廃熱を用いて、前記透過水を昇温し、前記昇温した透過水をろ過膜、又は逆浸透膜の洗浄に利用する請求項１記載の水処理装置。

【請求項9】

前記栄養塩添加部は、シリカ成分及びマグネシウム成分のうちの少なくとも一方を含む前記栄養塩類を添加する、請求項１記載の水処理装置。

【請求項10】

前記逆浸透膜装置は、少なくとも一部がｐＨ６以下、又はｐＨ８以上に設定されて運用される請求項１記載の水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

都市下水等の有機物を含有する有機排水の処理には一般的に、生物処理が用いられる。生物処理の一手法として、例えば、回転円板法がある。回転円板法では、モータ等の動力を使って回転する円板体の表面に、微生物を付着しやすくするための接触体が配される。そして、この円板体を回転させながら、円板体に付着した微生物に空気と被処理水とを交互に接触させることで、円板体表面に付着した微生物の働きにより、被処理水中の有機物、及び窒素成分を浄化する。

【0003】

ところで、回転円板法で用いられる円板体に繊維状の接触体を配することで、有用微生物の一種であるバチルス属の菌（以降、「バチルス菌」と記載する。）を優占化できることが報告されている。バチルス菌を優占化することで、菌相が安定化し、例えば、水処理過程で発生する余剰汚泥量を削減できる等の効果がある。このため、例えば、活性汚泥法の生物反応槽の前段に、円板体が設けられた装置である回転円板装置を配した場合、後段の生物反応槽の負荷を低減でき、ブロワの消費電力を大幅に低減できる。

【0004】

また、近年、健全な水循環を実現するための法規制が強化されている。ＺＬＤ（Zero Liquid Discharge）は、水質汚染リスクの低減と、排水の再生及び再利用の視点から、工場内で水を再生して利用すると共に、さらに工場から外部に出される排水を極小又は０にまで低減することで水環境保全を図るコンセプトである。ＺＬＤに向けた排水濃縮処理において、回転円板装置を導入しようとする場合、バチルス菌の安定維持のために添加する栄養塩類が、後段に設けられる逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜プロセスでのスケール析出の原因となるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】日本国特開２００７－３０１５１１号公報

【文献】日本国特開２０００－１８９９９１号公報

【文献】日本国特開２０１１－１４００１７号公報

【文献】日本国特開２００３－２７５５１０号公報

【文献】日本国特開２００６－１５９１７７号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】山村寛、“バチルス優占化によるＭＢＲの膜ファイリング抑制効果”、平成２９年８月、第５４回下水道研究発表会、講演集、Ｓ－７－２－４

【発明の概要】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、バチルス菌を優占化させた環境下において、有機成分含有処理水から水回収、及び排水濃縮することが可能な水処理装置を提供することである。

【0008】

実施形態の水処理装置は、回転円板型水処理部、栄養塩添加部、膜ろ過部、逆浸透膜装置、及びｐＨ調整部を備える。回転円板型水処理部は、微生物を付着させるための接触体を表面に有する円板体の一部を被処理水に浸漬させ、円板体を回転させながら被処理水を処理する。栄養塩添加部は、微生物を優占化させるための栄養塩類を添加する。膜ろ過部は、処理された被処理水をろ過する。逆浸透膜装置は、ろ過された被処理水を、逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離する。ｐＨ調整部は、逆浸透膜装置へ導入される前の被処理水のｐＨを栄養塩添加部によって添加された栄養塩類が逆浸透膜装置の逆浸透膜で析出することを抑えるためにアルカリ性又は酸性に調整する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態の水処理装置の機能構成を表すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示される回転円板型水処理部の概略構成を表す図である。

【図3】図３は、図１に示される水処理装置のその他の機能構成を表すブロック図である。

【図4】図４は、第２の実施形態の水処理装置の機能構成を表すブロック図である。

【図5】図５は、第２の実施形態の水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の各実施形態を、図面を参照して説明する。なお、これら実施形態はあくまで一例であって、本発明を限定するものではない。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１に示される水処理装置１は、回転円板型水処理部１０、膜ろ過部２０、昇圧ポンプ３０、ＲＯ膜濃縮装置４０、及びｐＨ調整部５０を備える。

【0012】

回転円板型水処理部１０は、回転円板に付着される微生物により、工場排水、又は下水等の排水に含まれる有機成分を処理する。なお、有機成分を処理するとは、例えば、浄化のことである。
図２は、図１に示される回転円板型水処理部１０の概略構成を表す図である。図２に示される回転円板型水処理部１０は、例えば、複数枚の回転円板１１、接触体１２、円板駆動部１３、空気導入部１４、及び栄養塩添加部１５を有する。

【0013】

複数枚の回転円板１１は、軸心方向にそれぞれが所定の幅を隔てて連なって固定されている。回転円板１１は、例えば、軸心方向が、供給される排水等の被処理水の水面と略平行となるように設置されている。これにより、回転円板１１は、円形形状のうち、およそ半分が被処理水に浸漬されることになる。回転円板１１は、中心軸が円板駆動部１３からのトルクを受けることで回転運動し、浸漬される領域が移動する。

【0014】

接触体１２は、微生物を担持するための繊維状の素材であり、回転円板１１の表面に配される。接触体１２が回転円板１１の表面に配されることで、回転円板１１の表面に微生物が付着可能となる。

【0015】

空気導入部１４は、回転円板１１が設けられる処理槽内部に酸素を供給する。

【0016】

栄養塩添加部１５は、バチルス属の菌（以降、バチルス菌と記載する。）を優占化させるための栄養塩類を処理槽内部に添加する。栄養塩類は、例えば、シリカ成分、及び／又はマグネシウム成分を含む。栄養塩類を添加することで、接触体１２でバチルス菌が優占して担持されることになる。

【0017】

回転円板１１は、半浸漬状態で円板駆動部１３により回転させられ、被処理水の接触と、酸素の接触とが繰り返される。回転円板１１の表面で繁殖するバチルス菌は、回転円板１１の回転に伴い、酸素を吸収し、被処理水中の有機成分を処理する。処理された被処理水は、膜ろ過部２０へ送出される。また、保持過剰となった菌は、回転円板１１の回転によるせん断力により汚泥等と一緒に回転円板１１から脱落し、被処理水と共に膜ろ過部２０へ送出される。

【0018】

膜ろ過部２０は、供給される被処理水をろ過する。膜ろ過部２０は、例えば、精密ろ過（ＭＦ：Microfiltration）膜、限外ろ過（ＵＦ：Ultrafiltration）膜、及びＭＢＲ（Membrane Bioreactor）法等の膜分離技術を用いて実現される。膜ろ過部２０でろ過された被処理水は昇圧ポンプ３０へ排出される。

【0019】

ｐＨ調整部５０は、昇圧ポンプ３０へ供給される被処理水のｐＨを調整する。ｐＨ調整部５０は、ｐＨをアルカリ性に調整する場合には、例えば、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属類の水酸化物を被処理水へ添加する。また、ｐＨ調整部５０は、ｐＨを酸性に調整する場合には、例えば、硫酸又は塩酸を被処理水へ添加する。ｐＨ調整部５０によりｐＨがアルカリ性域又は酸性域に調整されることで、被処理水に含まれる硬度成分や、シリカ成分の析出が抑えられる。なお、アルカリ性域に調整することで、ＲＯ膜濃縮装置４０におけるバイオフィルムの生成も抑えられる。ｐＨ調整部５０によりｐＨが調整された被処理水は、昇圧ポンプ３０で予め設定された圧力へ昇圧され、ＲＯ膜濃縮装置４０へ供給される。なお、予め設定した圧力とは、例えば、少なくとも浸透圧よりも高い圧力である。なお、ｐＨ調整部５０は、ＲＯ膜濃縮装置４０の系統内に任意に設置されてもよい。

【0020】

ＲＯ膜濃縮装置４０は、高圧に昇圧されて供給された被処理水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類が濃縮された濃縮水とに分離する、逆浸透膜装置の一例である。ＲＯ膜濃縮装置４０は、例えば、少なくとも一部がｐＨ６以下、又はｐＨ８以上に設定されて運用される。ＲＯ膜濃縮装置４０は、例えば、圧力容器４１、及び圧力容器４１内に設置される逆浸透膜エレメント４２を備える。逆浸透膜エレメント４２は、逆浸透膜４２１を備えている。逆浸透膜４２１としては、例えば、ポリアミド系スパイラル膜、酢酸セルロース系中空糸膜等、既存の逆浸透膜メディアが用いられる。ＲＯ膜濃縮装置４０は、逆浸透膜４２１により分離された高圧の濃縮水を後段へ送出し、逆浸透膜４２１により分離された透過水を排出する。

【0021】

なお、図１では、圧力容器４１内に１つの逆浸透膜エレメント４２が設置されているように表されているが、これに限定されない。例えば、圧力容器４１内に設置される逆浸透膜エレメント４２の数は複数であっても構わない。また、ＲＯ膜濃縮装置４０は、複数の圧力容器４１を備えていても構わない。このとき、例えば、ＲＯ膜濃縮装置４０は、逆浸透膜エレメント４２を有する複数の圧力容器４１を、多段構成、多系統構成、又はツリー構成等の配置で備える。また、ＲＯ膜濃縮装置４０に含まれる圧力容器４１は、内循環型であっても構わない。また、複数の圧力容器４１内に設置される逆浸透膜エレメント４２の逆浸透膜４２１は、それぞれ異なる種類の膜であっても構わない。

【0022】

また、ＲＯ膜濃縮装置４０には、運転圧、及び装置規模に応じ、動力回収装置が設けられていても構わない。動力回収装置は、ＲＯ膜濃縮装置４０から送出される、高圧の濃縮水から圧力エネルギーを回収する装置である。

【0023】

また、ＲＯ膜濃縮装置４０には、被処理水質に応じ、スケール防止剤、酸化還元機能を有するスライム防止剤、洗浄剤、及び／又は洗浄水等の導入経路が設けられていても構わない。このとき、例えば、ＲＯ膜濃縮装置４０の入口に水質計を配置する。そして、この水質計器により測定される水質に基づいて導入経路を操作することで、スケール防止剤、及びスライム防止剤の添加操作、及びＲＯ膜濃縮装置４０の洗浄操作を実施する。

【0024】

以上のように、第１の実施形態の水処理装置１では、回転円板型水処理部１０は、バチルス菌が優占化されている環境下で被処理水中の有機成分等を処理する。膜ろ過部２０は、有機成分等が処理された被処理水をろ過する。ｐＨ調整部５０は、ろ過された被処理水のｐＨがアルカリ性、又は酸性となるようにｐＨを調整する。そして、ＲＯ膜濃縮装置４０は、ｐＨが調整された被処理水を、逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離する。これにより、バチルス菌を優占化させるために添加した栄養塩成分が逆浸透膜で析出することを抑えながら、安定して水回収濃縮することが可能となる。

【0025】

なお、第１の実施形態では、ｐＨ調整部５０により、膜ろ過部２０から昇圧ポンプ３０へ送出される被処理水のｐＨが調整される場合を例に説明した。しかしながら、被処理水のｐＨが調整される位置はこれに限定されない。

【0026】

図３は、図１に示される水処理装置１のその他の機能構成の例を表すブロック図である。図３に示される水処理装置１では、ｐＨ調整部６０により、回転円板型水処理部１０から膜ろ過部２０へ送出される被処理水のｐＨが調整される。例えば、図３において、ｐＨ調整部６０は、回転円板型水処理部１０から排出された被処理水のｐＨが高アルカリ性となるようにｐＨを調整する。シリカ濃度、及びマグネシウム濃度が高い環境下において、ｐＨを高めるとシリカとマグネシウムとが共沈する。

【0027】

これにより、バチルス菌を優占化させるために添加した栄養塩成分が逆浸透膜で析出することを抑えることが可能となる。

【0028】

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、膜ろ過部２０の他に複数の固液分離手段が設けられる場合を例に説明する。
図４は、第２の実施形態の水処理装置１ａの機能構成の例を表すブロック図である。図４に示される水処理装置１ａは、回転円板型水処理部１０、生物反応部７０、沈殿槽８０、凝集反応部９０、凝集沈殿槽１００、砂ろ過部１１０、膜ろ過部２０、軟水化部１２０、脱炭酸部１３０、昇圧ポンプ３０、ＲＯ膜濃縮装置４０、ｐＨ調整部５０、及び蒸発濃縮部１４０を有する。

【0029】

生物反応部７０は、再生廃液に由来する水溶性有機物等を、除去するための槽である。生物反応部７０は、活性汚泥法、硝化脱窒法、又は担体併用型活性汚泥法等、好気性微生物を用いた生物反応プロセスを有する。生物反応部７０は、例えば、好気槽、及び／又は嫌気槽を有する。生物反応部７０では、供給される酸素により、好気性微生物が、溶存有機物、溶存窒素、及びりん分等を処理する。生物反応部７０での処理を経た被処理水は、沈殿槽８０へ送出される。

【0030】

沈殿槽８０は、生物反応部７０で増殖した微生物に由来する汚泥を沈殿させて除去する。除去された汚泥は、返送汚泥として回転円板型水処理部１０へ返送される。なお、分離された汚泥は、生物反応部７０の生物処理形式によっては、生物反応部７０へ返送されてもよい。汚泥が除去された被処理水は、凝集反応部９０へ送出される。

【0031】

凝集反応部９０は、例えば、アルカリ型凝集沈殿法により、溶存する硬度成分を析出させて凝集させる。凝集反応部９０で添加するアルカリ凝集薬剤としては、水酸化ナトリウム分、消石灰、炭酸ナトリウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系凝集剤、及び／又は高分子凝集剤等が用いられる。凝集剤の添加と共に、ｐＨ調整部６０からｐＨ調整剤を添加し、ｐＨを例えば９以上としてもよい。また、凝集剤の添加と共に、凝集助剤を添加してもよい。

【0032】

ｐＨを例えば９以上で運用することで、溶存する硬度成分であるマグネシウム分、及びカルシウム分が凝集してフロックを形成すると共に、残留りん分がカルシウム分と反応し、りん酸カルシウム塩結晶が形成される。また、シリカ分の一部は、マグネシウム塩形成時の共沈作用により、フロックへ一部取り込まれる。形成されたフロックは沈降する。凝集反応部９０では、凝集沈殿させる成分に応じ、凝集剤は任意に選定され得る。また、凝集沈殿させる成分に応じ、凝集反応プロセスを多段に設けてもよい。また、凝集反応部９０には、フロックを効率的に形成されるための撹拌機構が設けられていてもよい。

【0033】

なお、凝集反応部９０には、炭酸ガス、及び／又は炭酸イオン成分等が添加されても構わない。これにより、凝集反応部９０において、液中の硬度成分の沈殿物除去を促進することが可能となり、液中の硬度成分低減を図ることが可能となる。

【0034】

凝集沈殿槽１００は、凝集反応部９０で形成されたフロックを沈殿させて除去する。除去された凝集沈殿物の一部は、例えば、回転円板型水処理部１０へ供給される被処理水へ返送される。凝集沈殿物が除去された被処理水は、砂ろ過部１１０へ送出される。なお、凝集沈殿物が除去された被処理水は、後段処理プロセスの特性に応じ、任意にｐＨ調整してもよい。例えば、ｐＨ８以下とすることが望ましい（図示なし）。

【0035】

砂ろ過部１１０は、供給される被処理水をろ過する。砂ろ過部１１０は、例えば、砂等の鉱物、アンスラサイト等の粒状充填物で構成したものが用いられる。砂ろ過部１１０は、固形物の計画負荷量、処理水量、及び／又は逆洗浄頻度に応じ、任意に複数配置させることが可能である。砂ろ過部１１０でろ過された被処理水は膜ろ過部２０へ排出される。

【0036】

膜ろ過部２０は、供給される被処理水をろ過する。膜ろ過部２０は、固形物の計画負荷量、処理水量、逆洗浄頻度、及び／又は薬液洗浄頻度に応じ、任意に複数配置させることが可能である。膜ろ過部２０でろ過された被処理水は軟水化部１２０へ排出される。

【0037】

軟水化部１２０は、膜ろ過部２０でろ過された被処理水を軟水化する。つまり、軟水化部１２０は、膜ろ過部２０でろ過された被処理水に含まれる硬度成分を陽イオンに置換して軟水を製造する。軟水化部１２０は、例えば、弱酸性カチオン交換樹脂塔、又は強酸性カチオン交換樹脂塔等により実現される。このとき、軟水化部１２０は、例えば、弱酸性カチオン交換樹脂塔、又は強酸性カチオン交換樹脂塔を単塔で利用しても構わないし、直列多塔等で利用しても構わない。また、これら樹脂塔を組み合わせた直列多塔構成も利用可能である。また、カチオン交換樹脂塔の薬液再生頻度に応じ、メリーゴーランド形式での運用等、同一塔を複数構成しても構わない。軟水化部１２０で用いられるイオン交換樹脂の種類と構成とは、被処理水中のイオン成分濃度に応じて選定される。軟水化部１２０で軟水化処理された処理水は、被処理水として脱炭酸部１３０へ排出される。

【0038】

脱炭酸部１３０は、供給される被処理水中の溶解炭酸成分を除去する。脱炭酸部１３０は、例えば、酸処理及び気液接触塔の併用、又はガス分離膜等が用いられて実現される。脱炭酸部１３０で溶存炭酸成分が除去された処理水は、被処理水として昇圧ポンプ３０へ排出される。

【0039】

ｐＨ調整部５０は、昇圧ポンプ３０へ供給される被処理水のｐＨを調整する。ｐＨ調整部５０は、ｐＨをアルカリ性に調整する場合には、例えば、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属類の水酸化物を被処理水へ添加する。また、ｐＨ調整部５０は、ｐＨを酸性に調整する場合には、例えば、硫酸又は塩酸を被処理水へ添加する。ｐＨ調整部５０によりｐＨが調整された被処理水は、昇圧ポンプ３０で予め設定された圧力へ昇圧され、ＲＯ膜濃縮装置４０へ供給される。

【0040】

ＲＯ膜濃縮装置４０は、高圧に昇圧されて供給された被処理水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類が濃縮された濃縮水とに分離する、逆浸透膜装置の一例である。ＲＯ膜濃縮装置４０は、例えば、ｐＨ６以下、又はｐＨ８以上に設定されて運用される。ＲＯ膜濃縮装置４０は、逆浸透膜４２１により分離された高圧の濃縮水を蒸発濃縮部１４０へ送出し、逆浸透膜４２１により分離された透過水を排出する。

【0041】

蒸発濃縮部１４０は、水溶性有機物を含む濃縮液に対する熱処理プロセスを実施する熱処理装置の一例であり、例えば、蒸発濃縮を実施する装置である。蒸発濃縮部１４０は、ＲＯ膜濃縮装置４０から供給される濃縮水に由来する水分を蒸発させ、蒸発残渣と蒸発水とを発生させる。蒸発濃縮部１４０は、例えば、蒸発缶を利用した構成、加熱用蒸気を利用した構成、及びスプレードライヤ等の既往のシステムを利用した構成等により実現される。なお、形式に制限はなく、結晶析出用機器と組み合わせてもよいし、乾燥機と組み合わせてもよい。また、蒸発残渣の生成に応じ、遠心分離機、及び固液分離器の追加構成を取ってもよい。また、蒸発濃縮促進のため、消泡剤、及びスケール防止剤等の薬液添加機構を設けても構わない。

【0042】

以上のように、第２の実施形態の水処理装置１ａでは、被処理水中に含まれる有機物、りん、及び窒素分が、回転円板型水処理部１０及び生物反応部７０で浄化される。そして、凝集反応部９０では、例えば、アルカリ凝集法により、残留りん分が除去される。これにより、膜ろ過部２０でのりん酸塩スケール形成を軽減でき、かつ、ＲＯ膜濃縮装置４０でのりん酸塩スケール形成リスクを軽減できる。また、軟水化部１２０で除去する必要のある硬度分は、凝集反応部９０での処理で残留した硬度分となるため、凝集沈殿槽１００で除去される分だけ少なくなる。そのため、軟水化部１２０のカチオン交換樹脂塔の樹脂再生頻度が抑制されることになり、薬液消費量及び廃棄物量が縮減される。

【0043】

また、凝集沈殿槽１００で凝集沈殿物が除去された被処理水は、砂ろ過部１１０で残留固形分が除去された後、膜ろ過部２０にて微細粒子が除去される。これにより、膜ろ過部２０での固形物負荷を減少させ、膜ろ過部２０の稼働率を高めることが可能となる。また、事前に硬度成分を除去しているため、膜面へのスケール分析出を抑制することが可能となる。

【0044】

また、膜ろ過部２０でろ過された被処理水は、軟水化部１２０で軟水化される。軟水化部１２０でより低濃度まで残留硬度成分が除去されるため、ＲＯ膜濃縮装置４０を運用する際、硬度成分由来のスケール形成をさらに抑制することが可能となる。

【0045】

また、軟水化部１２０で軟水化された被処理水は、脱炭酸部１３０で脱炭酸される。これにより、ＲＯ膜濃縮装置４０内で、アルカリ運転時に水が高濃縮された際の炭酸スケール成分の析出を抑制することが可能となる。また、ＲＯ膜濃縮装置４０がアルカリ運転されることにより、シリカスケール形成を抑制することが可能となる。また、ＲＯ膜濃縮装置４０が酸運転されることにより、シリカスケール形成と、硬度成分に由来するスケール形成を抑制することも可能となる。

【0046】

また、スケール形成リスクが軽減されるため、ＲＯ膜濃縮装置４０での水回収及び水濃縮が促進され、蒸発濃縮部１４０で消費する熱エネルギーが縮減される。

【0047】

また、回転円板型水処理部１０へ、栄養塩添加部１５から栄養塩が添加される他、栄養塩由来成分を含有する、凝集沈殿槽１００の凝集沈殿物が供給される。これにより、回転円板型水処理部１０においてバチルス菌優占化が促進し、微生物処理が安定化し、水浄化が安定化する。また、回転円板型水処理部１０を安定的に運用するために必要な栄養塩を内部リサイクルすることが可能となる。

【0048】

なお、第２の実施形態では、膜ろ過部２０でろ過された被処理水が、軟水化部１２０で軟水化され、その後、脱炭酸部１３０で脱炭酸される場合を例に説明した。しかしながら、軟水化部１２０及び脱炭酸部１３０の順序はこれに限定されない。脱炭酸部による脱炭酸の後に、軟水化部による軟水化しても構わない。ただし、このとき、脱炭酸後の被処理水にアルカリを添加してｐＨを中性付近に調整し、軟水化後の被処理水に酸又はアルカリを添加してｐＨを調整する必要がある。

【0049】

また、第２の実施形態の水処理装置１ａは、その他の構成を有していても構わない。図５は、水処理装置１ｂの機能構成の例を表すブロック図である。図５に示される水処理装置１ｂは、回転円板型水処理部１０、生物反応部７０、沈殿槽８０、凝集反応部９０、凝集沈殿槽１００、砂ろ過部１１０、膜ろ過部２０、軟水化部１２０、脱炭酸部１３０、昇圧ポンプ３０、ＲＯ膜濃縮装置４０、ｐＨ調整部５０、蒸発濃縮部１４０、及び熱交換器１５０を有する。

【0050】

熱交換器１５０は、蒸発濃縮部１４０で発生した蒸発水のエネルギーを利用し、ＲＯ膜濃縮装置４０で分離された透過水を温める。熱交換器１５０で昇温された透過水は、水処理が停止されている際において、膜ろ過部２０へ供給される。

【0051】

このように、ＲＯ膜濃縮装置４０で生成される透過水と、蒸発濃縮部１４０で発生する廃熱を利用して、膜ろ過部２０を温水洗浄することが可能となる。これにより、エネルギーを効率的に利用して膜洗浄効果を高め、ろ過運用を安定化させ、水回収濃縮を適正に運用することが可能となる。

【0052】

なお、熱交換器１５０で昇温した透過水を、砂ろ過部１１０、及び／又はＲＯ膜濃縮装置４０を洗浄するために利用しても構わない。

【0053】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、水処理装置１，１ａ，１ｂは、バチルス菌を優占化させた環境下において、有機成分含有処理水から水回収、及び排水濃縮することができる。

【0054】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】