再生水的制造方法、以及再生水的制造系统

摘要

本发明提供一种再生水制造方法以及再生水制造系统，平时不需要大量的臭氧，以低成本就能够防止膜表面的堵塞，并且由排水稳定地获得再生水。一种方法，包括：在通常模式时，向原水中投入臭氧产生器(3)中所产生的臭氧以对原水进行臭氧处理，在臭氧处理之前或之后，向原水中注入凝集剂，在臭氧处理及注入凝集剂之后，通过分离膜8对原水进行膜过滤的工序。然后，变为间歇式洗净模式，在该洗净模式时，向原水中投入比通常模式时更多的洗净用臭氧，间歇式地提高溶存臭氧浓度，由此进行过滤膜的洗净。

说明书

技术领域

本发明涉及以污水处理水等各种排水为原水而获得再生水的再 生水制造方法、以及再生水制造系统。

背景技术

为了有效利用水资源，人们正在开发对各种排水进行膜过滤而 获得再生水的技术。例如，在专利文献1、2中公开了通过对净水处 理厂的过滤池的洗涤排水进行膜过滤而作为洗净水进行再利用的方 法。在这些专利文献1、2所记载的发明中，虽然排水的性状比较良 好，但是在排水像污水排水那样含有大量的有机物等微小固体物质 时，当对排水进行膜过滤时，膜表面有可能在短时间内被排水中的有 机物等微小固体物质堵塞而变得不能运转。

作为防止这种膜表面堵塞的技术，如专利文献3、4所示的那样， 有在原水中添加臭氧以将成为膜表面堵塞原因的有机物分解的方法。 但是，为了充分地分解有机物，需要大量的臭氧。但是，臭氧产生器 不仅其自身价格昂贵，而且在产生臭氧时需要消耗大量的电力，并且 臭氧产生器的维修也需要费用，因此存在运行成本高的问题。

另外，在添加了大量臭氧的情况下，有机物的分解得以促进并 且会透过膜表面，因此膜过滤水中的残留有机物浓度变高，反而存在 再生水的水质下降的问题。由于这些原因，为了对排水进行膜过滤以 获得再生水，几乎不能利用臭氧来进行，专利文献3和4都是以净水 处理为主要目的。

另外，专利文献5中记载了对污水二次处理水进行前臭氧处理、 生物膜过滤处理、臭氧处理、膜过滤处理的再生水制造方法。但是据 认为，该方法不仅也需要大量的臭氧，而且因原水的性状改变等，前 臭氧处理的臭氧错误地流入到生物膜过滤处理工序时，生物膜的活性 有可能降低、处理水质也可能恶化，实用运行并不容易。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-235587号公报

专利文献2：日本特开2001-87764号公报

专利文献3：日本特开2003-285059号公报

专利文献4：日本专利第3449248号公报

专利文献5：日本特开2002-136981号公报

水质每天有变动或者季节性变动。另外，因降雨等，对生物处 理(前处理)的负荷发生变化，原水水质(二次处理水)改变。即， 通常，由于排水性状(水质或水量)或水温发生变化，最合适的臭氧 投入量不是一定的。

将臭氧投入量设定为一定时，将臭氧投入量设定得较高，以便 不会因排水性状的改变而不足。这样一来，臭氧设备的运转费增高。 于是，以溶存臭氧浓度等为指标，根据排水性状控制臭氧投入量，由 此可减少臭氧设备的运转费。该方法中，由于将控制迟延或控制值设 定得较低，过滤膜的膜表面有慢慢被污染、堵塞的可能性。

本发明的课题在于提供一种再生水制造方法以及再生水制造系 统，其中在所述再生水制造方法中，平时不需要大量的臭氧，可以以 低成本防止膜表面的堵塞，同时由排水可以稳定地获得再生水。

发明内容

为了解决上述课题，本发明人发现，通过暂时地将洗净用臭氧 投入到原水中，能够防止分离膜的堵塞。即，根据本发明，提供以下 的再生水制造方法、及再生水制造系统。

[1]一种再生水制造方法，包括：在通常模式时，将臭氧产生 器中产生的臭氧投入到原水中以对原水进行臭氧处理，在所述臭氧处 理之前或之后，向所述原水中注入凝集剂，在所述臭氧处理及注入所 述凝集剂之后，通过分离膜对所述原水进行膜过滤的工序；变为间歇 式的洗净模式，在该洗净模式时，向所述原水中投入比所述通常模式 时更多的洗净用臭氧以间歇式地提高溶存臭氧浓度，由此进行所述过 滤膜的洗净。

[2]如上述[1]所述的再生水制造方法，其中，测定所述分 离膜的上游侧与下游侧的压力差的跨膜压差，当该跨膜压差的上升速 度超过规定的值时，向所述原水中投入所述洗净用臭氧以间歇式地提 高所述溶存臭氧浓度。

[3]如上述[2]所述的再生水制造方法，其中，测定所述原 水的浊度，当该浊度超过规定的值时，不变为所述洗净模式。

[4]如上述[2]或[3]所述的再生水制造方法，其中，测定 所述通常模式时的臭氧投入量或臭氧消耗量，在所述臭氧投入量或臭 氧消耗量超过规定的值的情况下，不变为所述洗净模式。

[5]一种再生水制造系统，具有：臭氧处理部，其具有产生臭 氧的臭氧产生器，在通常模式时向原水中投入所述臭氧以对原水进行 臭氧处理，变为间歇式的洗净模式，在该洗净模式时向所述原水中投 入比所述通常模式时更多的洗净用臭氧以间歇式地提高溶存臭氧浓 度；凝集剂注入部，其在所述臭氧处理之前或之后，向所述原水中注 入凝集剂；以及膜过滤部，其在所述臭氧处理部及所述凝集剂注入部 的下游，通过分离膜对所述原水进行膜过滤。

[6]如上述[5]所述的再生水制造系统，其具有跨膜压差测 定装置，用于测定所述分离膜的上游侧和下游侧的压力差的跨膜压 差，在所述跨膜压差测定装置测定的跨膜压差的上升速度超过规定的 值时，变为所述洗净模式，并且向所述原水中投入所述洗净用臭氧以 间歇式地提高溶存臭氧浓度。

[7]如上述[6]所述的再生水制造系统，其具有测定所述原 水的浊度的浊度测定装置，在所述浊度测定装置测定的所述浊度超过 规定的值的情况下，不变为所述洗净模式。

[8]如上述[6]或[7]所述的再生水制造系统，其中，所述 通常模式时所述分离膜的透过前的所述臭氧投入量或臭氧消耗量超 过规定的值时，不变为所述洗净模式。

通过在通常模式时向原水中投入臭氧以对原水进行臭氧处理， 并且在洗净模式时向原水中投入比通常模式时更多的洗净用臭氧以 间歇式地提高溶存臭氧浓度，能够洗净分离膜以使跨膜压差减小。由 此，能够防止分离膜堵塞、并延长化学品洗涤间隔。另外，由于间歇 式地产生较多的臭氧，不需要经常增加臭氧产生量，能够减少运行成 本，同时能够防止分离膜堵塞。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1的再生水制造系统的图；

图2是说明洗净模式中的臭氧投入量的曲线图；

图3是示出本发明实施方式2的再生水制造系统的图；

图4是示出本发明实施方式3的再生水制造系统的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明并不局限于 下面的实施方式，只要不脱离发明的范围，可加以改变、修改、改进。

(实施方式1)

本发明的再生水制造系统10具有：具有产生臭氧的臭氧产生器3 的臭氧处理部11；在臭氧处理之前或之后向原水中注入凝集剂的凝集 剂注入部12；以及在臭氧处理部11及凝集剂注入部12的下游，通过 分离膜8对原水进行膜过滤的膜过滤部13。臭氧处理部11在通常模式 时向原水中投入臭氧以对原水进行臭氧处理，变为间歇式洗净模式， 在该洗净模式时，向原水中投入比通常模式时更多的洗净用臭氧，以 间歇式地提高溶存臭氧浓度。

图1中示出了本发明实施方式1的再生水制造系统。其构成为使 得从污水处理厂的最终沉淀池1排出的排水被导入到臭氧接触塔2、凝 集槽4、膜过滤部13的分离膜8。在本实施方式中，作为原水的排水 是污水处理厂的最终沉淀池1的污水处理水。但是，排水的种类并不 限定于此，也可以是对返流水、工厂排水、垃圾浸出水、粪尿、农业 废水、牲畜产排水、养殖排水等进行处理后的排水或净水原水。

臭氧接触塔2具有用于供应臭氧的臭氧产生器3，通过臭氧控制 部9来控制臭氧的投入。因此，臭氧接触塔2、臭氧产生器3、臭氧控 制部9构成了臭氧处理部11。

对于臭氧产生器3没有限定，只要是通过无声放电法、紫外线法、 化学生成法、电解法等产生臭氧的装置即可，但是要获得大量的臭氧， 优选无声放电法。臭氧产生器3通过通电而产生规定浓度的臭氧，原 水在臭氧接触塔2中与从臭氧产生器3投入来的臭氧接触。本发明中， 对原水与臭氧接触的装置并无特别限定，可以是上向流式，也可以是 下向流式，可以是使臭氧从散气板或散气筒喷出的方法，也可以是使 用喷射器以微小气泡(纳米气泡、微米气泡)的形式吹入臭氧的方法。 臭氧引起的原水中固体成分的凝集改善效果在极短时间内进行。

臭氧处理部11中，通过臭氧控制部9的控制，成为通常模式或洗 净模式。在通常模式中，向原水中投入规定量的臭氧以对原水进行臭 氧处理。在洗净模式中，向原水中投入比通常模式时更多的洗净用臭 氧以间歇式地提高溶存臭氧浓度。即，通过暂时地提高臭氧产生器3 的输出(提高电压或电流值)，使气体臭氧浓度增加。溶存臭氧浓度 的测定在从臭氧接触塔2至膜过滤部13之前的任何位置中进行。

凝集槽4间隔着凝集剂注入泵6而具有凝集剂贮存槽7，利用凝 集剂注入泵6从凝集剂贮存槽7注入凝集剂。凝集槽4、凝集剂注入泵 6、凝集剂槽7构成了凝集剂注入部12。作为凝集剂的种类，可以使用 PAC、氯化亚铁、硫酸铝、高分子凝集剂、PSI(聚硅铁絮凝剂)等。 通过在凝集槽4中快速搅拌或慢速搅拌，排水与凝集剂混合，形成凝 集块。另外，作为凝集装置也可以使用管线搅拌器。

膜过滤部13中具有分离膜8，作为分离膜8，可以使用MF膜或 UF膜。由于在前阶段形成良好的块状物，所以膜表面不易堵塞，另外， 臭氧处理部11在洗净模式时向原水中投入洗净用臭氧以使溶存臭氧浓 度间歇式地提高，因此利用提高后的溶存臭氧来洗净分离膜8。膜的材 质可以为高分子膜，也可以为陶瓷膜，膜形状除了单块(monolith)型 之外，还可以为管状膜、蜂窝状膜、中空丝膜、平膜等任意形状。另 外，膜可以为内压式，也可以为外压式。此外，膜过滤方式可以是全 量过滤方式也可以是错流方式。

本发明的再生水制造方法包括以下工序：在通常模式时向原水中 投入由臭氧产生器3产生的臭氧以对原水进行臭氧处理，在臭氧处理 之前或之后，向原水中注入凝集剂，并且在臭氧处理及注入凝集剂之 后，通过分离膜8对原水进行膜过滤。而且该为制造方法如下方法： 作为间歇式洗净模式，在该洗净模式时向原水中投入比通常模式时更 多的洗净用臭氧，以间歇式地提高溶存臭氧浓度，由此进行过滤膜的 洗净。

首先，将从污水处理厂的最终沉淀池1排出的排水导入到臭氧接 触塔2中。另外，在最终沉淀池1和臭氧接触塔2之间，可以设置生 物膜过滤或担体法等生物处理、或者砂过滤或纤维过滤等简易过滤装 置。在臭氧接触塔2中，添加到排水中的臭氧与排水中所包含的微小 固体物质接触，由此，将微小固体物质的表面性状改质为易凝集性。 如图2所示，在再生水制造系统10中，臭氧处理部11的臭氧控制部9 通过向原水中投入洗净用臭氧以间歇式地提高溶存臭氧浓度，由此对 分离膜8进行洗净，并防止分离膜8堵塞。图2中跨膜压差是指分离 膜8的上游侧和下游侧的压力差。通过使臭氧投入量暂时性地增加， 能够洗净分离膜8以使跨膜压差减少。

对于流入水质变化比较少的水，臭氧接触塔2中的间歇式洗净用 臭氧的投入被控制为每隔一定的时间来进行。另外，也可以如下进行 控制。例如污水流入水，虽然其水质变化比较少，但是一天内也会有 流量改变或浓度改变，其模式(pattern)几乎固定不变。污水流入污浊 物的浓度通常是从白天到晚上比较高、从晚上到早晨比较低。在处理 厂中的水滞留时间为半天左右，因此污水二次处理水的水质从夜晚到 早晨比较高、从白天到夜晚比较低。利用该模式，在从白天到夜晚水 质比较良好的时间中，由于臭氧产生器3的能力有富裕，所以在该时 间带提高溶存臭氧浓度以进行膜表面洗净。

(实施方式2，3)

图3中示出本发明实施方式2的再生水制造系统10，图4中示出 实施方式3的再生水制造系统10。

图3的实施方式2中的再生水制造系统10具备用于测定分离膜8 的上游侧和下游侧的压力差的跨膜压差的跨膜压差测定装置15。跨膜 压差测定装置15测定的跨膜压差的上升速度超过规定的值时，变为洗 净模式，向原水中投入洗净用臭氧以间歇式地提高溶存臭氧浓度。跨 膜压差的值也可以使用进行水温修正或高度修正(对压力计的设置高 度差异进行修正)后的值。

图4的实施方式3中的再生水制造系统10具备测定原水浊度的浊 度测定装置16。由浊度测定装置16测定的浊度被输入到臭氧控制部9 中，并且当浊度测定装置16测定的浊度超过规定的值时，不变为洗净 模式。另外，还具备用于测定分离膜8的透过前的溶存臭氧浓度的溶 存臭氧浓度测定装置5。可以构成为：通常模式时的投入臭氧量或臭氧 消耗量超过规定的值时，不变为洗净模式。具体地说，臭氧控制部9 被构成为：基于由浊度测定装置16测定的浊度来改变臭氧投入量，并 且当臭氧投入量为规定的值以下时，变为洗净模式。或者，检测臭氧 消耗量，当臭氧消耗量在规定的值以下时，变为洗净模式。当这样构 成时，例如像河流水那样，通常来说原水水质是稳定的，但是因降雨 等使原水水质急剧恶化、跨膜压差上升速度加快的情况下，原水水质 变得良好后，使溶存臭氧浓度上升以使跨膜压差降低。另外，也可以 构成为只具备浊度测定装置16和溶存臭氧浓度测定装置5中的任意一 者。另外，臭氧投入量或臭氧消耗量由臭氧投入浓度/臭氧排出浓度 /臭氧气体流量/处理对象液体流量来计算，但是，如果臭氧气体流 量/处理对象液体流量大致一定的话，则计算时可以将它们省略，以 臭氧投入浓度或者臭氧投入浓度减去臭氧排出浓度后的值作为指标。

此外，也可以构成为：根据用于测量排水中的溶存臭氧浓度的溶 存臭氧浓度测定装置5所测定的溶存臭氧浓度的测定值，来控制凝集 剂注入泵6，以控制凝集剂的注入。

接下来，对实施方式2和3的再生水制造系统10的运行方法进行 说明。与实施方式1一样，将从污水处理厂的最终沉淀池1排出的排 水导入到臭氧接触塔2中。膜洗净间隔(洗净用臭氧的投入间隔)可 以根据跨膜压差上升速度和脉冲式变化的溶存臭氧浓度来决定。膜洗 净间隔可以为1～10天一次，例如，可以如下表1那样进行控制。另 外，跨膜压差上升速度如下。在膜过滤部13中定期地测定跨膜压差(原 水侧和处理水侧的压力差)。膜分离时定期地进行逆洗，以刚刚逆洗 后的跨膜压差(初始跨膜压差)对经过时间进行作图，由其斜率求出 跨膜压差上升速度。例如，跨膜压差上升速度为1kPa/天，表示初始 跨膜压差每天上升1kPa。

[表1]

  跨膜压差上升速度   0.2kPa/天   0.5kPa/天   1.0kPa/天   添加溶存臭氧浓度1mg/L   5天/次、1hr   2天/次、1hr   1天/次、1hr   添加溶存臭氧浓度2mg/L   5天/次、0.5hr   2天/次、0.5hr   1天/次、0.5hr

例如，对跨膜压差上升速度为0.2kPa/天的情况进行说明。添加 洗净用臭氧使得溶存臭氧浓度达到1mg/L时，5天添加1次1小时； 添加洗净用臭氧使得溶存臭氧浓度达到2mg/L时，5天添加1次0.5 小时的话，就能够抑制跨膜压差的上升，能够长期稳定地进行膜过滤 运转。

如实施方式3那样，具有溶存臭氧浓度测定装置5及浊度测定装 置16时，在流入水质差、不能定期地提高溶存臭氧浓度的情况下，共 进行2～3次即可。而且，只要延长使溶存臭氧浓度提高的时间即可。

另外，例如江河水那样，通常原水水质稳定，但是有时因降雨等， 原水水质急剧恶化，跨膜压差上升速度加快。该情况下，原水水质变 良好后，使溶存臭氧浓度上升以使跨膜压差减小。原水水质是否变良 好，只要看原水浊度或臭氧投入量(进行溶存臭氧浓度控制时)俱能 够进行判断。

如上所述，通过在臭氧接触塔2中与臭氧接触，原水中的固体成 分的凝集性得到提高了的原水被送到凝集槽4中，凝集前原水中的溶 存臭氧浓度由溶存臭氧浓度计5来进行测定。

这样，将凝集剂注入到利用臭氧而改善了凝集性的原水中时，原 水的固体成分迅速地凝集而形成块状物。另外，在原水的性状变差、 并且臭氧的消耗量变多，从而凝集前的原水中的溶存臭氧浓度降低的 情况下，注入更多的凝集剂时，依然可形成良好的块状物。之后，利 用分离膜8进行膜过滤，并且将膜过滤水作为再生水而取出。

另外，在上述实施方式中，对在臭氧处理部11的下游具有凝集剂 注入部12的例子进行了说明，但是也可以构成为，在凝集剂注入部12 的下游具有臭氧处理部11。根据这种构成，只要仅对在凝集槽4中注 入凝集剂时未形成块状物的固体成分进行臭氧处理即可，所以能够使 臭氧的消耗量减少。

实施例

下面基于实施例进一步对本发明详细地进行说明，但是本发明并 不限定于这些实施例。

(试验1)

在使原水依次流过臭氧接触塔2、凝集槽4、膜过滤部13而进行 处理的再生水制造系统10中，如表2所示，使溶存臭氧浓度变化1小 时以研究跨膜压差的改善率。如比较例1那样，溶存臭氧浓度为0.75mg O₃/L时，跨膜压差未改善。另一方面，如实施例1那样溶存臭氧浓度 为1.0mg O₃/L时，跨膜压差改善率为1.5kPa/hr；如实施例2那样， 溶存臭氧浓度为2.0mg O₃/L时，跨膜压差改善率为2.5kPa/hr。

[表2]

  比较例1   实施例1   实施例2   溶存臭氧浓度   0.75mg O₃/L   1.0mg O₃/L   2.0mg O₃/L   跨膜压差改善率   0kPa/hr   1.5kPa/hr   2.5kPa/hr

(试验2)

如表3的比较例2那样，将溶存臭氧浓度固定为0.75mg O₃/L 时，分离膜8每90天就需要进行化学品洗涤。另一方面，如实施例3 那样，使溶存离子浓度一天1小时增加到1.0mg O₃/L时，可以将化 学品洗涤间隔设定为120天。另外，如实施例4那样，使溶存离子浓 度两天1小时增加到2.0mg O₃/L，也可以将化学品洗涤间隔设定为 120天。

[表3]

PACI：3mg-Al/L

(以PACI中所包含的铝为基准的PACl投入量)

从以上可知，臭氧产生器3的能力剩余时，提高溶存臭氧浓度进 行运转时，跨膜压差减小。由此，即使不经常投入高浓度臭氧，也可 以长期稳定地运转。

工业实用性

本发明的再生水制造系统能够用于污水处理水、返流水、工厂排 水、垃圾浸出水、粪尿、农业废水、牲畜产排水、养殖排水或净水原 水等的处理。

符号说明

1：最终沉淀池、2：臭氧接触塔、3：臭氧产生器、4：凝集槽、5： 溶存臭氧浓度测定装置、6：凝集剂注入泵、7：凝集剂贮存槽、8： 分离膜、9：臭氧控制部、10：再生水制造系统、11：臭氧处理部、 12；凝集剂注入部、13：膜过滤部、15：跨膜压差测定装置、16：浊 度测定装置。