JP2002346562A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄分を含む原水を膜分離装置で処理する際、
鉄分を鉄イオンの状態で膜分離装置に供給して被処理物
と共に処理することにより、鉄分の沈殿等を防止する。 【構成】 ポンプ４で鉄イオンを含む原水を汲み上げ、
それを密閉系配管路に設けた加圧ポンプ２０で加圧して
膜分離装置４０を構成する逆浸透式の膜濾過モジュール
２３，２４に供給する。そして膜分離装置４０で脱塩お
よび脱鉄等の処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地下水などの原水を
処理する方法および装置に関し、詳しくは原水に含まれ
ている鉄分を酸化させることなく鉄イオンとして原水中
に溶解させた状態で膜分離装置に供給し、そこで原水中
の鉄イオンと塩分などの他の被処理物を同時に処理する
ことを特徴とする水処理方法および水処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】塩分の多い地下水を例えば上水として利
用する場合には、含まれている塩分を許容されるレベル
まで除去する必要がある。塩分を除去処理する脱塩装置
として、分離膜を使用した膜分離装置が広く採用されて
いる。膜分離装置に使用される分離膜としてはＲＯ膜
（逆浸透膜）やＮＦ膜（ナノフィルタ）があり、これら
の分離膜は有効膜面積の広いスパイラル型の各種複合膜
が一般に使用されている。例えばスパイラル型ポリアミ
ド系複合膜で構成されるＲＯ膜は膜モジュールの内部に
導入された原水が逆浸透圧によりその塩分を膜浸透させ
分離する。膜分離装置は通常多数の分離膜を容器内に収
容したモジュールとして構成され、容器に原水の供給部
と排出部、および脱塩処理された処理水の出口部を備え
ている。

【０００３】一般に原水中の鉄分は第１鉄イオン（２価
の鉄）として溶解しているが、空気中の酸素と接触する
と酸化され水酸化鉄になって沈殿する。水酸化鉄は配管
内にスライムやスラッジとして蓄積して配管を閉塞させ
たり、砲金製の弁などを腐蝕（もらい錆）させるので好
ましくない。また、鉄細菌等によりタンク内壁や配管内
壁にバイオフィルムが形成されたり、最悪の場合には分
離膜を閉塞させることもある。

【０００４】そこで従来から、原水中の鉄分を除去する
除鉄装置が設けられている。図２はそのような除鉄装置
を使用した従来の水処理装置のプロセスフロー図であ
る。図中、１００は原水としての地下水を汲み上げるポ
ンプ、２００は除鉄装置、２０１，２０１ａは自動三方
切換弁、２０２は受水タンク、２０３は流量計、２０４
は薬液流量制御装置、２０５は薬液ポンプ、２０６は薬
液タンク、２０７、２０９は送液ポンプ、２０８はサン
ドフィルタ装置、２１０はオーバーフロー部を有する逆
洗水タンク、２１１は地下に設置した貯蔵タンク、３０
０は膜分離装置である。

【０００５】次に上記装置の作用を説明すると、先ずポ
ンプ１００で汲み上げられた原水は受水タンク２０２に
供給され、そこから送液ポンプ２０７でサンドフィルタ
装置２０８、逆洗水タンク２１０に移送され、最後に貯
蔵タンク２１１に流入する。受水タンク２０２から送液
ポンプ２０７で移送される原水の流量は流量計２０３で
測定され、その測定信号は薬液流量制御装置２０４に入
力される。薬液流量制御装置２０４は流量計２０３で測
定された流量値に比例して薬液を注入するように薬液ポ
ンプ２０５の回転速度を制御する。なお、薬液としては
次塩素酸ソーダなど、鉄イオンを酸化して水不溶性の水
酸化鉄に変換させる酸化剤が使用される。

【０００６】原水に薬液である酸化剤が注入されると、
含まれている鉄イオンは徐々に酸化され、サンドフィル
タ装置２０８内に至る間に沈殿性の水酸化鉄になる。そ
の水酸化鉄はサンドフィルタ装置２０８で濾過分離さ
れ、鉄分を含まない原水が逆洗水タンク２１０に流入す
る。逆洗水タンク２１０における原水が満杯になるとオ
ーバーフロー部から原水がオーバーフローし、貯蔵タン
ク２１１に貯蔵される。鉄分を除去された貯蔵タンク２
１１の原水は、図示しないポンプで膜分離装置３００に
供給され、そこで被処理物である塩分が除去された処理
水となって図示しない処理水槽に供給される。

【０００７】原水の鉄分除去工程の運転を継続すると、
サンドフィルタ装置２０８には次第に捕捉した水酸化鉄
が蓄積されて目詰まりを起こすので、例えば１日１度洗
浄（逆洗）して蓄積した水酸化鉄を除去する。洗浄は図
示しない制御装置に設けたタイマー装置からの信号によ
り、送液ポンプ２０７を停止し、自動三方切換弁２０
１，２０１ａを切換駆動し、送液ポンプ２０９を運転し
て逆洗水タンク２１０の原水をサンドフィルタ装置２０
８に逆流させることによって逆洗を行う。なお、逆洗水
タンク２１０からの洗浄排水は系外に排出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような大掛かりな除鉄装置は設備コストおよび運転コス
トが大きいという問題がある。また、目詰まりを起こし
たサンドフィルタ装置２０８の定期的な洗浄操作には、
かなり長い時間の運転停止と大量の原水消費を必要と
し、濾過材の定期的な交換も行わなければならない。さ
らに逆洗時に発生する大量の排水も問題になる。そこで
本発明はこのような問題を解決することを課題とし、そ
のための新しい水処理方法および水処理装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第１の発明は、鉄分を含む原水を処理する方法にお
いて、鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させた状態
で、他の被処理物と共に原水を膜分離装置で処理するこ
とを特徴とする。（請求項１）

【００１０】上記の方法によれば、従来のような大掛か
りな除鉄装置を使用することなく、原水に含まれている
鉄分を除去しながら水処理ができるので、設備コストお
よび運転コストを大幅に低減することができる。また、
鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させた状態で膜分離
するので、主たる処理系統において鉄分が沈殿してスラ
ッジを生成することによる配管閉塞等を効果的に防止で
きる。さらに、膜分離装置で被処理成分と共に鉄イオン
が同時に分離除去されるので処理効率がよく、処理水中
に鉄分は実質的に存在しないため膜分離装置以降の配管
系において処理水が酸素と接触してもスラッジ等を生成
するおそれもない。

【００１１】上記水処理方法において、原水を原水供給
源から受水タンクを経由させることなく密閉供給路で膜
分離装置に供給することができる。（請求項２） さらに上記いずれかの水処理方法において、膜分離装置
に供給する原水を高速攪拌し、含まれている微生物の活
性を低下させることができる。（請求項３）

【００１２】さらに上記いずれかの水処理方法におい
て、鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させた状態の原
水を膜分離装置の膜面に高速で供給してフラッシング洗
浄することができる。（請求項４） 上記の水処理方法において、膜分離装置に供給する原水
の供給路にフィルタ装置を設け、フラッシング洗浄した
排水を前記フィルタ装置の洗浄液として使用することが
できる。（請求項５）

【００１３】また、前記課題を解決する本発明の第２の
発明は、鉄分を含む原水を処理する装置において、原水
供給源から原水を汲み上げるポンプと、膜分離装置と、
処理水槽とを備え、少なくとも前記ポンプの原水吸込部
から膜分離装置までを密閉処理系としたことを特徴とす
る。（請求項６）

【００１４】上記水処理装置において、原水を汲み上げ
るポンプを回転数制御することができる。（請求項７） さらに上記いずれかの水処理装置において、鉄分を鉄イ
オンとして原水中に溶解させた状態の原水を膜分離装置
に供給する加圧ポンプを設けることができる。（請求項
８）

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明に係る水処理方法を実施
するための水処理装置のプロセスフロー図である。図
中、１は地下水などの原水供給源、２、８，９、１０は
ディスクフィルタ、３は自動開閉弁としての２方電磁ボ
ール弁、４は回転数制御される原水汲上用のポンプ、５
はポンプ４の回転数を制御するインバータ制御装置、
６、７，１１，２９は自動切換弁としての３方電磁ボー
ル弁、１２はワインドフィルタである。

【００１６】さらに１３，１４、２２，２５は圧力計、
１５は圧力センサ、１６，２８，３０は流量計、１７，
３１は３方手動ボール弁、１８はチャッキ弁、１９，３
６は２方手動ボール弁、２０は膜分離装置４０用の加圧
ポンプ、２１は制御器、２３，２４は膜分離装置４０を
構成する膜濾過モジュール、２６は電気伝導度率計用の
センサ、２７は電気伝導度率計、３２は処理水槽、３３
は処理水槽の上限水位を検知する水位センサ、３４は処
理水槽の下限水位を検知する水位センサ、３５はドレ
ン、４０は膜分離装置、ａ〜ｖは配管である。

【００１７】原水を汲み上げるポンプ４は例えば交流モ
ータによって駆動され、該モータはインバータ制御装置
５によって回転数制御される。このような回転数制御を
行うポンプを使用することによって、原水の汲み上げ
量、すなわち原水流量の設定および変更を任意に行うこ
とができる。さらに、徐々に回転数を上昇させて起動
し、反対に徐々に回転数を下降させて停止することがで
きるので、起動−停止に際して急激な水圧変化を回避で
きる。それによって下流側に設置されたディスクフィル
タやワインドフィルタなどが急激な水圧変化で損傷した
り、配管継ぎ目部分からの漏洩や空気の吸い込み等の予
期しないアクシデントを防止して、配管路の気密性が損
なわれることを回避できる。

【００１８】固形分除去装置を構成するディスクフィル
タ２，８，９，１０は、原水中に含まれている微細な固
形分を分離除去するもので、例えばサンホープ社から
「ディスクフィルタＡＲ−３１５」として市販されてい
るものを使用することができる。このディスクフィルタ
は多数のリング状のディスクを同軸的に重ね、各ディス
クに放射状に形成された多数の溝からなる濾過孔により
固形分を分離するものであり、例えばディスクフィルタ
２，８，９，１０はそれぞれ２００μｍ、１１５μｍ、
７５μｍ、１１５μｍの孔径のものが使用される。なお
水処理運転中はディスクフィルタ８，９が主たる固形分
除去機能を果たす。

【００１９】ワインドフィルタ１２はディスクフィルタ
８，９または１０で除去できなかったさらに細かい固形
分を除去するもので、例えばアドヴァンテック（Ａｄｖ
ａｎｔｅｃ）社から市販されている孔径が１０μｍ程度
の「ワインドカートリッジフィルタ」を使用することが
できる。

【００２０】３方電磁ボール弁６，７，１１，２９は非
通電時にポートＡ−Ｂ間が連通し、通電時にポートＡ−
Ｃ間が連通する。また２方電磁ボール弁３は非通電時に
閉、通電時に開となる。そしてこれらの電磁ボール弁は
図示しない制御装置からの信号により駆動制御される。
膜分離装置４０を構成する膜濾過モジュール２３，２４
は内部にＲＯ膜（逆浸透膜）またはＮＦ膜（ナノフィル
タ膜）を有するものを使用することができる。なお本実
施形態では、これら膜濾過モジュール２３，２４とし
て、東レの「型式ＳＵＬ−Ｇ１０」逆浸透モジュールを
使用した。

【００２１】加圧ポンプ２０は、１２０００ｒｐｍ以上
の高速で回転するタービン型のポンプ（例えばグルンド
フォス社から市販の型式ＳＱなど）であり、固形分を除
去された原水の圧力を高圧の逆浸透圧レベルまで高めて
膜分離装置４０に供給するために設けられる。この加圧
ポンプ２０の起動−停止制御および回転数制御は制御器
２１によって行われ、回転数の設定を変えることにより
その吐出圧を調整することができる。なお、本実施形態
では原水供給源１から処理水槽３２まで密閉された処理
系を構成しているが、密閉処理系は少なくとも鉄イオン
の存在する原水供給源１から膜分離装置４０まで構成す
るだけでもよい。

【００２２】次に、図１の装置により原水の処理方法を
説明する。 （原水処理）原水処理工程では、予め３方手動ボール弁
３１は配管ｋ−ｌ間が連通するように切り換えておく。
その際、２方手動ボール弁３６は一定の流動抵抗を発生
するような開度に設定しておく。これは原水速度を後述
する洗浄時より低い設計値にするためである。また、２
方手動ボール弁１９は、原水を節水するためと、何らか
の異常により原水圧力が上昇した場合に、加圧ポンプ２
０と膜濾過モジュール２３，２４を保護するために適切
な開度に設定しておく。さらに図示しない制御装置に運
転開始ボタンが設けられ、それを押して運転指令が出さ
れると、３方電磁ボール弁６，７，１１，２９が非通電
状態、すなわち、それらのポートＡ−Ｂ間が連通状態に
なる。

【００２３】さらに、運転指令により２方電磁ボール弁
３が開となり、ポンプ４と加圧ポンプ２０が起動する。
すると原水は原水供給源１から配管ａ，ｂ、ｃ，ｄ、
ｅ，ｆ，ｇ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌの順で流れる。そして、そ
の間にディスクフィルタ２，８，９およびワインドフィ
ルタ１２で含まれている固形分が除去され、加圧ポンプ
２０により０．５〜０．７ＭＰａの水圧で膜分離装置４
０に供給され、それを構成する膜濾過モジュール２３，
２４で順次処理される。

【００２４】膜分離装置４０では原水にイオン状態で存
在する被処理物質である塩分および鉄分が逆浸透作用に
より分離され、膜の１次側に残留するそれらイオンは原
水と共に配管ｍ，ｎ，ｏ、ｐ，ｑ，ｒの順で流れ、ドレ
ン３５として系外に排出される。一方、処理水は配管
ｋ，ｌを通って処理水槽３２に流入する。なお配管ｈは
高圧ポンプのバイパス配管である。また場合によっては
膜分離装置４０を膜濾過モジュール２３（または２４）
だけで構成することもできる。

【００２５】一般に加圧ポンプ２０の吐出圧は、入口側
の原水圧力に比例して変化する。そこで入口側の圧力を
圧力センサ１５で測定し、その測定値により制御器２１
が加圧ポンプ２０の回転数を制御して吐出圧を一定にす
る。なお、圧力計１３，１４，２２，２５、および流量
計１６，２８，３０は運転管理に用いられ、例えば圧力
計１３と１４の差からワインドフィルタ１２の目詰まり
を監視し、同様に圧力計２２と２５の差から膜分離装置
４０の目詰まりを監視する。また水位センサ３３，３４
は処理水槽の水位監視用であり、これらが作動したとき
に図示しない操作盤などに警報表示を行うことができ
る。

【００２６】（膜分離装置の洗浄）膜分離装置４０を運
転するとその分離膜が次第に目詰まりを起こすので、定
期的に洗浄する。洗浄は図示しない制御装置に設けたタ
イマー装置からの指令により自動的に行われる。タイマ
ー装置は例えば３時間ごとに４分間の洗浄指令を出す。
なお洗浄時には３方電磁ボール弁６，７，１１，２９が
通電され、それらのポートＡ−Ｃ間が連通状態とされ
る。

【００２７】洗浄時には原水が配管ａ，ｂ，ｐ，ｓ，
ｅ，ｆ，ｇ，ｉ，ｊ，ｍ，ｔ，ｕ，ｃ，ｖ，ｒの順で流
れる。すなわち原水供給源１から汲み上げられた原水
は、先ずディスクフィルタ２、１０およびワインドフィ
ルタ１２の順に固形分を除去され、次いで加圧ポンプ２
０で昇圧されて膜濾過モジュール２３，２４をフラッシ
ング洗浄する。その洗浄液はさらにディスクフィルタ
８，９を洗浄してドレン３５として系外に排出される。
なお洗浄時には２方手動ボール弁３６による流動抵抗を
受けないので、洗浄用の原水は原水処理運転時より高速
で膜濾過モジュール２３，２４に供給されて、それら分
離膜の表面に付着している物質が高速流で効率よく洗い
流される。

【００２８】

【実施例】図１の装置を使用して原水を処理した。原水
供給源１から汲み上げた原水は鉄イオン濃度が３〜８ｍ
ｇ／Ｌ、電気伝導度が４００μＳ／ｃｍであった。その
原水を密閉処理系を構成するディスクフィルタ２，８，
９、およびワインドフィルタ１２で固形分を充分に除去
し、次いで１２０００ｒｐｍ以上の高速回転する加圧ポ
ンプ２０（グルンドフォス社の型式ＳＱ多段タービン型
ポンプ）で膜分離装置４０を構成する膜濾過モジュール
２３，２４（東レから市販の逆浸透膜モジュールＳＵＬ
−Ｇ１０）に供給した。

【００２９】膜分離装置４０で被処理物質である塩分と
共に鉄分を逆浸透作用で分離した。膜を通過した処理水
の電気伝導度は４μＳ／ｃｍ、鉄イオン濃度は０．０１
ｍｇ／Ｌ程度であり、満足な処理結果が得られた。ま
た、前記のように装置の洗浄操作を繰り返しながら半年
間運転を継続したが、膜濾過モジュール２３，２４およ
びディスクフィルタ２、８，９、１０、ワインドフィル
タ１２等は正常な状態を維持した。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明に係る水処理方法
は、鉄分を含む原水を処理する方法において、鉄分を鉄
イオンとして原水中に溶解させた状態で、他の被処理物
と共に原水を膜分離装置で処理することことを特徴とす
る。そのため従来のような大掛かりな除鉄装置を使用す
ることなく、原水に含まれている鉄分を安定に除去しな
がら水処理ができるので、設備コストおよび運転コスト
を大幅に低減することができる。また、鉄分を鉄イオン
として原水中に溶解させた状態で膜分離するので、主た
る処理系統において鉄分が沈殿してスラッジを生成する
ことによる配管閉塞等を効果的に防止できる。さらに、
膜分離装置で被処理成分と鉄イオンが共に分離除去され
るので処理効率がよく、処理水中に鉄分は実質的に存在
しないため膜分離装置以降の配管系において処理水が酸
素と接触してもスラッジ等を生成するおそれもない。

【００３１】上記水処理方法において、原水を原水供給
源から受水タンクを経由させることなく密閉供給路で膜
分離装置に供給することができ、それによって大きな設
置面積を必要とする受水タンクを省略して鉄イオンを酸
素と接触させることなく効率的に除去することができ
る。さらに上記いずれかの水処理方法において、原水を
高速攪拌して含まれている微生物を粉砕し、その活性を
低下させることができ、それによって膜分離装置におけ
る分離膜にバイオフィルムが形成されて目詰まりを発生
することを有効に防止できる。

【００３２】さらに上記いずれかの水処理方法におい
て、原水を膜分離装置における分離膜表面に高速で吹き
付けてフラッシング洗浄させることができ、それによっ
て分離膜装置の運転を長期間安定して継続できる。さら
に上記フラッシング洗浄した排水をフィルタ装置の洗浄
液として使用することができ、それによって洗浄に使用
する原水消費量を低減させると共に、洗浄時間を短縮で
きる。

【００３３】また、本発明に係る水処理装置は、原水を
汲み上げるポンプと、膜分離装置と、処理水槽とを備
え、少なくとも前記ポンプから膜分離装置までの原水供
給路を密閉処理系としたことを特徴とする。そのため本
装置を使用することにより上記水処理方法を好適に実施
することができる。

【００３４】また上記水処理装置において、原水を汲み
上げるポンプとして回転数制御されるポンプを使用する
ことができ、原水の汲み上げ量、すなわち原水流量を任
意に設定できる。さらに、徐々に回転数を上昇させて起
動し、反対に徐々に回転数を下降させて停止することが
できるので、起動−停止に際して急激な水圧変化を回避
できる。それによって下流側に設置されたディスクフィ
ルタやワインドフィルタなどのフィルタ装置が急激な水
圧変化で損傷したり、配管継ぎ目部分からの漏洩や空気
の吸い込み等の予期しないアクシデントを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水処理方法を実施するための水処
理装置のプロセスフロー図。

【図２】除鉄装置を使用した従来の水処理装置のプロセ
スフロー図。

【符号の説明】

１ 原水供給源 ２ ディスクフィルタ ３ ２方電磁ボール弁 ４ ポンプ ５ インバータ制御装置 ６ ３方電磁ボール弁 ７ ３方電磁ボール弁 ８ ディスクフィルタ ９ ディスクフィルタ １０ ディスクフィルタ １１ ３方電磁ボール弁 １２ ワインドフィルタ １３ 圧力計 １４ 圧力計 １５ 圧力センサ １６ 流量計 １７ ３方手動ボール弁 １８ チャッキ弁 １９ ２方手動ボール弁 ２０ 加圧ポンプ ２１ 制御器 ２２ 圧力計 ２３ 膜濾過モジュール ２４ 膜濾過モジュール ２５ 圧力計 ２６ 電気伝導度率計用のセンサ ２７ 電気伝導度率計 ２８ 流量計 ２９ ３方電磁ボール弁 ３０ 流量計 ３１ ３方手動ボール弁 ３２ 処理水槽 ３３ 水位センサ ３４ 水位センサ ３５ ドレン ３６ 2方手動ボール弁 ４０ 膜分離装置 ａ〜ｖ 配管 １００ ポンプ ２００ 除鉄装置 ２０１ 自動三方切換弁 ２０１ａ 自動三方切換弁 ２０２ 受水タンク ２０３ 流量計 ２０４ 薬液流量制御装置 ２０５ 薬液ポンプ ２０６ 薬液タンク ２０７ 送液ポンプ ２０８ サンドフィルタ装置 ２０９ 送液ポンプ ２１０ 逆洗水タンク ２１１ 貯蔵タンク ３００ 膜分離装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山陰 和正 東京都大田区北馬込２−１−６ 有限会社 ヤマカゲフィルテック内 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 KA12 KC01 KC12 KE02P KE03P KE07P KE08P KE19P KE21P KE23Q PA01 PB05 PB27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄分を含む原水を処理する方法におい
   て、鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させた状態で、
   他の被処理物と共に原水を膜分離装置で処理することを
   特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】 原水を原水供給源１から受水タンクを経
   由させることなく密閉供給路で膜分離装置に供給するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 【請求項３】 膜分離装置に供給する原水を高速攪拌し
   含まれている微生物の活性を低下させることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の水処理方法。
4. 【請求項４】 鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させ
   た状態の原水を膜分離装置の膜面に高速で供給してフラ
   ッシング洗浄することを特徴とする請求項１ないし請求
   項３のいずれかに記載の水処理方法。
5. 【請求項５】 膜分離装置に供給する原水の供給路にフ
   ィルタ装置を設け、フラッシング洗浄した排水を前記フ
   ィルタ装置の洗浄液として使用することを特徴とする請
   求項４に記載の水処理方法。
6. 【請求項６】 鉄分を含む原水を処理する装置におい
   て、原水供給源１から原水を汲み上げるポンプ４と、膜
   分離装置４０と、処理水槽３２とを備え、少なくとも前
   記ポンプ４の原水吸込部から膜分離装置４０までを密閉
   処理系としたことを特徴とする水処理装置。
7. 【請求項７】 原水を汲み上げるポンプ４が回転数制御
   されることを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
8. 【請求項８】 鉄分を鉄イオンとして原水中に溶解させ
   た状態の原水を膜分離装置４０に供給する加圧ポンプ２
   ０が設けられることを特徴とする請求項６または請求項
   ７に記載の水処理装置。