JP5268349B2 - 水処理システム - Google Patents

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Description

本発明は、地下水や河川水等の原水を浄水処理するための分離膜を洗浄した排水を殺菌処理する方法に関する。
従来、河川水や湖沼水及び地下水等の原水から水道水や工業用水を製造する方法として分離膜を用いた方法がその信頼性、自動運転等の利点から広く利用されている。しかしながら、分離膜を用いた水処理装置では、長時間の運転によって分離膜の表面に原水中の懸濁物質が付着すると、透過水量が低下し処理水量が減少する問題がある。すなわち、固形分や微生物（クリプトスポリジウム、ジアルジア、魚卵、藻類、大腸菌など）の蓄積によりろ過圧が上昇し、処理量の低下をもたらす。このため、分離膜による浄水処理法においては、３０分ないし１時間毎に逆洗浄処理等の操作を行い、ろ過膜面を洗浄して付着した懸濁物質を取り除く必要がある。従って、分離膜の洗浄排水には原水中に含まれた懸濁物質が比較的高濃度で存在することになる。
このように、分離膜の洗浄排水には原水中のさまざまな懸濁物質が含まれているが、その中には感染性微生物、例えばクリプトスポリジウムやジアルジアのような低濃度の塩素系殺菌剤では死滅しない微生物が濃縮される可能性がある。
従来、分離膜の洗浄排水はそのまま放流されており、このような感染性微生物が含まれたまま放流することは、河川水等の再汚染の可能性があり好ましくない。さらに、逆洗浄水に使用される水は、分離膜でろ過されたろ過水が使用されることが多く、これを逆洗浄に使用した後に排水してしまうのは原水の有効利用の観点からも好ましくない。
これらの課題を解決するための方策として例えば特許文献１では、洗浄排水中の懸濁物質を分離・濃縮した後、分離した懸濁物質を含む濃縮水を紫外線照射法あるいは加熱法等により殺菌処理する方法が提案されている。また、他の特許文献２では、分離膜モジュールの外に配置した殺菌処理装置内に一旦貯留し、殺菌処理手段として紫外線等により殺菌処理後排水する方法が提案されている。
特開平１１−９０４３２号公報 特開２００４−６６０６１号公報
しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２に記載された洗浄排水の殺菌方法では、次のような問題が指摘されている。
特許文献１の方法では、濃縮水中の感染性微生物を含む懸濁物質の濃度が高く、紫外線の透過を妨げる原因となり消毒効率が低下するため、確実な殺菌処理ができないという問題がある。
特許文献２の方法では、洗浄排水中の感染性微生物を含む懸濁物質は分離膜で分離・濃縮されたままの高濃度の排水であるため水中の紫外線透過を妨げてしまうため、十分な殺菌処理ができないまま排水されるため河川等での再汚染を確実に防止できない可能性がある。さらに、この方法では分離膜を洗浄処理した排水の全てを排水してしまうため、水資源有効利用の観点からも好ましくないという問題がある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、分離膜処理における逆洗浄処理工程時に発生する排水を効率よく殺菌処理し再利用可能な水にすることにより、浄水処理にかかるコストを低減し、原水の有効利用率を向上することが可能な水処理システムを提供することを目的とする。
（１）の発明は、河川水、湖沼水および地下水のような原水から水道水や工業用水を製造するための水処理システムであって、(A)原水を収容する原水槽と、(B)前記原水槽からの原水を受け入れ、該原水中の異物を分離除去する分離膜を有する分離膜モジュールと、(C)前記原水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、前記原水槽から前記分離膜モジュールに原水を送る供給ポンプと、(D)前記分離膜モジュールの分離膜を透過したろ過水を受け入れ、一時的に貯留して上澄みを処理水として送り出すろ過水槽と、(E)前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールにろ過水を逆流させる逆洗浄ポンプと、(F)前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、水の流れを順方向と逆方向との間で切り換える弁および流路と、(G)前記分離膜モジュールから前記原水槽までの間に設けられ、前記分離膜の逆洗浄により発生する逆洗浄排水を固液分離処理し、かつ紫外線照射処理し、処理した排水を前記原水槽に戻すサイクロン型紫外線照射槽と、(H)前記原水槽から前記分離膜モジュールへの原水の供給を停止させ、前記弁および流路を逆方向に切換え、前記逆洗浄ポンプにより前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールにろ過水を供給させ、前記分離膜を逆洗浄させるとともに、前記分離膜の逆洗浄後で、かつ膜ろ過運転中において少なくとも１回以上、前記サイクロン型紫外線照射槽の洗浄を実施するための時間制御を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。（１）の発明によれば、サイクロン型紫外線照射槽により懸濁物質の物理的な分離除去と水の殺菌処理とが同時になされるので、処理効率が向上する。このように分離膜の逆洗浄処理により発生する逆洗浄排水を清浄化処理して原水槽に戻すため、水資源を有効に再利用することができる。また、（１）の発明によれば、制御手段が内蔵タイマー回路からの時定数信号を受け取り、逆洗浄後に一定時間が経過したことを知ると、制御手段から切換弁等に指令信号が送信され、サイクロン型紫外線照射槽に付着した異物を除去するための洗浄操作が実施されるので、サイクロン型紫外線照射槽は常に清浄な状態に保たれる。
（２）の発明は、分離膜モジュールから原水槽までの間に設けられ、分離膜の逆洗浄により発生する逆洗浄排水を処理し、原水槽に戻す第２の紫外線照射槽をさらに有する。（２）の発明によれば、先ず前段のサイクロン型紫外線照射槽により被処理水（逆洗浄排水）を固液分離して水中の懸濁物質を物理的に除去しているので、後段の第２の紫外線照射槽により被処理水に紫外線を照射する際に、被処理水の紫外線透過率が上昇し、水の殺菌処理効果が飛躍的に向上する。これにより被処理水の全体にむらなく紫外線が照射され、紫外線発生に要する消費電力の無駄を無くすことができる。また、前段のサイクロン型紫外線照射槽において紫外線照射した後に、後段の第２の紫外線照射槽において引き続き紫外線照射するので、被処理水に対する紫外線の照射量が増加して十分な殺菌処理効果が得られる。また、（３）の発明は、サイクロン型紫外線照射槽および第２の紫外線照射槽が波長２５３．７ｎｍを含む波長の紫外線を発光する紫外線ランプを内蔵する。（３）の発明によれば、分離膜の逆洗浄処理に使用した逆洗浄排水に対して紫外線照射を行い、洗浄排水処理系統を介して洗浄排水を原水槽に戻すため、懸濁物質を除去していない水や、分離除去された濃縮水に紫外線照射するよりも少ない消費電力で効率良く、確実な殺菌処理が可能となる。
（４）の発明は、紫外線照射槽に内蔵される紫外線ランプが、その外周を外部流体とは隔離、保護するための石英製ガラス管からなる保護管内に収納されている。（４）の発明によれば、紫外線ランプを流体から保護管により隔離するため、流体が物体に当たることにより発生する抗力から紫外線ランプを保護でき、さらに、流体と紫外線ランプを電気的に絶縁できるため、紫外線ランプの故障や破損を防止できるので、安定した殺菌処理を行うことができる。
本発明によれば、分離膜により濃縮された懸濁物質を除去、無害化して逆洗浄水の再利用を可能にすることにより原水の有効利用率を向上することができる。
また、本発明によれば、分離膜にかかる負荷を低減することにより、分離膜のメンテナンスに掛かるコストを低減することができる。
さらに、本発明によれば、放水排水を減少することにより、環境負荷を低減し、河川等での感染性微生物による再汚染を防止することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態の水処理システム１は、原水槽２、膜モジュール３、ろ過水槽４、凝集槽５、撹拌器６、沈殿槽７、紫外線照射槽８および制御器９を備えている。
原水槽２は、図示しない原水供給源にラインＬ１を介して接続された一時貯留槽であり、処理対象となる原水（例えば河川水）がラインＬ１を通って流入するようになっている。原水導入ラインＬ１には制御器９によって制御される流量制御弁Ｖ１が設けられている。原水槽２の底部または底部近傍には流出口が設けられている。この流出口はラインＬ２を介して膜モジュール３の底部に連通している。ラインＬ２には供給ポンプ（運転ポンプ）Ｐ１が設けられ、原水槽２から膜モジュール３に原水が送られるようになっている。ラインＬ２には制御器９によってオンオフ制御される開閉弁Ｖ２が設けられている。
膜モジュール３は、立設する円筒状または角筒状の容器内に分離膜を内蔵している。この分離膜は、表面に０．０１μｍから１．０μｍ程度の微小な開口径を有する高分子中空糸膜またはセラミック膜からなり、複数の支持具で縁部を支持されている。膜モジュール３の容器の頂部にはろ過水を取り出すための出口が形成されている。この出口はラインＬ３を介してろ過水槽４に連通している。ラインＬ３には制御器９によってオンオフ制御される開閉弁Ｖ３が設けられている。
膜モジュール３の容器底部には、原水供給ラインＬ２の他に加圧空気吹込みラインＬ５および排水処理ラインＬ６がそれぞれ連通している。加圧空気吹込みラインＬ５は、コンプレッサーＣ１から加圧された空気を膜モジュール３の１次側に吹込んで散気し、空気ストラッピングを行うことにより膜表面に付着した異物を除去するために使用されるラインである。加圧空気吹込みラインＬ５には制御器９により制御される開閉弁Ｖ５が取り付けられている。一方、排水処理ラインＬ６は、膜モジュール３を洗浄した際に排出される汚泥と汚水を取り出して再生・再利用処理するためのラインであるが、その詳細は後述する。
ろ過水槽４は、所定の容量と深さをもつ水槽であり、その上部にろ過水の上澄みを処理水として図示しない貯水槽に取り出すための取水ラインＬ２０が設けられている。一方、ろ過水槽４の下部からは逆洗浄ラインＬ４が延び出し、上記出口ラインＬ３に連通している。この逆洗浄ラインＬ４と出口ラインＬ３との合流点は、開閉弁Ｖ３よりも上流側である。逆洗浄ラインＬ４には制御器９によって制御される逆洗浄ポンプＰ２が取り付けられている。
また、膜モジュール３の出口ラインＬ３には上記とは別の加圧空気吹込みラインＬ１０が連通している。この加圧空気吹込みラインＬ１０は、第２のコンプレッサーＣ２から加圧された空気を膜モジュール３の２次側に吹込んで散気し、空気逆洗浄を行うことにより膜表面に付着した異物を除去するために使用されるラインである。この加圧空気吹込みラインＬ１０と出口ラインＬ３との合流点は、開閉弁Ｖ３よりも上流側である。加圧空気吹込みラインＬ１０には制御器９によって制御される開閉弁Ｖ１０が取り付けられている。
排水処理ラインＬ６について詳しく説明する。
排水処理ラインＬ６は、逆洗浄により膜表面を離脱した異物（汚泥等）を膜モジュール３の底部から定期的に（例えば３０分間毎に）取り出すためのラインである。排水処理ラインＬ６は、開閉弁Ｖ６を介して凝集槽５に接続され、さらにこれに続く沈殿槽７に接続されている。凝集槽５と沈殿槽７は一体化した１つの処理槽であり、一部に開口を有する複数の仕切板で互いに仕切られている。凝集槽５は、プロペラシャフト方式の撹拌器６を備え、図示しない凝集剤（例えばポリ塩化アルミニウム）を定量注入するための凝集剤注入装置から注入された凝集剤と、導入される汚泥と汚水を十分に撹拌して汚泥が凝集するのを促進させる機能を有するものである。沈殿槽７は、凝集剤と十分に混合された汚泥・汚水を静かな状態で貯留し、汚泥を凝集させ、沈殿させる機能を有するものである。沈殿槽７の底部には沈殿した汚泥が溜まるような凹所が形成されている。この凹所の最下部に汚泥取出しラインＬ８が接続されている。なお、ラインＬ８には開閉弁Ｖ８が取り付けられている。
沈殿槽７の上部には上澄み取出しラインＬ７が設けられ、固形分が沈降した後の上澄み液を沈殿槽７から取り出せるようにしている。上澄み取出しラインＬ７は開閉弁Ｖ７を介して紫外線照射槽８に接続されている。
紫外線照射槽８は、特開２００７−１４４３８６号公報の図１とその関連記載に開示された装置と実質的に同じ構成の殺菌装置である。紫外線照射槽８は、透明の石英ガラス製の保護管で周囲を保護された複数の紫外線ランプを有し、沈殿槽７から送られてきた上澄み水（汚水）に波長２５３．７ｎｍを含む波長の紫外線を照射して殺菌する機能を有している。紫外線照射槽８の出口はリターンラインＬ９に接続されている。このリターンラインＬ９は、流量制御弁Ｖ１の上流側において原水導入ラインＬ１に合流している。逆洗浄水は、膜モジュール３→排水処理ラインＬ６→凝集槽５→沈殿槽７→紫外線照射槽８→リターンラインＬ９の順に通って原水槽２に戻されるようになっている。
制御器９について説明する。
制御器９の内蔵コンピュータの入力側には種々の検出信号が随時入力されるように流量センサ、圧力センサ、温度センサ、水位センサ、濁度センサ、濃度センサなどの各種センサ（図示せず）が接続されている。一方、制御器９の内蔵コンピュータの出力側には各種のポンプＰ、バルブＶ、コンプレッサーＣの電源スイッチ回路が接続されている。内蔵コンピュータのメモリには水処理操作に要求される種々のプロセスレシピがデータベースとして記憶されている。制御器９は、各種センサからの検出信号が入力されると、メモリから必要なプロセスレシピを呼び出し、呼び出したレシピと入力信号とに基づき水処理操作に必要な各種の制御量をそれぞれ演算し、求めた制御量に対応する信号をポンプＰ、バルブＶ、コンプレッサーＣのそれぞれに出力することができる。このように水処理システム１の全体はプロセスコンピュータを内蔵した制御器９により統括的に制御されるようになっている。
次に、本実施形態の水処理システム１を用いて原水を処理する場合について説明する。
平常のろ過運転の場合は、制御器９から制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１１をバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびポンプＰ１の各々に送り、これらの動作をそれぞれ制御する。また、図示しない上流側の原水ポンプにも信号を送り、地下水或いは河川水や湖沼水等の原水を図示しない取水口から汲み上げ、導水管ラインＬ１を通って原水槽２に一定量の原水を貯留する。原水槽２に貯められた原水は、供給ポンプＰ１により所定の圧力に加圧され、ラインＬ２を通って膜モジュール３に送られる。膜モジュール３ではその内部に表面に０．０１μｍから１．０μｍ程度の微小な開口径を有する高分子中空糸膜或いはセラミック膜が内蔵されている。膜モジュール３を通過した水は清浄なろ過水となり、ろ過水槽４に一定量貯留され、その一部は逆洗浄ラインＬ４を通して逆洗浄水として利用され、残りはラインＬ２０を通して処理水として利用される。
ろ過運転を開始してから３０分乃至１時間程度の経過時間の間隔で逆洗浄運転を行う。平常運転から逆洗浄運転への切り換えは、後述する第６の実施形態のようにタイマー回路を内蔵した制御器９が時間制御することも可能である。
逆洗浄運転では、制御器９から信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５をポンプＰ１，Ｐ２、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ１０およびコンプレッサーＣ１，Ｃ２の各々に送り、これらの動作をそれぞれ制御する。これにより供給ポンプＰ１が停止し、エアーコンプレッサーＣ１が起動する。第１のエアーコンプレッサーＣ１の駆動により加圧空気が膜モジュール３の１次側から２次側に向かって吹き込まれ、膜モジュール内の水を２次側に向かって押し出すと共に、ろ過部材の表面を気泡の動作により陽動する（空気ストラッピング）ことにより膜部材表面に付着・堆積した汚泥を膜部材表面より離脱させる。一定時間空気ストラッピング運転を実施した後、第１のエアーコンプレッサーＣ１を停止し、第２のエアーコンプレッサーＣ２を起動して空気逆洗浄を行う。第２のエアーコンプレッサーＣ２の起動により、加圧空気が膜モジュールの２次側から１次側に向かって吹き込まれ、ろ過部材の１次側表面に付着・堆積した汚泥を膜表面より離脱させる。一定時間空気逆洗浄運転を実施した後、逆洗浄ポンプＰ２の駆動によりろ過水槽４に貯留されたろ過水の一部をラインＬ４を介して膜モジュール３の出口側から通水する。逆洗浄ポンプＰ２が起動し、ろ過水が膜モジュールの２次側から１次側に向かって通水することにより、各表面に付着・堆積した異物（汚泥）は除去される。除去された異物を含む汚水は排水処理ラインＬ６に送られる。排水処理ラインＬ６において、凝集槽５、沈殿槽７、紫外線照射槽８の順に汚水を処理する。凝集槽５では、図示しない凝集剤注入ポンプにより所定の凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム）が注入され、凝集フロックを形成する。さらに、沈殿槽７では、大きく成長したフロックが下方へ沈殿し、沈殿槽７の上部上澄み水は、多くの懸濁物質が除去された沈殿処理水となる。沈殿処理水は、その後工程に配置された紫外線照射槽８へ送られる。紫外線照射槽８に入った沈殿処理水は、紫外線照射槽８内を通過する水は紫外線照射された後に、リターンラインＬ８を通って原水槽１に返送され、再利用される。
本実施形態の水処理システム１の作用について説明する。
膜モジュール３の内部には、表面に０．０１μｍから１．０μｍ程度の微小な開口径を有する高分子中空糸膜或いはセラミック膜が内蔵されており、膜モジュール３に送られた原水に含まれる懸濁物質は、微小な開口を通過する時に膜の表面でトラップされる。ろ過運転の３０分乃至１時間程度の間に膜表面に懸濁物質が蓄積され、微小開口部が懸濁物質で詰りろ過流量が低下する。そのため、定期的な洗浄運転を行う必要がある。洗浄運転工程では、供給ポンプＰ１を停止し、エアーコンプレッサーＣ１が起動する。第１のエアーコンプレッサーＣ１の駆動により加圧空気が膜モジュール３の１次側から２次側に向かって吹き込まれ、膜モジュール内の水を２次側に向かって押し出すと共に、ろ過部材の表面を気泡の動作により陽動する（空気ストラッピング）ことにより膜部材表面に付着・堆積した汚泥を膜部材表面より離脱させる。一定時間空気ストラッピング運転を実施した後、第１のエアーコンプレッサーＣ１を停止し、第２のエアーコンプレッサーＣ２を起動し空気逆洗浄を行う。第２のエアーコンプレッサーＣ２の起動により、加圧空気が膜モジュールの２次側から１次側に向かって吹き込まれ、ろ過部材の１次側表面に付着・堆積した汚泥を膜表面より離脱させる。一定時間空気逆洗浄運転を実施した後、逆洗浄ポンプＰ２の駆動によりろ過水槽４に貯留されたろ過水の一部をラインＬ４を介して膜モジュール３の出口側から通水する。
排水処理ラインＬ６に連通する凝集槽５では、撹拌器６で撹拌することにより図示しない凝集剤注入ポンプにより注入される凝集剤と汚水とがよく混ざり合い、排水中に多く含まれる懸濁物質が徐々に凝集しフロックを形成する。このフロックには、一部の感染性微生物も含まれる。次に、沈殿槽７では、フロックが更に成長し大フロックとなるため、重力の作用で下方へ沈殿する。従って、沈殿槽７の上澄み水は、多くの懸濁物質が除去された沈殿処理水となる。しかし、この凝集・沈殿処理でも危険な感染性微生物を完全に除去することはできない。従って、沈殿処理水はその後工程に配置された紫外線照射槽８へ送られる。
紫外線照射槽８では、クリプトスポリジウムやジアルジア、大腸菌等に代表される感染性微生物の不活化に有効な波長２５３．７ｎｍを含む紫外線が照射される。紫外線を照射された感染性微生物は、細胞内のデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、又はリボ核酸（ＲＮＡ）に損傷を受けうため増殖できなくなり死滅する。この紫外線照射槽８の感染性微生物の不活化能力は式１で示すように、照射される紫外線の強さＩ（ｍＷ/ｃｍ２）と、照射される時間ｔ（ｓ）の積で定義される紫外線量Ｄ（ｍＪ/ｃｍ２）とによって決まる。
Figure 0005268349
クリプトスポリジウムやジアルジアに代表される耐塩素性病原性微生物を３ｌｏｇ不活化には、Ｄ＝１０（ｍＪ／ｃｍ２）、大腸菌では３０〜４０（ｍＪ／ｃｍ２）の紫外線量が必要とされている。ここで「不活化率３ｌｏｇ」とは、元の細菌数に対して生き残った細菌数が１／１０００以下になっていることを表わす指標である。
また、紫外線量Ｄに直接影響する紫外線強度Ｉは、紫外線ランプ表面が最大で、ランプから離れるにしたがって徐々に低下する。このときの紫外線強度の減少量は、紫外線照射装置内を流れる水の紫外線透過率ＵＶＴ（％）と、ランプ表面からの距離Ｚ（ｍ）を下式（２）に代入して求めることができる。なお、式（２）中のＵＶＴは、次式（３）を用いて得られる紫外線透過率（％）を表わす。
Figure 0005268349
Figure 0005268349
但し、Ｕvはランプの紫外線出力（ｍＷ）、ＵＶＴは紫外線透過率（％）、Ａ２５４は光路長１（ｃｍ）の場合の波長２５４（ｎｍ）における紫外線吸光度、Ｚ0はランプからの距離（ｃｍ）、Ｚは紫外線が被処理水内を透過する距離（ｃｍ）をそれぞれ示す。このように、照射される紫外線強度Ｉは、紫外線照射槽８内を流れる水の紫外線透過率ＵＶＴの影響を受け紫外線ランプから離れるに従って低下する。本実施の形態では、紫外線照射槽８の前工程で逆洗浄排水中に懸濁物質の多くが沈殿除去されているため、紫外線透過率ＵＶＴの高い透き通った水が供給されるため紫外線が有効に感染性微生物の不活化に利用される。
さらに、膜の逆洗浄操作で使用された水の多くが紫外線消毒された安全な水として原水に返送に再利用される。
本実施形態の水処理システムによれば、分離膜の逆洗浄工程で使用される洗浄排水を凝集・沈殿処理より懸濁物質を分離除去し、上澄み水に対して紫外線照射を行うため、懸濁物質を除去していない水や、分離除去された濃縮水に紫外線照射するよりも少ない消費電力で効率良く、確実な殺菌処理が可能となる。
また、本実施形態のシステムによれば、紫外線照射槽で紫外線照射を受けた感染性微生物は不活化されるため、安全な水として原水に戻し再利用が可能となるため、原水の有効利用率が向上する。
さらに、本実施形態のシステムでは、逆洗浄排水を凝集・沈殿処理しているので原水よりも懸濁物質濃度の小さい水として原水に返送することが可能となり、分離膜にかかる懸濁負荷を軽減することができるため膜の寿命を延ばすことができる。
また、沈殿槽で分離除去された懸濁物質は汚泥として廃棄または、建材として再利用されるため排水は殆ど発生しないため河川等での感染性微生物による再汚染を防止でき環境負荷を軽減することが可能となる。
なお、本第１の実施形態では、空気を膜モジュール３の１次側から２次側に向かって吹込み空気ストラッピングを行うためのコンプレッサーと、空気を膜モジュールの２次側から１次側に向かって吹き込み空気逆洗浄を行うためのコンプレッサー（第２のコンプレッサー）を別々に用いているが、１台のコンプレッサーで両機能を兼用しても同様の効果が得られる。
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第２の実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態のシステム１Ａが上記第１の実施形態のシステム１と異なる点は、凝集槽５および沈殿槽７の代わりにサイクロン固液分離装置１０を排水処理ラインＬ６に設けた点である。サイクロン固液分離装置１０は、汚水中の懸濁物を物理的・機械的に固体分と液体分とに分離する遠心分離機である。
サイクロン固液分離装置１０の上部側面に開口する入口は排水処理ラインＬ６に連通し、膜モジュール３からの排水が流入するようになっている。一方、サイクロン固液分離装置１０の最下部には汚泥回収容器１１が取り付けられている。汚泥回収容器１１は、遠心分離された固体分（ヘドロ化した汚泥）を収容するとともに、ラインＬ１１に連通している。このラインＬ１１は、固体分を図示しない汚泥貯留槽に送るためのものである。他方、サイクロン固液分離装置１０の最上部には出口が設けられ、この出口にラインＬ１２が連通している。遠心分離された液体分（汚水）は、出口ラインＬ１２を通って紫外線照射槽８に送られ、殺菌処理された後にリターンラインＬ９を通って原水槽２に戻されるようになっている。
次に、本実施形態の水処理システム１Ａを用いて原水を処理する場合について説明する。
膜モジュール３の逆洗浄工程で発生した洗浄排水は、排水処理系統へ送られる。排水処理系統において、洗浄排水はサイクロン固液分離装置１０において旋回流による遠心分離作用により固形分すなわち懸濁物質が分離され、サイクロン分離装置１０の下部に設置された固形物回収容器１１に一旦蓄積され、定期的に汚泥排出弁Ｖ１１を開閉することにより汚泥として回収処理される。一方、サイクロン分離装置１０を通過した処理水は懸濁物質の多くが除去された紫外線透過率の高い被処理水として、後段に設けられた紫外線照射槽８へ送られる。紫外線照射槽８では、内蔵された紫外線ランプにより発生する紫外線の照射が行われ、被処理水に残留している感染性微生物の殺菌処理が行われる。その後、紫外線照射槽８を通過した殺菌処理水は、無害化された水として原水槽２へ返送され、再利用される。
本実施の形態によれば、排水処理系統においてサイクロン固液分離装置１０によって懸濁物質を分離除去するため、処理装置を簡略化することができ、排水処理ラインＬ６が占有する設置面積を大幅に低減することが可能になる。
さらに、本実施の形態によれば、凝集剤等の薬品が不要となるため、薬品に掛かるコストを削減することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、分離膜の逆洗浄処理で使用された水の多くを無害化された水として原水槽に戻して再利用可能になるため、原水の有効利用率を向上することができる。
（第３の実施形態）
次に、図３を参照して本発明の第３の実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の水処理システム１Ｂが上記第２の実施形態のシステム１Ａと異なる点は、サイクロン固液分離装置１０及び紫外線照射槽９の代わりに、サイクロン固液分離装置内に紫外線ランプを内蔵したサイクロン型紫外線照射槽１３を排水処理ラインＬ６に設けた点である。サイクロン型紫外線照射槽１３は、汚水中の懸濁物を物理的に固体分と液体分とに遠心分離するとともに、汚水中の微生物に紫外線を照射して殺菌する機能を兼ね備えた殺菌遠心分離機であり、特開２００７−１４４３８６号公報の図１２とその関連記載に開示された装置と実質的に同じである。
次に、本実施形態の水処理システム１Ａを用いて原水を処理する場合について説明する。
膜モジュール３の逆洗浄工程で発生した洗浄排水は、排水処理ラインＬ６へ送られる。排水処理ラインＬ６において、洗浄排水はサイクロン型紫外線照射槽１３において旋回流による遠心分離作用により固形分すなわち懸濁物質が分離されると同時に、サイクロン型紫外線照射装置内部に設置された紫外線ランプ１４により紫外線照射が行われる。これにより、洗浄排水内の感染性微生物を含む懸濁物質の固形成分は、サイクロン型紫外線照射槽１３の下部に設置された固形物回収容器１１に一旦蓄積され、定期的に汚泥排出弁Ｖ１２を開閉することにより汚泥として回収処理される。一方、サイクロン型紫外線照射槽１３を通過した処理水は懸濁物質の多くが除去され、紫外線消毒された処理水として原水槽２へ返送され再利用される。
本実施の形態によれば、排水処理系統においてサイクロン型紫外線照射槽１３によって懸濁物質の分離除去と、紫外線照射による殺菌処理を一つの装置で実現することができるため、処理装置を大幅に簡略化することが可能となる。
さらに、本実施の形態によれば、凝集剤等の薬品が不要となるため、薬品に掛かるコストを削減することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、分離膜の逆洗浄処理で使用された水の多くを無害化された水として原水槽に戻し再利用可能となるため、原水の有効利用率を向上することができる。
さらに、本実施の形態によれば、分離除去された懸濁物質から成る汚泥内の感染性微生物の殺菌処理も行われているため、汚泥処理作業時の感染リスクも低減することが可能となる。
（第４の実施形態）
次に、図４を参照して本発明の第４の実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の水処理システム１Ｃが上記第３の実施形態のシステム１Ｂと異なる点は、サイクロン型の第１の紫外線照射槽１３の後段に第２の紫外線照射槽１５を付加している点である。サイクロン型の第１の紫外線照射槽１３は、特開２００７−１４４３８６号公報の図１２とその関連記載に開示された装置と実質的に同じである。また、第２の紫外線照射槽１５は、特開２００７−１４４３８６号公報の図１とその関連記載に開示された装置と実質的に同じである。
サイクロン型の第１の紫外線照射槽１３は、上部側面に開口する入口が排水処理ラインＬ６に連通している。第１の紫外線照射槽１３の最下部は上記第３の実施形態の紫外線照射装置のそれと同じ構成である。第１の紫外線照射槽１３の上部出口はラインＬ１４を介して第２の紫外線照射槽１５の入口に連通している。第２の紫外線照射槽１５は上記第２の実施形態の紫外線照射槽８と実質的に同じ構成である。
次に、本実施形態の水処理システム１Ｃを用いて原水を処理する場合について説明する。
膜モジュール３の逆洗浄工程で発生した洗浄排水は、排水処理ラインＬ６へ送られる。排水処理ラインＬ６において、洗浄排水はサイクロン型紫外線照射槽１３内で旋回流による遠心分離作用により固形分すなわち懸濁物質が分離されると同時に、サイクロン型紫外線照射装置内部に設置された紫外線ランプ１４により紫外線照射が行われる。これにより、洗浄排水内の感染性微生物を含む懸濁物質の固形成分は、サイクロン型紫外線照射槽１３の下部に設置された固形物回収容器１１に一旦蓄積され、定期的に汚泥排出弁Ｖ１２を開閉することにより汚泥として回収処理される。一方、サイクロン型紫外線照射槽１３を通過した処理水は懸濁物質の多くが除去され、紫外線消毒された１次消毒処理水として第２の紫外線照射槽１５へ送られ、２次的紫外線消毒処理が行われる。そして、第２の紫外線照射槽１５を通過した処理水は、原水槽１へ返送され再利用される。
本実施の形態によれば、排水処理ラインＬ６においてサイクロン型紫外線照射槽１３によって懸濁物質の分離除去と、紫外線照射による１次の殺菌処理を行い、さらに、第２の紫外線照射槽１５により、残存した感染性微生物が安全な基準（３ｌｏｇ不活化）まで処理された水として、原水槽へ返送されて再利用されため、原水の有効利用率をさらに向上することができる。
さらに、分離除去された懸濁物質から成る汚泥内の感染性微生物の殺菌処理も行われているため、汚泥処理作業時の感染リスクも低減することが可能となる。
（第５の実施形態）
次に、図５を参照して本発明の第５の実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の水処理システム１Ｄが上記第４の実施形態のシステム１Ｃと異なる点は、逆洗浄ポンプＰ２の吐出側ラインＬ４から分岐してサイクロン型紫外線照射槽１３に直接接続されたバイパスラインＬ１５を設けた点にある。さらに、異なる点として、サイクロン型紫外線照射槽１３及び第２の紫外線照射槽１５の内部にランプ保護管を清掃するための清掃装置１７ａ，１７ｂが内蔵されている点にある。これらの清掃装置１７ａ，１７ｂは、特開２００７−１４４３８６号公報の図１９とその関連記載に開示された装置と実質的に同じである。
次に、本実施形態の水処理システム１Ｄを用いて原水を処理する場合について説明する。
膜モジュール３の逆洗浄工程で発生した洗浄排水は、排水処理ラインＬ６へ送られる。排水処理ラインＬ６において、洗浄排水はサイクロン型紫外線照射槽１３において旋回流による遠心分離作用により固形分すなわち懸濁物質が分離されると同時に、サイクロン型紫外線照射装置内部に設置された紫外線ランプ１４により紫外線照射が行われる。これにより、洗浄排水内の感染性微生物を含む懸濁物質の固形成分は、サイクロン型紫外線照射槽１３の下部に設置された固形物回収容器１１に一旦蓄積され、定期的に汚泥排出弁Ｖ１２を開閉することにより汚泥として回収処理される。一方、サイクロン型紫外線照射槽１３を通過した処理水は懸濁物質の多くが除去され、紫外線消毒された１次消毒処理水として第２の紫外線照射槽１５へ送られ、２次的紫外線消毒処理が行われる。そして、第２の紫外線照射槽１５を通過した処理水は、原水槽２へ返送され、再利用される。
膜モジュール３の逆洗浄工程が終了すると、通常のろ過工程に戻って運転されるが、本実施形態では、逆洗浄ポンプＰ２の運転をさらに継続し、切換バルブＶ１３の操作でろ過水の一部が排水処理系統洗浄ラインＬ１５を通して直接サイクロン型紫外線照射槽１３へ供給される。
サイクロン型紫外線照射槽１３では、槽内に付着残留した懸濁物質の剥離洗浄と、紫外線ランプ保護管に付着した懸濁物質が清掃装置１７ａの動作により剥離除去される。ここで剥離除去された懸濁物質は、旋回流による遠心分離作用で固液分離された固形成分は、サイクロン型紫外線照射槽１３の下部に設置された固形物回収容器１１に一旦蓄積され、定期的に汚泥排出弁Ｖ１２を開閉することにより汚泥として回収処理される。一方、サイクロン型紫外線照射槽１３を通過した処理水は懸濁物質の多くが除去され、紫外線消毒された１次消毒処理水として第２の紫外線照射槽１５へ送られ、２次的紫外線消毒処理が行われる。ここでも、清掃装置１７ｂが稼動し、紫外線ランプ保護管表面に僅かに付着した汚れを剥離除去する。そして、第２の紫外線照射槽１５を通過した処理水は原水槽２に戻され、再利用される。
本実施形態によれば、排水処理系統洗浄工程でサイクロン型紫外線照射槽１３及び第２の紫外線照射槽１５に内蔵された紫外線ランプを保護している保護管表面を定期的に清掃することにより、保護管表面の汚れを除去することができるため、紫外線照射性能の低下を防止することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、排水処理系統洗浄工程で使用された水も、サイクロン型紫外線照射槽１３及び第２の紫外線照射槽１５において紫外線照射されるため、洗浄工程で剥離された懸濁物質内に残存している感染性微生物を確実に殺菌処理し、原水槽１への返送再利用が可能となる。この結果、原水の有効利用率を低下させることは無い。
さらに、本実施の形態によれば、分離除去された懸濁物質から成る汚泥内の感染性微生物の殺菌処理も行われているため、汚泥処理作業時の感染リスクも低減することが可能となる。
（第６の実施形態）
次に、図６を参照して本発明の第６の実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の水処理システムの基本的な構成は、上記第５の実施形態の水処理システムと同じである。但し、本実施形態のシステムでは、システム全体を統括的に制御する制御器９が複数のタイマー回路（図示せず）を内蔵している点が異なる。これらのタイマー回路の各々は、例えば直列接続された抵抗ＲとキャパシタＣを含むＣＲ時定数回路である。抵抗Ｒの一端はインバータを介して各種機器（例えば供給ポンプＰ１、逆洗浄ポンプＰ２）の制御端子に接続され、抵抗Ｒの他端とキャパシタＣの一端との接続点は、トランジスタのゲート端子に接続されている。キャパシタＣの他端はグラウンドＧＮＤに接続されている。
本実施形態の水処理システムの動作について説明する。
原水槽２→膜モジュール３→ろ過水槽４の順に通水して原水をろ過処理する定常運転を所定時間続けると（工程Ｋ１）、制御器９の内蔵タイマーが作動して定常運転から逆洗浄運転に切り換えられる（工程Ｋ２）。例えば供給ポンプＰ１の電源スイッチがＯＮ状態になった時点から、第１のタイマー回路のＣＲ時定数で定まる一定時間が経過すると、第１のタイマー回路の出力すなわちトランジスタのゲート端子がＬレベルとなり、トランジスタがＯＦＦ状態となる。これにより供給ポンプＰ１のアーマチュアコイルへの電流供給が遮断されるため、供給ポンプＰ１が停止し、原水槽２から分離膜モジュール３への原水の供給が停止する。このようにして供給ポンプＰ１の起動から一定時間遅れたタイミングでポンプＰ１は停止する。さらに制御器９は、信号Ｓ２，Ｓ３を送ってバルブＶ２，Ｖ３を閉じる一方で、信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１４を送ってバルブＶ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ９，Ｖ１０を開けるとともに、信号Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５を送って逆洗浄ポンプＰ２およびコンプレッサーＣ１，Ｃ２をそれぞれ起動させる。これによりろ過水槽４→膜モジュール３→サイクロン型紫外線照射槽１３→第２の紫外線照射槽１５→原水槽２の順に通水される逆洗浄運転が行なわれる（工程Ｋ３）。
逆洗浄運転を所定時間続けると（工程Ｋ３）、制御器９の内蔵タイマーが作動して逆洗浄運転から排水処理ライン洗浄運転に切り換えられる（工程Ｋ４）。例えば逆洗浄ポンプＰ２の電源スイッチがＯＦＦ状態になった時点から、第２のタイマー回路のＣＲ時定数で定まる一定時間が経過すると、第２のタイマー回路の出力すなわちトランジスタのゲート端子がＨレベルとなり、トランジスタがＯＮ状態となる。これにより逆洗浄ポンプＰ２のアーマチュアコイルへの電流供給が再開されるため、逆洗浄ポンプＰ２が再起動する。このようにして逆洗浄ポンプＰ２の停止から一定時間遅れたタイミングで逆洗浄ポンプＰ２が再起動する。この排水処理ラインＬ６の洗浄運転は、分離膜の逆洗浄後で、かつ膜ろ過運転中において少なくとも１回以上、洗浄排水処理手段の洗浄を実施する（工程Ｋ５）。その後、排水処理ライン洗浄運転が完了すると、工程Ｋ１の定常運転に復帰する。
以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々変形および組み合わせることが可能である。
本発明の第１の実施形態に係る水処理システムを模式的に示すブロック断面図。 本発明の第２の実施形態に係る水処理システムを模式的に示すブロック断面図。 本発明の第３の実施形態に係る水処理システムを模式的に示すブロック断面図。 本発明の第４の実施形態に係る水処理システムを模式的に示すブロック断面図。 本発明の第５の実施形態に係る水処理システムを模式的に示すブロック断面図。 本発明の水処理システムを用いて水処理する方法を示すフローチャート。
符号の説明
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…水処理システム、
２…原水槽、３…膜モジュール、４…ろ過水槽、５…凝集槽、６…攪拌機、
７…沈殿槽、８…紫外線照射槽、９…制御器、１０…サイクロン固液分離装置、
１１…汚泥回収容器、１３…サイクロン型紫外線照射槽、１４…紫外線ランプ、
１５…第２の紫外線照射槽、
１７ａ，１７ｂ…紫外線ランプ清掃装置、
Ｐ１，Ｐ２…ポンプ、Ｃ１，Ｃ２…コンプレッサー、Ｖ１〜Ｖ１３…バルブ、Ｌ１〜Ｌ１５，Ｌ２０…ライン。

Claims (4)

  1. 河川水、湖沼水および地下水のような原水から水道水や工業用水を製造するための水処理システムであって、
    (A)原水を収容する原水槽と、
    (B)前記原水槽からの原水を受け入れ、該原水中の異物を分離除去する分離膜を有する分離膜モジュールと、
    (C)前記原水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、前記原水槽から前記分離膜モジュールに原水を送る供給ポンプと、
    (D)前記分離膜モジュールの分離膜を透過したろ過水を受け入れ、一時的に貯留して上澄みを処理水として送り出すろ過水槽と、
    (E)前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールにろ過水を逆流させる逆洗浄ポンプと、
    (F)前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールまでの間に設けられ、水の流れを順方向と逆方向との間で切り換える弁および流路と、
    (G)前記分離膜モジュールから前記原水槽までの間に設けられ、前記分離膜の逆洗浄により発生する逆洗浄排水を固液分離処理し、かつ紫外線照射処理し、処理した排水を前記原水槽に戻すサイクロン型紫外線照射槽と、
    (H)前記原水槽から前記分離膜モジュールへの原水の供給を停止させ、前記弁および流路を逆方向に切換え、前記逆洗浄ポンプにより前記ろ過水槽から前記分離膜モジュールにろ過水を供給させ、前記分離膜を逆洗浄させるとともに、前記分離膜の逆洗浄後で、かつ膜ろ過運転中において少なくとも１回以上、前記サイクロン型紫外線照射槽の洗浄を実施するための時間制御を行う制御手段と、
    を具備することを特徴とする水処理システム。
  2. 前記サイクロン型紫外線照射槽から前記原水槽までの間に設けられ、前記サイクロン型紫外線照射槽により処理された逆洗浄排水をさらに紫外線照射処理し、前記原水槽に戻す第２の紫外線照射槽をさらに有することを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
  3. 前記サイクロン型紫外線照射槽および前記第２の紫外線照射槽は、波長２５３．７ｎｍを含む波長の紫外線を発光する紫外線ランプをそれぞれ内蔵していることを特徴とする請求項２記載の水処理システム。
  4. 前記紫外線ランプは、その外周を外部流体とは隔離、保護するための石英製ガラス管からなる保護管内に収納されていることを特徴とする請求項３記載の水処理システム。
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