JP5908186B2 - 膜を用いた水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は上水、工業用水、下水、下水二次処理水、工場排水、海水、屎尿等を膜ろ過して処理する膜を用いた水処理方法および水処理装置に関するものであり、特に膜の洗浄に関わるものである。

水を膜ろ過処理して水中の異物等を除去する場合、継続的に処理を行うと膜が目詰まりしてろ過の圧力が増加し、ろ過水量が低下する。ここで異物とは、膜ろ過処理時における膜ろ過処理によって膜ろ過処理水と分離されるもの全ての総称であり、例えば、微生物の塊である汚泥（以下同様）、被処理水中のＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄの略。浮遊性固形物のこと。以下同様）等がこれに含まれる。なお、単位時間当たり、単位膜ろ過面積当たりのろ過水量を以下、フラックス（flux）と呼ぶ。膜の目詰まりの要因は、水中の異物であったり、膜面あるいは膜内に付着した微生物であったり、その微生物の代謝物であったりするが、膜ろ過設備設計時のフラックスの値、例えば０．２〜５．０ｍ^３／日を確保するためには、定期的に膜を洗浄してこれらを取り除く必要がある。

そこでフラックスを確保するために、膜のろ過方向（被処理水をろ過する場合の被処理水の流れ方向）とは逆の方向から膜ろ過水あるいは水道水等の清澄な水を噴出させて膜を洗浄する逆洗工程が実施される。すなわち、膜ろ過処理中は膜の一次側から二次側へ水が流れてろ過処理されるが、逆洗工程は二次側から一次側へ清澄な水を流して膜の汚れを除去する。ここで、清澄な水とは、水道水、膜ろ過水、井戸水、排水・下水処理場の処理水であって、濁度１未満もしくはＳＳが１ｍｇ／Ｌ未満の水を言う（以下同様）。また、一次側は未処理水が存在する領域、二次側はろ過水（本発明では、ろ過水とは、ろ過された後の水のことを意味する）が存在する領域となる。すなわち、膜を挟んで被ろ過側が一次側、ろ過側が二次側となる。逆洗方法としては、物理的な目詰まりであれば、ろ過水（ろ過された水）あるいは水道水等の清澄な水で逆洗が可能であるが、膜面あるいは膜内に化学的に結合した付着物を除去することができない。

そこで以下の逆洗方法が採られる。水処理で一般的な薬品とされる次亜塩素酸ナトリウム溶液を使用する方法、さらにシュウ酸あるいはクエン酸を使用する方法、さらに特許文献１のようにオゾン水を生成してこれを逆洗水として使用する方法、また特許文献２のようにオゾン水で逆洗するとともに膜の一次側に気泡を導入して膜を揺動させる方法がある。

特開２００１−７０７６１号公報 特開２００１−７９３６５号公報 特開平５−３０５２２１号公報

しかし従来の逆洗方法（特許文献１、２参照）では、膜内および膜面（一次側）の付着物（ファウリング（fouling）物質）の除去が不十分であった。すなわち、従来の清澄な水としてオゾン水を使用した逆洗方法では、溶解しなかったオゾンガスを排オゾンガスとして分離して大気圧でオゾン水を生成しているため、オゾン水濃度を高めても実際に膜内および膜面へオゾン水が到達する際のオゾン水濃度は０．０１〜３ｍｇ／Ｌまで低下し、またポンプで加圧して膜内および膜面へ送水してもオゾン水濃度はそれ以上には高くならない。大気圧でオゾン水を生成しているためである（オゾンガスを溶解させない限り、オゾン水濃度を高めることはできない）。その結果、ファウリング物質とオゾンとの反応が十分に進行しない。また圧力も低いため、ファウリング物質とオゾンとの反応が促進されない。さらに、逆洗水が膜の二次側から流入して一次側から流出する際には、既に溶存したオゾンは膜内のファウリング物質との反応で消費されており、一次側の膜面でオゾンを含む気泡を発生させることができず、膜面のファウリング物質を除去することができない。これは、オゾンが気泡中に含まれることで初めてオゾンの酸化力を利用して膜面のファウリング物質を酸化分解して、除去できるからである。なお、ファウリング物質とは微生物の代謝生成物のことであり、例えば多糖類、蛋白質などが含まれる（以下同様）。

また、従来の逆洗方法（特許文献３参照）では、インジェクタによってオゾンガスを注入した逆洗水を使用して膜を洗浄しており、さらに背圧弁を使用して洗浄部の圧力を高めているもののオゾンガスを同伴しているため、オゾンガスが配管内に溜まり、膜内を均一に洗浄することができない。さらに、膜内を洗浄できるオゾン水は膜内を通過することのできる洗浄水の一部であり、オゾン水のほとんどは気液分離槽へ移動する。背圧弁で膜内へ通過するオゾン水を増加させようとしても、上述したとおりオゾンガスが配管内に溜まるため、膜内を均一に洗浄できない。さらに、オゾンガスを注入したオゾン水は気液分離槽を介して処理水槽に戻るため、膜内の洗浄に使用されるオゾン水は一部であり、オゾンの利用効率が悪い。

また、逆洗水として処理水（膜ろ過水）を使用した場合、処理水中の有機物によってオゾンが消費されてしまうため、水中のオゾン濃度を高められず、十分な膜の洗浄効果を得られない（特許文献１、２、３参照）。なお、洗浄でオゾンが消費された際には、酸素が溶解しているため、それが気体となって膜面（一次側）から出てくること場合もあるが、酸素では膜面（一次側）の洗浄効果は得られない。

また、膜の一次側を曝気する方法では、膜に付着した微生物の一部は曝気した気泡の推進力により剥離されるが、膜面のファウリング物質は、例えば微生物代謝物の高分子有機物であり、気泡の推進力だけでは除去することができない。すなわち、気泡が微生物代謝物の高分子有機物への接触あるいは気泡の移動によって生じた水の流れの力では、微生物代謝物の高分子有機物を除去できない。さらに、この微生物代謝物を介して膜面に付着した微生物も除去することができない（特許文献１、２参照）。

さらに膜面（一次側）をオゾンガスでバブリング洗浄しているが、逆洗水で注入したオゾンガスのうち溶解しなかったオゾンガスを使用している。それゆえオゾンガス濃度が低く、また気泡径も数ｍｍ〜数ｃｍオーダと大きいため、膜面（一次側）の洗浄効果が不十分である（特許文献３参照）。

さらに、逆洗水の通過流路がろ過水のそれと同じであるため、水深方向である上下方向に対して膜の一次側の圧力が異なり、水深方向の膜面内を均一に洗浄することができない。
水深方向に多段に組み込まれている膜ユニットを同時に逆洗する場合も同様に、水深の異なる各膜ユニット間で均一に洗浄することができない。ここでは、膜とは、孔径０．００１〜０．５μｍの微細な孔を持つシート状のもの、もしくは中空糸状のものを言い、その膜について水をろ過できるように配管等を取り付けて組み合わせたものを膜モジュール、その膜モジュールをいくつか組み合わせたものを膜ユニットと呼ぶ。

そして、膜内および膜面のファウリング物質を除去できないと膜間差圧の回復程度が低下し、フラックスが徐々に低下する。ここで膜間差圧とは、膜ろ過処理時の膜の二次側の圧力と大気圧との差を言う。なお特に断らない限り、本発明では膜間差圧の表記として絶対値で示す。さらに逆洗を繰り返していくと膜内および膜面の除去できないファウリング物質が堆積し、膜ろ過設備設計時のフラックスの値、例えば０．２〜５．０ｍ^３／日が得られなくなり、オフラインでの薬液洗浄を実施する、もしくはそれでも膜間差圧が回復しない場合は膜を交換する必要が生じる。従って、数十日〜数百日の長期間に亘って膜ろ過設備設計時のフラックスの値、例えば０．２〜５．０ｍ^３／日を確保するためには、膜内および膜面のファウリング物質を逆洗で適切に除去する必要がある。

この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、被処理水を膜ろ過して処理する膜ろ過設備の膜の洗浄において、膜内および膜面のファウリング物質を逆洗で適切に除去することのできる膜の洗浄方法および膜の洗浄装置を提供することを目的とする。

この発明に係る膜を用いた水処理方法は、
未処理水を膜ろ過用の膜のろ過一次側から前記膜のろ過二次側へ通して前記未処理水を水処理する膜を用いた水処理方法において、
前記膜を洗浄する洗浄水を加圧し、
加圧した前記洗浄水にオゾンガスを注入してオゾン洗浄水を生成し、
前記オゾン洗浄水を前記ろ過二次側から前記ろ過一次側に供給して前記膜の内部を洗浄しつつ、オゾンを含有する気泡を前記ろ過一次側に発生させて前記ろ過一次側にある前記膜の表面を洗浄するものである。

また、この発明に係る膜を用いた水処理装置は、
ろ過一次側からろ過二次側へ未処理水を通して膜ろ過処理を行う膜ろ過用の膜を有し、前記膜ろ過処理されていない前記未処理水に含まれる異物と前記膜ろ過処理により得られたろ過水とを分離する膜ろ過分離装置と、
前記膜ろ過用膜を洗浄する洗浄水を加圧して供給する洗浄水供給ポンプと、
オゾンガスを供給するオゾン発生器と、
配管を介して前記洗浄水供給ポンプ及び前記オゾン発生器に接続され、前記洗浄水供給ポンプが加圧して供給した洗浄水に前記オゾン発生器が供給した前記オゾンガスを溶解させたオゾン洗浄水を生成し、前記膜ろ過分離装置に前記オゾン洗浄水を供給するオゾン溶解部と、
前記未処理水を前記ろ過一次側から前記ろ過二次側へ通す前記膜ろ過処理と前記オゾン洗浄水を前記ろ過二次側から前記ろ過一次側へ通す逆洗処理とを切り替える切替弁と、
を備え、
前記逆洗処理により、前記膜ろ過用膜の内部とともに前記ろ過一次側の前記膜の表面を洗浄するものである。

以上のように、本発明の膜を用いた水処理方法および水処理装置によれば、加圧した洗浄水にオゾンガスを注入してオゾン洗浄水を生成するので、オゾンを洗浄水中へ高効率に溶解でき、また、未溶解のガスが少ない状態になるため、ガスを分離しなくても膜ろ過分離装置にオゾン洗浄水を供給できる。
また、加圧した洗浄水にオゾンガスを注入したオゾン洗浄水をろ過二次側からろ過一次側に供給して膜の内部を洗浄しつつ、オゾンを含有する気泡をろ過一次側に発生させてろ過一次側にある膜の表面を洗浄するため、膜の一次側で被処理水と接する膜表面の全体から、オゾンを含む気泡を発生でき、膜の一次側の膜面ファウリング物質を面内（ここでは、被処理水と接する膜表面の全体のこと）均一に除去するとともにファウリング物質の付着抑制によって洗浄効果を高めることができる。
また、過飽和のオゾン水を使用するため、高濃度のオゾン水によって膜の二次側での膜内ファウリング物質とオゾンとの反応を促進できる。また、オゾンがファウリング物質との反応で消費された後は酸素に戻るため、被処理水槽の溶存酸素濃度を高めることができる。
また、逆洗時に曝気風量を削減でき、省エネ化を図れる。
さらに、通常、設計時のフラックスは膜のフラックス低下を想定しているため高めに設定しているが、オゾンガスを加圧して洗浄水に注入した場合には、そうでない場合よりも膜の洗浄効果が高く、高いフラックスを維持できることから必要な膜面積を低減できる。すなわち、必要な膜モジュール数もしくは膜ユニット数を低減させることができ、膜ろ過分離装置を小型化できる。

本発明の実施の形態１の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１のオゾンガス濃度と逆洗水中のオゾン濃度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１の他の実施例を示すブロック図である。 本発明と従来例の膜内および膜面のファウリング物質のオゾン水による除去過程を説明する図である。 本発明の実施の形態１の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態６の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態７の一実施例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態７の他の実施例を示すブロック図である。 比較例１を示すブロック図である。 比較例２を示すブロック図である。 比較例と本発明の実施例に係る膜ろ過抵抗の経日変化を示す図である。 本発明の実施例２に係るオゾン水濃度と膜間差圧との関係を示す図である。 オゾンガスを濃縮した場合の、オゾンガス濃度に対する逆洗浄水中のオゾン濃度の変化の一例を示す図である。 オゾンガスを濃縮した場合の、オゾンガス濃度に対する逆洗浄水中のオゾン濃度とオゾンガス濃度との比の一例を示す図である。 オゾンガスを濃縮した場合の、膜間差圧が元の状態に回復するのに必要なオゾンガス濃度に対する洗浄量比の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示すブロック図である。本実施の形態の構成においては、膜ろ過分離装置２が被処理水槽１内に浸漬され、膜接続配管１１を介して切替弁１０に接続されている。切替弁１０において、ろ過水配管１２とオゾン水配管１４とに分岐されており、ろ過水配管１２は切替弁１０に接続されており、ろ過水配管１２の配管経路上にろ過ポンプ７がある。また、オゾン水配管１４にはオゾン溶解部であるオゾン混合槽５が接続されている。また、その上流側に洗浄水配管１３を介して洗浄水槽３が接続されており、オゾン混合槽５と洗浄水槽３の間の洗浄水配管１３上には洗浄水供給ポンプ８がある。また、オゾン混合槽５にはオゾンガス配管１６を介してオゾン発生部であるオゾン発生器４が接続されている。このオゾン発生器４には、以下で特にコメントする場合を除き、記号Ｇで示した酸素含有ガスが通常、供給される。さらに、被処理水槽１の上面には被処理水配管１５の出口が設置されている。なお、膜ろ過分離装置２、オゾン混合槽５、オゾン水配管１４、切替弁１０、膜接続配管１１、オゾンガス配管１６は、オゾン耐性を持つことが好ましい。

続いて動作について説明する。膜ろ過処理を実施している場合、被処理水は被処理水配管１５を介して被処理水槽１内に送られる（ここで、被処理水とは被処理水配管１５を通る水のことである。以下同様）。ろ過ポンプ７によって、被処理水は膜ろ過分離装置２を介してろ過され、ろ過された処理水が膜接続配管１１を介して切替弁１０を経由し、ろ過水配管１２を介して得られる。継続して膜ろ過処理をすると膜が目詰まりするため、定期的（数時間〜数週間、数ヶ月間に１回の頻度。設計もしくは運転条件、または被処理水の水質等によって変わる）に逆洗が必要となる。膜が目詰まりすると、ろ過ポンプ７を停止し、膜接続配管１１とオゾン水配管１４が接続されるように、切替弁１０を切替えて逆洗工程が開始される。

なお、膜間差圧を計測して、膜間差圧が例えば２０ｋＰａまで上昇したら逆洗工程に切替わるように設定してもよい。また、切替え前に膜ろ過処理をせずに膜ろ過分離装置２を静置する時間を設けてもよい。なお、静置とは、ろ過ポンプ７を停止して、ろ過しないことを意味する。その際、膜ろ過分離装置２の下方向（膜ろ過分離装置２の真下の方向）から空気を曝気することで、膜面の付着物除去効果が期待される。その際、曝気は間欠的に実施してもよい。

また、オゾンを含有する洗浄水のオゾン水濃度を測定するため、膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４にオゾン濃度計を設置することも可能である。もしくは、膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４にバイパス回路を設けて、そこにオゾン濃度計を設置することも可能である。その場合、オゾン濃度計を通過したオゾン水は膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４に戻す。

さらに、オゾン濃度計の値を基にオゾンガス濃度を制御することも可能である。すなわち、オゾン水濃度が洗浄水に用いる処理水（膜ろ過水）の水質によって変動するため、オゾン濃度計の値が所定の値（例えば３ｍｇ／Ｌ）よりも低ければ、オゾンガス濃度を高めることで、十分な洗浄能力を保ちつつ、オゾンを効率的に発生、使用することが可能となる。

ここで、膜ろ過分離装置の逆洗工程は次のとおり進められる。洗浄水槽３に貯留された洗浄水は、洗浄水配管１３を介して洗浄水供給ポンプ８で加圧されてオゾン混合槽５へ送られる。ここで、洗浄水とは、一般的には膜を逆洗する際に使用するろ過水のことを意味するが、水道水など他の清澄な水であってもよい。
オゾン混合槽５では、オゾン発生器４で発生させたオゾン含有ガス（以降、オゾンガスと呼ぶ）が洗浄水と混合されてオゾンが水中に溶解してオゾン洗浄水が生成される。その際、オゾンガス濃度が３０ｇ／Ｎｍ³以上の高濃度のオゾンガスを使用するため、ガス液比（オゾンガス流量と洗浄水の比率）を小さくでき（小さくできる理由は、例えばオゾンガス濃度を３０ｇ／Ｎｍ³以上の高濃度としており、同じオゾン量を得るために必要なガス量が小さくなるため）、さらに加圧していることにより、オゾンガスを加圧した洗浄水に注入した場合には、そうでない場合よりも高効率にオゾンを洗浄水中へ溶解できる。

また、加圧することによって洗浄水中の有機物とオゾンが反応して消費されても、オゾンガス濃度が高いために水中でも高いオゾン水濃度を維持できる。なお、オゾン洗浄水を使用する前にろ過水のみを使用して膜を逆洗する工程を組み合わせてもよい。またオゾン洗浄水を使用せず、ろ過水のみを使用して膜を逆洗する工程のみを実施して、膜ろ過処理に移行してもよい。ろ過水のみを使用して膜を逆洗する工程のみでは膜間差圧が十分に回復しない場合にオゾン洗浄水を使用することも可能である。

その結果、未溶解のガスがない、もしくは、オゾンガスを加圧した洗浄水に注入した場合には、そうでない場合に比較して、また逆洗水を回収して処理水槽に戻す場合と比較して、未溶解のガスが少ない状態となり、ガスを分離せずとも膜ろ過分離装置２に洗浄水、すなわち本実施の形態においては、オゾン洗浄水を供給することができる。オゾンガスの原料としては液体酸素、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）もしくはＶＰＳＡ（Vacuum Pressure Swing Adsorption）で生成した酸素を使用できる。

また、オゾンガス濃度としては、３０ｇ／Ｎｍ³以上、２１００ｇ／Ｎｍ³以下が望ましい。なお、４００ｇ／Ｎｍ³以上のオゾンガス濃度を発生させるためには、オゾンガスを一旦、貯蔵して濃縮させる必要がある。オゾンガス濃度が３０ｇ／Ｎｍ³未満では、オゾンガス流量が増大し（オゾン発生量はオゾンガス濃度とオゾンガス流量の積であり、同じオゾン発生量を得るためにはオゾンガス濃度が低ければオゾンガス流量は高くなる）、オゾンガスを効率よく洗浄水に溶解させることができない。またオゾンガス濃度が２１００ｇ／Ｎｍ³より大きくなるとオゾン発生器４のオゾン生成効率が低下する、すなわち、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³以上、２１００ｇ／Ｎｍ³以下の範囲よりも単位オゾン発生量当たりの消費電力量が増加するため、好ましくない。

また、処理水（ここでは膜ろ過水のこと）を逆洗水として使用する場合、処理水中の有機物等とオゾンが反応するが、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³以上とすることで洗浄水中のオゾン水濃度を高めることができる。これは、オゾンガス濃度が高いほどガス液比を小さくでき、ガス液比が小さいほどオゾンガスの溶解効率が高まるためである。さらにオゾンガス濃度が高いほど、オゾンガスの分圧が高くなり、一部のオゾンが有機物との反応で消費されても高いオゾン水濃度を高めることができる。

図１に示したブロック図においてオゾンガス濃度に対するオゾン水濃度の変化を図２に示す。図２に示すように、逆洗水１L当たりに注入するオゾン量、すなわちオゾン注入率を１０ｍｇ／Ｌとした場合、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³以上で急激に逆洗水のオゾン水濃度が高くなる。このときのオゾン水濃度は４ｍｇ／Ｌであり、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³のときのガス液比は１０÷３０＝０．３３となる。これは、高濃度のオゾンガスを使用することで処理水（膜ろ過水）中の有機物との反応でオゾンが消費されても、オゾンガスが液中に供給されるためであり、この効果は加圧されるとさらに大きくなる。すなわち、オゾン水濃度４ｍｇ／Ｌ以上で高い膜の洗浄効果が得られる。これはオゾン注入率２０ｍｇ／Ｌに限らない。

さらに、オゾンガス濃度を高くすると、オゾンガス濃度６０ｇ／Ｎｍ³、６００ｇ／Ｎｍ³、２１００ｇ／Ｎｍ³とした場合のガス液比は、それぞれ０．１７、０．０１７、０．００４８となり、ガス液比が小さいほどオゾンガスの溶解率が高くなり、またオゾンガスの溶解はヘンリーの法則に従うことから、より高い濃度の逆洗用オゾン水を生成できる。

洗浄効果はオゾンの酸化力と膜内に付着したファウリング物質を剥離するための洗浄水の剪断力で得られるため、オゾンガス濃度が高いほどより少ないオゾン量でファウリング物質が剥離されやすくなる。すなわち、オゾンによってファウリング物質が酸化されて膜との付着力が低減され、逆洗水によって剥離されやすくなる。これはオゾン水濃度とファウリング物質の濃度に依存する二次反応であるため、オゾン水濃度が高いほど、すなわちオゾンガス濃度が高いほどオゾンとファウリング物質との反応が促進される。さらに、同じオゾン量（オゾン水濃度×逆洗水量の積）であれば、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³以上においてオゾン水濃度が高いほど有機物との反応が効率的に進んで膜間差圧の回復率が高くなるため、オゾンガス濃度３０ｇ／Ｎｍ³以上とすることでより効率的な逆洗が可能になる。

オゾン洗浄水はオゾン水配管１４を介して切替弁１０を経由し、さらに膜接続配管１１を介して膜ろ過分離装置２へ供給されて膜ろ過分離装置２の洗浄が開始され、膜内がオゾン洗浄水で洗浄される。さらに、膜ろ過分離装置２の膜面一次側から、直径０．１μｍ〜１ｍｍのオゾンを含有する気泡（以下では、略してオゾン気泡と呼ぶ）１０１が発生し、膜面がこれによって洗浄される。そして、オゾン気泡１０１が膜面全体を覆う。なお、この場合においては、膜内から膜の一次側にオゾン洗浄水が移動する際、圧力が低下するため、水中に溶解していたオゾンが溶けきれなくなって、オゾンガスとなる。オゾン気泡１０１が膜面全体を覆う理由は、膜内全面からオゾン洗浄水が膜の一次側に出るためである。このことによって、膜の洗浄が十分に実施される。

予め定めた時間、例えば２０分間を経過し逆洗工程が完了すると、切替弁１０をろ過水配管１２と膜接続配管１１が接続されるように切替えて再度、上述したように膜ろ過処理が開始される。なお、切替え前に膜ろ過処理をせずに静置する時間を設けてもよい。このとき洗浄水としてオゾン洗浄水を使用しているため、膜接続配管１１に残留している洗浄水も処理水としてそのまま、すなわち、配管内に残留している洗浄水、すなわちオゾン洗浄水を捨てることなく、膜でろ過した処理水として扱うことができ、回収することができる。

さらに、オゾンガスをオゾン混合槽５へ注入せずに、処理水（膜ろ過水）のみを使用して逆洗することも可能である。もしくは、洗浄水供給ポンプ８とオゾン混合槽５の間に分岐を設けてオゾン水配管１４に接続することで処理水（膜ろ過水）のみを使用して逆洗することも可能である。

洗浄水として、例えば次亜塩素酸ナトリウム溶液を使用した場合、別途、排水として回収する必要があるが、オゾン洗浄水を使用した場合これは不要である。オゾンは時間が経つと自然に分解されるためであり、その半減期は２０〜３０分である。さらに本実施の形態では、オゾンガスを加圧した洗浄水に注入した場合にはそうでない場合よりも高いオゾン濃度のオゾン洗浄水を使用しているため、従来例と比較してより短時間で逆洗を完了することができる。洗浄水は水道水を使用してもよいし、またろ過水を貯留して使用してもよい。

ろ過水を使用した場合のブロック図を図３に示す。ろ過水配管１２および処理水配管６が洗浄水槽３に接続され、さらに膜接続配管１１に圧力計９が設定されている以外は図１と同じ構成である。なお、圧力計９は切替弁１０とろ過ポンプ７の間にあってもよい。すなわち、ろ過水が洗浄水槽３に貯留され、逆洗工程時に洗浄水槽３に貯留されたろ過水を洗浄水として使用する。さらに膜接続配管１１に圧力計９を設置して、常時この圧力計９を使用して圧力を監視し、所定の圧力（設計時に予め定めた圧力で、例えば５〜１００ｋＰａ）まで上昇したら逆洗を自動で開始することも可能である。ろ過水を使用することで、新たに洗浄水を用意する必要がない。ここで圧力計９はオゾン耐性があることが好ましい。なお、以上の図１および図３のブロック図では、陰圧ろ過方式について示した。この陰圧ろ過方式は負圧にして被処理水を吸引してろ過水を得る方式であるのに対し、加圧ろ過方式は被ろ過水を加圧して膜を通過させてろ過水を得る方式である。陰圧ろ過方式では膜モジュールの下流側にろ過水を得るための吸引ポンプが設けられており、加圧ろ過方式では膜モジュールの上流側に被ろ過水を押し込むための加圧ポンプが設けられている。

膜ろ過分離装置２の逆洗時の状況について図４を用いて説明する。従来の方法では、膜内に入らない逆洗水の量が多く（Ｃ２０１の吹き出し付矢印を参照）、また、逆洗水のオゾン水濃度が低いため、膜内のファウリング物質とオゾンとの反応が不十分で、ファウリング物質除去が不十分となり（Ｃ２００の吹き出し部分を参照）、十分に膜を洗浄することができない。さらに、逆洗水が膜の一次側（汚泥側）に到達した時点で既にオゾンが消費されてしまっているため、膜面の一次側に付着したファウリング物質を除去することができない。さらに、膜面からオゾンを含有する気泡が発生せず、膜面の一次側に付着した汚泥を剥離することもできない（Ｃ１００の吹き出し部分を参照）。ただし、酸素の気泡が発生する場合もあるが、酸素では酸化力がないため膜面の一次側に付着したファウリング物質あるいは汚泥をそれぞれ除去、剥離することができない。

一方、本実施の形態では、オゾンガスを加圧した洗浄水に注入した場合にはそうでない場合よりも高いオゾン濃度のオゾン洗浄水を逆洗水として供給しているため、逆洗水が全て膜に供給され、オゾン水濃度が高く、十分なファウリング物質除去が可能である（Ｃ２の吹き出し部分を参照）。また、膜内のファウリング物質とオゾンとを十分に反応させることができるとともに、オゾンガスを加圧しない洗浄水に注入して生成した低濃度のオゾン水あるいは次亜塩素酸ナトリウム水溶液を洗浄水で使用した場合と比較して、短時間で反応を完了させることができる。さらに、逆洗水が膜の一次側（汚泥側）に到達したとき、膜の抵抗がなくなり圧力が低下して溶解していたオゾンがガス化して（Ｃ１０の吹き出し部分を参照）、直径０．１μｍ〜１ｍｍの微細な気泡が膜面の一次側の全面（この場合、圧力の低下の程度と全面になるかどうかは関連していない）から発生する。

その結果、膜面の一次側のファウリング物質とオゾンとを効率的に反応させることができるとともに、直径０．１μｍ〜１ｍｍの微細な気泡が膜面の一次側の全面から大量に発生するため、膜面全体を均一に洗浄することができる。すなわち、オゾンの気泡が膜面を摺り上がるため、膜面のファウリング物質の除去が進行する（Ｃ１の吹き出し部分を参照）。ここで、均一とは膜面の単位面積当たりで発生する気泡数が均一という意味である。気泡の発生量は圧力変化とオゾン水濃度と膜の孔径で決まるので、それらが等しい状態で逆洗すれば均一になる。さらに、オゾンを含有する気泡の作用によって、膜面の一次側のファウリング物質および汚泥を剥離することができる（Ｃ１の吹き出し部分を参照）。

これによって膜面の一次側を清浄に保てるとともに、低濃度のオゾン水あるいは次亜塩素酸ナトリウム水溶液を洗浄水で使用した場合と比較して高いフラックスの設計値を確保できる。つまり、設計値を満たすフラックスを数時間〜数百日の長期間に亘って得ることができる。本効果は膜面をオゾンガスで曝気するだけでは、膜面が上下、左右に振動して膜面へオゾンガスが均一に当たらないため、得られず、また膜面をオゾンガスで曝気しても膜内を洗浄できないため、同様に本効果を得ることができない。なお、図４では、従来例と本実施の形態の違いを明確化するため、一次側で発生する酸素ガスについては明示していない。

また、これらの反応によって消費されたオゾンは酸素になるため、膜分離活性汚泥法（以降、ＭＢＲ（Membrane Bioreactor）と略記する）に適用した場合は、汚泥へ酸素が供給されるため、オゾンガスを加圧しない洗浄水に注入して生成した低濃度のオゾン水あるいは次亜塩素酸ナトリウム水溶液を洗浄水で使用した場合と比較して汚泥の活性が高くなるとともに、必要な曝気量を低減できる。さらに、逆洗で使用した一部のオゾンが被処理水槽１へ供給されて汚泥と反応するため、汚泥の増殖を抑制して余剰汚泥を減容すること、さらには余剰汚泥を発生させないことも可能である。

なお、逆洗時に膜ろ過分離装置２の下方向（膜ろ過分離装置２の真下の方向）からブロワーあるいはエアポンプ等によって気泡を供給することで膜面の一次側に膜のろ過水の流れ方向に対する剪断力を与えることができ、ブロワーあるいはエアポンプ等によって気泡を供給しない場合と比較して、より高い洗浄効果が得られる。さらに、直径が数ｍｍ〜数ｃｍの気泡と直径が数μｍ〜１ｍｍの気泡を混合して供給することで、ブロワーあるいはエアポンプ等によって気泡を供給しない場合と比較してより強い剪断力を与えることができ、さらにブロワーあるいはエアポンプ等によって気泡を供給しない場合と比較してより高い洗浄効果が得られる。

オゾン混合槽５は例えば、エジェクタあるいはインジェクタ型の反応器を使用することが好ましい。またこれらの反応器の下流側で切替弁１０の上流側、具体的には、オゾン水配管１４内にスタティックミキサー等の気液混合を促進する機構を設置してもよい。これらによってオゾンガスの微細化が促進されて、よりオゾンガスの逆洗水へのオゾンの溶解が促進される。また、オゾン混合槽５にオゾン水を貯留して、洗浄水供給ポンプ８を切替弁１０とオゾン混合槽５の間に設置しても、オゾン洗浄水による膜ろ過分離装置２のファウリング物質を除去できる。だだし、この場合、洗浄水供給ポンプ８はオゾン耐性仕様である必要がある。

さらに、オゾン発生器４で使用するオゾンガス濃度は、３０ｇ／Ｎｍ³以上と高いほうがよい。オゾンガス濃度を３０ｇ／Ｎｍ³以上にすることで洗浄水からオゾン洗浄水を生成する際、３０ｇ／Ｎｍ³未満のオゾンガス濃度で生成したオゾン水濃度よりも高濃度のオゾン洗浄水を生成させることができる。また、オゾンガス流量と洗浄水流量の比（以降、ガス液比とする）を３０ｇ／Ｎｍ³未満のオゾンガス濃度のガス液比よりも小さくすることで、オゾンの溶解効率を３０ｇ／Ｎｍ³未満のオゾンガス濃度のガス液比よりも高めて、洗浄水供給ポンプ８からの圧力により排オゾンガスを出さない、もしくは３０ｇ／Ｎｍ³未満のオゾンガス濃度の排オゾンガス量と比較してほとんど出さないようにすることができる。これによってオゾンガスを有効に使用することができる。

洗浄水としてオゾン洗浄水を供給する圧力は１０〜５００ＫＰａ、より好ましくは２０〜４００ｋＰａ、さらに好ましくは３０〜３００ｋＰａにするのがよい。圧力が高すぎる場合、膜ろ過分離装置の耐圧を超えてしまう可能性がある。一方、圧力が低いとオゾンガスの溶解が不十分でオゾン水濃度が低くなったり、溶解しきれなかったオゾンガスが配管内に一部、溜まってしまったりする。また、これらの圧力はオゾン洗浄水の流量を調整することで任意の値に設定することが可能である。

ここで逆洗時に、最初はオゾンガスを注入せずに処理水（膜ろ過水）のみを膜ろ過分離装置２に供給し、圧力がある値（例えば２５ｋＰａ）よりも高くなった時点でオゾンガスを注入、溶解させてオゾン水で膜ろ過分離装置２を洗浄すると、より効果的に洗浄を実施できる。すなわち、低い圧力（例えば１０ｋＰａ）でオゾンガスが溶解しない洗浄水を生成することがなくなるため、高い膜洗浄効果を保つことができる。これは、図５に示すように膜接続配管１１に圧力調整弁２２を設置することで実現できる。この圧力調整弁２２は、オゾン耐性があることが好ましい。

洗浄水として供給する流量は、ろ過水量の１／１０〜１０倍とするのがよい。ろ過水量はフラックスと膜面積から算出できる。すなわち、フラックスと膜面積を乗じた値がろ過水量である。洗浄水として供給する流量が１／１０よりも少ないと膜間差圧が低下せず洗浄効果が不十分となり好ましくない。また、洗浄水として供給する流量が１０倍よりも大きいとオゾンの使用量が増加するだけでなく、ろ過水量が低減するため好ましくない。

逆洗時間は１０秒以上６０分以内とするのがよい。逆洗時間が１０秒よりも短いと逆洗が不十分となり、６０分よりも長いとオゾンの使用量が増加する。一方、洗浄時間を長くとると、その時間分だけろ過処理ができないことにより、ろ過水量が低減するため好ましくない。ただし、所定の設計時のフラックスの値、例えば０．２〜５．０ｍ^３／日を確保できる場合はこの限りではなく、上記設計時のフラックスを確保できる時間の範囲内とすればよい。さらに、逆洗時にオゾン水をある一定時間通水した後、そのまま保持してもよい。保持時間も上記のとおり１０秒以上６０分以内とするのがよく、さらに上記設計時のフラックスを確保できる場合は、上記設計時のフラックスを確保できる時間の範囲内とすればよい。

膜ろ過分離装置２として使用する膜の材質はオゾン耐性である必要があるため、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素系樹脂化合物を使用するのが好ましい。

さらに、このようなオゾン耐性のある膜のうち、精密ろ過膜（以降、ＭＦ（Micro Filtration）膜とする）もしくは限外ろ過膜（以降、ＵＦ（Ultra Filtration）膜とする）を使用することができる。また膜以外でオゾンと接する設備についてもオゾン耐性とする必要がある。膜の平均孔径は０．００１〜１μｍ、より好ましくは０．０１〜０．８μｍとするのがよい。平均孔径がこれより小さいと膜の目詰まりが短時間で発生するため、さらに膜ろ過時の圧力が高くなるため好ましくない。一方、平均孔径がこれより大きいと膜ろ過性能が低下し、ろ過水のＳＳ（Suspended Solids、浮遊物質）が悪化する（ＳＳの値が高くなる）ため、さらに目詰まりしやすくなるため好ましくない。膜ろ過分離装置２は、これらの膜を収納したモジュール構造（水をろ過できるように配管等を取り付けて組み合わせたもの）となっている。

膜ろ過分離装置２の膜の形状は、中空糸（浸漬型、ケーシング型）、平膜（浸漬型の平膜形状、ケーシング型のスパイラル形状）、モノリス（Monolith）型等の任意の形状が可能である。さらに、ろ過方式は全量ろ過方式もしくはクロスフローろ過方式のどちらでも可能である。また、図１および図３のブロック図では陰圧ろ過方式について示したが、加圧ろ過方式でもよい。

本実施の形態の膜分離の対象となる水の種類は、上水、工業用水、下水、下水二次処理水、工場排水、海水、屎尿等、およびこれらを処理する途中の処理で生ずる水となる。また、生物処理については嫌気、無酸素、好気処理を組み合わせて実施することが可能である。ＭＢＲのように被処理水槽１に上記の種類の水と汚泥を投入、混合して処理した水を膜ろ過分離装置２で汚泥と処理水に分離する場合、もしくは膜分離の対象となる上記の各種類の水に対して、直接膜ろ過処理をする場合、被処理水槽１に汚泥を入れずに膜ろ過する場合のいずれの場合も、本発明を適用することができる。いずれの場合も被処理水槽１に無機もしくは有機系の凝集剤を使用することで膜ろ過処理のフラックスが向上、もしくは膜の目詰まりがしにくくなる効果が得られる。

図６は、下水あるいは工場排水をＭＢＲで処理する場合のブロック図である。図３に対して、以下のとおり構成が追加されている。余剰汚泥引抜ポンプ２０１が余剰汚泥引抜配管２０３を介して被処理水槽１に接続されている。また汚泥循環ポンプ２０２が汚泥循環配管２０４を介して被処理水槽１に接続されている。ただし汚泥循環ポンプ２０２は必須ではない。さらに散気装置２０５が被処理水槽１の膜ろ過分離装置２の下部（被処理水槽１の内部で被処理水槽１の底面に近い所をいう）に設置されている。

続いて動作について説明する。被処理水槽１にはＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solid）濃度３０００〜２００００ｍｇ／Ｌの活性汚泥が充填されている。被処理水槽１では活性汚泥による有機物除去が実施され、膜ろ過分離装置２を介して活性汚泥と処理水とに分離される。活性汚泥は汚泥循環ポンプ２０２によって循環される。

さらに、増えた活性汚泥は余剰汚泥引抜ポンプ２０１によって引抜かれて、被処理水槽１のＭＬＳＳ濃度が一定に保たれている。散気装置２０５によって被処理水槽１内の活性汚泥に空気が供給されるとともに、膜ろ過分離装置２の膜面を空気で揺動させることによって膜処理が安定して（ここで、安定とは設計値どおりのフラックスが長期間（数十日〜数百日の期間）に亘って得られることを意味する）実施される。散気装置２０５にはブロワーが接続されているが、ここでは図示していない。本装置において、上述したオゾン洗浄水による逆洗を定期的に実施することによって、オゾンガスを加圧しない洗浄水に注入して生成した低濃度のオゾン水あるいは次亜塩素酸ナトリウム水溶液を洗浄水で使用した場合と比較して高いフラックスを得ることができる。

なお、ＭＢＲの形態としては、図１、図３、図５では被処理水槽１内に膜ろ過分離装置２を浸漬した場合を示したが、これに限る必要はなく、被処理水槽１を分割して下流側の槽に膜ろ過分離装置２を設置し、上流側と下流側の活性汚泥をポンプで循環してもよい。また、膜ろ過分離装置２を被処理水槽１の外に出して、ポンプで被処理水槽１内の活性汚泥を膜ろ過分離装置２に供給して循環するようにしてもよい。また被処理水槽１内を２分割して、上流側を嫌気槽、下流側を好気槽として、好気槽に膜ろ過分離装置２を浸漬してもよい。さらにまた被処理水槽１内を３分割して、上流側から順に無酸素槽、嫌気槽、好気槽として、好気槽に膜ろ過分離装置２を浸漬してもよい。

図７は、図６に対してろ過水にオゾン処理を実施する場合のブロック図である。すなわち、ろ過水の水質をさらに改善するため、オゾンの酸化力を利用してろ過水の色度、濁度を改善するとともに、有機物、鉄・マンガン等の無機物、ウィルス等を除去する。図６に対して、以下のとおり構成が追加されている。オゾン処理水配管３０２はオゾン反応槽３０１を介して処理水配管６と接続されている。また、オゾン反応槽３０１は処理水に混合する処理水オゾンガス配管３０３を介してオゾン発生器４と接続されている。さらに処理水から出るオゾンガスを排気処理する処理水排オゾンガス処理設備３０５はオゾンガスを排気するための処理水排オゾンガス配管３０４を介してオゾン反応槽３０１と接続されている。

続いて動作について説明する。洗浄水槽３に貯留されたろ過水は処理水配管６を介してオゾン反応槽３０１へ送水される。オゾン発生器４で発生させたオゾンガスは処理水に混合する処理水オゾンガス配管３０３を介してオゾン反応槽３０１に供給されることで、ろ過水をオゾン処理する。未溶解のオゾンガスは、オゾンガスを排気するための処理水排オゾンガス配管３０４を介して処理水から出るオゾンガスを排気処理する処理水排オゾンガス処理設備３０５で酸素に分解され、無害化されて大気へ放出される。オゾン処理水はオゾン処理水配管３０２を介して、再利用水等として使用される。逆洗用のオゾン洗浄水を生成するためのオゾン発生器４をろ過水のオゾン処理に使用することで、より効率的にオゾン発生器を使用できるとともに、ろ過水の水質をさらに改善することができる。

さらに、膜ろ過分離装置２の逆洗は間欠的（１日〜数週間、数ヶ月間に１回オンさせる）に実施し、かつ上述のオゾン洗浄水を逆洗水として使用した場合、オゾンとファウリング物質との反応は１０秒以上６０分以内の短時間で完了するため、さらに逆洗水を排水として回収する必要がないため、ろ過水をオゾン処理する際にオゾン発生器４を有効に使用することが可能となる。また、逆洗時にオゾンを使用する場合は、処理水配管６を介して流入する処理水をオゾン反応槽３０１に貯留しておき、逆洗が完了し次第、オゾン反応槽３０１でオゾン処理を開始して、オゾン処理水配管３０２を介してオゾン処理水として流出させる。

なお、処理水の使用目的に合わせて、高品質な処理水が必要な量だけオゾン処理を実施し、そうでない場合はオゾン処理をしない等の場合には、ろ過水の一部をオゾン処理し、残りはオゾン処理しないようにすることも可能である。また本形態はＭＢＲに限らず、膜ろ過処理とオゾン処理との組合わせであれば実施可能である。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２の一実施例を示すブロック図である。図３に対して、以下のとおり構成が追加されている。オゾンガスを貯蔵できるオゾンガス貯蔵槽１７がオゾンガス配管１６を介してオゾン発生器４とオゾン混合槽５の間に設置されている。さらに、オゾンガス貯蔵槽１７とオゾン発生器４が酸素ガス配管１８を介して接続されている。

続いて動作について説明する。逆洗時において、酸素ガスを原料としてオゾン発生器４で発生させたオゾンガスは、オゾンガス配管１６を介してオゾンガス貯蔵槽１７に送られ、オゾンガス貯蔵槽１７において低温でシリカゲル等の吸着剤に吸着させて貯蔵される。図中、記号Ｇで示したようにオゾン発生器４には酸素含有ガスが供給されるが、このケースでは、酸素含有ガスよりも液体酸素から発生した酸素ガスが供給される方がなお好ましい。なお、オゾンガス中のシリカゲルに吸着されなかった酸素ガスは、酸素ガス配管１８を介してオゾン発生器４に戻り、再度、オゾンガスの原料として利用される。

逆洗時には、オゾン発生器４からのオゾンガスのオゾンガス貯蔵槽１７への供給を停止し、またオゾンガス貯蔵槽１７からオゾン発生器４へ戻る経路も遮断する。オゾン混合槽５にインジェクタ型の反応器を利用して、これによって生成した負圧によりオゾンガス貯蔵槽１７に貯蔵したオゾンガスを吸引して、この吸引したオゾンガスを洗浄水に溶解させてオゾン洗浄水を生成し、膜ろ過分離装置２の逆洗を実施する。もしくは、より効率的に貯蔵したオゾンガスを取り出すために、ポンプでオゾンガス貯蔵槽１７内のオゾンガスを吸引してオゾン混合槽５にオゾンガスを送ってもよい。

その後、オゾン発生器４から酸素のみをオゾンガス貯蔵槽１７に供給して、オゾンガス貯蔵槽１７内のオゾンガスの吸引を加速させる。逆洗が完了すると再度、オゾンガス貯蔵槽１７にオゾン発生器４からオゾンガスを供給してオゾンガスをシリカゲル等の吸着剤に−３０℃〜−９０℃の低温で吸着させる。

貯蔵したオゾンガスを使用することでオゾンガスを貯蔵もしくは濃縮しない場合と比較して高濃度のオゾンガスを使用できるため、オゾン洗浄水を生成するのに必要なガス流量を低減でき、そのためオゾンガスの溶解効率を、オゾンガスを貯蔵もしくは濃縮しない場合と比較して高めることができる。

また、逆洗は間欠的に実施するため、電気代の安い夜間にオゾン発生器４でオゾンガスを発生させて貯蔵し、逆洗時に貯蔵したオゾンを使用してオゾン洗浄水を生成することで、より省電力化が図れる。

また、逆洗時以外の膜ろ過処理の時間の間にオゾンガスを継続的に貯蔵すればよいため、オゾン発生量のオゾンガスを貯蔵もしくは濃縮しない場合と比較して小さいオゾン発生器を使用することができ、装置の小型化が可能となる。なお、本実施の形態で使用する酸素は、窒素等ができるだけ含まれない純度の高い酸素が好ましく、例えば液体酸素を気化させた酸素ガスを使用するのがよい。

また、オゾンガス貯蔵槽１７に吸着させたオゾンガスを脱着させる際、脱着初期段階（最初に酸素が出てくる段階）でオゾンガス貯蔵槽１７から排出される酸素ガスを回収することで、より高濃度のオゾンガスを取り出すことが可能となる。オゾンガス濃度としては１５ｗｔ％（２２６ｇ／ｍ^３）〜１００ｗｔ％（２、１４３ｇ／ｍ^３）が好ましい。さらに好ましくは、２５ｗｔ％（３９０ｇ／ｍ^３）〜９９ｗｔ％（２、１１１ｇ／ｍ^３）である。このときオゾンガス配管１６にポンプを設置して、オゾンガス貯蔵槽１７に貯蔵されたオゾンガスをポンプで引き出すことも可能である。

一定量のオゾンガスを注入する場合、オゾンガス濃度が高いほど洗浄水流量に対するオゾンガス流量を小さくでき、さらにオゾンガス中に含まれる酸素量が少なくなり、その結果、より効率的にオゾンガスを洗浄水に溶解できる。

また、オゾンを含有する洗浄水のオゾン水濃度を測定するため、膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４にオゾン濃度計を設置することも可能である。または、膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４にバイパス回路を設けて、そこにオゾン濃度計を設置することも可能である。その場合、オゾン濃度計を通過したオゾン水は膜接続配管１１もしくはオゾン水配管１４に戻す。

さらに、オゾン濃度計の値を基にオゾンガス濃度を制御することも可能である。すなわち、オゾン水濃度が洗浄水に用いる処理水（膜ろ過水）の水質によって変動するため、オゾン濃度計の値が所定の値、例えば３ｍｇ／Ｌよりも低ければオゾンガス濃度を高めることで、十分な洗浄能力を保ちつつ、オゾンを効率的に発生、使用することが可能となる。

さらに、オゾンガス貯蔵槽１７を２系列とすることで、相互にオゾンガス貯蔵槽１７に貯蔵したオゾンガスを取り出すことができるため、１系列の場合より安定して、すなわち、オゾンガス濃度の変動が小さい状態の下で、高濃度のオゾンガスを取り出すことが可能になる。

さらに、図９において、オゾン混合槽５にエジェクタ５２を設けるとともに、エジェクタにオゾン水を送るオゾン水循環ポンプ５１を設け、それぞれをオゾン水循環配管５３で接続させた例について説明する。この場合、洗浄水供給ポンプ８は、オゾン水配管１４上に設置される。このときの洗浄水供給ポンプ８およびオゾン水循環ポンプ５１については、接液部の部材には、オゾン耐性があることが必要である。また、オゾン混合槽５には、上部に、水中に溶解しなかったオゾンガスを排出する排オゾンガス配管２３が接続されている。

続いて動作について説明する。オゾン混合槽５に洗浄水槽３から洗浄水が、例えば重力落下等で供給される。オゾン混合槽５内の洗浄水をオゾン水循環ポンプ５１でエジェクタ５２に供給するとともに、この際、エジェクタ５２に発生する負圧を利用して、エジェクタ５２にオゾンガス貯蔵槽１７から濃縮された高濃度のオゾンガスが吸引されて、エジェクタ５２で洗浄水とオゾンガスとが混合される。なお、エジェクタ５２とオゾンガス貯蔵槽１７間のオゾンガス配管１６に図示しないポンプを設け、このポンプを使用してオゾンガスを供給することもできる。洗浄水とオゾンガスとが混合されることによって高濃度のオゾン水が生成され、オゾン水循環配管５３を介してオゾン混合槽５へ注入される。この一連の動作を継続し、以下に述べる所定の濃度になるまで繰り返すことにより、オゾン混合槽内の洗浄水中のオゾン濃度が高められる。
図示していないが、例えばオゾン水循環配管５３に設置したオゾン濃度計で、所定の濃度、例えば１０ｍｇ／Ｌの濃度が計測されたオゾン水を洗浄水として作成しておき、逆洗のタイミングで洗浄水供給ポンプ８を使用して、オゾン水配管１４を介して、高濃度のオゾン水を膜ろ過分離装置２に供給して逆洗を実施する。オゾン混合槽５で溶解せず、排オゾンガス配管を通ったオゾンガスは触媒により、無害な酸素に分解されて大気に放出される。あるいは、排オゾンガスを分解せずに、被処理水槽１もしくは洗浄水槽３に注入することも可能である。
以上に説明したように、濃縮したオゾンガスを使用しているため、十分に高濃度のオゾン水、すなわち、濃度としては例えば３ｍｇ／Ｌ以上の高濃度オゾン水を生成でき、これを使用することで膜を効率的に洗浄することが可能となる。なお、エジェクタ５２を介さずにポンプでオゾンガス貯蔵槽１７に貯蔵されたオゾンガスを取り出して、オゾン混合槽５の下部から散気装置等を介してバブリングして供給してもよく、この場合にも上記と同様の効果が得られる。

図１０は、図８に対してオゾン反応槽３０１から排出された排オゾンガスを利用して逆洗用のオゾン洗浄水を生成する場合のブロック図である。図８に対して、以下のとおり構成が追加されている。処理水排オゾンガス配管３０４に排オゾンガス切替弁３０７が設置され、排オゾンガス再利用配管３０６を介してオゾン混合槽５に接続されている。さらに、オゾンガス貯蔵槽１７を排オゾンガス再利用配管３０６上に設置している。

続いて動作について説明する。ろ過水のオゾン反応槽３０１におけるオゾン処理は連続的に実施されるものであるが、処理水排オゾンガス処理設備３０５の排オゾンガス処理もそれに対応して連続的に実施される。ここで、逆洗に必要なオゾンガスを回収するため、必要なオゾン量を貯蔵する期間、排オゾンガス切替弁３０７を排オゾンガスがオゾンガス貯蔵槽１７に導入されるよう切替え、オゾンガスを貯蔵する。このとき、排オゾンガス中に含まれる水分を除去する機構を設置すると、すなわち除湿機２７を設置すると、効率よくオゾンガスを貯蔵できる。膜ろ過分離装置２の逆洗を開始する場合、貯蔵したオゾンガスを排出してオゾン混合槽５へ導いて、逆洗用のオゾン洗浄水を生成する。

オゾンガスの貯蔵が完了すると、オゾン反応槽３０１から排出される排オゾンガスを処理水排オゾンガス処理設備３０５で処理できるよう排オゾンガス切替弁３０７を切替える。これにより、排オゾンガスを再利用してオゾンを効率よく使用することができる。

さらに、オゾン混合槽５にインジェクタ型の反応器を使用すれば、排オゾンガスを引込んで効率的にオゾンガスを洗浄水に溶解させてオゾン洗浄水を生成することができる。なお、本形態はＭＢＲに限らず、膜ろ過処理とオゾン処理との組合せであれば実施可能である。

図１１は被処理水槽１に入る被処理水を前オゾン処理し、オゾン反応槽５０１から排出された排オゾンガスを利用して、その逆洗用のオゾン洗浄水を生成する場合のブロック図である。その他の構成、動作は図１０と同じである。前オゾン処理をすることにより、被処理水中に含まれるＭＢＲ、すなわち微生物で除去できない難分解性有機物をオゾン処理によって改質して、微生物で除去できるよう低分子化する。これによって、ＭＢＲの処理水質が向上する。なお、膜分離活性汚泥法等の好気性微生物を含む被処理水をろ過する場合、酸素は上記気泡中に存在し、気泡が小さい（直径０．１μｍ〜１ｍｍ）ため、気液界面の面積が大きく、その結果、同体積の酸素量で気泡径が小さくなって気液界面の面積が大きくなった分だけ被処理水中への溶解効率が高くなり、オゾンガスを加圧して洗浄水に注入した場合には、そうでない場合より微生物の活性を高めることができる。

実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３の一実施例を示すブロック図である。図３に対して、以下のとおり構成が追加されている。酸貯留槽１９が酸供給配管２１を介してオゾン水配管１４に接続されている。さらに、酸貯留槽１９とオゾン水配管１４の間の酸供給配管２１上に酸供給ポンプ２０が設置されている。

続いて動作について説明する。逆洗時において、膜ろ過分離装置２にオゾン洗浄水を供給する際、それに合わせて酸供給配管２１を介して酸貯留槽１９の酸を酸供給ポンプ２０でオゾン水配管１４内のオゾン洗浄水に供給し、酸性オゾン洗浄水を生成して膜ろ過分離装置２を逆洗する。酸をオゾン水配管１４に注入する点よりも下流にスタティックミキサー等を設置して、酸とオゾン洗浄水の混合性を高める、すなわち、オゾンの溶解性を高め溶存オゾン濃度を高くすることも可能である。

酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸もしくはシュウ酸、クエン酸等の有機酸を使用することができる。これらの酸を使用することで、膜内および膜面に付着した鉄、カルシウム、マグネシウム、シリカ、アルミニウム等の所謂スケール（「スケール」とは、無機物を主成分とする堆積物のことを意味する）を形成する金属の除去効果を高めることができる。

また酸の注入タイミングとしては、オゾン洗浄水を膜ろ過分離装置２に逆洗水として供給する前でも後でも、また同時でもよい。すなわち、酸を注入して洗浄した後、オゾン洗浄水による洗浄を行うか、オゾン洗浄水に酸を予め加えておき、これにより洗浄を行うか、オゾン洗浄水により洗浄した後、酸を注入して洗浄を行うか、のいずれの態様でも実施可能である。また、酸で洗浄する前に、オゾンガスを注入していない洗浄水（膜ろ過水）を先に使用してもよい。

なお、酸を併用した場合、逆洗からろ過処理へ切替える場合、膜ろ過分離装置２内あるいは膜接続配管１１内に残った洗浄水をいったん回収する必要がある。酸は排水もしくは放流基準であるｐＨの範囲を満たさないためである。酸として無機酸を使用した場合は、ｐＨ調整のみを実施して処理水として利用可能である。酸として有機酸を使用した場合は、被処理水槽１へ返送するのがよい。しかし、有機酸の使用量が希釈して排水もしくは放流基準を満足できるレベルであれば、希釈効果により被処理水槽１へ返送せずに処理水として回収することも可能である。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４の一実施例を示すブロック図である。図３に対して、以下のとおり構成が追加されている。膜接続配管１１に排オゾンガス配管２３が接続され、排オゾンガス配管２３を介して圧力逃がし弁２８、および排オゾンガス処理設備２４が順に設置されている。

続いて動作について説明する。逆洗時において、３０ｇ／Ｎｍ³以上の高濃度のオゾンガスを使用するため、オゾンガスを加圧した洗浄水に注入した場合には、そうでない場合よりも高効率に洗浄水へオゾンガスを溶解させることができるが、未溶解のオゾンガスあるいは酸素がオゾン洗浄水中に残留することによって、逆洗時に、圧力計９で測定した圧力が所定の値、例えば５０ｋＰａを超えた場合、圧力逃がし弁２８が開いて、そのオゾンガスあるいは酸素を抜き、圧力が所定の値、例えば２０ｋＰａまで下がると、圧力逃がし弁２８が閉じる。すなわち間欠的にベントとして動作する。

特許文献１に記載されている排オゾン処理装置は常に解放されており、またオゾン洗浄水を生成する逆洗水槽３０内の圧力制御も実施されていないため、本実施の形態の排オゾンガス処理設備２４は、特許文献１に記載されている排オゾン処理装置とは異なるものである。
圧力逃がし弁２８は開と閉の時間を設定して、自動で弁の開閉を調整する。もしくは、圧力計９の値で制御することも可能である。圧力の上限および下限を設定し、圧力が上限に達したら圧力逃がし弁２８を開放し、下限に達したら圧力逃がし弁２８を閉じる。もしくは、圧力逃がし弁２８に、安全弁等予め定められた圧力まで上昇したときに弁が開く構造の弁を使用してもよい。

これによって、膜に供給するオゾン洗浄水の流量を間欠的にすることで、膜内でのオゾン水による剪断力、すなわち膜表面をオゾン水によってずらす、もしくは擦る力が大きくなり、より洗浄効果を高めることが可能となる。また、高濃度オゾンガスと洗浄水のガス液比に合わせた圧力に調整することにより、オゾンガスの溶解効率をさらに高めることが可能となる。さらに、逆洗水の圧力を所定の値、例えば５０ｋＰａ以内に制御することが可能となり、膜ろ過分離装置２の破損等を回避できる。

実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５の一実施例の装置構成の一部を示すブロック図である。
図１もしくは図３、あるいは図８に対して、以下のとおり構成が追加されている。膜接続配管１１はヘッダー２５に接続され、ヘッダー２５には、第一の膜接続配管２６および第二の膜接続配管３１それぞれが接続されている。第一の膜接続配管２６および第二の膜接続配管３１は膜ろ過分離装置２内で繋がっている。膜接続配管２６と第二の膜接続配管３１は、膜モジュールである膜ろ過分離装置２の対をなす位置に設置することが好ましい。オゾンは膜モジュール内のファウリング物質と反応して消費されるため、膜ろ過分離装置２の対をなす位置からオゾン洗浄水を供給することで、膜ろ過分離装置内のオゾン水濃度を均一化できる。また、ヘッダー２５は膜接続配管２６と第二の膜接続配管３１から膜ろ過分離装置２へ流入するオゾン洗浄水を均一に分配する働きを持つ。

続いて動作について説明する。膜ろ過時には、第一の膜接続配管２６および第二の膜接続配管３１それぞれの配管を介してろ過水が洗浄水槽３へ送付される。一方、逆洗時にはヘッダー２５で圧力の緩衝作用が働き、第一の膜接続配管２６および第二の膜接続配管３１を介して洗浄水であるオゾン洗浄水が膜ろ過分離装置２内に均一に供給されるので（ヘッダー２５を接続しているので均一となる）、膜内および膜面を均一に洗浄することが可能となる。なお、洗浄水であるオゾン洗浄水が均一に供給できなければ膜内で洗浄できない部分が生じてしまう。

さらに、図１５は本発明の実施の形態５の他の実施例の装置構成の一部を示すブロック図である。図１もしくは図３、または図８に対して、以下のとおり構成が追加されている。すなわち、洗浄水が膜接続配管１１から分岐して洗浄水調整弁３２に入り、膜接続配管１１と洗浄水調整弁３２を介して洗浄水が膜ろ過分離装置２に供給されるため、膜接続配管１１から第二の膜接続配管３１が分岐され、それぞれ膜ろ過分離装置２に接続されている。膜接続配管１１および第二の膜接続配管３１は膜ろ過分離装置２内で繋がっている。膜接続配管１１および第二の膜接続配管３１にはそれぞれ膜接続配管圧力計３３および第二の膜接続配管圧力計３４が接続され、これらの圧力計はそれぞれ膜接続配管用の圧力計信号線３７および第二の膜接続配管用の圧力計信号線３８を介して制御装置３５に接続されている。また、第二の膜接続配管３１には洗浄水の流量調整弁である洗浄水調整弁３２が取付けられ、洗浄水調整弁３２は弁制御線３６を介して制御装置３５に接続されている。

続いて動作について説明する。逆洗時において、膜接続配管圧力計３３および第二の膜接続配管圧力計３４の圧力の値が信号として、それぞれ膜接続配管用の圧力計信号線３７および第二の膜接続配管用の圧力計信号線３８を通じて制御装置３５に送られ、これらの値が等しくなるよう洗浄水調整弁３２に弁制御線３６を介して信号を送り、弁の開きを調節する。これによって常に膜接続配管１１および第二の膜接続配管３１を介して洗浄水であるオゾン洗浄水が膜ろ過分離装置２内に均一に供給され、膜内および膜面を均一に洗浄することが可能となる。

実施の形態６．
図１６は本発明の実施の形態６の一実施例の装置構成の一部を示すブロック図である。
本実施の形態は、膜ろ過分離装置が上下２段に分かれている。そして、図１もしくは図３、または図８に対して、以下のとおり構成が追加されている。上段の膜ろ過分離装置２ｐ、下段の膜ろ過分離装置２ｑにはそれぞれ上段の膜接続配管１１ｐおよび下段の膜接続配管１１ｑが接続されている。上段の膜接続配管１１ｐからは第二の膜接続配管３１が上述のように分岐しており、第二の膜接続配管３１には洗浄水調整弁３２が取付けられている。第二の膜接続配管３１の先端は上段の膜ろ過分離装置２ｐの下部にあり、オゾン水供給器４４が複数個取付けられている。このオゾン水供給器４４はオゾン洗浄水を膜ろ過分離装置２ｐの下部から膜ろ過分離装置２ｐに供給する役割を持ち、被処理水槽１に注入されると圧力が低下してオゾンを含む気泡が発生する。さらに、被処理水槽１の下段の膜ろ過分離装置２ｑの下部に散気装置４１が設置され、空気供給配管４２を介してブロワー４３に接続されている。

続いて動作について説明する。逆洗時において、洗浄水であるオゾン洗浄水が上段の膜接続配管１１ｐおよび下段の膜接続配管１１ｑから膜ろ過分離装置２に供給される。上段の膜接続配管１１ｐに供給されたオゾン洗浄水の一部を第二の膜接続配管３１を経由してオゾン水供給器４４から上段の膜ろ過分離装置２ｐに供給することで、オゾン水供給器４４において圧力低下が生じて直径０．１μｍ〜１ｍｍのオゾン気泡１０１が発生して上段の膜ろ過分離装置２ｐの表面を摺上がり、上段の膜ろ過分離装置２ｐの洗浄効果をより高めることができる。

その際、ここで散気装置４１からブロワー４３によって空気を供給することで膜面付着物の除去効果がより促進される。これによって、下段の膜ろ過分離装置２ｑの洗浄効果が高められるが、上段の膜ろ過分離装置２ｐには散気装置４１からの空気が当たりにくくなり、上段の膜ろ過分離装置２ｐと下段の膜ろ過分離装置２ｑの洗浄効果に差が生じてしまう。この差を上述したオゾン水供給器４４から発生するオゾン気泡１０１によって、直径０．１μｍ〜１ｍｍに小さくでき、被処理水槽１内の上段の膜ろ過分離装置２ｐ、下段の膜接続配管１１ｑの洗浄効果を均一にすることができる。本実施の形態では上下２段に膜ろ過分離装置が設置された場合について説明したが、３段以上に膜ろ過分離装置が設置されても同様な構成とすることで同様な効果が得られる。

実施の形態７．
図１７は本発明の実施の形態７の一実施例の装置構成の一部を示すブロック図である。
図１７はＭＢＲの処理フローであり、被処理水槽１内の系列Ａに８つの膜ろ過分離装置２ａ〜２ｈが設置され、それぞれに膜接続配管１１ａ〜１１ｈが接続されている。本図には記載していないが、それぞれの膜接続配管１１ａ〜１１ｈの先には図１もしくは図３、または図８で示した構成と同様のろ過設備および逆洗設備が接続されている。また、逆洗用の水として洗浄水にオゾンガスを溶解させたオゾン洗浄水を使用してもよい。さらに本実施の形態では、下水量が変動して増加した場合、あるいは有機物等の濃度が高くなって水質負荷が高くなった場合には、被処理水槽１に投入できる膜ろ過分離装置２の数はスペースの関係上、限りがあり、その結果、膜面積が不足して、必要なフラックスが得られないため、同様の構成で系列Ｂを設ける。この系列Ｂは、系列Ａと並列に設置されており、両方もしくは片方のみを使用することができる。なお本図には２系列しか示していないが、少なくとも二つ以上の系列で実施することが可能であり、例えば３系列でもよい。なお、水量に応じて系列数を変動させる方法も実施可能である。

本システムの運転方法としては、ある一つの膜ろ過分離装置（例えば２ａ）の膜間差圧が予め設定された値まで上昇した場合、膜ろ過処理を停止して上述した逆洗が実施される。逆洗が完了すると膜ろ過処理が再開される。

このように各膜ろ過分離装置の膜間差圧が予め設定された値まで上昇した場合、それぞれの膜ろ過分離装置で逆洗を実施することになるが、一度に逆洗を実施すると、その間は処理水が得られないため、複数の膜ろ過分離装置が同時に逆洗を実施することはなく、順次逆洗を実施する。高濃度のオゾン洗浄水を逆洗水として使用した場合、短時間で逆洗が完了するためろ過水が不足することもなく、安定した処理水を得ることができる。さらに系列Ａの被処理水槽１内の活性汚泥をいったん引き抜いてオゾン洗浄水で満たして洗浄することも可能である。その場合は系列Ｂのみを運転して対応する。さらに系列を増やすことで、処理の安定性を増すことができる。

また系列ＢをＭＢＲではなく、標準活性汚泥法等の最終沈殿池で活性汚泥を分離して曝気槽（本実施の形態の被処理水槽１に該当）に返流する方式を採用して、ＭＢＲとの並列運転も可能である。これによってＭＢＲ（系列Ａ）のトラブル時への対応が可能となる。またそれほど高度な処理水質を求められない場合、ＭＢＲ（系列Ａ）と標準活性汚泥法（系列Ｂ）の各処理水を混合すればＭＢＲの処理水質のほうが標準活性汚泥法の処理水質よりも良好なため、求められる処理水質を容易に達成することが可能である。

さらに、図１８は処理系列を少なくとも二つ以上の複数にした場合について示している。各膜ろ過分離装置２ａ〜２ｄの膜ろ過水は膜接続配管１１ｉにまとめられ、その先には図１もしくは図３、または図８で示した構成と同様のろ過設備および逆洗設備が接続されている。同様に、各膜ろ過分離装置２ｅ〜２ｈの膜ろ過水は膜接続配管１１ｊにまとめられ、同様に、ろ過設備および逆洗設備が接続されている。基本的な運転方法としては図１６に示した内容と同じであるが、処理水量の変動あるいは水質負荷に対応して、例えば、系列Ａと系列Ｂを切替えて運転することが可能となる。例えば、水量あるいは水質負荷が小さいときは一部の系列のみを稼働させる、例えば系列Ａを停止して系列Ｂのみを稼働させることで、より省エネルギーの運転が可能となる。さらに、ある系列Ｎが逆洗中の場合は、ろ過処理ができないため、系列Ｎ以外の系列でろ過水量を調整することによって連続して処理が可能となる。

逆洗方法を以下に示す実施例１、２と比較例１、２の４条件としてオンラインでの逆洗を実施し、ＭＢＲにおける膜ろ過抵抗の経日変化について評価した。なお、ＭＢＲの運転条件を表１に示す。

（実施例１）
逆洗水として洗浄水にオゾンガスを溶解させたオゾン洗浄水（濃度１３〜１５ｍｇ／Ｌ）を使用し、逆洗水量として３８０ｍＬを使用した。本実施例１は図３に示したブロック図で実施した。本実施例１では逆洗時に膜ろ過分離装置２から大量のオゾンを含有する気泡が発生した。

（実施例２）
逆洗水として洗浄水にオゾンガスを溶解させたオゾン洗浄水（濃度１３〜１５ｍｇ／Ｌ）およびシュウ酸水溶液（濃度１０００ｍｇ／Ｌ）を使用し、逆洗水量としてそれぞれ１９０ｍＬを使用した。本実施例２は図１２に示したブロック図で実施した。本実施例２では逆洗時に膜ろ過分離装置２から大量のオゾンを含有する気泡が発生した。

（比較例１）
逆洗水として洗浄水に次亜塩素酸ナトリウムを溶解させた次亜塩素酸ナトリウム水溶液（濃度６０００ｍｇ／Ｌ）を使用し、逆洗水量として３８０ｍＬを使用した。図１９に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いて逆洗するブロック図を示す。１２％次亜塩素酸ナトリウム水溶液を貯留した次亜塩素酸ナトリウム原水槽４０４が次亜塩素酸ナトリウム供給配管４０３を介して次亜塩素酸ナトリウム水溶液調整槽４０２に接続されている。また洗浄水槽が洗浄水配管１３を介して次亜塩素酸ナトリウム水溶液調整槽４０２に接続されている。さらに洗浄水供給ポンプ８と次亜塩素酸ナトリウム水溶液調整槽４０２が次亜塩素酸ナトリウム水配管４０５を介して接続され、洗浄水供給ポンプ８と切替弁１０とが接続されている。なお、洗浄水配管１３には、洗浄水用弁４０１が設置されている。その他の構成は図３と同様である。

次に動作について説明する。次亜塩素酸ナトリウム原水槽４０４に貯留された１２％次亜塩素酸ナトリウム水溶液が次亜塩素酸ナトリウム供給配管４０３を介して次亜塩素酸ナトリウム水溶液調整槽４０２に送られ、ろ過水と混合されて濃度６０００ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液が生成される。これを洗浄水供給ポンプ８によって次亜塩素酸ナトリウム水配管４０５、切替弁１０、膜接続配管１１を介して膜ろ過分離装置２へ送水して、逆洗が実施される。なお、本比較例では逆洗時に膜ろ過分離装置２からはオゾンを含有する気泡は発生しなかった。

（比較例２）
逆洗水として洗浄水にオゾンガスを溶解させたオゾン水（濃度２ｍｇ／Ｌ）を使用し、逆洗水量として３８０ｍＬを使用した。図２０に本比較例のオゾン水を用いて逆洗するブロック図を示す。オゾン混合槽５には排オゾンガス配管２３を介して排オゾンガス処理設備２４に接続されている。洗浄水供給ポンプ８は切替弁１０とオゾン混合槽５の間に配置され、オゾン水配管１４で接続されている。また洗浄水供給ポンプ８はオゾン水と接触するため、オゾン耐性のあるポンプを使用している。また、オゾン水配管１４、切替弁１０、膜接続配管１１、圧力計９、膜ろ過分離装置２もオゾン耐性がある。その他の構成は図３と同様である。

次に動作について説明する。オゾン発生器４で発生させたオゾンガスは、オゾンガス配管１６を介してオゾン混合槽５に注入してオゾン水を生成する。溶解しなかったオゾンガスは排オゾンガスとして排オゾンガス配管２３を介して排オゾンガス処理設備２４で酸素に分解、無害化されて大気へ放出される。オゾン混合槽５内の濃度２ｍｇ／Ｌのオゾン水を洗浄水供給ポンプ８によってオゾン水配管１４、切替弁１０、膜接続配管１１を介して膜ろ過分離装置２へ送水して、逆洗が実施される。なお、本比較例では逆洗時に膜ろ過分離装置２からオゾンを含有する気泡は発生しなかった。膜ろ過分離装置２に洗浄水が到達した時点でオゾンが全て洗浄水中の有機物等と反応して消費されてしまったからである。

膜ろ過抵抗の経日変化を図２１に示す。膜ろ過抵抗Ｒは以下の式（１）より算出した。

ここで、Ｒ：膜ろ過抵抗（ｍ^-1）、ΔＰ：膜間差圧（Ｐａ）、Ｊ：膜透過水フラックス（ｍ／日）、μ：膜透過水の粘性係数（Ｐａ・ｓ）である。

比較例１では、逆洗を定期的に実施しても他の例に比較して最も急激に膜ろ過抵抗が上昇し、本評価期間において２回のオフライン洗浄（５０００ｍｇ／Ｌ次亜塩素酸ナトリウム溶液に２時間浸漬＋１００００ｍｇ／Ｌシュウ酸水溶液に２時間浸漬）を実施する必要があった。さらにオフライン洗浄を実施しても膜ろ過抵抗は初期状態には戻らず、オフライン洗浄を繰り返すたびにオフライン洗浄後の膜ろ過抵抗が上昇する傾向が見られた。

比較例２では、比較例１ほどではないものの、徐々に膜ろ過抵抗が上昇した。一方、実施例１では、比較例１および２と比較して大幅に膜ろ過抵抗の上昇が抑制された。これは高濃度のオゾン洗浄水による洗浄効果が得られたためである。さらに実施例２では、実施例１よりもさらに膜ろ過抵抗の上昇が抑制された。これはオゾン洗浄水にシュウ酸水溶液を併用することにより、有機物だけでなく無機物の除去が促進されたためである。

なお処理水質は、いずれの実施例および比較例においてもＢＯＤ（Biochemical oxygen demand：生物化学的酸素要求量）：４〜７ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ（Chemical oxygen demand：化学的酸素要求量）：７〜１２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ：０．５ｍｇ／Ｌ未満と総じて安定して、すなわち、水質の変動が小さく、上記のＢＯＤ、ＣＯＤ、およびＳＳの値の範囲に収まっており、良好であった。なお、本洗浄水はこの処理水を使用して作成した。

表１に示す条件において運転したＭＢＲの膜に対して、膜二次側の膜近傍、すなわち膜に接する点でのオゾン水濃度を０．５〜１５ｍｇ／Ｌに変えた場合の膜間差圧から求めた膜ろ過抵抗の回復率について評価した。得られた結果を図２２に示す。なお、膜間差圧から求めた膜ろ過抵抗の回復率（％）は以下の式（２）より算出した。また、この場合のオゾンガス注入直後のオゾン水濃度は１〜１７ｍｇ／Ｌであった。未使用時の膜ろ過抵抗は、未使用の膜を用いて純水をろ過したときの膜間差圧から、式（１）を用いて求めた。

図２２に示すように、オゾン水濃度を３ｍｇ／Ｌよりも高くすることにより膜間差圧から求めた膜ろ過抵抗の回復率が急上昇し、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌで１００％近くに達した。すなわち、オゾン水濃度が高いほど、膜間差圧から求めた膜ろ過抵抗の回復率が高く、安定して、すなわち、設計値どおりのフラックスが長期間（数十日〜数百日の期間）に亘って得られており、高いフラックスで膜ろ過処理を実施することができることが判った。

（実施例３）
さらに、表１に示した条件において、図８で示したオゾンガスを濃縮した場合について、オゾンガス濃度依存性を評価した結果を図２３〜図２５に示す。なお、オゾンガス濃度２２０ｇ／ｍ^３以上の場合にオゾンガスを濃縮した。さらに逆洗水として処理水を使用し、処理水のオゾン注入率（単位処理水量当たりのオゾン注入量）を８５ｍｇ／Ｌとした。

図２３はオゾンガス濃度に対する逆洗浄水中のオゾン濃度の変化を示している。この図に示すとおり、オゾンガス濃度が高いほど逆洗浄水中のオゾン濃度が高くなる結果が得られた。特にオゾンガス濃度が５０ｇ／Ｎｍ^３以下の場合、逆洗浄水中のオゾン濃度は１ｍｇ／Ｌ程度と小さく、十分な洗浄効果が得られなかった。これは処理水中に残存した有機物がオゾンと反応し、オゾンが無効に消費されたためである。すなわち、オゾンガス濃度が高いほどオゾンの無効消費量が小さくなり、その結果、オゾン濃度の高い逆洗浄水を生成できる。

図２４はオゾンガス濃度に対する逆洗浄水中のオゾン濃度とオゾンガス濃度との比を示している。この図に示すとおり、オゾンガス濃度が５０ｇ／Ｎｍ^３以下の場合、この比は小さくオゾンガス濃度を２２０ｇ／Ｎｍ^３以上とすることで、ガス中のオゾンを効率よく逆洗浄水中のオゾンに変換できることが分かる。

図２５は、膜間差圧が１００％回復するのに必要なオゾンガス濃度に対する濃度６０００ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム溶液逆洗水量と、膜間差圧が１００％回復するのに必要なオゾン逆洗水量の比の変化を示している。オゾンガス濃度が５０ｇ／Ｎｍ^３以下の場合、洗浄水量比はほぼ０．６であり、オゾンガス濃度２２０ｇ／Ｎｍ^３以上とすることで急激に逆洗水量が低下する。すなわち、オゾンガス濃度が高いほど逆洗に必要な水量を低減できる。これはすなわち、オゾンガス濃度が高いほど逆洗に必要な処理水が少量でよいため、ＭＢＲの処理水の回収率が高くなることを意味している。さらに同じオゾン注入率で比較していることから、逆洗で必要とするオゾン量、すなわちオゾン注入率と逆洗水量の積はオゾンガス濃度が高いほど小さくなり、より効率的な処理が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 被処理水槽、２ 膜ろ過分離装置、３ 洗浄水槽、４ オゾン発生器、５ オゾン混合槽、６ 処理水配管、７ ろ過ポンプ、８ 洗浄水供給ポンプ、９ 圧力計、１０ 切替弁、１１ 膜接続配管、１２ ろ過水配管、１３ 洗浄水配管、１４ オゾン水配管、１５ 被処理水配管、１６ オゾンガス配管、１７ オゾンガス貯蔵槽、１８ 酸素ガス配管、１９ 酸貯留槽、２０ 酸供給ポンプ、２１ 酸供給配管、２２ 圧力調整弁、２３ 排オゾンガス配管、２４ 排オゾンガス処理設備、２５ ヘッダー、２６ 第一の膜接続配管、２７ 除湿機、２８ 圧力逃がし弁、３０ 逆洗水槽、３１ 第二の膜接続配管、３２ 洗浄水調整弁、３３ 膜接続配管圧力計、３４ 第二の膜接続配管圧力計、３５ 制御装置、３６ 弁制御線、３７ 膜接続配管用の圧力計信号線、３８ 第二の膜接続配管用の圧力計信号線、４１ 散気装置、４２ 空気供給配管、４３ ブロワー、４４ オゾン水供給器、５１ オゾン水循環ポンプ、５２ エジェクタ、５３ オゾン水循環配管、１０１ オゾン気泡（オゾンを含有する気泡）、２０１ 余剰汚泥引抜ポンプ、２０２ 汚泥循環ポンプ、２０３ 余剰汚泥引抜配管、２０４ 汚泥循環配管、２０５ 散気装置、３０１ オゾン反応槽、３０２ オゾン処理水配管、３０３ 処理水オゾンガス配管、３０４ 処理水排オゾンガス配管、３０５ 処理水排オゾンガス処理設備、３０６ 排オゾンガス再利用配管、３０７ 排オゾンガス切替弁、４０１ 洗浄水用弁、４０２ 次亜塩素酸ナトリウム水溶液調整槽、４０３ 次亜塩素酸ナトリウム供給配管、４０４ 次亜塩素酸ナトリウム原水槽、４０５ 次亜塩素酸ナトリウム水配管、５０１ オゾン反応槽、５０４ 処理水排オゾンガス配管、５０５ 処理水排オゾンガス処理設備、５０６ 排オゾンガス再利用配管、５０７ 排オゾンガス切替弁、
２ａ 系列Ａの第一の膜ろ過分離装置、２ｂ 系列Ａの第二の膜ろ過分離装置、２ｃ 系列Ａの第三の膜ろ過分離装置、２ｄ 系列Ａの第四の膜ろ過分離装置、２ｅ 系列Ａの第五の膜ろ過分離装置、２ｆ 系列Ａの第六の膜ろ過分離装置、２ｇ 系列Ａの第七の膜ろ過分離装置、２ｈ 系列Ａの第八の膜ろ過分離装置、２ｐ 上段の膜ろ過分離装置、２ｑ 下段の膜ろ過分離装置、１１ａ 系列Ａの第一の膜接続配管、１１ｂ 系列Ａの第二の膜接続配管、１１ｃ 系列Ａの第三の膜接続配管、１１ｄ 系列Ａの第四の膜接続配管、１１ｅ 系列Ａの第五の膜接続配管、１１ｆ 系列Ａの第六の膜接続配管、１１ｇ 系列Ａの第七の膜接続配管、１１ｈ 系列Ａの第八の膜接続配管、１１ｉ、１１ｊ１ 膜接続配管、１１ｐ 上段の膜接続配管、１１ｑ 下段の膜接続配管。

Claims (10)

1. 未処理水を膜ろ過用の膜のろ過一次側から前記膜のろ過二次側へ通して前記未処理水を水処理する膜を用いた水処理方法において、
   前記膜を洗浄する洗浄水を加圧し、
   加圧した前記洗浄水にオゾンガスを注入してオゾン洗浄水を生成し、
   前記オゾン洗浄水を前記ろ過二次側から前記ろ過一次側に供給して前記膜の内部を洗浄しつつ、オゾンを含有する気泡を前記ろ過一次側に発生させて前記ろ過一次側にある前記膜の表面を洗浄することを特徴とする膜を用いた水処理方法。
2. 加圧した前記洗浄水に注入する前記オゾンの濃度は、３０ｇ／Ｎｍ ³ 以上であり、
   前記膜と前記オゾン洗浄水中に残留する未溶解のオゾンガスあるいは酸素を排気するための排オゾンガス設備との間に設置した、前記オゾン洗浄水の圧力を下げる圧力逃がし弁を用いて、前記オゾン洗浄水の圧力を下げることを特徴とする請求項１に記載の膜を用いた水処理方法。
3. 前記膜を洗浄する際に、前記オゾン洗浄水の供給圧力を変動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜を用いた水処理方法。
4. 洗浄水槽に前記洗浄水を貯蔵するとともに、
   膜ろ過処理されていない未処理水に含まれる異物と前記ろ過水とを分離する膜ろ過分離装置に接続された膜接続配管を通じて前記膜まで、貯蔵した前記洗浄水を送る場合に、前記膜接続配管に設置された圧力計により前記洗浄水の圧力を測定し、
   この圧力が予め定めた圧力に達した後に、前記オゾン洗浄水の生成を行って前記オゾン洗浄水を前記ろ過二次側から前記ろ過一次側へ通す逆洗処理を開始することを特徴とする請求項１に記載の膜を用いた水処理方法。
5. 貯蔵したオゾンガスを前記洗浄水に注入することを特徴とする請求項１または請求項４に記載の膜を用いた水処理方法。
6. 前記オゾン洗浄水で膜の内部を洗浄する前もしくは後に前記洗浄水に酸を添加して、前記ろ過二次側から前記膜に前記酸が添加された洗浄水を供給し、前記膜を洗浄することを
   特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の膜を用いた水処理方法。
7. ろ過一次側からろ過二次側へ未処理水を通して膜ろ過処理を行う膜ろ過用の膜を有し、前記膜ろ過処理されていない前記未処理水に含まれる異物と前記膜ろ過処理により得られたろ過水とを分離する膜ろ過分離装置と、
   前記膜ろ過用膜を洗浄する洗浄水を加圧して供給する洗浄水供給ポンプと、
   オゾンガスを供給するオゾン発生器と、
   配管を介して前記洗浄水供給ポンプ及び前記オゾン発生器に接続され、前記洗浄水供給ポンプが加圧して供給した洗浄水に前記オゾン発生器が供給した前記オゾンガスを溶解させたオゾン洗浄水を生成し、前記膜ろ過分離装置に前記オゾン洗浄水を供給するオゾン溶解部と、
   前記未処理水を前記ろ過一次側から前記ろ過二次側へ通す前記膜ろ過処理と前記オゾン洗浄水を前記ろ過二次側から前記ろ過一次側へ通す逆洗処理とを切り替える切替弁と、
   を備え、
   前記逆洗処理により、前記膜ろ過用膜の内部とともに前記ろ過一次側の前記膜の表面を洗浄することを特徴とする膜を用いた水処理装置。
8. 前記オゾン発生器が供給する前記オゾンガスの濃度は、３０ｇ／Ｎｍ ³ 以上であり、
   前記オゾン発生器と前記オゾン溶解部との間に前記オゾンガスを貯蔵するオゾンガス貯蔵部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の膜を用いた水処理装置。
9. 前記洗浄水に酸を添加する構成要素を備え、通常の膜ろ過とは逆方向の洗浄の処理である逆洗処理の際、膜ろ過用の膜に前記酸を添加した洗浄水を供給して前記膜を洗浄することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の膜を用いた水処理装置。
10. 前記膜ろ過分離装置に接続され、この膜ろ過分離装置と前記切替弁の間に設置されて、前記逆洗処理の際、前記膜ろ過分離装置に加圧したオゾン洗浄水を送るための膜接続配管と、
    この膜接続配管に接続され、前記オゾンガスの圧力を調整する圧力逃がし弁と、
    前記加圧したオゾン洗浄水に未溶解のオゾンガスを排気して酸素に分解する排オゾンガス処理設備と、
    を備えたことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の膜を用いた水処理装置。

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