水处理装置以及水处理方法与流程

1.本技术涉及水处理装置以及水处理方法。


背景技术：

2.在上下水处理或者排水处理中，广泛采用用过滤膜过滤被处理水而得到清澈的过滤水的膜过滤法。在该方法中使用的过滤膜是例如在表面具有细孔径0.1微米程度的微细的无数的孔的有机材料膜或者无机材料膜。利用该膜，能够去除被处理水中的悬浊物质。
3.在膜过滤法中，通过如上述的具有精密的构造的过滤膜得到极其高质量的过滤水作为处理水，另一方面，存在由悬浊物质等物质堵塞过滤膜的细孔这样的课题。为此，一般，进行将包含过滤水、臭氧、或者次氯酸的药品溶液按照与被处理水的过滤方向相反的朝向通过过滤膜来去除过滤膜细孔的堵塞的“逆洗”。例如，在专利文献1以及2中，公开一种利用使臭氧溶解而得到的水即臭氧水的过滤膜的逆洗方法。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2001-300576号公报
7.专利文献2：日本特开2014-128790号公报


技术实现要素：

8.例如，在利用臭氧水洗净过滤膜的情况下，需要在每次洗净时，生成洗净所需的包含臭氧浓度的臭氧水。这是臭氧的不稳定性所引起的。即，即使生成目标臭氧浓度的臭氧水，在停止臭氧气的供给时，随着时间经过，臭氧分解而臭氧浓度降低，作为洗净剂的效力受损。因此，与利用分解速度比较慢而可保存的次氯酸钠等洗净剂的过滤膜洗净不同，即使过滤膜成为需要洗净的状态，也无法立即开始洗净，在过滤膜中发生过剩的结垢(细孔的堵塞)。
9.进而，溶解臭氧浓度易于受到成为臭氧气的溶剂的液体的性状的影响，臭氧的溶解速度、最终的溶解臭氧浓度在每次生成时发生变化。因此，在洗净效果中产生偏差，在将臭氧水注入到过滤膜的臭氧水洗净工序中得不到依照期待的洗净效果，存在需要立刻再次洗净而洗净频度增大的可能性。
10.本技术是为了消除如上述的问题而完成的，其目的在于提供一种消除臭氧水生成以及洗净中的臭氧的特性所引起的不可靠性，在适合的定时开始臭氧水生成，稳定地得到充分的臭氧水洗净效果的水处理装置以及水处理方法。
11.本技术公开的水处理装置进行：
12.膜过滤工序，用过滤膜过滤被处理水而取得处理水；以及
13.臭氧水洗净工序，用臭氧水洗净过滤膜，
14.所述水处理装置的特征在于，具备：
15.运算部，根据测定的过滤膜前后的压力差，计算膜间压差值；以及
16.控制部，在计算出的膜间压差值或者根据膜间压差值计算出的推测值等于基准值或者大于基准值时，指示臭氧水的生成开始。
17.根据本技术公开的水处理装置，能够消除臭氧水生成以及洗净中的臭氧的特性所引起的不可靠性，在适合的定时开始臭氧水生成，稳定地得到充分的臭氧水洗净效果。
附图说明
18.图1是说明实施方式1中的水处理装置的结构的一个例子的图。
19.图2是说明实施方式1中的水处理装置的动作的流程图。
20.图3是说明实施方式1中的臭氧水洗净工序的开始和完成的图。
21.图4是说明实施方式1中的臭氧水洗净工序的开始和完成的其他图。
22.图5是说明实施方式1中的臭氧水洗净工序的开始和完成的其他图。
23.图6是说明实施方式2中的水处理装置的结构的一个例子的图。
24.图7是说明实施方式2中的水处理装置的动作的流程图。
25.图8是示出构成实施方式1以及2所示的运算部、控制部、设定部以及膜间压差变化速度计算单元的硬件的一个例子的图。
26.(符号说明)
27.1：过滤膜；2：收容槽；3：臭氧水生成装置；4：被处理水；5：臭氧水槽；6：臭氧水供给泵；7：臭氧水供给配管；8：臭氧水浓度计；9：压力计；10：运算部；11：控制部；12：臭氧气发生器；13：过滤泵；14：过滤水槽；15：过滤水配管；16、17：阀门；18：设定部；19：被处理水配管。
具体实施方式
28.以下，参照附图，说明与本技术相关的水处理装置的优选的实施方式。此外，关于同一内容以及相当部附加同一符号，其详细的说明省略。以后的实施方式也同样地，关于附加同一符号的结构重复的说明省略。
29.实施方式1.
30.图1示出实施方式1所涉及的水处理装置的结构的一个例子。图1的水处理装置具备收容过滤膜1的收容槽2。在收容槽2中填充有被处理水4，过滤膜1浸渍到被处理水4。另外，具备对收容槽2供给被处理水4的被处理水配管19。对过滤膜1连接过滤水配管15。进而，在该配管上设置有压力计9。由压力计9得到的压力信息被传送给运算部10，被换算为膜间压差。
31.过滤泵13与过滤水配管15连接，能够将经由过滤膜1得到的过滤水向过滤水槽14送水。进而，过滤水配管15与臭氧水供给配管7连接。臭氧水供给配管7从臭氧水生成装置3，将经由臭氧水供给泵6排出的臭氧水供给到过滤膜1。臭氧水生成装置3包括：臭氧气发生器12，发生臭氧气；臭氧水槽5，使发生的臭氧气与存积于内部的液体接触而生成臭氧水；以及臭氧水浓度计8，测定臭氧水槽5内的溶解臭氧浓度。
32.在过滤水配管15以及臭氧水供给配管7中设置有阀门16、17，通过它们的开闭切换过滤水或者臭氧水的供给。进而，具备控制部11，能够接收由设定部18设定的各装置的运转参数、由运算部10运算的运算结果、来自其他各机器的信息、或者针对各机器发送指令。
33.接下来，参照图2的流程图，说明利用图1的水处理装置的水处理的一连串的动作。
34.[膜过滤工序]
[0035]
在膜过滤工序(步骤s1)中，进行将被处理水4送到收容槽2、以及利用过滤膜1过滤被处理水4。从被处理水配管19供给的被处理水4被存积到收容槽2。通过打开阀门17(此时阀门16关闭)，使过滤泵13工作而进行吸引，用过滤膜1进行被处理水4的过滤。通过过滤得到的过滤水被移送到过滤水槽14。
[0036]
伴随过滤，过滤膜1的结垢、即细孔的堵塞发展。在结垢发展时，过滤膜1前后的压力差(膜间压差＝trans-membrane pressure：tmp)上升。过度的tmp上升成为过滤膜1的破损等装置的不良现象的原因，所以最好始终监视tmp来掌握结垢的程度。在本实施方式的水处理装置中，通过对由压力计9得到的压力信息加上由运算部10预先决定的处理，换算为tmp，并将其记录。在此，预先决定的处理是指，求出施加于过滤膜1的一次侧的压力与施加于二次侧的压力之差的处理，在此，作为施加于过滤膜1的一次侧的压力，采用通过收容槽2的水位产生的水压，作为施加于二次侧的压力，采用通过压力计9的安装高度产生的水压与压力计9的测定值之和。
[0037]
关于被处理水4，没有特别限定，例如，既可以是从河川、湖沼、海洋等提取的自然水，或者，也可以是污水、工业排水等。在用作膜分离生物反应器的情况下，也可以在收容槽2中存积活性污泥，在此导入被处理水4，用过滤膜1过滤混合的液。
[0038]
另外，过滤既可以连续地进行也可以断续地进行。例如，也可以每隔预先决定的时间停止过滤而使过滤水逆流等来实施逆洗，之后使过滤再次开始等。另外，过滤膜1的形状可以是中空线型或者平膜型中的任意一个，过滤膜1的材料可利用陶瓷等无机材料、例如聚偏二氟乙烯(pvdf)、或者聚四氟乙烯(ptfe)等氟树脂系有机材料。不论是哪一个，只要是能够将被处理水4过滤为目的水质的细孔径且臭氧耐性充分的构造或者材料，则使用的过滤膜1没有限定。
[0039]
[臭氧水生成工序]
[0040]
如上所述，伴随过滤而过滤膜1的结垢发展，tmp上升。在可针对过滤膜1提供的tmp中存在限度，在用限度以上的tmp继续过滤时，存在过滤膜1破损的可能性。另外，即便是限度内的tmp，在维持高的tmp继续过滤时，基于洗净的tmp的降低有时变得困难。因此，在达到预先输入到设定部18的tmp的界限值p
max
的情况下，最好实施臭氧水洗净。例如，作为p
max
最好设定为10～50kpa。
[0041]
可是，在利用臭氧水洗净过滤膜1的情况下，需要在每次必要时，生成过滤所需的臭氧水。这是基于臭氧的特性的。即，半衰期极其短，所以无法长期间保持一次需要的臭氧水。或者，如果想要保持，则需要在不需要臭氧水的期间也持续供给臭氧气，效率低。因此，为了在达到p
max
的时间点开始洗净，根据效率的观点，需要在达到决定的p
max
的预定时间前，开始臭氧水的生成。
[0042]
针对本实施方式所示的水处理装置，研究用于解决上述问题的方案。即，根据膜过滤工序执行中的压力计9的测定值，通过运算部10逐次计算tmp，传送给控制部11。由此，始终监视施加于过滤膜1的tmp。进而，控制部11逐次比较预先输入到设定部18的p
max
以及比p
max
低一定值的tmp即p
sub
和tmp(步骤s2)，在控制部11探测到达到p
sub
、即tmp等于或者大于p
sub
时，开始臭氧水生成(步骤s3)。可以在设定部18中，以使从p
sub
至到达p
max
的时间成为能够完成臭氧水生成的时间以上的方式设定p
sub
，臭氧水生成所花费的时间是10～120分钟左
右，所以例如可以将p
sub
设定为比p
max
低5～20kpa的值。
[0043]
如上所述，在膜过滤工序中，在tmp达到p
sub
的情况下，开始臭氧水生成工序，臭氧气发生器12工作，开始对臭氧水槽5供给臭氧气。在臭氧水槽5中预先存积可成为臭氧的溶剂的液体，通过使该液体和臭氧气接触而生成臭氧水。在该液体中，例如，也可以除了自来水、工业用水、纯水、或者超纯水以外，还移送而使用存积于过滤水槽14的过滤水的一部分。另外，也可以在臭氧水槽5中的臭氧水生成时，针对臭氧水槽5内的液体，与臭氧气同时、或者先于臭氧气供给而注入盐酸、硫酸等酸性药品、或者自由基清除剂(例如碳酸气体)。通过加上这样的操作，能够进行臭氧的分解抑制，能够在更短时间内得到高浓度的臭氧水。
[0044]
此外，在执行臭氧水生成工序的同时，继续膜过滤工序。即，在膜过滤工序中，过滤泵13工作，经由过滤膜1过滤被处理水4，但臭氧水生成所涉及的机器的动作和膜过滤所涉及的机器的动作是独立的，所以除了tmp达到p
max
的情况、即tmp等于或者大于p
max
时以外，无需在臭氧水生成时必须使这些机器停止而使膜过滤工序休止。这是本实施方式的效果的一个方面，通过在需要洗净的膜间压差的界限值p
max
之前开始臭氧水生成，能够将过滤停止时间缩短至极致。在先于臭氧水生成完成而达到p
max
的情况下，如上所述，能够停止过滤工序、或者在臭氧水生成完成之前减少过滤水量(过滤助剂)而运转。
[0045]
通过臭氧水浓度计8始终监视臭氧水生成中的臭氧水浓度，传送给运算部10。由运算部10接收到的浓度信息被传送给控制部11，在控制部11中判断为监视时的臭氧水浓度达到预先在设定部18中设定的预定浓度c
target
时，开始臭氧水洗净工序。
[0046]
[臭氧水洗净工序]
[0047]
在控制部11中判断为臭氧水中的溶解臭氧浓度达到预先决定的浓度c
target
、即等于或者大于c
target
之后，停止膜过滤工序(步骤s4)。另一方面，一边继续通过臭氧气发生器12向臭氧水槽5供给臭氧气，一边开始向过滤膜1供给臭氧水。即，从控制部11传送指令而停止过滤泵13，关闭阀门17，打开阀门16。进而，臭氧水供给泵6工作，将存积于臭氧水槽5内的臭氧水经由臭氧水供给配管7供给到过滤膜1。所供给的臭氧水在从过滤膜的二次侧向一次侧透过的过程中，使堵塞过滤膜细孔的结垢原因物质(生物膜等有机成分等)化学性地分解或者物理性地剥离。
[0048]
在水处理装置的运用中，需要始终稳定地得到运转管理者意图的洗净效果。然而，关于利用臭氧水的水处理用过滤膜的洗净机制，未弄清楚的情形较多，洗净效果的管理是困难的。另外，臭氧水生成的结果得到的臭氧水浓度根据成为臭氧气的溶剂的液体的性状而变化，这也使洗净效果的管理变得更困难。
[0049]
为此，发明人专心研究的结果，判明在水处理过滤膜的臭氧水洗净中，在洗净效果即tmp的降低效果、和用在洗净中使用的臭氧水浓度与洗净时间之积求出的ct值之间存在相关。即，在针对对使糖或者蛋白质等有机物溶解而得到的水进行过滤而直至呈现预定的tmp为止结垢的过滤膜实施了臭氧水洗净时，即使臭氧水浓度c每次变化，通过调整臭氧水洗净时间以使作为臭氧水浓度c与利用臭氧水的洗净时间t之积的ct值成为恒定的方式，在臭氧水浓度c发生了变化的任意的洗净后，tmp的降低量都成为相同的程度。由此，认为通过一边掌握臭氧水生成的结果得到的臭氧水浓度的变化一边管理洗净时间，能够实现臭氧水洗净效果的管理。
[0050]
在本实施方式所示的水处理装置中，用臭氧水浓度计8测定在臭氧水生成工序中
存积到臭氧水槽5的臭氧水的浓度。测定值被逐次发送到运算部10，将运算出的当前的臭氧水浓度信息发送给控制部11。控制部11比较从控制部发送的当前的臭氧水浓度、和预先在设定部18中设定的臭氧水浓度c
target
。如图3所示，在判断为达到c
target
时，开始臭氧水洗净工序(步骤s5)。
[0051]
关于臭氧水洗净工序开始后的臭氧水浓度，也可以如图3所示，通过使臭氧气发生器12的输出变化来调整供给到臭氧水槽5的臭氧气浓度或者流量等，以平均地成为c
target
的方式运转。在该情况下，经由运算部10接收到臭氧水浓度计8的测定值的控制部11根据当前的臭氧水浓度和作为目标值的c
target
的偏离，使从臭氧气发生器12释放的臭氧气浓度或者流量增减。这样，通过控制部11控制臭氧气发生器12，以使臭氧水洗净工序执行中的臭氧水浓度平均地成为c
target
。进而，控制部11根据在设定部18中预先决定的目标ct值ct
target
和臭氧水浓度c
target
，计算必要洗净时间α1，将臭氧水洗净工序执行必要洗净时间α1。
[0052]
另外，也可以不改变臭氧气浓度、流量、其他条件而使臭氧水浓度改变。在该情况下，控制部11逐次取得臭氧水浓度计8的测定值，经由运算部10，将其记录为臭氧水浓度。也可以累积所记录的臭氧水浓度与臭氧水洗净工序的经过时间之积，在累积值达到ct
target
时(步骤s6)、即在等于或者大于ct
target
的时间点，完成臭氧水洗净工序(步骤s7)。例如，此时，将下述式导入到运算部10，将计算结果与ct
target
逐次比较以及判定即可。
[0053]
ct
present
＝σ(c
present
×
δt)
[0054]
在此，
[0055]
ct
present
表示当前的累积ct值。
[0056]cpresent
表示当前的臭氧水浓度。
[0057]
δt表示从上次的ct
present
计算起的经过时间。
[0058]
另外，也可以在使臭氧水洗净工序中的臭氧水浓度改变的情况下，如图4所示，从臭氧水洗净工序开始，逐次计算各时间点下的平均的臭氧水浓度c
ave
，比较通过该计算值与同一时间点下的臭氧水洗净工序执行时间之积得到的∫c
ave
.dt值和ct
target
，判断臭氧水洗净工序完成点(步骤s6)。
[0059]
另外，在本实施方式中，将臭氧水洗净工序开始条件设为臭氧水浓度。即，在达到预先设定的臭氧水浓度c
target
时，开始臭氧水洗净工序。但是，例如，也可以不决定c
target
，如图5所示，以在经过了预先决定的时间β时强制地开始臭氧水洗净工序的方式，使臭氧水生成工序运转。此时，臭氧水洗净工序开始时的臭氧水浓度未必成为恒定，但由于利用臭氧水的洗净效果自身能够用ct值管理，所以可以根据逐次测定的臭氧水浓度以及ct
target
来调整臭氧水洗净工序执行时间。
[0060]
在臭氧水洗净工序完成后，停止从臭氧气发生器12的臭氧气供给以及利用臭氧水供给泵6的臭氧水供给，关闭阀门16，再次开始过滤工序(步骤s8)。
[0061]
如以上所述，根据本实施方式，伴随臭氧水生成工序开始，能够在更短时间内得到高浓度的臭氧水。另外，通过一边掌握臭氧水浓度的变化一边管理洗净时间，能够实现臭氧水洗净效果的管理。通过这些显著的效果，能够消除臭氧水生成以及洗净中的臭氧的特性所引起的不可靠性，在适合的定时开始臭氧水生成，稳定地得到充分的臭氧水洗净效果。
[0062]
实施方式2.
[0063]
在利用过滤膜过滤被处理水4而得到处理水的水处理装置中，如上所述，过滤膜的
结垢发展，但结垢的速度、即膜间压差变化速度未必恒定，根据每时每刻的被处理水性状等过滤条件而变化。因此，关于臭氧水生成开始定时，通过根据膜间压差变化速度来决定，也能够实现更高效的运转。
[0064]
在实施方式1所示的水处理装置中，在控制部11中比较各时间点下的tmp和p
sub
来决定臭氧水生成工序开始定时，但在本实施方式中，如图6所示，通过在控制部11中追加膜间压差变化速度计算单元110，能够更可靠地决定臭氧水生成工序开始定时。
[0065]
即，在本实施方式中，在膜过滤工序执行中，通过运算部10根据压力计9中的测定值计算tmp，逐次记录到控制部11。即，控制部11逐次记录当前的膜间压差pn、和在设定部18中预先决定的比当前提前预定时间t1的膜间压差p
n-1
，根据pn与p
n-1
之差以及t1，计算从p
n-1
至到达pn的平均膜间压差变化速度v。
[0066]
进而，控制部11逐次计算在设定部18中预先决定的时间t2与平均膜间压差变化速度v之积δp、和对该δp加上pn而得到的值p
n+x
。控制部11逐次比较该值p
n+x
和依然在设定部18中预先设定的p
max
，在判断为p
n+x
达到p
max
时(步骤s9)，开始臭氧水生成工序(步骤s3)。
[0067]
p
n+x
即是指，以当前时刻为起点，时间t2后的推测膜间压差。关于t1，需要设为适合于根据当前时刻附近的膜间压差上升速度来预测接近当前时刻的将来的膜间压差的时间，最好在10分钟～240分钟之间设定。在t1比10分钟短时，大幅受到过滤工序中的一些过滤流量的变动所引起的膜间压差的变化的影响，v被计算得过剩地大或者小。
[0068]
另一方面，在t1比240分钟长时，在从p
n-1
至到达pn的过程中由于某种理由而膜间压差急剧上升或者急剧降低的情况下受到影响，v以及p
n+x
的计算变得不适合。
[0069]
关于t2，最好输入从臭氧水生成开始至达到必要的臭氧水浓度c
target
所需的时间，为10～120分钟。即，在以当前时刻为起点而经过了臭氧水生成所需的时间时，在判断为膜间压差可能达到被决定为界限膜间压差的p
max
以上的情况下，立即开始臭氧水生成工序。
[0070]
如以上所述，即使在膜间压差变化速度每时每刻变化的情况下，通过逐次计算以及记录局部的膜间压差变化速度，能够推测将来的膜间压差，另外，通过将其利用，能够可靠地决定臭氧水生成开始定时。
[0071]
此外，图8示出构成运算部10、控制部11、设定部18、以及膜间压差变化速度计算单元110的硬件的一个例子。由处理器100和存储装置200构成，虽然未图示，存储装置具备随机存取存储器等易失性存储装置、和闪存存储器等非易失性的辅助存储装置。另外，也可以代替闪存存储器而具备硬盘的辅助存储装置。处理器100通过执行从存储装置200输入的程序，进行例如通过图2或者图7说明的各运算以及各控制。在该情况下，从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器100输入用于运算或者控制的程序。另外，处理器100既可以将运算结果等数据输出给存储装置200的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存到辅助存储装置。处理器100既可以搭载多个，也可以用1个处理器100构成运算部10、控制部11以及设定部18。
[0072]
本技术记载各种例示性的实施方式以及实施例，但1个或者多个实施方式记载的各种特征、方案、以及功能不限于特定的实施方式的应用，能够单独或者以各种组合应用于实施方式。
[0073]
因此，在本技术说明书公开的技术的范围内，设想未例示的无数的变形例。例如，包括将至少1个构成要素变形的情况、追加的情况或者省略的情况、进而包括抽出至少1个
构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。