水处理膜的清洁装置、清洁方法以及水处理系统与流程

本发明涉及将废水等含有的有机物质进行膜分离的水处理膜的清洁装置、清洁方法以及水处理系统。

背景技术：

作为从含有有机物质的上水、下水、工业废水等废水等去除有机物质的方法，存在利用水处理膜的膜分离。如上述的水处理系统中，通过利用水处理膜过滤废水等原水从而将原水分离出有机物质和过滤水，因此能够稳定地进行有机物质的去除，但若持续地进行处理则有机物质会附着于水处理膜的内部和表面，有时会堵塞形成于水处理膜的细孔。当水处理膜的细孔被堵塞的情况下，产生膜压力差的上升、过滤水量的降低进而使处理能力降低，因此需要定期地清洁水处理膜的内部、表面并去除有机物。作为清洁水处理膜的方法，通常使清洁液从水处理膜的过滤二次侧(过滤水侧)向过滤一次侧(原水侧)流通，对清洁水处理膜的内部和膜表面进行清洁，以进行回洗。用于回洗的清洁液各种各样，使用有水、次氯酸钠水溶液等氧化剂水溶液。另外，为了获得更高的清洁效果，有时也使用高氧化性能的臭氧水。

另一方明，作为清洁液使用臭氧水的情况下，为了获得足够的清洁效果，即使要使用使臭氧溶解直到接近饱和溶解度为止的臭氧水，也由于存在通过在压送臭氧水的泵内部一部分产生的负压而溶解的臭氧游离的情况，因此可能会使清洁液中的臭氧浓度降低而不能得到足够的清洁效果。另外，在使用了通常的离心泵的情况下，有可能存在泵的性能因泵内产生的空化而降低，或者泵因游离的臭氧气体的吸入而导致不能运行。

因此，为了提高清洁效果，提出了与含臭氧水的回洗同时，将臭氧气体等的气泡导入至原水侧的空气鼓泡的清洁方法(例如，参照专利文献1)。

另外，使由气体产生器所产生的臭氧气体等清洁气体在喷射泵(文丘里管型气液混合装置)与水等流体混合来生成清洁流体，该清洁流体未经由净水槽而导入至具备水处理膜(中空型滤波器)的净水槽中。(例如专利文献2)。

另外，存在通过单轴偏心螺杆泵，将臭氧气体的气泡处于浑浊状态下的水压入并导入至兼用作储液器的加压臭氧溶解槽的情况(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001－79365号公报(说明书0006段、图1)专利文献2：日本专利特开2012－96209号公报(说明书0022～0027段、图1～图5)

专利文献3：日本专利特开平06－64904号公报(说明书0014段～0015段、图1)

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1所记载的发明中，由于需要另外设置用于空气鼓泡的压缩机等，因此存在结构复杂，成本增加的问题。

另外，专利文献2中所记载的发明中，由于使用包含臭氧气体等气泡的清洁流体来进行水处理膜的回洗，因此，在水处理膜的细孔内有臭氧气体等气体侵入，有可能会使细孔内干燥从而使水处理膜的过滤性能降低。虽然也考虑在喷射泵和水处理膜之间设置气液分离装置，但该情况下会导致装置整体大型化。

另外，专利文献3中所记载的发明中，为了将加压臭氧溶解槽的设定压力保持一定而将未溶解的臭氧气体排出至外部气体中，因此存在下述问题：浪费了一部分的臭氧气体，臭氧气体的利用效率降低，并且需要还原装置等臭氧处理装置而导致装置整体大型化。

本发明是为了解决上述的问题而完成的，得到一种不仅防止大型化，且结构简单，臭氧气体的利用效率高的水处理膜的清洁装置、清洁方法以及水处理系统。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明是一种对于将处理对象的原水进行过滤并处理的水处理膜，使臭氧水从过滤二次侧向过滤一次侧流通并清洁水处理膜的水处理膜清洁装置，包括：臭氧气体供给部，该臭氧气体供给部生成并提供臭氧气体；臭氧溶解槽，该臭氧溶解槽具有存储有臭氧气体的气相部以及通过溶解臭氧气体的水形成的液相部，使从臭氧气体供给部提供的臭氧气体溶解于形成液相部的水中，生成臭氧水；第1臭氧气体供给单元，该第1臭氧气体供给单元将来自臭氧气体供给部的臭氧气体提供给气相部；第2臭氧气体供给单元，该第2臭氧气体供给单元将来自臭氧气体供给部的臭氧气体提供给液相部；以及臭氧水供给单元，该臭氧水供给单元将在臭氧溶解槽中生成得到的臭氧水提供给过滤二次侧，通过气相部内的臭氧气体的压力将臭氧水提供给过滤二次侧。

另外，本发明是一种对于将处理对象的原水进行过滤并处理的水处理膜，使臭氧水从过滤二次侧向过滤一次侧流通并清洁水处理膜的水处理膜清洁方法，包括：使生成臭氧水的臭氧溶解槽的气相部存储臭氧气体的同时，向臭氧溶解槽的液相部提供臭氧气体，使臭氧气体溶解于形成液相部的水中以生成臭氧水的臭氧水生成工序；以及将臭氧气体提供给气相部，通过气相部内的臭氧气体的压力将在臭氧水生成工序中生成得到的臭氧水提供给过滤二次侧，并清洁水处理膜的臭氧水供给工序。

发明效果

根据本发明，能够得到一种不仅防止大型化，且结构简单，臭氧气体的利用效率高的水处理膜的清洁装置、清洁方法以及水处理系统。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1中的水处理系统的概要的整体结构图。

图2是表示本发明实施方式1中的水处理膜的清洁方法的流程图。

图3是表示本发明实施方式1所涉及的臭氧水生成工序的流程图。

图4是表示本发明实施方式1所涉及的臭氧水生成工序中的水处理系统的概要的整体结构图。

图5是表示本发明实施方式1所涉及的臭氧水供给工序的流程图。

图6是表示本发明实施方式1所涉及的臭氧水供给工序中的水处理系统的概要的整体结构图。

具体实施方式

实施方式1﹒

以下，基于图1～图6对本发明的实施方式1进行说明。图1是表示实施方式1的水处理系统的概要的整体结构图。另外，图1中示出了进行原水处理的工序中的水处理系统的状态。水处理系统100具备：膜分离槽81，该膜分离槽81的内部设置有从含有有机物质的上水、下水、工业废水等原水分离有机物质并进行处理的分离膜82、即水处理膜，分离膜82的外侧作为过滤一次侧811、分离膜82的内侧作为过滤二次侧812；清洁分离膜82的清洁装置10，即水处理膜的清洁装置；以及将由膜分离槽81处理的原水作为处理水暂时存储的处理水槽91。

水处理膜清洁装置10具备臭氧气体供给部11、生成臭氧水的臭氧溶解槽12。臭氧气体供给部11由原料气体供给部(未图示)及将从原料气体供给部提供的氧作为原料生成臭氧气体的臭氧气体生成部(未图示)构成。作为原料气体生成部，例如使用有利用了液体氧钢瓶、vpsa(vacuumpressureswingadsorption：真空脱附)等的氧发生装置，但若是可提供氧的装置等则不作特别限定。作为臭氧生成部，例如能够使用放电式的臭氧发生装置。

臭氧气体供给部11与臭氧气体供给配管101的一端连接。臭氧气体供给配管101的另一端与臭氧气体流路切换阀13、即臭氧气体流路切换单元连接。臭氧气体流路切换阀13与气相部臭氧气体供给配管102即第1臭氧气体供给单元、以及液相部臭氧气体供给配管103即第2臭氧气体供给单元连接。臭氧气体流路切换阀13通过控制装置(未图示)的控制的开闭动作，在气相部臭氧气体供给配管102和液相部臭氧气体供给配管103之间切换从臭氧气体供给配管101提供的臭氧气体的供给对象。

臭氧溶解槽12的内部形成有气相部121和液相部122。液相部122是液体所占的区域，实施方式1中使用水作为形成液相部122的液体。另外，液相部122设置有散气装置19，该散气装置19与液相部臭氧气体供给配管103连接，向形成液相部122的水吹入从臭氧气体供给部11提供的臭氧气体。气相部121形成于液相部122的上方，如后述那样为存储有臭氧气体的空间。另外，臭氧溶解槽12的塔顶部设置有与气相部臭氧气体供给配管102连接的臭氧气体流入口123以及膜分离槽臭氧气体供给配管104、即与第3臭氧气体供给单元连接的臭氧气体流出口124。另外，臭氧溶解槽12的塔底部设置有臭氧水供给配管105、即与臭氧水供给单元连接的臭氧水流出口125。

另外，实施方式1中将臭氧气体流入口123和臭氧气体流出口124设置于臭氧溶解槽12的塔顶部，但臭氧气体流入口123和臭氧气体流出口124设置于可分别连通气相部臭氧气体供给配管102和膜分离槽臭氧气体供给配管104与气相部121的位置即可。另外，将臭氧水流出口125设置于臭氧溶解槽12的塔底部，但臭氧水流出口125设置于可连通臭氧水供给配管105和液相部122的位置即可。

臭氧气体供给配管101设置有臭氧气体供给压力调整阀15，该臭氧气体供给压力调整阀15通过控制装置(未图示)的控制的开闭动作来控制臭氧气体供给部11和臭氧气体流路切换阀13之间的臭氧气体流，并调整从臭氧气体供给部11观察向二次侧(臭氧气体流路切换阀13侧)提供臭氧气体时的压力。膜分离槽臭氧气体供给配管104与膜分离槽81的过滤一次侧811连接。另外，膜分离槽臭氧气体供给配管104设置有臭氧溶解槽压力调整阀16，该臭氧溶解槽压力调整阀16通过控制装置(未图示)的控制的开闭动作来控制流过膜分离槽臭氧气体供给配管104的臭氧气体流，并调整臭氧溶解槽12的气相部121的压力。臭氧水供给配管105经由三通阀14和过滤二次侧流路配管106，与膜分离槽81的过滤二次侧812连接。另外，臭氧水供给配管105设置有臭氧水供给压力调整阀17，该臭氧水供给压力调整阀17通过控制装置(未图示)的控制的开闭动作来控制流过臭氧水供给配管105的臭氧水流，并调整来自液相部122的臭氧水气的供给压力。

膜分离槽81中，分离模82例如是由聚偏氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)等具有抗臭氧特性的材料构成的有机类的中空型的膜。膜分离槽81的过滤一次侧811为被处理的原水的入口侧，过滤二次侧812为通过分离膜82过滤后的原水的出口侧。过滤一次侧811经由过滤一次侧连接部813与膜分离槽臭氧气体供给配管104连接。过滤二次侧812经由过滤二次侧连接部814与过滤二次侧流路配管106连接。

处理水槽19经由过滤二次侧流路配管106、三通阀14以及处理水移送配管107与过滤二次侧812连接。三通阀14通过控制装置(未图示)的控制的开闭动作在臭氧水供给配管105、过滤二次侧流路配管106以及处理水移送配管107之间控制流体的流动。

对于臭氧气体流路切换阀13、三通阀14、臭氧气体供给压力调整阀15、臭氧溶解槽压力调整阀16、臭氧水供给压力调整阀17，图中留白表示打开状态或根据压力而成为打开状态的状态，图中涂黑表示关闭状态。即，图1中表示臭氧气体流路切换阀13在所有方向为关闭状态，三通阀14在过滤二次侧流路配管106和处理水移送配管107之间以打开状态形成了流路，另一方面，在臭氧水供给配管105侧为关闭状态。另外，臭氧气体供给压力调整阀15、臭氧溶解槽压力调整阀16、臭氧水供给压力调整阀17表示为关闭状态。

接着，对动作进行说明。处理原水的工序中，如图1所示，膜分离槽81内导入有原水，膜分离槽81的内部产生从过滤一次侧811向过滤二次侧812流入的原水流f1。流入过滤二次侧812的原水通过由分离膜82过滤来去除有机物质，从过滤二次侧812通过过滤二次侧流路配管106、三通阀14、处理水移送配管107并输送至处理水槽91。输送至处理水槽91的处理水暂时被存储后排出到系统外部。在处理原水的工序期间，臭氧溶解槽压力调整阀16和臭氧水供给压力调整阀17为关闭状态，因此在膜分离槽81和清洁装置10之间的流动被断开。

若结束处理原水的工序，则进行分离膜82的清洁。图2是表示实施方式1所涉及的水处理膜清洁方法的流程图。本发明的水处理膜清洁方法具备臭氧水生成工序(步骤st01)、以及臭氧水生成工序后的臭氧水供给工序(步骤st02)这两个工序。对各自的工序进行以下说明。

图3是表示实施方式1所涉及的臭氧水生成工序的流程图，图4是表示实施方式1所涉及的臭氧水生成工序中的水处理系统的概要的整体结构图。臭氧水生成工序中，首先，臭氧气体流路切换阀13中将臭氧气体供给配管101和液相部臭氧气体供给配管103之间设为打开状态，在臭氧气体供给部11和散气装置19之间形成流路(步骤st011)。对气相部臭氧气体供给配管102侧设为关闭状态，断开臭氧气体供给部11和气相部121之间的流动。另外，将臭氧水供给压力调整阀17设为关闭状态。对于臭氧溶解槽压力调整阀16，如后述那样，通过气相部121的压力控制开闭状态。

接着，启动臭氧气体供给部11向散气装置19输送臭氧气体，通过散气装置19向液相部122提供臭氧气体(步骤st012)。此时，臭氧气体供给压力调整阀15的设定压力值设为施加给散气装置19的水头压力值以上。另外，臭氧溶解槽压力调整阀16的设定压力值设为小于从臭氧气体供给压力调整阀15的设定压力值减去施加给散气装置19的水头压力值后的压力值。由此，通过确定臭氧溶解槽压力调整阀16的设定压力值，从而能从散气装置19向液相部122内连续地提供臭氧气体。

提供给液相部122的一部分臭氧气体溶解于液相部122的水中，剩余部分作为未溶解臭氧气体存储于气相部121。存储于气相部121的未溶解臭氧气体提高气相部121中的臭氧气体的压力。根据亨利定律，气体的气压越大气体对水的饱和溶解度越高，因此臭氧对形成液相部122的水的饱和溶解度伴随着气相部121的未溶解臭氧气体的存储而变大。

气相部121的压力值若为臭氧溶解槽压力调整阀16的设定压力值以上(步骤st013)，则未溶解臭氧气体的一部分从臭氧气体流出口124流出，经由膜分解槽臭氧气体供给配管104提供给膜分离槽81的过滤一次侧811(步骤st014)。

提供给过滤一次侧811的未溶解臭氧气体在过滤一次侧811成为气泡，如图4所示的未溶解臭氧气体流f2那样流过过滤一次侧811。流过过滤一次侧811的未溶解臭氧气体的气泡由于切断力的物理作用和作为氧化性气体的臭氧气体的化学作用，来剥离/去除附着于分离膜82的膜表面的有机物质，从而清洁分离膜82的膜表面(步骤st015)。另外，对于仅凭未溶解臭氧气体的气泡无法剥离/去除的附着物，仍具有弱化向分离膜82的附着力的效果。如上所述，提供给过滤一次侧811的未溶解臭氧气体起到膜表面清洁用的曝气气体的作用。由此，未溶解臭氧气体在膜分离槽内被消耗，分离膜82的污染被降低。

形成液相部122的水的溶解臭氧浓度达到设定浓度值，若在液相部122生成具有所希望的溶解臭氧浓度的臭氧水，则结束臭氧水生成工序并前进至下一个工序的臭氧水供给工序(步骤st016)。另外，作为设定浓度值设定饱和溶解度附近的规定值。溶解臭氧浓度越高，对分离膜82的清洁效果越高，因此优选设定浓度值尽可能接近饱和溶解度的值，但饱和溶解度根据溶剂的温度/ph/气压而变动，因此将每次清洁的溶解臭氧浓度设为一定，例如可以将30mg/l以上的一定值作为设定浓度值。另外，也可以预先求出溶解臭氧浓度达到设定浓度值的散气时间，在实际的臭氧水生成工序中设定散气时间以代替确定设定浓度值。

图5是表示实施方式1所涉及的臭氧水供给工序的流程图，图6是表示实施方式1所涉及的臭氧水供给工序中的水处理系统的概要的整体结构图。臭氧水供给工序中，首先，臭氧气体流路切换阀13中将臭氧气体供给配管101和气相部臭氧气体供给配管102之间设为打开状态，在臭氧气体供给部11和气相部121之间形成流路，并对液相部臭氧气体供给配管103侧设为关闭状态，将臭氧气体的供给对象从液相部122切换成气相部121(步骤st021)。另外，将臭氧溶解槽压力调整阀16设为关闭状态。对于臭氧水供给压力调整阀17，如后述那样通过臭氧水的供给压力来控制开闭状态。

接着，三通阀14中将臭氧水供给配管105和过滤二次侧流路配管106之间设为打开状态在液相部122和过滤二次侧之间形成流路，并对处理水移送配管107侧设为关闭状态来切换三通阀14的流路。之后，从臭氧气体流入口123向气相部121提供臭氧气体，将气相部121内的臭氧气体的压力作为驱动力来移送液相部122的臭氧水，并提供给膜分离槽81的过滤二次侧812(步骤st022)。臭氧溶解槽压力调整阀16为关闭状态，因此伴随着向气相部121提供臭氧气体，气相部121的压力上升，从而能够得到足够的压力以用于将臭氧水移送到过滤二次侧为止。液相部122的臭氧水从臭氧水流出口125流出，通过臭氧水供给配管105、三通阀14、过滤二次侧流路配管106流入到过滤二次侧812。

如上所述，向过滤二次侧812提供臭氧水的同时，在过滤二次侧812溶解堵住在膜内部的有机性浑浊物质等杂质，并清洁分离膜82的内部。用于清洁之后的臭氧水如图6所示的臭氧水流f3那样从过滤二次侧向过滤一次侧811流通(步骤st023)。

使臭氧水从过滤二次侧812向过滤一次侧811流通的驱动力与臭氧水的移送相同，为来自气相部121的压力。从分离膜82的清洁效果、防止移送中途臭氧水中的臭氧的再次游离的观点来看，优选利用尽可能高的供给压力来将臭氧水提供给过滤二次侧812，但若因臭氧水流而施加给分离膜82的压力过大，则有可能会超过分离膜82的耐压而导致分离膜82破损。臭氧水供给压力调整阀17控制为将过大的供给压力进行减压，通过调整提供给过滤二次侧812的臭氧水的压力，从而防止因臭氧水流而施加给分离膜82的压力过大的情况。根据臭氧水的清洁效果等和防止分离膜破损的平衡，臭氧水供给压力调整阀17的设定压力值优选为臭氧溶解槽压力调整阀16的设定压力值以上、300kpa以下。

分离膜82的清洁所要的时间取决于分离膜82的大小、污染程度，考虑在30分钟左右。清洁过程中，持续从臭氧气体供给部11向气相部121供给臭氧水，在持续向过滤二次侧812供给臭氧水之后，使臭氧气体供给部11的臭氧气体供给停止，以结束臭氧水供给工序。

根据实施方式1，能够边防止大型化，以简单的结构提高臭氧气体的利用效率。更具体而言，通过具备气相部臭氧气体供给配管和液相部臭氧气体供给配管，从而可分别向生成臭氧水的臭氧溶解槽的气相部和液相部提供臭氧气体。由此，通过散气装置使臭氧溶解于液相部的水中之后，通过切换臭氧气体的供给对象来向气相部提供臭氧气体，并通过从气相部侧施加臭氧气体的压力来向膜分离槽提供臭氧水。因此，施加给臭氧水的压力得以保持，能维持高饱和溶解度不变地将臭氧水移送到膜分解槽，因此能防止臭氧的再次游离，提高臭氧气体的利用效率。

另外，分离膜的清洁仅是基于臭氧水的清洁，无需用于提供溶解臭氧浓度的循环路径。由此，结构简单并能够预防成本的增加。

另外，提供给气相部的臭氧气体、未溶解臭氧气体用于提高气相部的压力，并消耗臭氧直到用于清洁的臭氧水在过滤一次侧流出为止，因此无需使用了催化剂、活性炭等的还原装置等处理废臭氧气体的装置，从而能够防止装置的大型化，并防止成本的增加。

另外，臭氧水供给工序中进行臭氧水的分离膜的清洁之前，由于使用臭氧水生成工序中的未溶解臭氧气体的气泡来从过滤一次侧清洁分离膜的膜表面，因此能够更加提高臭氧的利用效率。并且，臭氧水供给工序之前由于降低了分离膜的污染，因此能够降低臭氧水供给工序的供给压力并缩短清洁时间，能够降低清洁所需要的臭氧气体量。另外，使未溶解臭氧气体与膜表面、过滤一次侧的污泥反应来消耗，因此无需将未溶解臭氧气体作为废臭氧气体来处理。

另外，实施方式1中设置一个臭氧气体供给部，通过臭氧气体流路切换阀在臭氧溶解槽的液相部和气相部之间切换臭氧气体的供给对象，但只要向臭氧溶解槽的气相部和液相部均可提供臭氧气体即可，因此可以以气相部用和液相部用方式分别设置臭氧气体供给部。该情况下，气相部用的臭氧气体供给部与气相部臭氧气体供给配管连接，仅向气相部提供臭氧气体，液相部用的臭氧气体供给部与液相部臭氧气体供给配管连接，仅向液相部提供臭氧气体，因此可省略臭氧气体流路切换阀。

另外，本发明在其发明的范围内可以对各实施方式进行自由组合，也能对各实施方式适当地进行变形、省略。

标号说明

10清洁装置，

11臭氧气体供给部，

12臭氧溶解槽，

13臭氧气体流路切换阀，

15臭氧气体供给压力调整阀，

16臭氧溶解槽压力调整阀，

17臭氧水供给压力调整阀，

81膜分离槽，

82分离槽，

100水处理系统，

101臭氧气体供给配管，

102气相部臭氧气体供给配管，

103液相部臭氧气体供给配管，

104膜分离槽臭氧气体供给配管，

105臭氧水供给配管，

121气相部，

122液相部，

811过滤一次侧

812过滤二次侧