まず、本発明にかかるろ過装置の基本的� ��ローおよびその装置を用いた水処理方法を� ��図1に示す模式図を参照しながら説明する。

 図1に示すろ過装置は、原水1が供給ポン� �4によってpH調整手段2と凝集剤添加手段3を経 てろ過ユニット5a~5d(ろ過ユニット(A))に供給� �れるようになっている。ろ過ユニット5a~5dで 処理された水は、ろ過水質に応じ、ろ過水質 が良好な場合は、清澄水バルブ9a~9dを備えた� ��澄水ライン90a~90dを通して清澄水タンク18に� ��留されるようになっている。また、ろ過ユ� ��ット5a~5dのいずれかから得られるろ過水の� �質が良好でない場合、すなわち、ろ過ユニ� �ト5a~5dのいずれかから得られたろ過水が所定 の水質基準値を満足しない場合、その水質基 準値を満足しないろ過水に対応する清澄水バ ルブ9a~9dのいずれかを閉じて、代わりにろ過� ��排出バルブ11a~11dのいずれかおよびろ過ユニ ット6への供給バルブ12を開いて、ろ過ユニッ ト5a~5dのろ過水のうちの水質基準を満足しな� ��ろ過水をろ過ユニット6(再ろ過ユニット(B))� ��供給し、ろ過ユニット6でさらに水中の懸濁 粒子を除去して水質を高めることが可能とな っている。ろ過ユニット6のろ過水は清澄水� �して、再ろ過清澄水バルブ13を備えた合流ラ イン91を通して清澄水ライン90a~90dと合流し、 清澄水タンク18に通じている。

 ろ過ユニット5a~5dおよびろ過ユニット6は� ��れぞれ逆洗が可能なように逆洗ポンプ21、22 を備えている。また、逆洗排水は、逆洗排水 バルブ10a~10d、14を開くことによって排水ライ ン17を通して廃水ピット23に送られるように� �っている。また、本発明の適用に必須では� �いが、原水水質やろ過ユニット5a~5dの構成に よって、さらには、ろ過ユニット6の逆洗直� �など、ろ過ユニット6のろ過水質が良好では� ��く所望の基準値を満足しない場合は、再ろ� ��清澄水バルブ13を閉じるとともに再ろ過水� �水バルブ15を開き、ろ過ユニット6のろ過水� �系外に排出することによって、清澄水タン� �18内の水質低下を防止することが出来るよう になっている。なお、ろ過ユニット6の水質� �基準値を満足している時は、合流ライン91を 通して清澄水タンク18に送るようになってい� ��。

 さらに、図1に示す装置では、ろ過ユニッ ト(A)の逆洗直後など著しく水質が悪い場合や 、ろ過ユニット(A)の逆洗に薬液を使用した場 合など、逆洗直後のろ過水が再ろ過ユニット (B)への供給に適しない場合に、ろ過ユニット 5a~5dのろ過水を系外に排出しろ過ユニット6へ の水の供給を停止することができるようにな っている。具体的には、ろ過ユニット5a~5dの� ��過水排水ライン16を有している。ろ過ユニ� �ト5a~5dのろ過水水質を後述するようなオンラ インモニターで観測し、原水水質の悪化やろ 過ユニット5a~5dのトラブルなどでろ過ユニッ� ��6を通しても良好な水質が期待できないよう な場合やろ過ユニット6にダメージを与える� �うな場合に、ろ過ユニット6への通水を一時� ��に停止し、ろ過ユニット6を守る。ろ過水排 水ライン16は、図1に示すようにろ過ユニット 6への供給ラインから分岐させる以外に、ろ� �ユニット6への供給ラインとは完全に切り離� ��て、並列に設けてもよい。

 ここで、ろ過ユニット6への水の供給を停 止するかどうかの判断方法としては、ろ過ユ ニット(A)のろ過水質をオンラインでモニター する方法が最も現実的である。オンラインモ ニターとしては、濁度計、微粒子カウンター 、SDI計、TOC計、油分計などが挙げられるが、 本発明の目的からして濁度計やSDI計が好適で ある。本発明に適用する濁度計は、測定限界 値が浄水レベルである0.1よりも小さい高精度 のものが好ましく、例えば、散乱光方式のレ ーザー濁度計が適している。一方、SDI計は計 測に分単位の時間を要するので、SDI計を用い る場合は、他のオンラインモニターの併用も 好ましい。

 ところで、ろ過ユニット(A)は、原水中に� ��まれる懸濁物質や凝集剤によって生じたフ� ��ックによって経時的に目詰まりを生じてい� ��ため、時々逆洗を実施してろ材の目詰まり� ��取り除く必要がある。ここで、逆洗のタイ� ��ングとしては、あらかじめインターバルを� ��定して定期的に実施する方法や、定流量運� ��の場合はろ過圧力が設定上限を越えた場合� ��どに実施するのが一般的である。また、目� ��まりが進んでいくと懸濁物質などが徐々に� ��材を通り抜けてくる現象、いわゆる破過が� ��じ、ろ過水質の悪化が見られるようになる� ��め、ろ過水質をモニターし、水質が設定値� ��超えた場合に逆洗を実施することも可能で� ��る。

 しかしながら、逆洗実施後のろ過ユニッ� ��(A)は、目詰まりした懸濁物質などが除去さ� ��るが、逆洗によって懸濁物質がろ材全体に� ��留したり、ろ過抵抗が小さくなる一方で懸� ��物質もすり抜けやすくなるため、残留した� ��濁物質がリークしてきたり、ある程度ろ材� ��再度目詰まりしてろ過性能が良好になるま� ��、そのろ過水を清澄水として清澄水タンク1 8に送ることは好ましくない。そのため、図3� ��例示した様な、再ろ過ユニット(B)を具備し� ��い従来の技術では、逆洗が終了し、ろ過が� ��開した後しばらくの間は、ろ過ユニット排� ��バルブ11a~11dを通して排水する。一般的な浄 水処理の場合は、この排水はせいぜい1時間� �度であるが、逆浸透膜の供給水とするため� �はさらに水質を高める必要がある。

 そこで、本発明者らが海水淡水化を目的� ��して鋭意検討を実施した結果、ろ過ユニッ� ��を適正に設計、運転条件を設定した多くの� ��合、ろ過ユニット(A)から得られるろ過水はS DIが4以下になるまでに2~3時間程度、3以下に� �るまでには5時間程度かかるとともに、その� ��は再ろ過ユニット(B)による再ろ過を実施す� ��ことによって最終的に得られる清澄水のSDI� ��、ろ過ユニット(A)の逆洗直後から確実に4以 下になること、さらに、ろ過ユニット(A)から 得られるろ過水のSDIが3程度になると再ろ過� �ニット(B)を通した後もSDIが変化しないこと� �判明した。

 さらに、本発明者らが原水、ろ過ユニッ� ��(A)のろ過水、再ろ過ユニット(B)のろ過水の� ��質の経時変化を追跡調査したところ、原水� ��ろ過ユニット(A)でろ過して得られるろ過水� ��は懸濁物質濃度が逆洗から時間を経るとと� ��に低下し、5時間以内に一定濃度に到達する ものの溶解性の有機物濃度は逆洗直後から時 間経過後もほとんど同じ除去性能を発現する こと、また、ろ過ユニット(A)のろ過水をさら に再ろ過した後のろ過水では、ろ過ユニット (A)のろ過水における懸濁物質濃度が定常に到 達するまでは、再ろ過ユニット(B)のろ過水の 懸濁物質濃度も低下するものの、ろ過ユニッ ト(A)のろ過水の懸濁物質濃度が定常になると 再ろ過ユニット(B)によって低減できる懸濁物 質濃度も定常に達し、また、溶解性有機物濃 度は、ろ過ユニット(A)の逆洗からの経過時間 に関わらず同じ除去性能を発現することが明 らかになった。

 これらの結果から、逆洗約5時間後に懸濁 物質濃度がほぼ定常状態に達した後のろ過ユ ニット(A)のろ過水質が良好であるならば、そ の後は再ろ過ユニット(B)による処理は不要で あるとの結論に達した。

 これらを鑑み、ろ過ユニット(A)のうち水� ��が十分に良好でない逆洗後のろ過水のみを� ��ろ過ユニット(B)で水質が良好になるまで処� ��し、それ以外はろ過ユニット(A)のろ過水を� ��接清澄水として得ることが効率的であると� ��う結論に達した。

 なお、上記のような洗浄を複数あるろ過� ��ニット(A)で行うにあたっては、全ろ過ユニ� ��トに対して同時に行うのではなく、一部の� ��過ユニットについてのみ行い、順次、洗浄� ��供するろ過ユニットを切り替えていくこと� ��好ましい。こうすることで、残りのろ過ユ� ��ット(A)は清澄水を得るための通常運転を行� ��ことができ、ろ過装置全体としては連続的� ��安定して清澄水を得ることができる。

 また、再ろ過ユニット(B)での処理の要否� ��、前述したようにオンラインの水質モニタ� ��でろ過ユニット5a~5d(A)のろ過水質を監視し� �基準値以内になったら直接清澄水タンクに� �るという方法を採ることも出来るが、複数� �ニットから安定して水量を得るためには、� �過ユニット(A)の逆洗後一定時間だけろ過ユ� �ット(B)に通水するように設定しておくこと� �好ましい。こうすることで、他のユニット� �の切り替えなど運転シーケンスを設定しや� �い。

 ところで、本発明に適用可能なろ過ユニ� ��トとしては、特に制限されるものではなく� ��一般的な砂ろ過(緩速ろ過、急速ろ過)、活� �炭ろ過、繊維ろ過、膜ろ過など、原水水質� �応じて適宜使用することが可能である。な� �、その前後の補助処理として、凝集、沈澱� �浮上、吸着などを併用することは全く差し� �えなく、原水中に含まれる不純物に応じて� �宜選択することが出来る。とくに、溶解性� �分子や油分などろ過ユニット(A)で除去が難� �い成分はあらかじめ除去しておくことが好� �しく、そのためには、凝集材を添加して沈� �させたり浮上させたりして除去する方法が� �果的である。

 また、ろ過の分離サイズを最適にするた� ��に砂の粒径、膜の細孔径なども適宜選択可� ��であるが、ろ過ユニット(A)では基本的に目� ��とする水質を得るためのろ過水質が求めら� ��、再ろ過ユニット(B)ではろ過ユニット(A)で� ��ークしてきたものを除去することが求めら� ��るため、再過ユニット(B)のろ過サイズがろ� ��ユニット(A)のろ過サイズよりも小さいこと� ��好ましい。具体的には、例えば、砂ろ過に� ��定すると、再過ユニット(B)の砂の粒径がろ� ��ユニット(A)の砂の粒径と比べて小さいこと� ��好ましい。また、ろ過ユニット(A)の前段に� ��較的大きな懸濁物質を除去できる粗ろ過処� ��がない場合などはろ過ユニット(A)をいわゆ� ��複層ろ過にすると懸濁物質の捕捉が表面だ� ��にとどまらない、いわゆる深層ろ過になる� ��め、ろ過圧力の上昇を抑えることが出来て� ��ましい。一方、再ろ過ユニット(B)において� ��、すでにろ過ユニット(A)を通った水が供給� ��れるため、砂ろ過の場合は単層ろ過の方が� ��ましい。また、膜ろ過を適用する場合も特� ��制限はないが、再ろ過ユニット(B)のろ過サ� ��ズ(すなわち、細孔径)をろ過ユニット(A)の� �過サイズよりも小さくすると本発明の目的� �達成するのに好ましい。なお、一般に膜ろ� �は他のろ過方法に比べてばらつきなく高い� �度で不純物を除去できる一方で、膜の強度� �逆洗に対する回復性で砂ろ過などに劣る場� �が多い。そのため、膜ろ過を適用する場合� �あっても、ろ過ユニット(A)には砂ろ過を適� �し、再ろ過ユニット(B)に膜ろ過を適用する� �が好ましい。

 ろ過ユニット(A)に砂ろ過を適用し、再ろ� ��ユニット(B)に膜ろ過を適用した場合のフロ� ��を図2に例示する。なお、このフローにおい て、再ろ過ユニット(B)として膜ろ過ユニット 24を配置するとともに、図1におけるろ過ユニ ット逆洗排水バルブ14およびそれを設けてい� ��配管を設置しなかった点以外は、図1と同様 である。また、膜ろ過は、ろ過中は再ろ過水 排水バルブ15を閉止して、供給水全量をろ過� ��る「全ろ過」にすることもできるし、一部� ��ろ過し、残りを懸濁物質が濃縮された水と� ��て排水バルブ15から連続排水する「クロス� �ローろ過」にすることも可能である。この� �うな構成にすることで、両方式の優れた点� �引き出すことができる。

 本発明に適用可能なろ材としては特に制� ��されるものではなく、砂ろ過においては硅� ��、アンスラサイト、ガーネット、軽石など� ��用いるのが一般的である。代表的なサイズ� ��しては、複層の場合は1~3mm程度の平均粒径� �有するアンスラサイト、0.3~1mm程度の平均粒� ��を有する硅砂を用いることが多いが、原水� ��質などによっては、粒径の大きな軽石や、� ��らに細かいガーネットを併用することも可� ��である。また、膜ろ過の場合は、本発明の� ��的であるSDIを低減させるために、平均細孔� ��が0.1~1μm程度のいわゆる精密ろ過膜や0.001~0. 1ミクロン程度の限外ろ過膜を使用するのが� �ましい。

 また、精密ろ過膜や限外ろ過膜を使用す� ��場合、その形状としては、平膜、チューブ� ��、中空糸膜など特に限定されるものではな� ��が、体積あたりの膜面積を大きくとること� ��出来ることから、中空糸膜が好ましい。素� ��としても、無機材料や高分子材料やその複� ��材料を用いることが出来るが、中空糸膜の� ��合は、膜に十分な強度を付与することが困� ��で、揺動による材料の疲労による損傷も生� ��やすいことから、高分子膜の適用が効果的� ��ある。これらの中空糸膜の素材としては、� ��リアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエ� ��テルスルホン、ポリフェニレンスルフィド� ��ルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテト� ��フルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリ� ��チレンなどが挙げられる。細孔構造として� ��、均一な細孔構造を有する多孔質対称膜や� ��表面に緻密部分を有する非対称膜や2種類以 上の素材からなる複合膜が挙げられる。

 本発明者らが鋭意検討した結果によると� ��機械的強度や汚れにくさ、化学的安定性の� ��からポリフッ化ビニリデンを素材とする中� ��糸膜が優れ、さらに、供給水が地下水や深� ��海水のように濁質があまり含まれない場合� ��は対称膜が、また、表層海水、河川水、湖� ��などの表面水の場合には、供給水側表面に� ��密部分を有する非対称膜や複合膜が優れて� ��る。一方、モジュール構造としては、供給� ��を加圧ろ過する方式として、平膜を海苔巻� ��状に巻回したスパイラル型、チューブ膜や� ��空糸膜を容器に収納した加圧型、ろ過側を� ��引するモジュール構造として、浸漬型が挙� ��られる。

 さらに、本発明の主旨からしてろ過ユニッ� ��(A)と再ろ過ユニット(B)単体の処理能力や基� ��、運転条件などに制限はないが、再ろ過ユ� ��ット(B)全体がろ過ユニット(A)の一部のバッ� ��アップの目的で使用されることを鑑みるに� ��再ろ過ユニット(B)の合計の許容処理水量が� ��ろ過ユニット(A)の合計の許容処理水量より� ��小さく、かつ、再ろ過ユニット(B)の合計の� ��容処理水量がろ過ユニット(A)の単体の許容� ��理水量以上であることが好ましい。また、� ��ろ過ユニット(B)がろ過ユニット(A)のバック� ��ップに間に合う様にするためには、ろ過ユ� ��ット(A)単体の基数をNa、逆洗間隔をTa ₁ 、逆洗+排水時間をTa ₂ 、再ろ過ユニット(B)への供給時間Ta ₃ 、再ろ過ユニット(B)単体の基数をNb、逆洗間� ��をTb ₁ 、逆洗+排水時間をTb ₂ とするとき、
  Tb ₂ /Tb ₁ ≦1-(Ta ₂ +Ta ₃ )/Ta ₁ ×Na/Nb
とするとよい。

 ところで、前述のようにろ過ユニット(A)� ��前で凝集剤を添加する場合、凝集剤の種類� ��特に制限されるものではなく、ポリ塩化ア� ��ミニウム、硫酸バンド、塩化鉄(III)などの� �機系凝集剤やカチオン系、アニオン系、ノ� �オン系の高分子凝集剤などから幅広く選択� �ることが可能であるが、凝集剤によっては� �凝集しやすいpHを調整することが好ましく、 例えば塩化鉄(III)の場合は一般的にはpH5以上8 未満、好ましくは、pH7以下である。一方、再 ろ過ユニット(B)の前で凝集剤を添加すること も出来る。この場合は、ろ過ユニット(A)で凝 集除去できなかったものが含有されているの で、ろ過ユニット(A)と種類の異なる、例えば 、荷電の異なる凝集剤を添加すると効果的で ある。

 本発明のろ過装置は飲料水製造、産業用水� ��造、廃水処理、湖沼浄化など特に制限され� ��ものではなく、様々な原水を浄化するのに� ��している。さらに、本発明のろ過装置を適� ��して得られた処理水は水質基準に応じて、� ��のまま利用することも可能であるが、本発� ��のろ過装置の下流側に逆浸透膜などの半透� ��ユニットを設け、ろ過装置で得られた清澄� ��を脱塩処理することも好ましい。逆浸透膜� ��どの供給水として用いれば、非常に清澄な� ��を高回収率、低コストで製造することがで� ��る。とくに本発明のろ過装置を海水から淡� ��を製造する大型プラントの前処理に適用す� ��ことで、低コストで安定した清澄海水を逆� ��透膜に供給することが出来、海水淡水化コ� ��ト低減に大きく貢献することが出来る。
ここで、用いられる逆浸透膜は、海水中の塩 分を高度に除去することが要求されるが、酢 酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリ エステル、ポリイミド、ビニルポリマーなど の高分子素材を使用することができる。また その膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層 を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方 の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有 する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別 の素材で形成された非常に薄い分離機能層を 有する複合膜のどちらでもよい。

 しかしながら、中でも高耐圧性と高透水� ��、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテ� ��シャルを有する、ポリアミドを分離機能層� ��した複合膜が好ましい。特に、海水を原水� ��するような場合には、浸透圧以上の圧力を� ��給水側にかける必要があり、実質的には少� ��くとも5MPaの操作圧力が負荷されることが多 い。この圧力に対して、高い透水性と阻止性 能を維持できるためにはポリアミドを機能層 とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持 体で保持する構造のものが適している。また 、ポリアミド半透膜としては、多官能アミン と多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によ り得られる架橋ポリアミドの分離機能層を支 持体に有してなる複合半透膜が適している。