JP2004506512A - 様々なtfc膜からの液状物質を混合するプロセス及び装置 - Google Patents
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Abstract
膜処理のためのプロセス装置は、液体を膜に供給する。一次膜は、供給液を、一次膜残留物と一次膜透過水とに分離する。一次膜残留物は、補助一次膜または二次膜に供給される。一次膜残留物は、二次膜によって、二次膜残留物と二次膜透過水とに分離される。二次膜残留物は、処分されても良く、あるいは、補助二次膜に供給されても良い。二次膜残留物が補助二次膜に供給されると、二次膜残留物は、補助二次膜残留物と補助二次膜透過水とに分離される。一次膜透過水と、二次膜透過水と、全ての補助一次膜透過水及び補助二次膜透過水とを混合することにより、液状物質が形成される。
Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、一般に、膜技術を使用して水を処理することにより供給液の構成物質を分離するプロセス及び装置に関する。特に、本発明は、第2の透過率を有する1または複数の第2の膜処理ユニットと連続的(直列)に接続され且つ第1の透過率を有する1または複数の第1の膜処理ユニットを使用して、水溶液を浄化・混合することにより、所望の混合生成水すなわちその味覚特性が向上するように改質された生成水を形成するプロセス及び装置に関する。
【0002】
(背景技術)
本明細書及び請求の範囲を良く理解できるように、用語を以下のように定義する。
【0003】
薄膜複合膜(TFC)プロセス:供給液を残留物と透過水とに分離する薄膜複合膜によって液体の浄化を行なう。
【0004】
残留物:膜によって保持される供給液の部分。
【0005】
透過水:膜を通過する供給液の部分。
【0006】
ナノ濾過(NF):NF膜による液体の濾過。このような膜は、通常、イオン選択膜であり、供給液の全モル濃度及び膜の化学的性質に応じた様々な割合でイオンを退ける。また、このような濾過膜は、一般に、孔径が0.0007Φmから0.007Φmであり、このような孔径は、140Åから15000Åの範囲の分画分子量値に対応している。
【0007】
逆浸透(RO):殆どの可溶性イオンを退ける半透膜に溶液を通して、残留物内の所望の可溶性種及び不溶性種を集める液体分離プロセス。このような膜は、0Åから300Åの分画分子量値に対応する0Φmから0.0015Φmの範囲のサイズのイオンを透過させることができる。水を溶媒とする溶液のRO分離により、一般に、殆どのイオンが除去された水だけから成る透過水が得られる。
【0008】
透過性溶質:使用される膜を通過することができる液体中に分散する物質。このような物質は、電解質、非電解質、コロイド分散、粒子であっても良い。
【0009】
供給液:一連の膜処理ユニットの初めに供給される液体。このような液体は、溶質が溶解している或は溶解していない溶液であっても良い。膜処理前に不溶解材料を濾過する必要がある場合もある。
【0010】
硬さ(硬度):マグネシウムとCaCO3で表わされるカルシウム塩とを合わせた濃度。
【0011】
アルカリ性(アルカリ度):CaCO3としての炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物の割合。
【0012】
供給液が膜処理ユニットに供給されると、供給液は、残留物と透過水とに分離される。透過水は、処理ユニット内に収容された膜を通過する液体の部分である。透過水中には、透過性の溶質が含まれている。使用される膜を通過することができない溶質、すなわち、非透過溶質は、残留物中に保持される。
【0013】
溶質が透過できるか透過できないかは、使用される膜の種類によって決まる。分子サイズに基づいて溶質を除去する特定の膜が使用されても良い。透過率が大きくなるにつれて、すなわち、孔径が大きくなるにつれて、透過できる溶質の割合も大きくなる。また、その電荷に基づいて溶質を除去するイオン選択膜を使用しても良い。
【0014】
逆浸透プロセスによる分離、特に、逆浸透によって水を浄化して飲むことができる水すなわち飲料水を生成することが知られている。Kawashimaらに対して付与された米国特許第5,238,574号は、複数の逆浸透膜ユニットを使用して塩水(海水)を処理する装置を開示している。しかしながら、これらのタイプの膜システムの欠点は、これらのシステムがその味覚特性を受け入れられない高品質な生成水を形成するという点である。これらの受け入れることができない味覚特性は、そのような逆浸透膜システムによって生成された透過水のアルカリ性レベルが低くなる傾向があり、溶解塩のレベルが著しく低下するために生じる。その結果、生成水の味が悪くなったり、生成水の味が単調になったりする。
【0015】
逆浸透によって生成された生成水の味覚特性の質の悪さは、2つの知られた後濾過混合方法によって解消することができる。第1の方法では、供給液すなわち未処理水の一部が透過水と混合され、所望のアルカリ性レベル及び溶解塩レベルを有する生成水が形成される。この方法の欠点は、混合に必要な未処理水の量を常に調整しなければならないという点である。供給水量の定常的な調整を行なう理由は、供給水の化学的な特性及び圧力が常に変化するためである。また、未処理水を生成水に戻すと、供給水から望ましくない物質を除去するという膜処理の利点が減少してしまう。
【0016】
第2の方法では、透過水にミネラルが付加されて、所望の味覚特性が得られる。この後者の方法は、コストが高く、効率が悪いため、望ましくない。その後、膜処理は、最初の段階で存在するミネラルを除去してしまう。
【0017】
したがって、本発明の第1の目的は、供給液を処理して、所望の特定の物理的特性を有する液状物質を生成し、味覚を向上させることができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0018】
本発明の第2の目的は、供給液の一部を透過水と混合させることなく供給液を処理して、所望の特定の物理的特性を有する液状物質を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0019】
本発明の更なる目的は、ミネラルを透過水に導入することなく膜処理によって飲料水を処理して、所望の味覚特性を有する液状物質を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0020】
本発明の他の目的は、配置可能な異なる透過率すなわち孔隙率を有する膜処理を使用して飲料水を処理することにより、供給液の化学的特性とは無関係に、所望の特定の化学的特性を有する液状混合物を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0021】
(発明の要約)
前述した目的は、供給液を膜処理して液状物質を形成する本発明のプロセス及び装置によって満たされ、あるいは、達成される。本発明のシステムにおいては、少なくとも2つの異なるタイプの膜が使用される。各タイプは異なる透過性を有している。2つのタイプの透過水が混合されることにより、所望の水質を有する処理液状物質が生成される。第1のタイプの残留物が第2のタイプに供給される液体である場合、第1のタイプの膜ユニットの透過水は、第2のタイプよりも固体含有量が高い。
【0022】
より具体的には、液状物質を生成するため、一般的に、まず、水道水等の水溶液が一次膜タイプに供給される。一次膜は、供給液を、一次膜によって保持される一次膜残留物と、一次膜透過水とに分離する。その後、一次膜残留物は、二次膜タイプに供給される。二次膜は、一次膜残留物を、二次膜によって保持される二次膜残留物と、二次膜透過水とに分離する。一次膜透過水と二次膜透過水とを混合することにより、最終的な液状物質が形成される。
【0023】
好ましい実施形態において、一次膜は、二次膜よりも質が悪い水を生成する。これは、透過可能な一次膜の透過水の溶質濃度が、透過可能な二次膜の透過水の溶質濃度よりも高いためである。したがって、最終的な液状物質は、2つの異なるレベルの膜処理生成物から成る混合物である。このようにして、未処理の水を導入することなく、また、ミネラルを補給することなく、飲料水の味を調整することができる。
【0024】
他の実施形態では、一次膜と連続的(直列)に接続される1または複数の補助一次膜が付加されており、また、二次膜と連続的(直列)に接続される1または複数の補助二次膜が付加されている。この場合、一次膜残留物は第1の補助一次膜に供給され、第1の補助一次膜によって形成された残留物は、第2の補助一次膜に供給される。最後の補助一次膜によって形成された残留物は、その後、供給液として二次膜に供給される。二次膜によって形成された二次膜残留物は、収集されて処分されても良く、あるいは、1または複数の補助二次膜に供給されても良い。二次膜残留物が補助二次膜に供給される場合、二次膜残留物(あるいは、先行する補助二次膜からの残留物)は、補助二次膜残留物と、補助二次膜透過水とに分離される。
【0025】
一次膜透過水及び補助一次膜によって形成される全ての透過水を、二次膜透過水及び補助二次膜によって形成される全ての透過水と混合させることにより、生成水が形成される。
【0026】
(本発明の実施の最良の形態)
図1には、供給液を膜分離して液状物質を形成する装置が概略的に示されている。供給液、一般的には水道水等の水溶液が、一次膜ユニット供給液注入口12を介して、一次膜ユニット10内に導入される。一次膜ユニット10内に収容された一次膜14は、供給液を、一次膜14によって保持される一次膜残留物(矢印16で示される)と、供給液が一次膜14を通過する時に形成される一次膜透過水(矢印18で示される)とに分離する。
【0027】
一次膜残留物16は、一次膜ユニット10から、一次膜ユニット残留物排出口19を通じて除去されるとともに、第1の補助一次膜ユニット注入口22を介して、第1の補助一次膜ユニット20内に導入される。第1の補助一次膜ユニット20内に収容された第1の補助一次膜24は、一次膜残留物16を、第1の補助一次膜24によって保持された第1の補助一次膜残留物(矢印26で示される)と、一次膜残留物が第1の補助一次膜24を通過する時に形成される第1の補助一次膜透過水(矢印28で示される)とに分離する。
【0028】
第1の補助一次膜残留物26は、第1の補助一次濾過ユニット残留物排出口29を通じて、第1の補助一次膜ユニット20から除去されるとともに、第2の補助一次膜ユニット注入口32を介して、第2の補助一次膜ユニット30内に導入される。第2の補助一次膜ユニット30内に収容された第2の補助一次膜34は、第1の補助一次膜残留物26を、第2の補助一次膜34によって保持された第2の補助一次膜残留物(矢印36で示される)と、第2の補助一次膜透過水(矢印38で示される)とに分離する。第2の補助一次膜透過水38は、第1の補助一次膜残留物28が第2の補助一次膜34を通過する時に形成される。
【0029】
一次膜透過水18、第1の補助一次膜透過水28、第2の補助一次膜透過水38はそれぞれ、一次膜ユニット透過水排出口42、第1の補助一次膜ユニット透過水排出口44、第2の補助一次膜ユニット透過水排出口46をそれぞれ介して供給され、一次供給ライン48で混ぜ合わされて一体に融合される。
【0030】
好ましい実施形態において、各一次膜14,24,34は同一のものであるが、最終生成水の所望の特性に応じて、別個の膜すなわち異なるタイプの膜を使用することも考えられる。具体的には、一次膜14,24,34はナノ濾過膜である。様々なナノ濾過膜が市販されており、その性能特性はまちまちである。また、生成される透過水の物理的特性は、供給液の物理的特性によって決まる。図1には3つのナノ濾過ユニットが示されているが、すなわち、一次膜ユニット10と、第1の補助一次膜ユニット20と、第2の補助一次膜ユニット30とが図1に示されているが、本発明はこのような形態に限定されない。それぞれがハウジング41を有し且つ性能特性が互いに同一もしくは互いに性能特性が異なる1または複数のナノ濾過ユニットを使用して、所望の物理特性を有する液状物質を生成しても良い。供給液が水道水である場合には、様々な数のナノ濾過ユニットが考えられる。これは、水道水の物理的特性が世界中で異なるためである。しかしながら、当業者であれば、必要以上の実験を行なうことなく、所望の物理的特性を有する液状物質を十分な流量で生成するために必要なナノ濾過ユニットの数を選択して決定することができると考えられる。
【0031】
第2の補助一次膜残留物36を、第2の一次膜ユニット30から、第2の補助一次膜ユニット残留物排出口39を通じて供給することにより、更なる膜処理が行なわれる。第2の補助一次膜残留物36は、その後、二次膜ユニット供給液注入口52を通じて、二次膜ユニット50内に導入される。しかしながら、1または複数の一次膜ユニット(10,20,30)を使用して処理が行なわれる場合、二次膜ユニット50内に導入される液体は、最後に作業した一次膜ユニットによって形成された残留物であることが好ましい。例えば、一次膜ユニット10だけが使用された場合には、二次膜ユニット供給液注入口52を通じて、一次膜残留物が二次膜ユニット50内に導入される。
【0032】
二次膜ユニット50内には、二次膜54が収容されている。二次膜54は、第2の補助一次膜残留物36を、二次膜52によって保持される二次膜残留物(矢印56で示される)と、二次膜透過水(矢印58で示される)とに分離する。二次膜透過水58は、第2の補助一次膜残留物36が二次膜54を通過する際に形成される。
【0033】
二次膜残留物56は、二次膜ユニット透過水排出口59を通じて二次膜ユニット50から除去されるとともに、第1の補助二次膜ユニット注入口62を介して第1の補助二次膜ユニット60内に導入されることが好ましい。あるいは、透過水56が処分される。第1の補助二次膜ユニット60内に収容された第1の補助二次膜64は、二次膜残留物56を、第1の補助二次膜64によって保持される第1の補助二次膜残留物(矢印66で示される)と、第1の補助二次膜透過水(矢印68で示される)とに分離する。第1の補助二次膜透過水68は、二次膜残留物56が第1の補助二次膜64を通過する際に形成される。
【0034】
第1の補助二次膜残留物66は、第1の補助二次膜ユニット残留物排出口69を介して第1の補助二次膜ユニット60から除去されるとともに、排液管に送られるか、あるいは、第2の補助二次膜ユニット注入口72を通じて第2の補助二次膜ユニット70内に導入される。第2の補助二次膜ユニット70内に収容された第2の補助二次膜74は、第1の補助二次膜残留物66を、第2の補助二次膜74によって保持される第2の補助二次膜残留物(矢印76で示される)と、第2の補助二次膜透過水(矢印78で示される)とに分離する。第2の補助二次膜透過水78は、第1の補助二次膜残留物66が第2の補助二次膜74を通過する際に形成される。
【0035】
二次膜透過水58、第1の補助二次膜透過水68、第2の補助二次膜透過水78は、二次膜ユニット透過水排出口82、第1の補助二次膜ユニット透過水排出口84、第2の補助二次膜ユニット透過水排出口86をそれぞれ通じて供給されるとともに、二次供給ライン88で混ぜ合わされて一体に融合される。一次供給ライン48の液状内容物及び二次供給ライン88の液状内容物は、その後、混ぜ合わされて一体に融合され、液状物質を形成する。第2の補助二次膜残留物76は、その後、第2の補助二次膜ユニット残留物出口79を介して第2の補助二次膜ユニット70から除去されて、処分される。
【0036】
好ましい実施形態において、二次膜54,64,74は逆浸透膜である。様々なタイプの逆浸透膜が市販されており、その性能特性はまちまちである。したがって、液状物質の所望の物理的特性及び必要とされる生成率により、逆浸透膜が選択され、使用される逆浸透膜の数が決定される。
【0037】
図1には、3つの逆浸透膜ユニット、すなわち、二次膜ユニット50と、第1の補助二次膜ユニット60と、第2の補助二次膜ユニット70とが示されているが、本発明はこのような形態に限定されない。それぞれがハウジング81を有し且つ性能特性が互いに同一もしくは互いに性能特性が異なる1または複数の逆浸透ユニットを使用して、所望の物理特性を有する液状物質を生成しても良い。また、好ましい実施形態において、二次膜54,64,74は、略同じ分離特性を有しているが、生成水の所望の特性に応じて、二次膜が互いに異なっていても良い。当業者であれば、必要以上の実験を行なうことなく、所望の物理的特性を有する液状物質を満足な流量で生成するために必要な逆浸透ユニットの数を選択して決定することができる。
【0038】
(実施例1)
使用される逆浸透ユニット及びナノ濾過ユニットの数を変えることにより、生成水の許容可能な硬さ濃度及びアルカリ濃度の範囲を決定した。硬さ及びアルカリ性における上限が100ppmであることは技術的に知られている。嗜好審査を行なった後、硬さ濃度が少なくとも20ppmで且つアルカリ濃度が少なくとも21ppmである生成水が、濃度が低い生成水よりも優れていることが分かった。
【0039】
(実施例2)
生成される生成水の質は、使用される膜によって決まった。
イリノイ州にあるノースブルックのカリガン・インターナショナル社からは、カリガンRO−A6シリーズの逆浸透膜が市販されている。ミネソタ州のミネアポリスに位置するフリムテック社からは、フィルムテックNF−255ナノ濾過膜及びフィルムテックNF−45ナノ濾過膜が市販されている。無論、ナノフィルタは、RO膜よりも大きい浸透率すなわち多孔率及び対応する溶質固体濃度を有していると評価されている。
【0040】
各試験においては、6つの膜の全てを使用して、つまり、それぞれのセットすなわち群が3つの同一の膜を有する2つの膜セットすなわち2つの膜群を使用して、試験生成水を生成した。膜群を挿入もしくは除去して、膜の組み合わせを変化させた。各試験で使用した供給水は、1つの供給源からのものであった。供給水及びそれによって生成された各組み合わせにおける生成水の特性は、以下の通りであった。
【0041】
【表1】
硬度は、標準方法2340C(EDTA滴定法)で概説されているように、滴定液としてエチレンジアミン4酢酸(EDTA)を使用した終点滴定によって測定した。アルカリ度は、標準方法#2320B(アルカリ滴定法)によって測定した。
【0042】
表1の結果から、ナノフィルタとRO膜とを組み合わせて使用して混合生成水を形成すると、ナノフィルタだけを連続して使用するよりも硬さ及びアルカリの値が目標値に近いという点で、良好な結果が得られることが分かる。
【0043】
様々なタイプの膜からの生成物を混合するための処理及び装置の特定の実施形態を図示して説明してきたが、当業者であれば分かるように、以下の請求の範囲に広い形態で記載された本発明から逸脱することなく、変形や改良が成されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の方法の使用に適した膜処理システムの概略図である。
(技術分野)
本発明は、一般に、膜技術を使用して水を処理することにより供給液の構成物質を分離するプロセス及び装置に関する。特に、本発明は、第2の透過率を有する1または複数の第2の膜処理ユニットと連続的(直列)に接続され且つ第1の透過率を有する1または複数の第1の膜処理ユニットを使用して、水溶液を浄化・混合することにより、所望の混合生成水すなわちその味覚特性が向上するように改質された生成水を形成するプロセス及び装置に関する。
【0002】
(背景技術)
本明細書及び請求の範囲を良く理解できるように、用語を以下のように定義する。
【0003】
薄膜複合膜(TFC)プロセス:供給液を残留物と透過水とに分離する薄膜複合膜によって液体の浄化を行なう。
【0004】
残留物:膜によって保持される供給液の部分。
【0005】
透過水:膜を通過する供給液の部分。
【0006】
ナノ濾過(NF):NF膜による液体の濾過。このような膜は、通常、イオン選択膜であり、供給液の全モル濃度及び膜の化学的性質に応じた様々な割合でイオンを退ける。また、このような濾過膜は、一般に、孔径が0.0007Φmから0.007Φmであり、このような孔径は、140Åから15000Åの範囲の分画分子量値に対応している。
【0007】
逆浸透(RO):殆どの可溶性イオンを退ける半透膜に溶液を通して、残留物内の所望の可溶性種及び不溶性種を集める液体分離プロセス。このような膜は、0Åから300Åの分画分子量値に対応する0Φmから0.0015Φmの範囲のサイズのイオンを透過させることができる。水を溶媒とする溶液のRO分離により、一般に、殆どのイオンが除去された水だけから成る透過水が得られる。
【0008】
透過性溶質:使用される膜を通過することができる液体中に分散する物質。このような物質は、電解質、非電解質、コロイド分散、粒子であっても良い。
【0009】
供給液:一連の膜処理ユニットの初めに供給される液体。このような液体は、溶質が溶解している或は溶解していない溶液であっても良い。膜処理前に不溶解材料を濾過する必要がある場合もある。
【0010】
硬さ(硬度):マグネシウムとCaCO3で表わされるカルシウム塩とを合わせた濃度。
【0011】
アルカリ性(アルカリ度):CaCO3としての炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物の割合。
【0012】
供給液が膜処理ユニットに供給されると、供給液は、残留物と透過水とに分離される。透過水は、処理ユニット内に収容された膜を通過する液体の部分である。透過水中には、透過性の溶質が含まれている。使用される膜を通過することができない溶質、すなわち、非透過溶質は、残留物中に保持される。
【0013】
溶質が透過できるか透過できないかは、使用される膜の種類によって決まる。分子サイズに基づいて溶質を除去する特定の膜が使用されても良い。透過率が大きくなるにつれて、すなわち、孔径が大きくなるにつれて、透過できる溶質の割合も大きくなる。また、その電荷に基づいて溶質を除去するイオン選択膜を使用しても良い。
【0014】
逆浸透プロセスによる分離、特に、逆浸透によって水を浄化して飲むことができる水すなわち飲料水を生成することが知られている。Kawashimaらに対して付与された米国特許第5,238,574号は、複数の逆浸透膜ユニットを使用して塩水(海水)を処理する装置を開示している。しかしながら、これらのタイプの膜システムの欠点は、これらのシステムがその味覚特性を受け入れられない高品質な生成水を形成するという点である。これらの受け入れることができない味覚特性は、そのような逆浸透膜システムによって生成された透過水のアルカリ性レベルが低くなる傾向があり、溶解塩のレベルが著しく低下するために生じる。その結果、生成水の味が悪くなったり、生成水の味が単調になったりする。
【0015】
逆浸透によって生成された生成水の味覚特性の質の悪さは、2つの知られた後濾過混合方法によって解消することができる。第1の方法では、供給液すなわち未処理水の一部が透過水と混合され、所望のアルカリ性レベル及び溶解塩レベルを有する生成水が形成される。この方法の欠点は、混合に必要な未処理水の量を常に調整しなければならないという点である。供給水量の定常的な調整を行なう理由は、供給水の化学的な特性及び圧力が常に変化するためである。また、未処理水を生成水に戻すと、供給水から望ましくない物質を除去するという膜処理の利点が減少してしまう。
【0016】
第2の方法では、透過水にミネラルが付加されて、所望の味覚特性が得られる。この後者の方法は、コストが高く、効率が悪いため、望ましくない。その後、膜処理は、最初の段階で存在するミネラルを除去してしまう。
【0017】
したがって、本発明の第1の目的は、供給液を処理して、所望の特定の物理的特性を有する液状物質を生成し、味覚を向上させることができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0018】
本発明の第2の目的は、供給液の一部を透過水と混合させることなく供給液を処理して、所望の特定の物理的特性を有する液状物質を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0019】
本発明の更なる目的は、ミネラルを透過水に導入することなく膜処理によって飲料水を処理して、所望の味覚特性を有する液状物質を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0020】
本発明の他の目的は、配置可能な異なる透過率すなわち孔隙率を有する膜処理を使用して飲料水を処理することにより、供給液の化学的特性とは無関係に、所望の特定の化学的特性を有する液状混合物を生成することができる改良されたプロセス及び装置を提供することである。
【0021】
(発明の要約)
前述した目的は、供給液を膜処理して液状物質を形成する本発明のプロセス及び装置によって満たされ、あるいは、達成される。本発明のシステムにおいては、少なくとも2つの異なるタイプの膜が使用される。各タイプは異なる透過性を有している。2つのタイプの透過水が混合されることにより、所望の水質を有する処理液状物質が生成される。第1のタイプの残留物が第2のタイプに供給される液体である場合、第1のタイプの膜ユニットの透過水は、第2のタイプよりも固体含有量が高い。
【0022】
より具体的には、液状物質を生成するため、一般的に、まず、水道水等の水溶液が一次膜タイプに供給される。一次膜は、供給液を、一次膜によって保持される一次膜残留物と、一次膜透過水とに分離する。その後、一次膜残留物は、二次膜タイプに供給される。二次膜は、一次膜残留物を、二次膜によって保持される二次膜残留物と、二次膜透過水とに分離する。一次膜透過水と二次膜透過水とを混合することにより、最終的な液状物質が形成される。
【0023】
好ましい実施形態において、一次膜は、二次膜よりも質が悪い水を生成する。これは、透過可能な一次膜の透過水の溶質濃度が、透過可能な二次膜の透過水の溶質濃度よりも高いためである。したがって、最終的な液状物質は、2つの異なるレベルの膜処理生成物から成る混合物である。このようにして、未処理の水を導入することなく、また、ミネラルを補給することなく、飲料水の味を調整することができる。
【0024】
他の実施形態では、一次膜と連続的(直列)に接続される1または複数の補助一次膜が付加されており、また、二次膜と連続的(直列)に接続される1または複数の補助二次膜が付加されている。この場合、一次膜残留物は第1の補助一次膜に供給され、第1の補助一次膜によって形成された残留物は、第2の補助一次膜に供給される。最後の補助一次膜によって形成された残留物は、その後、供給液として二次膜に供給される。二次膜によって形成された二次膜残留物は、収集されて処分されても良く、あるいは、1または複数の補助二次膜に供給されても良い。二次膜残留物が補助二次膜に供給される場合、二次膜残留物(あるいは、先行する補助二次膜からの残留物)は、補助二次膜残留物と、補助二次膜透過水とに分離される。
【0025】
一次膜透過水及び補助一次膜によって形成される全ての透過水を、二次膜透過水及び補助二次膜によって形成される全ての透過水と混合させることにより、生成水が形成される。
【0026】
(本発明の実施の最良の形態)
図1には、供給液を膜分離して液状物質を形成する装置が概略的に示されている。供給液、一般的には水道水等の水溶液が、一次膜ユニット供給液注入口12を介して、一次膜ユニット10内に導入される。一次膜ユニット10内に収容された一次膜14は、供給液を、一次膜14によって保持される一次膜残留物(矢印16で示される)と、供給液が一次膜14を通過する時に形成される一次膜透過水(矢印18で示される)とに分離する。
【0027】
一次膜残留物16は、一次膜ユニット10から、一次膜ユニット残留物排出口19を通じて除去されるとともに、第1の補助一次膜ユニット注入口22を介して、第1の補助一次膜ユニット20内に導入される。第1の補助一次膜ユニット20内に収容された第1の補助一次膜24は、一次膜残留物16を、第1の補助一次膜24によって保持された第1の補助一次膜残留物(矢印26で示される)と、一次膜残留物が第1の補助一次膜24を通過する時に形成される第1の補助一次膜透過水(矢印28で示される)とに分離する。
【0028】
第1の補助一次膜残留物26は、第1の補助一次濾過ユニット残留物排出口29を通じて、第1の補助一次膜ユニット20から除去されるとともに、第2の補助一次膜ユニット注入口32を介して、第2の補助一次膜ユニット30内に導入される。第2の補助一次膜ユニット30内に収容された第2の補助一次膜34は、第1の補助一次膜残留物26を、第2の補助一次膜34によって保持された第2の補助一次膜残留物(矢印36で示される)と、第2の補助一次膜透過水(矢印38で示される)とに分離する。第2の補助一次膜透過水38は、第1の補助一次膜残留物28が第2の補助一次膜34を通過する時に形成される。
【0029】
一次膜透過水18、第1の補助一次膜透過水28、第2の補助一次膜透過水38はそれぞれ、一次膜ユニット透過水排出口42、第1の補助一次膜ユニット透過水排出口44、第2の補助一次膜ユニット透過水排出口46をそれぞれ介して供給され、一次供給ライン48で混ぜ合わされて一体に融合される。
【0030】
好ましい実施形態において、各一次膜14,24,34は同一のものであるが、最終生成水の所望の特性に応じて、別個の膜すなわち異なるタイプの膜を使用することも考えられる。具体的には、一次膜14,24,34はナノ濾過膜である。様々なナノ濾過膜が市販されており、その性能特性はまちまちである。また、生成される透過水の物理的特性は、供給液の物理的特性によって決まる。図1には3つのナノ濾過ユニットが示されているが、すなわち、一次膜ユニット10と、第1の補助一次膜ユニット20と、第2の補助一次膜ユニット30とが図1に示されているが、本発明はこのような形態に限定されない。それぞれがハウジング41を有し且つ性能特性が互いに同一もしくは互いに性能特性が異なる1または複数のナノ濾過ユニットを使用して、所望の物理特性を有する液状物質を生成しても良い。供給液が水道水である場合には、様々な数のナノ濾過ユニットが考えられる。これは、水道水の物理的特性が世界中で異なるためである。しかしながら、当業者であれば、必要以上の実験を行なうことなく、所望の物理的特性を有する液状物質を十分な流量で生成するために必要なナノ濾過ユニットの数を選択して決定することができると考えられる。
【0031】
第2の補助一次膜残留物36を、第2の一次膜ユニット30から、第2の補助一次膜ユニット残留物排出口39を通じて供給することにより、更なる膜処理が行なわれる。第2の補助一次膜残留物36は、その後、二次膜ユニット供給液注入口52を通じて、二次膜ユニット50内に導入される。しかしながら、1または複数の一次膜ユニット(10,20,30)を使用して処理が行なわれる場合、二次膜ユニット50内に導入される液体は、最後に作業した一次膜ユニットによって形成された残留物であることが好ましい。例えば、一次膜ユニット10だけが使用された場合には、二次膜ユニット供給液注入口52を通じて、一次膜残留物が二次膜ユニット50内に導入される。
【0032】
二次膜ユニット50内には、二次膜54が収容されている。二次膜54は、第2の補助一次膜残留物36を、二次膜52によって保持される二次膜残留物(矢印56で示される)と、二次膜透過水(矢印58で示される)とに分離する。二次膜透過水58は、第2の補助一次膜残留物36が二次膜54を通過する際に形成される。
【0033】
二次膜残留物56は、二次膜ユニット透過水排出口59を通じて二次膜ユニット50から除去されるとともに、第1の補助二次膜ユニット注入口62を介して第1の補助二次膜ユニット60内に導入されることが好ましい。あるいは、透過水56が処分される。第1の補助二次膜ユニット60内に収容された第1の補助二次膜64は、二次膜残留物56を、第1の補助二次膜64によって保持される第1の補助二次膜残留物(矢印66で示される)と、第1の補助二次膜透過水(矢印68で示される)とに分離する。第1の補助二次膜透過水68は、二次膜残留物56が第1の補助二次膜64を通過する際に形成される。
【0034】
第1の補助二次膜残留物66は、第1の補助二次膜ユニット残留物排出口69を介して第1の補助二次膜ユニット60から除去されるとともに、排液管に送られるか、あるいは、第2の補助二次膜ユニット注入口72を通じて第2の補助二次膜ユニット70内に導入される。第2の補助二次膜ユニット70内に収容された第2の補助二次膜74は、第1の補助二次膜残留物66を、第2の補助二次膜74によって保持される第2の補助二次膜残留物(矢印76で示される)と、第2の補助二次膜透過水(矢印78で示される)とに分離する。第2の補助二次膜透過水78は、第1の補助二次膜残留物66が第2の補助二次膜74を通過する際に形成される。
【0035】
二次膜透過水58、第1の補助二次膜透過水68、第2の補助二次膜透過水78は、二次膜ユニット透過水排出口82、第1の補助二次膜ユニット透過水排出口84、第2の補助二次膜ユニット透過水排出口86をそれぞれ通じて供給されるとともに、二次供給ライン88で混ぜ合わされて一体に融合される。一次供給ライン48の液状内容物及び二次供給ライン88の液状内容物は、その後、混ぜ合わされて一体に融合され、液状物質を形成する。第2の補助二次膜残留物76は、その後、第2の補助二次膜ユニット残留物出口79を介して第2の補助二次膜ユニット70から除去されて、処分される。
【0036】
好ましい実施形態において、二次膜54,64,74は逆浸透膜である。様々なタイプの逆浸透膜が市販されており、その性能特性はまちまちである。したがって、液状物質の所望の物理的特性及び必要とされる生成率により、逆浸透膜が選択され、使用される逆浸透膜の数が決定される。
【0037】
図1には、3つの逆浸透膜ユニット、すなわち、二次膜ユニット50と、第1の補助二次膜ユニット60と、第2の補助二次膜ユニット70とが示されているが、本発明はこのような形態に限定されない。それぞれがハウジング81を有し且つ性能特性が互いに同一もしくは互いに性能特性が異なる1または複数の逆浸透ユニットを使用して、所望の物理特性を有する液状物質を生成しても良い。また、好ましい実施形態において、二次膜54,64,74は、略同じ分離特性を有しているが、生成水の所望の特性に応じて、二次膜が互いに異なっていても良い。当業者であれば、必要以上の実験を行なうことなく、所望の物理的特性を有する液状物質を満足な流量で生成するために必要な逆浸透ユニットの数を選択して決定することができる。
【0038】
(実施例1)
使用される逆浸透ユニット及びナノ濾過ユニットの数を変えることにより、生成水の許容可能な硬さ濃度及びアルカリ濃度の範囲を決定した。硬さ及びアルカリ性における上限が100ppmであることは技術的に知られている。嗜好審査を行なった後、硬さ濃度が少なくとも20ppmで且つアルカリ濃度が少なくとも21ppmである生成水が、濃度が低い生成水よりも優れていることが分かった。
【0039】
(実施例2)
生成される生成水の質は、使用される膜によって決まった。
イリノイ州にあるノースブルックのカリガン・インターナショナル社からは、カリガンRO−A6シリーズの逆浸透膜が市販されている。ミネソタ州のミネアポリスに位置するフリムテック社からは、フィルムテックNF−255ナノ濾過膜及びフィルムテックNF−45ナノ濾過膜が市販されている。無論、ナノフィルタは、RO膜よりも大きい浸透率すなわち多孔率及び対応する溶質固体濃度を有していると評価されている。
【0040】
各試験においては、6つの膜の全てを使用して、つまり、それぞれのセットすなわち群が3つの同一の膜を有する2つの膜セットすなわち2つの膜群を使用して、試験生成水を生成した。膜群を挿入もしくは除去して、膜の組み合わせを変化させた。各試験で使用した供給水は、1つの供給源からのものであった。供給水及びそれによって生成された各組み合わせにおける生成水の特性は、以下の通りであった。
【0041】
【表1】
硬度は、標準方法2340C(EDTA滴定法)で概説されているように、滴定液としてエチレンジアミン4酢酸(EDTA)を使用した終点滴定によって測定した。アルカリ度は、標準方法#2320B(アルカリ滴定法)によって測定した。
【0042】
表1の結果から、ナノフィルタとRO膜とを組み合わせて使用して混合生成水を形成すると、ナノフィルタだけを連続して使用するよりも硬さ及びアルカリの値が目標値に近いという点で、良好な結果が得られることが分かる。
【0043】
様々なタイプの膜からの生成物を混合するための処理及び装置の特定の実施形態を図示して説明してきたが、当業者であれば分かるように、以下の請求の範囲に広い形態で記載された本発明から逸脱することなく、変形や改良が成されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の方法の使用に適した膜処理システムの概略図である。
Claims (24)
- 液体を膜分離するためのプロセスであって、
前記液体を一次膜に供給し、前記一次膜は、前記液体を、前記一次膜によって保持される一次膜残留物と、一次膜透過水とに分離し、
前記一次膜残留物を二次膜に供給し、前記二次膜は、前記一次膜残留物を、前記二次膜によって保持される二次膜残留物と、二次膜透過水とに分離し、
前記一次膜透過水と前記二次膜透過水とを混合して、液状物質を形成する、
ことを特徴とするプロセス。 - 前記一次膜がナノ濾過膜を有していることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記一次膜がイオン選択ナノ濾過膜を有していることを特徴とする請求項2に記載のプロセス。
- 前記二次膜が逆浸透膜であることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記一次膜がナノ濾過膜を有し、前記二次膜が逆浸透膜を有していることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記一次膜がイオン選択ナノ濾過膜を有し、前記二次膜が逆浸透膜を有していることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記一次膜透過水の溶質濃度は、前記二次膜透過水の溶質濃度よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記一次膜残留物を補助一次膜に連続的に供給して、前記一次膜残留物を補助一次残留物と補助一次透過水とに分離することを更に含んでいることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記二次膜残留物を補助二次膜に連続的に供給して、前記二次膜残留物を補助二次残留物と補助二次透過水とに分離することを更に含んでいることを特徴とする請求項8に記載のプロセス。
- 前記一次膜及び前記補助一次膜がイオン選択ナノ濾過膜を有し、前記二次膜及び前記補助二次膜が逆浸透膜を有していることを特徴とする請求項9に記載のプロセス。
- 前記一次膜透過水または前記補助一次膜透過水の溶質濃度は、前記二次膜透過水または前記補助二次膜透過水の溶質濃度よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載のプロセス。
- 連続的に接続された複数の補助一次膜を有していることを特徴とする請求項8に記載のプロセス。
- 連続的に接続された複数の補助二次膜を有していることを特徴とする請求項12に記載のプロセス。
- 前記一次膜透過水の溶質濃度は、前記二次膜透過水の溶質濃度よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載のプロセス。
- 前記二次膜残留物を補助二次膜に連続的に供給して、前記二次膜残留物を補助二次残留物と補助二次透過水とに分離することを更に含んでいることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 直列に接続された複数の補助二次膜を有していることを特徴とする請求項15に記載のプロセス。
- (A)少なくとも1つの次の二次膜ユニットに連続的に接続された少なくとも1つの一次膜ユニットを備え、
(B)前記一次膜ユニットはそれぞれ、
(1)前記供給液または先行する一次膜ユニットからの一次膜ユニット残留物をナノ濾過膜に導入するための一次膜ユニット供給液注入口と、
(2)前記供給液を一次膜ユニット残留物と一次膜ユニット透過水とに分離するための一次膜と、
(3)前記一次膜ユニット残留物を前記二次膜ユニットまたは次の一次膜ユニットに供給するための一次膜ユニット残留物排出口と、
(4)前記一次膜ユニット透過水を液状物質流路に供給するための一次膜ユニット透過水排出口と、
を有し、
(C)前記二次膜ユニットはそれぞれ、
(1)前記一次膜ユニット残留物を二次膜ユニット残留物と二次膜ユニット透過水とに分離するための二次膜と、
(2)前記二次膜に向う前記一次膜ユニット残留物を受け、あるいは、先行する二次膜ユニットから前記二次膜に向う二次膜ユニット残留物を受ける二次膜ユニット液体注入口と、前記一次ユニット透過水を前記液状物質流路に供給するための二次膜ユニット透過水排出口と、
を有し、
(D)前記液状物質流路は、前記一次膜ユニット透過水と前記二次膜ユニット透過水とを受けて混合する、
ことを特徴とする供給液を浄化するための装置。 - 前記一次膜がナノ濾過膜であり、前記二次膜が逆浸透膜であることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記一次膜ユニット透過水の溶質濃度は、前記二次膜ユニット透過水のそれよりも大きいことを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 互いに直列に接続され、先のユニットから残留物を連続的に受けるとともに、形成される透過水を物質流路に送り出す複数の一次膜ユニットを有していることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 互いに直列に接続され、先のユニットから残留物を連続的に受けるとともに、形成される透過水を物質流路に送り出す複数の二次膜ユニットを有していることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 液体を膜分離するためのプロセスであって、
前記液体を第1の一次膜に供給し、前記第1の一次膜は、前記液体を、前記第1の一次膜によって保持される第1の一次膜残留物と、第1の一次膜透過水とに分離し、
前記第1の一次膜残留物を第2の一次膜に供給し、前記第2の一次膜は、前記第1の一次膜残留物を、前記第2の一次膜によって保持される第2の一次膜残留物と、第2の一次膜透過水とに分離し、
前記第2の一次膜透過水を第1の二次膜に供給し、前記第1の二次膜は、前記第2の一次膜残留物を、前記第1の二次膜によって保持される第1の二次膜残留物と、第1の二次膜透過水とに分離し、
前記第1の二次膜透過水を第2の二次膜に供給し、前記第2の二次膜は、前記第1の二次膜残留物を、前記第2の二次膜によって保持される第2の二次膜残留物と、第2の二次膜透過水とに分離し、
前記第1の一次膜透過水と、前記第2の一次膜透過水と、前記第1の二次膜透過水と、前記第2の二次膜透過水とを混合して、液状物質を形成する、
ことを特徴とするプロセス。 - 前記第2の一次膜に連続的に接続された少なくとも1つの補助一次膜を有していることを特徴とする請求項22に記載のプロセス。
- 前記第2の二次膜に連続的に接続された少なくとも1つの補助二次膜を有していることを特徴とする請求項22に記載のプロセス。
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