JP2009509737A - 高速沈降ステップと、続く精密濾過膜または限外濾過膜による直接の濾過ステップを含む水処理方法、および対応する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体／固体分離ステップ（１）と、前記ステップに続いて少なくとも１つの濾過ステップ（２）を含む水処理方法に関する。本発明は、液体／固体分離ステップ（１）が１５ｍ／ｈより多い表面速度にて実施される沈降ステップを含み、濾過ステップ（２）が少なくとも１つの精密濾過または限外濾過膜で直接実施されることを特徴とする。

Description

本発明の分野は、水処理の分野である。さらに詳細には、本発明は、液体−固体分離のステップおよび少なくとも１つの濾過ステップを含む水処理方法に関する。

本発明は特に、排他的というわけではないが、次に逆浸透またはナノ濾過膜処理を受ける予定の水の前処理に適用される。

さらに一般的には、本発明は特に、
各種の用途の廃水再利用の分野（工業処理水、マイクロエレクトロニクス工業用水、地下水面浸透、飲用水など）；
海水または塩水の淡水化；
多種多様の濁度および／または有機物を含んだ地表水の処理；
多種多様の藻類あるいは目詰り能力を有する他のいずれかの有機または無機物質を備えた地表水の処理；
に利用される。

従来の地表水（川、湖またはダム水）は時々、ナノ濾過によって除去され得る殺虫剤および他の有機微小汚染物質含量を低減するために、ナノ濾過膜での濾過処理を受ける。

ナノ濾過は、硫酸塩などの２価アニオンを除去することはもちろんのこと、たとえば硝酸塩などの他の塩の含量を低下させることも可能にする。

逆浸透は、ナノ濾過の膜と似ているが、より高い分離能力を備えている。逆浸透は水からほぼすべての有機および無機汚染物質を除去することを可能にする。逆浸透は、特にヒトが消費するための、あるいは海水または塩水からの処理のための、またはボイラーに供される水の産生に使用される。

逆浸透はまた、廃水処理プラントを通過した後の廃水を再利用するために、処理水産生のための処理工程としてもますます使用されている。

逆浸透膜は、ナノ濾過の膜と同様に、目詰まりを非常に起こしやすく、目詰りを低下させるための水前処理を必要とする。ナノ濾過または逆浸透に供される水の目詰まり能力は、シルト密度指数（ＳＤＩ）によって測定されることが多く、ＳＤＩ値は通常、前処理によって考えられる最も低い値に、そしていずれの場合にも４以下の値に制限されるべきものである（ＳＤＩ≦４）。

実際に、たとえば４を超える高いＳＤＩ値は、逆浸透膜またはナノ濾過膜の過度の目詰まりを引き起こして、膜の頻繁な化学洗浄を必要とさせ、それにより膜の寿命を短縮させる。

逆浸透およびナノ濾過膜処理の上流で現在使用されている前処理は通例、低速での液体−固体分離（１５ｍ／ｈ以下の速度での単層若しくは層状沈降、又は浮上分離）と砂および／または炭素濾過と組合せるものである。

凝集凝固は、液体−固体分離の上流で頻繁に実施される。

しかしながら、これらの従来の技法によって前処理された水のＳＤＩは変動することが多く、ある意味でそれを制御することは困難であり、ＳＤＩを絶えず４以下の値に維持することは難しい。

その上、従来の前処理は巨大な装置を必要とし（１５ｍ／ｈ未満での沈降、１段階での、時には２段階での、粒状物質での濾過）、４以下の所望のＳＤＩ値を絶えず生じないか、生じることが困難である。

本発明は特に、従来技術の欠点を克服することを目的とする。

さらに詳細には、本発明は、従来技術の解決策と比較して処理水の目詰まり指数（またはＳＤＩ）のより良好な制御を可能にする処理方法を提案すること、すなわち既知の技法によって得られた指数に対してこの指数を低下させることを目的とする。

本発明は、対応する装置の大きさを縮小させる方法を提供することも目的としている。

本発明は、本発明による方法を実施するための装置を提案することも目的としている。

本発明の別の目的は、このような方法および簡単な設計を備え、実施が容易であるこのような装置を提案することである。

下で明らかになるこれらの目的は、他の目的と同様に、液体−固体分離のステップと、続く少なくとも１つの濾過ステップを含む水処理方法に関する本発明によって達成され、該方法は、前記液体−固体分離ステップが１５ｍ／ｈを超える表面速度で実施される沈降ステップを含むことと、前記濾過ステップが少なくとも１枚の精密濾過または限外濾過膜で直接実施されることとを特徴とする。

本発明により、濾過ステップが膜手段上で「直接」実施されるという事実は、限外濾過または精密濾過ステップの上流で大規模な不活性粒状濾過が実施されないことを意味する。

したがって本発明は、当業者によって先に信じられていたこと、すなわち十分に低いＳＤＩが、低速沈降のみによる、そしてこの沈降を砂および／または炭素濾過と組合せることによる前処理で得られることと相反する。

しかしながら本出願人は思いがけなく、１５ｍ／ｈを超える速度で実施され、３０ｍ／ｈより多い、そしてなお９０〜２００ｍ／ｈに達することが可能である高速液体−固体分離技法の使用と、続いての、予備砂または無煙炭濾過の介在を伴わない、精密濾過または限外濾過膜での直接濾過が、４以下の、そして３以下、または２にすら達する値のＳＤＩを備えた水を、小型かつ経済的に絶えず得られるようにすることを見出した。

本発明は、
１５ｍ／ｈ以下の速度で動作する沈降機と、粒状材料（通例は砂または砂−無煙炭の組合せ）での１ステップ以上の濾過との組合せのために、コンパクトでないことと；
４以下のＳＤＩを絶えず得ることの困難さ；
を含む、従来技術の２つの欠点を克服する。

第１の実施形態により、前記液体−固体分離ステップは、水よりも高い密度を備えた微細不活性粒状材料の安定したフロック沈降によって実施する。

この場合、前記安定したフロック沈降ステップは、好ましくは微細砂を使用して実施する。

本出願人が実施した試験は実際に、４以下の、しばしば２以下でさえあるＳＤＩが、仏国特許出願公開第２５５３０８２号および米国特許出願公開第４３８８１９５号の番号で公開された特許出願に記載された種類のバラストスラッジ凝集沈降機で１５ｍ／ｈより多く、しかしまた浮上分離によって３０ｍ／ｈより多い、仏国特許第２６２７７０４および 仏国特許第２７１９２３４で公開された特許に記載された種類の安定したフロック沈降機を使用するときに３０〜９０ｍ／ｈにて実施された第１の液体−固体分離ステップと、次に加圧または浸漬モジュールでの第２の精密濾過（ＭＦ）または限外濾過（ＵＦ）ステップによって前処理された水で絶えず得られることを示した。

第２の実施形態により、前記液体−固体分離ステップは、浮上分離によって実施される。

第３の実施形態により、前記液体−固体分離ステップは、スラッジ再循環を備えた安定したフロック沈降によって実施される。

有効な解決策により、本方法は、前記膜の目詰まりを除去する少なくとも１つのステップを含み、目詰まり除去に用いられた水が前記液体−固体分離ステップの上流で再利用される。

考えられる代替案により、本方法は、前記液体−固体分離ステップ中に前記水中に、以下の群、
有機凝固剤；
無機凝固剤；
有機凝集剤；
無機凝集剤；
有機吸収剤；
無機吸収剤；
に属する少なくとも１つの試薬を注入するステップを含む。

別の有効な代替案により、本方法は、前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に、前記水に少なくとも１つの酸化試薬を注入する少なくとも１つのステップを含む。

この場合、前記酸化試薬は、以下の群、
オゾン；
塩素化オキシダント；
過酸化水素；
に属する少なくとも１つの試薬を含む。

なお別の有効な代替案により、本方法は、前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に実施されるＵＶ処理ステップを含む。

別の代替案により、本方法は、前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に前記水に、活性炭粉末を注入する少なくとも１つのステップを含む。

本方法は、前記膜濾過ステップの下流で実施される逆浸透による処理のステップを優先的に含む。

本方法は、前記膜濾過ステップの下流で実施されるナノ濾過ステップを含む。

本発明は液体−固体分離手段および濾過手段を含む水処理装置にも関し、該水処理装置は、前記液体−固体分離手段が１５ｍ／ｈを超える表面速度で動作する少なくとも１つの沈降機を含み、濾過手段が前記液体−固体分離ステップの後に少なくとも１つの精密濾過または限外濾過膜を使用して第１濾過ステップが実施されるように設けられた第１濾過手段を含むことを特徴とする。

第１の実施形態により、前記液体−固体分離手段は、凝固剤を注入する手段と、少なくとも１つの凝集タンクであって、微細砂を前記凝集タンクの中または上流に注入する手段と連結された凝集タンクと、沈降水を抽出する手段と連結された少なくとも１つの沈降タンクと、浄化されたスラッジを抽出する手段とを含む。

この場合では、装置は、前記浄化されたスラッジおよび前記砂の混合物を前記凝集タンクの中または上流で再循環させる手段を優先的に含む。

第２の実施形態により、前記液体−固体分離手段は、少なくとも１つの微小気泡発生装置と連結された少なくとも１つの浮上分離タンクを含む。

該装置は、前記膜の目詰まりを除去するために水を注入する手段と、前記液体−固体分離手段の高さまたは上流で前記目詰まりを除去するために供した水を再循環させる手段とを優先的に含む。

有効な解決策により、該装置は、前記液体−固体分離手段の下流または上流にオゾン注入手段を含む。

該装置は、前記第１濾過手段の下流に逆浸透膜手段またはナノ濾過手段のための手段を有効に含む。

有効な解決策により、該装置は、前記液体−固体分離手段をバイパスする手段を含む。

別の有効な解決策により、該装置は、前記オゾン注入手段をバイパスする手段を含む。

したがって原水の変化しやすい品質が、凝固剤または凝集剤の注入を用いる、あるいは用いないこのような直接膜処理を可能にする場合、直接限外または精密濾過処理を実施することが可能である。

本発明の他の機能および利点は、例証的であるが、非制限的な例として与えられる本発明の２つの好ましい実施形態の以下の説明、および添付図面を読めばさらに明らかとなるであろう。

上記のように、本発明の原理は、少なくとも１つの液体−固体分離ステップと、続いて行われる少なくとも１つの精密濾過膜または限外濾過膜での濾過ステップを含む方法を使用して水を前処理することに存し、液体−固体分離ステップは１５ｍ／ｈを超える表面速度で実施され、前記限外濾過ステップまたは精密濾過ステップの上流では不活性粒状塊濾過は実施されない。

処理される原水の性質および組成に応じて、前処理は以下、
主に液体−固体分離の上流の、しかし任意でＭＦまたはＵＦ膜の上流の、鉄またはアルミニウム塩などの無機凝固剤、あるいはポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド（カチオン性有機ポリマー）を含むポリマーなどの有機凝固剤；
主に液体−固体分離の上流の、たとえばアクリル酸ポリマーなどの有機凝集剤、しかしまた粘土などの無機凝集剤；
液体−固体分離とＭＦまたはＵＦ濾過との間の、酸化試薬または消毒剤（優先的にオゾン、しかし塩素およびその誘導体、過酸化水素、またはＵＶ放射さえも）；
液体−固体分離の上流、あるいは前記分離とＭＦまたはＵＦ膜ステップとの間のどちらかの、活性炭粉末などの有機または無機吸収剤；
からの１つ以上の試薬を添加することによって改善される。

これらの試薬は主に次の場合に使用される。
凝固剤および凝集剤が懸濁した高濃度の有機物質、コロイドまたは粒子を備えた水に使用される；
オゾンは、たとえば藻類増殖相においてはもちろんのこと、鉄またはマンガン濃縮物を備えた水または濁水の場合においても、藻類、プランクトン、または他の生きている微生物を含む原水の場合に使用される；
活性炭粉末は、高炭化水素濃度および溶解した微小汚染物質を備えた水の場合に使用され、水の目詰まり能力に影響を及ぼす。

該方法は、精密濾過膜または限外濾過膜が目詰まり除去されるようにすることもでき、目詰まり除去に使用される水は、液体−固体分離装置の上部にて優先的に再循環される。

最終的に予定される逆浸透濾過またはナノ濾過ステップが、精密または限外濾過ステップの下流で前処理水に対して実施され、よって絶えず４以下のＳＤＩが示される。

図１に示すような簡略版により、上記の方法を実施するための装置は、単層若しくは層状沈降技法、又は浮上分離から選択される高速（１５ｍ／ｈを超える）液体−固体分離手段１と、続く精密濾過または限外濾過膜での濾過２を含む。

優先的に、凝固剤３および凝集剤４を注入する手段が液体−固体分離ステップの上流に設けられる。

膜の目詰まり除去に供した水を再利用する手段５は、水の損失を最小限に抑えるために液体−固体分離ステップの上流に存在する。

図２に概略的に示す好ましい形態において、本発明は、凝析（ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）手段３、凝集（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ）手段４、及び１５〜２００ｍ／ｈの、優先的には３０〜９０ｍ／ｈの範囲の沈降速度での微細砂による安定したフロックの沈降手段１を含む。

液体−固体分離手段は、凝集タンク４の下流に沈降タンク１を含み、沈降タンクは、沈降水を抽出する手段１ｂ１と、タンク４中（またはその上流で）の浄化されたスラッジ／砂混合物の再循環およびスラッジ１ｂ３のスラッジ処理への抽出を確実にするために設けられた、浄化されたスラッジを抽出する手段１ｂ２に連結されている。凝集および沈降タンクの下流では、０．５〜５ｍｇ Ｏ_３／ｌの速度で注入するためのオゾン注入手段６が設けられ、次に限外膜または精密膜での濾過のための手段が設けられており、凝集−沈降の上部において再利用回路５によって目詰まり除去に供した水が戻される。

浮上分離タンクは、微小気泡生成装置を優先的に一体化する。

処理システムは好ましくは、原水の変化しやすい品質が、凝固剤または凝集剤の注入を用いる、あるいは用いないこのような直接膜処理を可能にする場合、液体−固体分離ステップをバイパスする回路７および任意のオゾン処理ステップをバイパスする回路８を備え、直接限外濾過または精密濾過処理を可能にする。

化学試薬は、注入手段１０を使用して液体−固体分離の上部にて注入され得る。

活性炭粉末も、液体−固体分離と限外濾過または精密濾過ステップとの間に注入手段１０または１１によって液体−固体分離の上部にて注入され得る。

処理は、逆浸透膜濾過またはナノ濾過処理９が処理の最終目的である場合に、これらの処理によって補完される。

試験は、上述の方法および装置によって実施した。

表１にまとめた結果は次の通りである。

着色、有機性で、試験中に濁度が最大２０００ＮＴＵに到達し、その５分ＳＤＩが１５を超えていた原地表水は、凝固（１０〜１２ｍｇＡｌ／リットル水の硫酸アルミニウムにより）、凝集およびＡＣＴＩＦＬＯ（登録商標）安定したフロック沈降機でサンドバラストを使用する沈降の第１ステップを通じて送出した。

次に、５ＮＴＵ以下の濁度および６以下の１５分ＳＤＩの浄化水を、カットオフ０．１μｍの精密濾過モジュールへ送出した。精密濾過から出た水は、０．２ＮＴＵ以下の濁度を有し、絶えず４以下のＳＤＩを示した。

「ＡＣＴＩＦＬＯ」浄化ステップの後にオゾン処理ステップを加えることによって、補足試験（表２にまとめる）を実施した。

粒子の数は原水中では２０００ｕ／ｍｌ以上であり、浄化水では５００ｕ／ｍｌ以下であったが、オゾン処理は、（オゾン処理なしの浄化水の６の代わりに）５以下の１５分ＳＤＩに相当するオゾン処理浄化水中の粒子数を５０〜１００ｕ／ｍｌに維持することができる。

オゾン処理浄化水の精密濾過後に得られたＳＤＩが３以下（オゾン処理なしで得られたＳＤＩ＜４以下の値）であったことは注目に値する。

簡略版による本発明の第１の実施形態の概略図である。 好ましい形態による本発明の第２の実施形態の概略図である。

Claims (22)

1. 液体−固体分離ステップと、前記ステップに続いて少なくとも１つの濾過ステップとを含む水処理方法であって、
   前記液体−固体分離ステップが、１５ｍ／ｈを超える速度で実施される沈降ステップを含み、前記濾過ステップが、少なくとも１つの精密濾過膜または限外濾過膜により直接行われる水処理方法。
2. 前記液体−固体分離ステップが、水より大きい密度を有する微細不活性粒状材料を用いた安定したフロックの沈降によって実施される請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記安定したフロック沈降ステップが、微細砂を用いて実施される請求項２に記載の水処理方法。
4. 前記液体−固体分離ステップが、浮上分離によって実施される請求項１に記載の水処理方法。
5. 前記液体−固体分離ステップがスラッジの再循環を用いた安定したフロック沈降によって実施される請求項１に記載の水処理方法。
6. 前記膜の目詰まりを除去する少なくとも１つのステップを含み、目詰まり除去に用いられた水が、前記液体−固体分離ステップの上流で再利用される請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理方法。
7. 前記液体−固体分離ステップにおいて、前記水に、以下の群、
   有機凝固剤；
   無機凝固剤；
   有機凝集剤；
   無機凝集剤；
   有機吸収剤；
   無機吸収剤；
   に属する反応物質の少なくとも１つを注入するステップを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の水処理方法。
8. 前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に、少なくとも１つの酸化反応物質を前記水に注入する少なくとも１つのステップを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理方法。
9. 前記酸化反応物質が以下の群、
   オゾン；
   塩素化オキシダント；
   過酸化水素；
   に属する反応物質の少なくとも１つを含む請求項８に記載の水処理方法。
10. 前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に実施されるＵＶ処理ステップを含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の水処理方法。
11. 前記液体−固体分離ステップと前記膜濾過ステップとの間に、活性炭粉末を前記水に注入する少なくとも１つのステップを含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水処理方法。
12. 前記膜濾過ステップの下流で実施される逆浸透処理ステップを含む請求項１〜１１のいずれか一項に記載の水処理方法。
13. 前記膜濾過ステップの下流で実施されるナノ濾過ステップを含む請求項１〜１２のいずれか一項に記載の水処理方法。
14. 液体−固体分離手段（１）および濾過手段（２）を含む水処理装置であって、前記液体−固体分離手段（１）が１５ｍ／ｈを超える速度で動作する少なくとも１個の沈降タンクを含み、前記濾過手段（２）が、前記液体−固体分離の後で、少なくとも１つの精密濾過膜または限外濾過膜を用いて実施されるように設けられた第１濾過手段を含む水処理装置。
15. 前記液体−固体分離手段（１）が、凝固反応物質を注入する手段（３）と、少なくとも１つの凝集タンク（４）と、少なくとも１つの沈降タンク（１）と、浄化されたスラッジを抽出する手段（１ｂ２）とを含み、前記凝集タンクは、微細砂を前記凝集タンクの中または上流に注入する手段と連結されており、前記沈降タンクは、浄化水を抽出する手段（１ｂ１）と連結されている、請求項１４に記載の水処理装置。
16. 前記浄化されたスラッジおよび前記砂の混合物を前記タンク４の中または上流で再循環させる手段（１ｂ２）を含む請求項１５に記載の水処理装置。
17. 前記液体−固体分離手段（１）が少なくとも１つの微小気泡生成装置と連結された少なくとも１つの浮上分離タンク（１）を含む請求項１４に記載の水処理装置。
18. 前記膜の目詰まりを除去するための水を注入する手段と、前記液体−固体分離手段の高さまたはそれより上流で前記水を再循環させる手段（５）とを含む請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の水処理装置。
19. 前記液体−固体分離手段（１）の下流または上流にオゾン注入手段（６）を含む請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の水処理装置。
20. 前記第１濾過手段の下流にナノ濾過または逆浸透膜濾過手段（９）を含む請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の水処理装置。
21. 前記液体−固体分離手段をバイパスする手段（７）を含む請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の水処理装置。
22. 前記オゾン注入手段をバイパスする手段（８）を含む請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の水処理装置。

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