JP4700966B2 - 試薬の再利用ステップを含む、高比表面積の無機粉末試薬を使用する水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は水を処理する方法に関する。さらに正確には、本発明は、特に有機物質の含量を低下するために、水に高比表面積の無機粉末試薬を接触させるステップを含む物理化学的な水処理方法に関する。

本発明は、飲料可能性（drinkability）および精製のために水を処理する方法に同様に適用可能であり、高品質の水の処理または既存の装置で処理された水の精製にガイドとして適用可能となりうる。

本発明の分野において、溶解状態の汚染物質を含有する水を、吸着剤などの粉末試薬を使用して処理できることは既知であり、この処理は、既知である方法で限外ろ過または精密ろ過と併用されると思われる。

これらの試薬は、通常、浄化ステップと同時または膜ろ過手段の上流側で加えられる。

明らかに、これらの粉末試薬は、水中で流動化されて、使用するろ過膜に適合性になるように、物理的な硬さ、研磨性および密度特徴を有する。

使用する粉末試薬には、特に、粉末状活性炭（ＰＡＣ）が挙げられる。

ＰＡＣは、農薬および溶解している任意の他の有機物質を排除する吸着剤である。

ＰＡＣは高価な試薬であり、従って比較的高い操業費用を生じる。

さらに、限外ろ過または精密ろ過膜の上流側にこのような粉末試薬を使用すると、使用する試薬および／または有機物質による膜の目詰まりに関連する不利益が生ずる。

本発明の目的は、従来技術のこの不利益を克服することである。

さらに正確には、本発明の目的は、操業費用を削減するために、前記のもののような無機粉末試薬または膜ろ過ステップの使用を含む水処理方法を提案することである。

本発明の別の目的は、膜分離手段の目詰まりを減少するためにこのような方法を提供することである。

本発明の別の目的は、処理対象の水の品質に応じて適合させることができるこのような方法を提供することである。

本発明の別の目的は、設計が容易で、実施が容易であるこのような方法を提供することである。

後により明らかになるこれらの目的および他の目的は本発明により達成される。本発明は、特に水中の有機物質または微小汚染物質の含量を低下するために、この水に高比表面積の少なくとも１つの無機粉末試薬を接触させる少なくとも１つのステップであって、可能性として、（任意の手段、特に機械的または空気導入手段によって）撹拌しながら行われるステップと、少なくとも１つの膜分離ステップとを含む方式の、精製および／または飲料可能性のために水を処理する方法であって、前記膜分離ステップで導出されるブローオフ生成物（blow off products）を、
有機物質および微小汚染物質を含有する、低水流量の、言い換えるとブローオフ流量の４０％未満の、好ましくはブローオフ流量の２０％未満の、前記粉末試薬の主要量（言い換えると６０質量％より多い量）を含有する第１の分画と、
高水流量の、好ましくは上述した低流量の４〜２０倍の、前記膜に拒まれる前記試薬に吸着されずに、前記ブローオフ生成物中に濃縮される有機物質の主要量を含有する第２の分画と
の少なくとも２つの分画に分離して、前記ブローオフ生成物を処理するステップを含み、前記第１の分画は、前記水に前記粉末試薬を接触させることからなる前記ステップの上流側で前記水に再導入されることを特徴とするものである。

前記試薬に吸着されない有機物質の主要量を含有する前記第２の分画は、好ましくは、排水として廃棄されるか、または例えば水と粉末試薬を接触させるステップの上流側に配置される凝固−凝集−沈降手段もしくは任意の他の適合する種類の沈降タンクもしくは容器であってもよい特別の処理手段に送られる。

このように、本発明は粉末試薬を効率的に再利用することができ、従ってその用途を最適化することができる。結果として、操業費用を大幅に削減することができる。

本発明の一形態として、粉末試薬は硝化バイオマスの支持体として使用され、および／または水中に配置された生物分解性の有機炭素を処理することができ、水に粉末試薬を接触させる領域に空気が導入される。この空気は、粉末支持体に配置された生物に必要な酸素を供給するため、および粉末試薬を懸濁状態に維持するために使用される。膜材は、可能性として、水に粉末試薬を接触させる領域に直接浸漬されてもまたは後者の領域に配置されてもよい。

有機物質が溶解状態または懸濁状態である水に混合された粉末試薬で構成されている、膜ろ過から導出されるブローオフ生成物の処理は、このブローオフ生成物を２つの分画に分割することで、粉末試薬とこの試薬に吸着しない有機物質の再利用率を切り離す。

その結果は、粉末試薬の能力が最適に発揮され、粉末試薬の消費量を削減することができるということである。

粉末試薬と試薬に吸着しない有機物質が、粉末試薬を再利用する前に分離されないと、本システムにおいては大量の有機物質が再利用され、これにより、活性な試薬部位、例えば、粉末状活性炭部位を迅速に飽和させるとともに、微小汚染物質を処理する試薬の所定の能力を低下させてしまう。

「高比表面積の無機粉末試薬」は、本発明の説明を目的として、処理対象である水の中に存在する化合物の１つ（例えば、微小汚染物質）と、吸着またはイオン交換によって反応して、前記水中のこれら化合物の含量を低下させるであろういずれの粉末試薬を意味することに留意されたい。

好ましい一解決法によると、前記粉末試薬は粉末状活性炭（ＰＡＣ）である。

有機物質を回収し、窒化バイオマスおよび／または溶解している生物分解性の有機炭素を処理するバイオマスの可能な支持体として作用する能力とは別に、ＰＡＣは、微小汚染物質、特に農薬を吸着する化合物として特に有利である。従って、ＰＡＣは、水が高含量のこれらの化合物を含有する期間、特に春に特に有用である。

他の可能な実施態様によると、粉末試薬は、ゼオライト、クレーおよびイオン交換樹脂からなる群から選択しても、またはそれは、可能性として、ＰＡＣの存在下において、これらの化合物の混合物を含んでもよい。

有利な一解決法によると、前記ブローオフ生成物の前記処理ステップは水力分離ステップを含む。この場合には、前記水力分離ステップは、好ましくは、少なくとも１つの液体サイクロンを使用して行われる。

この種類の分離手段は、大量の粉末試薬（適当な圧力で少なくとも６０質量％）の回収を可能にする。

液体サイクロンでは、オーバーフローは、従来、供給流量の８０％である。残りの２０％はアンダーフローに排出される。溶解している有機物質はこの種の装置では分離されないことから、その８０％はオーバーフローに排出され、２０％だけがアンダーフローに戻り、ＰＡＣの大部分に吸着され、本発明によれば、膜ろ過の上流側にある、水にＰＡＣを接触させるタンクに戻される。

第１の方法によると、前記膜分離で導出される前記ブローオフ生成物は連続的に集められる。

第２の方法によると、前記膜分離で導出される前記ブローオフ生成物は定期的に集められる。この場合には、前記ブローオフ生成物が集められる間隔は、好ましくは、前記水に前記粉末試薬を接触させる前記ステップに存在する前記水中の粉末試薬の濃度に依存する。

このように、間隔およびこれらのブローオフ生成物の容積を制御することによって、特に処理対象の水中に存在する農薬に対して緩衝効果を得るために、またはアンモニアもしくは生物分解性の有機炭素を処理するのに十分なバイオマス濃度を接触タンク内に維持するために、接触タンク内のＰＡＣ濃度を上昇することができる。

有利なことに、本発明の方法は、使用した前記粉末試薬を抽出するための少なくとも１つのステップを含む。この場合には、前記抽出ステップは、好ましくは、前記ブローオフ生成物の前記分離ステップの上流側で行われる。

水にＰＡＣを接触させるタンクも、特に使用したＰＡＣの一部を排出するために、ブローオフが行われてもよいことに注目されたい。

第１の形態によると、前記膜分離ステップは、加圧膜材を使用して行われる。

好ましい形態によると、前記膜分離ステップは、好ましくは連続的または定期的に通気する浸漬膜材を使用して行われる。

浸漬膜材は、加圧膜材と比較してエネルギー消費が低いという利点を有する。その結果として、本発明による方法を使用すると、装置の操業費用がさらに削減される。

第１の実施態様によると、前記第２の分画は排出される。

第２の実施態様によると、前記第２の分画は、水を粉末試薬に接触させて、（可能性として、凝固および／または凝集剤を添加して）処理するステップの前に実施されてもよい重力分離ステップの上流側の処理対象の前記水に再導入される。

また、本発明は、前記の方法に使用するための装置に関するものであって、前記水に高比表面積の無機粉末試薬を接触させる少なくとも１つのタンクと、少なくとも１つの膜分離装置とを含み、前記膜分離装置から導出されるブローオフ生成物を、
有機物質および微小汚染物質を含有する、低水流量の、言い換えるとブローオフ流量の４０％未満の、好ましくはブローオフ流量の２０％未満の、粉末試薬の主要量（言い換えると６０質量％より多い量）を含有する第１の分画と、
高水流量の、好ましくは上述した低流量の４〜２０倍の、前記膜に拒まれる前記試薬に吸着されずに、ブローオフ生成物中に濃縮される有機物質の主要量を含有する第２の分画と
の少なくとも２つの分画に分離する前記ブローオフ生成物用の少なくとも１つの水力分離装置を含むことを特徴とするとともに、前記第１の分画を前記接触タンクに搬送する手段を含むことを特徴とするものである。

好ましい解決法によると、前記水力分離装置は少なくとも１つの液体サイクロンを含む。

また、液体サイクロンは、大量の粉末試薬の回収を可能にするという点において特に効率的である。

第１の方法によると、前記膜分離装置は、好ましくは膜材の下側に通気手段が設けられている少なくとも１つの浸漬膜材を組み込んだ少なくとも１つのろ過タンクを含む。

第２の方法によると、前記膜分離装置は、少なくとも１つの加圧膜を組み込んだ少なくとも１つのろ過タンクを含む。

有利なことに、前記装置は、前記膜分離装置から導出される前記ブローオフ生成物のための貯蔵タンクを含む。

従って、結果は、膜分離装置から導出されるブローオフ生成物のバッファストックとなり、これらのブローオフ生成物を連続的または定期的に処理することができるようにこの貯蔵タンクを使用する。

好ましくは、前記装置は、使用した前記粉末試薬を抽出するための手段を含む。

結果として、適宜、本発明の装置に使用する粉末試薬を再生することができる。

この場合には、前記抽出手段は、有利なことに、前記搬送手段および／または前記接触タンクに設けられる。

第１の形態によると、本発明の装置は、前記第２の分画を排出する手段を含む。

第２の形態によると、本発明の装置は、前記第２の分画を排出する手段を含む。

第２の形態によると、本発明の装置は、水に粉末試薬を接触させるタンクの上流側に設置され、好ましくは重力分離の前に凝固および／または凝集手段が提供される重力分離装置に前記第２の分画を搬送する手段を含む。

この第２の形態は、さらに、望ましくない排出液の産生を低下することができる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明による水処理方法を使用するための装置を模式的に示す１つの図を参照して、あらゆる意味において限定するものではない例示的な実施例として提供されている、本発明の好ましい実施態様の以下の説明を読むことによって明らかになる。

図１を参照すると、本発明に係る方法に使用するための装置は、
凝固または凝集試薬を添加する場合または添加しない場合の、処理対象の水の重力分離ステップを実施するためのラメラ清澄器１と、
水に粉末試薬（この場合には、ＰＡＣ）を接触させるステップを実施するためであって、機械的または通気７によって撹拌することができる接触タンク２と、
限外ろ過または微小ろ過膜材３１を使用して膜分離ステップを実施するためのろ過タンク３と
を備える。

可能な一実施態様によると、このような装置は、凝固、沈殿およびろ過装置の後に配置してもよく、特に地表水を処理する場合に、水の前処理を可能にする。

従来、処理対象の水は搬送手段１１により直接または清澄器１を通過してろ過タンク３に運ばれる。本発明では、清澄器１からのオーバーフローが接触タンク２に送られ、さらにこれから水がろ過タンク３に送られる。そして、水は含浸膜材３１を通過し、処理された水はパイプ４により排出される。

可能な一形態によると、膜分離は加圧膜材を使用して実施してもよいことに注目されたい。

さらに、可能な別の実施態様によると、水にＰＡＣを接触させるステップおよび膜ろ過ステップは、例えば、本願の発明者による仏国特許出願公開第２７３７２０２号明細書に記載されている種類と同じ反応装置内で実施してもよい。

本発明によると、膜分離で導出されるブローオフ生成物３２は、液体サイクロン５に搬送され、
受け取った流れの中の低水流量であって、有機物質を吸収したＰＡＣを含有する、接触タンク２に再導入される分画３２１と、
液体サイクロン５のオーバーフローに相当し、液体サイクロンが受け取った流れの高水流量であって、ＰＡＣに吸着されずに、溶解状態または懸濁状態の有機物質を含有する分画３２２と
の２つの分画に分離される。

この実施態様によると、この分画３２２は、処理対象の水の搬送手段１１に再導入され、従って、完全な処理サイクルをもう１度通過して、最大量の水を回収すると同時に、好ましくは凝固および凝集試薬を導入して、有機物質の量を低下する。

しかし、別の可能な実施態様によると、この分画３２２は、新たな処理を全く適用しないで、装置から排出してもよい。

さらに、図１に示すように、貯蔵タンク６は、膜ブローオフ生成物のために提供される。

タンク３は定期的にブローオフがされる。接触タンク２のＰＡＣ濃度に応じて、このブローオフ生成物は貯蔵されてもおよび／または液体サイクロンに誘導されてもよい。

使用されたＰＡＣのブローオフ生成物からの抽出は、液体サイクロン５の上流側のパイプ６１および接触タンク２で行われることに注目されたい。

同時に、新しいＰＡＣを、添加手段２１を使用して接触タンク２に添加することができる。

本発明のよりよい理解を助けるために、比較試験を数日にわたって実施し、その結果を表の形態で以下に示す。これらの試験は、ＷＡＣで凝固し、沈殿させ、砂で１５ｍ／ｈの速度でろ過したセーヌ川の水で実施した。次いで、この水をＰｉｃａｓｏｒｂ ＰＡＣ１６と混合した。

本発明に係る水処理方法に使用するための装置を示す模式図である。

Claims (27)

1. 水中の有機物質の含量を低下するために、水に、粉末状活性炭（ＰＡＣ）、ゼオライト、クレーおよびイオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの無機粉末試薬を接触させる少なくとも１つの接触ステップと、少なくとも１つの膜分離ステップとを含む方式の、精製および／または飲料可能性のために水を処理する方法において、前記膜分離ステップで導出されるブローオフ生成物（３２）を、
   有機物質および微小汚染物質を含有した前記粉末試薬を含有する、ブローオフ流量の４０％未満である低水流量の第１の分画と、
   前記膜に拒まれ、前記粉末試薬に吸着されずに、ブローオフ生成物中で濃縮された有機物質を含有する高水流量の第２の分画と
   の少なくとも２つの分画に分離するようにブローオフ生成物を処理する第２分離ステップを含み、前記第１の分画（３２１）が、前記水に前記粉末試薬を接触させることからなる前記接触ステップにおいて、前記水に再導入されることを特徴とする方法。
2. 前記粉末試薬が粉末状活性炭（ＰＡＣ）であることを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
3. 前記粉末試薬を接触させる前記接触ステップの前に行われる重力分離ステップを含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記重力分離ステップが、凝集ステップの後に行われることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記粉末試薬が、硝化バイオマスのための支持体として使用されるとともに、空気が、水に前記粉末試薬を接触させる前記接触ステップ中に導入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記第２分離ステップが、少なくとも１つの液体サイクロン（５）を使用して行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の水処理方法。
7. 前記膜分離ステップで導出される前記ブローオフ生成物（３２）が、連続的に集められることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の水処理方法。
8. 前記膜分離ステップで導出される前記ブローオフ生成物（３２）が、定期的に集められることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の水処理方法。
9. 前記ブローオフ生成物（３２）を集める定期な間隔を、前記水に前記粉末試薬を接触させる前記接触ステップに存在する前記水中の粉末試薬の濃度によって決定することを特徴とする請求項８記載の水処理方法。
10. 前記使用された粉末試薬を含むブローオフ生成物（３２）の一部を除去するための少なくとも１つの除去ステップを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の水処理方法。
11. 前記除去ステップが、前記ブローオフ生成物（３２）の前記第２分離ステップの上流側で行われることを特徴とする請求項１０記載の水処理方法。
12. 前記膜分離ステップが、加圧した膜材を使用して行われることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の水処理方法。
13. 前記膜分離ステップが、浸漬した膜材を使用して行われることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の水処理方法。
14. 前記第２の分画（３２２）が排出されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の水処理方法。
15. 前記第２の分画（３２２）が、前記重力分離ステップの上流側の前記被処理水に再導入されることを特徴とする請求項３または４記載の水処理方法。
16. その中で水に、粉末状活性炭（ＰＡＣ）、ゼオライト、クレーおよびイオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの無機粉末試薬を接触させる少なくとも１つの接触タンク（２）と、少なくとも１つの膜分離装置（３）とを含む方式の、請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法で使用するための装置であって、前記膜分離装置（３）から導出されるブローオフ生成物を、
    有機物質および微小汚染物質を含有した前記粉末試薬を含有する、ブローオフ流量の４０％未満である低水流量の第１の分画（３２１）と、
    前記膜に拒まれ、前記粉末試薬に吸着されずに、前記ブローオフ生成物中で濃縮された有機物質を含有する高水流量の第２の分画（３２２）と
    の少なくとも２つの分画に分離する、前記ブローオフ生成物のための少なくとも１つの液体サイクロン（５）を含むとともに、
    前記第１の分画を前記接触タンク（２）に搬送する手段（６１）を含むことを特徴とする装置。
17. 前記接触タンク（２）の上流側に設置された重力分離装置を含むことを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 前記重力分離装置の上流側に凝集手段が設けられていることを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 前記膜分離装置（３）が、少なくとも１つの浸漬した膜材を組み込んだ少なくとも１つのろ過タンクを含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項記載の装置。
20. 前記膜分離装置が、少なくとも１つの加圧した膜材を組み込んだ少なくとも１つのろ過タンクを含むことを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか１項記載の装置。
21. 前記膜分離装置（３）から導出される前記ブローオフ生成物を貯蔵するためのタンク（６）を含むことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項記載の装置。
22. 前記使用された粉末試薬を含むブローオフ生成物（３２）の一部を除去する除去手段を含むことを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項記載の装置。
23. 前記除去手段が、前記搬送手段（６１）および／または前記接触タンク（２）に設けられることを特徴とする請求項２２記載の装置。
24. 前記第２の分画（３２２）を排出するための手段を含むことを特徴とする請求項１６〜２３のいずれか１項記載の装置。
25. 前記第２の分画（３２２）を前記重力分離装置（１）に搬送する手段を含むことを特徴とする請求項１７または１８記載の装置。
26. 前記低水流量が、ブローオフ流量の２０％未満であり、前記高水流量が、前記低水流量の４〜２０倍である請求項１〜１５のいずれか１項記載の水処理方法。
27. 前記低水流量が、ブローオフ流量の２０％未満であり、前記高水流量が、前記低水流量の４〜２０倍である請求項１６〜２５のいずれか１項記載の装置。

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