JP5926803B2 - 軟水への炭酸カルシウム溶液の添加による脱塩水および淡水の再ミネラル化 - Google Patents
軟水への炭酸カルシウム溶液の添加による脱塩水および淡水の再ミネラル化 Download PDFInfo
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Description
Ca(OH)2+2CO2→Ca2++2HCO3 −
CaCO3+CO2+H2O→Ca2++2HCO3 −
に従って、水がミネラル化される。
A)第1のステップで炭酸カルシウムの水性懸濁物を調製して、第2のステップで:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸、もしくは(iii)酸のいずれかを炭酸カルシウムに導入するステップ、または
B)第1のステップで:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸もしくは(iii)酸のいずれかを炭酸カルシウムの溶液の調製に使用される水に導入して、次に第2のステップで、乾燥形のもしくは懸濁物のどちらかの炭酸カルシウムを水に導入するステップ、または
C)炭酸カルシウムの懸濁物および(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸もしくは(iii)酸のいずれかを導入するステップ
の1つによって調製される。
LSI=pH−pHs
式中、pHは、水性液体の実際のpH値であり、pHsは、CaCO3飽和の水性液体のpH値である。pHsは、以下のように概算できる:
pHs=(9.3+A+B)−(C+D)
式中、Aは水性液体中に存在する総溶解固形分(TDS)の数値指標であり、Bは水性液体の温度の数値指標(K)であり、Cは水性液体のカルシウム濃度の数値指標(CaCO3のmg/l)およびDは水性液体中のアルカリ度の数値指標(CaCO3のmg/l)である。パラメータAからDは、以下の等式を使用して決定される:
A=(log10(TDS)−1)/10
B=−13.12×log10(T+273)+34.55
C=log10[Ca2+]−0.4
D=log10(TAC)
式中、TDSは総溶解固形分(mg/l)であり、Tは温度(℃)であり、[Ca2+]は水性液体のカルシウム濃度(CaCO3のmg/l)およびTACは水性液体のアルカリ度(CaCO3のmg/l)である。
A)第1のステップで炭酸カルシウムの水性懸濁物を調製して、第2のステップにおいて:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸、もしくは(iii)酸のいずれかを炭酸カルシウムに導入するステップ、または
B)第1のステップで:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸もしくは(iii)酸のいずれかを炭酸カルシウムの溶液の調製に使用される水に導入して、次に第2のステップで、乾燥形の、もしくは懸濁物としてのどちらかで炭酸カルシウムを水に導入するステップ、または
C)炭酸カルシウムの懸濁物および(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸もしくは(iii)酸のいずれかを導入するステップ
の1つによって調製された。
BET比表面積
BET比表面積(SSAとも呼ばれる。)は、ISO 9277に従って、マイクロメトリックス(商標)社によって販売されているトライスターII 3020を使用して測定した。
セディグラフ(商標)5100
粒子状材料の重量中央粒径および粒径分布は、沈降法、すなわち重力場における沈降挙動の分析によって決定した。測定は、マイクロメトリックス(商標)社によって販売されているセディグラフ(商標)5100によって行う。
固体重量(材料の固体含有率とも呼ばれる。)は、固体物質の重量を水性懸濁物の総重量で割ることによって決定した。
本試験には3種類の試料を使用し、試料Aはフランス産の石灰石炭酸カルシウムであり、試料BおよびCはオーストラリアの同じ工場から供給されたが、重量中央粒径が異なる大理石炭酸カルシウムである。
炭酸カルシウム溶液の調製
RO(逆浸透)水中の溶解炭酸カルシウムの最大濃度を、CaCO3と二酸化炭素(CO2)を事前に添加したRO水と混合することによって調べた。CO2酸性化条件において、CaCO3が最大1gまで溶解することが予測される。すべての実験室試験は、RO水試料中に入れたガラスノズルを通じてCO2を1.5L/分にて30秒間事前に添加した、RO水1Lのバッチによって行った。
数回の再ミネラル化試験は、大理石CaCO3の高濃度CaCO3溶液(試料BおよびC)をRO水中に添加することによって行った。高濃度CaCO3溶液をRO水で希釈することによって、処理水の適切な特性を実現することができる。
B.1 パイロット再ミネラル化ユニット1:
最初の実験室規模の再ミネラル化試験に続いて、パイロット試験は、より大規模の方法の実施について試験を行うことを目的とした。このパイロットユニットでは、異なる種類の炭酸カルシウムの試験も行った。使用した水は、逆浸透水に代えて脱イオン水であった。使用した二酸化炭素は、スイス、ダグマーレセンのパンガスAGによる「Kohlendioxid 3.0」として市販されている。純度は≧99.9体積%である。
脱イオン水中の炭酸カルシウムの最大濃度についても、パイロットユニットで連続モードにて試験を行った。パイロット試験は、酸性条件下で二酸化炭素(CO2)を炭酸カルシウムの水懸濁物に添加することによって行った。前の実験室試験に従って、CO2酸性化条件下にて、脱イオン水中の炭酸カルシウムの500から700mg/Lの間の初期濃度に対する最大アルカリ度を得た。すべてのパイロット試験で、炭酸カルシウムの初期濃度を有する溶液を脱イオン水と混合し、およそ2バールの圧力下にて、管型反応装置を通じて15L/時の平均流量にて圧送した。
炭酸カルシウム高濃度溶液を調製するために、フランス産の石灰石炭酸カルシウム(試料A)を他の炭酸カルシウム製品と比較した。2つの異なる生産工場から、異なる重量中央粒径を有する2種類の大理石炭酸カルシウム、すなわちオーストリアの同じ工場で生産されたが、それぞれ3.3および8.0μmの重量中央粒径を有する試料Dおよび試料Eについて試験を行った。同様に、試料Fおよび試料Gは、フランスの同じ工場で生産されたが、それぞれ4.4および10.8μmの重量中央粒径を有していた。2つの生産地の間の主な相違は、開始材料の品質であり、第1の工場では2.0%の非常に高い不溶分含有率を有し(試料DおよびE)、第2の工場では0.2%の低い不溶分含有率を有していた(試料FおよびG)。試験を行った最後の製品である試料Hは、非常に純粋で微細なオーストリア産の沈降炭酸カルシウム(PCC)製品であった。
目標の水品質を満足するために、高濃度炭酸カルシウム溶液を脱イオン水によって溶解させる。アルカリ度をCaCO3として45mg/Lまで低下させる目的で、希釈係数を高濃度炭酸カルシウムの初期アルカリ度に従って定義した。最終pHを5重量%NaOH溶液によって7.8まで調整し、最終濁度を測定した。
初期パイロット再ミネラル化試験後に、パイロット規模での新たな一連の試験を、2から7バールの圧力範囲、300から400L/時の間のRO水流量および1.1から5.5L/分の間のCO2添加にて動作可能である別の再ミネラル化ユニットで行った。使用した二酸化炭素は、スイス、ダグマーレセンのパンガスAGによる「Kohlendioxid 3.0」として市販されている。純度は≧99.9体積%である。
二酸化炭素(CO2)による酸性条件下で炭酸カルシウムのRO水への溶解に対する圧力の効果について試験するために、上記の再ミネラル化パイロットユニットで異なる使用圧を試験した。先のパイロット試験からの結果に従って、RO水中で炭酸カルシウムの500mg/Lの初期濃度を調製し、生じた溶液をやや過剰のCO2と共に添加した。異なる使用圧で行ったパイロット試験は、300L/時の流量を有し、圧力は2から7バールの間で変化させた。これらのパイロット試験に使用した炭酸カルシウムは、フランス産の石灰石(試料A)であった。
CaCO3+CO2+H2O→Ca2++2HCO3 −
溶液への溶解CaCO3はより少なく、次に未溶解CaCO3の量のためにより高い濁度レベルがもたらされる。
CO2の添加がRO水へのCaCO3の溶解速度に対して大きな影響を有することが、大いに考えられる。したがって、CaCO3の高濃度溶液の調製に関して、CO2の異なる流量を試験した。すべての試験は、定義された圧力での先の試験で記載したのと同じプロトコルを使用して、しかし異なるCO2流量を用いて行った。
CaCO3の溶解が起きるように割り当てられた滞留時間についても試験を行った。この点に関して、1本のまたは順に連結された2本のパイプのどちらかを使用してパイロット試験を行った。この設定により、パイプ1本のおよそ45分から2本の連結されたパイプのおよそ90分へと滞留時間が2倍となり、したがって生じた濁度および導電率に対する滞留時間の影響を調べることができた。
以下の実施例は、炭酸カルシウムの懸濁物へのCO2の添加および残存する不溶分を除去するための生じた懸濁物の限外濾過膜での濾過による、逆浸透(RO)水での炭酸水素カルシウムの高濃度溶液の調製を示す。
以下の使用条件下の反応装置(rector)システムにおいて、パイロット規模の一連の試験を行った:
圧力:約2.5バール、流量:約300L/時、CO2添加:3.3L/分
使用した二酸化炭素は、スイス、ダグマーレセンのパンガスAGによる「Kohlendioxid 3.0」として市販されている。純度は≧99.9体積%である。
CaCO3(s)+CO2(aq)+H2O→Ca(HCO3)2(aq)
生じた懸濁物にパイプを通過させて、CaCO3を水に完全に溶解させた。パイプ内での滞留時間はおよそ40分間であり、定常状態に達したときに、生じた懸濁物をパイプの出口で収集して、導電率および濁度を分析した。
供給(または出発)CaCO3溶液を、逆浸透水中で、炭酸カルシウムの初期濃度が異なるが、CO2の化学量論的過剰量および滞留時間も異なる試料Aを用いて調製した。
供給CaCO3懸濁物は、40分の滞留時間、6および3倍のCO2の化学量論的過剰量ならびにクロスフローまたはデッドエンドモードのどちらかで、逆浸透水中で炭酸カルシウムの初期濃度が異なる試料Bを用いて調製した。
Claims (25)
- 水の再ミネラル化のための方法であって:
a)供給水を提供するステップ、
b)溶解炭酸カルシウムおよびその反応種を含む炭酸カルシウムの水溶液を提供するステップ、ならびに
c)ステップa)の供給水とステップb)の炭酸カルシウム水溶液を合せるステップ
を含み、
ステップb)の炭酸カルシウムの水溶液が、
A)第1のステップで炭酸カルシウムの水性懸濁物を調製して、ならびに第2のステップで:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸、または(iii)酸、のいずれかを炭酸カルシウムの水性懸濁物に導入するステップ、または
B)第1のステップで:(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸、または(iii)酸、のいずれかを炭酸カルシウムの溶液の調製に使用される水に導入して、次に第2のステップで、乾燥形のもしくは懸濁物のどちらかの炭酸カルシウムを水に導入するステップ、または
C)炭酸カルシウムの懸濁物と、(i)二酸化炭素発生化合物、(ii)二酸化炭素発生化合物および酸、または(iii)酸、のいずれかを同時に導入するステップ
のうちの1つのステップによって調製されるものである、
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、溶液中の炭酸カルシウムの濃度が、溶液の総重量に基づいて、0.1から1g/Lである、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、溶液中の炭酸カルシウムの濃度が、溶液の総重量に基づいて、0.3から0.8g/Lである、方法。
- 請求項1から3のいずれかに記載の方法であって、ステップb)の炭酸カルシウムの水溶液の調製に使用する炭酸カルシウムが、0.1から100μmの重量中央粒径d50を有し、または前記炭酸カルシウムは1から50μmの重量中央粒径d50を有する、方法。
- 請求項4に記載の方法であって、ステップb)の炭酸カルシウムの水溶液の調製に使用する炭酸カルシウムが、2から10μmの重量中央粒径d50を有し、または前記炭酸カルシウムは5から15μmの重量中央粒径d50を有する、方法。
- 請求項1から5のいずれかに記載の方法であって、炭酸カルシウムが、粉砕炭酸カルシウム、修飾炭酸カルシウム、または沈降炭酸カルシウム、またはそれらの混合物である方法。
- 請求項1から6のいずれかに記載の方法であって、得られた再ミネラル化水が、15から200mg/Lの炭酸カルシウムとしてのカルシウム濃度を有する、方法。
- 請求項7に記載の方法であって、得られた再ミネラル化水が、30から150mg/Lの炭酸カルシウムとしてのカルシウム濃度を有する、方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載の方法であって、ステップb)の溶液が、マグネシウム、カリウムまたはナトリウムを含有する無機物をさらに含む、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、マグネシウム、カリウムまたはナトリウムを含有する無機物が、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸水素カリウム、または炭酸水素ナトリウムである、方法。
- 請求項9または10に記載の方法であって、得られた再ミネラル化水が、5から25mg/Lのマグネシウム濃度を有する、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、得られた再ミネラル化水が、5から15mg/Lのマグネシウム濃度を有する、方法。
- 請求項1から12のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が、5.0NTUより低い濁度値を有する、方法。
- 請求項1から13のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が、−1から2のランゲリア飽和指数を有する、方法。
- 請求項14に記載の方法であって、再ミネラル化水が、−0.5から0.5のランゲリア飽和指数を有する、方法。
- 請求項1から15のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が、5未満のシルト密度指数SDI15を有する、方法。
- 請求項16に記載の方法であって、再ミネラル化水が、4未満のシルト密度指数SDI15を有する、方法。
- 請求項1から17のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が、4未満の膜ファウリング指数MFI0.45を有する、方法。
- 請求項18に記載の方法であって、再ミネラル化水が、2.5未満の膜ファウリング指数MFI0.45を有する、方法。
- 請求項1から19のいずれかに記載の方法であって、供給水が、脱塩された海水、汽水もしくは塩水、処理済み廃水、または天然水である、方法。
- 請求項1から20のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が供給水とブレンドされる、方法。
- 請求項1から21のいずれかに記載の方法であって、粒子除去ステップをさらに含む、方法。
- 請求項1から22のいずれかに記載の方法であって、
d)再ミネラル化水のパラメータ値を測定するステップであって、パラメータが、再ミネラル化水のアルカリ度、総硬度、導電率、カルシウム濃度、pH、CO2濃度、総溶解固形分、および濁度を含む群から選択される、ステップ、
e)測定したパラメータ値を所定のパラメータ値と比較するステップ、ならびに
f)測定値と所定のパラメータ値との間の差に基づいて、炭酸カルシウム溶液の注入量を提供するステップ
をさらに含む、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、所定のパラメータ値がpH値であり、前記pH値が5.5から9である、方法。
- 請求項24に記載の方法であって、前記pH値が7から8.5である、方法。
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JP2016155126A (ja) * | 2011-08-31 | 2016-09-01 | オムヤ インターナショナル アーゲー | 軟水への炭酸カルシウム溶液の添加による脱塩水および淡水の再ミネラル化 |
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