JPH06154752A - 動的精密濾過および限外濾過を用いる流体処理方法 - Google Patents

動的精密濾過および限外濾過を用いる流体処理方法

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JPH06154752A
JPH06154752A JP5186332A JP18633293A JPH06154752A JP H06154752 A JPH06154752 A JP H06154752A JP 5186332 A JP5186332 A JP 5186332A JP 18633293 A JP18633293 A JP 18633293A JP H06154752 A JPH06154752 A JP H06154752A
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P Glenn Barkley
Dana E Gingrich
John D Miller
Jr Donald H White
ジョン・ディー・ミラー
デイナ・イー・ギングリッチ
ドナルド・エイチ・ホワイト,ジュニアー
ピー・グレン・バークリー
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Pall Corp
ポール・コーポレーション
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 廃水、特に船舶からのグレーウォーター廃棄
物を減少させるための有効かつ経済的な手段を提供し、
廃水汚染物質を濃縮してそれらを貯蔵および廃棄しやす
くし、一方では廃水から回収された精製水を廃棄しうる
状態となし、または利用しうる水を再循環する手段を提
供する。 【構成】 廃水を動的精密濾過アセンブリーに導通して
第1濃縮液流および濾液流を調製し、次いで該濾液流を
限外濾過アセンブリーに導通して第2濃縮液流および精
製水流を調製することよりなる、廃水の処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】発明の技術分野 本発明は流体の処理方法に関するものである。より詳細
には、本発明は動的精密濾過および限外濾過により廃
水、特にグレーウォーター(graywater)を処理して精製
水を得るための改良法、ならびにこの廃水処理を実施す
るための装置に関するものである。
【0002】発明の背景 廃水を処理して流出液を少なくし、利用しうる水を再循
環する処理は、公害を減少させ、水を保守する全般的な
努力にとって極めて重要なことである。特に関心がもた
れている領域は、船舶およびボート上におけるグレーウ
ォーターの処理である。グレーウォーターは、船内の調
理室、流し場、皿洗い機、洗濯場、シャワー室、浴槽お
よび洗面所(作業場、たとえば機械室および医療室にお
ける深い流しを含む)からの流出廃水を合わせたもので
ると定義される。汚染物質は、一般にかなりの大きさの
食物粒子(たとえば食物片)、動物脂肪、植物油、石
鹸、洗剤、ボディーオイル、人毛、流し場および機械室
からの金属粒子、溶剤、ならびに場合により洗濯システ
ムをくぐり抜けた小型の衣類(たとえばソックス)であ
る。グレーウォーターは、ブラックウォーター(blackwa
ter)、すなわち身体排泄物および船舶ヘッドスペースか
らの紙類を集めた塩水系のもの、ならびにビルジウォー
ター(bilgewater)、すなわち他のすべての船舶廃水を集
めた塩水系のものであって化学溶剤などを含有する可能
性のあるものと通常は区別される。
【0003】グレーウォーターは、その発生速度ならび
に汚染物質の濃度および種類が著しく変動するが、船舶
上で一人当たり約15−20ガロン/日の平均速度で発
生する。たとえば乗組員200人の海軍フリゲート艦に
つき4,000ガロン/日の規模から、乗組員6,00
0人の航空母艦につき120,000ガロン/日の規模
に及ぶ可能性がある。これらの船舶上でのグレーウォー
ターの平均流量は約2.8−約83.3ガロン/分に及
び、最大流量は約8.4−約250ガロン/分に及ぶ可
能性がある。
【0004】たとえば石鹸と水の粘度および表面張力は
満足すべき分離を得るためには近すぎるので、通常のコ
アレッサーおよび遠心分離機はグレーウォーターを処理
および精製するには不適当である。多数の船舶がグレー
ウォーターを処理することなくそのまま、湖および海岸
近くの水を含めた航行可能な水中へ廃棄している。若干
の船舶は波止場の衛生システムへ送入しうるまでグレー
ウォーターを貯蔵するための濃縮、保持および移送タン
クを備えている。これらの船舶はグレーウォーターを湖
および海岸近くの水を含めた航行可能な水中へ廃棄する
のを避けるために濃縮、保持および移送タンクを利用し
ているが、公海には日常的に、またはタンクが収容量を
満たした場合には他の航行可能な水中へ、グレーウォー
ターを廃棄している。グレーウォーターの廃棄が禁止さ
れた領域が次第に広がっているが、そこではたとえば貯
蔵したグレーウォーターをタンカーへ移すなど経費のか
かるめんどうな手段を利用するか、さもなければ禁止を
単に無視する。
【0005】従って廃水流出液、特に船舶からのグレー
ウォーター廃棄物を減少させるための有効かつ経済的な
手段が依然として必要である。本発明の目的は、このよ
うな処理手段を提供することである。本発明の他の目的
は、廃水汚染物質を濃縮してそれらをより貯蔵および廃
棄しやすくし、一方では廃水から回収された精製水を廃
棄しうることである。また本発明の目的は、利用しうる
水を再循環し、これにより水を保守するために、廃水、
特にグレーウォーターを処理する手段を提供することで
ある。
【0006】本発明のこれらおよび他の目的、ならびに
本発明の他の特色は、以下に示す本発明の説明から明ら
かであろう。
【0007】発明の概要 本発明は、廃水を動的精密濾過アセンブリーに導通して
第1濃縮液流および濾液流となし、次いで該濾液流を限
外濾過アセンブリーに導通して第2濃縮液流および精製
水流となすことよりなる、廃水の処理方法に関するもの
である。本発明はこの廃水処理方法を実施するための装
置をも包含する。
【0008】好ましい形態の説明 本発明は、廃水を動的精密濾過アセンブリーに導通して
第1濃縮液流および濾液流となし、次いで該濾液流を限
外濾過アセンブリーに導通して第2濃縮液流および精製
水流となすことにより、廃水を処理して廃水中の汚染物
質を濃縮し、精製水を得ることができるという知見を前
提とする。次いで精製水流をさらに適宜処理し、再循環
し、および/または廃棄することができる。第1および
第2濃縮液流はさらに処理するか、または適正な廃棄の
ために保持することができる。
【0009】本発明は特にグレーウォーターの処理に適
しているが、本発明の処理方法は他の種類の廃水にも利
用しうる。本発明の他の適切な利用には、食品加工プラ
ント、たとえば醸造所、ベーカリー、サツマイモデンプ
ン加工プラント、および家禽加工プラント、ランドリ
ー、繊維プラントなどからの廃水の処理が含まれる。本
発明は本明細書において船舶上のグレーウォーターの処
理に関して記述されるが、本発明を他の状況に適用する
ことは当業者が容易になしうる範囲にあることは理解さ
れるであろう。
【0010】船舶上で発生するグレーウォーターの処理
に適用される本発明の機能は、各種汚染物質の量および
/または濃度を受容水、すなわち船舶がグレーウォータ
ーを廃棄する天然水につき設定された基準以下の水準に
まで低下させることである。グレーウォーターおよび受
容水の一般的特性を以下に示す。
【0011】
【表1】特性 グレーウォーター 受容水 全固形分(TS)(mg/l) 259-11700 30-11600 全懸濁固形分(TSS)(mg/l) 101-4695 30 生物学的酸素要求量(BOD) (mg/l) 137-2616 30 化学的酸素要求量(COD) (mg/l) 304-7839 0-90 油脂(O&G)(mg/l) 5-1210 0-15 糞便大腸菌(FC) (#/100ml) 0-104 14 pH 5.7-11.2 6.5-8.5 残留塩素(RC)(mg/l) 0-10 0.0002 溶存酸素(DO)(mg/l) 0 ≧5 全固形分(TS)は全懸濁固形分(TSS)と全溶存固
形分の和である。全固形分は蒸発後に残留する残渣であ
る。生物学的酸素要求量(BOD)は、分解性有機物質
を水中で好気性生化学的作用により安定化する際に要求
される溶存酸素量を表す。化学的酸素要求量(COD)
は水中に存在する酸化性成分の量の尺度である。
【0012】本発明によるグレーウォーターの処理は、
より小さい粒子を順次グレーウォーター流から分離する
ことを伴う。縦列の動的精密濾過アセンブリーおよび限
外濾過アセンブリーはグレーウォーターから懸濁粒子を
効果的に除去するが、通常は動的精密濾過前にグレーウ
ォーターを予備処理し、限外濾過後に流出液を後処理す
ることが望ましいであろう。本発明の好ましい形態はこ
のような前処理および後処理を含む。
【0013】本発明は好ましくは、処理済みグレーウォ
ーターが約30−11600mg/l以下の全固形分、
約30mg/l以下の全懸濁固形分、約30mg/l以
下のBOD、約90mg/l以下のCOD、約15mg
/l以下の油脂、約14個/100ml以下の糞便大腸
菌、約0.0002mg/lの残留塩素、および約5m
g/l以上の溶存酸素を有する。同様に処理済みグレー
ウォーターは、好ましくは約6.5−約8.5のpHを
有する。
【0014】本発明は添付の図面を参照することによっ
て最も良く理解されるであろう。図面には船舶上で発生
するグレーウォーターの処理を行うための本発明の好ま
しい形態を示す。
【0015】図1に示すように、船舶上の各種供給源か
らのグレーウォーターは保持タンク11の入口10内へ
向けられる。保持タンク11は、最大流量に相当する容
量を妥当な期間、たとえば約1時間から数時間採集して
保持する寸法をもち、過度のグレーウォーター発生に際
して処理システムが作動不能にならないことを保証する
(保持タンク容量は、個々のグレーウォーター発生およ
び処理システムの処理能力に応じて、より小さいか、ま
たは大きくてもよい)。グレーウォーターに同伴した高
密度片が保持タンク11の底に沈降しうるように、保持
タンク出口12は保持タンク11の底からわずかな距
離、たとえば数センチメートル上方に設けられる。保持
タンク11の底は、高密度汚染物質を時々定期的に除去
しうるように着脱式の点検カバーを備えている。保持タ
ンク11は進入するグレーウォーターをある程度平均化
する。グレーウォーターの容量および汚染物質濃度は1
日全体を通して変動し、従って保持タンクにより流量お
よび濃度の変動が平均化され、または均等化されるのに
伴って、後続処理はより一定の結果を与えるであろう。
このような平均化は出口BOD、pHその他のパラメー
ターにおいて生じる可能性のある振幅に特に影響を及ぼ
すであろう。
【0016】保持タンク11の出口12は流体通路13
によりマセレーターポンプ14に連結される。マセレー
ターポンプ14はグレーウォーターを保持タンク11か
ら取り出し、固体物質をより小さな粒子となし、グレー
ウォーターを処理システムの残りの部分に強制的に導通
する圧力を付与する。マセレーターポンプ14は保持タ
ンクの外側(図示されている)または保持タンクの内側
(図示されていない)に配置しうる。マセレーターポン
プ14は一体式の入口篩を備えている。このポンプ入口
は保持タンク内に設けられ、必要に応じて篩上に採取さ
れた残屑をのちに除去するために保持タンク11の底に
逆洗することができる。好ましくは入口篩は、洗浄の回
数を減らし、一方では除去しなかった場合にマセレータ
ーポンプを作動不能にする大きさの粒子をすべて除去す
るのに十分なサイズのものである。
【0017】マセレーターポンプ14は流体通路15に
より複式ストレーナー16に連結される。複式ストレー
ナー16は、下流の動的精密濾過アセンブリー22を保
護するために、比較的大型の粒子、たとえば直径約90
−約500μm以上、好ましくは直径約84μm以上の
ものをマセレーターポンプ14より排出されるグレーウ
ォーターから除去する。複式ストレーナーは、好ましく
は閉塞の頻度を減少させ、一方では可能な限り多量の粒
状物質、特に動的精密濾過アセンブリーの十分な操作を
妨害する粒子物質を除去するサイズのものである。連続
操作を可能にするために、複式切り換えストレーナー
を、一方のストレーナーが閉塞した場合にはそれをライ
ンからはずし、流れを第2のストレーナーへ切り換える
様式で使用する。ラインからはずされたストレーナー
は、のちに使用するために比較的小容量のストレーナー
洗浄用のストレーナー処理済みグレーウォーターで逆洗
される。この流出液は、のちに廃棄するために流体通路
17により濃縮タンク18へ導通される。逆洗はいずれ
か適切な手段で、たとえば清浄な水または空気パルス手
段により自動的に行うことができ、これによりこのプロ
セスにおけるオペレーターの介在が除かれる。
【0018】複式ストレーナー16からの篩分けされた
水は流体通路19を通して、化学物質供給システム20
によりグレーウォーター中へ化学物質を供給しうる地点
へ導通される。好ましくは2種類の化学物質供給システ
ム20が用いられる。第1の化学物質供給システムはグ
レーウォーターを中和する酸の供給のためのものであ
り、第2の化学物質供給システムは動的精密濾過アセン
ブリー22の分離効率を向上させるためにグレーウォー
ターに凝集剤を注入するためのものである。それぞれの
化学物質供給システムは、ピストンポンプおよび電子制
御装置からなる。下流に設置されたセンサーが電子制御
装置に信号を送り、化学物質の供給速度を自動的に制御
する。化学物質供給ポンプはいずれか適切な手段で、た
とえば軟質の吸引ホースにより、酸供給材料および凝集
剤を収容した貯蔵容器またはカーボイへ直接に接続する
ことができる。
【0019】化学物質供給システム20が適切な化学物
質を流体通路19に注入しうる地点ののち、グレーウォ
ーターは流体通路21により動的精密濾過アセンブリー
22へ導通される。動的精密濾過アセンブリー22は、
後続の限外濾過に不都合な影響を及ぼす可能性のある粒
子をグレーウォーターから濃縮および除去すべく設計さ
れる。動的精密濾過アセンブリー22は、高い粒子濃度
ではあるにもかかわらず極めて小さなマスメジアン直径
の粒度分布を下流の限外濾過アセンブリー25へ提供す
るために、有効直径約1μm以上の粒子を除去すること
が好ましい。
【0020】船舶上における効果的かつ実用的なグレー
ウォーター処理システムのこの水準の精密濾過では有効
な濾過は動的精密濾過によって初めて達成しうることが
認められた。詳細には、濾材の有効ポアーサイズは著し
く小さく、かつ濾材の有効面積は著しく限定されるの
で、通常のバリヤー型フィルター要素の使用については
濾材のポアーの閉塞および濾材表面近くのケーク層の形
成自体が共に問題となる。
【0021】容量および汚染物質濃度が貫流フィルター
の有効利用には高すぎ、効果的なバックフラッシュシス
テムは著しく大型であり、プレコーティング(圧縮性ま
たは粘着性の汚染物質を濾材から分離した状態に維持す
るために必要である)は最終的には濃縮された廃棄物と
共に廃棄されるにちがいない付加的な化学物質の導入を
必要とするので、グレーウォーターの処理には貫流バリ
ヤー濾過は動的精密濾過ほど満足すべきものではない。
同様にクロスフロー濾過は、クロスフロー速度が透過速
度よりはるかに大きく、従って濾材が一般に入口側末端
から始まって次第に目詰まりを生じるため、動的精密濾
過ほど満足すべきものでない。
【0022】動的精密濾過はクロスフロー濾過の概念の
延長である。操作原理は、フィルター要素から粒状物質
を反撥することにより、および濾材に隣接したケーク層
の形成を排除することにより、濾材を閉塞または目詰ま
りのない状態に維持することである。これらの結果は、
高い剪断速度および高い揚力を粒子上に生じるのに十分
なほど速やかに濾材を流体流に対して運動させることに
より達成される。従って流体−濾材界面における剪断
は、クロスフロー流速とほとんど無関係である。
【0023】動的精密濾過は本発明に関して多数の性能
上の利点をもたらす。動的精密濾過アセンブリー22に
おいて小粒子を反撥する高い揚力を提供し、および/ま
たは高い透過液流量を可能にする極めて高い剪断速度が
得られる。透過液流束量の増大はあるシステムにおいて
は剪断速度の増大とほぼ直線関係にあることが観察され
た。これは、必要なフィルター面積を他の濾過手段より
著しく縮小しうることを意味する。剪断をシステム全体
に均一に付与しうるので、均一に高い流束量が達成さ
れ、システム全体にわたって維持され、従って漸進的な
目詰まりが排除され、長い濾過時間が達成される。さら
に、動的精密濾過を採用することにより処理済み流体か
ら除去するための高濃度の凝集粒子が得られる。
【0024】動的精密濾過アセンブリー22は、広範な
汚染物質を取り扱い、かなり高濃度の保持粒子を得るこ
とができ、かつ濾過助剤および/または逆洗の必要なし
に長期間にわたって連続的に操作することができる。動
的精密濾過アセンブリー22は適切ないかなる形状であ
ってもよく、一般に1または2以上のフィルター要素か
らなるフィルターユニット、および1または2以上の部
材からなるロータリーユニットを収容したハウジングを
含む。フィルターユニットのフィルター要素、およびロ
ータリーユニットの部材は多様な適切な構成のいずれを
とってもよい。好ましい動的精密濾過アセンブリー22
は、ハウジング内において中間フィルターディスク上に
同軸で積み重ねたロータリーディスクからなり、積み重
ねたディスクとフィルターディスクは相対的に回転しう
る。ロータリーディスクが回転している状態でグレーウ
ォーターは適宜な入口を通してハウジング内へ送入さ
れ、グレーウォーターはロータリーディスクとフィルタ
ーディスクの間のギャップを通過する。グレーウォータ
ーの一部、すなわち透過液または濾液はフィルターディ
スクを貫通し、動的精密濾過アセンブリー22から排出
されて後続処理に向けられ、一方残りのグレーウォータ
ー、すなわち濃縮液または保持液は最終的に濃縮液タン
ク18または他の濃縮液タンクへ導通され、結果的に廃
棄される。
【0025】ロータリーディスクがフィルターディスク
に対して相対的に回転すると、ロータリーディスクとフ
ィルターディスクの間のギャップ内にあるグレーウォー
ターはフィルターディスクの表面を掃引する。こうして
残屑がフィルターディスクの表面に蓄積するのが防止さ
れ、フィルターディスクの目詰まりまたは閉塞が最小限
に抑えられ、これによりフィルターディスクの有効寿命
が延長される。
【0026】適切な濾材をいずれも使用しうるが、濾材
は動的精密濾過アセンブリーが有効ポアー等級約0.0
2−20μm、より好ましくは約0.04−10μm、
極めて好ましくは約1−5μmを有するように選ばれ
る。最適濾過速度は高い剪断速度において達成され、ま
た濃縮液に対する剪断損傷はグレーウォーター処理にお
いては関係ないので、実用的な装置限界内で最大の剪断
が好ましい。。
【0027】動的精密濾過アセンブリーは適切ないかな
るデバイスであってもよい。適切な動的精密濾過アセン
ブリーには、ポールBDF−LAB、ASEAブラウン
・ボーバリー・ロータリーCROTフィルター、および
マーカス(Murkes),″クロスフロー濾過の基礎″,Se
paration and Purification Methods, 19(1), 1-29(199
0)に述べられた精密濾過デバイスが含まれる。
【0028】動的精密濾過アセンブリー22は流体通路
23により濃縮液タンク18に連結される。動的精密濾
過アセンブリー22からの濃縮された汚染物質は定期的
に濃縮液タンク18へ排出される。動的精密濾過アセン
ブリー22を制御するためにはいずれか適切なフィード
バック手段を採用しうる。フィードバック制御を動的精
密濾過アセンブリー22のモーター機構と組み合わせて
用い、濃縮された汚染物質の速度増大に伴うトルク要件
の増大を感知し、濃縮された汚染物質を濃縮液タンク1
8内へ自動的に排出するために制御弁を作動させること
が好ましい。グレーウォーターの処理に際して、動的精
密濾過アセンブリーは粒状負荷物の多くを除去するであ
ろう。詳細には、動的精密濾過アセンブリーは全懸濁固
形分の大部分を除去し、粒子に付随するBODおよびC
ODの部分を減少させるであろう。
【0029】動的精密濾過アセンブリー22からの濾液
を流体通路24により限外濾過アセンブリー25へ導通
する。限外濾過アセンブリー25は望ましくない分子お
よび凝塊、たとえば約500−30,000ダルトンの
分子量を有するものを除去する。限外濾過プロセスは一
般に中空繊維膜内でのクロスフロー濾過プロセスからな
る。一般に多数の中空繊維をハウジング内で束ね合わせ
ることにより、伝統的な濾過システムより一般に約10
0倍大きな単位容量当たりのフィルター面積が得られ
る。大部分の限外濾過膜は相反転により、たとえばポリ
マーを可溶性相からゲル化または沈殿させることにより
製造された多孔質の非対称ポリマー構造体である。一般
に用いられるポリマーには、酢酸セルロース、ポリアミ
ド、ポリスルホン、ポリ(塩化ビニル−co−アクリロ
ニトリル)、およびポリ(フッ化ビニリデン)が含まれ
る。限外濾過アセンブリーには適切ないかなる濾材も使
用しうるが、限外濾過アセンブリーは一般に分子量カッ
トオフ約500−約30,000ダルトン、より一般的
には約500−約10,000ダルトンを有するであろ
う。限外濾過アセンブリーは好ましくは分子量カットオ
フ約3000ダルトン以下、より好ましくは約1000
ダルトン以下、極めて好ましくは約500−約1000
ダルトンを有するであろう。
【0030】動的精密濾過アセンブリー22からの部分
濾過されたグレーウォーター流は限外濾過アセンブリー
25によって清浄な水流および比較的小さな容量の濃縮
液に分離される。濃縮液はさらに濃縮するために再循環
し(図示されていない)、および/または廃棄のために
流体通路26により濃縮液タンク18もしくは他の濃縮
液タンクへ導通することができる。濾材の目詰まり速度
を低下させる傾向をもつ比較的高い流体速度により限外
濾過プロセスは向上するので、限外濾過アセンブリー2
5は再循環ポンプを用いて、限外濾過アセンブリー25
の出口末端から吸引し、それを限外濾過カートリッジア
センブリー25の入口末端内へ排出することが好まし
い。出口流速の1−10倍の再循環速度が好ましく、汚
染の著しい流体の処理にはより高い再循環速度が極めて
好ましい。一方が目詰まりした場合に新しい限外濾過膜
に切り換えるために、2個以上の限外濾過膜を多重シス
テムに形成することが好ましい。
【0031】グレーウォーターの処理に際して限外濾過
アセンブリー25は多くのより小さな有機化合物、特に
石鹸分子に結合したものを除去する。これはBODを低
下させ、石鹸溶液によって高いpHが生じた場合はpH
を低下させる効果をもつ。限外濾過アセンブリー25は
懸濁固形分および糞便大腸菌全体をほぼ除去する効果を
も備えているであろう。
【0032】適切な限外濾過アセンブリーをいずれも使
用しうる。適切な限外濾過アセンブリーには、限外濾過
カートリッジ・アサヒVIP−3017、アミコンPM
10/2000、アミコンH53P3−20、およびス
ペルコ・ハープ(商標)HF1.8−20−PM2が含
まれる。
【0033】限外濾過アセンブリー25からの濾液は、
グレーウォーター汚染物質の厳密な性質および量、なら
びに動的精密濾過および限外濾過アセンブリーの個々の
ポアー等級に応じて本質的に滅菌された水となりうる。
動的精密濾過アセンブリー22はグレーウォーターから
細菌、酵母、菌類などを除去することができ、一方限外
濾過アセンブリーはグレーウォーターからの外毒素を除
去しないとしても減少させうる。限外濾過アセンブリー
25からの濾液は必ずしもさらに処理する必要はない
が、濾液は残留する微生物、ウイルスおよび有機化合物
がある場合はそれらを減少させ、好ましくは除去するた
めにさらに処理される。
【0034】限外濾過アセンブリー25からの濾液は、
好ましくは流体通路27を通ってオゾン化システム28
へ導通される。オゾン化システム28はオゾンを発生さ
せて、濾過されたグレーウォーターをさらに精製する。
オゾンはグレーウォーターを殺菌し、多くの有機化合物
を酸化することができる。オゾンは上流のフィルターを
逃れた微生物およびウイルスを死滅させる。このような
殺菌作用は一般に水中において少なくとも約0.5mg
/l、好ましくは少なくとも約1mg/lのオゾン濃度
で行いうる。オゾンは不都合な副作用を生じることがな
く、処理済みの水から速やかに消失する。オゾンは適切
ないかなる手段で供給することもできる。
【0035】オゾン化システム28は、好ましくは圧力
スイング吸着式空気乾燥機(pressure swing adsorptio
n air dryer)29、オゾン発生装置30、オゾン接触
装置31、UVランプおよびオゾン接触装置32、なら
びに吸着床33からなる。オゾン発生装置30は適切な
いかなる装置であってもよく、たとえば2電極間におい
て電子を加速することによりオゾンを生成する通常の装
置である。オゾン発生装置30への供給材料は乾式濾過
された空気または酸素である。酸素供給の方がより多量
のオゾンをより高濃度で生成する。濃度は一般に空気供
給につき1−8重量%であり、2重量%が一般的であ
り、酸素供給については3重量%が一般的である。
【0036】空気供給の場合、圧縮空気を2重床の圧力
スイング吸着式空気乾燥機29により乾燥させる。適宜
なフィルターを備えたこのユニットは、入口34から圧
力スイング吸着式空気乾燥機29へ導通される空気、好
ましくは圧縮空気を処理することにより、必要量の空気
を供給する。酸素供給の場合、圧縮空気中の酸素がパー
ジ掃引吸着装置(purge sweep adsor
ber)により濃縮される。このシステムは、吸着材お
よび循環の詳細以外は圧力スイング吸着式空気乾燥機2
9に類似する。酸素供給システムの採用の方がはるかに
多量の空気およびより大型の吸着システムを必要とする
ので、空気供給システムの方が好ましい。圧力スイング
吸着式空気乾燥機29は空気を低い露点、たとえば−7
0°F(−57℃)の露点にまで精製および乾燥するた
めに用いられ、従ってオゾン発生装置は濾過された著し
く乾燥した空気を受容し、良好に作動し、かつ高い濃度
のオゾンを長期間にわたって生成する。
【0037】オゾン接触装置31は、濾過されたグレー
ウォーター中の有機残渣とオゾン発生装置30により生
成したオゾンとの反応のための接触時間を提供する。オ
ゾンは気相で発生するので、濾過されたグレーウォータ
ーに溶解させなければならない。オゾンをグレーウォー
ターに溶解させるためには多数の伝達または接触法が用
いられる。たとえば充填材を含むか、または含まないグ
レーウォーターのカラムに、オゾンを吹き込むことがで
きる。グレーウォーターを運搬するパイプ中へオゾンを
注入することもできる。グレーウォーター中へのオゾン
の伝達は、インライン型モーションレス−ミキサーの採
用によって改良される。
【0038】グレーウォーター処理システムは、好まし
くはUV線源を備えた第2のオゾン接触装置32をも含
む。特に254nmの紫外線はオゾン化された水中にヒ
ドロキシルラジカルを生成し、このラジカルがオゾンと
共に大部分の有機化合物を酸化する作用をもつ。UV線
源を備えた第2のオゾン接触装置32は、グレーウォー
ター中においてオゾンによる望ましい、または必要な酸
化が完全であることを保証する。
【0039】残留オゾンは、水中におけるその半減期が
70°F(約21℃)において約20分であるので、放
置して自然に酸素に分解させることができる。オゾンの
分解を加熱によって促進することができる。前記のよう
に他の利点を備えた別法は、紫外線照射の利用である。
吸着床33もオゾンの除去に利用しうる。その表面はオ
ゾンが分解する場を提供し、かつ処理されたグレーウォ
ーター中に残留する毒素および溶存する金属イオンを除
去することができる。混合吸着材は極めて広い保護をも
たらす。オゾン分析装置を用いて、処理済みグレーウォ
ーターまたは排出ガスを分析し、水からオゾンが完全に
除去されたことを検査しうる。次いで処理済みグレーウ
ォーターは処理システムから出口35を通して排出され
る。
【0040】濃縮液タンク18は、複式ストレーナー1
6、動的精密濾過アセンブリー22および限外濾過アセ
ンブリー25、ならびに好ましくはマセレーターポンプ
14からのスラッジを、その後の適宜な地点で将来廃棄
するために保持する。たとえば船舶が海岸施設を備えた
ドックに入港した際に、または手持ちのはしけで、また
き制限水域外の海において、濃縮液をポンプで排出する
ことができる。
【0041】処理済みグレーウォーターは適宜、後続処
理し、再循環し、および/または廃棄することができ
る。処理システムは、グレーウォーターを処理しない場
合には制限される受容水中へ廃棄しうる程度にまで精製
すべく設計されていることが好ましい。
【0042】処理システムの効率は、ほぼ長さ20フィ
ート(約6.1m)×幅10フィート(約3.0m)×
高さ10フィート(約3.0m)の規模をもち、なおか
つ最高5ガロン/分のグレーウォーターを船上におい
て、最小の維持費で処理しうるものである。
【0043】
【実施例】以下の実施例は、本発明、特に動的精密濾過
および限外濾過を利用して流体を処理することにつき説
明する。もちろんこれらの実施例は本発明の範囲を限定
するものと解すべきではない。
【0044】例1 55ガロンのグレーウォーターのドラム2本をデイビッ
ド・テイラー・リサーチ・センターおよび近くのネイバ
ル・アカデミーから得た。グレーウォーターの由来は4
5%がシャワー室および洗面所からのもの、33%が調
理室および流し場からのもの、22%が洗濯場からのも
のであったと考えられる。試験は試料が得られた時点か
ら72時間以内に完了した。
【0045】受け取った状態の試料は大型粒子を含まな
いように見えた。55ガロンのグレーウォーターをステ
ンレス鋼製の24×24−0.014×0.014メッ
シュの篩に導通した。大型粒子の大きさをさらに低下さ
せるために家庭用厨芥処理機を用いた。約15ガロンの
このストレーナー処理水をBDF−LAB動的精密濾過
器(ポール・コーポレーション)により濾過した。この
フィルター要素はポールS050−3 PSSグレード
H、S−シリーズの多孔質ステンレス鋼(絶対等級5μ
m)のバランスシリンダーであった。
【0046】排出流の半分は濃縮液であり、排出流の半
分は濾液であった。フィルターは操作パラメーターを設
定するために透明な水を用いて始動された。次いで入口
をグレーウォーターに切り換え、操作パラメーターを適
宜調整した。試験の経過に伴って操作圧力をわずかに高
めることにより、流量を操作期間全体にわたって一定に
維持した。フィルターは短期間試験されたにすぎない
が、このフィルターが標準的フィルターほど速やかに目
詰まりしないことは明らかであった。濾液の見掛けの濁
度は流入液のものより著しく低く、一方濃縮液の濁度は
流入液のものより高かった。試験10分および20分の
時点での透過液流量および環圧力(annulus p
ressure)を以下に示す。
【0047】
【表2】 時間 濾液流量 環圧力(分) (gpm) psig(kg/cm2) 10 0.091 6.8(0.48) 30 0.110 7.5(0.53) 約2ガロンの濾液を200分間オゾン化した。オゾン化
装置には30フィート(約9.1m)の銅管を備えた再
循環ループを用いた。8g/時のオゾンを生成するクリ
ーン・エア・コーポレーションオゾン発生機を用いてオ
ゾンを供給した。オゾンの導入にはアスピレーターを用
いた。6−8フィート/分(約1.8−2.4m/分)
の乱流により、オゾン化された空気と水の接触および混
合が得られた。
【0048】処理の種々の段階でのグレーウォーターの
特性を以下に示す。
【0049】
【表3】 ストレーナー 濾過 オソ゛ン オソ゛ン オソ゛ン オソ゛ン オソ゛ン オソ゛ン 処理 (1分) (3分) (10分) (30分) (100分) (2 00分) TS 1900 1700 (mg/l) TSS 26 6 (mg/l) BOD 170 120 100 130 140 130 110 150 (mg/l) COD 560 490 450 460 450 420 430 360 (mg/l) O&G <1 <1 (mg/l) FC 1 1 (#/100 ml) pH 10.3 10.3 RC <0.1 <0.1 (mg/l) 濾過後に全懸濁固形分(TSS)を測定しなかったが、
動的精密濾過のみがTSSを26mg/lから6mg/
lに低下させるのに関与していると考えられる。BOD
が濾過された水からオゾン化に際して上昇したのは、オ
ゾン化により非−生物分解性物質が生物分解性物質に転
化された結果であると考えられる。200分のオゾン化
後に水は依然として泡立っており、これは石鹸が分解さ
れなかったことを示す。pHは動的精密濾過およびオゾ
ン化により影響を受けなかった。
【0050】この試験から、オゾンはグレーウォーター
のCODを低下させるのに有効であることが明らかであ
った。少量のオゾンを付与したにすぎないが著しいCO
D低下が生じた。オゾンは72ppmの濃度で200分
間添加された。その期間中、試料が溜めから取り出され
てグレーウォーターの全容量が減少し、新たな期間毎に
オゾン濃度が増大した。この期間の終了時には、オゾン
が反応により消費されていなければ43mg/lになる
であろう。付与されたオゾンがすべてCOD化合物と反
応した場合、CODは43mg/l減少するはずであ
る。しかしCOD水準は490mg/lから360mg
/lに低下した。この低下はオゾン単独の作用に起因す
ると考えられるものより3倍大きい。
【0051】オゾンは空気流により水へ伝達された。空
気中にはオゾンよりほぼ3000倍多い酸素がある。酸
素は酸化されやすい化合物を酸化するのに有効であり、
また水中を貫流する空気は揮発性有機化合物をストリッ
プしうる。これらのメカニズムがオゾン化プロセスに付
加された有効性に寄与していると思われる。
【0052】オゾンはCOD、および恐らくBODの低
下に有効であることが証明されたが、CODおよびBO
Dを動的精密濾過後に許容しうる水準にまで低下させる
のに必要な量のオゾンは過度であろう。この試験により
グレーウォーターの処理における動的精密濾過およびオ
ゾン化の実現可能性が立証されたが、この試験は動的精
密濾過のほかにさらに濾過が必要であることをも立証し
た。
【0053】例2 55ガロンのグレーウォーターのドラムをデイビッド・
テイラー・リサーチ・センターから得て、低下するポア
ーサイズを特色とする一連のフィルターにより濾過し
た。第1フィルターは複式ストレーナーを模したニット
網目篩であった。第2および第3のフィルターは動的精
密濾過アセンブリーの濾過を模した。第2フィルターは
ウルチポル(Ultipor、登録商標)GF3μm絶
対フィルター(ポール・コーポレーション)であり、第
3フィルター要素はナイロン膜および絶対等級0.04
μmのサニタリー・フィルター(ポール・コーポレーシ
ョン)であった。第4フィルターは、カットオフ分子量
6000ダルトンを有し、限外濾過アセンブリーを模し
たウルトラフィルター(Ultrafilter、登録
商標)モデルVIP−3017(アサヒ)であった。
【0054】限外濾過膜を3μm絶対脱イオン水で約2
0時間洗浄し、次いで排水したのち試験した。グレーウ
ォーターのドラムを空気により約5psig(約0.4
kg/cm2)に加圧し、これによりグレーウォーター
はフィルターに全流量0.5gpm以下で強制的に導通
された。限外濾過フィルターからの濃縮液の流量は濾液
(精製水)の場合の約1/4であった。濾液の試料を試
験システムの異なる3カ所において採取した:(i)篩
フィルターの下流、(ii)動的精密濾過を模した2フ
ィルターの下流、および(iii)限外濾過フィルター
から。試料を採取する前に、最初の2試料コックから濾
液を30秒間流し、限外濾過フィルターは試料採取前に
10分間、プロセス水でフラッシされた。
【0055】この濾過システムはグレーウォーターの透
明度を明瞭に改善し、グレーウォーターの臭気および泡
立ちも減少させた。流量は試験中に次第に減少したが、
ドラム内においては一定の圧力が維持された。システム
を検査することにより、第2もしくは第3フィルターま
たは両者が閉塞しつつあることが示された。実際の動的
精密濾過アセンブリーを用いることによりこのような閉
塞は排除されるであろう。第2フィルターのハウジング
内の濃縮液を検査したところ、それはもとのグレーウォ
ーター流よりはるかに濃い色であることが分かった。試
験結果を以下に示す。
【0056】
【表4】 ストレーナー処理 精密濾過 限外濾過 TS(mg/l) 1100 980 580 TSS(mg/l) 26 2 1 BOD(mg/l) 220 74 47 COD(mg/l) 540 210 120 O&G(mg/l) 110 9 1 FC(#/100 ml) 19 <1 <1 pH 10.1 10.1 9.9 試験結果は、動的精密濾過と限外濾過の組み合わせは全
懸濁固体および糞便大腸菌の基準を満たしうるが、強ア
ルカリ性条件を適正化するためには酸性供給材料の添加
が必要であることを示す。上流での凝集剤の使用は動的
精密濾過により達成された濾過効果を高めるであろう。
試験結果は、BOD水準をさらに低下させるためにはオ
ゾンおよび紫外線照射が有用であろうということも示
す。
【0057】本明細書に引用した文献はそれら全体が参
考として採用される。
【0058】本発明を好ましい形態につき特に説明した
が、これら好ましい方法および装置の変更を採用しうる
こと、ならびに本発明をここに記載したものと異なる様
式で実施しうることは当業者には自明であろう。従って
本発明は特許請求の範囲により定められる精神および範
囲内におけるすべての変更を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って船舶上でグレーウォーターを処
理するための好ましい形態の模式図である。
【符号の説明】
10 保持タンク入口 11 保持タンク 12 保持タンク出口 14 マセレーターポンプ 16 ストレーナー 18 濃縮タンク 20 化学物質供給システム 22 動的精密濾過アセンブリー 25 限外濾過アセンブリー 28 オゾン化システム 29 空気乾燥機 30 オゾン発生装置 31 オゾン接触装置 32 UVランプおよびオゾン接触装置 33 吸着床 13,15,17,19,23,24,27 流体通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C02F 1/32 1/50 ZAB C 1/52 ZAB K 7824−4D 1/78 ZAB 9045−4D 9/00 Z 7446−4D (72)発明者 ドナルド・エイチ・ホワイト,ジュニアー アメリカ合衆国ニューヨーク州13077,ホ ーマー,アルフレッド・レーン 923 (72)発明者 デイナ・イー・ギングリッチ アメリカ合衆国ニューヨーク州13077,ホ ーマー,ワード・ドライブ 2

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 廃水を動的精密濾過アセンブリーに導通
    して第1濃縮液流および濾液流となし、次いで該濾液流
    を限外濾過アセンブリーに導通して第2濃縮液流および
    精製水流となすことよりなる、粒子を含有する廃水の処
    理方法。
  2. 【請求項2】 動的精密濾過アセンブリーが約0.02
    −約20μmの有効ポア等級(effective pore rating)
    を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 限外濾過アセンブリーが分子量カットオ
    フ約500−約30000ダルトンを有する、請求項2
    に記載の方法。
  4. 【請求項4】 動的精密濾過アセンブリーが約0.02
    −約10μmの有効ポア等級を有し、限外濾過アセンブ
    リーが分子量カットオフ約500−約10000ダルト
    ンを有する、請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 廃水を動的精密濾過アセンブリーに導通
    する前に、廃水をストレーナーに導通する、請求項4に
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 ストレーナーが直径約90−約500μ
    mの以上の粒子の除去に有効である、請求項5に記載の
    方法。
  7. 【請求項7】 ストレーナー処理した廃水を動的精密濾
    過アセンブリーに導通する前に、酸、凝固剤およびそれ
    らの混合物よりなる群から選ばれる化合物と接触させ
    る、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 精製した水流をオゾンと接触させる、請
    求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 精製した水流中のをオゾンの濃度が少な
    くとも約0.5mg/lである、請求項8に記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 精製した水流を紫外線照射する、請求
    項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 精製した水流を吸着床に導通する、請
    求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 第1および第2濃縮液流を濃縮液タン
    クに導通する、請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 廃水を保持タンクに導通し、次いで該
    保持タンクからストレーナーへ輸送する、請求項12に
    記載の方法。
  14. 【請求項14】 保持タンクが廃水に同伴した高密度片
    を保持タンクの底に沈降させうるものである、請求項1
    3に記載の方法。
  15. 【請求項15】 保持タンクから輸送された廃水に、廃
    水中の粒子の大きさを低下させる作用が施される、請求
    項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 廃水中の粒子の大きさを低下させる作
    用が施される前に、廃水を篩分けする、請求項15に記
    載の方法。
  17. 【請求項17】 廃水がグレーウォーターである、請求
    項1に記載の方法。
  18. 【請求項18】 処理済みグレーウォーターが約30−
    11600mg/l以下の全固形分、約30mg/l以
    下の全懸濁固形分、約30mg/l以下のBOD、約9
    0mg/l以下のCOD、約15mg/l以下の油脂、
    約14個/100ml以下の糞便大腸菌、約0.000
    2mg/l以下の残留塩素、および約5mg/l以上の
    溶存酸素を有する、請求項17に記載の方法。
  19. 【請求項19】 処理済みグレーウォーターが約6.5
    −約8.5のpHを有する、請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項20】 下記を含む粒子含有廃水の処理装置: (a)入口および出口を有する保持タンク、 (b)廃水を保持タンクから取り出すことができるポン
    プ、 (c)保持タンクから取り出された廃水を濃縮液および
    精密濾過された透過液に分離しうる動的精密濾過アセン
    ブリー、ならびに (d)精密濾過された透過液を濃縮液および限外濾過さ
    れた透過液に分離しうる限外濾過アセンブリー。
  21. 【請求項21】 限外濾過アセンブリーが約0.02−
    約20μmの有効ポア等級を有する、請求項20に記載
    の装置。
  22. 【請求項22】 限外濾過アセンブリーが分子量カット
    オフ約500−約30000ダルトンを有する、請求項
    21に記載の装置。
  23. 【請求項23】 動的精密濾過アセンブリーが約0.0
    2−約10μmの有効ポア等級を有し、限外濾過アセン
    ブリーが分子量カットオフ約500−約10000ダル
    トンを有する、請求項22に記載の装置。
  24. 【請求項24】 装置が動的精密濾過の前にさらに、精
    密濾過に不都合な作用を及ぼすと考えられる粒子を廃水
    から濾別するためのストレーナーを含む、請求項23に
    記載の装置。
  25. 【請求項25】 ストレーナーが直径約90−約500
    μmの以上の粒子の除去に有効である、請求項24に記
    載の装置。
  26. 【請求項26】 装置が動的精密濾過の前にさらに、廃
    水を酸、凝固剤およびそれらの混合物よりなる群から選
    ばれる化合物と接触させうる化学物質供給システムを含
    む、請求項25に記載の装置。
  27. 【請求項27】 装置がさらに、限外濾過した透過液を
    オゾンと接触させるためのオゾン接触装置を含む、請求
    項26に記載の装置。
  28. 【請求項28】 装置がさらに、オゾン処理した透過液
    を紫外線照射するための紫外線照射源を含む、請求項2
    7に記載の装置。
  29. 【請求項29】 装置がさらに、紫外線照射した透過液
    を接触させる吸着床を含む、請求項28に記載の装置。
  30. 【請求項30】 装置がさらに、動的精密濾過アセンブ
    リーおよび限外濾過アセンブリーからの濃縮液を受容す
    るための濃縮液タンクを含む、請求項29に記載の装
    置。
  31. 【請求項31】 出口が配置された保持タンクが廃水に
    同伴した高密度片を保持タンクの底に沈降させうる、請
    求項30に記載の装置。
  32. 【請求項32】 装置が動的精密濾過の前にさらに、廃
    水中の粒子の大きさを低下させるデバイスを含む、請求
    項31に記載の装置。
  33. 【請求項33】 装置が廃水中の粒子の大きさを低下さ
    せるデバイスに供給される前にさらに、廃水を篩分けす
    る篩を含む、請求項32に記載の装置。
  34. 【請求項34】 下記を含む粒子含有廃水の処理装置: (a)入口および出口を有する保持タンクであって、廃
    水に同伴した高密度片を保持タンクの底に沈降させうる
    ために出口が保持タンクの底より高い位置にあるもの、 (b)廃水を保持タンクから取り出し、かつ廃水に同伴
    した固体物質をより小さな粒子となしうるマセレーター
    ポンプ、 (c)精密濾過に不都合な作用を及ぼすと考えられる粒
    子を廃水から濾別しうるストレーナー、 (d)廃水に酸、凝固剤およびそれらの混合物よりなる
    群から選ばれる化合物を供給するための化学物質供給シ
    ステム、 (e)廃水を濃縮液および精密濾過された透過液に分離
    しうる動的精密濾過アセンブリー、 (f)精密濾過された透過液を濃縮液および限外濾過さ
    れた透過液に分離しうる限外濾過アセンブリー、 (g)オゾン接触装置、 (h)紫外線照射接触装置、 (i)吸着床、ならびに (j)動的精密濾過アセンブリーおよび限外濾過アセン
    ブリーからの濃縮液を受容するための濃縮液タンク。
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