JPH11504855A - 高収率の飲料水を生産するための排水処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 有機汚染され、そして無機汚染されていることもある排水、特に返却可能なパッケージの濯ぎおよび清浄装置からの排水の処理を最適化するための方法が開示されている。この水は、再使用前の返却可能なビンを洗浄するのに使用するのが好ましい。この特に適切な多段膜分離法は、必要とされる作業を最適化し、飲料水品質の純水を与え、精製水の収率を最適化する。本発明は、濯ぎ水を、次の洗浄および清浄工程において調製水としてほとんど完全に再使用することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 高収率の飲料水を生産するための排水処理法 本発明は、種々起源の有機汚染物質および無機汚染物質の両方により汚染され た排水から飲料水品質の水を精製および回収する際の修飾および最適化に関する 。本発明が指向する課題およびその提案した解決を、返却可能なパック、より具 体的には食品および飲料工業において使用される種類の返却可能なビンおよび／ または容器の再使用および洗浄からの洗浄水および濯ぎ水の処理を参考にして以 下において説明する。しかし、本発明の教示の適用範囲は、この特定領域に限定 されない。現在、有機および無機汚染された洗浄水および濯ぎ水は、工業過程の 種々工程において蓄積される。かなりの量の高純度の洗浄水および濯ぎ水を、定 期的に、またはより具体的には連続的に、このような処理工程に導入しなければ ならないことが多い。同時に、汚染された排水が対応する量で蓄積し、これを、 現在課せられつつある厳格な環境的要求に合致させるために、安全に処分しなけ ればならない。紙およびセルロース工業が、このような問題のある工業部門の例 である。 本発明が指向した課題は、洗浄および濯ぎ水を循環させることであった。即ち 、食品および飲料工業に関する限り、これは、重度に汚染された蓄積水を飲料水 品質の新鮮水流に変換することを意味した。一般に排水流の９０容量％を大きく 越える量、例えば使用した水の９５〜９８容量％以上が新鮮水流として再使用し うるように、排水が、コスト効果のある方法でほとんど完全に再使用される。関 連の課題を以下の例によって説明する。 例えば返却可能なプラスチックビンに清涼飲料を詰めるためのビン詰め工場に おいて、有機および無機汚染された排水が連続して大量に蓄積する。これら排水 の成分は、特に、以下に挙げるものである： ・ビン由来およびビン詰め中の過剰起泡由来の残留物； ・接着剤およびラベル； ・ＣＩＰ(現場清浄化)化学物質； ・シロップ残留物； ・噴霧水； ・ビンコンベヤー由来のチェーン潤滑剤。 この種の重度に汚染された排水は、特にシロップ残留物、最初の現場清浄化な どに起因して、例えば２,０００〜７,０００mg／ＬのＣＯＤ値を持ちうる。これ らのように汚染された排水を、まず生物学的前処理(例えば、嫌気性および／ま たは好気性条件下に数段階で行うことができる)にかけうることが知られている 。多くの場合、重度に汚染された排水は、比較的汚染度の低い排水(例えば、２ ００〜３００mg／ＬのＣＯＤ値を有する排水)と混合され、この形態で生物学的 前 el)の論文[「工業排水の嫌気性前処理(Anaerobe Vorbehandlung industrieller マガツィン・ヒュア・ウムベルトシュッツ・イン・インデュストリー-・ウント ・ Kommunalwirtschaft)、No.2/1993]である。 好気性処理の後、清涼飲料用のビン詰め工場の全排水のＣＯＤ値は、例えば１ ００〜１５０mg／Ｌである(前処理水の導電率は３mＳ／_cm以上である)。このよ うに前処理した水の汚染度は出発原料に比例して低下するが、得られた水流は、 清涼飲料の再充填前に返却可能なビンを洗浄および清浄する際の新鮮水として使 用するのには全く不適切である。 工程水流を、次の膜分離過程によってさらに処理しうることが既知である。こ れが、本発明の教示が関係する部分である。本発明は、選択した膜分離工程の組 合せ(所望により、後記の自体既知の他の選択した分離工程を用いる)を提供し、 同時に、このような分離工程の側流を部分的に循環させようとした(これらは全 体として、いくつかの点で最適化を導く)。工程水を、洗浄および清浄過程にお いて新鮮水として安全に使用することができる飲料水品質の生成流に変換するの にかかるコストを最適にすべきである。しかし、同時に、この飲料水品質の生成 流の容量を最適にすべきである。より具体的には、使用された汚染工程水の９５ 容量％以上、さらには９８容量％以上が、飲料水品質の生成流に変換されるべき である。逆に、このことは、対応する法的要件を満たすようビン詰め工場を抑制 する地方条例に従う廃棄物として廃棄しなければならない除去汚染物の量の減少 を最適化することに関係する。 これらの課題を解決するために、本発明の教示は、種々の工業的に使用可能な 種類の膜分離法(所望により、他の自体既知の分離工程と組合わせる)を組合わせ 、これらの連続分離段階の側流を再循環させて、最終的に飲料水品質の生成水が 所望の高収率で得られると共に、単離される汚染成分が最少量となるようにする ことを提案するものである。 本発明に従って互いに組合せる膜分離法は、限外濾過(以下においては単に「 ＨＦ」と言う)、約５〜４０-５０バールの中程度の使用圧力、より具体的には少 なくとも約１０〜３０バールまたは３０〜５０バールの範囲の圧力での逆浸透( 以下においては単に「ＭＤ-ＲＯ」と言う)、および特に重要な態様においては、 特に５０バールを越える圧力で行われる既知の高圧逆浸透(以下においては単に 「ＨＤ-ＲＯ」と言う)である。 列挙した種々の膜分離法は、関連の学術文献に詳細に記載されている。これら は、例えば、ケスティング(R.E.Kesting)の「合成ポリマー膜」[第２版、ジョン ・ウイリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)、ニューヨーク、1985]、ワン (Sun-Tak Hwang)らの「化学技術」[第VII巻、ジョン・ウイリー・アンド・サン ズ、ニューヨーク、1975]、ケラー(P.R.Keller)の「膜技術および工業的分離技 術」[ノイズ・データ・コーポレイション(Noyes Data Corporation)、パーク・ リッジ(Park Ridge)、ニュージャージー、1976]、ホーナート(P.Hoornaert)の「 逆浸透」［パーガモン・プレス(Pergamon Press)、オックスフォード(Oxford)、 ニューヨーク、1984]、ダイトナースキー(J.I.Dytnerskij)の「流動混合物を分 離するための膜法」[1977]、およびウィンストン(W.S.Winston)らの「膜ハンド ブック」[バン・ノストランド・レインホールド(Van Nostrand Reinhold)、ニュ ーヨーク]である。 発明の対象 第１の態様において、本発明は、汚染物質(以下においては「バラスト成分」 と言うこともある)を除去することによって、汚染された工程水および／または 排水を処理するための、少なくとも１種の膜分離段階を含む多段階法であって、 種々段階において蓄積した濃縮された側流を再循環させる方法に関する。 本発明の方法は、飲料水品質かつ最適収率の生成流を得るために、所望により 部分的に精製した出発水を以下に挙げる一連の膜分離工程にかけることを特徴と する： ・限外濾過(ＵＦ)工程(ＵＦ濃縮物の再循環を伴う)； ・約５０バールまで、好ましくは約４０バールまでの中程度の使用圧力での、 １またはそれ以上の段階、好ましくは数段階のＵＦ濾液の逆浸透(ＭＤ-ＲＯ)工 程(飲料水品質の生成水はＭＤ-ＲＯ濾液として得られる)； ・このＭＤ-ＲＯ濃縮物をさらに別の膜および／または相分離段階によって分 配して、バラスト成分が減少した少なくとも１つの水性濃縮物成分を得、この濃 縮物成分をＭＤ-ＲＯに再循環させる工程。 別の態様において、本発明は、特定使用のための新鮮水を回収するための、重 度に汚染された、より具体的には有機および無機汚染された洗浄および／または 工程排水を処理するための本多段階法の使用に関する。 本発明の教示の詳細 本発明の教示の基本的原理、互いに独立して実施される個々の段階についての 提案された組合せおよび循環側流についての本発明の好ましい要素を、図１〜図 ４の工程図に簡略化して示す。本発明の方法の個々の段階およびこれら段階の相 互の組合せを、これら工程図を参考にして以下に説明する。初めに、図１に示す 態様における本発明の要素の組合せを説明する。 例えば、１０,０００mg／ＬまでのＣＯＤ値を有する重度に汚染された排水を 、本発明に従って処理して飲料水品質の生成流を得るための出発水として集める 。通常、本発明の多段階膜法の前に生物学的な精製を行うことができる。この点 に関する参考は、このような嫌気性および／または好気性処理工程に関する冒頭 に 挙げた文献である。この文献によれば、嫌気性の前処理をその後の生物学的な好 気性の処理段階と組合せるのが特に有用になりうる。 また、個々の工程の本発明による組合せには、必要時の予備精製段階における 嫌気性の前処理とその後の好気性前処理の組合せが含まれる。一般に、嫌気性の 前処理は、重度に有機汚染された排水、より具体的には少なくとも８,０００mg ／ＬのＣＯＤ値、例えば１００,０００mg／Ｌまでの対応ＣＯＤ値を有する排水 の予備精製に使用される。酸素の添加がないと、有機排水成分の大部分は生物ガ ス(メタン)に変換され、これを本発明に従い方法全体のエネルギー要求を制御す るために使用することができる。 比較的重度ではない有機汚染された排水および／または嫌気性前処理段階から の排水は、既知のように好気性の生物学的前処理にかけることができる。８,０ ００mg／Ｌ以下のＣＯＤ値および少なくとも約８００〜１,０００mg／Ｌの特定 ＣＯＤ値の下限を有する対応する排水が特に適している。 特に使用排水の有機汚染度を大きく低下させることができる。しかし、生成し た水流は、本発明が指向する課題に関してはなお出発原料である。その無機汚染 、例えば可溶性塩による汚染、および有機成分によるその残留汚染、特にその微 生物汚染の両者は、本発明の方法サイクルによってこの出発原料を処理して、工 程水において飲料水品質を得ることを必要とする。 図１は、本発明の１つの重要な態様における工程の順序を図式的に示すもので ある。生物学的な排水処理の次に本発明の教示の第１の膜段階が続き、ここで排 水を限外濾過にかける。この分離段階において蓄積する濃縮物は廃棄せず、代わ りに予備段階に戻す。即ち、具体的には生物学的前処理に戻す。図において示し たような、濃縮物を生物学的前処理に戻す前に濃縮物を酸化性の中間処理にかけ る態様は、本発明の教示の別の重要な態様であり、これを後記においてさらに詳 しく説明する。 本発明によれば、ＵＦ段階において集めた濾液を、中程度の使用圧力での逆浸 透(ＭＤ-ＲＯ)にかける。図１の工程図は直列の２つのＭＤ-ＲＯ段階を示してい る。この第２のＭＤ-ＲＯ段階の濾液が飲料水品質の所望の生成流である。この 第２のＭＤ-ＲＯ段階の濃縮物を、第１のＭＤ-ＲＯ段階に戻し、従って、方法の 回路に対して全く減ることがない。 第１のＭＤ-ＲＯ段階からの濃縮物を、高圧での逆浸透(ＨＤ-ＲＯ)により、こ こでも好ましくは数段階の別の後処理にかける。図１の工程図は、ＨＤ-ＲＯ条 件下での２段階膜分離工程におけるこの濃縮物流の後処理を示すものである。し かし、この場合、段階Ｉの濃縮物を次のＨＤ-ＲＯ段階IIにかける。両ＨＤ-ＲＯ 段階からの濾液を、第１のＭＤ-ＲＯ段階Ｉから生成流に戻す。高圧逆浸透の段 階ＩおよびIIは、適用圧力が互いに異なる。後続のＨＤ-ＲＯ段階は、先行のＨ Ｄ-ＲＯ段階よりも相当に高い圧力で実施する。最後の段階の後に蓄積するＨＤ- ＲＯ濃縮物の量は、汚染または排水を飲料水品質の生成流に実質的に定量的に変 換するという本発明が指向する課題が最適に解決される程度にまで減少させる。 本発明の要素の組合せの効果は、実施例中に挙げた数字データによって示され る。以下の品質パラメーターを関連の統計データとして測定する： ・化学的酸素要求量(ＣＯＤ値)(mg／Ｌ)、 ・導電率(mＳ／cm)、 ・全窒素含有量(mg／Ｌ)、 ・全リン含有量(mg／Ｌ)、 ・pＨ値、および ・全微生物数。 本発明に従って各段階の主透過流を精製し、同時に、各段階で集めた濃縮物流 の大部分を処理および再循環することによって、どのような排水が出発原料とし て使用されても、本発明が指向する課題が現実的なコスト／利益率で解決される 。即ち、５,０００〜１０,０００mg／Ｌまたはそれよりはるかに高いＣＯＤ値を 持ち、同時に可溶性塩を多量に含有する排水を、本発明の要素の組合せを選択的 に使用することによって、実質的に定量的収率で飲料水品質の水に変換すること ができる。通常は、生物学的な予備段階において部分的な分解、より具体的には 有機汚染物質の分解を行うのが有用となりうる。従来技術に従う対応の嫌気性お よび／または好気性の生物学を使用するのが望ましいであろう(これら既知の処 理 段階について冒頭に挙げた文献を参照)。 本発明の要素の組合せの第１段階(膜分離と言う)は限外濾過である。未溶解の コロイド状排水成分および巨大分子はこの段階で除去され、膜の遮断(カットオ フ)限界が１次的な分離結果に主要な影響を有する。 現在では、有機膜および特に無機膜の両方を工業的スケールでの限外濾過に使 用することができる。有機膜は、膜原料と排水成分の間の相互作用を導きやすい ことが知られている。表面層が、２次的な膜として作用する膜表面上に直接形成 される。この膜は、かなり頻繁に清浄にしなければならない。これに関連して、 これら膜は限定された熱安定性しか持たず、強酸またはアルカリ清浄剤によって 破壊されることもあることを念頭に置くのが重要である。従って、現在利用可能 な、例えば炭素支持材料とその上に焼結させた金属酸化物(例えば、二酸化ジル コニウム)の膜層からなる無機膜を、限外濾過段階の実施に使用するのが好都合 であろう。また、これら膜を組合せて、例えばクロム／ニッケル鋼管中にモジュ ールを形成させることもできる。例えば１０バールまでの運転圧力および高い流 速によって粘度が上昇するところであっても、これらの高い効果ならびにこれら の実質的に全ての重大な影響(例えば、温度、化学物質、微生物の攻撃および圧 力)に対する高い耐性のゆえに、これらの無機膜は本発明の方法の限外濾過段階 に好ましい。 本方法の１つの重要な態様においては、図１の工程図に示すように、限外濾過 の過程で蓄積する濃縮物を、精製工程に戻す前に酸化処理にかけることができる 。この酸化処理の結果、分子サイズの低下および／または細菌攻撃に対する有機 汚染分子の感受性の増大を得ることができる。方法全体に提案した前処理および 出発の水の状態に依存して、この酸化処理した濃縮物流を予備的な生物学的排水 処理に戻すのが有用となりうるが、この限外濾過濃縮物を限外濾過段階に初めて 供給する排水流と直接混合することもできる。酸化処理は化学物質、特に過酸化 水素を用いて行うことができるが、自体既知の対応する物理化学的処理法、より 具体的にはＵＶ放射への暴露による酸化を用いることもできる。即ち、研究によ ると、例えば２５４nmのＵＶ波長および４００Ｊ／m²を有するＵＶ酸化装置の使 用 により、過酸化水素などの酸化剤の添加がないときであっても、限外濾過濃縮物 のＣＯＤ値の５０％低下を導きうることが示された。部分的酸化と生物学的排水 処理段階への限外濾過濃縮物の復帰の後に、生物学的分解が容易ではなかった成 分が微生物分解反応を受けやすくなる。 本発明の方法の限外濾過段階のための出発の水は、例えば５,０００mg／Ｌま で、好ましくは３,０００mg／Ｌまたはそれ以下、より好ましくは１,０００mg／ Ｌまたはそれ以下のＣＯＤ値を有していてよい。処理すべき排水の有機汚染度を 、効果的な生物学的予備段階によって予めかなり低いレベルまで低下させておく ことができ、従って、実際には、５００mg／Ｌまたはそれ以下、好ましくは２５ ０mg／Ｌまたはそれ以下、より好ましくは１５０mg／Ｌまたはそれ以下のＣＯＤ 値を有する排水を限外濾過段階に導入できることが多い。 次いで、限外濾過段階の透過流を、中圧での逆浸透(ＭＤ-ＲＯ)の膜精製段階 に供給する。なお存在している溶解塩(例えば、硝酸塩、亜硝酸塩および／また はリン酸塩)、低分子量の有機化合物および微生物が、このＭＤ-ＲＯ段階におい て除去される。ラセン状に巻いたモジュールの形態の有機逆浸透膜が、この段階 で使用するのに特に適していることがわかった。この段階において設定すべき使 用条件には、高いがしかしなお比較的制限された使用圧力を用いることが含まれ る。圧力の上限は通常５０バール、例えば４０〜４５バールである。１５〜３５ バール、より具体的には２５〜３５バールの範囲の使用圧力が、透過物に必要な 高い時空収率を促進する。１５〜３５℃の排水温度で、少なくとも５０Ｌ／時／ m²、好ましくは少なくとも６０Ｌ／時／m²の平均濾液流量を、少なくとも９０％ 、好ましくは少なくとも９５〜９８％、より好ましくは少なくとも約９９％の平 均の塩保持能に対して達成することができる。 出願人の研究によると、飲料水に対する法律に規定された限界は、通常、この 第１のＭＤ-ＲＯ段階のみの後に到達できることが示された。排水中の塩含有量 が変化したときであっても操作の信頼性を確保するために、第２のＭＤ-ＲＯ段 階を包含させるのが普通である。基本的に、この第２のＭＤ-ＲＯ段階のための 膜の種類および使用条件の選択は、第１のＭＤ-ＲＯ段階Ｉのために上に挙げた ものと同一である。しかし、ＭＤ-ＲＯ IIにおける平均の濾液流量は、ＭＤ-Ｒ Ｏ Ｉにおけるよりもわずかに高いのが普通である。８５〜９５Ｌ／時／m²を越 える対応の濾液流速を、その他は同等の使用条件に対して、ＭＤ-ＲＯ IIにおい て得ることができる。 この逆浸透段階IIの微生物を含まない透過物は、飲料水として後に使用するこ とができる。このＭＤ-ＲＯ IIからの濃縮物は、ＭＤ-ＲＯ Ｉに戻す。 また、ＭＤ-ＲＯ Ｉからの濃縮物の後処理は、飲料水品質の透過物の量を最適 化するという本発明が指向する課題を解決するのにも役立つ。この目的のために 、図１の工程図に示す本発明により提供される解決は、この側流を、以下の比較 的高い使用圧力下で行う好ましくは多段階の逆浸透(ＨＤ-ＲＯ)において処理す ることからなる。これに関連して以下の観察が当てはまる。 ＨＤ-ＲＯの濾液流を、水を含む透過物の主流に戻す。ＨＤ-ＲＯ濾液を、中圧 下に行う第１の逆浸透段階(ＭＤ-ＲＯ Ｉ)に戻すのが好ましい。数段階でＨＤ- ＲＯ処理を行うと、使用した排水を基準に、最終的に水相の損失を表す残留濃縮 物の最適濃縮が確保される。実施例に示すように、使用した排水を基準に、５％ 以下、好ましくは２〜３％以下、より好ましくは１％以下(水の容量％)の水損失 を、このＨＤ-ＲＯ段階において達成することができる。本発明の１つの好まし い態様においては、出発の水の８５容量％以上、好ましくは９０容量％以上、よ り好ましくは９５〜９８容量％以上を、飲料水品質の生成水に変換することがで きる。 水損失の制限を最適化するために、このＨＤ-ＲＯ処理を、異なる圧力および 増加する圧力下に数段階で連続して行う。即ち、全体としてこのＨＤ-ＲＯを５ ０バールまたはそれ以上の圧力下、好ましくは６０〜１８０バールの範囲の圧力 下で行うことができ、第１のＨＤ-ＲＯ段階を１００バール未満の圧力下で行い 、最後のＨＤ-ＲＯ段階を１００バールまたはそれ以上の圧力下で行う。 ＨＤ-ＲＯに使用する膜は、特に、透過物を排出するための内部構造スペーサ ーを有する膜クッションの形態にある既知の有機膜であり、多数のこのような要 素をプレートモジュールにおいて組合せる。 図２および図３は、限外濾過、ＭＤ-ＲＯおよびＨＤ-ＲＯからなる膜に基づく 分離工程を組合せた本発明の多段階膜分離法の別の修飾を図式的に示すものであ る。これに関連して以下の観察が当てはまる。 図２は、工程図１に示した本発明の方法の原理、即ち回収される飲料水の量を 最適化する原理を、ＨＤ-ＲＯ段階IIからの濃縮物を用いて水を回収するために 、どのように改善することができるかを示すものである。図２の工程図によると 、この濃縮物を蒸発による濃縮にかけて水性凝縮物を得、これをＨＤ-ＲＯ段階 ＩおよびIIからの濾液と同様に第１のＭＤ-ＲＯ段階に戻す。このようにして、 飲料水品質で蓄積する生成物の量が９９.８８％まで増加する。 後記で説明する図３および図４の工程図と同様に、図２の工程図は、有機負荷 (mg／ＬでのＣＯＤ値)および導電率(μs／cmでのＬＦ値)に対する個々の段階の それぞれの限界を示す。基本的に、図１の工程図を参照しながら説明した本発明 のより詳細な態様が図２の工程図および後記の図３および図４の工程図に当ては まるので、ここで個々の段階の詳細を繰り返す必要はない。 図３の工程図は、図２に示した方法の修飾を基本としている。この場合にも、 第２のＨＤ-ＲＯ段階からの濃縮物を蒸発によって濃縮して水性凝縮物を得、こ れをＭＤ-ＲＯに戻す。図２に示した回路と比較すると、以下の修飾が図３から 明らかである。 出発原料は８,０００mg／Ｌを越えるＣＯＤ値を有する生物学的に重度に汚染 された排水であり、これを第１の生物学的精製段階において嫌気性の精製にかけ る。蓄積した生物ガスを用いて、ＨＤ-ＲＯ処理後の蒸発による濃縮および乾燥 の最終段階においてエネルギーを発生させる。このようにして、相当に加算され た方法の利点を得ることができる。また、乾燥した形態で最終的に蓄積する塩含 有のバラスト成分の廃棄は非常に容易である。 最後に、図４は、冒頭に挙げたように、処理しようとする排水が溶解バラスト 成分を含有し、水相中でのその溶解性が温度に、特に５〜５０℃の温度に大きく 依存するときに使用することができる本発明の多段階法の別の修飾を示すもので ある。ここでは、例えば限外濾過(ＵＦ)および中圧での逆浸透(ＭＤ-ＲＯ)の段 階とこれに続くＭＤ-ＲＯ濃縮物中の溶解塩の結晶化段階を含む多段階膜分離法 を組合せることによって、さらに精製を行ってより多くの水を回収することがで きる。例えば、これに関連して以下の観察が当てはまる。 ＭＤ-ＲＯ段階は、例えば約４０バールの使用圧力で溶解塩を、それらが水相 において使用温度で飽和するまで濃縮する。この温度は、例えば３０℃である。 水中での硫酸ナトリウム(グラウバー塩)の溶解性は、５〜３０℃の範囲の温度に 対して非常に依存性が高い。１０結晶水を含む硫酸ナトリウム約４０〜４１ｇが ３０℃の水１００ｇに溶解するが、温度が５℃まで低下したときには、溶解性の 限界は約６.３g／１００g水まで低下する。図４の工程図は、これを次のように 利用する。 ＭＤ-ＲＯの段階Ｉから除去した濃縮物を次のＭＤ-ＲＯ段階に供給し、この後 者段階の濾液を前者のＭＤ-ＲＯ段階Ｉに戻す。１次濃縮物を後処理するための 次の段階からの濃縮物を、次の結晶化段階において、温度を例えば５〜１５℃の 値まで低下させることによって相分離にかける。水性の上清相を直前のＭＤ-Ｒ Ｏ段階に戻し、一方、結晶スラッジは除去し、所望により次の乾燥段階において さらに乾燥する。このようにして得られる飲料水品質の処理水の全体量に対する 図４のデータは、この場合にも、使用した排水のほとんど全て(９９.７５％)を 飲料水として回収しうることを示す。 以下に挙げる別の利点は、洗浄および工程水を飲料水品質の高純度水に変換す るための本発明の精製方法の上記修飾の全てに当てはまる。 本発明に従って蓄積される飲料水品質の処理化排水は、精製工程の先行の溶出 液に戻されるときに完全に軟化される。この先行工程において使用される清浄剤 、即ち、例えば食品および飲料工業において使用される種類の返却可能なビンお よび容器の洗浄において使用される清浄剤を、改善された水質に適合させること ができる。例えば、錯化剤(ＥＤＴＡなど)および／または界面活性剤の大きな節 約が可能である。この錯化剤は、汚染物質により導入されたイオンを捕捉しなけ ればならないのみである。界面活性化合物は、軟水においてはるかに効果的に機 能することが知られている。このように、コストが相当に低下するだけでなく、 清 浄用化学物質の使用の減少が、塩レベルの全体的な減少により、排水処理サイク ル、特に逆浸透工程を容易にする。従って、飲料水の最終収率をさらに高めるこ とができ、ＲＯ膜の目詰まりが減少し、浸透圧が低下する。 以下の実施例は、本発明の教示の方法の個々の工程の詳細をさらに挙げるもの である。 実施例 清涼飲料のビン詰め工場の排水を、図１に示す後処理サイクルにかける。この 図１には、個々の段階の配列、ならびに、試験プラントにおいて毎日使用した液 体流または回路の定量データが示されている。また、図１には、飲料水品質の生 成流の収率(９９容量％を越える)および極めて少量の廃棄物として廃棄するため の単離濃縮物が示されている。 以下の観察は、図１に示した個々の段階、そこで使用した技術的助剤および関 連の使用条件、さらに個々の段階相互の組合せに関するものである。 最後に、表１〜表３は、本発明に従って実施した一連の処理過程(Ｖ１〜Ｖ８) ならびに個々の工程の生成物についての重要な特性データを挙げるものである。 ＣＯＤ値(mg／Ｌ)、微生物数(Ｋ／g)、導電率(mＳ／cm)、全窒素含有量(mg／Ｌ) および全リン含有量(mg／Ｌ)を全て測定する。 個々の試験は次のように実施する。 １．限外濾過 支持材料としての炭素および実際の膜層としての焼結二酸化チタンを有する無 機膜をこの試験に用いる。この膜の遮断限界は３００,０００ダルトンであった 。約２m³／時の排水を、３.４２m²の膜面積に対して濾過した。以下の運転パラ メーターに対して、平均の濾液流量は６００Ｌ／時・m²であった。 膜内外の圧力差： ４バール 排水温度： １５〜３５℃ 交差流速： ４m／秒 限外濾過透過物は、４９mg／Ｌの平均ＣＯＤ値および３.２mＳ／cmの導電率を 有していた。限外濾過濃縮物(全量の約１０％)を、酸化後に生物学的排水処理サ イクルに戻す。 ２．酸化 限外濾過濃縮物を、２５４nmのＵＶ線波長および４００Ｊ／m²を有するＵＶ酸 化装置において処理する。この限外濾過濃縮物のＣＯＤ値は、酸化剤(例えば、 Ｈ₂Ｏ₂)を添加しないときであっても、５０％低下した。あらゆる生分解が容易 ではない成分を部分酸化した後、この限外濾過濃縮物を生物学的排水処理サイク ルに戻す。 ３．３０バールでの逆浸透Ｉ 限外濾過透過物を、飲料水の法律によって課せられる限界に合致する程度にま で、逆浸透によって精製する。２m²の膜面積を有するラセン状に巻いたモジュー ルの形態の有機逆浸透膜を用いる。運転パラメーターは次の通りである。 膜内外の圧力差： ３０バール 排水温度： １５〜３５℃ 平均の濾液流量： ６８Ｌ／時・m² 平均の塩保持能： ９９.２％ ４．３０バールでの逆浸透II 飲料水の法律によって課せられる限界が、実際に３０バールでの逆浸透Ｉの後 に達成される。第２の逆浸透は、排水中の塩レベルが変化したときであっても、 運転の信頼性を確保することを意図するものである。運転パラメーターは次の通 りである。 膜内外の圧力差： ３０バール 排水温度： １５〜３５℃ 平均の濾液流量： １００Ｌ／時・m² 平均の塩保持能： ９７.１％ ３０バールでの逆浸透IIは、３０バールでの逆浸透Ｉと同じ種類の膜(ラセン 状に巻いたモジュール)を用いて行う。逆浸透IIの濃縮物は逆浸透Ｉに戻す。逆 浸透IIの微生物を含まない透過物は、飲料水として後に使用することができる。 収率(飲料水／排水)は９９.６％であった。 ５．高圧での逆浸透Ｉ ３０バールでの逆浸透Ｉの濃縮物(段階III)を、２段階の高圧逆浸透において さらに濃縮する。透過物排出のための内部構造スペーサーを有する膜クッション の形態の有機膜を、１２m²の全膜面積を有するプレートモジュールにおいて組合 せる。運転パラメーターは次の通りである。 膜内外の圧力差： ６５バール 排水温度： １５〜３５℃ 平均の濾液流量： ８Ｌ／時・m² 平均の塩保持能： ９９％ 透過物を３０バールでの逆浸透Ｉに戻す。 ６．高圧での逆浸透II 第１の高圧逆浸透の濃縮物を、高圧逆浸透Ｉと同じ膜プレートモジュールを用 いる別の段階において、最少にまで濃縮する。運転パラメーターは次の通りであ る。 膜内外の圧力差： １２０バール 排水温度： １５〜３５℃ 平均の濾液流量： ５Ｌ／時・m² 平均の塩保持能： ９８％ 濃縮物の残存量は、排水の出発量の０.４％である。透過物は３０バールでの 逆浸透Ｉに戻す。 図１の工程図は、試験プラントにおける工程の配列を、関連の排水量とともに 図示するものである。 ８回の試験運転(Ｖ１〜Ｖ８)の分析データを表１〜表３に挙げる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０１ Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０１Ａ ５０１Ｆ ５０２ ５０２Ｆ ５０２Ｇ ５０２Ｂ ５０２Ｎ ５０３ ５０３Ｃ ５０４ ５０４Ａ ５０４Ｅ (72)発明者 クルシャンツォフ，ハラルト ドイツ連邦共和国デー−40822メットマン、 クルテンショイヤー22番 (72)発明者 フュエス，ヨハン・フリードリッヒ ドイツ連邦共和国デー−41516 グレーヴ ェンブロイヒ、ヘルツォークシュトラーセ 15番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．汚染物質(「バラスト成分」)を除去することによって、汚染された工程水 および／または排水を処理するための、少なくとも１種の膜分離段階を含む多段 階法において、種々段階において蓄積した濃縮側流を再循環させる多段階法であ って、飲料水品質かつ最適収率の生成流を得るために、所望により部分的に精製 した出発水を以下に挙げる一連の膜分離工程にかけることを特徴とする方法： ・限外濾過(ＵＦ)工程(ＵＦ濃縮物の再循環を伴う)； ・約５０バールまでの中程度の使用圧力での、１またはそれ以上の段階、好ま しくは数段階のＵＦ濾液の逆浸透(ＭＤ-ＲＯ)工程、即ち、飲料水品質の生成水 がＭＤ-ＲＯ濾液として得られる工程； ・このＭＤ-ＲＯ濃縮物をさらに別の膜および／または相分離段階によって分 配して、バラスト成分が減少した少なくとも１つの水性濃縮物成分を得、この濃 縮物成分をＭＤ-ＲＯに再循環させる工程。 ２．ＭＤ-ＲＯ濃縮物を、蒸発による少なくとも部分的な濃縮によって、およ び／またはバラスト成分の溶解部分を不溶性物質に変換して未溶解部分を除去す ることによって、好ましくは多段階の高圧逆浸透(ＨＤ-ＲＯ)において分配する ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．生物学的に前処理した排水、即ち、多段階の膜分離過程に供給することが できる嫌気的および／または好気的に前処理した出発水を膜分離サイクルにかけ ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．戻されるべきＵＦ濃縮物を、多段階の膜分離過程の前の生物学的処理段階 に、少なくとも部分的に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記 載の方法。 ５．予備生物学的処理段階に戻す前に、ＵＦ濃縮物を酸化条件に暴露すること を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．多段階ＨＤ-ＲＯにおけるＭＤ-ＲＯ濃縮物の処理を、連続ＨＤ-ＲＯ段階 における圧力の増加およびそれと同時のＨＤ-ＲＯ濃縮物の濃縮を用いて行うこ とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。 ７．多段階ＭＤ-ＲＯにおいて、第２段階の濃縮物を第１段階のＭＤ-ＲＯに戻 すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 ８．ＨＤ-ＲＯを５０バールまたはそれ以上、好ましくは６０〜１８０バール の範囲の圧力下で行い、第１のＨＤ-ＲＯ段階を１００バール未満の圧力下で行 い、最後のＨＤ-ＲＯ段階を１００バールまたはそれより高い圧力下で行うこと を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。 ９．残留水を、好ましくは相分離、蒸発による濃縮および／または乾燥によっ てＨＤ-ＲＯ濃縮物から除去し、少なくとも部分的に、飲料水品質の水を得るた めの段階に戻すことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。 10．水への溶解性が温度、特に５〜５０℃の温度に大きく依存する溶解バラス ト成分が存在しているときに、これら溶解バラスト成分を、これらを含む予備加 熱した濃縮物の冷却およびそれを相分離にかけることによって部分的に除去し、 特に膜分離からの濃縮物を水性の出発液体としてこのようなバラスト成分の除去 にかけることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。 11．８５容量％以上、好ましくは９０容量％以上、より好ましくは９５〜９８ 容量％以上の出発水を飲料水品質の生成水に変換することを特徴とする請求項１ 〜10のいずれかに記載の方法。 12．３,０００mg／Ｌまたはそれ未満、より具体的には１,０００mg／Ｌまたは それ未満のＣＯＤ値を有する汚染排水を多段階膜分離にかけ、比較的重度に汚染 された排水は、まず所望による多段階の、特に嫌気性および／または好気性の条 件下での生物学的前処理にかけることを特徴とする請求項１〜11のいずれかに記 載の方法。 13．８,０００mg／Ｌまたはそれより高い、例えば１００,０００mg／Ｌまでの 出発ＣＯＤ値を有する排水を嫌気性の前処理にかけ、好ましくは嫌気性前処理中 に蓄積する可燃性ガス相を次の多段階精製過程においてエネルギー源として用い 、一方、１,０００〜８,０００mg／ＬのＣＯＤ値を有する所望により前処理した 出発水は好ましくは好気性の生物学的前処理にかけることを特徴とする請求項１ 〜 12のいずれかに記載の方法。 14．例えば食品および飲料工業ならびに紙およびセルロース工業からの、重度 に汚染された、具体的には有機汚染された洗浄および／または工程排水を精製し て特定使用のための新鮮水を回収するための、請求項１〜13のいずれかに記載の 方法の使用。 15．返却可能なパック、より具体的には食品および飲料工業において使用され る種類の返却可能なビンおよび／または容器の再使用の際の、高純度の洗浄およ び濯ぎ水を得るための請求項14に記載の使用。