(57)【要約】  浮上粒子によって誘導される浮上によって液体を処理するためのプロセスであって、該浮上粒子を該液体に添加する混合工程と、該浮上粒子が液体の表面に上昇する浮上工程と、処理された液体の表面に上昇した該浮上粒子を分離する工程とを含み、該プロセスが、該浮上粒子の少なくとも一部において、該粒子表面のすべてまたは一部と付着した少なくとも１つの凝集ポリマー材料を有することを特徴とし、該プロセスはさらに、ガスを添加する工程も、該粒子に付着していない遊離の凝集材料を添加する工程も含まない、プロセス。【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上粒子を用いて浮上によって液体を処理するための方法であって、前記浮上粒子を前記液体に添加する混合工程と、前記浮上粒子が前記液体の表面に上昇する浮上工程と、前記処理された液体から前記表面に上昇してきた前記浮上粒子を分離する工程とを含み、
該方法は、前記浮上粒子の少なくとも一部において、それらの表面のすべてまたは一部と付着した少なくとも１つの凝集ポリマー材料を有することを特徴とし、該方法は、ガスを添加する工程も、前記粒子に付着していない遊離の凝集材料を添加する工程も含まない、方法。
【請求項２】
前記凝集ポリマー材料が、弱いカチオン性または弱いアニオン性ポリマーであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凝集ポリマー材料以外の少なくとも１つの材料も前記粒子に付着していることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記他の材料が吸着材料であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記他の材料が、処理されるべき前記液体から一定の特定汚染物質を除去することを目的とした化学的基または生物学的基を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記化学的基が、ヒドロキシル、アルデヒド、カルビニル、カルボキシル、アミノ、アミド、スルフヒドリル、エステル、リン、メチルおよびフェニル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記生物学的分子が、ポリペプチドおよび核酸からなる群から選択されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記浮上粒子が、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレンおよびポリアミドからなる群から選択されるポリマー材料から製造されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記浮上粒子が１００〜１５００μｍの直径を有するポリスチレンビーズで構成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記浮上粒子が、中空であり、ガラス、セラミックまたは金属からなる群において選択される材料から製造されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記凝集ポリマー材料および／または前記その他の材料が、前記浮上粒子の周りのコーティングの形態であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記凝集ポリマーおよび／または前記その他の材料が、前記浮上粒子を構成する前記合成材料上に接合していることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１３】
前記浮上粒子をリサイクルする工程を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記リサイクル工程の前に実施される、前記浮上粒子を洗浄する工程を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、水を処理または飲用可能にするために処理する分野である。本発明は、より詳細には、溶解した物質および／または懸濁状態の物質を含有する水の浮上処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染された液体または水は、懸濁した物質（粒子、藻類、細菌など）および溶解した物質（有機物質、微量汚染物質など）を含有する可能性がある。先行技術においては、これらの汚染物質のレベルを下げる目的で、懸濁した物質を処理するためにいくつかの技術が存在する。
【０００３】
これらの技術としては、デカンテーションおよび浮上が挙げられる。
【０００４】
デカンテーションは、粒子の密度がその粒子を含有する液体の密度よりも大きい粒子に適用される分離プロセスである一方で、浮上は、粒子の密度がその粒子を含有する液体の密度よりも低い粒子に適用される分離方法である。
【０００５】
浮上による水の処理は、デカンテーションによる処理と比較した場合に多くの利点を有する。
【０００６】
第１の利点は、浮上による水の処理速度が典型的なデカンテーションによる処理速度よりも速いことである。
【０００７】
別の利点は、処理されるべき水が大きなフローである場合に、浮上による処理が、デカンテーションによる処理よりも効率的に藻類を除くことである。
【０００８】
浮上によって処理された水の細菌学的品質は、デカンテーションにより得られる品質よりも優れている。一方で、細菌学的品質は、微生物（細菌、ウイルス、寄生生物）の存在に関連する。故に、浮上による処理は、デカンテーションによる処理の場合よりも効率的に微生物（クリプトスポリジウム、ジアルジア）を取り除く。
【０００９】
さらに、浮上による処理の別の利点は、生成するスラッジの体積を低減するという事実に関連する。
【００１０】
浮上プロセスの中でも、
懸濁状態の物質とそれを含有する水との間の密度差が、それらの分離を可能にするのに元々十分である場合の自然浮上（その物質は、水の表面に浮上する）、
自然に浮上可能な粒子の分離を改善するために液体物に気泡を吹き込む場合の補助浮上、
懸濁状態の物質の密度が、それを含有する水の密度よりも着手時には大きく、ガスの泡に通して人工的に低下させる場合の誘発浮上、
を区別することができる。実際、特定の固体または液体粒子は、ガスの泡と合体して、粒子を含有する水よりも密度の低い「粒子−泡」結合を形成し得る。
【００１１】
加圧浮上分離法（ＤＡＦ）は、４０〜７０ミクロンの直径を有する非常に微細な泡または微細泡を使用する誘発浮上プロセスである。それは、一般に次の様々な工程の組み合わせを含む。
コロイドの表面電荷および溶解物質の吸収を中和するための凝固、
粒子の粒塊を可能にする凝集ポリマー材料を用いる凝集、
微細泡および凝集された水を接触可能にする加圧水の注入、
フロックの分離および浄化された液体の分離を可能にする分離、
浄化された液体の回収、
浮上した「スラッジ」の回収。
【００１２】
ＤＡＦ技術は、通常、良好な品質の弱く石灰化した水、懸濁した物質でわずかに充填された冷水、および特に藻類が豊富な貯水に適用される。これは、実績のある技術であり、常に改善が行われている。
【００１３】
行われた多くの改善のうち、次を挙げることができる。
ＤＡＦ技術を顆粒物質上での濾過と組み合わせたＤＡＦＦ（加圧浮上分離法／濾過）、
オゾン化気泡を使用するＶｅｏｌｉａグループにより開発された技術であるオゾフロテーション。オゾンは、殺菌（すなわち微生物の破壊）、処理されるべき水に存在する匂い、化学物質および他の汚染物質（鉄、マンガン、農薬）の除去のために使用されるのが有利である、
安定な水力領域を得るために浮上区域の基部においてフロー制御および分配要素を提供する乱流浮上（米国特許第５  ５１６  ４３３号）。
【００１４】
しかし、これらの様々な改善にもかかわらず、浮上処理技術は、いくつかの欠点を有し続ける。
【００１５】
ＤＡＦＦ、オゾフロテーションおよび乱流浮上方法は、一般に６つの欠点を有する。
浮上速度は、泡の微細サイズによって制限される。
粒子および凝固した物質が除かれる効率では、ラインからの出口において必要とされる水の品質が直接には与えられない。
大量の機械的入力（空気飽和器、再循環ポンプ、スクレーパーなど）を求めるプロセスの複雑性。
再循環された返流水を生成するのに必要とされる加圧コストが操作コストの４０％と見積もられる。
良好な品質、弱く石灰化した水資源、懸濁物質がわずかに充填された冷水、および特に藻類が豊富な貯水への限られた適用。
水に注入された凝集ポリマー材料のポリマーの主要部分は、フロックの形成に関与せず、水に溶解されたままであるので、下流に配置されたフィルターの目詰まりの加速を促進する。
【００１６】
さらに、空気の導入は、ＤＡＦＦタイプのフィルターと結合させた構造において濾過速度を制限する主要な欠点である。実際、過度の速度ではすぐに、関連するフィルターにおいてガス塞栓を生じ、濾過が第２の水前処理工程における浮上とは離れている場合であっても、ガス塞栓が懸念される。
【００１７】
これらの欠点の一部は、浮上粒子によって誘導される浮上技術の使用により除かれる。こうした方法は、米国特許文献第６  ８９０  ４３１  Ｂ１号に記載され、浮上プロセスにおいて固体の浮上粒子の使用および洗浄後の浮上システムにおいて該粒子の再循環を提供している。
【００１８】
より詳細には、米国特許第６  ８９０  ４３１  Ｂ１号には、流体の浄化のための方法およびシステムが開示され、問題となっている装置は、
流体と凝固剤とを混合するための混合チャンバーと、
凝集試薬および浮上媒体が、混合チャンバーにおいて得られた流体−凝固剤混合物と混合される、混合チャンバーと連通した凝集チャンバーと、
除去されるべき懸濁物質の一部と結合する浮上媒体を含むスラッジが浄化された液体から分離される、凝集チャンバーと連通した浮上チャンバーと、
浮上チャンバーおよび凝集チャンバーと連通した浮上媒体を回復させるためのユニットであって、そのユニット内にて浮上媒体が、その媒体と結合した懸濁物質から洗浄されるユニットと、
凝集チャンバーにおいて洗浄された浮上媒体をリサイクルするためのリサイクルラインと
を含む。
【００１９】
しかし、このタイプの技術の欠点の１つは、凝集材料の一部が水中に溶解したままであり、下流に位置する濾過構造を目詰まりさせ易いという事実にある。さらに、この損失ポリマーのコストは、このような技術の実施コストを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
浮上粒子を用いた浮上によって水を処理するためのこの種の先行技術方法を改善することが本発明の目的である。
【００２１】
本発明は、より高い処理効率を有することができる水処理プロセスを提案することを特に目的とする。
【００２２】
本発明はまた、必要により、減らされるべき汚染物質を標的とすることを容易にする、処理方法およびデバイスを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
これらの様々な目的は、浮上粒子により誘導される浮上によって液体を処理するための方法に関する本発明によって達成され、この方法は、該浮上粒子を該液体に添加する混合工程と、該浮上粒子が液体の表面に上昇する浮上工程と、処理された液体の表面に上昇した該浮上粒子を分離する工程とを含み、
この方法は、該浮上粒子の少なくとも一定部分において、粒子の表面のすべてまたは一部と付着した少なくとも１つの凝集ポリマー材料を有することを特徴とし、この方法は、ガスを添加する工程も、該粒子に付着していない遊離の凝集材料を添加する工程も含んでいない。
【００２４】
このような技術によれば、浮上は、泡によるのではなく、固体の浮上粒子によって行われる。本明細書において、「浮上粒子」という用語は、１未満の真比重を有する粒子を指定すると理解されることに留意する。
【００２５】
本発明によれば、浮上粒子はまた、凝集（ｆｌｏｃｃｕｌｅｎｔ）ポリマー材料の支持体として作用する。
【００２６】
このように凝集ポリマー材料でコーティングされた粒子は事前に調製される。
【００２７】
有利なことに、処理されるべきまたは処理中の液体に分散する任意の遊離凝集剤を使用する必要をなくすことができる。また、この方法を実施するのに必要な凝集剤の量を低減し、それによってそのコストも低減する。
【００２８】
本発明によって与えられる別の利点は、この方法の後に、１つ以上の濾過構造体の顆粒濾過または膜濾過のための工程が続く場合に、これらの構造体に進入する液体中に残存する遊離の凝集試薬がないので、これらの構造を目詰まりさせる速度を低下させる。
【００２９】
好ましくは、該凝集ポリマー材料はイオン性ポリマーである。総合的に好適なものとして、材料は弱いカチオン性またはアニオン性ポリマーである。
【００３０】
本発明の興味深い変形例の１つによれば、該凝集ポリマー材料以外の少なくとも１つの材料も該浮上粒子に付着する。それは特に、活性炭粉末のような吸着材料および／または処理されるべき該液体において一定の特定汚染物質を除くことに充てられる化学的または生物学的基を有する材料であることができる。
【００３１】
先行する項目において記載された方法に対して補完的でありうる別の変形例において、ポリマー材料以外の材料はまた、遊離形態、すなわち浮上粒子に付着していない形態において、液体に添加されてもよいことに留意されたい。この、他の材料は、場合によってはリサイクルできる。
【００３２】
前記凝集ポリマー材料以外の少なくとも１つの材料も該浮上粒子に付着する変形例において、化学的基および生物学的分子は、処理されるべき液体の特性および対象とする汚染物質またはこの液体中にて減らされるべき汚染物質の特性に応じて決定できる。
【００３３】
化学的基は、ヒドロキシル、アルデヒド、カルビニル、カルボキシル、アミノ、アミド、スルフヒドリル、エステル、リン、メチルおよびフェニルからなる群から選択されるのが好ましい。
【００３４】
一方で、生物学的分子は、ポリペプチドおよび核酸で構成される群から選択されるのが好ましい。
【００３５】
使用される浮上粒子は、好ましくはポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレンおよびポリアミドからなる群から選択されるポリマー材料から製造できる。好ましくは、該浮上粒子は、１００〜１５００μｍの直径を有するポリスチレンビーズで構成される。
【００３６】
それらはまた、１を超える相対比重を有し、好ましくはガラス、セラミックおよび金属によって形成された群において選択される非ポリマー材料からも製造できるが、相対比重が１未満となるような方法で空気を含有する閉鎖体積を画定する中空形態で製造されることもできる。
【００３７】
粒子を構成する材料が疎水性であり、凝集剤が疎水性である場合、凝集ポリマー材料は、浮上粒子自体が親水性となるように親水性であることが好ましい。
【００３８】
１つの変形例によれば、該凝集ポリマーおよび／または該その他の材料は、該浮上粒子の周りのコーティングの形態をとる。「コーティング」という用語は、凝集ポリマー材料および／または該その他の材料と、一方では該浮上粒子を構成する材料との間にいかなる共有結合ももたらさない協働を意味すると理解される。
【００３９】
該粒子が合成材料から製造される場合に得ることができる別の変形例によれば、該凝集ポリマー材料および／または該その他の材料は、該浮上粒子を構成する該合成材料上に接合している。この場合、化学反応は、粒子を構成するポリマーと、凝集ポリマー材料および／または該その他の材料との間に共有結合を設けるために、浮上粒子の製造中に行われる。
【００４０】
有利なことには、この方法は浮上粒子をリサイクルする工程を含む。
【００４１】
この場合、方法は、該リサイクル工程の前に実施される浮上粒子を洗浄するための工程を含むのが有利である。例えば、ハイドロサイクロンのような当業者に既知の種々の技術に従って行うことができるこのような工程は、これらの粒子に付着した凝集ポリマー材料を通してそれらの周りに粒塊したスラッジの粒子を除くことを目的とする。この場合、凝集材料は、単純なコーティングの場合であっても、多くは粒子に付着したままである。
【００４２】
この種の方法では、凝集材料を粒子表面に付着させることにより機能化された浮上粒子、および場合によっては特定の汚染物質に吸着するおよび／または充てられる別の材料を、汚染物質の最適な固定を得るために処理されるべき液体と接触させる。得られた混合物は、表面に汚染物質の少なくとも一部を保持する浮上粒子が互いに出会う浮上／分離区域に送られ、そこでは処理された水が底部において回収される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の方法を実施するための設備を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明およびそれが示す種々の利点は、１つの図を参照することによって与えられる、包括的なものではない実施形態の次の詳細な説明からより明確に理解される。
【００４５】
図１を参照すれば、本発明の方法を実施するための設備は、
例えば撹拌または静的ミキサによって生じ得る撹拌または乱流条件下の凝固区域（１１）と
撹拌混合区域（１２）と、
底流によって混合区域と連通し、処理水（１５）および浮上物（２０）を抽出するための手段を含む浮上／分離区域（１３／１４）と、
例えば高度に撹拌された反応器または水注入洗浄装置（液体遠心分離機、振動ふるい、穿孔壁を有する遠心分離機、高度に撹拌された反応器またはスラッジの希釈を制限するために低流量にて水を注入するためのシステムを備えた他の分離装置）であってもよい洗浄区域（１７）と、
洗浄された機能化浮上粒子の少なくとも一部を再生するための区域（１８）と
を含む。
【００４６】
図１を参照すれば、本発明に従う方法は、撹拌された凝固区域（１１）に原水（１０）を導入することからなり、その区域において凝固剤（２２）は、可能性として、活性炭粉末、該粒子に混合され処理の効率を増大できる樹脂または他の同様の要素のような種々の他の添加剤（２３）と共に予め注入されている。
【００４７】
次いで凝集された水は、混合区域（１２）に運ばれ、この混合区域は、例えばＴｕｒｂｏｍｉｘ（登録商標）、仏国特許出願第２８６３９０８号に記載される設備を収納でき、その中で、凝集ポリマー材料でその表面がコーティングされた浮上粒子は、汚染物質を最適に固定するように、処理されるべき液体と接触される。遊離の凝集剤、すなわち浮上粒子に付着していない試剤は、設備に導入されない。
【００４８】
次いでこの混合区域からきた混合物は、底流の手段によって浮上／分離区域（１３／１４）に導入され、ここでは水に初期に含有されていた汚染物質の一部を保持して、浮上／分離区域（１３／１４）内の表面に上昇した機能化浮上粒子と、浮上区域（１３）の底部部分における処理された水とを同時に分離する。
【００４９】
水は、下部（１５）にて抽出される一方で、表面に留まった浮上粒子およびこれらの粒子上に粒塊した粒塊スラッジからなる浮上物は上部で抽出される。
【００５０】
浮上粒子（２０）は、それらの表面に堆積したスラッジから洗浄される洗浄区域（１７）に送られる。浮上粒子の洗浄は、高度に撹拌された反応器または水注入洗浄装置にそれらを配置する操作からなることができ、種々の方法（液体遠心分離機、振動ふるい、穿孔壁を有する遠心分離機、高度に撹拌された反応器またはスラッジの希釈を制限するために低流量における水の注入口を備えた他の分離装置）によって得ることができる。
【００５１】
スラッジ（１６）は、洗浄区域（１７）から抽出され、浮上粒子は混合区域（１２）にリサイクル（２１）される。これらの粒子の一部分は、それらが元々の特性を回復するように再生される（１８）。
【００５２】
添加剤を添加しても処理加工の効率が改善されない場合、該添加剤はまた回復され、リサイクルされる。
【００５３】
試験は、異なる親水性の凝集ポリマーでコーティングされた５００〜８００μｍの範囲の直径を有するポリスチレンビーズの形態をとる粒子を用いてＳｅｉｎｅ水について行った。
【００５４】
これらの粒子は、ポリスチレンビーズを、０．１〜１ｇ／Ｌの濃度にて調製された親水性の凝集ポリマーの溶液と混合することによって得た。
【００５５】
処理されるべき水（Ｓｅｉｎｅ水はその濁度が測定されている）は、フローガイドおよび撹拌器を備えた小さい（２．５Ｌ）Ｔｕｒｂｏｍｉｘ反応器において撹拌下で、典型的な凝固剤（ＷＡＣ  ＨＢ）を１５ｐｐｍ〜６０ｐｐｍで変動する投与量で添加することによって凝固される。
１〜２分の振とう後、ポリマーコーティングされた浮上粒子は、Ｔｕｒｂｏｍｉｘの内容積の１０％未満の割合でＴｕｒｂｏｍｉｘに添加され、いかなる遊離の凝集剤も添加することなく、少なくとも１分間再循環流に残った。
振とうを停止した約１０秒後に水の濁度を測定した。
【００５６】
試験の最初のシリーズは、遊離形態で与えられる、いかなる吸着剤材料も、ある種の汚染処理に充てられる材料も添加することなく行われた。
【００５７】
試験された異なる種類のポリマーを用いて得られた結果を、次の表１に示す。
【００５８】
【表１】
2011529390.tif 000002
【００５９】
使用されるポリマーのそれぞれは、ＳＮＦ  Ｆｌｏｅｒｇｅｒによって製造された。
【００６０】
この表において示される濁度の低減率の結果は、汚染物質の低減を示し、特に凝集ポリマーが弱いカチオン性またはアニオン性ポリマーによって構成される場合の、本発明に従う方法の効率を示している。
【００６１】
次いで試験の第２シリーズでは本明細書にて上記で記載されたプロトコルと同一のプロトコルに従う同じ装置で行って、さらに活性炭を、凝固剤と同時に導入して使用した。
【００６２】
水の処理（１０ｐｐｍおよび２０ｐｐｍ）において一般に使用されるＣＡＰ投与を実施することによって得られた結果を、次の表２に示す。
【００６３】
【表２】
2011529390.tif 000003
【００６４】
これらの結果によれば、得られた濁度値（０．５ＮＴＵオーダー）ならびに濁度の低減収率（９７％）は、吸着剤（ＣＡＰ）を有する凝集ポリマーによって機能化された浮上粒子とのカップリング浮上変形例において、本発明に従う方法の効率を確証している。
【図１】
2011529390.tif 000004
【国際調査報告】
2011529390.tif 000005
2011529390.tif 000006
2011529390.tif 000007
2011529390.tif 000008