(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．少なくとも１つの水中ろ過膜を収容する膜反応器内における０．１ｇ／Ｌから５ｇ／Ｌまでの濃度の吸着性粉末材料に水を接触させるステップと、
ｂ．前記膜反応器内で前記吸着性粉末材料を含む前記水を、有機材料によって前記少なくとも１つの水中ろ過膜の少なくとも一部を構成している前記少なくとも１つの水中ろ過膜を用いてろ過するステップと
を含む、水を処理する方法において、
ｃ．前記少なくとも１つの水中ろ過膜の摩耗を前記吸着性粉末材料によって制限することを目的とする複数のステップを含んでおり、
該複数のステップが、
ｉ．前記膜反応器にポリマービーズを注入するステップと、
ｉｉ．前記膜反応器に空気を注入することによって、
−  注入された前記空気を用いて、前記水、前記ポリマービーズ、および前記吸着性粉末材料を撹拌することと、
−  前記吸着性粉末材料および前記ポリマービーズを均一分布させることと、
−  前記ポリマービーズ、および前記ポリマービーズによって引き起こされる乱流が、前記水中ろ過膜を保護し、前記水中ろ過膜への前記吸着性粉末材料の堆積を制限し、かつ前記水中ろ過膜への前記吸着性粉末材料の堆積に起因する前記水中ろ過膜の摩耗を制限する保護シールドを前記水中ろ過膜の周囲に形成することと
を引き起こすステップと
から成っており、
前記ポリマービーズが、処理を受ける前記水を含むことができるバイオマスを固定するための支持部として働かないように滑面を有する滑らかなポリマービーズであり、
前記滑らかなポリマービーズが、１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌまでの濃度の粒子であって、１ｍｍから５ｍｍまでの平均直径および１．０５から１．５までの比重を有する粒子によって構成されている、方法。
【請求項２】
前記膜反応器内にて前記水、前記滑らかなポリマービーズ、および前記吸着性粉末材料によって構成された混合物を撹拌することは、その少なくとも一部が前記混合物に前記空気を連続して注入することまたは不連続に注入することによってもたらされるようになっている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膜反応器内にて前記水、前記滑らかなポリマービーズ、および前記吸着性粉末材料によって構成された混合物を撹拌することは、その少なくとも一部が前記膜反応器内の水および吸着性粉末材料によって構成された前記混合物の少なくとも一部分を、前記少なくとも１つの水中ろ過膜とは分離された再循環パイプを通って再循環させることによってもたらされるようになっている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記吸着性粉末材料が粉末活性炭（ＰＡＣ）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記滑らかなポリマービーズが、ポリプロピレンビーズ、炭酸ポリプロピレンビーズ、中空のポリプロピレンビーズ、ポリカーボネートビーズ、ポリウレタンビーズ、ポリメチルメタクリレートビーズ、ポリブチレンテレフタレートビーズ、ポリオキシメチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、およびポリ塩化ビニルビーズにより構成される群から選ばれたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記吸着性粉末材料が粉末活性炭（ＰＡＣ）であり、
前記処理を受ける水が、前記膜反応器内で前記吸着性粉末材料に接触した状態で３ｍ／ｈから１５ｍ／ｈまでの速度にて流れる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記水中ろ過膜は、ナノろ過膜、限外ろ過膜、およびマイクロろ過膜によって構成された群から選ばれたものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記処理を受ける水にオゾンを注入するステップをさらに含み、
オゾンを注入する前記ステップは、前記膜反応器の上流または前記膜反応器内にて実行される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
水を処理し、かつ請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されるプラントであって、
少なくとも１つの水中ろ過膜を有する少なくとも１つの膜ろ過ユニット（４１）を含む少なくとも１つの膜反応器（４０）と、
処理を受ける水を前記少なくとも１つの膜反応器（４０）の中に送る手段（１）と、
前記処理を受ける水の中に吸着性粉末材料を注入する手段（３）と、
前記少なくとも１つの膜ろ過ユニット（４１）とは分離され、かつ前記膜反応器（４０）の内容物の少なくとも一部を再循環させるために用いられる再循環パイプ（４５）であって、前記膜反応器（４０）の内容物の少なくとも一部を通す入口を有する再循環パイプ（４５）と、
前記処理を受ける水を含むことができるバイオマスを固定するための支持部として働かないように滑面を有する滑らかなポリマービーズ（４２）であって、前記膜反応器内にて１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌまでの濃度となるような１ｍｍから５ｍｍまでの平均直径および１．０５から１．５までの比重を有する粒子によって構成される滑らかなポリマービーズ（４２）と、
前記再循環パイプ（４５）の入口に配置され、かつ前記滑らかなポリマービーズ（４２）の通過を防ぐようにスクリーン状に形成される保持スクリーン（４４）と、
前記膜反応器（４０）の前記内容物を撹拌し、かつ前記吸着性粉末材料および前記滑らかなポリマービーズを均一分布させる手段であって、前記滑らかなポリマービーズ、および前記滑らかなポリマービーズによって引き起こされる乱流に、前記水中ろ過膜を保護し、前記水中ろ過膜への前記吸着性粉末材料の堆積を制限し、かつ前記水中ろ過膜への前記吸着性粉末材料の堆積に起因する前記水中ろ過膜の摩耗を制限する保護シールドを前記水中ろ過膜の周囲に形成させるようになっている手段と、
前記膜ろ過ユニット（４１）からの水を放出する手段（５０，５１）と、
前記水および前記吸着性粉末材料の混合物、ならびに前記膜反応器（４０）からの過度のスラッジを排出する手段（４７）と
を含むプラント。
【請求項１０】
前記滑らかなポリマービーズが、ポリプロピレンビーズ、炭酸ポリプロピレンビーズ、中空のポリプロピレンビーズ、ポリカーボネートビーズ、ポリウレタンビーズ、ポリメチルメタクリレートビーズ、ポリブチレンテレフタレートビーズ、ポリオキシメチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、およびポリ塩化ビニルビーズにより構成される群から選ばれたものとなっている、請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
前記膜反応器（４０）は、
前記水および前記吸着性粉末材料の予備接触ゾーン（４８）であって、予備接触ゾーン（４８）に前記処理を受ける水を送る前記手段（１）が導かれるようになっており、かつ前記吸着性粉末材料を注入する前記手段（３）が、前記吸着性粉末材料を前記水に接触させるために予備接触ゾーン（４８）に導かれるか、または前記処理を受ける水を送る前記手段（１）に導かれるようになっている、予備接触ゾーン（４８）と、
前記少なくとも１つの膜ろ過ユニット（４１）を配置した膜ろ過ゾーン（４９）と
を含み、
前記予備接触ゾーン（４８）および前記ろ過ゾーン（４９）は互いに物理的に分離しており、
前記プラントが、前記予備接触ゾーン（４８）の内容物を前記ろ過ゾーン（４９）に送る手段（４６）を備えている、請求項９または１０に記載のプラント。
【請求項１２】
前記膜反応器（４０）の内容物を撹拌する前記手段は、前記膜反応器（４０）の内側に配置される少なくとも１つの空気注入バー（４３）を含んでいる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１３】
前記膜反応器（４０）は、前記水および前記吸着性粉末材料の予備接触ゾーン（４８）であって、予備接触ゾーン（４８）に前記処理を受ける水を送る前記手段（１）が導かれるようになっており、かつ前記吸着性粉末材料を注入する前記手段（３）が、前記吸着性粉末材料を前記水に接触させるために予備接触ゾーン（４８）に導かれるか、または前記処理を受ける水を送る前記手段（１）に導かれるようになっている、予備接触ゾーン（４８）を含み、
前記空気注入バー（４３）が、前記予備接触ゾーン（４８）に配置されている、請求項１２に記載のプラント。
【請求項１４】
前記膜反応器（４０）の内容物を撹拌する前記手段は、前記再循環パイプ（４５）を含んでいる、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１５】
前記処理を受ける水の中にオゾン（２）を注入する手段を備えている請求項９〜１４のいずれか一項に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は水処理の分野となっている。
【０００２】
より詳細には、本発明は、少なくとも１つの膜反応器を取り扱い、かつ汚染物質の含有量を減少させることを目的として水を処理する方法およびそれに対応するプラントに関する。
【背景技術】
【０００３】
下記の説明における用語「汚染物質」は、処理を受ける水に存在する任意の物質を意味すると解され、その含有量は、人間および動物の消費を含む所与の使用に適した処理を受ける上述の水を作製するために制限される必要がある。このような物質には、微生物、懸濁物質、有機物質、コロイド状物質、殺虫剤、および／または肥料、医療残留物、溶剤、環境ホルモンなどが含まれる。
【０００４】
水を綺麗にし、または水を飲用に適したものとするために、処理済の水または天然の水に対して様々な方法が実施されてきた。これらの方法の目的は、有機物質、マイクロ汚染物質、微生物、それらに含まれる懸濁物質の全部または一部を水から取り除くことにある。水の中で見つかったマイクロ汚染物質は、様々なものに起因し、すなわち、医療残留物、環境ホルモン、殺虫剤残留物、塩素化溶剤などに起因する。
【０００５】
伝統的には、このようなステップは、凝固／凝集のステップ、その後に吸着のステップを実施して、処理を受ける水が、粉末活性炭（ＰＡＣ）、イオン交換樹脂、またはゼオライトなどの吸収性粉末材料に接触させられるようになっている。吸着性粉末材料は、その多孔性および高い吸収能力から汚染物質の固定または吸着を可能にする。次いで、これらの粉末材料および凝固／凝集反応物は、典型的には重力分離器によって、続いてサンドフィルタ、および最終的にろ過膜によって水から分離される。凝固／凝集および吸着のステップにおいては、水に含まれている汚濁が大幅に低減される。したがって、ろ過膜に到達する水においては、膜を詰まらせ得る多数の物質がすでに取り除かれている。しかしながら、これらの方法は、その実施のために、インフラ、特に、土木工事を必要とし、その土木工事はかなり大規模となり、したがって、費用が掛かるものとなっている。加えて、このような方法は、特に、分離器の底に流れる分離器中の粉末材料の濃度およびこの材料の損失の管理に関して、これらの損失を最小にするために加えられなければならない新鮮な材料の量を最小にすべく、実施条件を精密に調整する必要性を示唆するものとなっている。３つの要因のすべては、このような水処理プラントの効率全体、および処理された水の生産コストに負の影響を与えるものとなっている。
【０００６】
これらの欠点は、廃棄物または自然水の処理技術であって、溶解した有機汚染物質の含有量を削減するための処理技術によってかなりの程度克服され、特許文献１に記載されているが、水が反応器内のＰＡＣに接触して反応器内を５ｍ／ｈから５０ｍ／ｈまでの速度で流れ、次いで得られた混合物は非膜機械ろ過ユニットを通じて直接ろ過処理を受けるようになっている。
【０００７】
他の代替の方法では、処理を受ける水はＰＡＣに接触して、次いで処理された水が外部−内部ろ過における膜ろ過によってＰＡＣから分離される。この文脈にて使用される膜は、特に、ナノろ過膜、または限外ろ過膜、またはマイクロろ過膜とすることができる。次いで、ＰＡＣは回収され、ろ過膜の上流にてリサイクルされることとなる。
【０００８】
このような方法は、特に効率的であることが証明されている。しかしながら、これらはさらなる改善を可能にするものである。
【０００９】
マイクロろ過または限外ろ過またはナノろ過の水中膜によるろ過の間、その間に水は膜を通じて引き出され、ＰＡＣなどの粉末材料が、これらの膜の孔を詰まらせることとなる。そのため、膜は、徐々に詰まる傾向があり、負荷損失の増加と、膜を通じたろ過の流れの減少と、かつそれによるエネルギー消費の増加とが生じる。ＰＡＣによる膜の閉塞については、一部分は元に戻ることができず、膜の耐用年数を減少させる傾向もある。
【００１０】
水中膜の詰まりの解消は、塩化溶剤などの主に化学的な製品を用いて毎日または毎週の洗浄を必要とする。次に、これらの溶剤はＰＡＣの吸着能力を減少させる。ＰＡＣのこの効率低下を克服するために、頻繁に新鮮なＰＡＣを、処理を受ける水の中に注入することが必要となる。
【００１１】
しばし空気が反応器の中に注入されて、膜の詰まり解消が促される。この注入空気は反応器の内容物を撹拌することもできる。
【００１２】
しかしながら、ＰＡＣは、ろ過膜への空気注入および／または詰まり解消のために使用される化学製品と結合され、膜の表面に対する摩耗作用を有する傾向がある。実際には、これらの膜は、ＰＡＣの硬度よりも低い硬度を有する有機材料、主にポリマーによって全部または一部が構成されている。この摩耗現象の第１の結果は、それによってマイクロろ過膜または限外ろ過膜またはナノろ過膜の耐用年数を減少させ、当然の結果として、ろ過効率を低下させるというものである。
【００１３】
そのため、頻繁にろ過膜を交換する必要があり、特定の場合においては、この膜交換は毎年一度行われなければならなくなっている。
【００１４】
よって、これらの方法は、エネルギーおよび反応物の消耗を引き起こす大きな原因となる。加えて、ろ過膜は、かなり頻繁に交換する必要があり、このことは、プラントの機能を停止しなければならないことを意味する。ここまでのすべてのことは、処理された水の生産コストを増加させる結果をもたらすものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９８２２５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、従来技術のこれらの欠点の全部または一部を克服することを特に目標としている。
【００１７】
より詳細には、本発明の目的は、少なくとも１つの実施形態において、特に粉末活性炭などの吸着性粉末材料への吸着と、これらの膜の耐用年数を最大化する有機材料によって少なくとも一部を構成されている特にナノろ過膜またはマイクロろ過膜または限外ろ過膜における膜ろ過とを組み合わせた水を処理する方法を提案することにある。
【００１８】
特に、本発明の目的は、構成する材料の摩耗によるろ過膜の消耗および断裂を制限することを可能にする水の膜処理の方法を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、少なくとも１つの実施形態において、膜の詰まりを解消するために必要な反応物の消費、より一般的には水処理を行うために実施される反応物の消費を減少させるそのような方法を実施することにある。
【００２０】
本発明の別の目的は、少なくとも１つの実施形態において、設計が単純でありおよび／もしくは実施が簡単であり、ならびに／または小型化可能および／もしくは経済的である技法を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００２１】
これらの目的および以下本明細書中で明らかになる他の目的は、水を処理する方法であって、
少なくとも１つの水中ろ過膜を収容する膜反応器内における０．１ｇ／Ｌから５ｇ／Ｌまでの濃度の吸着性粉末材料に前記水を接触させるステップと、
前記膜反応器内にて前記吸着性粉末材料を含む前記水を、水中膜の少なくとも一部を有機材料によって構成されている水中膜を用いてろ過するステップと
を含む、水を処理する方法において、
前記少なくとも１つの水中膜の摩耗を前記吸着性粉末材料によって制限することを目的とする複数のステップを含み、
該複数のステップが、
前記膜反応器内で、前記吸着性粉末材料を含む前記水を、１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌまでの濃度の粒子であって、１ｍｍから５ｍｍまでの平均直径および１．０５から１．５の比重を有する粒子によって構成されている粒子状ポリマー材料に接触させるステップと、
前記少なくとも１つのろ過膜を含む前記膜反応器内にて水、吸着性粉末材料、および粒子状ポリマー材料によって構成された前記混合物を撹拌するステップと
を含む、方法に関連する本発明によって達成される。
【００２２】
そのため、本発明は、粉末材料への吸着と、それに続く膜でのろ過とを組み合わせた水を処理する技法であって、水処理反応器内に特定の粒子状ポリマー材料を準備し、その中で撹拌を行うステップを含む技法とを提案し、その目的は、ろ過膜の少なくとも一部を構成する有機材料に対する吸着性粉末材料の摩耗能力から生じる技術的課題を解決することにある。
【００２３】
本発明は、吸着性粉末材料をＰＡＣとする場合に限定されず、この材料を備え付けるろ過膜の少なくとも一部を構成する有機材料の硬度よりも高い硬度を有するのであれば、この吸着性粉末材料を、例えば、ゼオライトなどの別の材料とする場合も含むことに留意されたい。樹脂の微粒はそのような摩耗能力を有し得るので、本発明は、吸着性材料を樹脂によって構成する場合にも適用されることについて見出すことができる。
【００２４】
当業者は、ろ過膜を収容する反応器に粒子状物質を追加することが、その中で広く行われている撹拌の動きの影響の下で、前記膜の摩耗の現象および／またはこれらの膜の詰まり現象を悪化させると、かなり論理的に考える傾向があった。しかしながら、本発明者らは、粒子状ポリマー材料の追加が、何らかの形で摩耗の現象を増幅しないことに注目した。全くそれとは反対に、粒子状ポリマー材料は、典型的には吸着性粉末材料によってもたらされる機械的消耗および断裂から膜の表面を保護することができる。より詳細には、本発明者らは、材料を構成する粒子およびこれらの粒子により誘発される乱流が、ろ過膜または膜のまわりに保護シールドを形成するということに対して、粒子状ポリマー材料の保護的役割が関連することを示した。かかる保護シールドは、
−  吸着性粉末材料が膜の表面に接合されることを防ぎ、その結果、膜の孔の詰まりを防ぐまたは少なくとも制限することができ、
−  吸着性粉末材料がろ過膜の表面を擦ることを防ぎ、その結果、膜の摩耗の現象を防ぐまたは少なくとも制限することができる。
【００２５】
したがって、本発明に係る技法は、その詰まり解消の目的で膜に化学製品を用いる洗浄の頻度を減少させることができる。
【００２６】
よって、吸着性粉末材料の吸着能力へのそのような化学製品の負の影響は、この材料の消費の減少を含めて低減することができる。
【００２７】
反応器内の撹拌は、吸着性粉末材料と粒子状ポリマー材料とを懸濁状態に置くことに適した媒体を、それらの濃度をその中のどこでも本質的に均一にするように、この反応器の中で生成することをさらに可能にする。これは水の処理を最適化する役割を果たすことができる。
【００２８】
加えて、反応器内における懸濁状態の粒子状ポリマー材料は、反応器内にて追加の乱流を引き起こす。この追加の乱流は、反応器内の吸着性材料の濃度をさらに均質化する役割を果たす。そのため、水処理の効率はより一定になり、処理された水の品質が、より再現性を有するようにすることができる。
【００２９】
これらのすべての理由のために、本発明に係る方法は、吸着性粉末材料の使用において、詰まりを解消する化学製品の使用において、かなりの膜の節約を実現し、エネルギーの観点においても大きな節約を実現可能にし、一方同時に、均一に良好な品質の水を生産し、または現在使用されている方法を用いるよりも良い品質の水さえも生産することができる。 
【００３０】
本発明に係る技法は、膜の耐用年数を伸ばすことができ、その結果、ろ過膜の交換の頻度を、今日の技法と比べて減少させることができる。
【００３１】
一変形例によれば、前記膜反応器内における水、粒子状ポリマー材料、および吸着性粉末材料によって構成された前記混合物を撹拌するステップは、その少なくとも一部が前記混合物に空気を好ましくは連続して注入することからもたらされるようになっている。空気の注入を連続して行うことの利点は、それが遷移動作モードによって乱流を引き起こして、その結果として、エネルギーを節約することにある。 
【００３２】
代替としてまたは補足例として、前記膜反応器内における水、粒子状ポリマー材料、および吸着性粉末材料によって構成された前記混合物を撹拌するステップは、その少なくとも一部が前記反応器内の水および吸着性粉末材料によって構成された前記混合物の少なくとも一部分の再循環からもたらされるようになっていてもよい。
【００３３】
そのため、撹拌がこのように刺激されると、先ず、反応器内における吸着性粉末材料および粒子状ポリマー材料の濃度の均質性を改善し、次に、吸着性粉末材料に対しての粒子状ポリマー材料の保護的役割を促進することができる。
【００３４】
好ましくは、吸着性粉末材料は、粉末活性炭（ＰＡＣ）、すなわち、平均直径５μｍから２００μｍまで、好ましくは、１５μｍから３５μｍまでの粒子によって構成された活性炭であるとよい。
【００３５】
有利には、前記ポリマー材料は、ポリプロピレンビーズ、炭酸ポリプロピレンビーズ、無機物で満たされた中空ポリプロピレンビーズ、ポリカーボネートビーズ、ポリウレタンビーズ、ポリメチルメタクリレートビーズ、ポリブチレンテレフタレートビーズ、ポリオキシメチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、およびポリ塩化ビニルビーズにより構成される群から選ばれたものとなっているとよい。
【００３６】
これらのビーズは、膜と比較して化学的に不活性であるとともに少ししか費用が掛からないという利点を有する。好ましくは、これらのビーズの表面は、膜を摩耗させるような作用をしないように、または処理を受ける水を含むことができるバイオマスを固定するための支持部として働かないように滑らかになっているとよい。
【００３７】
有利な一実施形態では、前記処理を受ける水は、３ｍ／ｈから１５ｍ／ｈまでの速度にて前記膜反応器を循環する。
【００３８】
このような実施は、吸着性材料および粒子状ポリマー材料を懸濁状態に置くのに好ましい反応器内の環境を創り出す。そのため、粒子状ポリマー材料のビーズの移動によって引き起こされる乱流効果は、吸着性粉末材料による膜の摩耗現象を防ぐまたは大きい割合で制限することができる。乱流のこの移動は、ろ過物質に付着し得るとともに孔を詰まらせ得る物質の円滑な分離をも可能にする。
【００３９】
有利には、前記膜は、水中に沈められたマイクロろ過膜、限外ろ過膜、およびナノろ過膜によって構成された膜の群から選ばれたものであるとよい。
【００４０】
特に有利な一実施形態では、本発明に係る方法は、処理を受ける水にオゾンを注入するステップをさらに含み、オゾンを注入する前記ステップは、前記膜反応器の上流または前記膜反応器内にて実行することができる。
【００４１】
このようなステップは、除去される分子の一部を酸化させることによって水の処理の効率を改善することができる。かかるステップは、環境ホルモンおよび医療残留物の除去を特に改善することができる。さらに、オゾン処理は、大きなサイズの有機分子をより小さな分子に分解し、その結果、それらの吸着およびその後のそれらの除去を容易にする。最終的に、オゾン処理は、ある種の藻類毒素および悪臭を放つ分子を除去することができる。
【００４２】
好ましくは、本発明の方法は、前記膜反応器内で凝固剤および／または綿状の注入を含まない。実際、水を処理するある方法は、例えば、水中の有機巨大分子を除去することによって方法の効率を改善し、処理された水から粉末材料を分離することを可能にする凝固／凝集のステップを含む。しかしながら、これらの方法は、分離器が吸着性材料と凝集および凝固反応物を処理された水から分離する計画を示唆する。しかしながら、吸着性粉末材料の一部は、そのような分離中に失われる。これは、新しい吸着性材料の再注入、および水を処理する費用の増加を示唆する。加えて、これらの分離器および凝固／凝集タンクなどは、等価手段にて水処理費用を増加させる原因となる土木工事及び維持へのかなりの投資を必要とする。本発明は、膜を使用するために凝固および／または凝集の実施を避けることができる。このことは、規則に関連する理由により、凝集剤および／または凝固剤の使用が許可されない場合に、特に評価される。本発明に係るプラントのサイズおよび費用は、それによって減少することができる。吸着反応物の損失およびしたがってこの吸着反応物の消費も減少することができる。
【００４３】
本発明の目的は、上記方法を実施するためのプラントであって、
少なくとも１つのろ過膜を含む少なくとも１つの膜ろ過ユニットを統合するように構成される少なくとも１つの膜反応器と、
処理を受ける水を少なくとも１つの膜反応器の中に送る手段と、
前記処理を受ける水の中に吸着性粉末材料を注入する手段と、
前記膜反応器の内容物の少なくとも一部を再循環させる手段と、
前記膜反応器内にて１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌまでの濃度とするような１ｍｍから５ｍｍまでの平均直径および１．０５から１．５までの比重を有する粒子によって構成される粒子状ポリマー材料と、
前記膜反応器の内側にて前記粒子状ポリマー材料を保持する手段と、
前記膜反応器の前記内容物を撹拌する手段と、
前記膜ろ過ユニットからの水を放出する手段と、
水と吸着性粉末材料の混合物、および前記膜反応器からの過度のスラッジを排出する手段と
を備えるプラントとなっている。
【００４４】
そのため、本発明に係るプラントは、凝固／凝集タンクも凝固および凝集反応物を注入する手段もデカンタなどのいずれの分離器も備えないので、凝固／凝集のステップを含むプラントと比較して小型にすることができる。 非膜ろ過ユニットを実装するプラントと比較してもより小型にすることができる。
【００４５】
有利には、前記粒子状ポリマー材料は、ポリプロピレンビーズ、炭酸ポリプロピレンビーズ、無機物で満たされた中空ポリプロピレンビーズ、ポリカーボネートビーズ、ポリウレタンビーズ、ポリメチルメタクリレートビーズ、ポリブチレンテレフタレートビーズ、ポリオキシメチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、およびポリ塩化ビニルビーズにより構成される群から選ばれたものであるとよい。
【００４６】
価値ある一変形例によれば、前記膜反応器は、
前記水と前記吸着性粉末材料との予備接触ゾーンであって、その中に処理を受ける水を送る手段が導かれ、前記吸着性粉末材料を注入する手段が、接触するために前記ゾーンに導かれ、または処理を受ける水を送る前記手段の中に導かれる、予備接触ゾーンと、
膜ろ過ゾーンと
を備え、
前記予備接触ゾーンおよび前記ろ過ゾーンが互いに物理的に分離されており、
前記プラントが、前記予備接触ゾーンの内容物を前記ろ過ゾーンに送る手段を備えている。
【００４７】
本実施形態は、処理を受ける水とこの材料との滞留時間を増大させることによって吸着性粉末材料に汚染物質を吸着させることが好ましい。このような変形例は、処理を受ける水に溶解された汚濁を単純で満足の行くように減少させることを可能にする。
【００４８】
好ましくは、前記膜反応器の内容物を撹拌する前記手段が、膜反応器の内側に、有利には、その下側にまたは前記予備接触ゾーン内に配置される少なくとも１つの空気注入バーを備えている。
【００４９】
代替としてまたは相補的に、前記膜反応器の内容物を撹拌する前記手段が、前記膜反応器の内容物の少なくとも一部を再循環させる手段を含んでいる。
【００５０】
前記膜反応器の予備接触ゾーンに設けられた反応器の内容物を撹拌する手段の形態を用いる撹拌機を提供することも可能にする。
【００５１】
これらの実施形態のいずれかまたはこれらの２つの実施形態の組み合わせは、吸着性粉末材料および粒子状ポリマー材料を膜反応器内で懸濁状態にて維持するように撹拌を生じさせることを可能にさせる。この撹拌は、先ず、反応器内にて前記吸着性粉末材料および前記粒子状ポリマー材料の分布を均一化させることを可能にし、次に、吸着性材料がろ過膜に付着することを防ぐことを可能にする。そのため、水の品質は、より良く、より再現性を有するようにすることができる。摩耗の減少および膜の詰まりは、やはり減少させることができ、または防ぐこともできる。
【００５２】
有利には、本発明に係るプラントは、前記処理を受ける水の中にオゾンを注入する手段を含んでいる。
【００５３】
オゾンを注入する手段は、処理を受ける水を予備接触反応器または膜反応器自体の中に導き入れる手段に配置され得る。オゾンの注入は、処理を受ける水の中への吸着性粉末材料の注入よりも上流にてやはり行われ得る。より詳細には、吸着性材料に接触させるステップの前におけるオゾンの注入は、巨大分子を分解し、吸着の前に水に溶解された汚染物質を部分的に酸化させることができる。そのため、吸着性粉末材料への吸着は容易にすることができ、処理された水の品質を改善することができる。
【００５４】
本発明の他の特徴および利点は、簡単な例示に係る包括的でない例によって与えられた２つの好ましい実施形態についての以下の説明と添付図面とから明確に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る方法を実施するように構成されるプラントの第１実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る方法を実施するように構成されるプラントの第２実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本発明により実施される図１に示した形式のプラントにおけるマイクロろ過膜の透過性の経過を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
［本発明の原理について］
本発明の典型的な原理は、膜の摩耗を制限するように粒子状ポリマー材料を膜反応器の中に加えることによって吸着性粉末材料に吸着させることと膜にてろ過することとを組み合わせた水処理の技法に基づいている。
【００５７】
［第１実施形態の説明］
図１を参照すると、本発明に係る方法を実施するようになっている本発明に係るプラントの第１実施形態が示されている。
【００５８】
本実施形態において、本発明に係るプラントは、水４０を処理する反応器の中に開放されている水１を導き入れるように構成される導管を備え、処理を受ける水をこの反応器の中に導入するようになっている。
【００５９】
オゾン２を注入する手段、すなわち、インジェクタは、処理を受ける水の中にオゾンを注入するように使用され、オゾン処理のステップに水を通過させるようになっている。オゾン処理のこのステップは、処理を受ける水に含まれた汚染物質の全部または一部を酸化させる。それは、巨大分子をも分裂させ、それらが吸着性粉末材料に吸着することを容易にする。本実施形態において、オゾンの注入は水導入パイプ１によって実行される。しかしながら、それは、他の実施形態においては、膜反応器のレベルにて行うことができる。
【００６０】
反応器４０は、膜ろ過モジュール４１を収容するように構成されている。この膜ろ過モジュール４１は、水中膜、本実施形態の場合マイクロろ過膜から成るが、他の実施形態においては、それらは、有機材料から少なくとも一部作製された限外ろ過またはナノろ過とすることができる。反応器４０の寸法は、反応器４０の内壁とろ過モジュール４１の外側外形との間にほとんど空間がないように定められている。 
【００６１】
例えば、インジェクタなどの粒子性吸着性材料３を注入する手段については、反応器４０の中への導入が成される。好ましくは、この粒子性吸着性材料は、ＰＡＣであるとよく、膜反応器４０内の水のＰＡＣ濃度を０.１ｇ／Ｌから５ｇ／Ｌまでの範囲とするように決定された量にて反応器４０に分配される。
【００６２】
反応器４０は、ビーズ４２の形態における粒子状ポリマー材料を含んでいる。ビーズ４２は、滑面を有するようになっている。ビーズは、１ｍｍから５ｍｍまでの平均直径および１．０５から１．５までの比重を有し、本発明に係る方法を実施することに適している。好ましくは、ビーズ４２は、ポリプロピレンビーズ、炭酸ポリプロピレンビーズ、無機物で満たされた中空ポリプロピレンビーズ、ポリカーボネートビーズ、ポリウレタンビーズ、ポリメチルメタクリレートビーズ、ポリブチレンテレフタレートビーズ、ポリオキシメチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、およびポリ塩化ビニルビーズで構成される群から選ばれた粒子状ポリマー材料とすることができる。
【００６３】
好ましくは、ビーズの量は、反応器４０内の水中のビーズ４２の濃度を約８ｇ／Ｌとするように選ばれるとよい。
【００６４】
プラントは、反応器４０の中に空気を注入する手段を備えている。本明細書中、これらの注入手段は、空気導入システム（図示せず）に接続された膜ろ過モジュールの下方にて反応器４０の下側に位置する注入バー４３を備えている。注入空気は、処理を受ける水中の懸濁状態にＰＡＣを置くことを可能にし、その分配は、膜反応器内にて本質的に均一になっており、その汚染物質吸着能力を最大化するようになっている。注入空気は、反応器内のビーズ４２の撹拌をも可能にする。次いで、ビーズ４２は、膜の表面上に保護シールドを形成し、以下のことを可能にする。
−  ＰＡＣが膜の表面に擦れるのを防ぐことによって、摩耗による膜の消耗および断裂を制限すること。
−  材料が反応器内に発生させる乱流のため、これらの膜を傷つけることなく膜の表面に堆積され得る物質を滑らかに取り外すこと。
【００６５】
ＰＡＣと混合された水は、処理された水をＰＡＣから分離するようにろ過モジュールを通過する。その結果、処理された水は、ポンプ５１を配置したパイプ５０によって放出される。
【００６６】
プラントは、再循環ループ４５をも備えており、再循環ループ４５には、再循環ポンプ４６および排出ユニット４７が設けられている。排出ユニット４７は、過度のスラッジを放出するようになっている。再循環パイプ４５の入口は、反応器４０の上部にて開いており、その一方で、その出口は、この反応器の下側にて開いている。このループ４５は、反応器内に収容された水及びＰＡＣの混合物の再循環を少なくとも一部可能にし、この再循環が反応器内の撹拌を発生させることとなる。
【００６７】
反応器４０と再循環ループ４５の入口との間に配置された保持スクリーン４４は、反応器４０内にてビーズ４２を保持するように構成されている。
【００６８】
本実施形態において、反応器内での撹拌は継続的に行われ続ける。
【００６９】
［第２実施形態の説明］
本発明に係る方法を実施するように構成されるプラントの第２実施形態が、図２に示されている。本実施形態では、図１を参照して説明した実施形態におけるものと同じ機能を有する要素は同じ参照符号で記載されている。
【００７０】
第２実施形態において、プラントは、予備接触ゾーン４８とろ過ゾーン４９とに細分された膜反応器４０を備えている。
【００７１】
本明細書中では、予備接触ゾーン４８は予備接触タンク４８を備え、本明細書中では、ろ過ゾーンはろ過タンク４９を備え、予備接触タンクはろ過タンクの上流に配置されている。
【００７２】
この予備接触タンク４８は、このタンクの下側に、例えば、注入バー４３などの空気を注入する手段を収容している。この注入バーは、空気導入ネットワーク（図示せず）に接続されている。予備接触タンク４８はポンプ４６も収容し、このポンプ４６は、タンク４８からろ過タンク４９へ水を循環させることを可能にする。タンク４８は、処理を受ける水と吸着性材料との間の接触時間を増加させる。本実施形態は、化合物がＰＡＣによってより多くの時間吸着され、このようにして水処理方法の効率を増大させることを可能にするように、充填された水を処理することに特に役立つものとなっている。
【００７３】
他の実施形態においては、タンクの内容物の撹拌は、予備接触タンク４８内に設けられた１つまたは複数の撹拌機によって行うことができることに留意されたい。
【００７４】
本実施形態において、水および吸着性材料の混合物ならびに過剰スラッジの放出を可能にする排出ユニット４７は、ろ過タンク４９の下側に位置している。排出ユニット４７に先立って、ろ過タンク４９内にビーズを保持するために使用される保持スクリーン４４が設けられている。
【００７５】
第２実施形態に係るプラントは再循環ループをも備え、この再循環ループはプラント内の水及び吸着性材料の混合物の平均滞留時間を増加させるとともに、予備接触タンク中とろ過タンク中との両方において撹拌を発生させる役割を担う。この再循環ループは、
−  ろ過タンク４９の内容物の少なくとも一部を予備接触タンク４８に再循環させるパイプ４５と、
−  予備接触タンク４８の内容物をろ過タンク４９に送るために使用されるポンプ４６と
を備えている。
【００７６】
第１実施形態の場合と全く同じように、オゾンの注入３は、水導入パイプ１において行われる。しかしながら、他の実施形態においては、予備接触タンク４８の中にまたはろ過タンク４９にてオゾンを注入するこれらの手段を考えることが可能である。
【００７７】
本実施形態においては、反応器内部での撹拌は継続して行われ、膜の詰まり解消が継続される。
【００７８】
［変形例］
本明細書に上述した２つの実施形態においては、空気を反応器の中にまたは反応器のろ過ゾーンの中に注入するように、および反応器の内容物またはろ過ゾーンを再循環するように、反応器の内容物は流動状態に置かれる。変形例においては、反応器の内容物は、空気を注入することだけで、または再循環だけで流動状態に置くことができる。
【００７９】
第２実施形態では、反応器４０は、分離壁によって予備接触タンク４８とろ過ゾーン４９とに細分されている。しかしながら、図示されていない別の実施形態においては、プラントは、膜ろ過手段を収容する水処理反応器とは別個の予備接触タンクを備えることができる。この他の実施形態においては、予備接触タンクは、水処理反応器の上流に配置される。ポンプは、処理を受ける水とＰＡＣの混合物を、パイプを介して予備接触タンクから水処理タンクまで送るために使用される。この変形例においては、ＰＡＣを注入するとともに処理を受ける水を導入する手段は、予備接触タンクの中にも開放している。第２実施形態にあるように、予備接触タンクの撹拌は、空気を注入することおよび／または水を処理するための反応器から予備接触タンクまで処理を受ける水及びＰＡＣの混合物を再循環させることによって行うことができる。
【実施例】
【００８０】
マイクロろ過膜を統合する膜反応器を備え、かつ水を飲用に適したものとさせる目的で水を処理するように構成されるプラントを、ＰＡＣ注入と共に実施し、マイクロろ過膜は、ＰＡＣを水から分離し、微生物の含有量を減少させるために使用した。
【００８１】
微生物の減少を表すログ除去値（ＬＲＶ：Ｌｏｇ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｖａｌｕｅ）のパラメータの測定を、試験の開始時と、（培養とＲＴ−ＰＣＲによる）２つの異なる方法に従って一か月半終わった時点とにおいて行った。以下本明細書で表１に示したこれらの測定値の結果は、この減少について非常に有意な逓減を表す。実際は、一か月半終わった時点で観察されたＬＲＶは、この測定方法に応じて５倍〜７倍も小さくなっていた。これは、ＰＡＣによる摩耗から生じる膜の効率減少を示すものである。
【００８２】
【表１】
0006723920.tif 000002
【００８３】
同じタイプのプラントであるが、直径４ｍｍおよび比重１．０５を有するポリマー材料、すなわち、炭酸ポリプロピレン製のビーズを膜反応器の中への注入することを可能にするプラントにおいて、廃水の浄化の目的で廃水処理を実施した。化学製品を用いた膜の洗浄は行わなかった。
【００８４】
稼働の１．５か月後、ＬＲＶ基準は、３．３、すなわち、その初期状態の値の近くにて測定された。このＬＲＶの３．３は、定量化閾値の近くで微生物の減少に対応している。この結果は、初期に観察された膜の摩耗現象の主要な最小化を証明する。図３を参照すると、膜の相対的な透過性は、時間ＬＰ２０中に測定された透過性と試験ＬＰｉ２０の開示時に測定した透過性との比に対応しており、膜の化学的洗浄が行われていないという事実にもかかわらず、ほんのわずかに低減した。その部分について、ＣＯＤ（化学的酸素要求量（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｍａｎｄ））及びＴＯＣ（全有機体炭素（ｔｏｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃａｒｂｏｎ））の減少は、試験全体を通じて安定だった。
【００８５】
［結論］
よって、本発明に係る方法は、既存の方法の実施により生産されたものよりも優れた品質でないにしても、それと同等な品質に処理された水の生産を可能にする。本発明に係る方法は、ろ過膜の使用時にしばしば出会う課題、すなわち、吸着性材料の摩擦の性質によって、反応器に注入された空気の作用と場合によっては組み合わされて、膜の早期の機械的消耗および断裂を解決する。実際は、想像することが自然であったように膜の摩耗の問題を決して悪化させるものでなく、膜に比べて不活性である粒子状ポリマー材料の追加は、これらの膜の表面を保護する。より詳細には、反応器の撹拌は、吸着性粉末材料と粒子状ポリマー材料の両方を懸濁状態に置くことを可能にする。そのため、膜に対しての吸着性材料の摩擦は制限される。したがって、本発明に係る方法は、膜の機械的消耗および断裂をもたらす摩耗の現象を効果的に減少させる。
【００８６】
加えて、水中の動きによって粒子状ポリマー材料を形成する粒子は、媒体中で乱流の状態に置かれ、吸着性粉末材料がろ過膜に付着し、これらの膜の孔を塞ぐのを防ぐ。その際、本発明に係る方法は、膜の詰まりを制限する役割も果たすことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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