特許 5799101 脱塩水および淡水の再ミネラル化のための微粒子化ＣａＣＯ３スラリー注入システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5799101

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】脱塩水および淡水の再ミネラル化のための微粒子化ＣａＣＯ３スラリー注入システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/68 20060101AFI20151001BHJP

   C01F 11/18 20060101ALI20151001BHJP

   C02F 1/66 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/68 520C

   C01F11/18 Z

   C02F1/68 510B

   C02F1/68 510H

   C02F1/68 510A

   C02F1/68 520D

   C02F1/68 530A

   C02F1/68 530K

   C02F1/68 530L

   C02F1/66 510A

   C02F1/66 510G

   C02F1/66 521D

   C02F1/66 522B

   C02F1/68 520L

   C02F1/68 520B

【請求項の数】21

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-524412(P2013-524412)

(86)(22)【出願日】2011年8月10日

(65)【公表番号】特表2013-535332(P2013-535332A)

(43)【公表日】2013年9月12日

(86)【国際出願番号】EP2011063773

(87)【国際公開番号】WO2012020056

(87)【国際公開日】20120216

【審査請求日】2013年3月18日

(31)【優先権主張番号】61/401,854

(32)【優先日】2010年8月20日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】10172771.7

(32)【優先日】2010年8月13日

(33)【優先権主張国】EP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】505018120

【氏名又は名称】オムヤ インターナショナル アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】スコービー，ミヒヤエル

(72)【発明者】

【氏名】ポフエツト，マルテイン

(72)【発明者】

【氏名】ブリ，マテイアス

(72)【発明者】

【氏名】ブルム，ルネ・ビンツエンツ

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０７８４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２９３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０５９３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１７２５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２６５６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０７８４８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／６８

Ｃ０１Ｆ １１／１８

Ｃ０２Ｆ １／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水の再ミネラル化方法であって：
ａ）供給水を提供する工程、ならびに
ｂ）ガス状二酸化炭素およびスラリを前記供給水に注入する工程であって、前記スラリが０．１から１００μｍの粒径および微粒子化炭酸カルシウムの総重量に基づいて、０．０５から１．５重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する微粒子化炭酸カルシウムを含み、二酸化炭素が第１の工程で注入され、および続いてスラリが第２の工程で注入される工程
を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、スラリ中の炭酸カルシウムの濃度が、スラリの総重量に基づいて０．０５から４０重量％である、方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の方法であって、炭酸カルシウムが０．５から５０μｍの粒径を有する、方法。

【請求項4】

請求項１から３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もしくは沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物である方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の方法であって、スラリがマグネシウム、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6】

請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、スラリが水および炭酸カルシウムを混合することによって新たに調製される、方法。

【請求項7】

請求項５に記載の方法であって、スラリの調製とスラリの注入との間の期間が４８時間未満である、方法。

【請求項8】

請求項１から７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9】

請求項５から８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５から２５ｍｇ／ｌのマグネシウム濃度を有する、方法。

【請求項10】

請求項１から９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11】

請求項１から１０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12】

請求項１から１１のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が５以下のシルト密度指数ＳＤＩ_１５を有する、方法。

【請求項13】

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４以下の膜ファウリング指数ＭＦＩ_０．４５を有する、方法。

【請求項14】

請求項１から１３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地下水、地表水もしくは降雨などの天然水である、方法。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれかに記載の方法であって、二酸化炭素がスラリ調製に使用される水に注入される、方法。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれかに記載の方法であって、再ミネラル化水が供給水とブレンドされる、方法。

【請求項17】

請求項１から１６のいずれかに記載の方法であって、方法が粒子除去工程をさらに含む、方法。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれかに記載の方法であって、方法が：
ｃ）再ミネラル化水のアルカリ度、伝導率、カルシウム濃度、ｐＨ、総溶解固形分および濁度を含む群より選択される、再ミネラル化水のパラメータ値を測定する工程、
ｄ）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工程および
ｅ）測定したパラメータ値と所定のパラメータ値との間の差に基づいて注入した二酸化炭素および／またはスラリの量を提供する工程
をさらに含む、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、所定のパラメータ値が５．５から９であるｐＨ値である、方法。

【請求項20】

水の再ミネラル化のためのスラリの形態の微粒子化炭酸カルシウムの使用であって、再ミネラル化はガス状二酸化炭素およびスラリを供給水に注入することを含み、炭酸カルシウムは０．１から１００μｍの粒径および微粒子化炭酸カルシウムの総重量に基づいて、０．０５から１．５重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有し、二酸化炭素が第１の工程で注入され、および続いてスラリが第２の工程で注入される、使用。

【請求項21】

請求項２０に記載の使用であって、再ミネラル化水が、飲用水、水泳用プールの水などのレクリエーション用水、加工用途のための工業用水、灌漑水または帯水層もしくは井戸灌養のための水より選択される、使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理の分野に、さらに詳細には水の再ミネラル化の方法およびこのような方法での炭酸カルシウムの使用に関するものである。

【背景技術】

【0002】

飲用水は不足してきている。水が豊富な国々でも、すべての水源および貯水池が飲用水の生産に好適なわけではなく、今日の水源の多くは、水質の劇的な劣化に脅かされている。飲用目的に使用する供給水は当初、主に地表水および地下水であった。しかし、海水、塩水、汽水、廃水および汚染流出水の処理は、環境上および経済上の理由でさらに重要性を増している。

【0003】

飲用用途として海水または汽水から水を回収するために、乾燥地域、海岸領域および海島にとってかなり重要である複数の方法が公知であり、このような方法には、蒸留、電解ならびに浸透または逆浸透方法が含まれる。このような方法によって得られる水は、ｐＨ緩衝塩が不足しているために、非常に軟く、低いｐＨ値を有し、このため反応性が高い傾向があり、処理しなければ従来のパイプラインで輸送する間に重大な腐食に関する問題を生じるおそれがある。この他に、未処理脱塩水は、飲用水源としては直接使用できない。望ましくない物質のパイプラインシステム内での溶解を防止するために、水道、例えば管および弁の腐食を回避するために、ならびに水の口当たりを良くするために、水に無機物を再添加することが必要である。

【0004】

水の再ミネラル化に主に使用される従来の方法は、二酸化炭素の石灰溶解および石灰石床濾過である。他のより一般的でない再ミネラル化方法には、例えば水和石灰および炭酸ナトリウムの添加、硫酸カルシウムおよび重炭酸ナトリウムの添加、または塩化カルシウムおよび重炭酸ナトリウムの添加が含まれる。

【0005】

石灰方法は、ＣＯ_２の酸性化水による処理を包含し、以下の反応が関与している：

【0006】

【化1】

【0007】

上の反応スキームから推測されるように、再ミネラル化のために１当量のＣａ（ＯＨ）_２をＣａ^２＋および重炭酸塩に変換するには、２当量のＣＯ_２が必要である。この方式は、塩基性アニオン水酸化物を緩衝重炭酸塩種に変換するために、２当量のＣＯ_２の添加に依存している。水の再ミネラル化では、総重量に基づいて０．１−０．２重量％の、一般に石灰水と呼ばれる水酸化カルシウム飽和溶液を、石灰乳（通常、最大限で５重量％）より調製する。したがって、石灰水を生成するための飽和器を使用しなければならず、再ミネラル化の目標レベルを達成するために大量の石灰水が必要である。この方式のさらなる欠点は、消石灰が腐食性であるため、適切な取扱いや特別の装置を必要とすることである。この他に、消石灰の軟水への添加が十分に制御されていないと、石灰の緩衝特性が存在しないために、望ましくないｐＨ変化が引き起こされることがある。

【0008】

石灰床濾過の方法は、軟水を粒状石灰石床に通過させて炭酸カルシウムを水流に溶解させる工程を含む。石灰石にＣＯ_２の酸性化水を接触させることによって：

【0009】

【化2】

に従って、水がミネラル化される。

【0010】

石灰による方法とは異なり、再ミネラル化のために１当量のＣａＣＯ_３をＣａ^２＋および重炭酸塩に変換するには、１当量のみのＣＯ_２が化学量論的に必要である。その上、石灰石は腐食性ではなく、ＣａＣＯ_３の緩衝特性のために、ｐＨの大きな変化は防止される。

【0011】

石灰の代わりに炭酸カルシウムを使用するもう１つの別の利益は、炭酸カルシウムの二酸化炭素のフットプリントが非常に低いことである。炭酸カルシウム１トンを生産するためにはＣＯ_２ ７５ｋｇが放出されるのに対して、石灰１トンの生産にはＣＯ_２ ７５０ｋｇが放出される。したがって、石灰の代わりに炭酸カルシウムを使用することによって、環境上の利益がある。

【0012】

しかし、粒状炭酸カルシウムの溶解速度は低く、石灰石濾過工程には大型のフィルターが必要である。このことによりこのフィルターにはかなり大きな設置面積が生じ、このような石灰石床濾過システムには大きなプラント表面積が必要とされる。

【0013】

石灰乳または石灰のスラリを使用する水の再ミネラル化は、ＵＳ７，３７４，６９４およびＥＰ０５２０８２６に記載されている。ＵＳ５，９１４，０４６は、パルス化石灰石床を使用する流出水量中の酸性度を低下させる方式について記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】米国特許第７，３７４，６９４号明細書

【特許文献2】欧州特許第０５２０８２６号明細書

【特許文献3】米国特許第５，９１４，０４６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

このため、水の再ミネラル化のための公知の方法の欠点を考慮すると、本発明の目的は、水の再ミネラル化のための代わりのまたは改良された方法を提供することである。

【0016】

本発明の別の目的は、腐食性化合物を必要としない、このため堆積の危険が回避され、耐食性装置が不要となり、プラントで働く人々に安全な環境を提供する、水の再ミネラル化方法を提供することである。石灰工程による今日の水再ミネラル化と比較したときに、環境に優しく、少ない量の二酸化炭素を必要とする方法を提供することも望ましい。

【0017】

本発明の別の目的は、無機物の量を必要とされる量に調整することができる、水の再ミネラル化方法を提供することである。

【0018】

本発明の別の目的は、より小さい再ミネラル化ユニットを使用できるようにする、石灰石を使用した再ミネラル化方法を提供すること、または例えば石灰工程と比較して、より少量の再ミネラル化化合物を使用できるようにする再ミネラル化方法を提供することである。石灰石床濾過の工程よりも小さいプラント面積で運用できる方法を提供することも望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記のおよび他の目的は、（ａ）供給水を提供する工程、ならびに（ｂ）ガス状二酸化炭素およびスラリを供給水に注入する工程であって、スラリが微粒子化炭酸カルシウムを含む工程を含む、水の再ミネラル化方法の提供によって解決される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の方式を操作するために使用できる装置のスキームを示す。供給水は、リザーバ（１）からパイプライン（２）に流入する。パイプライン（２）は、ガス入口（６）を有し、ガス入口（６）を通じて二酸化炭素源（４）からの二酸化炭素を供給水中に注入することができる。第２の入口（１０）はガス入口（６）の下流に位置して、第２の入口（１０）を通じて微粒子化炭酸カルシウムを含むスラリがスラリの貯蔵タンク（９）からの供給水流中に注入される。スラリは、パイプ（１２）を介してリザーバ（１）から得られる水および貯蔵コンテナ（７）から得られる微粒子化炭酸カルシウムを好適なミキサ（８）を使用して混合することにより、オンサイトで調製される。場合により、二酸化炭素は、ガス入口（５）を介してスラリを調製するための水に注入することができる。再ミネラル化水のｐＨは、スラリ入口（１０）下流の試料ポイント（１１）で測定することができる。一実施形態により、供給水の流速は、２００００から５０００００ｍ^３／日である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の別の態様により、水の再ミネラル化のための微粒子化炭酸カルシウムの使用が提供される。

【0022】

本発明の好都合な実施形態は、相当する従属請求項で規定されている。

【0023】

一実施形態により、スラリ中の炭酸カルシウムの濃度は、スラリの総重量に基づいて０．０５から４０重量％、１から２５重量％、２から２０重量％、好ましくは３から１５重量％および最も好ましくは５から１０重量％であり、またはスラリ中の炭酸カルシウムの濃度は、スラリの総重量に基づいて１０から４０重量％、１５から３０重量％もしくは２０から２５重量％である。別の実施形態により、炭酸カルシウムは、０．１から１００μｍの、０．５から５０μｍの、１から１５μｍの、好ましくは２から１０μｍの、最も好ましくは３から５μｍの粒径を有する。また別の実施形態により、炭酸カルシウムは、微粒子化炭酸カルシウムの総重量に基づいて、０．０２から２．５重量％の、０．０５から１．５重量％のまたは０．１から０．６重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する。また別の実施形態により、炭酸カルシウムは、粉砕炭酸カルシウム、修飾炭酸カルシウムもしくは沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物である。炭酸カルシウムは大理石、石灰石およびチョークの主構成要素であることが注目される。方解石は、無機炭酸塩であり、炭酸カルシウムの最も安定な多形体である。炭酸カルシウムの他の多形体は、無機物の霰石およびバテライトである。霰石は３８０−４７０℃にて方解石に変化し、バテライトはさらに安定性が低い。一実施形態により、スラリは、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、好ましくは炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、例えばドロマイト質石灰石、石灰質ドロマイト、ドロマイトまたは半焼成ドロマイト；焼成ドロマイトなどの酸化マグネシウム、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をさらに含む。別の実施形態により、スラリは、水と炭酸カルシウムを混合することによって新たに調製される。また別の実施形態により、スラリの調製とスラリの注入との間の期間は、４８時間未満、２４時間未満、１２時間未満、５時間未満、２時間未満または１時間未満である。また別の実施形態により、注入されたスラリは、飲用水の国内ガイドラインによって規定された微生物学的品質要求事項を満たすものである。

【0024】

一実施形態により、得られた再ミネラル化水は、１５から２００ｍｇ／ｌの、好ましくは５０から１５０ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくは１００から１２５ｍｇ／ｌの、または１５から１００ｍｇ／ｌの、好ましくは２０から８０ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくは４０から６０ｍｇ／ｌの、炭酸カルシウムとしてのカルシウム濃度を有する。別の実施形態により、得られた再ミネラル化水は、５から２５ｍｇ／ｌの、好ましくは５から１５ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくは８から１２ｍｇ／ｌのマグネシウム濃度を有する。また別の実施形態により、再ミネラル化水は、５．０ＮＴＵより低い、１．０ＮＴＵより低い、０．５ＮＴＵより低いまたは０．３ＮＴＵより低い濁度値を有する。また別の実施形態により、再ミネラル化水は、−１から２の、好ましくは−０．５から０．５の、最も好ましくは−０．２から０．２のランゲリア飽和指数を有する。また別の実施形態により、再ミネラル化水は、５以下の、好ましくは４以下のおよび最も好ましくは３以下のシルト密度指数ＳＤＩ_１５を有する。また別の実施形態により、再ミネラル化水は、４以下の、好ましくは２．５以下の、最も好ましくは２以下の膜ファウリング指数ＭＦＩ_０．４５を有する。

【0025】

一実施形態により、供給水は、脱塩された海水、汽水もしくは塩水、処理済み廃水または地下水、地表水もしくは降雨などの天然水である。

【0026】

一実施形態により、二酸化炭素が第１の工程で注入され、続いてスラリが第２の工程で注入されるか、またはスラリが第１の工程で注入され、続いて二酸化炭素が第２の工程で注入されるか、または二酸化炭素およびスラリが同時に注入される。別の実施形態により、二酸化炭素は、スラリの調製に使用される水に注入される。

【0027】

一実施形態により、再ミネラル化水は、供給水とブレンドされる。別の実施形態により、方法は粒子除去工程をさらに含む。

【0028】

一実施形態により、方法は、（ｃ）再ミネラル化水のアルカリ度、伝導率、総硬度、カルシウム濃度、ｐＨ、ＣＯ_２濃度、総溶解固形分および濁度を含む群より選択される、再ミネラル化水のパラメータ値を測定する工程、（ｄ）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工程および（ｅ）測定したパラメータ値と所定のパラメータ値との間の差に基づいて注入した二酸化炭素および／またはスラリの量を提供する工程をさらに含む。別の実施形態により、所定のパラメータ値はｐＨ値であって、ｐＨ値は５．５から９、好ましくは７から８．５である。

【0029】

一実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムは水の再ミネラル化に使用され、再ミネラル化水は、飲用水、水泳用プールの水などのレクリエーション用水、加工用途のための工業用水、灌漑水または帯水層もしくは井戸灌養のための水より選択される。

【0030】

「アルカリ度（ＴＡＣ）」という用語は、本発明で使用する場合、溶液が酸を炭酸塩または重炭酸塩の当量点まで中和する能力の尺度である。アルカリ度は、溶解した塩基の化学量論的和に等しく、ＣａＣＯ_３としてｍｇ／ｌで規定される。アルカリ度は滴定装置によって測定することができる。

【0031】

本発明の目的のために、「カルシウム濃度」という用語は、溶液中の総カルシウム含有量を指し、Ｃａ^２＋またはＣａＣＯ_３としてｍｇ／ｌで規定される。カルシウム濃度は滴定装置によって測定することができる。

【0032】

「伝導率」は、本発明の意味では、測定した水が塩、イオンまたは不純物をどれだけ含まないかという指標として使用される；水が純粋であるほど、伝導率はより低くなる。伝導率は、伝導率計によって測定することができ、μＳ／ｃｍで規定される。

【0033】

「粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）」は、本発明の意味では、大理石、チョークまたは石灰石を含む天然源から得られた炭酸カルシウムであり、湿式および／または乾式による、例えばサイクロンによる粉砕、ふるい分けおよび／または分画などの処理によって加工される。粉砕炭酸カルシウムがドロマイト質方解石の場合のように、定義されたマグネシウム濃度を本来含有できることは、当業者に公知である。

【0034】

「ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）」という用語は、本発明で使用する場合、水性液体がスケール形成性である傾向、または腐食性である傾向を表し、正のＬＳＩはスケール形成性傾向を示し、負のＬＳＩは腐食性の特性を示す。従って平衡したランゲリア飽和指数、即ちＬＳＩ＝０は、水性液体が化学的平衡にあることを意味する。ＬＳＩは以下のように計算する：
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨ_ｓ
式中、ｐＨは、水性液体の実際のｐＨ値であり、ｐＨ_ｓは、ＣａＣＯ_３飽和の水性液体のｐＨ値である。ｐＨ_ｓは、以下のように概算できる：
ｐＨ_ｓ＝（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（ＣａＣＯ_３のｍｇ／ｌ）およびＤは水性液体中のアルカリ度の数値指標（ＣａＣＯ_３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＝（ｌｏｇ_１０（ＴＤＳ）−１）／１０
Ｂ＝−１３．１２×ｌｏｇ_１０（Ｔ＋２７３）＋３４．５５
Ｃ＝ｌｏｇ_１０［Ｃａ^２＋］−０．４
Ｄ＝ｌｏｇ_１０（ＴＡＣ）
式中、ＴＤＳは総溶解固形分（ｍｇ／ｌ）であり、Ｔは温度（℃）であり、［Ｃａ^２＋］は水性液体のカルシウム濃度（ＣａＣＯ_３のｍｇ／ｌ）およびＴＡＣは水性液体のアルカリ度（ＣａＣＯ_３のｍｇ／ｌ）である。

【0035】

「シルト密度指数（ＳＤＩ）」という用語は、本発明で使用する場合、水中の微粒子状物質の量を指し、逆浸透またはナノ濾過システムのファウリング傾向と相関している。ＳＤＩは例えば、水を２０８．６ｋＰａの一定の印加水圧にて通過させるときの、０．４５μｍ膜フィルタの目詰まり率から計算できる。ＳＤＩ_１５値は、水を２０８．６ｋＰａの一定の印加水圧にて１５分間通過させるときの、０．４５μｍ膜フィルタの目詰まり率から計算される。通例、スパイラル型逆浸透は５未満のＳＤＩを必要とし、中空繊維逆浸透システムは３未満のＳＤＩを必要とする。

【0036】

「修正ファウリング指数（ＭＦＩ）」という用語は、本発明で使用する場合、懸濁物質の濃度を指し、水の逆浸透またはナノ濾過膜を目詰まりさせる傾向を予測するための、ＳＤＩよりも正確な指数である。ＭＦＩを決定するために使用できる方式は、１５分の濾過期間にわたって３０秒ごとに体積を記録することを除いて、ＳＤＩの場合と同じであり得る。ＭＦＩは、ｔ／ＶをＶに対してプロットするときに（ｔは、体積Ｖ（リットル）を収集するための時間（秒）である。）、曲線の直線部の傾きとして、グラフを使って得ることができる。１未満のＭＦＩ値は約３未満のＳＤＩ値に相当し、コロイド状および微粒子状ファウリングを制御するのに十分な低さであると見なすことができる。

【0037】

限外濾過（ＵＦ）膜をＭＦＩ測定に使用する場合、指数は、０．４５μｍ膜フィルタを使用する場合のＭＦＩ_０．４５と対比して、ＭＦＩ−ＵＦと呼ばれる。

【0038】

本発明の目的では、「微粒子化された」という用語は、マイクロメートル範囲の粒径、例えば０．１から１００μｍの粒径を指す。微粒子化粒子は、摩擦に基づく技法、例えば湿式または乾式条件下のどちらかでの製粉または粉砕でもよい。しかし、他のいずれかの好適な方式、例えば沈降、超臨界溶液の急速膨張、スプレードライ、天然起源の砂または泥の分級または分画、水の濾過、ゾル−ゲル方法、スプレー反応合成、火炎合成または液体泡合成によって、微粒子化粒子を生産することも可能である

【0039】

本文書を通して、炭酸カルシウム生成物の「粒径」は、粒径の分布によって示される。値ｄ_ｘは、粒子のｘ重量％の直径がｄ_ｘ未満である直径を表す。このことは、ｄ_２０という値はすべての粒子の２０重量％がこの値より小さい粒径であること、およびｄ_７５という値はすべての粒子の７５重量％がこの値より小さい粒径であることを意味する。このためｄ_５０という値は、重量中央粒径であり、即ちすべての粒の５０重量％がこの粒径よりも大きいまたは小さい。本発明の目的では、粒径は別途指摘しない限り、重量中央粒径ｄ_５０として規定される。０．５μｍを超えるｄ_５０を有する粒子の重量中央粒径ｄ_５０値を決定するためには、マイクロメリティックス社、米国によるセディグラフ５１００装置を使用できる。

【0040】

「沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）」は、本発明の意味では、水性環境における二酸化炭素と石灰との反応後の沈降によって、または水中でのカルシウムおよび炭酸塩源の沈降によって、または溶液からのカルシウムおよび炭酸イオン、例えばＣａＣｌ_２およびＮａ_２ＣＯ_３の沈降によって一般に得られる、合成物質である。

【0041】

「再ミネラル化」という用語は、本発明で使用する場合、口当たりの良い水を得るために、無機物を全くまたは十分な量で含有していない水へ無機物を回復させることを指す。再ミネラル化は、少なくとも炭酸カルシウムを処理される水に添加することによって達成できる。場合により、例えば健康に関連した利益のために、または一部の必須無機物および微量元素を適切に摂取できるようにするために、さらなる物質を炭酸カルシウムに混合して、次に再ミネラル化方法の間に水に添加してもよい。ヒトの健康および飲用水の品質に関する国内ガイドラインに従って、再ミネラル化生成物は、マグネシウム、カリウムまたはナトリウムを含有する別の無機物、例えば炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウムまたは必須微量元素を含有する他の無機物を含んでもいてもよい。

【0042】

本発明の目的のために、「スラリ」は、不溶性固形分および水ならびに場合によりさらなる添加剤を含み、通常、大量の固形分を含有し、このためスラリが形成された液体よりも粘性であり、一般に高密度である。

【0043】

「総溶解固形分（ＴＤＳ）」という用語は、本発明で使用する場合、液体中に含まれる、分子、イオン化または微粒子状（コロイド状ゾル）懸濁形の無機物質および有機物質すべてを合せた含有量の尺度である。一般に、操作上の定義は、固形分は２マイクロメートルのふるいによる濾過の後に十分に残存するほど小さくなければならないということである。総溶解固形分は、伝導率計によって評価することができ、ｍｇ／ｌで規定される。

【0044】

「濁度」は、本発明の意味では、一般に裸眼では見えない個々の粒子（懸濁固形分）によって引き起こされる、流体の曇りまたは濁りを示す。濁度の測定は、水質の主要な試験であり、比濁計を用いて行うことができる。本発明で使用するような較正済み比濁計による濁度の単位は、比濁計濁度単位（ＮＴＵ）として規定される。

【0045】

本発明の水の再ミネラル化方法は、（ａ）供給水を提供する工程、ならびに（ｂ）ガス状二酸化炭素およびスラリを供給水に注入する工程であって、スラリは微粒子化炭酸カルシウムを含む工程を含む。

【0046】

本発明の方法で使用される供給水は、各種の供給源から得られる。本発明の方法によって処理される供給水は好ましくは、脱塩された海水、汽水もしくは塩水、処理済み廃水または地下水、地表水もしくは降雨などの天然水である。

【0047】

本発明の一実施形態により、供給水を前処理することができる。前処理は、例えば供給水が地表水、地下水または雨水から得られるときには必要である場合がある。例えば飲用水ガイドラインを達成するには、例えば有機物または好ましくない無機物などの汚染物質を除去するために、化学的または物理的技法を使用して水を処理する必要がある。例えばオゾン処理を第１の前処理工程として使用して、第２の処理工程としての凝固、凝集またはデカンテーションを続けることができる。例えばＦｅＣｌＳＯ_４もしくはＦｅＣｌ_３などの鉄（ＩＩＩ）塩、またはＡｌＣｌ_３、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３もしくはポリアルミニウムなどのアルミニウム塩は、凝集剤として使用することができる。凝集した物質は、例えばサンドフィルターまたは多層フィルターによって供給水から除去することができる。供給水を前処理するために使用することができるさらなる水の精製方法は、例えばＥＰ１９７５３１０、ＥＰ１９８２７５９、ＥＰ１９７４８０７またはＥＰ１９７４８０６に記載されている。

【0048】

本発明の別の例示的な実施形態により、海水または汽水は、最初に外洋採取または井戸などの地下採取によって海からポンプでくみ上げられ、次にふるい、沈降分離または砂除去処理などの物理的前処理を受ける。必要とされる水質に応じて膜上の潜在的なファウリングを減少させるために、凝固および凝集などの追加の処理工程が必要になる場合がある。前処理済みの海水または汽水は次に、例えば多段フラッシュ、多重効用蒸留または限外濾過もしくは逆浸透などの膜濾過を用いて蒸留されて、微粒子および溶解物質が除去され得る。

【0049】

本発明の方法の工程（ｂ）により、ガス状二酸化炭素および微粒子化炭酸カルシウムを含むスラリが供給水中に注入される。一実施形態により、第１の工程で二酸化炭素が注入され、続いて第２の工程でスラリが注入される。代わりの実施形態により、第１の工程でスラリが注入され、第２の工程で二酸化炭素が注入される。しかし、二酸化炭素およびスラリを同時に注入することも可能である。好ましくは、第１の工程で二酸化炭素が注入され、続いて第２の工程でスラリが注入される。いずれの理論にも縛られるものではないが、最初に二酸化炭素を注入することにより反応が加速されると考えられる。

【0050】

ガス状二酸化炭素は貯蔵タンクから取得することができ、貯蔵タンク内でガス状二酸化炭素は液相中に保持されている。二酸化炭素の消費速度および環境に応じて、極低温タンクまたは従来の断熱タンクのどちらかを使用することができる。液体二酸化炭素は、空気加熱気化器または電気もしくは蒸気ベース気化システムを用いてガス状二酸化炭素に変換することができる。必要ならば、例えば圧力降下弁を使用することによって、注入前にガス状二酸化炭素の圧力を低下させることができる。

【0051】

ガス状二酸化炭素を制御速度にて供給水流中に注入し、水流中で二酸化炭素気泡の分散体を形成して、水流中に気泡を溶解させることができる。例えば二酸化炭素の供給水への溶解は、透過物／蒸留物における開始ＣＯ_２濃度、最終目標ｐＨ値（過剰のＣＯ_２）および最終目標カルシウム濃度（添加されたＣａＣＯ_３）によって、４０−６０ｍｇ／ｌの流速にて供給水流を提供することによって促進することができる。例示的な実施形態により、二酸化炭素は、供給水流中の乱流領域に導入され、乱流領域では、例えばパイプラインにおける制限によって乱流を生成することができる。例えば二酸化炭素は、パイプライン内に配置されたベンチュリの喉部に導入することができる。ベンチュリの喉部におけるパイプラインの断面積の狭窄によって、乱流エネルギーが発生して、二酸化炭素を比較的小さい気泡に分裂させて、このことによって二酸化炭素の溶解が促進される。一実施形態により、二酸化炭素は圧力下で水流中に導入される。本発明の別の実施形態により、二酸化炭素の供給水への溶解はスタティックミキサによって促進される。

【0052】

流量制御弁または他の手段を用いて、二酸化炭素の水流中への流速を制御することができる。例えばＣＯ_２分注ブロックおよびＣＯ_２ライン内測定装置を使用して、ＣＯ_２の流速を制御することができる。本発明の１つの例示的な実施形態により、ＣＯ_２は、ＣＯ_２分注ユニット、スタティックミキサおよびライン内ＣＯ_２測定装置を備えた複合ユニットを使用して注入される。

【0053】

二酸化炭素は、炭酸を形成することによって供給水を酸性化する。供給水中に注入される二酸化炭素の量は、供給水中にすでに存在している二酸化炭素の量によって変わるであろう。供給水中にすでに存在している二酸化炭素の量は次に、供給水の上流の処理によって変わるであろう。例えばフラッシュ蒸発によって脱塩された供給水は、逆浸透によって脱塩された供給水とは含有する二酸化炭素の量が異なるであろうし、このためｐＨが異なる。例えば逆浸透によって脱塩された供給水は、約５．３のｐＨを有する場合があり、低濃度の、例えば２−５ｍｇ／ｌのＣＯ_２を有することができる。

【0054】

供給水の再ミネラル化は、微粒子化炭酸カルシウムを含むスラリを供給水中に注入することによって誘発される。

【0055】

供給水中に注入されるスラリは、微粒子化炭酸カルシウムを含む。一実施形態により、スラリ中の炭酸カルシウムの濃度は、スラリの総重量に基づいて０．０５から４０重量％、１から２５重量％、２から２０重量％、３から１５重量％または５から１０重量％である。別の実施形態により、スラリ中の炭酸カルシウムの濃度は、スラリの総重量に基づいて１０から４０重量％、１５から３０重量％または２０から２５重量％である。

【0056】

微粒子化炭酸カルシウムは、マイクロメートル範囲の粒径を有する。一実施形態により、微粒子化カルシウムは、０．１から１００μｍの、０．５から５０μｍの、１から１５μｍの、２から１０μｍのまたは３から５μｍの粒径を有する。

【0057】

好適な炭酸カルシウムの例は、粉砕炭酸カルシウム、修飾炭酸カルシウムもしくは沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物である。天然粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）は、例えば大理石、石灰石、チョークおよび／またはドロマイトの１つ以上を特徴とする。沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）は、例えば霰石、バテライトおよび／または方解石鉱物結晶形の１つ以上を特徴とする。霰石は普通、針状形であるのに対して、バテライトは六方晶系に属する。方解石は、偏三角面、斜方晶、球状および斜方六面形を形成することができる。修飾炭酸カルシウムは、表面および／または内部構造修飾を持つ天然粉砕または沈降炭酸カルシウムを特徴とし、例えば炭酸カルシウムは、例えば脂肪族カルボン酸またはシロキサンなどの疎水性表面処理剤によって処理または被覆することができる。炭酸カルシウムは、例えばポリアクリレートまたはポリダドマックによって、カチオン性またはアニオン性となるように処理または被覆することができる。

【0058】

本発明の一実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムは粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）である。好ましい実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムは、３から５μｍの粒径を有する粉砕炭酸カルシウムである。

【0059】

本発明の別の実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムは、微粒子化炭酸カルシウムの総重量に基づいて、０．０２から２．５重量％の、０．０５から１．５重量％のまたは０．１から０．６重量％のＨＣｌ不溶分含有量を含む。好ましくは、微粒子化炭酸カルシウムのＨＣｌ不溶分含有量は、微粒子化炭酸カルシウムの総重量に基づいて０．６重量％を超えない。ＨＣｌ不溶分含有物は、例えば石英、シリケートまたは雲母などの無機物でもよい。

【0060】

微粒子化炭酸カルシウムに加えて、スラリは微粒子化無機物をさらに含むことができる。一実施形態により、スラリは、微粒子化炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、例えばドロマイト質石灰石、石灰質ドロマイト、ドロマイトまたは半焼成ドロマイト；焼成ドロマイトなどの酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウムまたは必須微量元素を含有する他の無機物を含むことができる。

【0061】

本発明の一実施形態により、スラリは、水および微粒子化炭酸カルシウムを混合することによって新たに調製される。事前混合されたスラリは、安定剤または殺生物剤などのさらなる薬剤の添加を必要とし得るため、スラリの現場調製が好ましい。これらの薬剤は再ミネラル水では望ましくない化合物であり得るからである。本発明の好ましい実施形態により、スラリの調製とスラリの注入との間の期間は、スラリ中での細菌増殖を回避するのに十分な短さである。１つの例示的な実施形態により、スラリの調製とスラリの注入との間の期間は、４８時間未満、２４時間未満、１２時間未満、５時間未満、２時間未満または１時間未満である。本発明の別の実施形態により、注入されたスラリは、飲用水の国内ガイドラインによって規定された微生物学的品質要求事項を満たすものである。

【0062】

スラリは、例えば希薄なスラリには機械式スターラ、またはより高濃度のスラリには特定の粉末液体混合装置などのミキサを使用して調製することができる。調製されるスラリの濃度に応じて、混合時間は、０．５から３０分、１から２０分、２から１０分または３から５分でもよい。本発明の一実施形態により、スラリは混合機を使用して調製され、混合機によってスラリの同時混合および分注が可能となる。

【0063】

スラリを調製するために使用する水は、例えば蒸留水、供給水または工業用水である。本発明の好ましい実施形態により、スラリを調製するために使用する水は、供給水、例えば脱塩処理から得た透過物または蒸留物である。本発明の例示的な実施形態により、スラリを調製するために使用する水は、二酸化炭素によって酸性化される。いずれの理論にも縛られるものではないが、スラリを調製するために使用する水のこのようなＣＯ_２前処理によっては、水への炭酸カルシウムの溶解が増加して、このため反応時間が短縮される。

【0064】

一実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムを含むスラリは、供給水流中に直接注入される。例えば、スラリ用の貯蔵容器と連通したポンプによって、スラリを供給水流中に制御速度にて注入することができる。好ましくは、スラリは、スラリ濃度に応じて１から１０リットル／立方メートル供給水の速度にて供給水流中に注入することができる。別の実施形態により、微粒子化炭酸カルシウムを含むスラリは、例えば機械式スターラなどのミキサを使用して、反応チャンバ内で供給水と混合される。また別の実施形態により、スラリは、供給水流全体を収容するタンクに注入される。

【0065】

本発明の一実施形態により、供給水の一部のみがスラリの注入によって再ミネラル化され、続いて再ミネラル化水が未処理供給水とブレンドされる。場合により、供給水の一部のみが最終目標値と比較して高い炭酸カルシウム濃度まで再ミネラル化され、続いて再ミネラル化水が未処理供給水とブレンドされる。

【0066】

別の実施形態により、処理水または処理水の一部は、再ミネラル化水の濁度レベルをさらに低下させるために、例えば限外濾過によって濾過される。

【0067】

本発明の一実施形態により、スラリは、炭酸カルシウムの完全溶解が達成される量で注入される。例えばＣＯ_２および炭酸カルシウムを含むスラリの注入は、１当量のＣＯ_２に対して１当量の炭酸カルシウムが供給水中に添加される方式で調整されるか、または定義されたｐＨに達するように、ＣＯ_２を定義された過剰量で注入することができる。一実施形態により、本発明の方法は、ＣＯ_２酸性化供給水の再ミネラル化および中和が同時に達成されるような方式で行われる。

【0068】

必要ならば、過剰な二酸化炭素は、ガス・ストリッピング・システムを使用して再ミネラル化水から除去することができる。過剰な二酸化炭素は、本発明の方法で使用するために再生利用することができる。

【0069】

供給水中に注入される二酸化炭素および炭酸カルシウムの量は、水に所望の品質を与えるように選択される。例えば再ミネラル化水の品質は、ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）によって評価することができる。一実施形態により、再ミネラル化水は、−１から２の、好ましくは−０．５から０．５の、最も好ましくは−０．２から０．２のランゲリア飽和指数を有する。別の実施形態により、再ミネラル化水は、５以下の、好ましくは４以下のおよび最も好ましくは３以下のシルト密度指数ＳＤＩ_１５を有する。また別の実施形態により、再ミネラル化水は、４以下の、好ましくは２．５以下の、最も好ましくは２以下の膜ファウリング指数ＭＦＩ_０．４５を有する。評価は、例えば処理供給水を継続的に測定することによって行うことができる。再ミネラル化システムに応じて、処理ｐＨのｐＨは、例えば処理水流中で、スラリおよび供給水が混合される反応チャンバ内で、または再ミネラル化水の貯蔵タンク内で測定することができる。本発明の一実施形態により、ｐＨは、再ミネラル化工程の３０分後、２０分後、１０分後、５分後または２分後に測定される。ｐＨ値の測定は、室温、即ち約２０℃にて行うことができる。

【0070】

本発明の例示的な実施形態により、注入された二酸化炭素および／またはスラリの量は、処理供給水のｐＨ値を検知することによって制御される。またはもしくは加えて、注入された二酸化炭素および／またはスラリの量は、アルカリ度、伝導率、総硬度、カルシウム濃度、ＣＯ_２濃度、ｐＨ、総溶解固形分または濁度などのパラメータを検知することによって制御される。一実施形態により、本発明の方法は、（ｃ）再ミネラル化水のアルカリ度、伝導率、総硬度、カルシウム濃度、ＣＯ_２濃度、ｐＨ、総溶解固形分または濁度を含む群より選択される、再ミネラル化水のパラメータ値を測定する工程、（ｄ）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工程および（ｅ）測定したパラメータ値と所定のパラメータ値との間の差に基づいて注入した二酸化炭素および／またはスラリの量を提供する工程をさらに含む。

【0071】

一実施形態により、所定のパラメータ値はｐＨ値であり、ｐＨ値は５．５から９、好ましくは７から８．５である。

【0072】

本発明の方法は、飲用水、水泳用プールの水などのレクリエーション用水、加工用途のための工業用水、灌漑水または帯水層もしくは井戸灌養のための水を生産するために使用することができる。

【0073】

一実施形態により、再ミネラル化水中の二酸化炭素および炭酸カルシウムの濃度は、国内ガイドラインによって規定された飲用水質に必要とされる値を満足している。一実施形態により、本発明の方法によって得られる再ミネラル化水は、ＣａＣＯ_３として１５から２００ｍｇ／ｌの、好ましくはＣａＣＯ_３として５０から１５０ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくはＣａＣＯ_３として１００から１２５ｍｇ／ｌの、または１５から１００ｍｇ／ｌの、好ましくは２０から８０ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくは４０から６０ｍｇ／ｌのカルシウム濃度を有する。スラリが炭酸マグネシウムまたは硫酸マグネシウムなどのさらなるマグネシウム塩を含む場合、本発明の方法によって得られる再ミネラル化水は、５から２５ｍｇ／ｌの、好ましくは５から１５ｍｇ／ｌのおよび最も好ましくは８から１２ｍｇ／ｌのマグネシウム濃度を有することができる。

【0074】

本発明の一実施形態により、再ミネラル化水は、５．０ＮＴＵより低い、１．０ＮＴＵより低い、０．５ＮＴＵより低いまたは０．３ＮＴＵより低い濁度を有する。

【0075】

本発明の例示的な実施形態により、再ミネラル化水は、−０．２から＋０．２のＬＳＩ、１５から２００ｍｇ／ｌのカルシウム濃度、５から２５ｍｇ／ｌのマグネシウム濃度、ＣａＣＯ_３として１００と２００ｍｇ／ｌの間のアルカリ度、７と８．５の間のｐＨおよび０．５ＮＴＵより低い濁度を有する。

【0076】

本発明の一実施形態により、粒子除去の工程は、例えば再ミネラル化水の濁度レベルを低下させるために、再ミネラル化の後に行われる。粒子除去の工程は、例えば供給水または供給水の一部の濁度レベルを低下させるために、二酸化炭素および／またはスラリの注入前に行うことも可能である。一実施形態により、沈降分離工程が行われる。例えば供給水および／または再ミネラル化水は、水の濁度レベルをさらに低下させるために、浄化器または貯蔵タンク内にパイプで給送することができる。別の実施形態により、粒子はデカンテーションによって除去することができる。または、供給水および／または再ミネラル化水の少なくとも一部は、水の濁度レベルをさらに低下させるために、例えば限外濾過によって濾過することができる。

【実施例】

【0077】

以下の実施例は、各種の炭酸塩岩から調製された炭酸カルシウムを多様の濃度で有する、各種のスラリを示す。

【0078】

供給水を逆浸透脱塩方法から得て、約５０ｍｇ／ｌのＣＯ_２によって酸性化した。スラリは、適切な量の炭酸カルシウムを供給水１００ｍｌと、室温にて磁気スターラを用いて、１０００−１５００ｒｐｍの間の撹拌および３−５分の間の混合時間にて混合することによって調製した。再ミネラル化は、少量のスラリを酸性化供給水約１リットルに添加することによって行い、スラリおよび供給水は、磁気スターラを用いて１０００−１５００ｒｐｍの間の撹拌および２分の混合時間にて混合した。スラリ添加後に毎回、処理供給水から試料を採取し、アルカリ度、濁度、伝導率、ｐＨ、温度を制御した。供給水の再ミネラル化の目標として、ＣａＣＯ_３として１２５ｍｇ／ｌの最終カルシウム濃度を選択した。各試料について再ミネラル化の濁度を混合後および最低６０分の沈降期間の後に直接測定した。沈降した試料で測定された濁度は、再ミネラル化方法における沈降分離の影響を観察するために行った。

【0079】

濁度はハックランゲ２１００ＡＮ ＩＳラボラトリ濁度計によって測定し、較正は０．１、２０、２００、１０００、４０００および７５００ＮＴＵ未満のＳｔａｂＣａｌ濁度標準（ホルマジン標準）を使用して行った。

【0080】

総アルカリ度は、メトラートレドＴ７０滴定装置によって、関連するＬａｂＸ Ｌｉｇｈｔ滴定ソフトウェアを使用して測定した。この滴定には、アプリケーションパンフレット３７（水分析）の対応するメトラートレド法Ｍ４１５に従って、ＤＧｉ１１１−ＳＧｐＨ電極を使用した。ｐＨ電極の較正は、ｐＨ値４．０１、７．００および９．２１のメトラートレド標準を使用して行った。

【0081】

［実施例１］
スラリＡ
スラリの総重量に基づいた０．５および５重量％の炭酸カルシウム濃度を有する２つのスラリを、３．５μｍの粒径および炭酸カルシウムの総重量に基づいた０．２重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する大理石の微粒子化炭酸カルシウムから調製した。

【0082】

表１にまとめた結果は、０．５重量％および５重量％のＣａＣＯ_３スラリを用いた両方の再ミネラル化方法で同様の濁度値を示している。沈降期間の後、試料は０．５ＮＴＵより低い濁度値を示した。

【0083】

［実施例２］
スラリＢ
スラリの総重量に基づいた０．５、１および１０重量％の炭酸カルシウム濃度を有する３つのスラリを、２．８μｍの粒径および炭酸カルシウムの総重量に基づいた１．５重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する大理石の微粒子化炭酸カルシウムから調製した。

【0084】

表１にまとめた結果は、３つすべての再ミネラル化方法について同様の濁度を示している。しかし、再ミネラル化の２分後に採取した沈降試料で測定した濁度値は、実施例１の値より高く、このことは大理石の炭酸カルシウムのＨＣｌ不溶分含有量の相違によるものであり得る。

【0085】

［実施例３］
スラリＣ
スラリの総重量に基づいた５重量％の炭酸カルシウム濃度を有するスラリを、３μｍの粒径および炭酸カルシウムの総重量に基づいた０．１重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する石灰石の微粒子化炭酸カルシウムから調製した。

【0086】

表１にまとめた結果は、沈降試料で測定した濁度値が実施例１および２の値と比較してはるかに低いことを示し、このことは炭酸塩岩の地質構造の違いによるものであり得る。

【0087】

【表1】

【0088】

［実施例４］
各種粒径
スラリの総重量に基づいた５重量％の炭酸カルシウム濃度を有する３つのスラリを、３．５、９および２０μｍの粒径ならびに炭酸カルシウムの総重量に基づいた０．２重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する大理石の微粒子化炭酸カルシウムから調製した。

【0089】

表２にまとめた結果は、沈降期間後により大きい粒径、即ち２０μｍを持つ再ミネラル化水の濁度が、より小さい粒径、即ち３．５μｍを持つ再ミネラル化水の濁度と比較して、より低い濁度を有することを示している。

【0090】

【表2】

【0091】

パイロット規模実施例
以下のパイロット規模実施例は、炭酸カルシウムの水性スラリを使用する各種の再ミネラル化実験を示す。このパイロット試験用のすべてのスラリを調製するために使用する微粒子化炭酸カルシウムは、３μｍの粒径および炭酸カルシウムの総重量に基づいた０．１重量％のＨＣｌ不溶分含有量を有する石灰石である。この石灰石は、実施例３で示したスラリＣを調製するために使用した炭酸カルシウムに相当する。微粒子化炭酸カルシウムの水性スラリの固形分含有量は、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて０．４−２０重量％の間であった。微粒子化炭酸カルシウムスラリを調製するために使用した水性媒体は、逆浸透によって得た水であった。以下では、「逆浸透によって得た水」および「逆浸透またはＲＯ水」という用語は、同意語として使用する。

【0092】

パイロット規模試験では、５０または１００ｍｇ／ＬのどちらかのＣａＣＯ_３を逆浸透（ＲＯ）によって得た水に添加した。

【0093】

すべてのパイロット規模試験は、シルバーソン製のフラッシュミックスＦＭ３０ミキサ内で常圧にて、過剰量のＣＯ_２を使用して行った。再ミネラル化試験は、バッチモードまたは連続モードのどちらかで行い、どちらも４００Ｌバッファタンクを使用した。微粒子化炭酸カルシウムスラリは、バッチモードの供給弁によって、およびライン内再ミネラル化実験用の蠕動ポンプによって添加した。

【0094】

ＣＯ_２の酸性化水中に分注された炭酸カルシウムの溶解を、ｐＨ、伝導率および濁度を測定することによって調べた。濁度の低下および伝導率の上昇により、目標水質、例えば１ＮＴＵ未満の濁度を満足するために、特定の条件、例えば初期ＲＯ水質、温度、ＣＯ_２過剰にてＣａＣＯ_３が完全に溶解するための反応時間を評価することが可能であった。

【0095】

１．１００ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加および各種のＣＯ_２流速によるＲＯ水の再ミネラル化のバッチ試験
微粒子化ＣａＣＯ_３スラリを使用する再ミネラル化試験は、ＣＯ_２分注の作用におけるＣａＣＯ_３の溶解を調べるために、最初にバッチモードで行った。この試験は、逆浸透によって得られ、バッファタンクに含有されている水４００Ｌを、閉ループ内のミキサを通じてポンプで給送することによって行った。このバッチ試験では、ポンプおよびフラッシュミックスミキサの前に、４．５バールのＣＯ_２圧にて定義された期間にわたって、ＣＯ_２分注を行った。

【0096】

使用した微粒子化炭酸カルシウムスラリは、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて２０重量％の固形分含有量を有していた。再ミネラル化のために、ＲＯ水に１００ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３を１回、供給弁を通じて添加した。

【0097】

この試験に使用したＲＯ水は、以下のパラメータを有していた：

【0098】

【表3】

【0099】

伝導率、ｐＨおよび濁度を各試験で測定して、指数関数的挙動を濁度低下および伝導率上昇について観察した。したがって、目標濁度を達成するために必要とされる反応時間は、各ＣＯ_２分注について概算できた。

【0100】

表３は、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて２０重量％の固形分含有量を有する微粒子化炭酸カルシウムスラリを使用した、および各種のＣＯ_２流速を使用した、１００ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加によるＲＯ水の再ミネラル化で得た各種の結果を示す。

【0101】

【表4】

【0102】

表３からわかるように、および予想されたように、ＣａＣＯ_３の溶解は、実験中に分注された過剰量のＣＯ_２を使用することによって加速させることができる。１ＮＴＵ未満の濁度は、２、４および８Ｌ／分のＣＯ_２の流速それぞれで、およそ９０分、６０分および４０分後に達成することができた。

【0103】

２．５０ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加および各種のＣＯ_２分注時間によるＲＯ水の再ミネラル化のバッチ試験
すべての試験は、上記のパイロット規模試験と同じプロトコルを使用して行った；しかし処理ＲＯ水に添加したカルシウム濃度は、１００ｍｇ／Ｌの代わりに５０ｍｇ／Ｌであった。

【0104】

これらのバッチ試験では、ＣＯ_２がシステム中に導入された位置は、前の試験の間と同じ、例えばポンプおよびフラッシュミキサの前であった。ＣＯ_２分注を４．５バールにて４Ｌ／時の一定流速によって、各種の分注時間で行った。すべての試験は、ＲＯ水に添加したＣａＣＯ_３の量に対して過剰量のＣＯ_２を使用することによって行った。ＣＯ_２分注時間の、即ちこのバッチ試験の間に分注された過剰量のＣＯ_２の、再ミネラル化水の濁度に対する影響を観察した。

【0105】

表４は、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて１０重量％の固形分含有量を有する微粒子化炭酸カルシウムスラリを使用した、および各種の分注時間で４Ｌ／時の一定のＣＯ_２流速を使用した、５０ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加によるＲＯ水の再ミネラル化で得た各種の結果を示す。

【0106】

【表5】

【0107】

実験番号４では、ＣＯ_２をＲＯ水に連続して分注したが、実験番号５および６では、ＣＯ_２を実験の最初の１０分間または２０分間だけ分注した。実験番号７では、ＣａＣＯ_３を一切添加せずに、ＲＯ水をＣＯ_２によって最初に１０分間処理した。次に、微粒子化カルシウムスラリを添加して、さらにＣＯ_２を実験のさらに１０分間にわたって分注した。

【0108】

実験番号７では、前分注を行っていないときの他の実験番号４から６と比較したときに、ＣＯ_２前分注によって、より急速な濁度低下が実験開始時に示されることが観察された。しかしＣＯ_２分注を中止したときに、さらなる改善は観察されなかった。加えて、目標の濁度レベルに達するために必要とされる時間は、すべての実験でＣＯ_２分注と比例していた。最も高速の実験は、ＣＯ_２を連続添加した実験番号４であった。最も低速の実験は、ＣＯ_２を１０分間のみ分注した実験番号５であった。１ＮＴＵ未満の濁度は、１０分、２０分および連続ＣＯ_２分注でそれぞれ、およそ９０分、６０分および４０分後に達成することができた。

【0109】

３．５０ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加および各種のＣＯ_２流速によるＲＯ水の再ミネラル化の連続再ミネラル化試験
バッチ試験に関して上に記載したのと同じ構成を使用して、２回の再ミネラル化実験を連続モードで行った。

【0110】

実験を連続モードで開始するために、まずＲＯ水４００Ｌの１つのバッチを、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて１０重量％の固形分含有量を有する微粒子化炭酸カルシウムスラリを使用することによって、５０ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３で最初に処理した。濁度が１ＮＴＵ未満の値に達したとき、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて０．４重量％の固形分含有量を有する水性微粒子化炭酸カルシウムスラリを蠕動ポンプによって０．１５Ｌ／分にて添加することによって、連続再ミネラル化方法を開始した。再ミネラル化水は１２Ｌ／分の流速にて生産された。

【0111】

強調する必要があるのは、連続再ミネラル化実験がｐＨ、伝導率および濁度に関して非常に安定な条件を１時間を超える期間にわたって示したことである。

【0112】

表５は、微粒子化炭酸カルシウムの重量に基づいて０．４重量％固形分含有量を有する微粒子化炭酸カルシウムスラリを使用した、および各種のＣＯ_２流速を使用した、５０ｍｇ／ＬのＣａＣＯ_３の添加によるＲＯ水の連続再ミネラル化の結果を示す。

【0113】

【表6】

【図1】