特表 2024-511630 バイオ層及びろ過媒体を使用して給水を処理する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-14

(54)【発明の名称】バイオ層及びろ過媒体を使用して給水を処理する方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/06 20230101AFI20240307BHJP

   C02F 3/10 20230101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

C02F3/06

C02F3/10 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023558818

(86)(22)【出願日】2022-01-26

(85)【翻訳文提出日】2023-10-30

(86)【国際出願番号】 US2022013845

(87)【国際公開番号】W WO2022203760

(87)【国際公開日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】P202130262

(32)【優先日】2021-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】ES

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519415100

【氏名又は名称】ディディピー スペシャルティ エレクトロニック マテリアルズ ユーエス，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100144417

【弁理士】

【氏名又は名称】堂垣 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】ギルム ヒラベルト オリオール

(72)【発明者】

【氏名】ホータ．マルクス スラハト

(72)【発明者】

【氏名】ヘラルド マッソンス

【テーマコード（参考）】

4D003

【Ｆターム（参考）】

4D003AA01

4D003DA01

4D003DA22

4D003DA24

4D003EA14

4D003EA30

4D003FA02

(57)【要約】

水を処理する方法であって、高さが１０ｃｍ～２ｍである架橋樹脂ビーズの床を備えた容器に水を通す工程であり、前記床は、処理水を生成するために、この床の上部のバイオ層を含む、通す工程を含み、
（ａ）バイオ層における面積正規化フリーボイド容積は、０．０１８ｍ^３／ｍ^２以下であり；
（ｂ）バイオ層における充填密度は、０．６４～０．９８であり；
（ｃ）バイオ層における全フリーボイド容積に対する樹脂ビーズの外表面積の比は、２．０未満～５０ｍ^２／Ｌであり；
（ｄ）バイオ層を通過する水の速度は、１時間当たり１～１，５００バイオ層体積であり；
（ｅ）バイオ層を通過する流れのレイノルズ数は、０．１０～３．０であり；及び
（ｆ）容器は、床の上部から５～１９５ｃｍ下の中間分配器を備える、方法。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

給水を処理する方法であって、高さが１０ｃｍ～２ｍである架橋樹脂ビーズの床を備えた容器に前記給水を通す工程であり、前記床は、処理水を生成するために、前記床の上部のバイオ層とビーズ層とを含む、通す工程を含み、
（ａ）前記バイオ層における面積正規化フリーボイド容積は、０．０１８ｍ^３／ｍ^２以下であり；
（ｂ）前記バイオ層における充填密度は、０．６４～０．９８であり；
（ｃ）前記バイオ層における全フリーボイド容積に対する前記樹脂ビーズの外表面積の比は、２．０未満～５０ｍ^２／Ｌであり；
（ｄ）前記バイオ層を通過する水の速度は、１時間当たり１～１，５００バイオ層体積であり；
（ｅ）前記バイオ層を通過する流れのレイノルズ数は、０．１０～３．０であり；及び
（ｆ）前記容器は、前記床の上部から５～１９５ｃｍ下に位置する中間分配器を備える、
方法。

【請求項2】

前記ビーズ層は、微生物を含まず、前記バイオ層処理水が前記ビーズ層を通過して処理水が生成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

密度が０．５７ｇ／ｃｍ^３～０．９９８ｇ／ｃｍ^３であり且つ調和平均径が２～４ｍｍである不活性粒子の層をさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記不活性粒子は、平均球形度が０．７～１．０であり且つ平均真円度が０．４～１．０である非晶質粒子である、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記床は、第１のタイプの樹脂ビーズと、第２のタイプの樹脂ビーズとを備え、前記第２のタイプの樹脂ビーズの密度は、前記第１のタイプの樹脂ビーズの密度と比べて大きい、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記容器は、０．５～２．５ｍｍの直径の開口を有する上部分配器をさらに備える、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記方法は、後続の洗浄する工程をさらに含み、前記洗浄する工程は、前記中間分配器を介して前記容器に水性媒体を強制的に入れることを含み、その結果、前記水は、前記バイオ層を通過し、前記上部分配器を介して前記容器から出る、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記レイノルズ数は、０．３０～１．１０である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記方法は、前記処理水を水ろ過プロセスに通す工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

多くの場合には、逆浸透又はナノろ過等の精製プロセスを使用して水から不純物を除去することが望ましい。そのような精製プロセスでの１つの一般的な課題は、生物付着（細菌が装置上で増殖する現象）である。例えば、精製プロセスが水を膜に通すことを含む場合には、生物付着により、この膜上でバイオフィルムが成長する。

【0002】

国際公開第２０１９２１２７２０Ａ１号パンフレットでは、水を、バイオ層を備えた容器に通した後に逆浸透膜に供給する方法が説明されている。不純水を前処理する方法の改善を提供することが望まれている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

下記は、本発明の説明である。

【0004】

本発明は、給水を処理する方法であって、高さが１０ｃｍ～２ｍである架橋樹脂ビーズの床を備えた容器にこの給水を通す工程であり、前記床は、処理水を生成するために、床の上部にバイオ層を含む、通す工程を含み、
（ａ）バイオ層における面積正規化フリーボイド容積は、０．０１８ｍ^３／ｍ^２以下であり；
（ｂ）バイオ層における充填密度は、０．６４～０．９８であり；
（ｃ）バイオ層における全フリーボイド容積に対する樹脂ビーズの外表面積の比は、２．０未満～５０ｍ^２／Ｌであり；
（ｄ）バイオ層を通過する水の速度は、１時間当たり１～１，５００バイオ層体積であり；
（ｅ）バイオ層を通過する流れのレイノルズ数は、０．１０～３．０であり；及び
（ｆ）容器は、床の上部から５～１９５ｃｍ下に位置する中間分配器を備える、
方法を対象とする。

【0005】

下記は、図面の簡単な説明である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の好ましい実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

下記は、本発明の詳細な説明である。

【0008】

本明細書で使用される場合、下記の用語は、別途文脈が明確に示さない場合、指定された定義を有する。「樹脂」は、本明細書で使用される場合、「ポリマー」と同意語である。互いに反応してポリマーの繰り返し単位を形成し得る分子は、本明細書では、「モノマー」として知られる。そのように形成された繰り返し単位は、本明細書では、モノマーの「重合した単位」として知られる。全ての百分率は、特に明記しない限り、重量による。

【0009】

ビニルモノマーは、フリーラジカル重合プロセスに関与可能な非芳香族炭素－炭素二重結合を有する。ビニルモノマーとして、例えば、スチレン、置換スチレン、ジエン、エチレン、エチレン誘導体、及びこれらの混合物が挙げられる。エチレン誘導体として、例えば、下記：酢酸ビニル及びアクリルモノマーの非置換型及び置換型が挙げられる。「置換」は、例えば、アルキル基、アルケニル基、ビニル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボン酸基、スルホン酸基、アミノ基、第四級アンモニウム基、及びこれらの組み合わせ等の少なくとも１個の結合した化学基を有することを意味する。

【0010】

一官能性ビニルモノマーは、１分子当たり正確に１個の重合性炭素－炭素二重結合を有する。多官能性ビニルモノマーは、１分子当たり２個以上の重合性炭素－炭素二重結合を有する。

【0011】

カテゴリー「アクリルモノマー」は、アクリル酸；メタクリル酸；アクリル酸又はメタクリル酸の置換又は非置換アルキルエステル；及びアクリロニトリルから選択されるモノマーの群である。

【0012】

本明細書で使用される場合、ビニル芳香族モノマーは、１個又は複数個の芳香環を含有するビニルモノマーである。ビニルモノマーは、炭素－炭素二重結合が互いに反応してポリマー鎖を形成するビニル重合のプロセスによってポリマーを形成すると考えられる。

【0013】

ポリマーの重量を基準として、重合した単位の少なくとも９０重量％（好ましくは少なくとも９５重量％、好ましくは少なくとも９９重量％）が１種又は複数種のビニルモノマーの重合した単位であるポリマーは、ビニルポリマーである。ビニル芳香族ポリマーは、ポリマーの重量を基準として、重合した単位の５０重量％以上（好ましくは少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％）が１種又は複数種のビニル芳香族モノマーの重合した単位であるポリマーである。

【0014】

ポリマーが、多官能性ビニルモノマーの重合した単位を含む場合には（即ち、ポリマーが、少なくとも１％の多官能性ビニルモノマーの重合した単位を含む場合には）、樹脂は、本明細書では、架橋されていると見なされる。ビーズの場合には、ポリマーの重量は、このビーズの乾燥重量と見なされる。樹脂ビーズは、イオン交換に使用される典型的な官能基を含んでもよいし、官能化されていないコポリマー又は「吸着性」樹脂であってもよい。

【0015】

粒子が球形である程度は、物体の３つの主な直交軸であるａ（最長）、ｂ（中間）、及びｃ（最短）を使用して、下記：Ψ＝ｃ／ａの通り定義される球形度Ψで特徴付けられる。「真円度」（Ｒ）は、物体のシルエットの角及び端の平均曲率半径と、このシルエット内に内接し得る最大の円の半径との比として定義される。球形度及び真円度は、Ｈ．Ｗａｄｄｅｌｌ，Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．３１０－３３１（１９３３）により詳細に説明されている。

【0016】

樹脂ビーズの集合体は、ビーズの直径で特徴付けられ得る。球形ではない粒子は、この粒子と同じ体積を有する球の直径に等しい直径を有すると考えられる。調和平均径（ＨＭＤ）は、下記式：

【数1】

（式中、ｉは、個々のビーズにわたる添字であり；ｄ_ｉは、各個々の粒子の直径であり；Ｎは、ビーズの総数である）
で定義される。

【0017】

微生物は、一部が個々の細胞として存在するか又は細胞のコロニーとして存在する単細胞生物である。含まれるのは、細菌、原生動物、及び古細菌である。いくつかの真菌及び藻類は、微生物である。

【0018】

バイオ層は、床の上部から下方に伸びる薄層である。典型的には、バイオ層の厚さは、１０ｃｍ未満であり、好ましくは５ｃｍ未満であり、好ましくは２ｃｍ未満である。バイオ層は、不純な給水が、容器に収容された樹脂ビーズの床を通って流れる場合に、形成される。微生物は、容器への入口に最も近い樹脂ビーズの層中で増殖する。微生物は、この微生物の細胞及びこの微生物によってもたらされた細胞外高分子物質（ＥＰＳ）の両方を含有するバイオマスをもたらす。バイオマス中のＥＰＳの割合は、変化する。典型的なバイオマスでは、ＥＰＳは、体積でバイオマスの７５％以上であり得るか、又は８５％以上であり得るか；又は９５％以上であり得る。バイオ層の存在は、様々な方法で検出され得る。多くの実施形態では、樹脂ビーズの床は、透明な容器（例えばガラス又は透明なポリ塩化ビニル製の容器）中に保持される。その結果、バイオ層が成長しつつある領域は、不透明な白色物質が樹脂ビーズ間に見られる領域として目視により検出され得る。本発明は、任意のタイプの容器において行われ得るが、透明性は、バイオ層の存在を検証するのに役立ち得、したがって、バイオ層が、類似の条件下で動作する不透明容器にも存在することが合理的に推定され得る。また、不透明容器は、任意選択的に、バイオ層の目視観察を可能にする透明な窓を備え得る。好適な容器材料は、ガラス、プラスチック、鋼鉄、又は他の材料である。

【0019】

バイオ層中の微生物の存在は、他の方法で検証され得る。例えば、バイオ層のサンプルが採取され、光学顕微鏡で観察され得る。樹脂ビーズ間の隙間における微生物及び結果として生じるＥＰＳの材料特性は、光学顕微鏡で目に見えるであろう。微生物増殖を、アデノシントリホスフェートの存在について分析することによりモニタリングし得るか；疑わしいバイオ層からの材料を培養し、コロニーを数えることによりモニタリングし得るか；全有機体炭素（ＴＯＣ）について分析することによりモニタリングし得るか；窒素について分析することによりモニタリングし得るか；炭水化物及び／又はタンパク質について分析することによりモニタリングし得る。また、容器を通過する給水の圧力降下をモニタリングし得る。微生物が増殖するにつれて、圧力降下は、より大きくなる。本発明の方法の正常な運転中に、バイオ層の形成は、圧力降下を測定することによってモニタリングされるであろうことが企図される。バイオマスを測定する他の手段として、バイオマスによる溶存酸素消費量の測定、又はリン酸塩以外の他の栄養素（例えば、窒素、炭素）の消費量の測定；並びに生物同化可能な炭素及びＢＯＤの測定が挙げられる。

【0020】

微生物の増殖は、容器への入口に最も近い領域において樹脂ビーズ間で始まる。微生物の増殖が続く場合には、この微生物は、樹脂ビーズ及び微生物を含有する層中に存在しており；この層は、本明細書では、バイオ層として知られている。微生物の増殖が続くにつれて、水の流れの正味の方向で測定した場合には、バイオ層の厚さも成長し続ける。

【0021】

好ましくは、中間分配器は、床の上部から少なくとも１０ｃｍ下に位置しており、好ましくは少なくとも１５ｃｍ下に位置しており；好ましくは１００ｃｍ以下で下に位置しており、好ましくは７５ｃｍ以下で下に位置しており、好ましくは５０ｃｍ以下で下に位置している。床の「長さ」は、水の正味の流れの方向での床の寸法とみなされる。好ましくは、中間分配器は、床の上部から床の長さの少なくとも３％、好ましくは少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、好ましくは９８％以下、好ましくは９５％以下、好ましくは９０％以下、好ましくは８０％以下、好ましくは７０％以下、好ましくは６０％以下の距離の下に位置している。好ましくは、床の長さは、４０ｃｍ～２ｍであり；好ましくは少なくとも５０ｃｍであり、好ましくは少なくとも６０ｃｍであり、好ましくは少なくとも７０ｃｍであり、好ましくは１．５ｍ以下であり、好ましくは１ｍ以下であり、好ましくは９０ｃｍ以下である。本発明の好ましい実施形態では、床の長さが６０ｃｍ～１ｍである場合には、中間分配器は、樹脂床の上部から５～５５ｃｍであり；好ましくは少なくとも８ｃｍであり、好ましくは少なくとも１２ｃｍであり；好ましくは５０ｃｍ以下であり、好ましくは４５ｃｍ以下であり、好ましくは４０ｃｍ以下である。床は、１種のみの樹脂ビーズで構成されていてもよいし、複数種で構成されていてもよい。

【0022】

好ましくは、中間分配器は、水平若しくは垂直に配置された楔形のワイヤパイプ若しくはノズル（例えば、ＫＳＨ ＡＤＳＰ若しくはＡＫＳＰに類似のノズル）を含む水平ラテラルを含む分配システムであるか、又は星型分配システム（例えば、ＫＳＨシリーズＳＤ、ＳＫ、ＳＳ、ＳＯ）である。好ましくは、中間分配器の開口は、直径が０．０５～２ｍｍであり、好ましくは０．１～０．５ｍｍである。好ましくは、中間分配器は、床の全横断面にわたり実質的に均一な流れを生じるように分配された開口を備えている。好ましくは、中間分配器は、形状が対称であり、即ち、横断面に対して垂直な少なくとも１つの対称面を有している。「星」分配器が使用される場合には、好ましくは、この分配器は、中心から放射状に延びる３～８本（好ましくは５本又は６本）のパイプを備えている。並列パイプを備えている分配器は、好ましくは、３～８本（好ましくは４～６本）のパイプを有する。

【0023】

好ましくは、容器は、この容器の上部で浮遊する非晶質粒子の形態の浮遊不活性物質を含む。不活性物質とは、酸性基、アミン、第四級アンモニウム基等のイオン交換樹脂に典型的な官能基を有していない物質のことである。好ましくは、不活性物質は、ポリオレフィンであり、好ましくはポリエチレン又はポリプロピレンであり、好ましくはポリエチレンである。好ましくは、不活性粒子は、平均球形度が０．７～１．０であり、且つ平均真円度が０．４～１．０である。好ましくは、平均球形度は、少なくとも０．７５であり、好ましくは少なくとも０．８０であり；好ましくは０．９５以下であり、好ましくは０．９２以下であり、好ましくは０．９０以下である。好ましくは、平均真円度は、少なくとも０．４５であり、好ましくは少なくとも０．５０であり、好ましくは少なくとも０．５５であり；好ましくは０．９５以下であり、好ましくは０．９０以下であり、好ましくは０．８５以下であり、好ましくは０．８０以下であり、好ましくは０．７５以下であり、好ましくは０．７０以下である。好ましくは、平均球形度及び平均真円度は、両方とも、０．９５以下であり、好ましくは０．９０以下である。好ましくは、不活性粒子は、調和平均直径が少なくとも１ｍｍであり、好ましくは少なくとも２ｍｍであり、好ましくは５０ｍｍ以下であり、好ましくは２５ｍｍ以下であり、好ましくは１０ｍｍ以下であり、好ましくは４ｍｍ以下である。

【0024】

好ましくは、上部分配器の最下点から下の容器内の浮遊不活性物質の長さ（流れに対して垂直）は、１００～５００ｍｍであり、好ましくは１５０～３００ｍｍである。

【0025】

好ましくは、非晶質粒子は、密度が少なくとも０．６０ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは少なくとも０．６５ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは少なくとも０．７０ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは少なくとも０．７５ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは少なくとも０．８０ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは少なくとも０．８５ｇ／ｃｍ^３である。好ましくは、非晶質粒子は、密度が０．９９７ｇ／ｃｍ^３以下であり、好ましくは０．９９６ｇ／ｃｍ^３以下である。

【0026】

好ましくは、上部分配器中の開口は、直径が０．５～２．５ｍｍである。「直径」という用語は、本明細書では、円形の開口、及び他の形状を有する開口の幅を指すために使用される。後者の場合には、直径は、開口の最大寸法である。好ましい上部分配器として、水平ノズルプレート、星分配器システム、楔形のワイヤ又はノズルを有するラテラルパイプを有する水平分配器が挙げられる。好ましくは、上部分配器は、形状が対称であり、即ち、横断面に対して垂直な少なくとも１つの対称面を有している。「星」分配器が使用される場合には、好ましくは、この分配器は、中心から放射状に延びる３～８本（好ましくは５本又は６本）のパイプを備えている。

【0027】

本発明は、本明細書では「給水」と称される不純水の処理を伴う。好ましい実施形態では、給水は、容器に入り、バイオ層を通過し、次いで同じ容器において、微生物又はＥＰＳをほとんど又は全く含まない樹脂ビーズの集合体（本明細書では「ビーズ層」として知られている）を通過する。微生物の量は、１立方センチメートル当たりの微生物の重量として特徴付けられ得る。好ましくは、バイオ層中の微生物の平均量に対する割合としてのビーズ層中の微生物の平均重量は、１０％以下であり；より好ましくは３％以下であり；より好ましくは１％以下である。

【0028】

好ましいビニル芳香族モノマーは、スチレン、アルキルスチレン、及び多官能性ビニル芳香族モノマーである。アルキルスチレンの中でも、好ましいのは、アルキル基が１～４個の炭素原子を有するものであり；より好ましいのは、エチルビニルベンゼンである。多官能性ビニル芳香族モノマーの中でも、好ましいのは、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）である。好ましくは、このポリマーは、多官能性ビニル芳香族モノマーの重合した単位を、ポリマーの重量を基準とした重量で、少なくとも１％の量で含み；好ましくは少なくとも２％の量で含み；好ましくは１０％以下の量で含み；好ましくは８％以下の量で含み、好ましくは６％以下の量で含む。マクロ孔質樹脂ビーズは、平均径が１０ｎｍ超である細孔を有する。ゲル樹脂ビーズは、もつれたポリマー鎖間で通常生じるボイド容積によってのみ形成される間隙率を有する。ゲル樹脂ビーズは、平均細孔径が１０ｎｍ以下である。好ましくは、樹脂ビーズは、ゲル樹脂ビーズである。

【0029】

樹脂ビーズの別の固有の特性は、個々のビーズの比重であるビーズ密度である。好ましくは、樹脂ビーズは、ビーズ密度が１．０４～１．６であり；好ましくは少なくとも１．０６であり；好ましくは１．５以下であり、好ましくは１．４以下である。

【0030】

樹脂ビーズの固有の特性は、直径である。好ましくは、樹脂ビーズの集合体は、調和平均径が２００マイクロメートル以上であり；より好ましくは３００マイクロメートル以上であり；より好ましくは４００マイクロメートル以上である。好ましくは、樹脂ビーズの集合体は、調和平均径が２，０００マイクロメートル以下であり；より好ましくは１，５００マイクロメートル以下であり；より好ましくは１，０００マイクロメートル以下である。好ましくは、樹脂ビーズは、数平均球形度が０．８５以上であり；より好ましくは０．９０以上であり；より好ましくは０．９５以上であり；より好ましくは０．９８以上である。

【0031】

樹脂ビーズの固有の特性は、樹脂ビーズの内部又は樹脂ビーズの表面上に配置され得る、水和酸化第二鉄（ＨＦＯ）の粒子を樹脂ビーズが含有するか否かである。好ましい樹脂ビーズは、ＨＦＯの粒子を含有する。ＨＦＯ粒子は、好ましくは、平均径が５００ｎｍ未満である。好ましくは、ＨＦＯの量は、ＨＦＯを含めて、樹脂ビーズの総重量を基準として５重量％以上であり；より好ましくは１０重量％以上である。好ましくは、ＨＦＯの量は、（ＨＦＯを含めて）樹脂ビーズの重量を基準として４０重量％以下であり、；より好ましくは３０重量％以下である。

【0032】

樹脂床中の層の「長さ」は、水の正味の流れの方向での層の寸法であると考えられる。本発明の好ましい実施形態では、樹脂床は、本明細書において樹脂１及び樹脂２と称される２種の樹脂ビーズを含む。好ましくは、樹脂２のビーズは、樹脂１のものと比べて密度が高い。
Ｌ１＝樹脂１層の長さ
Ｌ２＝樹脂２層の長さ
好ましくは、樹脂２の密度と樹脂１の密度との比は、１．０４：１～１．６：１であり、好ましくは１．０５：１～１．５：１であり、好ましくは１．１：１～１．５：１である。好ましくは、Ｌ２：Ｌ１の比は、１２：１～１：１０であり；好ましくは７：１～１：５であり；好ましくは４：１～１：３であり；好ましくは３：１～１：１．５である。好ましくは、Ｌ１は、５～１００ｃｍであり、好ましくは１０～７０ｃｍであり、好ましくは１５～５０ｃｍである。好ましくは、Ｌ２は、２０～１８０ｃｍであり、好ましくは２５～１２０ｃｍであり、好ましくは３０～８５ｃｍであり、好ましくは３５～７０ｃｍである。好ましくは、中間分配器は、樹脂１の床の底より低くなく、この床の上部からの最小深さは、上述した通りである。

【0033】

容器の横断面は、この容器を通る水の正味の流れの方向に対して垂直に取られたセクションである。好ましくは、樹脂ビーズが存在する容器の部分は、一様な横断面を有する。好ましくは、この横断面は、円形である。

【0034】

給水は、バイオ層を通過し、したがって「バイオ層処理」水と本明細書では表示される。

【0035】

バイオ層の様々な特性は、下記の通りに決定される。単位は、括弧内に示される。
Ｄｐ＝単一ビーズの直径＝ビーズの集合体のＨＭＤ （ｍ）；
Ｖｂ＝単一ビーズの体積＝（４／３）（ｐｉ）（Ｄ_ｐ／２）^３ （立方メートル又はｍ^３）；
Ｓｂ＝単一ビーズの表面積＝４（ｐｉ）（Ｄ_ｐ／２）^２ （平方メートル又はｍ^２）；
ＮＰＣＭ＝１立方メートル当たりのビーズの数＝ε／Ｖｂ （ｍ^－３）；
Ａｖ＝容器の内部容積の断面積 （ｍ^２）；
Ａｓ＝バイオ層の断面積＝バイオ層におけるＡｖ （ｍ^２）；
Ｖｓ＝バイオ層の体積＝Ａｖ＊Ｌ （ｍ^３）；
ＳＢＶ＝ビーズによって占有されたバイオ層の体積＝Ｖｓ＊Ｖｂ＊ＮＰＣＭ （ｍ^３）；
Ｓｔｏｔ＝バイオ層におけるビーズの全表面積＝ＮＰＣＭ＊Ｖｓ＊Ｓｂ （ｍ^２）；
ＦＶＶ＝バイオ層におけるフリーボイド容積＝Ｖｓ－ＳＢＶ （ｍ^３）。

【0036】

バイオ層は、全フリーボイド容積で特徴付けられ得る。下記：
ＡＮＦＶＶ＝ＦＶＶ／Ａｓ （ｍ^３／ｍ^２）
の通り、バイオ層の断面積で割ることによって全フリーボイド容積を正規化して、面積正規化フリーボイド容積（ＡＮＦＶＶ）を得ることが有用である。
面積正規化フリーボイド容積（ＡＮＦＶＶ）は、０．０１８ｍ^３／ｍ^２以下であり；好ましくは０．０１５ｍ^３／ｍ^２以下である。ＡＮＦＶＶは、好ましくは、０．００１ｍ^３／ｍ^２以上であり；より好ましくは０．００２ｍ^３／ｍ^２以上である。

【0037】

バイオ層は、式ＰＤ＝１－ε（式中、ボイド分率εは、測定量であり、バイオ層を通して水を流し、バイオ層の入口から出口までの水の圧力降下を測定することによって、２５℃で測定される）で定義される充填密度（ＰＤ）で特徴付けられ得る。次いで、充填密度εは、コンピュータモデリングを使用して、下記の様な公知のカルマン－コゼニー式：

【数2】

（式中、ｄＰは、バイオ層間の圧力降下（バール）であり；Ｌは、バイオ層の厚さ（メートル）であり；μは、２５℃での水で粘度（０．０００８９７Ｐａ＊ｓ）であり；ｖは、水の速度（メートル／秒）であり、上記で定義されたＤｐは、単一ビーズの直径であり、Ψは、ビーズの球形度であり、ここで、Ψ＝１であると仮定される）
を解くことによって見出される。

【0038】

ｄＰ／Ｌの測定を、下記の通りに行い得る。Ｌは、上記で説明したように観察し得且つ直接測定し得るバイオ層の長さである。ｄＰを測定するために、一方法は、容器を通過する水の比速度ｖにおいて、微生物のあらゆる増殖前に、樹脂ビーズを含有する容器全体間の圧力降下（ΔＰｉ）を測定することである。次いで、微生物の増殖が起こった後、同じ速度ｖで水が通過しながら容器全体間で圧力降下（ΔＰｌ）を測定する。したがって、ｄＰ＝ΔＰｌ－ΔＰｉである。

【0039】

充填密度（ε）は、０．６４以上であり；好ましくは０．７０以上であり；好ましくは０．７４以上である。充填密度（ε）は、０．９８以下であり；好ましくは０．９６以下であり；好ましくは０．９５以下であり；好ましくは０．９４以下である。充填密度は、微生物が増殖する前は範囲の下限付近であり、運転中に上限付近まで増加し、次いで洗浄プロセスを実施してバイオマスを除去した後に下限まで戻る。

【0040】

バイオ層の別の特性は、樹脂ビーズの外表面積と全フリーボイド容積との比（「ＲＳＶ」）：
ＲＳＶ＝Ｓｔｏｔ／ＦＶＶ
である。

【0041】

ＲＳＶは、２ｍ^２／Ｌ以上であり；好ましくは５ｍ^２／Ｌ以上であり；より好ましくは１０ｍ^２／Ｌ以上である。ＲＳＶは、５０ｍ^２／Ｌ以下であり；好ましくは４０ｍ^２／Ｌ以下であり；より好ましくは３０ｍ^２／Ｌ以下である。ＲＳＶは、最初に、個々の量について上記で列挙された単位を全て有する量を使用して算出され、ｍ^２／ｍ^３の単位でＲＳＶが得られ、これは、次いで便宜上ｍ^２／Ｌに変換される。

【0042】

本発明の方法の特性は、バイオ層を通る給水の流量（ＦＲ）である。この流量は、１時間当たりのバイオ層体積（Ｖｓ／ｈ）として特徴付けられる。流量は、１Ｖｓ／ｈ以上であり；好ましくは１０Ｖｓ／ｈ以上であり；より好ましくは３０Ｖｓ／ｈ以上であり；より好ましくは１００Ｖｓ／ｈ以上であり；好ましくは１２０Ｖｓ／ｈ以上である。流量は、１，５００Ｖｓ／ｈ以下であり；好ましくは１，０００Ｖｓ／ｈ以下であり；より好ましくは７５０Ｖｓ／ｈ以下である。

【0043】

本発明の方法の別の特性は、バイオ層を通る流れのレイノルズ数（Ｒｅ）である。ＦＶＶＬは、下記のパラメータを使用して決定される：
ＴＶＳ＝全ボイド表面積＝Ａｓ＊（１－ε） （ｍ^２）；
ＦＲ＝体積流量＝（Ｖｓ／ｈ単位での流量） （ｍ^３／ｈ）；
ＦＶＶＬ＝フリーボイド速度＝ＦＲ／ＴＶＳ （ｍ／ｈ）；
ρ＝２５℃での水の密度＝９９８．２ｋｇ／ｍ^３；
μ＝２５℃での水の粘度＝０．０００８９７Ｐａ＊ｓ；
Ｄｖ＝［（０．１５４７）＊Ｄｐ］＝［平面で直径Ｄｐの３つの最密円で縛られる間質領域にフィットする理論円の直径］ （ｍ）。
次いで、レイノルズ数（Ｒｅ）を、下記の通りに決定する：
Ｒｅ＝ＦＶＶＬ＊Ｄｖ＊ρ／μ
レイノルズ数は、０．１０以上であり；好ましくは０．２０以上であり；より好ましくは０．３０以上である。レイノルズ数は、３．０以下であり；より好ましくは２．０以下であり；より好ましくは１．５以下であり；より好ましくは１．１以下である。

【0044】

バイオ層処理水がバイオ層から離れた後、これは、好ましくは、直ちに同じ容器中のビーズ層に入る。この水がビーズ層を通過した後、これは、本明細書では、「処理」水と表示される。

【0045】

本発明の好ましい実施形態は、図１に示されている。図１は、樹脂ビーズを含有する容器２の垂直横断面を示す。容器の水平横断面は、円形である。水は、入口３を通って容器２に入り、次いでバイオ層１を通過し、バイオ層処理水になる。次いで、バイオ層処理水は、２つのビーズ層である樹脂１層１３及び樹脂２層６を通過し、処理水になる。樹脂ビーズは、ビーズ層樹脂１層１３、ビーズ層樹脂２層６、及びバイオ層１中に存在しており、床は、バイオ層１並びにビーズ層１３及び６を含む。樹脂ビーズは、水の通過を可能にするが樹脂ビーズを所定の位置で保持する障壁／上部分配器４により、容器内に保持されている。ビーズ処理水は、出口５を通って容器２を出る。水の通過を可能にするがビーズを所定の位置に保持する障壁／底部分配器７も示される。ビーズ層の逆洗中に、ポート９を介して、水及び／又は空気が注入される。バイオ層の逆洗中に、ポート／中間分配器１１を介して、水及び／又は空気が注入される。障壁７は、逆洗液の通過、並びにバイオ層中に存在していた微生物、ＥＰＳ、及び樹脂ビーズ以外のあらゆる他の物質の通過を可能にする。フリーボード８は、逆洗を容易にするために設けられている。浮遊不活性物質１０は、障壁７の保護、並びに微生物、ＥＰＳ、及び廃棄物流１２中に排出されるバイオ層中に存在していた樹脂ビーズ以外のあらゆる他の物質の通過を容易にする。

【0046】

本発明は、下層の樹脂床の乱れを最小限に抑えつつバイオ層から過剰なバイオマスを除去する方法をさらに対象とする。好ましくは、洗浄プロセスを、空気、水、適切な水溶液、又はこれらの組み合わせを導入することにより、本発明の記載において上記で説明されている容器内で頻繁に実施するが、但し、空気を使用する場合には、その後に、床全体（バイオ層及びビーズ層）の乱れの代わりに、局所的に最上層（即ち、バイオ層）でのバイオマス増殖を洗浄して維持するために、加圧下で、中間分配器を介して、水又は水性媒体を導入しなければならない。これにより、樹脂ビーズから過剰な微生物及びＥＰＳが除去される。好ましくは、洗浄プロセスにより、微生物の５０重量％以上及びＥＰＳの５０重量％以上が除去される。より好ましくは、洗浄プロセスにより、微生物の９０重量％以上及びＥＰＳの９０重量％以上が除去される。好ましくは、バイオ層の高さは、洗浄プロセスで少なくとも４０％拡大されており；好ましくは少なくとも８０％拡大されており；好ましくは２００％以下で拡大されており、好ましくは１００以下で拡大されている。

【0047】

好ましくは、全逆洗プロセスをより長い間隔で実施して、樹脂ビーズから過剰な微生物及びＥＰＳを除去する。逆洗媒体（空気、水、適切な水溶液、又はこれらの組み合わせ）を、加圧下で、出口を介して容器に押し入れる。逆洗媒体は、給水によって取られた方向と反対の方向に「上向流」で容器を通過する。即ち、逆洗媒体は、ビーズ層を通過し、次いでバイオ層を通過し、次いで入口を出る。好ましくは、逆洗プロセスにより、微生物の５０重量％以上及びＥＰＳの５０重量％以上が除去される。より好ましくは、逆洗プロセスにより、微生物の９０重量％以上及びＥＰＳの９０重量％以上が除去される。好ましくは、逆洗媒体がバイオ層を通して移動する場合には、樹脂ビーズは、沈む傾向がある一方、微生物及びＥＰＳは、浮遊する傾向があり、微生物及びＥＰＳの除去は、樹脂ビーズがより高いビーズ密度を有する場合により効率的に進行する。好ましくは、逆洗媒体として空気が使用される場合には、続いて水又は水溶液が使用される。

【0048】

処理水は、あらゆる目的のために使用され得る。処理水は、この処理水が使用されるその後の任意のシステム（例えば、パイプ、冷却塔、熱交換器、浄水システム、及びこれらの組み合わせを含むシステム）で生物付着を引き起こす傾向が低下することが予想される。浄水システムとして、例えば、限外ろ過、精密ろ過、逆浸透、及びナノろ過、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、処理水は、この処理水に対して逆浸透（ＲＯ）プロセス若しくはナノろ過プロセス（ＮＦ）又はこれらの組み合わせを実施する装置に搬送される。より好ましくは、処理水は、この処理水に対して逆浸透（ＲＯ）プロセスを実施する装置に搬送される。

【実施例】

【0049】

下記は、本発明の実施例である。「樹脂２」は、床中の「樹脂１」の下に存在している。中間分配器による実行では、空気を使用し、次いで水を使用して、バイオマスを除去した。樹脂の特性は、下記に示す通りである：
樹脂１：
・粒径７００～９５０μｍ
・密度：１．０８ｇ／ｍＬ
・官能性：非官能化
・材料：架橋アクリル
・球形度：０．９９
・真円度：０．９５
・高さ：３０ｃｍ（床の上部から）
樹脂２：
・粒径６００～７００μｍ
・密度：１．２５ｇ／ｍＬ
・官能性：鉄含浸
・材料：架橋スチレン
・球形度：０．９９
・真円度：０．９５
・高さ：５０～８０ｃｍ（床の底部から）

【0050】

【表1】

【0051】

洗浄を、浮遊不活性物質を使用して行なうか使用することなく行なった。使用した物質は、下記の特性を有していた：
・粒径：２．５～４ｍｍ
・密度：０．９５ｇ／ｍＬ
・官能性：非官能化
・材料：ポリエチレン
・球形度：０．８６
・真円度：０．６１
・高さ：バイオ層に向けて上部分配位置の最下点から２００ｍｍ下

【0052】

【表2】

【0053】

上述した２つの構成のそれぞれで逆洗を実施した後、上部分配器スロットを検査した。

【0054】

上部分配器の画像のコンピュータ解析により、不活性物質を使用しない媒体配置構成では、このスロットの７２．８％において、開口にビーズが捕捉されていることが明らかとなった。不活性物質を使用した床配置構成を使用し、且つ同一の逆洗条件と適用することにより、このスロットのわずか１０．１％において、開口にビーズが捕捉されていた。

【図1】

【国際調査報告】