特表 2024-528601 尿及び廃水処理システム

(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】2024-07-30

(54)【発明の名称】尿及び廃水処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/58 20060101AFI20240723BHJP

   A61M 1/00 20060101ALI20240723BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20240723BHJP

   B01D 61/14 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

B01D61/58

A61M1/00 170

B01D61/02 500

B01D61/14 500

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024501217

(86)(22)【出願日】2022-07-15

(85)【翻訳文提出日】2024-03-11

(86)【国際出願番号】 US2022073816

(87)【国際公開番号】W WO2023288330

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】63/222,738

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518038319

【氏名又は名称】ジョージア テック リサーチ コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＧＥＯＲＧＩＡ ＴＥＣＨ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(71)【出願人】

【識別番号】511140426

【氏名又は名称】クランフィールド ユニバーシティー

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＡＮＦＩＥＬＤ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イー， シャノン

(72)【発明者】

【氏名】ラヴンダル， クリスティン

(72)【発明者】

【氏名】デイビー， クリス

(72)【発明者】

【氏名】マクアダム， ユアン

(72)【発明者】

【氏名】シャーマン， クリスティン

(72)【発明者】

【氏名】アゼベド， カイル

(72)【発明者】

【氏名】ゲイロ， ライアン

(72)【発明者】

【氏名】ターナー， トラヴィス

【テーマコード（参考）】

4C077

4D006

【Ｆターム（参考）】

4C077AA19

4C077BB02

4C077DD14

4C077DD17

4C077EE04

4D006GA03

4D006GA06

4D006JA53Z

4D006JA57Z

4D006JA67Z

4D006KA33

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA63

4D006KA64

4D006KD30

4D006KE13R

4D006PA01

4D006PB08

4D006PC80

(57)【要約】

尿及び廃水処理のための様々なシステムおよび方法が記載される。様々な例では、尿及び廃水処理システムが液体廃棄物を受け取るように構成されたタンクと、液体廃棄物の密度を低減し、クロスフローを生成するように液体廃棄物に空気を吹き込むように構成された空気ブロワと、第１の透過液出口及び第１の濃縮物出口を備える限外濾過段階と、第２の透過液出口及び第２の濃縮物出口を備える逆浸透段階と、を備える濾過ユニットとを含むことができる。逆浸透段階は、限外濾過段階から第１の透過液を受け取るように構成される。

【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体廃棄物処理システムであって、
限外濾過段階であって、
液体廃棄物を第１の透過液及び第１の濃縮物に分離するように構成された限外濾過フィルタと、
前記限外濾過フィルタへの入口に配置されたディフューザであって、前記ディフューザは空気ブロワに接続され、かつ前記液体廃棄物の密度を低減するために空気を前記液体廃棄物に導入して、前記限外濾過フィルタ内にクロスフローを生成するように構成される、ディフューザと、を含む、限外濾過段階と、
前記限外濾過段階から前記第１の透過液を受け取り、第１の透過液を第２の透過液及び第２の濃縮物に分離するように構成される逆浸透段階であって、前記第２の透過液が使用又は再使用のための非飲用水である、逆浸透段階と、を含む、
液体廃棄物処理システム。

【請求項2】

前記限外濾過段階は、リザーバタンク及び透過液ポンプを備え、
前記逆浸透段階は、透過液タンク及び高圧ポンプを備える、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項3】

前記逆浸透段階は、前記第２の濃縮物を前記リザーバタンクに送るように構成された再循環導管を更に備える、
請求項２に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項4】

前記液体廃棄物は、尿、糞便、洗浄水、及び微量のトイレ付随物のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項5】

前記液体廃棄物は、バッファタンクシステムから受け取った浄化された液体である、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項6】

使用又は再使用のための非飲料水として排出される前記第２の透過液は、
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦５０ｍｇ／Ｌと、
全懸濁固体（ＴＳＳ）≦１０ｍｇ／Ｌと、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全窒素（Ｎ）に対して、全窒素（Ｎ）＞７０％減少と、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全リン（Ｐ）に対して、全リン(Ｐ)＞８０％減少と、
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌと、のうちの少なくとも１つを満たす、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項7】

前記限外濾過段階が第１の圧力で動作し、前記逆浸透段階が第２の圧力で動作する、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項8】

前記逆浸透段階は高圧で動作する、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項9】

前記ディフューザは、エアストーンを含む、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項10】

コントローラは、前記限外濾過段階及び前記逆浸透段階の自動運転を可能にする、
請求項１に記載の液体廃棄物処理システム。

【請求項11】

液体廃棄物の処理の方法であって、
前記液体廃棄物の密度を低減し、かつクロスフローを生成するために、液体廃棄物に空気を吹き込むことと、
第１の透過液と第１の濃縮物とを分離するために、限外濾過段階で前記液体廃棄物を濾過することと、
前記第１の濃縮物を排出することと、
第２の透過液と第２の濃縮物とを分離するために、逆浸透段階で前記第１の透過液を濾過することと、
前記第２の透過液を使用可能な水として排出することと、を含む、
方法。

【請求項12】

前記第１の透過液をリザーバタンクに圧送することを更に含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

高圧でリザーバタンクから前記逆浸透段階を通して前記第１の透過液を圧送することを更に含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記逆浸透段階において、濾過するために前記第２の濃縮物を再循環させることを更に含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

使用可能な水として排出される前記第２の透過液は、
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦５０ｍｇ／Ｌと、
全懸濁固体（ＴＳＳ）≦１０ｍｇ／Ｌと、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全窒素（Ｎ）に対して、全窒素（Ｎ）＞７０％減少と、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全リン（Ｐ）に対して、全リン（Ｐ）＞８０％減少と、
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌと、のうちの少なくとも１つを満たす、
請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記液体廃棄物は、尿、糞便、洗浄水、及び微量のトイレ付随物のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記液体廃棄物は、バッファタンクシステムから受け取った浄化された液体である、
請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記第１の濃縮物を排出することは、前記第１の濃縮物を、濃縮物中の固体廃棄物を分離するためのシステムに排出することを含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

前記逆浸透段階において前記第１の透過液を濾過することは、前記第１の透過液をリザーバタンク内で受け取ることと、前記第２の濃縮物を再循環させることとを含む、
請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は２０２１年７月１６日に出願された「尿及び廃水処理システム」と題する米国仮出願第６３／２２２，７３８号の利益及び優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

世界中で推定４５億人の人々が、安全で手頃な価格の衛生システムにアクセスしていない。高レベルの小児死亡及び疾患は、病原体を含む糞便物質が食品又は水供給に侵入する口腔糞便汚染と関連付けられている。従来の衛生下水システムが利用できないか、又は非実用的である場合、非下水衛生システムが必要である。

【発明の概要】

【0003】

限外濾過段階及び逆浸透段階を含む液体廃棄物処理システムが本明細書に開示される。限外濾過段階は、液体廃棄物を第１の透過液及び第１の濃縮物に分離するように構成された限外濾過フィルタと、限外濾過フィルタへの入口に配置されたディフューザとを備え、ディフューザは空気ブロワに接続され、かつ液体廃棄物の密度を低減するために空気を液体廃棄物に導入して、限外濾過フィルタ内にクロスフローを生成するように構成される。逆浸透段階は、限外濾過段階から第１の透過液を受け取り、第１の透過液を第２の透過液及び第２の濃縮物に分離するように構成され、第２の透過液は、使用又は再使用のための非飲用水である。開示される液体廃棄物処理システムを使用して液体廃棄物を処理する方法も開示される。

【0004】

本開示の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細な説明の考察に基づけば、当業者には明らかであるか、又は明らかになるのであろう。すべてのそのような追加のシステム、方法、特徴、及び利点はこの説明内に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。加えて、記載された実施形態のすべてのオプションの及び好ましい特徴及び修正は、本明細書で教示される本開示のすべての態様で使用可能である。さらに、従属請求項の個々の特徴、ならびに記載された実施形態のすべてのオプションの及び好ましい特徴及び修正は互いに組み合わせ可能であり、互換性がある。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してよりよく理解することができる。図面中の構成要素は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。図面において、同様の参照符号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。

【0006】

【図1】図１は、本明細書に記載の様々な実施形態による、尿及び廃水処理システムの例示的な概略図を示す。

【0007】

【図2】図２は、本明細書に記載の様々な実施形態による、尿及び廃水処理のための例示的な方法を示す。

【0008】

【図3】図３は、本明細書に記載される様々な実施形態による、非下水単一ユニットトイレシステム内のモジュールとして使用される尿及び廃水処理システムの一例の概略図を図示する。

【0009】

【図4】図４は、本明細書に記載される様々な実施形態による、非下水単一ユニットトイレシステム内のモジュールとして使用される尿及び廃水処理システムの別の例示的な概略図を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

衛生システムは、開放的な排便又は改善された衛生設備の欠如が一般的であり、疾患につながり得る世界の領域に必要とされる。廃水から廃棄物を受け取る従来の廃水及び廃水処理プラントは、実施及び運転するのに費用がかかることがある。廃棄物を大量に処理するマルチユニットトイレの技術は、開発されている。しかしながら、下水管接続なしで家庭内に配備することができる、安全で手頃な価格の衛生システムへのアクセスを提供するための技術が必要とされている。世界中で水不足が高まるにつれて、長距離にわたる廃棄物の輸送のための大量の水への依存を減らす衛生システムは、開発途上国だけでなく、世界的にもますます重要になるのであろう。

【0011】

これらの欠点に対処するために、独立の非下水トイレシステムで使用するためのシステムが、本明細書で論じられる。システムは、人間の廃棄物から病原体を不活性化し、安全な処分のために廃棄物を調製するように構成することができる。システムはまた、清浄水などの貴重な資源を回収することができる。システムは、入力水又は出力下水に接続せずに動作するように構成することができる。いくつかの例示的なシステムは、バッテリベースであるか、又はオフグリッド再生可能エネルギーによって電力供給され得る。システムは、低コストの製造及び低動作コストのために最適化することができる。このシステムは、先進国や発展途上国だけでなく、貧しい都市環境で活動する持続可能な衛生サービスを促進することができる。

【0012】

ＩＳＯ ３０５００標準は、水とエネルギーの消費を最小限に抑え、人間の廃棄物を安全な出力に変換することを含む戦略を通じて、基本的な衛生ニーズに対処し、経済的、社会的、環境的持続可能性を促進するように設計された非下水道衛生システムのための技術基準を提供している。これらの衛生システムは、いかなる下水又は排水ネットワークにもコネクションせずに動作し、健康及び環境安全及び規制パラメータを満たすことを意図している。いくつかの例では、本明細書に記載のシステムが、ＩＳＯ ３０５００標準を満たすか又はそれを超える処理済み出力を提供するように構成することができる。

【0013】

例えば、人間の廃棄物ストリームは、尿、糞便、下痢などを含むことができる。衛生付随物は、トイレットペーパー、女性用衛生廃棄物、おむつ、他の紙製品などを含むことができる。いくつかのトイレシステムでは、おむつなどの非有機製品を含む衛生付随物の一部は、人間の廃棄物のストリームとは別に受け取り、処理され得る。いくつかの例では、廃棄物ストリームは、ヒトの糞便及び尿、月経血、胆汁、洗浄水、肛門洗浄水、トイレットペーパー、他の体液及び／又は固体を含む。さらに、廃棄物ストリームは、洗浄水、すすぎ水、洗浄水、淡水、消耗水、飲料水、使用可能な水などを含む水を含むことができる。

【0014】

例えば、独立の非下水トイレシステムは、液体処理システム及び固体処理システムを含むことができ、それらの各々は別個のシステムとして動作することができ、又は人間の廃棄物の処理のために相互接続され得る。独立の非下水トイレシステムはまた、少なくとも１つの分離システムを備えることができる。いくつかの例では、人間の廃棄物ストリームの内容物は、別々に分離又は処理され得る。ストリームの分離は、元の物質を主に糞便、尿、及び廃水のストリームに分割することによって、混合内容物の人間の廃棄物のストリームよりも効率的な処理を提供することができる。１００％分離は実用的ではないので、ストリーム間の交差汚染の程度は、後続の下流処理アプローチに許容可能である。本明細書に記載されるように、主に糞便を含む糞便ストリームは「茶色のストリーム」とも呼ばれる。茶色のストリームは大部分が糞便であるが、他の液体及び固体廃棄物と混合され得る。例えば、茶色のストリームは、糞便、トイレットペーパー、いくらかの尿、及びいくらかの水を含むことができる。本明細書に記載されるように、「緑色のストリーム」は大部分が水、いくらかの尿、及びいくらかのトイレットペーパーを含むことができ、通常、糞便を含まない。緑色のストリームは大部分が液体であり、いくつかの固体を有する。本明細書に記載されるように、主に尿を含有する尿流は「黄色のストリーム」とも呼ばれる。例えば、黄色のストリームは、尿及びいくらかの水を含むことができる。本明細書に記載されるように、廃水ストリームは「青色のストリーム」とも呼ばれる。例えば、青色のストリームは主に、洗浄水、肛門洗浄水、又はトイレに注がれる過剰な水の形態の廃水を含有することができる。いくつかの例では、青色のストリームがいくつかの尿を含むこともできる。ストリーム分離は、将来の水不足の制約を考慮すると、低容量の糞便沈着物（主に下痢として認識される）、大容量の尿沈着物、及び過剰量の洗浄水及び肛門洗浄水における高度の変動性を考慮すると、より低いコスト及びよりロバスト処理プロセスを可能にすることができる。

【0015】

上述の文脈において、尿及び廃水処理のためのシステム及び方法の様々な例が本明細書に記載される。尿及び廃水処理システムは、別々に動作することができる、又は別のシステムと一体化するように構成され得る液体処理システムであり得る。例えば、尿及び廃水処理システムは、独立の非下水トイレシステムで使用するように構成された液体廃棄物処理システムであってもよい。液体廃棄物ストリームは、トイレシステムに収集された廃棄物ストリームに含まれる尿、水、及び他の衛生上の付随物を含むことができる。一例では、尿及び廃水処理システムは、独立の非下水衛生システムにおける液体処理のためのモジュールとして統合され得る。いくつかの例では、尿及び廃水処理システムが、単一ユニットトイレシステムの一部として動作するように構成され得る。例えば、尿及び廃水処理システムは、成人の身体廃棄物を水、ＣＯ_２、及び鉱物灰にするように構成された単一ユニットトイレシステムで使用するために統合され得る。いくつかの例では、尿及び廃水処理システムが、ＩＳＯ ３０５００標準を満たすか又はそれを超える処理済み出力を提供するように構成され得る。

【0016】

尿及び廃水処理システムは、ほとんどが尿を含む液体ストリーム、又は人間の廃棄物の緑色のストリームを処理するために使用され得る。尿及び廃水処理システムへの投入前に緑色のストリームを分離することによって、システムは、その中に含まれる液体を処理するように動作することができる。いくつかの例では、緑色のストリームは、緑色のストリームに含まれる固体の一部を除去することによって緑色のストリームを浄化するために、別個のモジュール又はシステムにおいて前処理され得る。

【0017】

尿及び廃水処理システムは、再循環トイレ洗浄又は安全な排出に適した水を生成するために、液体の人間の廃棄物から病原体及び化学汚染物質を除去するための膜濾過プロセスを含むことができる。説明されるシステムは、単一ユニットトイレシステムの一部として動作することができる。主に尿、洗浄水及び微量トイレットペーパーから構成される液体廃棄物は、限外濾過段階及び逆浸透段階を含む一連の濾過段階を通過することができる。各濾過段は、各濾過が最も有効な圧力で動作することを可能にする、関連するリザーバタンク及びポンプ構成要素を有することができる。リジェクトされた濃縮物は、排出のための濃縮プロセスへの転用の前に、濾過段階を通して再循環され得る。透過液は、収集され得り、かつ、トイレシステムにおける洗浄水として作用するように再循環されるか、又はシステム要件に応じて排出されるかのいずれかであり得る。透過液は、ＩＳＯ ３０５００の再使用又は排出基準を満たすことができる。例えば、ＩＳＯ ３０５００再使用基準は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦５０ｍｇ／Ｌ、全窒素(Ｎ)＞７０％減少、全リン(Ｐ)＞８０％減少、ｐＨ：６．０～９．０、全懸濁固体（ＴＳＳ）≦１０、及び大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌを含む。別の例では、排出基準は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦１５０ｍｇ／Ｌ、全窒素(Ｎ)＞７０％減少、全リン(Ｐ)＞８０％減少、ｐＨ：６．０～９．０、全懸濁固体（ＴＳＳ）≦３０、及び大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌを含む。

【0018】

以下の議論では、尿及び廃水処理システム及びそれらの構成要素の一般的な説明が提供され、それらの動作の議論が含まれる。尿及び廃水処理システムの非限定的な例が議論される。いくつかの例では、構成は、尿及び廃水処理システムを、独立の非下水衛生システムを備える他のシステムと統合するための任意選択のコネクションを含むことができる。例えば、尿及び廃水処理システムは、フロントエンド廃棄物分離システム及び／又はバッファタンクシステムと統合することができる。

【0019】

図１に示すように、尿及び廃水処理システム１００は、限外濾過（ＵＦ）膜フィルタ１０４を含む限外濾過（ＵＦ）段階と、逆浸透（ＲＯ）膜フィルタ１１２を含む逆浸透（ＲＯ）段階とを含むことができる。ＵＦ段階はまた、ＵＦ膜フィルタ１０４への入口１０３に配置されたディフューザ１２２、透過液ポンプ１０６、及びリザーバタンク１０８を含むことができる。空気ブロワ１１４は、ディフューザ１２２に接続され得り、ＵＦ膜フィルタ１０４内に受け入れられるときに流体に空気を導入するように構成され得る。ＲＯ段階はまた、高圧ポンプ１１０及び透過液タンク１１６を含むことができる。さらに、リザーバタンク１０８は、ＲＯ段階からＲＯ濃縮物を受け取ることができ、濃縮物タンク１１８は、リザーバタンク１０８と流体接続することができる。

【0020】

バッファタンク１０２は、尿及び廃水処理システム１００に任意に含まれ得り、処理される液体廃棄物を受け入れて保持するように構成され得る。代替的に、バッファタンク１０２を省略することができ、尿及び／又は廃水を受け取る外部タンク又はバッファタンクシステムは、ＵＦのための供給として機能することができる。例えば、尿及び廃水処理システム１００は、バッファタンク分離及び均質化システム内の液体バッファタンクに接続され得る。一例では、尿含有ストリームが本明細書に記載されるように、大部分が尿を含むが、水及び／又はトイレットペーパーなどのいくつかの微量固体を含むこともできる、緑色のストリームであり得る。いくつかの例では、緑色のストリームが尿及び廃水処理システム１００によって受け取られる前に処理され得る。例えば、バッファタンク分離及び均質化システムは、フロントエンドユーザーレセプタクル又は他の尿含有ストリームからの人間の廃棄物ストリーム中の固体を収集及び低減して、液体タンク中の固体粒子の少なくとも一部を分離することによって液体を浄化することができる。例えば、バッファタンク分離及び均質化システムの液体タンクの出口は、ディフューザ１２２を介してＵＦフィルタの入口１０３に流体接続することができる。

【0021】

ＵＦ膜フィルタ１０４は、例えばディフューザ１２２を介して、バッファタンク１０２と流体接続することができる。液体廃棄物は、空気ブロワ１１４がＵＦ膜フィルタ１０４の上を通過する前に、ディフューザ１２２を介して流体内に空気を導入するように、ＵＦ膜フィルタ１０４内に受け入れられ得る。空気と混合された流体は、液体廃棄物の密度を低減し、液体を上方に移動させ、ＵＦ膜フィルタ１０４にわたってクロスフローを生成して、第１の透過液ストリームと第１の濃縮物ストリームとを分離する。例えば、空気と混合された流体は、流体の密度を低減させ、それを上方に移動させて、ＵＦ透過液を形成するフィルタを通るクロスフローを生成する。フィルタを通過しない流体は、ＵＦ濃縮物又は第１の濃縮物である。

【0022】

透過液ポンプ１０６は、本明細書では第１の透過液ストリームとも呼ばれるＵＦ透過液ストリームをリザーバタンク１０８に送ることができる。本明細書において第１の濃縮物ストリームとも呼ばれるＵＦ濃縮物ストリームは、出力として放出され得る。例えば、ＵＦ濃縮物は、バッファタンク１０２に送られ得る。いくつかの例では、尿及び廃水処理システム１００がバッファタンク分離システムに流体的に接続される場合、第１の濃縮物ストリームはバッファタンク分離システムに送られ得る。

【0023】

図１に示されるように、リザーバタンク１０８は、全て流体的に接続される透過液ポンプ１０６を介してＵＦ膜フィルタ１０４の第１の透過液を受け取ることができる。高圧ポンプ１１０は、第２の透過液ストリームと第２の濃縮物ストリームとを分離するために、高圧でＲＯ膜フィルタ１１２を通してリザーバタンクから流体を輸送することができる。一例では、本明細書ではＲＯ濃縮物とも呼ばれる第２の濃縮物ストリームが、リザーバタンク１０８に戻され得る。いくつかの例では、第２の濃縮物の一部がＲＯ膜フィルタ１１２を通して再循環され得る。第２の濃縮物ストリームの大部分は、濃縮物タンク１１８に導かれ得る。本明細書においてＲＯ透過液とも呼ばれる第２の透過液ストリームは、清浄な及び／又は使用可能な水と見なされ得る。第２の透過液ストリームは、保持するための透過液タンク１１６に導かれ得り、及び／又はフラッシュタンクでの使用のために導かれ得るか、又は別のシステムもしくは環境に排出され得る。例えば、第２の透過液ストリームは、環境中に安全に排出されるようにＩＳＯ ３０５００に準拠することができる。

【0024】

バッファタンク１０２、又は別のシステムからの液体タンクは、チューブ又は他の手段などの導管を介してＵＦ膜フィルタ１０４に流体的に接続され得る。ＵＦ膜フィルタ１０４は、低圧で動作することができる。例えば、バッファタンク１０２とＵＦ膜フィルタ１０４との間の液体ストリームは、約大気圧又は約１気圧の圧力を有し、約２０～４０℃の温度を有する低圧流であり得る。空気ポンプ又は空気ブロワ１１４は、ＵＦ膜フィルタ１０４への供給において、液体ストリームの流体フローに空気を導入するように配置され得る。例えば、空気ブロワ１１４は、エアストーンなどのディフューザ１２２を使用して、液体ストリーム中に空気を拡散することができる。ＵＦ膜フィルタ１０４は、第１の透過液及び第１の濃縮物に受け入れられた流体を分離することができ、第１の透過液はＵＦ膜フィルタ１０４を通過する流体の一部であり、第１の濃縮物は、ＵＦ膜フィルタ１０４によってリジェクトされた流体である。いくつかの例では、尿及び廃水処理システム１００は、バッファタンク分離システムに流体的に接続され、他の流体で処理される場合がある。

【0025】

透過液ポンプ１０６は、第１の透過液を低圧でリザーバタンク１０８に送ることができる。高圧ポンプ１１０は、リザーバタンク１０８とＲＯ膜フィルタ１１２との間に流体的に接続することができる。高圧ポンプ１１０は、吸気よりも高い圧力で流体を出力するように構成することができる。例えば、高圧ポンプ１１０は、低圧でリザーバタンクから第１の透過液を圧送し、次いで、高圧でＲＯ膜フィルタ１１２に流体を送ることができる。例えば、低圧は約１ｂａｒであり得、高圧は約３０～３５ｂａｒであり得る。いくつかの例では、リリーフ弁１２４は、高圧導管内に配置され得り、加圧された第１の透過液ストリームの一部をリザーバタンク１０８に戻すことができる。高圧ポンプ１１０は、第１の透過液ストリームを高圧でＲＯ膜フィルタ１１２に送ることができる。例えば、ＲＯ膜フィルタ１１２への高圧流体供給は約４３５ｐｓｉであり、約２０～４０℃の温度を有することができる。ＲＯ膜フィルタ１１２は、受け取った流体を第２の透過液及び第２の濃縮物に分離することができ、第２の透過液はＲＯ膜フィルタ１１２を通過する流体の部分であり、第２の濃縮物はＲＯ膜フィルタ１１２によってリジェクトされた流体である。ＲＯ膜フィルタ１１２は、第２の透過液を受け取るように構成された透過液タンク１１６に流体的に接続され得る。ＲＯ膜フィルタ１１２は、第２の濃縮物を受け取るように構成された濃縮物タンク１１８に流体的に接続することができる。第２の透過液ストリームは、保持するための透過液タンク１１６に導かれ得り、及び／又はフラッシュタンクでの使用のために導かれ得るか、又は別のシステムもしくは環境に排出され得る。例えば、第２の透過液ストリームは、環境中に安全に排出されるようにＩＳＯ ３０５００に準拠することができる。第２の濃縮物ストリームはリザーバタンク１０８に戻され得り、一部は、高圧ポンプ１１０によってＲＯ膜フィルタ１１２を通して再循環され得る。

【0026】

濃縮物タンク１１８は、リザーバタンク１０８から送られるＲＯ濃縮物を保持することができる。収集されたＲＯ濃縮物の少なくとも一部は、本明細書ではＲＯリジェクトとも呼ばれ、さらなる処理のために別のシステムに放出され得る。例えば、ＲＯリジェクトは、排出のための濃縮プロセスのために、固体処理システムなどの別のシステムに送られ得る。ＲＯ濃縮物は、尿及び廃水処理システム１００の液体ストリームから濾過された固体及び／又は塩を含むことができる。いくつかの例では、ＲＯリジェクトが、固体処理システムの濃縮器（図示せず）に受け入れられ得る。例えば、濃縮器は、加熱することができる液体廃棄物を受け取るように構成され得る。一例では、尿及び廃水処理システム１００からのＲＯリジェクトが、濃縮器内に受け入れられ得る。加湿された空気及び／又はオフガスは放出され得り、濃縮された出力は、さらなる処理のために別のシステムに送られ得るか、又はシステムから排出され得る。加湿された空気及び／又はオフガスは、主排気出口に送られ得り、大気中に放出される前に濾過され得る。主排気出口内のガスフィルタは、放出されるガスがＩＳＯ ３０５００に準拠するように構成され得る。

【0027】

バッファタンク１０２、リザーバタンク１０８、透過液タンク１１６、及び濃縮物タンク１１８はそれぞれ、それぞれのタンク（図示せず）内の空気又は任意のガスを放出するための通気出口を有することができる。通気出口の各々は、ガスフィルタを有する主ガス排気ラインに接続することができる。例えば、尿及び廃水処理システム１００が単一ユニットトイレシステム内のモジュールである場合、主排気ラインはまた、単一ユニットトイレシステムの他のモジュールから通気されるガスを受け取ることができる。ガスフィルタは、システムからの濾過されたガス放出がＩＳＯ ３０５００に準拠するように構成され得る。

【0028】

尿及び廃水処理システム１００はまた、尿及び廃水処理システム１００の動作を容易にするために、追加の弁、センサ、スイッチ、アクチュエータ、ポンプなどを備えることができる。例えば、バッファタンク１０２、リザーバタンク１０８、透過液タンク１１６、及び／又は濃縮物タンク１１８は、それぞれのタンク内の流体のレベルを検出するためのセンサを有することができる。尿及び廃水処理システム１００はまた、コントローラ１３０を備えることができる。コントローラ１３０は、システム内の弁、ポンプ、センサ、スイッチ、及び／又はアクチュエータとインターフェース接続するように構成され得る。例えば、コントローラ１３０は、タンクからのセンサ指示に応答して弁及び／又はポンプを動作させるように構成することができ、タンクは、タンク内の流体のレベルを示す１つ又は複数のセンサを有することができる。コントローラ１３０は、尿及び廃水処理システム１００の構成要素の動作のみを制御するように構成され得る。いくつかの例では、コントローラは、尿及び廃水処理システム１００がモジュールとして存在する単一ユニットトイレシステムのための制御システムに統合され得る。

【0029】

図２は、本明細書に記載の、人間廃棄物の収集及び分離のための例示的な方法を示す。ボックス１３０２において、本方法は、タンクから液体廃棄物を受け取ることを含むことができる。例えば、液体廃棄物は、バッファタンクから受け取られ得る。いくつかの例では、液体廃棄物が尿及び／又は廃水であり得る。例えば、液体廃棄物は、本明細書に記載されるように、固体の少なくとも一部が除去された後に、尿、水、及び／又はいくらかの微量のトイレットペーパーを含む浄化された緑色のストリームであり得る。いくつかの例では、尿及び廃水処理システム１００の外部にあるバッファタンク。

【0030】

ボックス１３０４において、本方法は、液体廃棄物の密度を低減し、クロスフローを生成するために、液体廃棄物ストリームに空気を吹き込むことを含むことができる。例えば、図１に関して説明したように、空気ポンプ又は空気ブロワは、ＵＦ膜への供給において、液体ストリームの流体フローに空気を導入するように配置され得る。例えば、空気ブロワは、バブリング効果を引き起こすエアストーンを使用して、液体ストリーム中に空気を拡散させることができる。別の例では、空気が別の分配方法によって導入され得る。

【0031】

ボックス１３０６において、本方法は、第１の透過液と第１の濃縮物とを分離するために、限外濾過段階で液体廃棄物ストリームを濾過することを含むことができる。流体は、第１の透過液と第１の濃縮物とを分離するために、限外濾過膜を使用して濾過され得る。バッファタンクからの流体及び空気混合は、流体の密度を低減し、それを上方に移動させて、第１の透過液を形成するフィルタを通るクロスフローを生成する。

【0032】

ボックス１３０８において、方法は、第１の濃縮物を排出することを含むことができる。ＵＦ膜フィルタからの第１の濃縮物は、いくらかの固体を含有することができる。第１の濃縮物は、濃縮物中の固体廃棄物を分離するために、排出及び／又は前処理システムに戻され得る。例えば、濃縮物は、緑色のストリームを浄化するために前処理された緑色のストリームと同じシステムに戻され、次いで、尿及び廃水処理システムにおいて浄化され、再循環され得る。除去された固体の大部分である第１の透過液は、濾過の次の段階に導かれ得る。例えば、第１の透過液は、リザーバタンクに圧送され得る。

【0033】

ボックス１３１０において、方法は、第２の透過液と第２の濃縮物とを分離するために、逆浸透段階で第１の透過液を濾過することを含むことができる。逆浸透段階は、高圧で動作することができる。例えば、第１の透過液は、高圧ポンプを介して逆浸透膜フィルタに送られ得る。第１の透過液は、第２の透過液と第２の濃縮物とを分離するために、逆浸透膜フィルタで濾過され得る。ボックス１３１２において、方法は、第２の透過液を排出することを含むことができる。いくつかの例では、第２の透過液を再利用することができる。いくつかの例では、第２の透過液がＩＳＯ ３０５００に準拠することができる。化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全窒素（全Ｎ）、全リン（全Ｐ）、ｐＨ、全懸濁固体（ＴＳＳ）、及び大腸菌（コロニー形成単位又はＣＦＵ）を測定するための技法は、実施例において提供される。

【0034】

理解され得るように、例示的な方法は、列挙された順序で、又は論理的に可能な任意の他の順序で実行され得る。本方法は、ステップを省略するか、又は追加のステップを含むことができる。例えば、本方法は、洗浄サイクルを含むことができる。洗浄サイクルは、システムを通る洗浄流体の逆流又は圧送を含むことができる。いくつかの例では、方法がセンサ値、動作状態、ユーザ入力、又は他の要因に基づいて、コントローラ１３０によって自動的に実装され得る。

【0035】

例えば、コントローラ１３０は、尿及び廃水処理システム１００のセンサ、弁、ポンプ、及びモータとインターフェース接続することができる。コントローラ１３０は、少なくともプロセッサ及びメモリを備えることができる。コントローラは、ＵＦ膜フィルタ１０４及び／又はＲＯ膜フィルタ１１２の動作状態に基づいて、センサ、弁、ポンプ、及びモータを動作させるための一連の命令を実施するように構成され得る。例えば、コントローラ１３０は、それぞれのタンクのそれぞれのセンサを介して、バッファタンク１０２、リザーバタンク１０８、透過液タンク１１６、及び濃縮物タンク１１８のそれぞれの中の流体のレベルを検出することができる。例えば、コントローラ１３０は、弁を作動させて前記タンクを空にし、及び／又はポンプを作動させて前記タンクから流体を送出することができる。例えば、コントローラ１３０は、高圧ポンプ１１０をオフにし、ＲＯ入口弁を閉じ、リザーバタンク１０８を排出することによって、ＲＯフラッシュサイクルのための命令を実施することができる。リザーバタンク１０８を濃縮物タンク１１８に排出する時間の後、ＲＯフラッシュ弁を開き、高圧ポンプ１１０をオンにし、所定の時間、フラッシュサイクルを実行する。例えば、バッファタンク１０２が満杯であり、リザーバタンク１０８が満杯ではなく、ＲＯフラッシュサイクルが完了したことを検出するためにセンサを使用することによって、液体廃棄物は濾過され得る。コントローラ１３０は、空気ブロワ１１４をオンにし、透過液ポンプ１０６をオンにして、バッファタンク１０２から圧送された液体廃棄物を濾過することによって、ＵＦシーケンスを開始する命令を実施することができる。時間が経過した後、透過液ポンプ１０６及び空気ブロワ１１４はオフにされ得り、次いで、濃縮物はＵＦ膜フィルタ１０４から排出され得る。

【0036】

尿及び廃水処理システム１００は、様々なシステム及び用途で使用するように構成され得る。上述したように、一例として、尿及び廃水処理システム１００は、独立の非下水トイレシステムで使用するように構成された液体処理システムとすることができる。尿及び廃水処理システム１００は、固体処理システム及び／又は分離システムなどのシステムを含む、単一ユニットトイレシステムの一部として動作し、それと一体化するように構成され得る。

【0037】

図３は、フロントエンドシステム１と、バッファタンクシステム２と、尿及び廃水処理システム３と、水酸化固体処理システム４とを含む非下水単一ユニットトイレシステムの例示的な概略図を示す。この例では、尿及び廃水処理システム３が、本明細書に記載の尿及び廃水処理システム１００を含むことができる。この例では、フロントエンドシステム１は、人間の廃棄物を捕捉し、混合された廃棄物ストリームを、緑色のストリーム及び茶色のストリームの少なくとも一方に分離するように構成され得る。いくつかの例では、黄色のストリームを分離することもできる。分離された緑色、茶色、及び／又は黄色のストリームは、バッファタンクシステム２によってさらに処理され得る。バッファタンクシステム２は、浄化された緑色のストリームを尿及び廃水処理システム３に、茶色のストリームスラリーを水酸化固体処理システム４に出力するように構成することができる。さらに、バッファタンクシステム２は、追加の処理のために、単一ユニットトイレシステムのシステム又はモジュールのうちの１つ又は複数から入力を受け取ることができる。非下水トイレシステムは、処理された液体出力及び処理された固体出力を送るように構成され得る。清浄水及び／又は処理水は、フロントエンドシステム１内の洗浄水のためのシステム内でさらに使用され得るか、又はシステム又はモジュールのうちの１つ又は複数における処理のために使用され得る。単一ユニットトイレシステムは、システムの動作のための少なくとも１つのコントローラ、及び／又は弁、ポンプ、モータ、センサ、及び他のデバイスを含むシステムの１つ又は複数のモジュールを備える制御部をさらに備えることができる。

【0038】

図３の例示的なシステムに示されるように、尿及び廃水処理システム３は、ＲＯリジェクトを水酸化固体処理システム４の濃縮器モジュールに送ることができる。例えば、ＲＯリジェクトは、尿及び廃水処理システム３の液体廃棄物から濾過された固体及び／又は塩を含むことができる。ＲＯリジェクトは、濃縮器モジュール内に受け入れられ、加熱されて液体内容物の少なくとも一部を蒸発させることができる。加圧空気は、加湿空気及び／又はオフガスが放出されるように濃縮器に導入され得り、濃縮出力は別のシステムに送られ得るか、又はシステムから残留固体を除去するために放出され得る。いくつかの例では、尿及び廃水処理システム３は任意選択で、濃縮器タンク及び加熱器を備える濃縮器又は濃縮器モジュールを含むことができる。

【0039】

図４は、フロントエンドシステム１と、バッファタンクシステム２と、尿及び廃水処理システム３と、体積減少固体処理システム５と、外部燃焼器６とを含む、非下水単一ユニットトイレシステムの別の例の概略図を示す。この例では、尿及び廃水処理システム３が、本明細書に記載の尿及び廃水処理システム１００を含むことができる。示されるように、尿及び廃水処理システム３は、非下水単一ユニットトイレシステムの別の構成に適合するようにモジュール式であり得る。図３及び図４の両方に同様のモジュールがあるが、異なる固体処理システムが、体積減少固体処理システム５として図４に示されている。図３と同様に、フロントエンドシステム１は、人間の廃棄物を捕捉し、混合された廃棄物ストリームを、緑色のストリーム及び茶色のストリームの少なくとも１つに分離するように構成される。いくつかの例では、黄色のストリームを分離することもできる。分離された緑色、茶色、及び／又は黄色のストリームは、バッファタンクシステム２によってさらに処理され得る。バッファタンクシステム２は、浄化された緑色のストリームを尿及び廃水処理システム３に出力し、茶色のストリームスラリーを体積減少固体処理システム５に出力するように構成することができる。単一ユニットトイレシステムは、処理済み液体出力及び処理済み固体出力を送るように構成され得る。単一ユニットトイレシステムは、システムの動作のための少なくとも１つのコントローラ、及び／又は弁、ポンプ、モータ、センサ、及び他のデバイスを含むシステムの１つ又は複数のモジュールを備える制御部をさらに備えることができる。この例では、外部燃焼器６が、非下水単一ユニットトイレシステムの一部とすることもでき、処理済み固体出力を受け取るように構成され得る。

【0040】

図４の例示的なシステムに示されるように、尿及び廃水処理システム３は、体積減少固体処理システム５の濃縮器モジュールにＲＯリジェクトを送ることができる。例えば、体積減少固体処理システム５は、加熱されるＲＯリジェクトを受け取るように構成された濃縮器を有するように構成され得る。一例では、尿及び廃水処理システム３の濃縮器タンクからのＲＯリジェクトは、濃縮器に受け入れられ、液体内容物の少なくとも一部を蒸発させるために加熱され得る。加湿された空気及び／又はオフガスは放出され得り、濃縮された出力は別のシステムに送られ得るか、又はシステムから残留固体を除去するために放出され得る。

【0041】

本明細書に記載の実施形態の特徴は代表的なものであり、代替の実施形態では、特定の特徴及び要素を追加又は省略することができる。別段の指示がない限り、本開示は、特定の材料、製造プロセスなどに限定されず、したがって変更することができることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明することのみを目的とし、限定することを意図しないことも理解されたい。本開示では、これが論理的に可能な異なる順序でステップを実行できることも可能である。

【0042】

態様

【0043】

例示的な態様の以下のリストは本明細書で提供される開示を支持し、それによって支持される。

【0044】

態様１
液体廃棄物処理システムであって、
限外濾過段階であって、
液体廃棄物を第１の透過液及び第１の濃縮物に分離するように構成された限外濾過フィルタと、
前記限外濾過フィルタへの入口に配置されたディフューザであって、前記ディフューザは空気ブロワに接続され、かつ前記液体廃棄物の密度を低減するために空気を前記液体廃棄物に導入して、前記限外濾過フィルタ内にクロスフローを生成するように構成される、ディフューザと、を含む、限外濾過段階と、
前記限外濾過段階から前記第１の透過液を受け取り、第１の透過液を第２の透過液及び第２の濃縮物に分離するように構成される逆浸透段階であって、前記第２の透過液が使用又は再使用のための非飲用水である、逆浸透段階と、を含む、
液体廃棄物処理システム。

【0045】

態様２
前記限外濾過段階は、リザーバタンク及び透過液ポンプを備え、
前記逆浸透段階は、透過液タンク及び高圧ポンプを備える、
態様１に記載の液体廃棄物処理システム。

【0046】

態様３
前記逆浸透段階は、前記第２の濃縮物を前記リザーバタンクに送るように構成された再循環導管を更に備える、
態様２に記載の液体廃棄物処理システム。

【0047】

態様４
前記液体廃棄物は、尿、糞便、洗浄水、及び微量のトイレ付随物のうちの少なくとも１つを含む、
態様１から３のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0048】

態様５
前記液体廃棄物は、バッファタンクシステムから受け取った浄化された液体である、
態様１から４のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0049】

態様６
使用又は再使用のための非飲料水として排出される前記第２の透過液は、
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦５０ｍｇ／Ｌと、
全懸濁固体（ＴＳＳ）≦１０ｍｇ／Ｌと、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全窒素（Ｎ）に対して、全窒素（Ｎ）＞７０％減少と、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全リン（Ｐ）に対して、全リン(Ｐ)＞８０％減少と、
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌと、のうちの少なくとも１つを満たす、
態様１から５のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0050】

態様７
前記限外濾過段階が第１の圧力で動作し、前記逆浸透段階が第２の圧力で動作する、
態様１から６のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0051】

態様８
前記逆浸透段階は高圧で動作する、
態様１から７のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0052】

態様９
前記ディフューザは、エアストーンを含む、
態様１から８のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0053】

態様１０
コントローラは、前記限外濾過段階及び前記逆浸透段階の自動運転を可能にする、
態様１から９のいずれかに記載の液体廃棄物処理システム。

【0054】

態様１１
液体廃棄物の処理の方法であって、
前記液体廃棄物の密度を低減し、かつクロスフローを生成するために、液体廃棄物に空気を吹き込むことと、
第１の透過液と第１の濃縮物とを分離するために、限外濾過段階で前記液体廃棄物を濾過することと、
前記第１の濃縮物を排出することと、
第２の透過液と第２の濃縮物とを分離するために、逆浸透段階で前記第１の透過液を濾過することと、
前記第２の透過液を使用可能な水として排出することと、を含む、
方法。

【0055】

態様１２
前記第１の透過液をリザーバタンクに圧送することを更に含む、
態様１１に記載の方法。

【0056】

態様１３
高圧でリザーバタンクから前記逆浸透段階を通して前記第１の透過液を圧送することを更に含む、
態様１１又は１２に記載の方法。

【0057】

態様１４
前記逆浸透段階において、濾過するために前記第２の濃縮物を再循環させることを更に含む、
態様１１から１３のいずれかに記載の方法。

【0058】

態様１５
使用可能な水として排出される前記第２の透過液は、
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）≦５０ｍｇ／Ｌと、
全懸濁固体（ＴＳＳ）≦１０ｍｇ／Ｌと、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全窒素（Ｎ）に対して、全窒素（Ｎ）＞７０％減少と、
前記限外濾過段階に受け取られる前記液体廃棄物中の全リン（Ｐ）に対して、全リン（Ｐ）＞８０％減少と、
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）≦１００／Ｌと、のうちの少なくとも１つを満たす、
態様１１から１４のいずれかに記載の方法。

【0059】

態様１６
前記液体廃棄物は、尿、糞便、洗浄水、及び微量のトイレ付随物のうちの少なくとも１つを含む、
態様１１から１５のいずれかに記載の方法。

【0060】

態様１７
前記液体廃棄物は、バッファタンクシステムから受け取った浄化された液体である、
態様１１から１６のいずれかに記載の方法。

【0061】

態様１８
前記第１の濃縮物を排出することは、前記第１の濃縮物を、濃縮物中の固体廃棄物を分離するためのシステムに排出することを含む、
態様１１から１７のいずれかに記載の方法。

【0062】

態様１９
前記逆浸透段階において前記第１の透過液を濾過することは、前記第１の透過液をリザーバタンク内で受け取ることと、前記第２の濃縮物を再循環させることとを含む、
態様１１から１８のいずれかに記載の方法。

【0063】

実施例

【0064】

以下の実施例は、本明細書で特許請求される化合物、組成物、物品、デバイス及び／又は方法がどのように作製及び評価されるかについての完全な開示及び説明を当業者に提供するために提示され、本開示の純粋な例示であることが意図され、本発明者らがそれらの開示とみなすものの範囲を限定することは意図されない。数（例えば、量、温度など）に関して正確性を保証するための努力がなされてきたが、いくつかの誤差及び偏差が考慮されるべきである。特に明記しない限り、部は重量部であり、温度は°Ｃ又は周囲温度であり、圧力は大気圧又は大気圧付近である。

【0065】

尿及び廃水処理システムの液体排出物のサンプルは試験され、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全窒素（全Ｎ）、全リン（全Ｐ）、ｐＨ、全懸濁固体（ＴＳＳ）、及び大腸菌（コロニー形成単位又はＣＦＵ）を測定した。ＩＳＯ ３０５００標準と比較して試験された液体出力パラメータの例を表１に示す。液体出力パラメータを試験するための例示的な方法は、以下の試験プロトコルに提供されている。

【0066】

【表1】

【0067】

試験手順

【0068】

化学的酸素要求量試験プロトコル：化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は本明細書に記載されるように、尿及び廃水処理システムサンプリング手順を使用して採取された試料について測定される。化学的酸素要求量は例えば、ＨＡＣＨ（登録商標)Ｃｏｍｐａｎｙ(Ｌｏｖｅｌａｎｄ、ＣＯ、ＵＳＡ）によって製造されたＵＳＥＰＡ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｋｉｔを使用するなど、当技術分野で公知の任意の方法によって測定され得る。ＨＡＣＨ（登録商標）社製の分光光度計及び測色計ＤＲ ６０００、ＤＲ ５０００、ＤＲ ３９００、ＤＲ ３８００、ＤＲ ２８００、ＤＲ ２７００、ＤＲ １９００、及びＤＲ ９００は、この試験を実施するのに適しているが、ＣＯＤは他の製造業者からのＵＶ－Ｖｉｓ分光光度計及び／又は測色計で実施することもできる。列挙された機器について、試験は以下のように実施される。

【0069】

試料は、有機汚染のない清浄なガラス瓶及び／又はプラスチック容器に収集され得る。試料は、採取後できるだけ迅速に試験される。

【0070】

典型的なサンプルを分析するために、反応器を初期化し、１５０℃に予熱する。ＨＡＣＨ（登録商標）社製のＤＲＢ ２００反応器が本明細書で使用されるが、任意の適切な反応器を、製造業者が提供するプロトコルに従って使用することができる。予備包装された試薬を含有する異なる試料バイアルは予想されるＣＯＤに基づいてＨＡＣＨ（登録商標）社から入手され、より広い、より狭い検出限界が利用可能である。当業者は、測定される試料の予想されるＣＯＤならびに以前の試験結果に基づいて、適切なバイアル及び試薬を選択することができる。

【0071】

消化試薬を含む典型的なバイアルにサンプル２ｍＬを添加するか、又は２５０～１５，０００ｍｇ／Ｌの範囲で検出するために、マイクロピペットを用いてサンプル０．２０ｍＬをバイアルに添加する。第２のバイアルを、脱イオン水を用いてブランクとして調製する。サンプル及びブランクの両方を外面的にすすぎ、ペーパータオル又は糸くずのない拭き取りで乾燥させる。バイアルを反転させて混合し、反応器に入れ、そこでバイアルを２時間加熱する。反応器の電源を切り、バイアルを２０分間又は温度が１２０℃に達するまで冷却させる。バイアルを数回反転させ、ラックに置いて冷却する。

【0072】

ブランクバイアルを外部洗浄し、測色計又は分光光度計に入れる。ゼロ読取が行われる。調製されたサンプルバイアルを外部で洗浄し、測色計又は分光光度計に入れ、ＣＯＤ読取を行う。ブランクは同じロットの試薬バイアル中のいくつかの試料バイアルに使用することができ、吸光度が経時的に少なくとも０．０１吸光度単位だけ変更する場合にのみ交換を必要とする。

【0073】

必要に応じて、既知濃度の一連の標準溶液を用いて機器の精度を検証する。装置の工場校正は、標準溶液の既知の値を反映するように調整することができる。

【0074】

全窒素試験プロトコル：全窒素（全Ｎ）は本明細書に記載されるように、尿及び廃水処理システムサンプリング手順を使用して採取された試料について測定される。全窒素は例えば、ＨＡＣＨ（登録商標）Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ、ＣＯ、ＵＳＡ）によって製造されたＰｅｒｓｕｌｆａｔｅ Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄキットを使用するなど、当技術分野で公知の任意の方法によって測定することができる。ＨＡＣＨ（登録商標）社製の分光光度計及び測色計ＤＲ ６０００、ＤＲ ５０００、ＤＲ ３９００、ＤＲ ３８００、ＤＲ ２８００、ＤＲ ２７００、ＤＲ １９００、及びＤＲ ９００は、この試験を実施するのに適しているが、全窒素検出は他の製造業者からのＵＶ－Ｖｉｓ分光光度計及び／又は測色計でも実施することができる。列挙された機器について、試験は以下のように実施される。

【0075】

試料は、採取後できるだけ迅速に試験される。典型的なサンプルを分析するために、反応器を初期化し、１０５℃に予熱する。ＨＡＣＨ（登録商標）社製のＤＲＢ ２００反応器が本明細書で使用されるが、任意の適切な反応器を、製造業者が提供するプロトコルに従って使用することができる。本明細書ではＨＡＣＨ（登録商標）社製の水酸化窒素分解試薬バイアルが使用され、これらは全窒素を試験するのに有用な予め測定された試薬を含む。１つの予め測定された過硫酸窒素のパケットの内容物は、試料の測定に使用するための第１の試薬バイアル、及びブランクの測定に使用するための第２の試薬バイアルに添加される。試料０．５ｍＬを１つのバイアルに加え、０．５ｍＬの脱イオン水を第２のバイアルに使用する。脱イオン水は、全ての窒素含有種を含まないものでなければならない。バイアルに蓋をし、３０秒間激しく振盪する。振盪したバイアルを反応器に３０分間入れる。反応後、バイアルを反応器から取り出し、室温に冷却する。

【0076】

ＨＡＣＨ（登録商標）社によって提供される全窒素試薬Ａの事前測定されたパケットを、サンプル及びブランクバイアルに添加する。バイアルに蓋をし、３０秒間振盪し、次いで３分間反応させる。３分後、キャップをバイアルから取り出し、ＨＡＣＨ（登録商標）社により提供される全窒素試薬Ｂの予め測定されたパケットをバイアルに加える。バイアルに蓋をし、１５秒間振盪し、次いで２分間反応させる。反応後、バイアルからの２ｍＬの消化された試料を、ＨＡＣＨ（登録商標）社によって提供される別個全窒素試薬Ｃバイアルに添加する。脱イオン水ブランクについても同様の手順に従う。試薬バイアルに蓋をし、ゆっくりと１０回反転させて混合する。５分後、バイアルを外部で洗浄し、分光光度計又は測色計を用いて測定する。

【0077】

ブランクは、室温で暗所に保管すると、最大７日間保存できる。懸濁固体がブランク中に現れる場合、それらは廃棄され、新しいブランクが調製されるべきである。この手順は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、グリシン、尿素、及び他の有機窒素種中の窒素の少なくとも９５％を検出するのに有効である。

【0078】

必要に応じて、新鮮な試料をスパイクするための標準添加を使用して、又は既知濃度の一連の標準溶液を使用して、機器の精度を検証する。異なる窒素源にわたる機器の精度は既知量の異なる窒素種（例えば、アンモニア、グリシン、ニコチン酸－ｐ－トルエンスルホン酸など）を用いてストック溶液を調製することによって検証することができる。

【0079】

全リン試験プロトコル：全リン（全Ｐ）を、本明細書に記載の尿及び廃水処理システムサンプリング手順を用いて採取した試料について測定する。全リンは例えば、ＨＡＣＨ（登録商標）Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ、ＣＯ、ＵＳＡ）によって製造された過硫酸消化法キットを有するＵＳＥＰＡ ＰｈｏｓＶｅｒ（登録商標）３を使用するなど、当技術分野で公知の任意の方法によって測定することができる。ＨＡＣＨ（登録商標）社製の分光光度計及び測色計ＤＲ ６０００、ＤＲ ５０００、ＤＲ ３９００、ＤＲ ３８００、ＤＲ ２８００、ＤＲ ２７００、ＤＲ １９００、及びＤＲ ９００は、この試験を実施するのに適しているが、全リン検出は他の製造業者からのＵＶ－Ｖｉｓ分光光度計及び／又は測色計でも実施することができる。列挙された機器について、試験は以下のように実施される。

【0080】

試料は、採取後できるだけ迅速に試験する。試料を処理する場合、５．０Ｎ水酸化ナトリウムを用いてｐＨを７に調整する。試験結果を解釈する際には、工程の任意の段階での体積添加（例えば、酸性化、ｐＨ調整）を補正すべきである。

【0081】

典型的なサンプルを分析するために、反応器を初期化し、１５０℃に予熱する。ＨＡＣＨ（登録商標）社製のＤＲＢ ２００反応器が本明細書で使用されるが、任意の適切な反応器を、製造業者が提供するプロトコルに従って使用することができる。試験される試料５．０ｍＬをバイアルに加え、続いてＨＡＣＨ（登録商標）社から利用可能な試験キットの一部として提供される過硫酸カリウムの事前に測定された量を加える。試料を振盪して任意の粉末を溶解し、試料バイアルを反応器に挿入し、３０分間反応させる。この反応は、有機及び縮合無機リン酸塩を反応性オルトリン酸塩に変換する。試料バイアルを反応器から取り出し、室温まで冷却する。２ｍＬの１．５４Ｎ水酸化ナトリウムを試料バイアルに加え、バイアルに蓋をし、逆さにして混合する。バイアルを糸くずのない布で拭くか、又は拭いて、バイアルの外面を洗浄し、乾燥させ、次いで、バイアルを分光光度計又は測色計のセルホルダーに挿入する。分光光度計又は比色計をゼロにし、あらかじめ測定した量のモリブデン酸塩及びアスコルビン酸（本明細書では、ＨＡＣＨ（登録商標）社から利用可能なＰｈｏｓＶｅｒ（登録商標）３粉末ピローから）をバイアルに添加する。バイアルを２０～３０秒間振盪して粉末を分散させ、これは完全には溶解しない。２分間の反応時間の後、試料中のオルトリン酸塩はモリブデン酸塩と反応して、強い青色を有する混合錯体を生成する。バイアルを再び糸くずのない布又は拭き取り布で拭き取り、分光光度計又は比色計に挿入し、分光光度計では８８０ｎｍの吸光度を用いて、又は比色計では６１０ｎｍの吸光度を用いて（還元リン酸塩／モリブデン酸塩複合体では）、全リンの読取を行う。

【0082】

典型的な試験では、全リンの範囲は０．０６～３．５ ｍｇ／Ｌ ＰＯ_４ ^３－である。より高い濃度を示す試料は希釈し、報告の正確性について再試験すべきである。必要に応じて、新鮮な試料をスパイクするための標準添加を使用して、又は既知濃度の一連の標準溶液を使用して、機器の精度を検証する。

【0083】

全懸濁固体試験プロトコル：全懸濁固体（ＴＳＳ）を、本明細書に記載の尿及び廃水処理システムサンプリング手順を用いて採取した試料について測定する。全懸濁固体は例えば、ＵＳ ＥＰＡ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙのＲｅｓｉｄｕｅ、Ｎｏｎ－Ｆｉｌｔｅｒａｂｌｅ（Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ、１０３－１０５°Ｃで乾燥）プロトコルのような当該技術分野で公知の任意の技術を用いて測定することができる。この方法は、約４ｍｇ／Ｌ～約２０，０００ｍｇ／Ｌの懸濁固体を測定するのに有用である。

【0084】

簡単に説明すると、ガラス繊維フィルタをメンブレンフィルター装置に入れる。真空を適用し、フィルタを少なくとも３回の２０ｍＬ容量の蒸留水で洗浄する。すべての微量の水が除去されるまで、真空を適用する。フィルタを１０３～１０５℃のオーブン中で１時間乾燥し、必要になるまでデシケーター中で保存する。フィルタは使用直前に秤量し、鉗子又はトングのみで取り扱う。

【0085】

試料体積は、４．７ｃｍのフィルタについて少なくとも１．０ｍｇの残留物がフィルタ上に残るように選択される。他のフィルタ径については、当業者がフィルタ面積の約７ｍＬ／ｃｍ^２に等しい試料体積を選択し、１．０ｍｇに比例する残渣の重さを収集することができる。

【0086】

フィルタを秤量し、濾過装置に入れる。吸引する。フィルタを少量の蒸留水で湿らせる。試料を激しく振盪し、予め選択した試料体積を、選択した体積（例えば、メスシリンダー）に適切な手段を用いてフィルタに適用する。吸引は、全ての微量の水が除去されるまで継続する。メスシリンダー又は他の装置を蒸留水で３回洗浄し、洗浄をフィルタに適用する。フィルタ、濾過不可能な残留物、及びフィルタ装置を蒸留水でさらに３回洗浄し、すべての微量の水を再び除去する。フィルタをフィルタ装置から取り出し、１０３～１０５℃で少なくとも１時間乾燥する。フィルタをデシケーター中で放冷し、秤量する。乾燥サイクルは、一定の重量が得られるまで繰り返される。

【0087】

ｐＨ試験プロトコル：本明細書に記載の＿を用いて採取した試料についてｐＨを測定する。ｐＨ測定能力を有する較正されたデジタルｐＨメーター又は水質メーターからのプローブはサンプル中に浸漬され、ｐＨ値はメーター上のスクリーン上に表示される。ＭＹＲＯＮ Ｌ（登録商標）社（米国カリフォルニア州カールスバッド）から利用可能なＭＹＲＯＮ Ｌ Ｕｌｔｒａｍｅｔｅｒ ＩＩＣＰＦＣＥ水質計を含む様々なｐＨ計及び／又は水質計を使用することができる。

【0088】

大腸菌検出試験プロトコル：大腸菌（コロニー形成単位又はＣＦＵ）を、本明細書に記載の尿及び廃水処理システムサンプリング手順を用いて採取した試料について測定する。大腸菌ＣＦＵは、当技術分野で公知の任意の技術によって測定することができる。ここでは、３ＭＴＭ社（米国ミネソタ州セントポール）のＰＥＴＲＩＦＩＬＭＴＭ大腸菌／大腸菌計数プレートを使用した。ＰＥＴＲＩＦＩＬＭＴＭプレートは、変性紫赤色胆汁（ＶＲＢ）栄養素、冷水溶性ゲル化剤、５‐ブロモ‐４‐クロロ‐３‐インドリル‐ｄ‐グルクロニド（ＢＣＩＧ、グルクロニダーゼ活性のインジケータ）、及びコロニー計数を容易にするためのテトラゾリウム指示薬を含有する。

【0089】

試料を、バターフィールドリン酸緩衝希釈水、０．１％ペプトン水、ペプトン塩希釈液、１／４強度リンゲル液、０．８５～０．９０％生理食塩水、亜硫酸水素塩を含まないヘレテンブロス、又は蒸留水などの適切な滅菌希釈液と混合又は均一化する。

【0090】

ＰＥＴＲＩＦＩＬＭ（登録商標）プレートは、平らな面上に置かれる。プレートの上のフィルムを持ち上げ、プレートの下のフィルムの中央に、接種領域に垂直に保持したピペットを用いて、１ｍＬのサンプル懸濁液を分注する。上部フィルムは、気泡を捕捉することなく、サンプル上に巻き下げられる。３Ｍ（登録商標） ＰＥＴＲＩＦＩＬＭ（登録商標） Ｓｐｒｅａｄｅｒを用いて、プレート成長領域全体に接種材料を広げる。スプレッダーを取り除き、プレートを少なくとも１分間、乱さずに放置し、ゲルを形成させる。

【0091】

ゲル形成後、プレートを２０枚以下のプレートの積み重ねで水平にインキュベートする。インキュベーション時間は様々であり得、当業者は、製造業者によって供給される指示に基づいて、所与の適用に適切なインキュベーション時間を選択し得る。インキュベーション後、プレート上のコロニーを、標準コロニーカウンター又は別の照射拡大鏡を用いて計数することができる。青色から赤青色に見え、閉じ込められたガスに関連するコロニーは、確認された大腸菌として計数される。インキュベーターから取り出してから１時間以内にコロニーをカウントするか、カウント前に－１５℃で１週間まで保管する。

【0092】

インキュベーション後の極めて高密度のプレートの場合、正確な計数を得るために、希釈体積に基づいて適切な体積補正を行うために、元の試料を希釈する必要があり得る。

【0093】

サンプリング手順

【0094】

上述の試験プロトコルを使用して、水、液体成分などのシステム成分の出力の様々な特性を、以下のサンプリング手順で調製された試料を使用して特徴付けることができる。

【0095】

尿及び廃水処理システムサンプリング手順：任意の適切な抽出装置を使用して、尿及び廃水処理システムから液体サンプルを得ることができる。例えば、シリンジ又は容積測定ピペットを使用して、尿及び廃水処理システムから、液体及び／又は懸濁固体を含み得る特定の体積の材料を引き出すことができる。あるいは、分析に必要とされる量よりも多い量の材料を無菌容器に取り出し、試験のための量を別々に測定することができる。別の態様では、弁を開いて、液体試料を収集容器内に自由に流すことができる。このようにして採取された試料は、本明細書に記載の試験プロトコルのいずれにおいても使用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】