特表 2024-534676 生物学的処理装置

(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】2024-09-20

(54)【発明の名称】生物学的処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/06 20230101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

C02F3/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024519867

(86)(22)【出願日】2022-09-27

(85)【翻訳文提出日】2024-04-12

(86)【国際出願番号】 US2022044810

(87)【国際公開番号】W WO2023055705

(87)【国際公開日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】P202130908

(32)【優先日】2021-09-28

(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】520030844

【氏名又は名称】ディーディーピー 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 リミテッド ライアビリティ カンパニー

(71)【出願人】

【識別番号】524121100

【氏名又は名称】スペシャルティ エレクトロニック マテリアルズ ネザーランズ ベースローテン フェンノートシャップ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100171675

【弁理士】

【氏名又は名称】丹澤 一成

(72)【発明者】

【氏名】ジラベルト オリオル ギジェム

(72)【発明者】

【氏名】ジョンス スティーヴン ディー

(72)【発明者】

【氏名】スラグ ジェイ マーカス

【テーマコード（参考）】

4D003

【Ｆターム（参考）】

4D003AA01

4D003AB02

4D003BA02

4D003CA02

4D003DA01

4D003DA21

4D003EA15

4D003EA30

(57)【要約】

（ａ）容器と、（ｂ）入口領域に供給水を供給するための入口導管と、（ｃ）出口領域から処理水を除去するための出口導管と、（ｄ）それぞれが入口領域と入口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する入口ダクトを備える入口分配装置と、（ｅ）それぞれが出口領域と出口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する複数の出口ダクトを備える出口分配装置と、（ｆ）入口ダクト壁及び出口ダクト壁の両方の多孔質表面セクションと流体連通する粒子を含む培地床であって、入口ダクトの長さと、入口ダクトと出口ダクトとの間の最小距離との比率が、１５：１から２：１である、培地床とを備える、生物学的処理装置。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）容器と、
（ｂ）前記容器の入口領域に供給水を供給するための入口導管と、
（ｃ）前記容器の出口領域から処理水を除去するための出口導管と、
（ｄ）前記容器内にある複数の入口ダクトであって、前記入口ダクトのそれぞれが第１の流路を囲む入口ダクト壁を備え、前記第１の流路が、前記入口領域と前記入口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する、複数の入口ダクトと、
（ｅ）前記容器内にある複数の出口ダクトであって、前記出口ダクトのそれぞれが第２の流路を囲む出口ダクト壁を備え、前記第２の流路が、前記出口領域と前記出口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する、複数の出口ダクトと、
（ｆ）前記容器内に配置された培地床であって、前記培地床が、前記入口ダクト壁及び前記出口ダクト壁の両方の前記多孔質表面セクションと流体連通する粒子を含む、培地床と
を備える、生物学的処理装置であって、
入口ダクトの長さと、入口ダクトと出口ダクトとの間の最小距離との比率が、１５：１から２：１である、生物学的処理装置。

【請求項2】

前記培地床が、０．１ｍｍより大きい最小寸法を有する粒子を含み、０．１ｍｍより大きい最小寸法を有する前記粒子がまた、０．２ｍｍから６ｍｍの最小寸法の中央値を特徴とする、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項3】

前記出口導管が、少なくとも１つの超ろ過モジュールを備える超ろ過システムの上流にあり、前記超ろ過システムと流体連通し、前記超ろ過システムが、前記生物学的処理装置と前記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間に少なくとも１つのポンプを備え、前記少なくとも１つのポンプが、加圧された供給水を前記少なくとも１つの超ろ過モジュールに供給することができる、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項4】

複数のポンプが、前記生物学的処理装置と前記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間に配置され、前記複数のポンプのうちの少なくとも１つが、前記入口導管と前記出口導管との間により大きな差圧を誘導することによって、前記培地床を通る流量を増やすのに適する、請求項３に記載の生物学的処理装置。

【請求項5】

前記出口導管と前記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間にある処理水が、大気中の酸素と接触しないようにされる、請求項３に記載の生物学的処理装置。

【請求項6】

前記粒子が、少なくとも０．９０の球形度及び０．２ｍｍから２ｍｍの中央粒径を有する、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項7】

前記培地床内の前記粒子を混合する気泡を供給するのに適した空気分配装置を更に備える、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項8】

廃液の排出のために前記容器に接続された廃液除去導管を更に備える、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項9】

前記容器内の液体の高さを指定範囲内に維持するための液位制御手段を更に備える、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【請求項10】

前記出口導管と前記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間に粒子フィルタを更に備える、請求項４に記載の生物学的処理装置。

【請求項11】

前記出口導管と前記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間に配置された、リン酸塩を除去するのに適した樹脂を更に備える、請求項４に記載の生物学的処理装置。

【請求項12】

培地を収容する複数の平行容器と、前記複数の平行容器のうちの少なくとも１つを隔離するのに適したバルブとを更に備える、請求項４に記載の生物学的処理装置。

【請求項13】

並列に動作されるバイオコンタクタユニットを、そのうちの１つが時折清掃のために使用から交代で外される状態で更に備える、請求項４に記載の生物学的処理装置。

【請求項14】

前記粒子が、５０から７５％の充填密度を有する、請求項１に記載の生物学的処理装置。

【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９月２８日に出願された欧州特許出願第２０２１３０９０８号の優先権の利益を主張する国際出願であり、同欧州出願は参照によりその全体が本出願に組み込まれる。

【0002】

超ろ過（逆浸透又はナノろ過）など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多くの場合に望ましい。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（細菌が装置内で増殖する現象）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、この膜上でバイオフィルムの成長が発生し得る。

【背景技術】

【0003】

生物学的処理システムは、超ろ過の前に、水の前処理に使用されてきた。これらのシステムは、典型的には、栄養素（例えば、有機炭素、硝酸塩、リン酸塩）及び酸素など、微生物増殖につながる水の成分を水から除去して、微生物増殖に適さない環境を超ろ過モジュールに形成する。例えば、米国特許第１０３０１２０６Ｂ１号明細書は、逆浸透ユニットに入る前に、水が粒子層全体を通って流れるような構成の粒子層を備える生物学的処理装置を開示している。不純物を含む水を前処理する方法を改善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】

【0004】

以下は、本発明の説明である。
本発明は、生物学的処理装置に関する。本装置は、
（ａ）容器と、
（ｂ）容器の入口領域に供給水を供給するための入口導管と、
（ｃ）容器の出口領域から処理水を除去するための出口導管と、
（ｄ）容器内にある複数の入口ダクトであって、上記入口ダクトのそれぞれが第１の流路を囲む入口ダクト壁を備え、上記第１の流路が、入口領域と入口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する、複数の入口ダクトと、
（ｅ）容器内にある複数の出口ダクトであって、上記出口ダクトのそれぞれが第２の流路を囲む出口ダクト壁を備え、上記第２の流路が、出口領域と出口ダクト壁の多孔質表面セクションとの両方と流体連通する、複数の出口ダクトと、
（ｆ）容器内にある培地床であって、上記培地床が、容器内に配置された培地床に粒子を含み、上記培地床が、入口ダクト壁及び出口ダクト壁の両方の多孔質表面セクションと流体連通する粒子を含み、入口ダクトの長さと、入口ダクトと出口ダクトとの間の最小距離との比率が、１５：１から２：１である、培地床と
を備える。

【0005】

以下は、図面の簡単な説明である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1a】円筒形容器内にある本発明の一実施形態の上面図を示す。

【図1b】円筒形容器内にある本発明の一実施形態の側面図を示す。

【図2】本発明の一実施形態を示す。

【図3】生物学的処理装置及び下流の構成要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下は、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、以下の用語は、文脈上明らかに他の意味を示すのでない限り、指定された定義を有する。

【0009】

「樹脂」は、本明細書で使用される場合、「ポリマー」と同義語である。すべての百分率は、別段の指定のない限り、重量による。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は、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。単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。

【0010】

「アクリルモノマー」というカテゴリは、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。本明細書で使用される場合、「ビニル芳香族モノマー」は、１つ以上の芳香環を含むビニルモノマーである。

【0011】

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種以上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種以上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。

【0012】

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（すなわち、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、官能基を持たない「吸着性」樹脂であってもよい。

【0013】

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、Ψ＝ｃ／ａのように定義される球形度Ψで特徴付けられる。

【0014】

「真円度」（Ｒ）は、物体のシルエットの角部及び縁部の平均曲率半径と、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。粒子の最小寸法は、粒子を横切り、重心を通る最小距離である。（例えば、この最小寸法は、球形粒子と細長い円筒との両方における直径に等しいが、より薄い円筒形の「パンケーキ」においては厚さに等しい）。

【0015】

不純物を含む供給水が培地床を通って流れる場合、バイオマスが表面に形成し得る。死細胞、生細胞、及び細胞外高分子物質（ＥＰＳ）を含むバイオフィルムが形成されることもある。バイオフィルムは、成長し続けると、培地床を通って移動する流体の流れ抵抗を大きくし得る。同時に、培地床内のバイオフィルムが、供給水内の同化可能な栄養素を枯渇させ得る。

【0016】

本発明の生物学的処理装置１０は、本明細書で「供給水」と呼ばれる不純物を含む水を処理することにより、下流での生物増殖の可能性を低減する。その１つの実施形態を図１ａ及び図１ｂに示す。図示の装置は、培地床１４と、入口ダクト１６と、出口ダクト１８とを収容する容器１２を備える。供給水は、培地床１４を通過し、主に入口ダクト１６の開口部から出口ダクト１８の開口部に、培地床１４を通って移動する。容器１２を通過する供給水に関連する圧力降下及び流量が監視されてもよい。

【0017】

微生物が増殖するにつれて、培地床１４を通る流れ抵抗が大きくなり、その結果、同じ圧力差での流量が減少する、又は所望の流量を達成するには、入口導管（２０）と出口導管（２２）との間の圧力差が上昇する。（流れ抵抗は、培地床１４を横断する際の圧力降下に概ね比例し、測定流量に反比例する。より正確には、流れ抵抗は、単位距離当たりの圧力降下を流速で除したものと定義される。抵抗の測定値（Ｒ＝ΔＰ／ｄ／ｖ）は流速に依存するため、本明細書では、１ｃｍ／秒の見掛けの平均流速での短い距離における流れ抵抗が定義され、これを動作条件ではなく培地の特性としている。）本発明の装置の通常の動作中、バイオマスの形成は、培地を横断する際の圧力降下の測定、バイオコンタクタの下流の絶対圧力の測定、又は流量の変化の測定によって監視されることが企図されている。バイオマスを定量する他の手段として、バイオマスによる溶存酸素若しくは亜リン酸消費量の測定、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。

【0018】

好ましい実施形態では、培地床１４は、０．１ｍｍより大きい最小寸法を有する粒子を含む。より好ましくは、０．１ｍｍより大きい最小寸法の粒子は、０．２ｍｍから６ｍｍの最小寸法の中央値を有する。好ましくは、０．１ｍｍより大きい最小寸法を有する粒子は、バイオコンタクタの下流の絶対圧力の測定、又は流量の変化の測定による、少なくとも培地の最小寸法の中央値を有する。バイオマスを定量する他の手段として、バイオマスによる溶存酸素若しくは亜リン酸消費量の測定、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。

【0019】

好ましい実施形態では、培地床１４は、０．１ｍｍより大きい最小寸法を有する粒子を含む。より好ましくは、０．１ｍｍより大きい最小寸法の粒子は、０．２ｍｍから６ｍｍの最小寸法の中央値を有する。好ましくは、０．１ｍｍ超の最小寸法を有する粒子は、少なくとも０．９５の最小寸法の中央値を有し、この段落に記載された最小寸法の中央値に関する制限にしたがって中央粒径を有する。球形でない粒子については、直径は同じ体積を有する粒子の直径である。

【0020】

好ましくは、培地粒子は、ガラス、金属、又はポリマーから作られる。好ましくは、培地粒子は樹脂ビーズである。樹脂ビーズは、イオン交換に使用される典型的な官能基（例えば、スルホン酸基、カルボン酸官能基、アミノ基、四級アミノ基）を含み得るが、好ましくは、官能基を持たない「吸着性」樹脂である。好ましくは、樹脂ビーズは、アクリルモノマーを重合したもの、ビニル芳香族モノマーを重合したもの、又はアクリルモノマーとビニル芳香族モノマーとの重合した組み合わせである。好ましくは、培地床１４は、培地粒子の体積を総培地床体積で除して、すなわちバイオフィルムを除いて計算される５０～７５％の充填密度を有する。好ましくは、どの地点でも培地床１４の高さは、培地床の算術平均高さから２０％を超えて、好ましくは１５％を超えて変化しない。

【0021】

入口導管２０は、入口領域２４に供給水を供給する。図１ｂの実施形態では、入口導管２０は、容器１２の上方にある栓であり、容器１２に連続的又は周期的な供給水の流れを供給して、容器１２内の供給水の水位を所望の範囲に維持する。同様の実施形態では、入口導管２０は、その端部が容器１２又は容器１２内の構成要素に接続されないように、容器１２内に浸漬され得る。或いは、図２に示すように、入口導管２０は、好ましくは、容器１２にあるポート又は複数の孔を有するパイプなどの入口領域２４を画定する物理的構造に取り付けられ得る。好ましい幾何学的形状では、容器の水位は、粒子床の上方、且つ容器の壁の高さの下方に維持される。液位制御手段２８としては、余水路、フロート弁を作動させること、又はコンピュータ制御の流量調整装置が挙げられる。

【0022】

入口導管２０は、容器１２内のいくつかの入口ダクト１６への供給水の分配を可能にする入口領域２４に供給水を供給する。入口領域２４は、容器１２の内部若しくは外部に配置される、又は内部及び外部のそれぞれに部分的に配置されるが、入口領域２４は、いくつかの入口ダクト１６へのマニホールドとして機能するようにされ得る。いくつかの好ましい実施形態では、入口領域２４は、入口導管２０に接続され、個々の入口ダクト１６に取り付けるのに適した別々の孔及び接続部を有する物理的なデバイス又はパイプによって作られる。他の好ましい実施形態では、入口領域２４は、複数の入口ダクト１６が露出される容器１２の開放セクションであり得る。その一例が図１に示されており、複数の入口ダクト１６が培地床１４の上方に延びているため、供給水は入口導管２０から入口ダクト１６のそれぞれに小さい抵抗で流れることができる。所与の流量及び経路の幾何学的形状における圧力降下によって証明される入口領域２４を通る流れ抵抗は、培地床１４の粒子を収容する同様の形状のセクションを通る流れ抵抗よりもはるかに小さいことが重要である。好ましくは、動作中に入口領域２４を通る平均流れ抵抗は、同様のサイズの経路及び距離の培地床１４を通る流れ抵抗の１０％未満、より好ましくは５％未満、又は更には１％未満である。他の実施形態では、入口領域２４内の最も近い表面までの平均距離は、培地床１４内の粒子直径の中央値より大きく、より好ましくは少なくとも１ｍｍ、更により好ましくは少なくとも１０ｍｍである。培地床１４にある粒子は、入口ダクト（１６）と出口ダクト（１８）とを隔離する。粒子間の複数の流路が、入口ダクトと出口ダクトとの間の培地床１４を通って存在する。

【0023】

入口ダクト１６のそれぞれが、入口領域２４と入口ダクト壁５０の多孔質表面セクション５８との両方と流体連通する第１の流路５４を囲む入口ダクト壁５０を備える。同様に、出口ダクト１８のそれぞれが、出口領域２６と出口ダクト壁の多孔質表面セクション６０との両方と流体連通する第２の流路５６を囲む出口ダクト壁５２を備える。培地床内の粒子は、入口ダクト壁（５０）及び出口ダクト壁（５２）の両方の多孔質表面セクション（５８、６０）と流体連通する。培地を通る流れ抵抗は、入口ダクト又は出口ダクトを通る流れ抵抗よりもはるかに大きいため、複数の入口及び出口ダクト（１６、１８）を配置することにより、培地床１４を通る多くの短い経路が実現する。培地を通る、入口ダクトと近くの出口ダクト１８との間の主要な経路は、好ましくは、入口ダクト又は出口ダクト１８のいずれかの長さよりも短い。好ましい実施形態では、入口ダクト１６とその最も近くにある出口ダクト１８との間の平均距離は、入口ダクト１６の平均長さの５０％未満である。より好ましくは、任意の入口ダクトとその最も近くにある出口ダクト１８との間の距離は、入口ダクトの長さの５０％未満である。

【0024】

好ましくは、生物処理システムは、複数の平行入口ダクト１６と複数の平行出口ダクト１８とを備える。最も好ましくは、入口ダクト１６は、出口ダクト１８にも平行である。この説明のために、平行入口及び出口ダクト（１６、１８）は、約１０°以内で同じ方向に向けられると想定される。好ましい実施形態では、少なくとも１組の平行入口ダクト１６又は平行出口ダクト１８が垂直から１０°以内に向けられ、その結果、それらのダクトの長さがそれらの高さに概ね対応する。

【0025】

入口ダクトの長さと、入口ダクトと出口ダクト１８との間の最小距離との比率が、１５：１から２：１であり、好ましくは、１２：１から３：１、好ましくは、１０：１から４：１である。好ましくは、入口ダクト１６及び出口ダクト１８は、実質的に垂直（例えば、垂直から１５°以内、垂直から１０°以内、垂直から５°以内）であり、この場合、入口ダクトと出口ダクト１８との間の最小距離は水平に測定される。好ましくは、入口ダクト１６の数と出口ダクト１８の数との比率は、２：１から１：２、好ましくは１．５：１から１：１．５、好ましくは１．２：１から１：１．２である。好ましくは、入口ダクト１６の数は５から５００、好ましくは少なくとも８、好ましくは少なくとも１０、好ましくは３００以下、好ましくは２００以下、好ましくは１００以下、好ましくは５０以下である。好ましくは、ダクト及び導管の総容積は、培地床１４の体積の２０％以下、好ましくは１０％以下である。ダクト及び導管の好ましい構成材料としては、金属、ポリマー、及び無機充填材を伴うポリマー（例えば、ガラスファイバ（ファイバグラス）又はミネラル粒子）が挙げられ、好ましくはポリマー及び無機充填材を伴うポリマーである。好ましいポリマーとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。

【0026】

ダクトの形状は重要ではないが、好ましくは、その断面は、円形、正方形、又は長方形である。（図１ａでは、ダクトは円筒形に描かれているが、図２ではダクトの形状は指定されていない。）本発明の好ましい実施形態では、ダクトは板状の外観を持つような幅狭の長方形の断面を有し、例えば、ダクトの厚さは、２番目に小さい寸法の２５％以下、好ましくは２０％以下、好ましくは１５％以下、好ましくは１０％以下である。好ましくは、幅狭の長方形の断面を有するダクトは、ダクトの最大の辺が垂直から１０％以内、好ましくは５％以内となるように配置され、すなわち、ダクトの辺と培地床１４の上面との角度が、９０°のこれらのパーセンテージ以内になるように配置される。好ましくは、幅狭の長方形の断面を有するダクトでは、ダクトの数は、３から５０、好ましくは少なくとも５、好ましくは少なくとも７、好ましくは４０以下、好ましくは３０以下である。ダクトは多孔質である。つまり、ダクトは、（入口ダクト１６の場合）ダクトから培地粒子内へと水が通過することができるようにする、又は（出口ダクトの場合）培地から水が入ることができるようにする開口部を有する。開口部のサイズは重要ではないが、好ましくは、開口部は、培地床１４内の粒子の９９％より小さい最小寸法を有し、好ましくは、培地床１４内の粒子の９９．９％より小さい最小寸法を有する。好ましい実施形態では、ダクトの多孔質領域は、直径０．１ｍｍの粒子の通過を妨げる開口部を有する。

【0027】

出口領域２６は、複数の出口ダクト１８を出口導管２２に接続するためのマニホールドとして機能する。出口領域２６は、入口領域２４と同様に、容器１２の内部若しくは外部に配置される、又は内部及び外部のそれぞれに部分的に配置され得る。いくつかの好ましい実施形態では、出口領域２６は、出口導管２２に接続され、個々の出口ダクト１８に取り付けるのに適した別々の孔及び接続部を有する物理的なデバイス又はパイプによって作られる。他の好ましい実施形態では、出口領域２６は、複数の出口ダクト１８が露出される容器１２の開放セクションであり得、開放セクションは出口導管２２に接続される。入口領域２４と同様に、所与の流量及び経路の幾何学的形状における圧力降下によって証明される出口領域２６を通る流れ抵抗は、培地床１４の粒子を収容する同様の形状のセクションを通る流れ抵抗よりもはるかに小さいことが重要である。好ましくは、動作中に出口領域２６を通る平均流れ抵抗は、同様のサイズの経路及び距離の培地床１４を通る流れ抵抗の１０％未満、より好ましくは５％未満、更には１％未満である。他の実施形態では、出口領域２６内の最も近い表面までの（容積）平均距離は、培地床１４内の粒子直径の中央値より大きく、より好ましくは少なくとも１ｍｍ、更により好ましくは少なくとも１０ｍｍである。

【0028】

好ましくは、生物学的処理装置１０の出口導管２２は、少なくとも１つの超ろ過モジュール３２を備える超ろ過システム３１の上流にあり、これと流体連通する。「流体連通」という用語は、本明細書では、ある機器から別の機器へ連続的に接続された経路が存在することとして定義され、経路全体が常に流体で満たされている必要はない。例えば、ポンプによって隔てられた２つのアイテムは、ポンプを通る経路の一部が時々流体で満たされていなくても、流体連通であり得る。生物学的処理装置１０は、栄養素（例えば、有機炭素、硝酸塩、リン酸塩）及び酸素など、微生物増殖につながる水の成分を除去し、それによって超ろ過膜上での微生物の増殖を低減する。好ましくは、超ろ過システム３１は、生物学的処理装置１０と超ろ過モジュール（複数可）３２との間に、少なくとも１つのポンプ、好ましくは高圧ポンプ３４を備える。好ましくは、この構成で使用される高圧ポンプは、加圧された供給水を超ろ過モジュールに供給することができる。

【0029】

培地を通る多くの短い処理経路を有することにより、小さい圧力降下での動作が可能になる。好ましくは、生物学的処理装置１０は、本装置を通る流れが重力のみによって可能になるように構成される。好ましくは、生物学的処理装置は、加圧された供給水源又は圧力容器を使用しない。好ましくは、重力の力は、容器壁にかかる外向きの力の少なくとも８０％をもたらす。好ましい実施形態では、下流の低圧ポンプ３６からの吸引が、入口導管２０と出口導管２２との間に更なる圧力差（１気圧未満の圧力差）をもたらし得る。好ましくは、入口導管２０と出口導管２２との間の圧力差は２気圧未満であり、より好ましくは１気圧未満である。好ましくは、下流の低圧ポンプ３６は、培地床１４を横断する圧力差の少なくとも３分の１を形成する。

【0030】

下流のポンプ低圧３６は、本装置の出口導管２２から流れを引き込むため、又は出口導管２２からの流れを加圧するために使用されてもよいが、好ましくは、いかなるポンプも、入口分配器、培地床１４、及び出口分配器を通して水を強制的に流すために入口で使用されない。好ましくは、入口導管２０は、出口導管２２より高い垂直位置にある。好ましくは、入口導管２０は、容器の上部２０％（すなわち、容器の高さの少なくとも８０％である、容器１２の底部からの垂直距離）、好ましくは上部１０％以内又は上方に位置する。好ましくは、出口導管２２は、容器１２の下部１０％、好ましくは下部５％以内又は下方にある。好ましくは、本装置は、容器１２における液位を所望の範囲内に維持する液位制御手段を備える。好ましい液位制御手段２８は、取水バルブに連結された液位センサと、取水バルブに連結された、本装置を横断する圧力降下を測定する圧力センサとを含む。

【0031】

好ましくは、出口導管と下流にある超ろ過モジュール３２との間の経路は、これ自体が生物増殖の限定試薬となり得る酸素の導入を防ぐために密閉される。培地床を収容する容器は、好ましくは、過度の加圧（例えば、１ｂａｒを超えて大気圧を超えるもの）に適さず、いくつかの実施形態では開放タンクであり得る。しかしながら、容器はまた、空気から密閉されてもよい。例えば、図２に示す蓋は、加圧動作を可能にすることなく、空気交換を妨げ得る。水位線まで、また水位線より下方に延びる蓋３０が、空気の動きを制限し、同様に水中への酸素の交換を制限し得る。

【0032】

好ましくは、本装置は、培地床１４にある粒子をあちこちに移動させ、培地床１４内の微生物増殖を除去するために、培地床１４を通してガスを分配するための手段３８を備える。好ましくは、ガスは、空気、酸素欠乏空気、窒素、又は希ガスであり、好ましくは、空気、酸素欠乏空気、又は窒素である。好ましくは、ガスを分配するための手段３８は、ガスを導入するために容器の底部付近に、複数のパイプ及び開口部を有する分配器（例えば、フラクタル分配器、又は容器における流れを分配するために使用される他の既知の分配器）又は複数のポートを備える。好ましい実施形態では、本装置は、微生物の増殖を除去するために、化学薬剤を単独で、又はガスと共に導入するための手段を備える。好ましい化学薬剤としては、漂白剤及びアルカリ（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）が挙げられる。好ましくは、化学薬剤を導入するための手段は、上述の、ガスを分配するための手段と同じであるが、この手段は、使用される薬剤と適合性がなければならない。適合性は、様々な構成材料の化学的適合性チャートから容易に決定され得る。

【0033】

いくつかの好ましい実施形態では、本装置は、ダクト又はダクトに隣接する部分の培地床１４に対する機械的運動によって、ダクトの表面から過剰な微生物増殖を除去することができるように構成される。例えば、円筒形ダクトを回転させること、又は長方形ダクトを並進させることを、個別に又は一緒に行うことにより、ダクトを培地床１４に対して上昇させたり回転させたりしてもよい。また、特に断面が幅狭の長方形の断面を有するダクト（プレート）の場合、ダクトの表面から微生物の増殖及び付着した粒子を掻き取るために、ブレードを使用することもできる。好ましくは、培地床１４に対するこの機械的運動が、特に入口ダクト１６の外面から、粒子及びバイオフィルムを除去するために使用される。好ましい実施形態では、容器１２は、廃液の排出のために容器に接続された廃液除去導管４８を更に備える。

【0034】

好ましくは、本装置は、細菌及び栄養素を除去するために、複数の同様に構成された平行容器１２（一致する培地床１４、入口及び出口ダクト（１６、１８）、入口及び出口領域（２４、２６）、並びに入口及び出口導管（２０、２２）を有するもの）を更に備える。複数の平行容器１２のそれぞれからの出口導管２２は、同じ超ろ過システム３１に処理済み供給水を供給し得る。隔離弁４０によって、洗浄のために複数の平行容器１２のサブセットをそれ以外から隔離することができる。好ましくは、本装置は、容器１２’のうちの少なくとも１つを任意の時点で使用中止とし、過剰な微生物増殖を除去するための洗浄プロセスを受けるものとし、その際、残りの容器１２は作動中とし、所望の水処理速度を扱うのに十分であることを可能にするのに十分な複数の容器１２を備える。

【0035】

いくつかの実施形態では、粒子フィルタ４６が、出口導管と上記少なくとも１つの超ろ過モジュールとの間に配置される。

【0036】

いくつかの好ましい実施形態では、生物学的処理のための培地を収容する複数の平行容器１２からの出力は、リン酸塩除去樹脂４２、例えば沈殿した酸化鉄を含む樹脂ビーズを封入した下流の容器に送られ得る。この後続の容器は、好ましくは、生物学的処理のための培地を備える容器１２の後、且つ超ろ過モジュール３２の前に配置される。リン酸塩除去樹脂のための容器は、加圧可能であってもよく、例えば２ｂａｒ超の動作に適するものであってもよい。

【0037】

生物学的処理装置１０は、容器１２ごとに、入口導管２０、入口領域２４、入口ダクト１６、培地床１４、出口ダクト、出口領域２６、及び出口導管２２のそれぞれを順次通過する複数の流路４４が容器１２を通ることができるように構成される。容器１２を通る複数の流路４４は、同時に、より低い流速及びより短い流路を可能にして、容器１２を通って移動する化学種の滞留時間が同程度になるようにして、下流の超ろ過システム３１で付着しやすい最も同化しやすい物質の除去を提供する。同時に、入口及び出口ダクト（１６、１８）を除き、培地を通る通過する供給流体と比較して、同じ圧力降下でより大量の供給流体が処理され得る。好ましい実施形態では、樹脂を収容するすべての容器１２の断面積の合計は、生物学的処理後の第１段階において、超ろ過モジュール３２を収容するすべてのハウジング（圧力容器）の断面積の合計より小さい。

【0038】

本発明は、更に、本明細書で説明される生物学的処理装置１０を使用する水処理方法であって、好ましくは、本装置について本明細書で説明される好ましい制限の１つ以上を有する水処理方法に関する。好ましくは、入口導管２０を通って本装置に入った供給水は加圧されず、本装置が配置されている場所の通常の大気圧の５％以内である。好ましくは、入口導管（２０）と出口導管（２２）との間の圧力差は、０．２５ｂａｒ～２ｂａｒ、より好ましくは０．５ｂａｒ～１．５ｂａｒである。好ましくは、容器１２における平均滞留時間は１分未満、好ましくは１秒から３０秒、好ましくは少なくとも２秒、好ましくは少なくとも３秒、好ましくは２０秒以下、好ましくは１５秒以下である。好ましくは、生物学的処理装置１０は、周囲温度、好ましくはその１０℃以内、好ましくはその２０℃以内であるが、好ましくは５℃以上で動作される。好ましくは、本装置を横断する流れ抵抗（入口導管（２０）と出口導管（２２）との間の圧力差を流量で除したもの）が、初期値（初回始動時、又は前回の洗浄工程後のいずれか）から少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも３０％増加したときに、過剰な微生物増殖が生物学的処理装置１０から除去される。この流れ抵抗測定の目的のため、圧力差が、入口導管（２０）と出口導管（２２）との間において０．５ｂａｒに決定され得る。例えば、システムが一定流量で動作される場合、抵抗は、入口導管（２０）と出口導管（２２）との間の培地を横断する観測される圧力降下に比例する。好ましくは、入口導管（２０）と出口導管（２２）との間の圧力差が事前に定義された値を超えた後、本装置は薬品で洗浄され得る。

【0039】

好ましくは、上記のように、分配器又はポートを使用して培地床１４にガスを通すことによって、過剰な微生物増殖が除去される。

【0040】

本方法の好ましい実施形態では、上記のような化学薬剤が容器１２に添加されて、過剰な微生物増殖を除去する。好ましくは、より積極的な洗浄では、化学薬剤は少なくとも４０℃、より好ましくは５０℃に加熱される。他の実施形態では、洗浄に続いて生体細胞の植菌が生物学的処理装置１０に提供される。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】