(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体媒体は、容器内に設けられた粒状フィルター物質を含有する層を通過させられ、汚染された液体媒体は、フィルター物質の上部に供給され、精製された液体媒体は濾過物質の底で除去され、濾過物質を含有する層内に基本的に垂直に置かれ、その上に突き出ている管を設け、少なくとも管の下端で、管の底の周りにチャンバーを設け、チャンバーは底で開いており、管の下端の近くで、注入された気体の排出作用の結果として、フィルター物質と媒体が管の下端の周りから引き入れられ、注入された気体はフィルター物質と媒体を管内を上方に輸送され、上方に供給されたフィルター物質は層の上に広がるように、空気のような気体が注入される、不純物を含有する液体媒体の生化学的精製法であって、気体は、管の下端の下から基本的に垂直に上方に注入されて、気体は管内に吹き込まれてフィルター物質と媒体を上方に供給して、チャンバー内に吹き込まれ、チャンバー内で舞い上がって再び落ちてくる底の物質のうずが起き、その結果再び落ちてくる底の物質は、管の下端の底の周りの底の物質を流動化することを特徴とする、上記方法。
【請求項２】
微生物および／または微生物のアクチベーターは容器に供給される、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
フィルター物質は多孔性顆粒を含有する、前項までの請求の範囲のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
フィルター物質はかなり大きい顆粒およびかなり小さい顆粒よりなる、前項の請求までの範囲のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
フィルター物質は溶岩と砂の混合物よりなる、前項までの請求の範囲のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
フィルター物質は２８％〜３８％の砂と６１％〜７１％の溶岩よりなる、前項までの請求の範囲のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
砂は顆粒径が０．３mm〜１．２mm、好ましくは０．５mm〜１mmである、請求の範囲第５項または６項に記載の方法。
【請求項８】
溶岩は顆粒径が２mm〜１０mm、好ましくは４mm〜８mmである、請求の範囲第５項〜７項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
汚染された液体媒体の供給手段（５）、精製された液体媒体の除去手段（６１）、および容器（１）中に層として設けられた粒状フィルター物質（１２）を流動化する手段（３１，３３）を有する容器（１）よりなり、フィルター物質を流動化する手段は基本的に垂直の管と気体を注入するための少なくとも１つのノズルよりなり、管は容器中に設けられたフィルター物質を有する層内に位置するように容器内に配置され、管の上端は容器内に設けられたフィルター層の上端より高い位置にあり、ノズルは管の下端の近くに設けられている、汚染物質を含有する液体媒体の生化学的精製用の装置であって、底が開いているチャンバーは管の下端の周りに形成され、少なくとも１つの注入ノズルは基本的に上方に向いて、気体と管内とチャンバー内に吹き込むことを特徴とする、上記装置。
【請求項１０】
粒径が好ましくは２０mm未満の粒状フィルター物質の層が容器内にある、請求の範囲第９項に記載の装置。
【請求項１１】
粒状フィルター物質は多孔性顆粒よりなる、請求の範囲第９項または１０項に記載の装置。
【請求項１２】
粒状フィルター物質は、好ましくは２８％〜３８％の砂と６１％〜７１％の溶岩を含む、溶岩と砂の混合物からなる、請求の範囲第９〜１１項までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
砂の顆粒径は、０．３mm〜１．２mm、好ましくは０．５mm〜１mmである、請求の範囲第１２項に記載の装置。
【請求項１４】
溶岩の顆粒径は、２mm〜１０mm、好ましくは４mm〜８mmである、請求の範囲第１２項または１３項に記載の装置。
【請求項１５】
精製された液体媒体の除去手段は、容器の底に設けられた配水管よりなる、請求の範囲第９項〜１４項までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
供給手段は、容器内に設けられたフィルター物質の上で容器内に排出する、請求の範囲第９項〜１５項までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
層内に位置する垂直の管（３３）の部分はケース（３２）内にあり、底で開いている自由な間隙（７１）はケース（３２）と垂直の管（３３）の間に存在する、請求の範囲第９項〜１６項までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
容器は、容器の上に規則的なパターンで配置された複数の垂直の管が設けられ、底にノズルを有する、請求の範囲第９項〜１７項のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、汚染物質を含有する液体媒体を、容器中に保持され粒状フィルター物質を有する層の中を通過させることよりなる、液体媒体の生化学的精製のための方法と装置に関する。
このような方法は一般に公知である。これらの方法において、粒状フィルター物質は汚染物質を保持および／または吸着し、かつ液体媒体を通過させるため、液体媒体は一般に精製される。
本発明の目的は、上記のタイプの改良された方法と装置を提供することである。
本発明において、容器中の粒状フィルター物質を流動化することにより、この目的が達成される。この点で、粒状フィルター物質は好ましくは気体（例えば、空気）の注入により流動化される。粒状物質上では、汚染物質を吸着しおよび／または変換する細菌および／または微生物を含有する、層（一般に、粘液性の層）が形成され、この過程でこれらは液体媒体を再び化学的に精製する。驚くべきことに、粒状物質が流動化される時、細菌および／または微生物の精製作用は大幅に増強される。この方法において、流動化のための適当な気体を用いることにより、この精製作用はさらに刺激される。このために適した気体は、多くの場合空気である。粒状フィルター物質を循環させることで、層が汚泥状になるのが防止される。
本発明において、微生物および／または微生物のアクチベーターが容器に供給されるなら、精製作用をさらに改良するのに有効である。媒体および／またはフィルター物質中にすでに存在する微生物を使用することもできる。さらに一般に当業者に公知のように、例えば水系の既知の精製物質および微生物の栄養物質をさらに加えることができる。微生物の代わりにまたはこれに加えて、細菌および／または細菌のアクチベーターを供給してもよい。
本発明において、濾過物質が微生物および／または細菌が住み着くことができる多孔性顆粒よりなるなら、微生物および／または細菌のフィルター物質の支持機能は、顕著に改良される。顆粒が多孔性であるほど、精製される媒体と細菌および／または微生物との接触面積は大きくなる。
生物学的フィルターのすべての既知のフィルター物質（例えば、多孔性顆粒）を使用することができる。これらの物質は、使用の前に随意目的のサイズを有する顆粒に形成される。顆粒支持物質上に提供されるフィルター物質および精製物質を使用することができる、。
ＢＷＣ（バイオウォータークリーン（Bio Water Clean））、例えばこれに関連したＢＲＣ（バイオリアクアークリーン（Bio Reactor Clean））は、アクチベーターとして用いることができる。
バイオウォータークリーンの典型的な組成は；
乾燥物質：９５g/l
水分含量：９０５g/l
有機物質：５０g/l
無機物質：４５g/l
有機物質
蛋白：７％
炭水化物：４５％
アルギン酸：２４．５％
マンニトール：３．７％
その他：１６．８％
増殖刺激物質
アデニン（サイトキニン）：０．０２％
ＩＡＡ：０．０３％
ＡＢＡ：０．０１％
無機物質（灰）
必須構成成分：必須微量元素
（巨大栄養物質）（微小栄養物質）
総窒素（Ｎ）１．５％
リン（Ｐ）０．０５％
カリウム（Ｋ）２．５％
カルシウム（Ｃａ）１．２％
イオウ（Ｓ）３．７％
銅（Ｃｕ）５ppm
鉄（Ｆｅ）１２００ppm
マンガン（Ｍｎ）１２ppm
亜鉛（Ｚｎ）１００ppm
ホウ素（Ｂ）８０ppm
モリブデン（Ｍｏ）１ppm
通常見いだされる元素はさらに：アルミニウム、アンチモン、バリウム、臭素、カドミウム、塩素、クロム、コバルト、フッ素、ヨウ素、鉛、水銀、ニッケル、セレン、珪素、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、タングステンおよびバナジウムがある。
バイオウォータークリーンを本出願のフィルターとともに使用すると、濾過水を植物に給水するために温室に再循環するとき以下の利点が得られる：
−  植物および／または培養物の味がよく、寿命が長く、品質がよくなる；
−  植物による金属イオン（例えば、Ｎａ+、Ｋ+、Ｍｇ+）の吸収がよくなる。
こうすると例えば、再循環システムに塩の好ましくない蓄積（例えば、植物を培養するマット中）がなく、温室の給水装置の水道水および／または水路の水を使用することができる。
本発明において、フィルター物質がかなり大きい（好ましくは多孔性の）顆粒およびかなり小さい顆粒よりなるなら有用である。このかなり小さい顆粒は、かなり大きい顆粒の間隙を埋め、その結果顆粒とフィルター物質との接触が改良される。
本発明において、非常に適したフィルター物質は、溶岩と砂の混合物を含む。この混合物は、好ましくは２８％〜３８％の砂と６１％〜７１％の溶岩よりなる。砂として例えばいわゆる濾過用の砂を使用することができる。
顆粒径が０．３mm〜１．２mm（好ましくは０．５mm〜１mm）の砂、および顆粒径が２mm〜１０mm（好ましくは４mm〜８mm）の溶岩は、特にこれらの顆粒径を組合せて使用すると、非常の良い結果が与えるようである。このような顆粒径を有する砂や溶岩は容易に流動化することができ、微生物や細菌の良好な支持体となり、充分に大きな総接触面積を与える。これらの条件下でかなり大きい溶岩顆粒の間隙はかなり小さい砂の顆粒により埋められ、その結果精製される媒体と溶岩顆粒との接触、従って細菌および／または微生物との接触が支持されるかおよび／または改良される。
本発明において、汚染された液体媒体がフィルター物質の上部に供給され、精製された液体媒体がフィルター物質の底から除去され、気体（例えば、空気）をフィルター物質内に基本的に垂直上方向に注入することによりフィルター物質を流動化するなら、非常に優れた精製作用が得られる。これらの条件下で、気体の泡の浮力を利用して、汚染された液体媒体をフィルター物質内を上部から下部に通過させ、フィルター物質自身は流動化され、その結果層内でフィルター物質の循環が起きる。
本発明のさらに有利な方法において、注入された気体により液体媒体はフィルター物質とともに上方に押し上げられる。この場合、精製される液体媒体も容器内を循環するため、精製作用は改良される。本発明において、気体は、フィルター物質を含有する層中で基本的に垂直に置かれその上に出ている管の下端から注入されるため、精製される液体媒体またはフィルター物質の再循環は非常に有効な方法で起きる。こういう形で精製すべき液体媒体、フィルター物質および気体を管を介して循環させることにより、精製すべき液体媒体が、顆粒に支持されている細菌や微生物と密接に接触し、細菌や微生物はまた、注入された気体により（例えば、酸素の供給の結果として）さらに再び活性化される。
本発明はさらに、本発明の方法を実施するための装置に関する。このような装置は、汚染された液体媒体の供給手段、精製された液体媒体の除去手段、および容器中の粒状フィルター物質を流動化する手段を有する容器よりなる。好ましくは、顆粒径が２０mm未満のフィルター物質が容器に供給される。このような大きさの顆粒（例えば、溶岩顆粒）は、容易に流動化することができ、微生物や細菌の良好な支持体となり、一方では微生物および／または細菌の間の、他方ではこれらと精製すべき液体媒体との間の充分な接触面積を与える。
精製された液体媒体の除去手段は、容器の下部に設けた排出管または排出管システムよりなることが有効である。このような排出管は一般に公知であり、例えば容器の下部に取り付けられ、粒状フィルター物質を引き込むことなく精製された液体媒体を除去する。
粒状フィルター物質を流動化する手段は、気体を注入するための少なくとも１つのノズルよりなり、このノズルは、容器内のフィルター物質を含有する層内に位置するような高さで、容器内に設けられる。この点で、ノズルは好ましくは、注入される気体流が基本的に上方に向かうように提供されることが好ましい。
媒体は不純物を含有する任意の液体であり、例えば、加工工程、市場向け野菜農園、および農場の水性廃液および供給液がある。本発明の方法と装置のさらなる応用は、当業者には明らかであろう。
本発明を、以下の実施態様と図面を参照してさらに詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明の精製装置が導入されたシステムの模式図である；
図２は、フィルター物質を流動化するための装置を示す；
図３は、液体の生化学的精製のための本発明の装置の平面図である；そして
図４は、図３の装置の断面図である。
図１は、３つの容器（すなわち、１、２、および３）よりなる、液体の精製システムである。容器１は、液体の生化学的精製が行われる反応槽であり、容器２は、精製すべき液体を含有する供給緩衝体であり、容器３は、精製された液体を含有する除去緩衝体である。供給緩衝体２と除去緩衝体３は、それぞれ供給パイプおよび排液パイプ（これらは示してない）に接続できることは明らかであろう。精製すべき液体は、ポンプ装置４を利用してパイプ５（パイプ５は反応槽１の上部に排出する）を介して、供給緩衝体２から反応槽１に供給される。供給緩衝体２は、さらにオーバーフローパイプ６が取り付けてあり、供給緩衝体２が一杯の場合は、これを介して汚染された液体７が除去される。
微生物、細菌または微生物および／または細菌のアクチベーターは、供給パイプ５に接続した供給装置８を用いて反応槽１に供給することができる。
精製目的の排液管１５（後述）は、反応槽１に接続されており、除去パイプ１５は、集液タンク１９に排出する。空気注入手段１０は、２つの空気供給パイプ１３と１４を有する分配器１１に接続しており、この分配パイプにより、空気は反応槽１に注入され、これがフィルター物質１２を流動化する。反応槽１は、さらに水準スイッチ１８が取り付けられ、これが信号を出して反応槽１中の液体２７の水準がどの高さにあるかを教える。
コックの栓５５、５６、５７および５８の設定に応じて、液体は、反応槽１からパイプシステム６１を介して集液タンク１９または集液タンク５４に除去される。この点で、液体の精製が不充分な場合（例えば、装置が開始したばかり、または再開したばかりの場合）は、液体は集液タンク１９に送られる。集液タンク１９から、次に液体は、ポンプ２０を利用してパイプ２１を介して供給緩衝体２に戻される。
液体が充分に精製された場合は、反応槽から集液タンク５４に送られる。精製された液体は、次にポンプ５３を利用してパイプ１６と流量計１７を介して集液タンク５４から除去緩衝体３に送られる。この点で、流量計１７は流速計、または時間当たりに流れた液体量の総量を計量する累積計でもよい。
パイプシステム６１のパイプ部分６２は、反応槽１の層フィルター物質の上部より高い水準で、基本的に水平に伸びている。このため反応槽１中の液体の水準は、層が絶えず液体で覆われて乾燥しないように充分に高くなる。
除去緩衝体３は、水準スイッチ２２が取り付けてあり、これは信号を出して、精製された液体がある高さに達したかまたは越えているかを教える。
精製システムは、制御装置９により制御することができる。このために、制御装置９は、信号ライン２３を介して、原料緩衝体中のポンプ４に、信号ライン２６を介してコンプレッサー手段に、信号ライン２４を介して除去緩衝体の水準スイッチ２２に、そして信号ライン２５を介して反応槽の水準スイッチ１８に接続される。制御装置９はさらに信号経路（示してない）を介して、例えば供給装置８、分配器１１、流量計１７、または１つまたはそれ以上の弁、制御弁（これは閉じることができる）に接続することができることは明らかであろう。
図１に示す精製システム自身の操作は、当業者には明らかであろう。反応槽１の操作を、以下に詳述する。
図２は、反応槽１の詳細な断面図である。
反応槽１は、約３３％の砂と６６％の溶岩の混合物から構成される粒状フィルター物質の層を含有する。砂（好ましくは、フィルター砂）の粒径は、約０．５〜１mmであり、多孔性溶岩の粒径は約４〜８mmである。従って砂の顆粒は、溶岩顆粒の間隙を埋め、その結果液体と溶岩顆粒との接触が改良される。
図２から明らかなように、液体２７の水準５０は、フィルター物質１２の水準５１より高く、その結果フィルター物質が乾燥してしまうことはない。
反応槽には、循環装置がある。この循環装置は、内管３３と外管３２よりなる。内管３３は、中心化装置３５により、外管３２の中心に存在する。外管３２は支持体３０に結合しており、この支持体は例えば、反応槽の底部に取り付けられていてもよい。支持アーム３４により支持体３０には、空気の供給パイプ１３に接続されているノズル３１が結合している。このノズル３１は、内管３３の下にあり、そこから出る気体が基本的に内管３３に吹き込むようになっている。
循環装置の上部には、フタ７０が取り付けられている。このフタ７０は、内管３３が突きだしている開口部があり、このフタ７０はさらに外管３２に適合する。従って内管３３と外管３２の間の間隙は、基本的に上部で閉じられ、内管３３はフタ７０により外管３２の中心に維持される。このフタ構成物７０は、循環装置上の維持操作を大幅に単純にする。いずれにしても、フタ７０は上部からアクセスでき、その結果これを除いてから、内管３３を外管３２から取り外すことができる。次にノズル３１を点検して、必要であれば、外管３２を介して洗浄することができる。この操作の間フィルター物質は容器から取り外す必要がないことは明らかであろう。これは実用上の大きな利点である。
図２からさらに明らかなように、内管３３の上端は、フィルター物質１２の水準５１より上にあり、外管３２の上端より上にある。図２にあるように外管３２の上端は、フィルター物質１２の水準５１とほとんど同じ高さにあり、従ってフタ７０に容易にアクセスできる。しかし外管３２の上端も、フィルター物質１２の水準５１より高い。
矢印で示すフィルター物質、空気および液体の流れは、ノズル３１を介して注入点で内管３３内に注入される空気により発生する。注入された空気の作用の結果として、液体およびフィルター物質は、循環装置の底で引き込まれ、内管を通って上方に輸送される。内管３３はフィルター層の上に突き出ているため、上方に供給されたフィルター物質は、指示されたように層の上に広がる。循環装置の下端で引き込まれた液体は、すでに層を通過しており、そこですでにある程度精製されている。液体は再度上方に供給されるため、再度供給する必要があり、これは精製作用にとって有利である。
内管を移動の間、粒状フィルター物質、精製すべき液体および注入された気体（例えば、空気）の間の密接な接触が達成される。この密接な接触は、汚染された液体の精製に極めて有利である。前述のように、精製された液体は、反応槽の底に取り付けられた排液パイプにより除去され、その結果液体はフィルター物質１２の層を通って上から下に輸送され、循環装置を介する循環によりこれが数回起きる。
外管３２の断面の大きさは、少なくとも内管３３の下端で、底の周りにチャンバー７１が設けられるようなものである。図２に示した例では、チャンバー７１は、内管全体のまわりに伸びている。このチャンバーは底が開いている。このチャンバーでは、ノズル３１から注入された空気により、舞い上がって再び落ちてくるフィルター物質の顆粒のうずが発生する。従ってこの空気は、うずまくチャンバー７１とともに内管へ徐々に供給される。うずまくチャンバー７１から出て落ちてくる顆粒は、循環装置の下端の下のフィルター物質の上に落ち、その結果フィルター物質は流動化され、こうして内管３３にフィルター物質が供給される。これは、循環装置の下端の下でフィルター物質のない間隙が形成する可能性を防止する。
うずまくチャンバーでの空気の蓄積を防ぐために、換気口（これは示してない）が設けられる。この換気口は、例えば内管３３の壁の循環装置の上に設けられ、その結果ここで、うずまくチャンバーと内管の内部が接続される。
図３と４はそれぞれ、本発明の反応槽の平面図と断面図である。これらの図から明らかなように、精製された液体のための除去パイプ１６は、反応槽の底にラセン状に取り付けられた排液システム３６に接続される。さらに気体（例えば、空気）を供給するためのパイプ１４は、反応槽の底に同様にラセン状に取り付けられたパイプシステム３７に排出されることが図からわかる。このパイプシステム（例えば、穿孔した管）は、フィルター物質内にさらに気体を注入できるようにするために、複数のノズルが取り付けられる。この追加の気体は、フィルター物質をさらに流動化し、同時に循環装置により流動化するために使用される。しかし、パイプシステム３７も、設定した時間にフィルター物質を非常に激しく流動化するために使用され、その結果フィルター物質中に存在する不純物は上方に吹き上げられ、除去パイプ１５に接続したロート３８から除去される。この場合、反応槽中に存在するフィルター物質は、設定された時間に精製処理をされる。
図３と図４からさらに、反応槽中の複数の循環装置（特に、４つの循環装置）が設けられることがわかる。しかし反応槽の大きさに依存して、これより多くのまたは少ない数の循環装置が設けられることは明らかであろう。この循環装置は、好ましくは規則的なパターンで設けられる。例えば、循環装置は、図３に示すように、円形で一定の角度の距離で配置される。しかし、循環装置を含有する複数の円形が反応槽中に存在してもよい。さらに、反応槽の中心にさらに循環装置を提供することは有効であるが、これは図が複雑になることを避けるため図３には記載していない。
前述の本発明の態様に関して、本発明の範囲内の多くの変更が可能であることは明らかであろう。
本発明の方法と装置は、温室の植物の栽培で集めた注水の精製に有用であり、精製された注水は再度注水のために使用される。
本発明の方法の使用を以下の非限定例で説明する。
例１
温室からの排水を、バイオウォータークリーンを用いて本発明のフィルターで濾過した。フィルタの上流と下流の、好気性微生物の数と真菌の数を計測した。結果を以下に示す。
0003703031.tif 000002
これは、本発明の方法により、顕著な生物学的精製が得られることを示す。
例２
植物樹液の分析
本発明の方法の効果を測定するために、試験を行なった。１つの試験では、１９９４年６月１日まで正常の培養を行い、別の試験では、１９９４年４月１日から本発明を使用し、バイオウォータークリーンを供給溶液とともに与えた。
２つの試験の差を測定し、特に、若くて充分に成長した葉の植物樹液について毎週分析した。最も重要な化学的データを以下に示す。
１９９４年６月１日まで未処理
0003703031.tif 000003
１９９４年４月１日から処理
0003703031.tif 000004
処理した場所の場合は、収穫物がより元気で健康であることが、分析数字からも明らかである。特に、Ｃａ含量は、時に４０％〜５０％高い。この結果は、しばしば問題を引き起こす根の先端から植物の部分へのＣａの輸送が、うまく機能していることを示す。公知のように、カルシウムは植物において、細胞壁や膜の構成に使用される。メロンの栽培では、寿命が長くなることから、これは明らかである。さらなる利点には、以下のものがある：
−  曇天の春にもかかわらず、前年よりも生産量が多い。
−  生産量の増大（キログラム単位で）。１０％以上の生産量の増加する可能性がある。
−  平均重量が顕著に大きい。ボックス当たり５等級や６等級が収穫され、平均重量はそれぞれ、１５００グラムと１２００グラムである。
−  収穫物は、より元気で病気やストレスに対して感受性が低く（特に、フィチウム（Pythium）、ミコスフェレラ（Mycosphaerella）など）、より多くの葉を生産する。
−  メロンの糖含量は、平均して１．５％高い（現在１１〜１２％）。
−  細胞構造が頑丈なため、フルーツはより長くもつ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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