(57)【要約】      （修正有）【課題】産業プロセスにおいて使用される水を処理するための低コストの方法およびシステムを提供する。【解決手段】少なくとも１つの含有手段、少なくとも１つの連係手段、少なくとも１つの化学物質適用手段４、少なくとも１つの可動式吸引手段５、および少なくとも１つの濾過手段３を含む。連係手段は、システムの要求（たとえば、水質または純度）に依存して必要なプロセスを制御することができる。全ての水量を濾過する必要なく、これまでの水処理濾過システムにより濾過される流量よりも２００分の１まで少ない少量を濾過するだけで、水を浄化して懸濁固体を排除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全水量のうちの少量を濾過することにより水を浄化して水中の懸濁固体を排除する、産業プロセスにおいて使用される水を低コストで処理するための方法であって、ａ．６０，０００ｐｐｍまでの全蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を有する水を収集することと、ｂ．可動式吸引手段により完全に清浄化され得る底部を有する少なくとも１つの含有手段に、前記水を保存することと、ｃ．７日の期間内で、
ｉ．摂氏３５度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、水温摂氏１度当たり１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること；
ｉｉ．摂氏３５度を超え摂氏６９度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること（前記最低期間は、以下の式により計算される：［３５時間］−［水温（摂氏温度）−３５］＝最低期間）；および
ｉｉｉ．摂氏７０度以上の水温に対しては、１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持することと、ｄ．連係手段により、全水量のうちの少量を濾過するだけで前記水を浄化して前記懸濁固体を排除する以下の工程を始動することと：
ｉ．酸化剤を適用して、鉄およびマンガン濃度が１ｐｐｍを超えるのを回避すること；
ｉｉ．凝固剤、凝集剤またはそれらの混合物を適用して、濁度が５ＮＴＵを超えるのを回避すること；
ｉｉｉ．可動式吸引手段により、前工程により生成された沈降粒子を含有する水流を吸引して、沈降材料の厚さが平均１００ｍｍを超えるのを回避すること；
ｉｖ．前記可動式吸引手段により吸引された流れを、少なくとも１つの濾過手段で濾過すること；ならびに
ｖ．濾過された水を、前記少なくとも１つの含有手段に戻すこと；ｅ．前記処理水を下流プロセスにおいて利用することとを含む方法。
【請求項２】
ａ．段階ａ）において収集された前記水が、１０，０００ｐｐｍ以下の全蒸発残留物濃度を有する場合、Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数が３未満でなければならない、または
ｂ．段階ａ）において収集された前記水が、１０，０００ｐｐｍを超える全蒸発残留物濃度を有する場合、Ｓｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数が３未満でなければならない、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項３】
Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数またはＳｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数が、ｐＨ調整、スケール防止剤の添加、または軟化プロセスから選択されるプロセスにより、２未満に維持される、請求項２に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項４】
前記スケール防止剤が、ホスホン酸、ＰＢＴＣ（ホスホブタン−トリカルボン酸）、クロメート、ポリリン酸亜鉛、ニトライト、シリケート、有機物質、苛性ソーダ、リンゴ酸系ポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩、ベンゾトリアゾール、またはそれらの組合せを含む、請求項３に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項５】
収集された水が、産業プロセスからの残留液または天然水源および／もしくは処理水から収集された水であってよい、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項６】
前記殺菌剤が、オゾン、ビグアニド製品、臭素系化合物、ハロゲン系化合物、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項７】
前記連係手段が、制御されるパラメータに関する情報を受容し、ステップｄ）の工程を適時に始動して前記パラメータをその限界値内に調節する、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項８】
前記連係手段により受容された前記情報が、経験的方法により得られる、請求項７に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項９】
前記酸化剤が、ハロゲン系化合物；過マンガン酸塩；過酸化物；オゾン；過硫酸ナトリウム；過硫酸カリウム；電気分解法により生成された酸化体、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項１０】
前記凝集剤または凝固剤が、ポリマー、たとえばカチオン性ポリマーおよびアニオン性ポリマー；アルミニウム塩；４級アンモニウム化合物およびポリ４級アンモニウム化合物；酸化カルシウム；水酸化カルシウム；硫酸第一鉄；塩化第二鉄；ポリアクリルアミド；アルミン酸ナトリウム；ケイ酸ナトリウム；キトサン；ゼラチン；グアーガム；アルギネート；モリンガ種子；デンプン誘導体、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項１１】
前記方法が脱塩目的の水の処理に使用される場合、前記可動式吸引手段が、前記沈降材料の厚さが１０ｍｍを超えるのを回避するように、前記連係手段により始動される、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項１２】
残留塩素が検出された場合、脱塩素化ステップが実行され、前記脱塩素化ステップは、活性炭フィルタ、または、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウムもしくはそれらの組合せを含む化学物質を含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項１３】
前記処理水が、ａ．産業プロセスの原材料として使用され、開放サイクル内で循環する、またはｂ．放出目的、灌漑、浸透、もしくはそれらの組合せのために使用される、請求項１に記載の水を低コストで処理するための方法。
【請求項１４】
全水量のうちの少量を濾過することにより水中の懸濁固体を排除する、水を低コストで処理するためのシステムであって、
−  少なくとも１つの含有手段への少なくとも１つの水の供給ラインと；
−  少なくとも１つの含有手段であって、含有手段の底部に固定された沈降粒子用の受容手段を含む含有手段と；
−  少なくとも１つの連係手段であって、水のパラメータを、操作者または連係手段により指定される限界値内に調節するために必要なプロセスを適時に始動する連係手段と；
−  前記少なくとも１つの連係手段により始動される、少なくとも１つの化学物質適用手段と；
−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動し、前記沈降粒子を含有する水流を吸引する、少なくとも１つの可動式吸引手段と；
−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動することができるように、前記少なくとも１つの可動式吸引手段に移動を提供する、少なくとも１つの推進手段と；
−  前記沈降粒子を含有する水流を濾過する、少なくとも１つの濾過手段と；
−  前記少なくとも１つの可動式吸引手段と前記少なくとも１つの濾過手段との間を連結する、少なくとも１つの収集ラインと；
−  前記少なくとも１つの濾過手段から前記少なくとも１つの含有手段への、少なくとも１つの返却ラインと；
−  前記少なくとも１つの含有手段から少なくとも１つの下流プロセスへの、少なくとも１つの水流出ラインとを含むシステム。
【請求項１５】
前記受容手段が、膜、ジオメンブレン、ジオテキスタイル膜、プラスチックライナー、コンクリートもしくは被覆コンクリート、またはそれらの組合せを含む材料で被覆されている、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項１６】
前記連係手段が、情報を受容し、その情報を処理し、他のプロセスを始動することができる、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項１７】
前記化学物質適用手段が、注入器、スプリンクラー、手動適用、重量による分配器、管、またはそれらの組合せを含む、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項１８】
前記推進手段が、レールシステム、ケーブルシステム、自己推進システム、手動推進システム、ロボットシステム、遠隔誘導システム、エンジンを有するボート、エンジンを有する浮遊デバイス、またはそれらの組合せを含む、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項１９】
前記濾過手段が、カートリッジフィルタ、サンドフィルタ、マイクロフィルタ、限外濾過フィルタ、ナノフィルタ、またはそれらの組合せを含む、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項２０】
前記収集ラインが、可撓性ホース、硬質ホース、管、またはそれらの組合せを含む、請求項１４に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本出願は、２０１１年９月１２日に、ＰＣＴ国際特許出願として、米国を除く全ての国の指定に係る出願人である米国内企業Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｇｏｏｎｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ、およびチリ国民であるＦｅｒｎａｎｄｏ  Ｆｉｓｃｈｍａｎｎ  Ｔ．の名称にて出願されており、２０１１年３月３０日出願の米国特許仮出願第６１／４６９，５３７号および２０１１年８月１日出願の米国実用新案第１３／１３６，４７４号に基づく優先権を主張し、これらの出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本出願は、産業プロセスにおいて使用される水を処理するための低コストの方法およびシステムに関する。本発明の方法およびシステムは、全ての水量を濾過する必要なく、これまでの水処理濾過システムにより濾過される流量よりも２００分の１まで少ない少量を濾過するだけで、水を浄化して懸濁固体を排除する。
【背景】
【０００３】
高い透明度を有する高い微生物学的品質の水は、多くの産業のプロセスに現在必要とされている希少資源である。そのような水を得るための処理は、大きな投資および運転コストを伴い、プロセスは複雑であり、現在まで効果的に解決されていない多くの問題を呈する。また、プロセスは、大量のエネルギーおよび化学物質を消費し、したがって環境を大きく損なう。具体的には、水に含有される不純物、たとえば中でも、懸濁固体、金属、藻類および細菌の除去は、全水量の濾過を可能とする高価で複雑な濾過システムの設置を必要とし、したがって、高いエネルギー消費、高い化学物質および材料要件、ならびにこのプロセスを妨げる他の源泉を示す。
【０００４】
高い微生物学的品質の水は、いくつかの重要なプロセス、たとえば中でも、逆浸透脱塩プロセス、水産養殖に使用される水の処理、飲用水産業用の水の処理および維持、産業液体残留物の処理、または鉱業のための水の前処理に必要である。また、本発明の非常に低コストの高い微生物学的品質および透明度の水は、高い物理化学的および微生物学的品質の水を必要とする他の産業プロセスにおいても使用することができる。
【０００５】
脱塩
現在の脱塩プロセスの改善に取り組むいくつかの理由がある。なぜなら、この産業は飛躍的に成長しており、将来非常に重要となるからである。世界で利用可能な全ての水のうち、その９７％は海水に相当する。利用可能な残りの３％の淡水のうち、２．１％は極地で凍結しており、わずか０．９％が人間による消費に利用可能であり、これは川、湖において、または地下水として見出される。人間による消費のための淡水の制限された利用可能性は、世界的人口増加および文化的変化に伴って増加している問題である。世界の人口の約４０％は、すでに淡水源へのアクセスの不足により引き起こされる問題に悩まされている。
【０００６】
したがって、まさに国連環境計画（ＵＮＥＰ）が警告しているように、今後５０年以内に約３０億人の人々が深刻な水不足に悩まされることになると予測される。また、１９９９年、ＵＮＥＰは、地球温暖化と共に水不足を新世紀の最大の問題として特定した。淡水資源は、自然が補充し得る速度を超える速度で消費されており、また、地下水および表面水の汚染および利用が、利用可能な天然資源の量および／または品質の低下をもたらした。人口増加、新たな淡水源の不足、および１人当たりの水消費量の増加が組み合わさって、水資源の近くに位置する国々の間での地域的緊張の悪化が引き起こされる。上記の全てにより、将来の人類の需要を満たすためだけではなく、水不足がもたらし得る衝突を回避するためにも、水の利用可能性の問題に対する解決策を見出すことが必須となっている。
【０００７】
好都合なことに、海水は地球上で最も豊富な資源であり、いつでも使用可能な事実上無尽蔵の塩水源である。したがって、淡水の供給不足に関連した甚大な問題を解決するために、最善の解決策は、海水を処理して一般消費用の淡水を提供することである。大洋に含有される海水の膨大な利用可能性は、様々なプロセスにより水中の塩を除去して淡水を生成するための技術の研究および創造をもたらした。この目的を達成するための世界で最も利用可能な技術が、脱塩プロセスである。現在、世界中で約１３０の国々が、ある種の脱塩プロセスを導入しており、設備容量は２０１５年までに２倍になると予測されている。
【０００８】
最も使用されている２つの脱塩プロセスは、以下の通りである。
【０００９】
−  脱塩プロセスとして、全ての塩および溶解ミネラルを残して水分子のみを蒸発させるような水分蒸発を使用すること。このプロセスは、熱脱塩（thermal desalination）と呼ばれる。
【００１０】
−  半透膜に圧力を印加することにより塩から水を分離する、逆浸透プロセスの実行を可能とする特殊膜を使用すること。このプロセスは、逆浸透と呼ばれる。
【００１１】
いかなるプロセスを使用すべきかを決定するためには、エネルギー消費が重要な考慮因子である。熱脱塩を使用して１ｍ3の水を生成するためのエネルギー消費は、１０〜１５ｋＷｈ／ｍ3であり、一方、逆浸透技術を使用したプロセスは、約５ｋＷｈ／ｍ3を使用すると推定される。これは、熱脱塩には蒸発が必要であり、したがって相変化プロセスにより多くのエネルギーが必要であるためであり、これにより熱脱塩は、エネルギー消費の点でより非効率的となる。現在の制限によって、社会が要求する環境要件に適合する技術を使用してプロセスの全体的効率を改善しながら、炭素排出量および環境影響を最小限化することが必要となっている。
【００１２】
上記技術の進化の点では、２００５年以降、逆浸透脱塩プラントの世界的設備容量は、熱プラントの設備容量を超えている。２０１５年までには、世界の脱塩容量は、６２％が逆浸透プラントに、３８％が熱脱塩プラントに配分されるものと予測される。実際に、逆浸透技術を使用した脱塩プラントにおいて淡水を生成する世界的容量は、わずか６年で３００％超増加した。
【００１３】
逆浸透は、水分子のみを通過させる半透膜を通して、高濃度の塩を有する水の流れに圧力が印加されるプロセスである。このため、膜の他方側から出て行く浸透物（permeate）は、低い塩含量を有する高い微生物学的品質の水に相当する。逆浸透技術を使用した脱塩プラントの運転には、以下の２つの主要な段階がある。
【００１４】
１．水前処理２．脱塩段階
逆浸透プロセスそのものに相当する第２の段階は、広範囲に研究されており、９８％までの効率が達成されている（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＨＥＲＯ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）。
【００１５】
逆浸透を使用して淡水を生成するプロセスの第１の段階は、水前処理とも呼ばれる、半透膜に到達する前の塩水の調整に相当する。この前処理ステップは、逆浸透膜の効率的な動作に必要な水質に関連した大きな問題を経験する。実際に、逆浸透膜の５１％は、貧弱な設計または貧弱な動作のいずれかに起因する不十分な前処理により不具合を生じ、一方、３０％は、化学物質の不適切な投入により不具合を生じると推定される。現在の方法は、高い不具合率に起因して非効率的であることに加えて、非常にコストが高く、そのためこれらの問題を解決する新たな方法を見出すための研究が盛んに行われている。
【００１６】
膜において生じる問題は、前処理の前に位置するフィルタおよび膜、ならびに逆浸透膜を汚損する供給水の特徴に依存する。これらの問題は、膜のより短い寿命ならびにより高いメンテナンスおよび清浄化頻度として反映され、より高い運転および維持コストをもたらす。貧弱な水前処理に起因して生じる一般的問題は、膜の損傷および膜の遮断という２つの種類に分けられる。
【００１７】
逆浸透膜の損傷は、主に、供給水中の多様な化合物による膜材料の酸化および加水分解により引き起こされる。ほとんどの逆浸透膜は、生物成長を防止するために脱塩プロセスに通常添加される現行の残留塩素濃度に耐えることができない。膜は高コストであるため、連続動作を維持して可能な最高の性能を達成するために、全ての可能な注意が払われるべきであり、したがって、水は、膜を通過する前にしばしば脱塩素化されなければならない。結果的に、供給水のｐＨもまた、膜の最適動作のために調整されるべきである。さらに、膜への損傷を防止するために、溶解した酸素および他の酸化剤が除去されなければならない。ガスもまた膜の適切な動作に影響するため、最適動作のためには高い濃度は回避されるべきである。ガスおよび酸化剤の濃度を制御するための現在の方法は、非常に高価であり非効率的である。
【００１８】
一方、逆浸透膜の遮断は、様々な理由、たとえば、膜を通過するために供給水に印加される必要があるより高い圧力、行う必要のある一定のメンテナンスおよび洗浄により引き起こされる大規模な休止時間、ならびにプロセスにおいて使用される備品の高い交換コストにより生じる、高い非効率性の大きな一因である。膜の遮断は、生物付着、スケールおよびコロイド汚損の３つの主要な問題により引き起こされる。
【００１９】
生物付着は、膜表面上での細菌または藻類のコロニーの成長により引き起こされる。塩素を使用することができないため、バイオマスのフィルムを形成し、したがって給水の通過を防止してシステムの効率を低減する危険性がある。
【００２０】
膜の遮断を引き起こす別の主要な問題は、最終的にその詰まりを引き起こすスケールである。スケールは、膜上のやや溶解性の塩の析出物および堆積物を指す。実際に、ある特定の運転条件において、供給水中に存在する成分のいくつかが溶解限度を超え、析出する可能性がある。これらの成分は、中でも、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、硫酸ストロンチウムおよびフッ化カルシウムを含む。逆浸透ユニットにおいて、最終段階は、溶解塩の最高濃度に曝され、ここがスケールの最初の兆候が現れ始める点である。析出によるスケールは、膜の表面上の濃度勾配の現象により増幅される。
【００２１】
粒子またはコロイド汚損による詰まりは、給水が大量の懸濁粒子およびコロイド物質を含有する場合に生じ、膜を清浄化するための一定の洗浄を必要とする。水中の粒子の濃度は、異なる様式で測定および表現され得る。最も使用されるパラメータは濁度であり、これは適切な動作のために低いレベルに維持されなければならない。膜表面上の粒子の蓄積は、供給水流と逆浸透膜の阻止特性の両方に悪影響を及ぼし得る。コロイド汚損は、膜表面上のコロイド粒子の蓄積およびケーキ形態の層の形成により引き起こされる。浸透物流の減少は、一方ではケーキ層の形成により生じ、また一方では、正味の力の衝撃（net force impulse）を低減する増加した浸透圧もたらす、塩イオンの拡散の阻害により引き起こされる膜表面における塩の高濃度化により生じる。コロイド汚損を防止するために監視されるパラメータはシルト密度指数（ＳＤＩ）であり、膜製造者は４までのＳＤＩを提案している。また、膜の遮断は、天然有機物（ＮＯＭ）による汚損に起因して生じ得る。天然有機物は、細孔壁上の天然有機物の吸着に関連した細孔の狭小化、細孔の開口部における栓として機能するコロイド状有機物、または膜表面を被覆するゲルの連続層の形成のいずれかにより、膜を閉塞する。この層は大きな非効率性をもたらし、したがってこの層の閉塞は絶対に回避されるべきである。
【００２２】
現在、脱塩プロセスに入る前の水の前処理は、一般に以下のステップを含む。
【００２３】
１．生水中の有機的および細菌学的負荷を低減するための塩素化２．濁度を低減するための砂濾過３．ｐＨを低下させ、石灰プロセスを低減するための酸性化４．スケール防止剤を使用したカルシウムおよびバリウムスケールの阻害５．残留塩素を除去するための脱塩素化６．膜製造者により要求される粒子濾過カートリッジ７．精密濾過（ＭＦ）、限外濾過（ＵＦ）、およびナノ濾過（ＮＦ）
上記前処理ステップのうち、サンドフィルタ、またはより高度の濾過ステップ、たとえば、精密濾過、限外濾過もしくはナノ濾過のいずれかでの濾過ステップのコストは、いくつかの欠点と共に高いコストをもたらす。特に、前処理が不適切である場合、フィルタは、有機物、コロイド、藻類、微生物および／または幼生により閉塞する。さらに、濁度を低減して粒子を除去するためにプラントにおいて処理されるべき全水量を濾過する必要性が、エネルギー、導入および設置コストの点で、ならびに運転中のフィルタのメンテナンスおよび交換の点で、重大な制限を課す。さらに、今日の前処理システムは非常に非効率的であり、導入されるべきデバイスならびに高コストで実行が困難な連続的運転およびメンテナンス作業に起因して、コストが高い。
【００２４】
要するに、ますます希少となる淡水資源は、世界的な供給の問題を生じ、これは、様々な脱塩技術の設計および導入をもたらした。逆浸透脱塩は、淡水資源の増加する希少性に対応するための有望な技術であり、この技術は将来大きく成長すると予想される。しかしながら、供給水を前処理するコスト効果の高いエネルギー効率的な手段は、逆浸透脱塩プラントにとって重要な問題である。低コストで動作し、脱塩プロセスにおける原材料としての使用のための十分な品質の水を生成することができる効率的技術が必要である。
【００２５】
水産養殖産業
水産養殖産業は、水生種、植物および動物の養殖に焦点を当てたものであり、中でも、食品、化学および製薬産業用の原材料がここから得られる。水生種は、淡水または海水中で生育され、主に、魚、軟体動物、甲殻類、大型藻類および微細藻類が養殖される。産業の成長、新技術の開発、および国際社会により課せられる環境規制に起因して、水産養殖産業の環境影響を最小限化すると同時に、作業条件の適切な制御を維持する必要がある。これを行うために、水生種の養殖は、海などの天然水源の現場に位置するものから、そのような目的に特化して建設された施設へと移行している。
【００２６】
食品、製薬産業および一般製造における原材料としてのこれらの種の従来の養殖の他に、水生種はまた、再生可能なこれまでにない源からエネルギーを生成するために、特に微細藻類からバイオ燃料、たとえばバイオディーゼルを生成するために、エネルギー部門においても使用される。
【００２７】
バイオ燃料に関して、世界のエネルギーマトリックスは、石油燃料（油、ガスおよび石炭）を中心に体系化され、これは世界のエネルギー消費の約８０％を提供する。バイオマス、水力発電、および他の「これまでにない」エネルギー源、たとえば太陽エネルギーは、再生可能なエネルギー源である。後者のグループには、風力エネルギー（eolic energy）、太陽エネルギーおよびバイオ燃料が含まれ、マトリックスのわずか２．１％を示し、一方、バイオ燃料はバイオガス、バイオディーゼルおよびエタノールを主に含む。
【００２８】
化石および核エネルギーの源は有限であるため、将来の需要を満たすことができない。したがって、発展途上国におけるエネルギー政策は、代替エネルギーの導入を考慮している。さらに、中でも油および石炭のようなこれまでのエネルギーの乱用は、たとえば、汚染、温室ガスの増加およびオゾン層の破壊などの問題をもたらす。したがって、清浄で再生可能な代替エネルギーの生成が、経済的および環境的に必要とされている。いくつかの国々では、石油燃料とブレンドされたバイオ燃料の使用が、植物油、動物性脂肪および藻類から得ることができるバイオディーゼルの大量および効率的生産を推し進めた。
【００２９】
藻類からのバイオディーゼルの生成は、農地の広範囲の使用を必要としない。したがって、藻類は縮小された空間で生育することができ、非常に速い生育速度を有し、バイオマス倍増時間が２４時間であるため、世界の食物生産に影響を与えない。結果として、藻類は、連続的および無尽蔵のエネルギー生成の源であり、またその生育のために、様々な源、たとえば火力発電所から捕捉され得る二酸化炭素を吸収する。
【００３０】
微細藻類生育のための主要なシステムは、以下に相当する。
【００３１】
−  湖：藻類は、日光、二酸化炭素および水を必要とするため、湖および開放池において生育し得る。
【００３２】
−  フォトバイオリアクタ：フォトバイオリアクタは、光源を含む制御および閉鎖されたシステムであり、閉鎖されていることにより、二酸化炭素、水および光の付与を必要とする。
【００３３】
湖に関して、開放池における藻類養殖は、広範囲に研究されている。このカテゴリーの池は、天然水体（湖、ラグーン、池、海）および人口池または容器である。最も一般的に使用されるシステムは、大型の池、タンク、循環池および浅いレースウエイ池（raceway pond）である。開放池の主要な利点の１つは、ほとんどの閉鎖システムよりも建設および運転が容易であることである。しかしながら、天然の開放池における主要な制約は、蒸発損失、広い陸地表面の必要性、池内の捕食動物および他の競合動物による汚染、ならびに、バイオマス生産性の低下をもたらす撹拌機構の非効率性である。
【００３４】
このために、連続的に運転される「レースウエイ池」が生み出された。これらの池において、藻類、水および栄養物は、ある種のレーストラック状に循環され、水掻車の助けを借りて混合され、一定の運動を得て常に日光を受けるように藻類が水中に再懸濁される。藻類は光を必要とし、日光の貫通が達する深さは制限されているため、池は浅い。
【００３５】
フォトバイオリアクタは、長期にわたる微細藻類の単一種の養殖を可能とし、藻類の大量バイオマス生成に理想的である。フォトバイオリアクタは、一般に０．１ｍ以下の直径を有するが、これは、それより大きい範囲では、高収率を達成するために作物密度が非常に高くなると、光がより深い領域に進入するのが妨げられるためである。フォトバイオリアクタは、日中冷却を必要とし、また夜は温度制御を必要とする。たとえば、夜に生じるバイオマスの損失は、これらの期間温度を低下させることにより低減され得る。
【００３６】
バイオディーゼル生成プロセスは、性能および環境条件に対する適応特性に基づいて選択される、生育する藻類の種類に依存する。微細藻類バイオマス生成は、フォトバイオリアクタ内で開始され、一般に発電所から来るＣＯ2が供給される。その後、定常生育段階に入る前に、微細藻類は、フォトバイオリアクタからより大きな容積のタンクに移送され、最大バイオマス密度に達するまで、発育および繁殖を継続する。次いで、藻類は、藻類バイオマスを得るために様々な分離プロセスにより収穫され、これは最終的にバイオ燃料生成物を抽出するために処理される。
【００３７】
他の望ましくない種の藻類または微生物の汚染により生産性が影響されるため、微細藻類の養殖のためには、実質的に無菌の精製水が必要である。水は、具体的な培養培地に従って調整され、培養培地もまた、同様にシステムの要求に依存する。
【００３８】
藻類の生育速度を制御するための主要な因子は、以下の通りである。
【００３９】
−  光：光合成プロセスに必要である。
【００４０】
−  温度：各種の藻類に対する理想的な温度範囲。
【００４１】
−  培地：水組成、たとえば塩分が重要な考慮点である。
【００４２】
−  ｐＨ：通常、藻類は、最適な生育速度を得るために７〜９のｐＨを必要とする。
【００４３】
−  株：各藻類は、異なる成長速度を有する。
【００４４】
−  ガス：藻類は、光合成を行うためにＣＯ2を必要とする。
【００４５】
−  混合：藻類の沈降を回避し、光への均一な暴露を保証するため。
【００４６】
−  光周期：明暗のサイクル。
【００４７】
藻類は塩分に対し高い耐性を有し、種のほとんどは、淡水による海水の希釈により得られる、藻類の自然環境において見られる塩分よりも若干低い塩分でより良好に生育する。
【００４８】
飲料水産業
水道産業は、経済における住宅、商業および産業部門に飲料水を提供する。飲用水を提供するために、産業は、一般に、高い微生物学的品質および透明度の天然源から水を収集することからその運営を開始し、次いでその水は将来の使用のために貯蔵部内に保存される。水は、使用されることなく貯蔵部内で長期間保存され得る。長期間保存された水の品質は、水中で微生物および藻類が増殖するにつれて劣化し始め、水は人間による消費に適さなくなる。
【００４９】
水がもはや消費に適さないため、飲用水処理プラントにおいて処理されなければならず、そこでは水が各種の浄化段階を通過する。浄化プラントにおいて、高品質の水を生成するために、塩素および他の化学物質が添加される。塩素と水中に存在する有機化合物との反応は、いくつかの有毒な副生成物または消毒副生成物（ＤＢＰ）を生成し得る。たとえば、塩素とアンモニアとの反応においては、クロラミンが望ましくない副生成物である。塩素またはクロラミンと有機物とのさらなる反応は、トリハロメタンを生成し、これは発癌性化合物として指定されている。また、消毒方法によっては、新たなＤＢＰ、たとえば、ヨウ素化トリハロメタン、ハロアセトニトリル、ハロニトロメタン、ハロアセトアルデヒドおよびニトロソアミンが同定されている。さらに、水泳者の塩素および有機物への暴露が、喘息を含む潜在的呼吸障害に寄与する因子として示唆されている。
【００５０】
廃水処理産業
廃水は毎日処理されて、様々な目的で使用される清浄な水が生成される。微量のスラッジおよび廃棄物の生成で、かつ、より少ない化学物質およびエネルギーの使用で、廃水を処理する必要がある。
【００５１】
鉱業
鉱業は、世界中で非常に重要な産業であり、各国の経済に大きく貢献する。鉱業は、そのプロセスの多くに、限られた日増しに希少となる資源である水を必要とする。いくつかの鉱業は、そのプロセスの大半において海水を利用するための技術を開発しており、この資源のみを使用して運営することができる。
【００５２】
鉱山自体は、一般に海岸線から大きく離れた非常に高い場所に位置するため、鉱山に到達するまで水を何キロメートルも運ぶ必要がある。大量の水を移送するために、海から鉱山に水を汲み上げるためのポンプ場が、非常に長い管と共に建設されている。
【００５３】
ポンプ場は、収集した海水を次のポンプ場に送水する高出力ポンプ等を含む構造上に存在する。ポンプ場はまた、その前のポンプ場に生じ得る何らかの問題が起きた場合のために、海水を維持するための含有構造を備える。これらの含有構造は、最終的に、汲み上げプロセスに影響する多様な問題、たとえば管の壁および内側表面の生物付着を生じ得る。生物付着は、材料の劣化および管の横断面積の低減を引き起こし、より高い運転および維持コストを課す。また、含有構造内の水は、微細藻類の成長により劣化し始め、これはポンプ場プロセスにマイナスに干渉し、多様および重要な問題、たとえば生物付着をもたらす。
【００５４】
産業液体残留物処理
いくつかの産業は、地方自治体により課せられる灌漑、浸透または放出要件に適合しない可能性のある液体残留物を有する。また、いくつかの産業は、水中の自然のプロセス、たとえば悪臭または汚色特性をもたらすガスまたは他の物質の排出を生じさせる沈降タンクまたは他の含有手段を有する。
【００５５】
上述のように、産業用途の水を処理するための現在の方法およびシステムは、高い運転コストを有し、大量の化学物質の使用を必要とし、汚損されやすく、望ましくない副生成物、たとえば悪臭または汚色特性をもたらすガスおよび他の物質を生成し、また全水量の濾過を必要とする。これまでの水処理濾過システムよりも低コストで効率的な、産業用途の水を処理する改善された方法およびシステムが望ましい。
【先行技術】
【００５６】
特許ＪＰ２０１１００５４６３Ａは、水浄化プラントにおける凝固剤および凝集剤の注入のための制御システムを提示している。前記システムは、凝固剤および凝集剤の添加前に水の量および品質を測定する濁度センサの使用に基づいている。システムは、沈降後の凝集剤サイズを測定し、これらの測定に従って処理水を分類する分類器を使用する。濁度測定に従い、制御システムは、この手段のための設備により適用される凝固剤および凝集剤の注入速度を計算する。投入される化合物の計算は、処理の前および後に測定された濁度に従い補正因子を決定する関数に従って補正される。粒子の沈降後、全処理水量を濾過する濾過段階がある。
【００５７】
特許ＪＰ２０１１００５４６３Ａの不利点は、システムが殺菌剤または酸化剤の使用を含まないため、水中に存在する有機物含量または微生物を制御していないことにある。また、ＪＰ２０１１００５４６３Ａにおけるシステムは、水中の金属含量を低減せず、一定のパラメータ測定に依存しているため、センサおよび他の測定デバイスに関する要求が高い。さらに、特許ＪＰ２０１１００５４６３Ａは、処理される全ての水量を濾過することを必要とし、これは、高いエネルギー要求量、ならびにそのような濾過に必要なシステムに関する高い設置および維持コストを課す。
【発明の概要】
【００５８】
この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される簡略化された形態における概念の抜粋を導入するために提示されるものである。この概要は、特許請求される主題の、必要とされるまたは必須とされる特徴を特定することを意図するものではない。また、この概要は、特許請求される主題の範囲を制限するように使用されることを意図するものではない。
【００５９】
本発明の原理に従い構築される方法およびシステムは、非常に低コストで、また全ての水量を濾過する必要なく、水を浄化し、懸濁固体、金属、藻類、細菌および他の品目を水から除去する。これまでの水処理濾過システムにより濾過される流量よりも２００分の１まで少ない、全水量のうちのごく少量が濾過される。処理水は、産業目的に、たとえば産業目的で原材料として使用される水の処理に、または浸透、灌漑、放出もしくは他の目的のための産業液体残留物の処理に、使用され得る。
【００６０】
逆浸透脱塩に関連して、本発明は、これまでの前処理技術よりも使用される化学物質が少なく、消費されるエネルギーが少ない、供給水の前処理および維持のための方法およびシステムを提供する。
【００６１】
水産養殖産業に関連して、本発明により生成された水は、全水量のうちのごく少量の濾過を必要とする濾過手段を使用して、藻類の植付けに必要な特性を達成する。本発明は、微細藻類および他の微生物の植付けに使用される、高い微生物学的品質の水を提供する。たとえばレースウエイ池における処理水の使用は、この産業の主要な問題の１つが植付け用の水の調製であるため、コストの著しい削減を示す。また、本発明は、藻類が生育し収穫された後の水の処理を可能とする。したがって、水を再利用することができ、水産養殖産業のための持続可能な方法がもたらされる。
【００６２】
飲料水産業において本発明の方法およびシステムを使用することにより、貯蔵部内に保存された水は、水質を劣化させ得る微生物および藻類が増殖することなく非常に低コストで維持され得る。したがって、本発明の方法およびシステムにより処理された飲料水は、飲用水処理プラントにおいて処理される必要がない。したがって、本発明は、飲用水処理プラントにより生成される有毒な副生成物および消毒副生成物（ＤＢＰ）の発生を最小限化し、資本コスト、使用される化学物質の量、運転コスト、ならびに飲用水処理プラントの環境影響および排出量を低減する。本発明は、非常に高純度の天然源からの水を、劣化または有毒ＤＢＰの発生をもたらすことなく、環境に優しい様式で、低コストで高い微生物学的品質の状態に維持する。
【００６３】
本発明は、廃水処理施設から来る水を非常に低コストで処理し、臭いを除去し、低い濁度レベルを有する高い透明度の水を得るために使用することができる。廃棄物およびスラッジの量は、これまでの廃水処理と比較して大幅に低減され、それにより、環境に優しい持続可能な方法が提供される。
【００６４】
鉱業については、本発明は、ポンプ場における生物付着を防止し、したがって運転および維持コストを低減する、水を処理するための方法およびシステムに関する。本発明はまた、地方自治体により課せられる灌漑、浸透または放出要件に適合するように、多様な産業から来る産業液体残留物を処理するために使用することができる。
【００６５】
本発明の方法およびシステムは、これまでの水処理濾過システムとは異なり、全水量のうちの少量を濾過することにより水を浄化して水中の懸濁固体を排除する、産業プロセスにおける使用のための水を処理するための低コストのプロセスを提供する。一態様において、本発明の方法は、以下を含む：ａ．６０，０００ｐｐｍまでの全蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を有する水を収集することと、ｂ．可動式吸引手段により完全に清浄化され得る底部を有する少なくとも１つの含有手段に、前記水を保存することと、ｃ．７日の期間内で、
ｉ．摂氏３５度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、水温摂氏１度当たり１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること；
ｉｉ．摂氏３５度を超え摂氏６９度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること（前記最低期間は、以下の式により計算される：［３５時間］−［水温（摂氏温度）−３５］＝最低期間）；および
ｉｉｉ．摂氏７０度以上の水温に対しては、１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持することと、ｄ．連係手段により、全水量のうちの少量を濾過するだけで前記水を浄化して前記懸濁固体を排除する以下の工程：
ｉ．酸化剤を適用して、鉄およびマンガン濃度が１ｐｐｍを超えるのを回避すること；
ｉｉ．凝固剤、凝集剤またはそれらの混合物を適用して、濁度が５ＮＴＵを超えるのを回避すること；
ｉｉｉ．可動式吸引手段により、前工程により生成された沈降粒子を含有する水流を吸引して、沈降材料の厚さが平均１００ｍｍを超えるのを回避すること；
ｉｖ．前記可動式吸引手段により吸引された流れを、少なくとも１つの濾過手段で濾過すること；ならびに
ｖ．濾過された水を、前記少なくとも１つの含有手段に戻すことを、始動することと；ｅ．前記処理水を下流プロセスにおいて利用すること。
【００６６】
一態様において、本発明のシステムは、−  少なくとも１つの含有手段（８）への少なくとも１つの水の供給ライン（７）と；−  少なくとも１つの含有手段（８）であって、含有手段の底部に固定された沈降粒子（１７）用の受容手段を含む含有手段（８）と；−  少なくとも１つの連係手段（１）であって、水のパラメータを、操作者または連係手段により指定される限界値内に調節するために必要なプロセスを適時に始動する連係手段（１）と；−  前記少なくとも１つの連係手段により始動される、少なくとも１つの化学物質適用手段（４）と；−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動し、前記沈降粒子を含有する水流を吸引する、少なくとも１つの可動式吸引手段（５）と；−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動することができるように、前記少なくとも１つの可動式吸引手段に移動を提供する、少なくとも１つの推進手段（６）と；−  前記沈降粒子を含有する水流を濾過する、少なくとも１つの濾過手段（３）と；−  前記少なくとも１つの可動式吸引手段と前記少なくとも１つの濾過手段との間を連結する、少なくとも１つの収集ライン（１５）と；−  前記少なくとも１つの濾過手段から前記少なくとも１つの含有手段への、少なくとも１つの返却ライン（１６）と；−  前記少なくとも１つの含有手段から少なくとも１つの下流プロセスへの、少なくとも１つの水供給ライン（１８）。
【００６７】
システムにおいて、受容手段は、一般に、膜、ジオメンブレン、ジオテキスタイル膜、プラスチックライナー、コンクリートもしくは被覆コンクリート、またはそれらの組合せを含む材料で被覆される。連係手段は、情報を受容し、その情報を処理し、他のプロセス、たとえば、化学物質適用手段、可動式吸引手段および濾過手段を始動することができる。化学物質適用手段は、一般に、注入器、スプリンクラー、手動適用、重量による分配器、管、またはそれらの組合せを含む。推進手段は、可動式吸引手段を駆動し、典型的には、レールシステム、ケーブルシステム、自己推進システム、手動推進システム、ロボットシステム、遠隔誘導システム、エンジンを有するボート、エンジンを有する浮遊デバイス、またはそれらの組合せを含む。濾過手段は、カートリッジフィルタ、サンドフィルタ、マイクロフィルタ、限外濾過フィルタ、ナノフィルタ、またはそれらの組合せを含み、一般に、可撓性ホース、硬質ホース、管、またはそれらの組合せを含む収集ラインにより、可動式吸引手段に接続される。
【００６８】
本発明は、水処理プロセスから生じる多様な環境問題に対応する。本明細書に開示される新技術の発明者、Ｆｅｒｎａｎｄｏ  Ｆｉｓｃｈｍａｎｎ氏は、世界中で速やかに導入されている水処理技術における多くの新たな進歩を開発した。短期間で、娯楽用の透明度の高いラグーンに関連した本発明者の技術は、世界中で１８０を超えるプロジェクトに組み込まれている。本発明者、および水処理技術における進歩は、ｈｔｔｐ：／／ｐｒｅｓｓ．ｃｒｙｓｔａｌ−ｌａｇｏｏｎｓ．ｃｏｍ／において確認できるように、２，０００を超える記事の主題となっている。本発明者はまた、水処理技術におけるこれらの進歩に関連して、革新および起業家精神に対する重要な国際的な賞を受賞し、ＣＮＮ、ＢＢＣ、ＦＵＪＩおよびＢｌｏｏｍｂｅｒｇ’ｓ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓｗｅｅｋを含む大手報道機関によりインタビューを受けている。
【００６９】
上記概要と以下の詳細な説明の両方は、例を提供するものであり、また単なる例示である。したがって、上記概要および以下の詳細な説明は、限定的であるとみなされるべきではない。さらに、本明細書に記載されるものに加えて、特徴または変形が提供されてもよい。たとえば、ある特定の態様は、詳細な説明に記載される様々な特徴の組合せおよび部分的組合せに関連し得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一態様における水処理を示すプロセスフロー図。
【図２】本発明の一態様における、水含有構造、たとえばラグーンの上面図。
【発明の詳細な説明】
【００７１】
以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。本発明の態様が説明され得るが、修正、適合および他の実装が可能である。たとえば、図面に示される要素に、置換、追加または修正が行われてもよく、本明細書に記載の方法は、段階を置換する、順番を変える、または開示される方法に段階を追加することにより、修正されてもよい。したがって、以下の詳細な説明は、本発明の範囲を制限しない。システムおよび方法は、様々な装置またはステップを「含む」という用語で説明されるが、システムおよび方法はまた、別段に指定されない限り、様々な装置またはステップ「から本質的に構成される」またはそれら「から構成される」ことが可能である。
【００７２】
定義
本開示に照らして、以下の用語または語句は、以下に説明される意味を有するものと理解されるべきである。
【００７３】
「容器」または「含有手段」という用語は、本明細書において、一般的に、人工ラグーン、人工湖、人工池、プール等を含む、任意の人工の大型水体を説明するために使用される。
【００７４】
「連係手段」という用語は、本明細書において、一般的に、情報を受容し、それを処理し、それに従い決定を行うことができる自動化システムを説明するように使用される。本発明の好ましい態様において、これは、人間により行われてもよいが、より好ましくはセンサに連結したコンピュータにより行われてもよい。
【００７５】
「化学物質適用手段」という用語は、本明細書において、一般的に、たとえば水中に、化学物質を適用するシステムを説明するために使用される。
【００７６】
「可動式吸引手段」という用語は、本明細書において、一般的に、含有手段の底部表面を横切って進み、沈降材料を吸引することができる任意の吸引デバイスを説明するために使用される。
【００７７】
「推進手段」という用語は、本明細書において、一般的に、別のデバイスを押すことまたは引くことのいずれかにより移動を提供する推進デバイスを説明するために使用される。
【００７８】
「濾過手段」という用語は、本明細書において、一般的に、たとえばフィルタ、濾し器、分離器等の用語を包含する濾過システムを説明するために使用される。
【００７９】
本明細書において使用される場合、水の一般的な種類およびそのそれぞれの全蒸発残留物（ＴＤＳ）濃度（ｍｇ／Ｌ）は、淡水、ＴＤＳ≦１，５００；汽水、１，５００≦ＴＤＳ≦１０，０００；および海水、ＴＤＳ＞１０，０００である。
【００８０】
本明細書において使用される場合、「高い微生物学的水質」という用語は、好ましくは２００ＣＦＵ／ｍｌ未満、より好ましくは１００ＣＦＵ／ｍｌ未満、最も好ましくは５０ＣＦＵ／ｍｌ未満の好気性細菌数を含む。
【００８１】
本明細書において使用される場合、「高い透明度」は、好ましくは１０ネフェロメ濁度単位「ＮＴＵ」未満、より好ましくは７ＮＴＵ未満、最も好ましくは５ＮＴＵ未満の濁度レベルを含む。
【００８２】
本明細書において使用される場合、「低い汚損レベル」という用語は、好ましくは６未満、より好ましくは５未満、最も好ましくは４未満のＳＤＩ指数を含む。
【００８３】
本明細書において使用される場合、濾過される水の量に対応する「少量」という用語は、従来の構成の水処理濾過システムにおいて濾過される流量より２００分の１まで低い流量を含む。
【００８４】
本明細書において使用される場合、「従来の水処理濾過システム」または「これまでの水処理濾過システム」という用語は、１日に１から６回処理されるべき全水量を濾過する濾過システムを含む。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
本発明は、低コストで水を処理するための方法およびシステムに関する。本発明の方法およびシステムは、全ての水量を濾過する必要なく、水を浄化して懸濁固体を水から排除する。本発明は、従来の水処理方法の場合よりも２００分の１まで少ない流量に相当する、全水量のうちのごく少量を濾過する。本発明の方法およびシステムにより生成された処理水は、産業目的で、たとえば産業目的における原材料として使用され得る。本発明の方法およびシステムはまた、液体残留物を浸透、灌漑、放出または他の目的に好適とするように産業液体残留物を処理するために使用され得る。
【００８６】
本発明の方法またはシステムにより処理される水は、淡水、汽水または海水であってもよい。方法およびシステムは、制御されるパラメータを操作者により指定される限界値内に調節するために必要なプロセスの適時の始動を可能とする、連携手段を含む。本発明は、水温に依存するアルゴリズムの使用によりシステムの要求に従い化学物質を適用するため、従来の水処理システムよりもはるかに少ない化学物質を使用し、したがって、より高い運転コストをもたらす恒常的な水中の化学物質濃度を維持する必要性が排除される。
【００８７】
本発明のシステムは、一般に、少なくとも１つの含有手段、少なくとも１つの連係手段、少なくとも１つの化学物質適用手段、少なくとも１つの可動式吸引手段、および少なくとも１つの濾過手段を含む。図１は、本発明のシステムの一態様を示す。システムは、含有手段（８）を含む。含有手段のサイズは特に限定されないが、多くの態様において、含有手段は、少なくとも１５，０００ｍ3、または代替として、少なくとも５０，０００ｍ3の容積を有してもよい。容器または含有手段は、１００万ｍ3、５０００万ｍ3、５億ｍ3、またはそれ以上の容積を有してもよいことが企図される。
【００８８】
含有手段（８）は、細菌、藻類、懸濁固体、金属、および水から沈降する他の粒子を受容することができる底部を有する。一態様において、含有手段（８）は、処理されている水から沈降粒子または材料を受容するための受容手段（１７）を含む。受容手段（１７）は、含有手段（８）の底部に取り付けられ、好ましくは、清浄化可能な非多孔質材料で構築される。含有手段（８）の底部は、一般に、非多孔質材料で被覆され、可動式吸引手段（５）が含有手段（８）の下部表面全体にわたって進み、本明細書に開示されるプロセスのいずれかにより生成された沈降粒子を吸引することができるようにする。非多孔質材料は、膜、ジオメンブレン、ジオテキスタイル膜、プラスチックライナー、コンクリート、被覆コンクリート、またはそれらの組合せであってもよい。本発明の好ましい態様において、含有手段（８）の底部は、プラスチックライナーで被覆される。
【００８９】
含有手段（８）は、水を含有手段（８）に供給するための流入ライン（７）を含んでもよい。流入ライン（７）は、蒸発、産業プロセスにおける使用による水の消費、および他の水の損失のため、含有手段（８）の再充填を可能とする。
【００９０】
システムは、システムの要求（たとえば、水質または純度）に依存して必要なプロセスを制御することができる、少なくとも１つの連係手段（１）を含む。そのようなプロセスは、化学物質適用手段（４）の始動（１３）および可動式吸引手段（５）の始動（１１）を含んでもよい。連係手段（１）は、情報（１２）、たとえば出力または生成速度に基づいて、産業プロセス（２）への処理水の流量を変更することができる。制御手段はまた、流入ライン（７）に関する情報（９）を受容すると共に、水質および含有手段（８）の底部の沈降材料の厚さに関する情報（１０）を受容することができる。
【００９１】
連係手段（１）は、実際に必要とされる時のみ含有手段（８）への化学物質の添加を可能とし、水温に依存するアルゴリズムを適用することにより、恒常的な水中濃度を維持する必要性が排除される。したがって、使用される化学物質の量を、これまでの水処理プロトコルと比較して１００分の１まで大幅に低減することができ、運転コストが低減される。連係手段（１）は、制御される水質パラメータに関する情報（１０）を受容することができ、前記水質パラメータをそれぞれの限界値内に調節するために必要なプロセスを適時に始動することができる。連係手段（１）により受容された情報（１０）は、目視検査、経験的方法、経験に基づくアルゴリズム、電子検出器、またはそれらの組合せにより得ることができる。連係手段（１）は、１名以上の人、１つ以上の電子デバイス、情報を受容し、その情報を処理し、他のプロセスを始動することができる１つ以上の任意の手段を含んでもよく、またこれはそれらの組合せを含む。コントローラ手段の一例は、コンピュータデバイス、たとえばパーソナルコンピュータである。また、連係手段（１）は、水質パラメータに関する情報（１０）を受容するために利用されるセンサを含んでもよい。
【００９２】
化学物質適用手段（４）は、連係手段（１）により始動することができ、化学物質（１４）を水中に適用または分配する。化学物質適用手段（４）は、これらに限定されないが、注入器、スプリンクラー、手動適用、重量による分配器、管、およびそれらの組合せを含む。
【００９３】
可動式吸引手段（５）は、含有手段（８）の底部に沿って移動し、本明細書に開示されるプロセスのいずれかにより生成された沈降粒子および材料を含有する水を吸引する。推進手段（６）は、可動式吸引手段（５）に連結されて、可動式吸引手段（５）が含有手段（８）の底部を横切って進むのを可能にする。推進手段（６）は、レールシステム、ケーブルシステム、自己推進システム、手動推進システム、ロボットシステム、遠隔誘導システム、エンジンを有するボートもしくはエンジンを有する浮遊デバイス、またはそれらの組合せから選択されるシステムを使用することにより、可動式吸引手段（５）を駆動する。本発明の好ましい態様において、推進手段は、エンジンを有するボートである。
【００９４】
可動式吸引手段（５）により吸引された水は、濾過手段（３）に送ることができる。濾過手段（３）は、可動式吸引手段（５）により吸引された水の流れを受容し、沈降粒子および材料を含有する吸引された水を濾過し、したがって、全ての水量を濾過する必要性が排除される（たとえば、少量を濾過するのみである）。濾過手段（３）は、これらに限定されないが、カートリッジフィルタ、サンドフィルタ、マイクロフィルタ、ナノフィルタ、限外濾過フィルタ、およびそれらの組合せを含む。吸引された水は、可動式吸引手段（５）に接続された収集ライン（１５）により、濾過手段（３）に送ることができる。収集ライン（１５）は、可撓性ホース、硬質ホース、任意の材料の管、およびそれらの組合せから選択され得る。システムは、濾過された水を戻すための、濾過手段（３）から含有手段（８）への返却ライン（１６）を含んでもよい。
【００９５】
また、システムは、含有手段（８）から産業プロセス（２）に処理水を提供する水流出ライン（１８）を含んでもよい。産業プロセスの例は、これらに限定されないが、逆浸透、脱塩、蒸発、浄化、藻類養殖、水産養殖プロセス、鉱業プロセス、およびそれらの組合せを含む。産業プロセスは、処理水をそのプロセスの原材料（２１）として使用することができ、または、様々な目的、たとえば、中でも、維持目的、灌漑、浸透または放出目的で残留水（２２）を処理するために、方法を適用することができる。所定のパラメータ限界値は、産業プロセス（２）の要件に依存する。一方、産業プロセス（２）は、そのプロセスを調節するために、限界値（１２）を修正することができる。
【００９６】
図２は、本発明のシステムの上面図を示す。含有手段（８）は、蒸発、産業プロセスにおける水の消費、または含有手段（８）からの他の水の損失のため、含有手段（８）の再充填を可能とする供給管システム（７）を含んでもよい。含有手段（８）はまた、化学物質を水中に適用または分配するために、含有手段（８）の縁に沿って配置された注入器（１９）を含んでもよい。含有手段（８）はまた、表面の油および粒子を除去するために、スキマー（２０）を含んでもよい。
【００９７】
一態様において、本発明のシステムは、以下の要素：−  少なくとも１つの含有手段（８）への少なくとも１つの水の供給ライン（７）と；−  少なくとも１つの含有手段（８）であって、前記含有手段の底部に固定された、本明細書に開示されるプロセスのいずれかにより生成された沈降粒子（１７）用の受容手段を含む含有手段（８）と；−  少なくとも１つの連係手段（１）であって、パラメータを限界値内に調節するために必要なプロセスを適時に始動する連係手段（１）と；−  前記少なくとも１つの連係手段により始動される、少なくとも１つの化学物質適用手段（４）と；−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動し、本明細書に開示されるプロセスのいずれかにより生成された前記沈降粒子を含有する水流を吸引する、少なくとも１つの可動式吸引手段（５）と；−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動することができるように、前記少なくとも１つの可動式吸引手段に移動を提供する、少なくとも１つの推進手段（６）と；−  前記沈降粒子を含有する水流を濾過し、したがって全ての水量を濾過する必要なく、少ない少量を濾過するだけの必要がある、少なくとも１つの濾過手段（３）と；−  前記少なくとも１つの可動式吸引手段と前記少なくとも１つの濾過手段との間を連結する、少なくとも１つの収集ライン（１５）と；−  前記少なくとも１つの濾過手段から前記少なくとも１つの含有手段への、少なくとも１つの返却ライン（１６）と；−  前記少なくとも１つの含有手段から下流プロセスへの、少なくとも１つの水流出ライン（１８）とを含む。
【００９８】
可動式吸引手段（５）は、含有手段（８）の底部から全ての沈降粒子を吸引するであろうため、この同システムは、化学薬品の添加により沈降しやすい他の化合物の排除を可能にする。
【００９９】
本発明は、従来の水処理システムより、使用される化学物質が少なく、消費されるエネルギーが少ないので、水を処理するための本発明の方法は、従来の水処理システムと比較して低コストで行うことができる。一側面において、本方法は、水の温度に依存して、ある特定の期間、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰを維持することを可能とするアルゴリズムを適用し、これにより、水が使用されるプロセスの必要性に従い高い微生物学的品質を有する水が維持されるため、本方法は、従来の水処理システムと比較して大幅に少ない化学物質を使用する。本方法は、連係手段（１）を含む、本明細書に記載のようなシステムで行われる。連係手段は、システムから受容した情報に基づき、制御されるパラメータをその限界値内に調節するために必要な化学物質を水に適用する時期を決定する。連係手段が使用されるため、化学物質は、必要とされる時のみ適用され、恒常的な水中の化学物質濃度を維持する必要性が排除される。したがって、従来の水処理システムより１００分の１まで少ないという、化学物質の量の大幅な削減がなされ、運転および維持コストが低減する。
【０１００】
一側面において、本発明の方法およびシステムは、同じ時間枠ではるかに大量の水を濾過するこれまでの水処理濾過システムと比較して、特定の時間枠内に全水量のうちのごく少量を濾過する。一態様において、全水量のうちの少量は、同じ時間枠内で全ての水量を濾過する従来の構成の集中濾過システムにおいて処理される流量よりも、２００分の１まで少ない。本発明の方法およびシステムにおける濾過手段は、連係手段から受容される命令によってより短い期間で動作し、したがって濾過手段は非常に小さい容量を有し、従来の方法を用いた水の処理において必要とされる集中濾過ユニットと比較して、資本コストおよびエネルギー消費が５０分の１まで少ない。
【０１０１】
本発明の方法およびシステムは、低コストでの水の処理を可能とする。方法およびシステムは、金属、細菌、藻類等を水から除去し、シルト密度指数（ＳＤＩ）として測定される低い汚損レベルを有する。したがって、方法およびシステムは、産業目的で使用することができる高い微生物学的品質および透明度の水を提供する。一態様において、本発明の方法およびシステムは、産業プロセスにおける原材料として使用される水を処理することができる。方法およびシステムはまた、これまでの水処理システムよりも少ない化学物質を使用して、またこれまでの水処理システムの場合のように全水量を濾過することなく、浸透、灌漑、放出または他の目的で産業液体残留物を処理するために使用することができる。
【０１０２】
一態様において、本発明の方法は、以下の段階を含む：ａ．６０，０００ｐｐｍまでの全蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を有する水を収集すること（７）と、ｂ．可動式吸引手段により完全に清浄化され得る底部（１７）を有する少なくとも１つの含有手段（８）に、前記水を保存することと、ｃ．７日の期間内で、
ｉ．摂氏３５度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、水温摂氏１度当たり１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること；
ｉｉ．摂氏３５度を超え摂氏６９度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること（前記最低期間は、以下の式により計算される：［３５時間］−［水温（摂氏温度）−３５］＝最低期間）；および
ｉｉｉ．摂氏７０度以上の水温に対しては、１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持することと、ｄ．全水量のうちのごく少量を濾過することにより懸濁固体を排除し、したがって全ての水量を濾過するこれまでの水処理に置き換わる、以下の工程を、連係手段（１）により、始動させること：
ｉ．酸化剤を適用して、鉄およびマンガン濃度が１ｐｐｍを超えるのを回避すること；
ｉｉ．凝固剤、凝集剤またはそれらの混合物を適用して、濁度が５ＮＴＵを超えるのを回避すること；
ｉｉｉ．可動式吸引手段（５）により、前工程により生成された沈降粒子を含有する水流を吸引して、沈降材料の厚さが平均１００ｍｍを超えるのを回避すること；
ｉｖ．前記可動式吸引手段（５）により吸引された流れを、少なくとも１つの濾過手段（３）で濾過すること；ならびに
ｖ．濾過された水を、前記少なくとも１つの含有手段（８）に戻すことを、始動することと；ｅ．前記処理水を下流プロセスにおいて利用すること。
【０１０３】
本発明の方法により処理される水は、天然水源、たとえば、大洋、地下水、湖、川、処理水、またはそれらの組合せにより提供され得る。また、水は、処理された液体残留物が、浸透、放出、灌漑または他の目的で使用され得るように、産業プロセスからの液体残留物が本発明の方法に従い処理される産業プロセスにより、提供され得る。
【０１０４】
１度に７日の期間内で、水の温度に従う最低期間の間少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルを維持するために、化学物質適用手段（４）により殺菌剤が水に適用されてもよい。殺菌剤は、これらに限定されないが、オゾン、ビグアニド製品、殺藻剤および抗菌剤、たとえば、銅製品；鉄塩；アルコール；塩素および塩素化合物；過酸化物；フェノール化合物；ヨードフォア；一般に４級アミン（ポリ４級アンモニウム化合物（polyquats））、たとえば、塩化ベンザルコニウムおよびＳ−トリアジン；過酢酸；ハロゲン系化合物；臭素系化合物、ならびにそれらの組合せを含む。
【０１０５】
水温が摂氏３５度までである場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、水温摂氏１度当たり１時間の最低期間維持される。たとえば、水温が摂氏２５度である場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、２５時間の最低期間維持され、これは、７日の期間にわたり割り振られてもよい。
【０１０６】
水温が摂氏３５度を超え摂氏６９度までである場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、以下の式により計算される最低期間維持される。
【０１０７】
［３５時間］−［摂氏水温−３５］＝最低期間たとえば、水温が摂氏５０度である場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、２０時間（［３５］−［５０−３５］）の最低期間維持され、これは、７日の期間にわたり割り振られてもよい。
【０１０８】
最後に、水温が摂氏７０度以上である場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、１時間の最低期間維持される。
【０１０９】
鉄およびマンガン濃度を維持する、および／またはその濃度が１ｐｐｍを超えないようにするために、酸化剤が水中に適用または分散されてもよい。好適な酸化剤は、これらに限定されないが、過マンガン酸塩；過酸化物；オゾン；過硫酸ナトリウム；過硫酸カリウム；電気分解法により生成された酸化体；ハロゲン系化合物；およびそれらの組合せを含む。一般に、酸化剤は、化学物質適用手段（４）により、水中に適用または分散される。
【０１１０】
水中の疑いのある粒子を凝集、凝塊化、合体および／または凝固させ、次いでそれらが含有手段（８）の底部に沈降するように、凝集剤または凝固剤が水中に適用または分散されてもよい。一般に、凝集剤または凝固剤は、化学物質適用手段（４）により水中に適用または分散される。好適な凝集剤または凝固剤は、これらに限定されないが、ポリマー、たとえば、カチオン性ポリマーおよびアニオン性ポリマー；アルミニウム塩、たとえば、アルミニウムクロロハイドレート、ミョウバンおよび硫酸アルミニウム；４級アンモニウム化合物（quats）およびポリ４級アンモニウム化合物；酸化カルシウム；水酸化カルシウム；硫酸第一鉄；塩化第二鉄；ポリアクリルアミド；アルミン酸ナトリウム；ケイ酸ナトリウム；天然産物、たとえば、キトサン、ゼラチン、グアーガム、アルギネート、モリンガ種子；デンプン誘導体；ならびにそれらの組合せを含む。凝集物が集合または沈降する水の部分は、一般に、含有手段（８）の底部に沿った水の層である。凝集物は、容器の底部に沈積物を形成し、次いでこれは、含有手段（８）内の水の全てを濾過する必要なく、可動式吸引手段（５）により除去することができ、たとえば、ごく少量が濾過される。
【０１１１】
本発明の方法およびシステムにおける化学物質適用手段（４）および可動式吸引手段（５）は、制御されるパラメータを限界値内に調節するために、連係手段（１）により適時に始動される。化学物質適用手段（４）および可動式吸引手段（５）は、システムの要求に従い始動され、これまでの水処理システムと比較して大幅に少ない化学物質の適用、および、同じ時間枠内で、全ての水量を濾過するこれまでの水処理濾過システムと比較して２００分の１まで少ない、全水量のうちの少量の濾過がもたらされる。
【０１１２】
本明細書に開示される方法およびシステムにおいて、連係手段（１）は、水質パラメータのそれぞれの限界値に関する情報（１０）を受容することができる。連係手段により受容される情報は、経験的方法により得ることができる。連係手段（１）はまた、情報を受容し、その情報を処理し、その情報に従い必要なプロセスを始動することができ、その組合せを含む。連係手段の一例は、パラメータを測定してそのような情報に従いプロセスを始動することができる、センサに接続されたコンピュータデバイス、たとえばパーソナルコンピュータである。
【０１１３】
連係手段（１）は、制御されるパラメータをその限界値内に維持するために、好適な化学物質の用量および添加、ならびに化学物質適用手段（４）を始動するための指示に関する情報（１３）を、化学物質適用手段（４）に提供する。連係手段（１）はまた、可動式吸引手段（５）を始動するための情報（１１）を提供する。連係手段は、可動式吸引手段（５）により吸引された流量を濾過する、すなわち全水量のうちのごく少量を濾過するために、濾過手段（３）を同時に始動することができる。可動式吸引手段（５）は、沈降材料の厚さが１００ｍｍを超えるのを回避するように、連係手段（１）により始動される（１１）。方法またはシステムが脱塩目的の水の生成に使用される場合、可動式吸引手段（５）は、沈降材料の厚さが１０ｍｍを超えるのを回避するように、連係手段（１）により始動される。濾過手段（３）および可動式吸引手段（５）は、実質的に絶え間なく動作するこれまでの濾過システムとは対照的に、水のパラメータをその限界値内に維持するために必要とされる時のみ、たとえば１日数時間のみ動作する。
【０１１４】
連係手段はまた、収集された水（９）に関する情報を受容することができる。ＴＤＳの濃度が１０，０００ｐｐｍ以下である場合、水のＬａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数は、３未満となるべきである。本発明において、Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数は、ｐＨ調整、スケール防止剤の添加、または軟化プロセスにより、２未満に維持することができる。ＴＤＳの濃度が１０，０００ｐｐｍを超える場合、水のＳｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数は、３未満となるべきである。本発明において、Ｓｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数もまた、ｐＨ調整、スケール防止剤の添加、または軟化プロセスにより、２未満に維持することができる。Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数またはＳｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数を維持するために使用され得るスケール防止剤は、これらに限定されないが、ホスホネート系化合物、たとえばホスホン酸、ＰＢＴＣ（ホスホブタン−トリカルボン酸）、クロメート、ポリリン酸亜鉛、ニトライト、シリケート、有機物質、苛性ソーダ、リンゴ酸系ポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩、腐食防止剤、たとえばベンゾトリアゾール、およびそれらの組合せを含む。
【０１１５】
本発明の方法は、任意選択で脱塩素化ステップを含んでもよい。そのような脱塩素化ステップは、産業プロセスに干渉し得る残留塩素の量が水中で検出された場合に望ましい。脱塩素化は、これらに限定されないが、還元剤、たとえば重亜硫酸ナトリウムもしくはメタ重亜硫酸ナトリウムを含む化学物質を添加すること、活性炭フィルタを使用すること、またはそれらの組合せにより行うことができる。
【０１１６】
［実施例］
以下の例において、「ａ／ａｎ／ｔｈｅ」という用語は、複数の可能性（少なくとも１つ）を含む。開示される情報は例示的であり、他の態様が存在し、本発明の範囲内である。
【０１１７】
例１
本発明の方法およびシステムは、逆浸透海水脱塩プロセスの前処理段階として使用することができる。
【０１１８】
約３５，０００ｐｐｍの全蒸発残留物濃度を有する大洋からの海水を、本発明に従い、含有手段内に収集した。容器は、約４５００万ｍ3の容積、および２２，０００ｍ2の面積を有していた。
【０１１９】
含有手段内の水温は４月に測定され、約１８℃の温度を有していた。本明細書に記載のように、水温が３５℃以下である場合、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰレベルは、水温１℃当たり１時間の最低期間維持される。このアルゴリズムを利用して、少なくとも５００ｍＶのＯＲＰを、その１週間の間で（１８×１）１８時間維持した。配分は、月曜日に９時間、火曜日に９時間、合わせて計１８時間であった。ＯＲＰを９時間維持するために、水中０．１６ｐｐｍの濃度に達するように次亜塩素酸ナトリウムを水に添加した。
【０１２０】
次亜塩素酸ナトリウムが鉄およびマグネシウムを酸化するのに十分な酸化還元電位を有していたため、鉄およびマンガンレベルを調節するための追加的酸化プロセスを行う必要はなかった。濁度が５ＮＴＵの値に達する前に、凝集剤Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｃｌｅａｒ（登録商標）を、２４時間毎に０．０８ｐｐｍの濃度で凝集剤として注入した。
【０１２１】
細菌、金属、藻類および他の固体を沈降させた後、沈降材料層の厚さが１０ｍｍに達する前に可動式吸引手段が始動された。本方法のプロセスの生成物である沈降材料は、容器の底部に沿って移動する可動式吸引手段により吸引された。次いで、沈降粒子を含有する吸引された水は、可撓性ホースを通してフィルタに拍出され、２１Ｌ／秒の速度で濾過された。
【０１２２】
処理後、水は、７．９６のｐＨ、０．２ＮＴＵの濁度、４のシルト密度指数、０．０４ｐｐｍ未満の鉄濃度、および０．０１ｐｐｍ未満のマンガン濃度を有していた。
【０１２３】
逆浸透脱塩プロセスは、膜の閉塞および汚損を回避するために高品質の水を必要とするため、逆浸透海水脱塩プロセスのための水の前処理は重要である。以下の表１の２列目は、膜製造者により要求される水質パラメータを示す。表１の３列目は、本発明の方法により得られた処理水に対する値を示し、各パラメータに対する値は、膜製造者により要求される範囲内であることを実証している。
【表１】
2014097494.tif 000003
【０１２４】
処理水を提供するために本発明の方法およびシステムにおいて適用される化学物質の量は、これまでの前処理技術の場合よりも大幅に少なかった。本発明は、所与の時間枠内で全水量のうちの少量を濾過するのみであり、非常にエネルギー消費が高い精密濾過、限外濾過またはナノ濾過を必要としないため、エネルギー要件もまたこれまでの前処理技術と比較してより少ない。
【０１２５】
例２
本発明の方法およびシステムは、微細藻類の植付け用の調整水としての使用を含む、水産養殖産業における使用のための水の処理に使用することができる。
【０１２６】
表面１ヘクタールおよび深さ１．５メートルのタンクを、水の含有手段として使用する。水は、まずタンク内で処理され、次いで微細藻類が養殖されているレースウエイ池に送られる。
【０１２７】
例３
本発明の方法およびシステムは、飲料水産業のための水の処理および維持に使用することができる。
【０１２８】
飲料水の必要な特性を有する融氷水または他の天然水源からの水を収集した。収集した水を、本発明の方法に従って完全に清浄化され得る底部を有する含有手段内に維持した。水は、飲料水要件に適合したため、飲料水プラントにおいて後処理を適用する必要はなく、したがってそのようなプラントにより生成される副生成物の量が低減された。
【０１２９】
含有手段内の水の温度は１２℃であった。少なくとも５００ｍＶのＯＲＰを、７日の期間内で（１２×１）１２時間維持した。火曜日に６時間および金曜日に６時間、６００ｍＶのＯＲＰを維持し、このようにして必要な１２時間を完了した。そのようなＯＲＰを維持するために、水中０．１３４ｐｐｍの濃度に達するように臭化ナトリウムを水に添加した。臭化ナトリウムが鉄およびマグネシウムを酸化するのに十分な酸化還元電位を有していたため、追加的酸化ステップは必要なかった。濁度が５ＮＴＵの値に達する前に、水中０．０８ｐｐｍの濃度を得るように凝集剤Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｃｌｅａｒ（登録商標）を水に注入した。凝集剤の添加を、４８時間毎に繰り返した。
【０１３０】
本発明の方法およびシステムは、副生成物を最小限化し、以下の副次的消毒生成物を有する水を提供した。
【表２】
2014097494.tif 000004
【０１３１】
表２中のデータは、本発明の方法およびシステムにより維持された水が、飲料水特性を有し、飲料水プラントにおける処理に供される必要がなかったことを示している。
【０１３２】
例４
本発明の方法およびシステムは、廃水処理産業に使用することができる。
【０１３３】
漏出を回避し、タンクの底部を横切って移動する可動式吸引デバイスによる沈降材料の完全な吸引を可能とするために、プラスチックライナーで被覆された底部を有するタンク内に廃水を維持した。
【０１３４】
殺菌剤として、０．１６ｐｐｍの濃度に達するように次亜塩素酸ナトリウムを水に添加した。次亜塩素酸ナトリウムが鉄およびマグネシウムを酸化するのに十分な酸化還元電位を有していたため、追加的酸化ステップは必要なかった。第１の処理の前に、水が２５ＮＴＵの高い濁度レベルを有していたため、凝集剤Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｃｌｅａｒ（登録商標）を水に注入した。タンク内で０．０９ｐｐｍの濃度に達するまで、凝集剤を水に注入した。凝集剤添加を、２４時間毎に繰り返した。
【０１３５】
タンクの底部における沈降材料を吸引するために、連係手段により吸引カートが始動された。吸引カートは、１日目に１２時間機能した。１日目の後、吸引カートは１日に８時間のみ機能した。
【０１３６】
本発明の方法およびシステムに従う処理の前および後の水の品質を、以下の表３に示す。
【表３】
2014097494.tif 000005
【０１３７】
例５
本発明の方法およびシステムは、多くの目的、たとえば鉱業目的で使用されるポンプ場における水の処理および維持に使用することができる。ポンプ場における緩衝タンクは、管またはポンプシステムが損傷した、または他の問題を経験した場合のために、海水を含有する。タンク内に保存された水は、ある時間経過すると劣化し始め、微細藻類および他の微生物がタンク内で成長し始めて、タンクおよび管の壁に付着する生物付着を形成し、横断面積を低減し、タンクおよび管内の水流に影響する多様な問題を発生する。本発明からの方法は、緩衝タンクに適用され、緩衝タンク内に保存された水を処理し、低コストで生物付着を最小限化することにより水を維持する。
【０１３８】
例６
本発明の方法およびシステムは、多様なプロセスの副生成物として生成される産業液体残留物の処理に使用することができる。鉱業プロセスの生成物として、産業液体残留物が生成される。液体残留物は、沈積プロセス、サンドフィルタ、炭素フィルタ、限外濾過および逆浸透を含むプラントにおいて処理される。浸透物および阻止された生成物の２種類の生成物が、この処理により形成される。浸透物は、次いで灌漑目的で使用され、阻止された生成物／水は、水の硫黄含量を５００ｐｐｍから１ｐｐｍまで低減する気泡浮上分離法（ＤＡＦ）プラントに送られる。ＤＡＦ処理後、水は、蒸発池に送られる。
【０１３９】
ＤＡＦプラントにおいて問題が発生し、高硫黄含量を有する水が蒸発池に達して、池が水中の硫化水素による不快な匂いを有するようになった。１ｐｐｍ未満の濃度の硫化水素は、腐った卵の匂いとして知覚され、蒸発池の地域住民に不快感を与える。水中０．１３４ｐｐｍの濃度に達するように酸化体として臭化ナトリウムを適用し、その１週間以内で２０時間６００ｍＶのＯＲＰレベルを維持することにより、硫化水素により生成される不快な匂いを低減するために、本発明の方法およびシステムを蒸発池に適用した。
【０１４０】
本発明のある特定の態様を説明したが、他の態様も存在し得る。さらに、任意の開示された方法ステップまたは段階は、本発明から逸脱せずに、ステップの順番を変える、および／またはステップを挿入もしくは削除することにより、任意の様式で修正されてもよい。本明細書は、詳細な説明および関連した図面を含んでいるが、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。さらに、本明細書は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で説明されているが、特許請求の範囲は、上述の特徴または行為に限定されない。むしろ、上述の特定の特徴および行為は、本発明の例示的側面および態様として開示される。本発明の精神または請求される主題の範囲から逸脱せずに、様々な他の側面、態様、修正、およびその均等物が、本明細書における説明を読んだ後に、当業者には示唆され得る。
【図１】
2014097494.tif 000006
【図２】
2014097494.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月28日(2014.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全水量のうちの少量を濾過することにより水中の懸濁固体を排除する、水を低コストで処理するためのシステムであって、
−  少なくとも１つの含有手段への少なくとも１つの水の供給ラインと；
−  少なくとも１つの含有手段であって、前記含有手段の底部に固定された沈降粒子用の受容手段を含む含有手段と；
−  少なくとも１つの連係手段であって、水のパラメータを、操作者または連係手段により指定される限界値内に調節するために必要なプロセスを適時に始動する連係手段と；
−  前記少なくとも１つの連係手段により始動される、少なくとも１つの化学物質適用手段と；
−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動し、前記沈降粒子を含有する水流を吸引する、少なくとも１つの可動式吸引手段と；
−  前記少なくとも１つの含有手段の前記底部を通って移動することができるように、前記少なくとも１つの可動式吸引手段に移動を提供する、少なくとも１つの推進手段と；
−  前記沈降粒子を含有する水流を濾過する、少なくとも１つの濾過手段と；
−  前記少なくとも１つの可動式吸引手段と前記少なくとも１つの濾過手段との間を連結する、少なくとも１つの収集ラインと；
−  前記少なくとも１つの濾過手段から前記少なくとも１つの含有手段への、少なくとも１つの返却ラインと；
−  前記少なくとも１つの含有手段から少なくとも１つの下流プロセスへの、少なくとも１つの水流出ラインとを含む、システム。
【請求項２】
前記受容手段が、膜、ジオメンブレン、ジオテキスタイル膜、プラスチックライナー、コンクリートもしくは被覆コンクリート、またはそれらの組合せを含む材料で被覆されている、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項３】
前記連係手段が、情報を受容し、その情報を処理し、他のプロセスを始動することができる、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項４】
前記化学物質適用手段が、注入器、スプリンクラー、手動適用、重量による分配器、管、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項５】
前記推進手段が、レールシステム、ケーブルシステム、自己推進システム、手動推進システム、ロボットシステム、遠隔誘導システム、エンジンを有するボート、エンジンを有する浮遊デバイス、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項６】
前記濾過手段が、カートリッジフィルタ、サンドフィルタ、マイクロフィルタ、限外濾過フィルタ、ナノフィルタ、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【請求項７】
前記収集ラインが、可撓性ホース、硬質ホース、管、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の水を低コストで処理するためのシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
本発明のある特定の態様を説明したが、他の態様も存在し得る。さらに、任意の開示された方法ステップまたは段階は、本発明から逸脱せずに、ステップの順番を変える、および／またはステップを挿入もしくは削除することにより、任意の様式で修正されてもよい。本明細書は、詳細な説明および関連した図面を含んでいるが、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。さらに、本明細書は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で説明されているが、特許請求の範囲は、上述の特徴または行為に限定されない。むしろ、上述の特定の特徴および行為は、本発明の例示的側面および態様として開示される。本発明の精神または請求される主題の範囲から逸脱せずに、様々な他の側面、態様、修正、およびその均等物が、本明細書における説明を読んだ後に、当業者には示唆され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  全水量のうちの少量を濾過することにより水を浄化して水中の懸濁固体を排除する、産業プロセスにおいて使用される水を低コストで処理するための方法であって、ａ．６０，０００ｐｐｍまでの全蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を有する水を収集することと、ｂ．可動式吸引手段により完全に清浄化され得る底部を有する少なくとも１つの含有手段に、前記水を保存することと、ｃ．７日の期間内で、
ｉ．摂氏３５度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、水温摂氏１度当たり１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること；
ｉｉ．摂氏３５度を超え摂氏６９度までの水温に対しては、前記水に殺菌剤を添加することにより、最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持すること（前記最低期間は、以下の式により計算される：［３５時間］−［水温（摂氏温度）−３５］＝最低期間）；および
ｉｉｉ．摂氏７０度以上の水温に対しては、１時間の最低期間、少なくとも５００ｍＶに前記水のＯＲＰを維持することと、ｄ．連係手段により、全水量のうちの少量を濾過するだけで前記水を浄化して前記懸濁固体を排除する以下の工程を始動することと：
ｉ．酸化剤を適用して、鉄およびマンガン濃度が１ｐｐｍを超えるのを回避すること；
ｉｉ．凝固剤、凝集剤またはそれらの混合物を適用して、濁度が５ＮＴＵを超えるのを回避すること；
ｉｉｉ．可動式吸引手段により、前工程により生成された沈降粒子を含有する水流を吸引して、沈降材料の厚さが平均１００ｍｍを超えるのを回避すること；
ｉｖ．前記可動式吸引手段により吸引された流れを、少なくとも１つの濾過手段で濾過すること；ならびに
ｖ．濾過された水を、前記少なくとも１つの含有手段に戻すこと；ｅ．前記処理水を下流プロセスにおいて利用することとを含む方法。
［２］  ａ．段階ａ）において収集された前記水が、１０，０００ｐｐｍ以下の全蒸発残留物濃度を有する場合、Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数が３未満でなければならない、または
ｂ．段階ａ）において収集された前記水が、１０，０００ｐｐｍを超える全蒸発残留物濃度を有する場合、Ｓｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数が３未満でなければならない、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［３］  Ｌａｎｇｅｌｉｅｒ飽和指数またはＳｔｉｆｆ＆Ｄａｖｉｓ飽和指数が、ｐＨ調整、スケール防止剤の添加、または軟化プロセスから選択されるプロセスにより、２未満に維持される、［２］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［４］  前記スケール防止剤が、ホスホン酸、ＰＢＴＣ（ホスホブタン−トリカルボン酸）、クロメート、ポリリン酸亜鉛、ニトライト、シリケート、有機物質、苛性ソーダ、リンゴ酸系ポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩、ベンゾトリアゾール、またはそれらの組合せを含む、［３］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［５］  収集された水が、産業プロセスからの残留液または天然水源および／もしくは処理水から収集された水であってよい、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［６］  前記殺菌剤が、オゾン、ビグアニド製品、臭素系化合物、ハロゲン系化合物、またはそれらの組合せを含む、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［７］  前記連係手段が、制御されるパラメータに関する情報を受容し、ステップｄ）の工程を適時に始動して前記パラメータをその限界値内に調節する、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［８］  前記連係手段により受容された前記情報が、経験的方法により得られる、［７］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［９］  前記酸化剤が、ハロゲン系化合物；過マンガン酸塩；過酸化物；オゾン；過硫酸ナトリウム；過硫酸カリウム；電気分解法により生成された酸化体、またはそれらの組合せを含む、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［１０］  前記凝集剤または凝固剤が、ポリマー、たとえばカチオン性ポリマーおよびアニオン性ポリマー；アルミニウム塩；４級アンモニウム化合物およびポリ４級アンモニウム化合物；酸化カルシウム；水酸化カルシウム；硫酸第一鉄；塩化第二鉄；ポリアクリルアミド；アルミン酸ナトリウム；ケイ酸ナトリウム；キトサン；ゼラチン；グアーガム；アルギネート；モリンガ種子；デンプン誘導体、またはそれらの組合せを含む、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［１１］  前記方法が脱塩目的の水の処理に使用される場合、前記可動式吸引手段が、前記沈降材料の厚さが１０ｍｍを超えるのを回避するように、前記連係手段により始動される、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［１２］  残留塩素が検出された場合、脱塩素化ステップが実行され、前記脱塩素化ステップは、活性炭フィルタ、または、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウムもしくはそれらの組合せを含む化学物質を含む、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
［１３］  前記処理水が、ａ．産業プロセスの原材料として使用され、開放サイクル内で循環する、またはｂ．放出目的、灌漑、浸透、もしくはそれらの組合せのために使用される、［１］に記載の水を低コストで処理するための方法。
【外国語明細書】
2014097494000001.pdf