(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水洗浄用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システムであって、前記曝気及び微生物反応器システムは、
剛性、半開放、安定なハウジングフレームであって、前記ハウジングフレームは、高さがいずれもフレームの高さの半分である２つの側壁と１つの後壁とを有し、さらに、前記ハウジングフレームが異なる密度の廃水に沈められたときにその頂部が浮かんだままであるように、その両側に複数の浮力部材が取り付けられている、ハウジングフレームと、
送風機と平らな曝気格子装置とを有する曝気サブシステムであって、前記送風機が機械方式によって前記ハウジングフレームの頂部に付着され、前記曝気格子装置が前記ハウジングフレームの下半分に付着され、且つハウジングフレームの幅全体にわたって水平に延び、前記曝気格子装置がさらに複数の多孔質プラスチックチューブを含み、前記多孔質プラスチックチューブが熱硬化性ポリマー粒子と少量の熱可塑性バインダーを含むガス透過性壁を有し、前記バインダーが前記ポリマー粒子を粘着し、且つ前記チューブの長さ方向に沿って、管壁を貫通する十分に均一な多孔質を生成し、前記多孔質が、ガスを拡散させ且つ媒体に移動させるための、直径がチューブの長さ方向に沿って平均的に０．００１インチ〜０．００４インチ（０．００００３メートル〜０．０００１メートル）である複数の微細孔によってもたらされ、前記熱硬化性ポリマー粒子の粒径が６０〜１４０メッシュであり、複数のエアホースが前記送風機と前記曝気格子装置とを接続する、曝気サブシステムと、
空気ポンプと、細長い管状で且つ外表面に孔を有する微生物反応器部分とを含む微生物反応器サブシステムであって、前記空気ポンプが機械方式で前記ハウジングフレームの頂部に付着され、前記微生物反応器部分が、前記ハウジングフレームの幅全体にわたって水平に延び、且つ前記曝気格子装置の下に位置し、前記微生物反応器部分はさらに前記空気ポンプにより動力を提供する内部曝気管及び多孔質の複数のスロット付きの外部チューブを含み、生菌を含む微生物媒体が前記スロットに埋め込まれ、エアホースが前記空気ポンプと前記微生物反応器部分とを接続する、微生物反応器サブシステムと、
を含む、廃水洗浄用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項２】
廃水洗浄用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システムであって、前記曝気及び微生物反応器システムは、
剛性、半開放、安定なハウジングフレームであって、前記ハウジングフレームは、高さがいずれもフレームの高さの半分である２つの側壁と１つの後壁とを有し、さらに、前記ハウジングフレームが異なる密度の廃水に沈められたときに浮かんだままであるように、その両側に複数の浮力部材が取り付けられている、ハウジングフレームと、
送風機と平らな曝気格子装置とを有する曝気サブシステムであって、前記送風機が機械方式によってハウジングフレームの頂部に付着され、前記曝気格子装置が前記ハウジングフレームの下半分に付着され、且つハウジングフレームの幅全体にわたって水平に延び、前記曝気格子装置がさらに複数の多孔質プラスチックチューブを含み、前記多孔質が、ガスを拡散させ且つ媒体に移動させるための、直径がチューブの長さ方向に沿って平均的に０．００１インチ〜０．００４インチ（０．００００３メートル〜０．０００１メートル）程度である複数の微細孔によってもたらされ、複数のエアホースが前記送風機と前記曝気格子装置とを接続する、曝気サブシステムと、
空気ポンプと、細長い管状で且つ外表面に孔を有する微生物反応器部分とを含む微生物反応器サブシステムであって、前記空気ポンプが機械方式で前記ハウジングフレームの頂部に付着され、前記微生物反応器部分が、前記ハウジングフレームの幅全体にわたって水平に延び、且つ前記曝気格子装置の下に位置し、前記微生物反応器部分はさらに前記空気ポンプにより動力を提供する内部曝気管及び多孔質の複数のスロット付きの外部チューブを含み、生菌を含む微生物媒体が前記スロットに埋め込まれ、エアホースが前記空気ポンプと前記微生物反応器部分とを接続する、微生物反応器サブシステムと、
を含む、廃水洗浄用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項３】
水浄化用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システムであって、前記曝気及び微生物反応器システムは、
上部と下部とを有する剛性のフレームと、
前記反応器が廃水に沈められたときに浮かんだままであるように、前記剛性のフレームの上部と下部とに取り付けられた複数の浮力部材と、
送風機と平らで水平に方向づけられた曝気格子とを含む、前記剛性のフレームに連結された曝気サブシステムであって、前記送風機が機械方式で前記剛性のフレームの上部に付着され、前記曝気格子が前記剛性のフレームの上部と下部との間に介在して前記剛性のフレームと連結され、前記曝気格子がさらに多孔質チューブを含み、前記多孔質チューブが、ガスを拡散させ且つ媒体に移動させるための、直径がチューブの長さ方向に沿って平均的に０．００１インチ〜０．００４インチ（０．００００３メートル〜０．０００１メートル）程度である複数の微細孔を有し、前記曝気サブシステムは前記送風機と前記曝気格子を接続するための複数のエアホースをさらに含む、曝気サブシステムと、
機械方式で前記剛性のフレームの上部と機械方式で連結された空気ポンプを有する微生物反応サブシステムであって、微生物反応サブシステムは細長い管状で且つ外表面に孔を有する微生物反応器部分をさらに含み、前記微生物反応器部分が前記剛性のフレームの下部と連結し、且つ水平に延び、且つ前記曝気格子の下に位置し、前記微生物反応器部分は空気ポンプで動力を提供する内部曝気管及び多孔質のスロット付きの外部チューブを含み、前記スロットは前記外部チューブを貫通して延び、前記微生物反応器部分は前記スロットに埋め込まれた生菌を含む微生物媒体をさらに含み、前記微生物反応器サブシステムは前記空気ポンプと前記生物反応器部分とを接続するためのエアホースをさらに含む、微生物反応器サブシステムと、
を含む水浄化用の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項４】
前記曝気及び微生物反応器システムが屋外のストリームに取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項５】
前記曝気及び微生物反応器システムが屋外の池に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項６】
前記曝気及び微生物反応器システムが沈殿池に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項７】
前記曝気及び微生物反応器システムが養魚用のアクアリウムに取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項８】
前記曝気及び微生物反応器システムが住宅廃棄物システムに取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【請求項９】
前記曝気及び微生物反応器システムが航空ダイナミックミキサーシステムと組み合わせて廃水の浄化に用いられることを特徴とする請求項３に記載の携帯浮遊式曝気及び微生物反応器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体媒体に応用される曝気装置及び微生物反応器システムに属する。より具体的には、本発明は浮遊式生物反応器システムに関し、該システムは大きな川、川、小川における水、浸出液及び工業廃液の処理に適用するだけでなく、水槽及び家庭汚水処理システムにおける水を処理することができる。
【背景技術】
【０００２】
地下の曝気により、池の底部で気泡が解放され、且つ気泡が重力によって上昇できることが求められる。一般的な曝気システムは気泡で曝気し且つ池における空気を混合する。気泡の排出による水の揺動が混合作用を引き起こし、 且つ水と気泡との間の接触は酸素移動を引き起こす。
【０００３】
生物反応器は汚物と汚水を処理するようにも設計される。効率的な生物反応器システムにおいて、自由流動性、化学的不活性の媒体を供給し、該媒体を微生物の容器とし、該微生物が生下水を分解する。曝気装置は酸素ガスを汚水と媒体に提供し、さらに分解を促進する。この過程において、液体の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が十分に低下され、汚染された水源を再利用に適させる。生物ソリッドが収集され、さらに加工又は乾燥処理を行い、肥料、農業用飼料等とする。
地下曝気装置、生物反応器及び可能性が最も高い両者の組み合わせは通常、汚水処理、汚水再利用及びその他の工業又は家庭の水処理に用いられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、曝気及び液体媒体循環設備と、原位置微生物で播種し、連続的に微生物で有機廃水をバイオレメディエーションする設備からなるシステムに関し、該有機廃水は河川、下水道における有機廃水とその他の廃棄物の存在する環境における廃水を含む。
【０００５】
本発明は、開放性水域、例えば、湖、池、及び潟湖と水槽で作動することができる微生物反応器であり、水に対して生物学的洗浄を行う。本発明の生物反応器は非常に短い時間で末梢水を洗浄でき、且つエネルギー効率が良い。該生物反応器は埋め込まれる微生物によって働き、且つ微生物が主反応室に貯蔵され、主反応室はスロットを有するチューブである。
【０００６】
前記主反応室のコアは孔付きのホースである。空気が孔付きのホースに押され、且つ管路に沿って解放される。空気が周囲の水に分散し、周囲の水を揺動させ、且つ微生物と汚水とを流通循環させることができる。この方式によって、媒体に埋め込まれる微生物に栄養を与え、微生物を繁殖させることによって、１秒あたりに数十億単位の微生物を解放する。微生物が上へ解放されるときに、メインホース拡散器の十分な酸素供給によって、微生物をより多く繁殖させる。
【０００７】
水の頂部で、水が排出され且つ混合されることによって、より多くの微生物を成長させる。水面で、水が再び大気に露出し、均一に広がるだけでなく、再び酸素添加されることによって、より多くの生物体が繁殖する。
【０００８】
微生物がより多くの空気及び／又は酸素を水に移動させることによって、より多くの微生物の成長を促進する。そのため、水の流れの循環によって、本発明は約２ｈｐ（１ｈｐ＝７４６ｗ）の最小の電気のみでより多くの微生物を発生することができる。
【０００９】
水が水槽底部又は水体にプルダウンされると、微生物がプルダウンされるだけでなく水における溶解酸素も増加し、これにより水槽底部又は水体における微生物の成長を大幅に促進する。そのため、水が洗浄回復される。また、この過程はさらに汚水又は液体媒体における硫化水素を除去することができる。この過程はさらに温室効果ガスとするメタンの形成を減少させ、環境保全に役立つ。
【００１０】
本発明の利点は、生物ソリッド及び／又は汚泥処理の問題を回避することである。生物ソリッドが微生物に食べられ且つ消費されることによって、汚泥と生物ソリッド処理設備や処理装置等のニーズを回避する。また、水面における微生物は生物反応器における酸素移動の効率を増加する。
【００１１】
本発明の他の目的は、高効率により電力消費を非常に小さくし、エネルギー消費の低下に役立つことにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、バイオセーフティーレベルが１の微生物は岩石及び川床における微細孔環境に適応でき、且つ生物反応器を置いておいたほうがより良い効果を発揮できるが、生物反応器を取り除いた後にも働き続けることにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、高価なメンブランフィルターがなくても、前記生物反応器で汚水を処理することによって、汚水を１より小さく又は５より小さいＢＯＤ値に洗浄し、その後、さらに濾過され、処理された水が地下水を補足できることにある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の浮遊式生物反応器システム１００を示す前上方透視図である。
【図１Ｂ】標準酸素移動速度（ＳＯＴＲ）と液体媒体の各種の総溶解固形分（ＴＤＳ）値との間の関係を示すグラフである。
【図１Ｃ】標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体の各種の総溶解固形分（ＴＤＳ）値との間の関係を示すグラフである。
【図１Ｄ】標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体における各種の塩濃度（ＴＤＳ）値との間の関係を示すグラフである。
【図１Ｅ】標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体における各種の塩濃度（ＴＤＳ）値との間の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の浮遊式生物反応器システム１００の原位置生物反応容器２００を示す前上方透視図である。
【図３】本発明の浮遊式生物反応器システム１００の使用方法を示す図である。
【図４Ａ】代替実施形態の適用方法を示し、即ち、水槽生物反応器及び曝気システム４００を示す図である。
【図４Ｂ】水槽用生物反応器及び曝気システム４００における生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１を示す側面図である。
【図４Ｃ】水槽用生物反応器及び曝気システム４００における生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１の部分的内部構造を示す側面図である。
【図５Ａ】代替実施形態の適用方法を示し、即ち、住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００を示す図である。
【図５Ｂ】住宅汚物用の生物反応器と曝気システム５００における住宅汚物処理ユニット５０１の側面図である。
【図５Ｃ】住宅汚物用の生物反応器と曝気システム５００における住宅汚れ処理ユニット５０１の部分的内部構造を示す側面図である。
【図６Ａ】代替実施形態の適用方法を示し、即ち、航空ダイナミックミキサー用の生物反応器と曝気システム６００を示す図である。
【図６Ｂ】航空ダイナミックミキサー用の生物発生器と曝気システム６００における航空ダイナミックミキサー６０１の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明は、当業者が本発明を利用することができるように、特定の用途及び必要条件と関連して提供されるものである。開示する実施形態に対する各種の改善は当業者にとっては明らかであり、且つ以下に述べる一般的な原則は本発明の範囲と精神から逸脱することなく他の実施形態と用途に応用できる。そのため、本発明は開示する実施形態に制限されるものではなく、ここで述べる原則と特徴に符合する最大範囲である。
【００１６】
用語の定義：
標準酸素移動速度（ＳＯＴＲ）とは１時間あたりに水に移動する、ポンドを単位とする酸素ガス量（１ｂｓＯ２／時間）を意味する。ＳＯＴＲは水温が２０℃で 、大気圧１．００ａｔｍ（１０１ｋＰａ）の条件下で、水における各点の溶解酸素（ＤＯ）濃度がいずれもゼロである場合に、清浄水を測定して得る酸素移動速度である。
【００１７】
標準曝気効率（ＳＡＥ）とは単位合計の入力パワーあたりの標準酸素移動速度を意味する。ＳＡＥは典型的に、１時間あたりに馬力（ＨＰ）あたりに水に移動する、ポンドを単位とする酸素ガス量（１ｂｓＯ２／時間／ＨＰワイヤー）で示し、ＳＡＥワイヤーと呼ばれる場合がある。ＳＡＥは曝気装置の酸素移動効率の測定方法として用いられる。
【００１８】
図１Ａは本発明の浮遊式生物反応器システム１００の前上方透視図である。本発明の浮遊式生物反応器システム１００はハウジング１０２を有する。１つの実施例において、ハウジング１０２はガラス繊維から製造され、 上記ガラス繊維は非常に高い強度を有し、浮力がない状況下で浮遊式生物反応器システム１００全体の重量を支持でき、且つ水及び／又はその他の液体媒体（塩水、化学物質を含有する廃水を含む）に腐食、劣化されにくい。浮遊式生物反応器システム１００のハウジング１０２はナットとネジ又はその他の理想的な機械締付方式によって組み立てられる。図１Ａに示すように、複数のフロート１２０がハウジング１０２の両側に付加される。フロート１２０の主な機能は、本発明のシステムが浮遊でき且つ液体媒体中に適切な浮力レベルを保持できるように、全体の浮遊式生物反応器システム１００に浮力を付与することである。任意で、フロート１２０は膨張可能式又は調節可能式とできるため、浮力とハウジング全体の喫水線を調整できる。
【００１９】
図１Ａに示すように、送風機１０４はハウジング１０２の頂部に置かれる。一実施形態で、送風機１０４は１．７５キロワットの蓄熱式送風機であり、低圧又は真空に近づく環境下で大量の空気を移動させる理想的な方法である。送風機１０４の主な機能は、本発明１００の曝気過程中の空気源であることである。送風機１０４の使用は価格性能比が最も高い圧力又は真空を発生する方法の１つである。フィルター１０６は送風機１０４に入る又は送風機１０４を通過する空気における粒子を濾過して、ほこり又は油汚れが拡散器格子１３０に接触することを回避する。
【００２０】
図１Ａに示すように、送風機１０４は分流器１５０及びその後のホース１５２によって拡散器格子１３０に接続される。ホース１５２は分流器１５０に付加され、格子１３０に必要な空気を受け取る。１つの実施形態において、分流器１５０は複数のホース１５２によって送風機１０４が発生する空気を格子１３０に均一に拡散する。格子１３０の主な機能は、本発明のシステム１００が洗浄しようとする液体媒体に曝気を発生することである。代替実施形態において、複数の格子１３０を取り付けて送風機１０４に接続し、本発明の浮遊式生物反応器システム１００全体の洗浄効率と範囲を強化することができる。
【００２１】
効率的な曝気システムにとっては、曝気システム、飛散装置、スプレー装置又は空気拡散装置のいずれであっても、重要な要素はどのくらい表面領域を作られるかにある。表面領域とは水／液体媒体が空気に接触して且つ酸素移動が起きるところを意味する。気泡サイズが小さいほど表面領域が大きくなり、これが、微細気泡の曝気装置が粗大気泡の曝気装置より酸素移動に優れている理由である。システムの曝気効率を最大化させるためには、曝気装置はエネルギー消費を最小としながら微細気泡を製造しなければならない。主な目的は、曝気システムに高い標準酸素移動速度ＳＯＴＲと標準曝気効率ＳＡＥとを有させることである。
【００２２】
１つの実施形態において、多くの市販の拡散器格子１３０を、本発明の浮遊式生物反応器システム１００に組み込むことができる。これらのモデルの大部分は、ミッチェルによる「ＡＥＲＡＴＩＯＮ ＰＩＰＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＳＡＭＥ （曝気管及びその製造方法）」と題された１９９８年９月２２日発行の米国特許第５，８１１，１６４号に開示するものに類似し、該特許は引用により本明細書に組み込まれる。その中の１つの商業モデルはＡｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭ拡散器格子である。高性能且つ効率的な拡散器格子１３０の最も重要な構造の１つは改善されたホースセグメント１３２であり、これらのホースセグメント１３２は、独特の技術及び原材料の組み合わせによって、ホースセグメント１３２全体の長さにわたって多くの微細気孔１３４を作る。これらの微細気孔１３４は微小空気泡を生成し、これにより、高表面積を作り出し、空気を有効的に水に移動させる。１つの実施例において、拡散器格子１３０はホースセグメント１３２からなる。好ましくは、ホースセグメント１３２は熱硬化性ポリマー粒子により熱可塑性粘着材料マトリックス中に製造され、上記ホースセグメント１３２は上記米国特許第５，８１１，１６４号に記載の方法によって製作されてもよい。
【００２３】
１つの実施例において、ホースセグメント１３２の規格は大体には、外径：１．００インチ（２．５４センチメートル）、 内径：０．５００インチ（１．２７センチメートル）、壁の厚さ：０．２５０インチ（０．６３５センチメートル）、重量：０．２２０ポンド／インチ（０．３２７キログラム／メートル）、ロール全体の長さ：２００インチ（６０．９８メートル）、ロール全体の重量：４４ポンド（１９．９キログラム）、破裂圧力：８０ＰＳＩ（５．５ｂａｒ）である。
【００２４】
製造過程中に作られる気孔の数によって、空気がホースセグメント１３２を通過して推進する時に発生する抵抗が殆どない。抵抗はエネルギー需要に相当するため、拡散器格子１３０は、従来の曝気方式、例えば、バブラー、パドルホイール、ガス吸引器、効率が低いチューブ等に比べて、使用する馬力が有意に小さい。また、拡散器格子１３０は気孔サイズが小さく、生成される気泡の直径も非常に微小である。気泡が小さいほど、より効率的に酸素を水に移動できる。また、小さな気泡は、水に入った後に、上昇する時間がより長い。ゆっくりと上昇し、直径が小さい気泡は水との接触時間がより長く、且つ酸素移動率がより高いことを意味する。有意に微小な気泡をより効率的に生成することによって、拡散器格子１３０は高い酸素移動速度（ＳＯＴＲ）とエネルギー効率（ＳＡＥ）を提供できる。
【００２５】
図１Ａに示すように、生物反応器ポンプ１０８はハウジング１０２にも取り付けられる。１つの実施形態において、生物反応器ポンプ１０８は、原位置生物反応器容器２００に空気を提供する６０Ｗ程度の相対的に低いパワーのポンプである。生物反応器２００に接続された生物反応器ホース１４０もまた、生物反応器ポンプ１０８から生物反応器２００へ、内部の生物担体媒体のために空気を伝達する。空気と栄養が生物担体媒体における微生物群集に提供される。１つの実施形態において、生物反応器２００はハウジング１０２の底部且つ拡散器格子１３０の下に置かれ、処理すべき環境に有益な微生物を直接的かつ連続的に提供する原位置添加を行い、これにより、被処理廃水の鉱化作用を最適化させ、且つ微生物を該廃水に順応させる。
【００２６】
図１Ｂは、商業拡散器格子１３０及び従来の曝気装置（例えば、パドルホイール）における、標準酸素移動速度（ＳＯＴＲ）と液体媒体における各種の総溶解固形分（ＴＤＳ）との間の関係を示すグラフである。図１Ｂに示すように、総溶解固形分（ＴＤＳ）値が０〜約３５，００００ｍｇ／Ｌの範囲に亘って拡散器格子１３０はパドルホイールより良く機能する。これは拡散器格子１３０の使用が効率的で、改善された曝気方法（高ＳＯＴＲ）であることを証明する。
【００２７】
図１Ｃは、商業拡散器格子１３０及び従来の曝気装置（例えばパドルホイール）の標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体における各種の総溶解固形分（ＴＤＳ）との関係を示すグラフである。図１Ｃに示すように、総溶解固形分（ＴＤＳ）値が０〜約３５，００００ｍｇ／Ｌの範囲に亘って拡散器格子１３０はパドルホイールより良く機能する。これは拡散器格子１３０の使用が曝気にはより費用効果的（高ＳＡＥ）であることを証明する。
【００２８】
図１Ｄは、Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭを含む最も一般的な曝気方法における、標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体における各種の塩濃度（ＴＤＳ）との間の関係を示すグラフである。図１Ｅは代表的な曲線図であり、Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭを含む最も一般的な曝気方法における、標準曝気効率（ＳＡＥ）と液体媒体における各種の塩濃度（ＴＤＳ）との間の関係を示すグラフである。国際的に認知されたエンジニアリング会社が淡水と海水の環境それぞれにおいて曝気管の性能テストを行った。対照研究では、彼らはＡｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭ技術を利用するエアリフト式曝気装置と同じ馬力を有する２つの曝気装置とを比較し、該２つの曝気装置は現在市場に非常に人気があるパドルホイール曝気装置とブラシパドルホイール曝気装置である。
【００２９】
Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭは、標準酸素移動速度（ＳＯＴＲ）によって示される水に酸素ガスを移動させる能力と、１キロワット−時間あたりのポンドを単位とする酸素ガス量によって示される効率（標準曝気効率又はＳＡＥワイヤー、レート）を含むあらゆる点で非常に良く機能した。
【００３０】
淡水テストにおいて、Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭ曝気装置のエネルギー効率（ＳＡＥワイヤー）はパドルホイール曝気装置より２．６倍高かった。
【００３１】
Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭ曝気装置は海水テストにおいて同様に非常に良く機能した。水における塩の含有量の密度の増加（５，０００ｍｇから３５，０００ｍｇまで増加する）に従って、Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭシステムの酸素の優越性も安定に向上した。塩化ナトリウムが３５，０００ｍｇ／Ｌである場合には、Ａｅｒｏ−ＴｕｂｅＴＭ曝気装置のエネルギー効率はパドルホイール曝気装置の４．２倍であった。
【００３２】
拡散器格子１３０の性能は異なるブランド及び型番によって異なるが、全体的には、拡散器格子１３０は効率が最も高く、且つ費用効果的な曝気装置の１つと考えられ、これは、ホース１４０とホースセグメント１３２を通過して空気を輸送するために使用されるエネルギーのほとんどすべてが水／液体媒体に直接入るためである。パドルホイール曝気装置は水／液体媒体を空気に投げて酸素ガスを得る過程中にエネルギーを浪費する。
【００３３】
図２は、本発明の浮遊式生物反応器システム１００の原位置生物反応器チューブ又は容器２００を示す前上方透視図である。要するに、原位置生物反応器は曝気装置、例えば微小気泡発生装置とペアリングする。微小気泡発生装置の目的は、高酸素含有量の水を発生し、高いレベルの処理効果及び効率を達成するために必要な栄養を微生物に提供することである。微生物の加速再生は自然鉱化過程を加速させ、処理の循環回数を減少させ、実質的に有機汚染物のレベルを低下させる。
【００３４】
図２に示すように、１つの実施例において、原位置生物反応器チューブ容器２００は外部にスロットを有する管状構造２２０を有し、上記管状構造２２０は複数の内部孔２２０を有する。各内部孔２２０には、十分な微生物媒体２１０が充填される。１つの実施例において、曝気管２３０がスロットを有する管状構造２２０の内部に埋め込まれる。曝気管２３０の一端が生物反応器ホース１４０に接続され、且つ続いて、生物反応器ポンプ１０８に接続される。生物反応器ポンプ１０８を起動すると、当該ポンプは曝気管２３０に空気を供給し、それにより微小気泡が生成される。気泡は内部から生物反応器２００の外表面に拡散し、最後に微生物媒体２１０を含む多くの内部孔２２０によって周囲の水／液体媒体に拡散する。気泡は微生物媒体２１０に酸素と栄養を供給し、且つ最終的に周囲の水／液体媒体に拡散させる。
【００３５】
図３は、浮遊式生物反応器システム１００の使用方法模式図である。図３に示すように、本発明の浮遊式生物反応器システム１００が取り付けられ、且つ被処理液体媒体３１０に浸漬される。汚染物３２０は入口管３１２から入り、且つ処理された後に出口３１４から排出される。１つの実施形態において、ハウジング１０２は両側フロート１２０の支持で浮遊している。図３に示すように、浮遊式生物反応器システム１００を起動すると、生物反応器２００は内部孔２２０に含まれる微生物３６０を拡散させる。曝気管２３０に発生した微小気泡３５０は、微生物３６０に酸素ガスと栄養を絶えず供給しながら、微生物３６０をシステムの外部にさらに拡散する。最終的に、生物反応器２００から拡散した微生物３６０は被処理液体媒体３１０における優占種になる。
【００３６】
それと同時に、微小気泡３５０は拡散器格子１３０に持続的に発生する。微細気泡３５０は粗大気泡に比べて、より容易に水に吸収される。そのため、被処理液体媒体３１０における酸素含有量が大幅に増加する。また、拡散器格子１３０の低水頭損失は生物反応器２００と組み合わさって、被処理液体媒体における微生物群集の繁殖率を非常に高くする。
【００３７】
図３に示すように、生物反応器２００から拡散した微生物３６０は生物反応器２００から拡散器格子１３０へ垂直に移動する。解放される気泡３５０は微生物３６０の生存を維持するだけでなく、微生物３６０を均一に被処理液体媒体３１０に分散することに役立つ。図３に示すように、拡散器格子１３０と生物反応器２００との組み合わせ及びより重要なことには本発明の浮遊式微生物反応器システム１００における両者の相対的な配向は液体媒体３１０の処理効率と効果を大幅に向上させる。
【００３８】
本発明は生物ソリッド及び／又は汚泥処理の必要性を取り除くことが理解できるであろう。生物ソリッドは微生物に消費分解されるため、汚泥及び生物ソリッド処理設備や処理装置等のニーズを取り除く。また、浮遊式生物反応器システム１００において、水表面における微生物は酸素移動率を増加できる。
【００３９】
テスト結果：
テスト研究所：ロビンソンランドコーポレーション（Ｒｏｂｉｎｓｏｎｓ Ｌａｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）
分析識別番号：ＷＡ−１０−２１７
型番：ＢｉｏＣｌｅａｎｅｒＴＭ１２００ｍ３システム［１６ＨＰ］
テスト時間：サンプル−２０１０年１０月１８日、分析−２０１０年１０月１８日〜２３日
サンプルソース：汚水処理場−主なショッピングセンター
【００４０】
定量的な水の分析
0005666018.tif 000002
【００４１】
独立な実験室で試験と分析を行って得られた上記テスト結果に示されるように、本発明の浮遊式生物反応器システム１００の中の１つの実施形態によってサンプルを処理した結果、廃水全体の水質が著しく改善した。最も著しい処理結果では、ＢＯＤが入水サンプル７００ｍｇ／Ｌ以上から出水サンプル＜１ｍｇ／Ｌのみに低下した。総大腸菌量も２ＭＰＮ／１００ｍｌ未満に低下した。これらの数値はいずれもフィリピン環境と天然資源省（ＤＥＮＲ）の内陸水へのＣ級の出水標準―「ＮＰＩ」より低く、出水サンプルはＡＡ級の出水標準に達し、以上の面で飲用水の水質より良く又は同じであった。廃水は本発明の浮遊式生物反応器システム１００のみで処理され、塩素添加消毒、濾過、汚泥処理、化学薬剤の添加、前処理又は後処理を行わなかった。
【００４２】
図４Ａは、代替実施形態の適用方法を示す正面図であり、即ち、水槽用生物反応器及び曝気システム４００である。図４Ａに示すように、本発明の浮遊式生物反応器システム１００は水槽に適用できる。１つの実施例において、水槽用生物反応器及び曝気システム４００は空気ポンプ４１４、エアホース４１３及び生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１からなる。１つの実施例において、空気ポンプは約２〜３ワットのワット数が低いポンプであり、エアホース４１３によって原位置生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１に空気を供給する。１つの実施例において、生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１は完全に水４１２に浸漬される。好ましくは、体積が８１〜１６０リットルの水槽に重量が約１５０グラムの生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１を使用する。体積が８０リットルより小さい水槽は重量が１００グラムの生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１を使用すべきである。
【００４３】
１００ガロンの水槽に対して十分に曝気を行うには、空気ポンプ４１４は約５ワットの動力を必要とし、又は水１ガロンあたり約０．０７ワットの動力を必要とする。１つの実施例において、定期的にフィルターと水槽内壁を洗浄して生物フィルムの形成を防止する。システム４００は炭素フィルター４０９と組み合わせると、作動効果が最も良い。
【００４４】
水槽生物反応器及び曝気システム４００を使用する利点は、臭気と沈澱がなく、水のｐＨ値を制御でき、各種の微生物を置いて窒素循環を制御し、水とエネルギーを節約し、魚の病気に対する抵抗力が増し、且つ機械濾過及び化学薬剤が不要であることを含む。
【００４５】
図４Ｂは、水槽用生物反応器及び曝気システム４００における生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１の側面図である。図４Ｃは、水槽用生物反応器及び曝気システム４００における生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１の内部構造を部分的に示す側面図である。生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１の主な目的は、微小気泡を形成し、微生物を曝気し、分散して水槽における廃棄物を除去することである。図４Ｂに示すように、生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１の外部は多くの孔４２０の開いたステンレス鋼板により製造される。１つの実施例において、生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１は円筒形であり、サイズは約高さ４インチ×直径２．５インチである。図４Ｃのように、空気ポンプ４１４から発生する空気はホース４１３を通過し、生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１に入り、続いてその内部のゴム製ホース４０８へと入る。その後、空気は空気拡散器４０７に達して微小気泡４１５を発生する。微小気泡４１５は周囲の微生物媒体４０６に達し、上記微生物媒体４０６中には適切な種類および量の微生物が含まれる。微小気泡４１５は微生物群集の生存繁殖のために酸素と栄養を供給し、微生物を孔４２０によって生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１から分散する。生物反応器と曝気装置との組み合わせ４０１から発生する微生物は魚の排出物と水槽におけるその他の汚染物を餌とし、これにより、水４１２がきれいになり且つ臭気がなくなる。
【００４６】
図５Ａは、代替実施形態の適用方法を示す図であり、即ち、住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００である。住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００は廃棄物池５１２に微生物を連続的に現場でまく方法及び設備を提供する。図５Ａに示すように、住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００は住宅汚物処理ユニット５０１、空気ポンプ及びエアホース５１１からなる。１つの実施例において、住宅汚物処理ユニット５０１は、生物反応器としても機能する浸漬可能な容器である。住宅汚物処理ユニット５０１は完全に廃水５３０に浸漬され、且つ機械手段によってベース５０３が廃棄物池５１２の底部に固定される。１つの実施形態において、住宅汚物処理ユニット５０１はまた、ケーブル５１０に付加されてハンドルブラケット５０４を支持することに用いられ、且つ上記住宅汚物処理ユニット５０１は廃棄物池５１２の上に固定される空気ポンプを有する。
【００４７】
図５Ｂは、住宅汚物用の生物反応器と曝気システム５００における住宅汚物処理ユニット５０１の側面図である。図５Ｃは、住宅汚物用の生物反応器と曝気システム５００における住宅汚物処理ユニット５０１の内部構造を部分的に示す側面図である。１つの実施例において、住宅汚物処理ユニット５０１はほぼ中空の円筒形のベース５０３付きの容器であるが、いかなる異なる形状であってもよい。図５Ｂに示すように、住宅汚物処理ユニット５０１は頂部にトップカバー５０５、底部に複数の入口小孔５０２及び構造の上半分近傍に出口開口５２０を有する。１つの実施例において、空気はエアホース５０６及び拡散ホース５０９を介して住宅汚物処理ユニット５０１に入る。図５Ｃに示すように、住宅汚物処理ユニット５０１の微生物媒体５０７は中心に微生物を貯蔵し、発生する。１つの実施形態において、拡散器５０８は住宅汚物処理ユニット５０１の底部に置かれ、空気ポンプにより駆動される。拡散器５０８は微小気泡を発生し、上記微小気泡は酸素と栄養を微生物媒体５０７に含まれる微生物に供給すると同時に、底部の入口小孔５０２から廃水５３０を吸引する真空を作る。廃水５３０は住宅汚物処理ユニット５０１中で上方移動し、その後、出口開口５２０によって頂部から解放される。上方移動中、廃水は微生物媒体５０７に接触し、開水に解放される時、微生物とともに解放される。
【００４８】
処理待ちの廃水５３０に必要な微生物群集を直接連続添加することによって、本発明の住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００は、上記環境における廃棄物の含有量に基づいて要求量の増加と微生物の順化を可能にする。住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００に発生する微生物剤は拡散器５０８による酸素及び／又は栄養の連続供給により提供され、このような微生物剤はより有効的に処理待ちの環境５３０における廃水を鉱化できる。本発明の住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００は、家庭の廃水池５１２を小型の汚水処理設備とすることができる。時間の経過に伴い、本発明の住宅汚物用の生物反応器及び曝気システム５００により微生物が原位置で添加され、廃水５３０が許容可能な排出標準に達する。
【００４９】
図６Ａは、代替実施形態の適用方法を示し、即ち、航空ダイナミックミキサー用の生物反応器及び曝気システム６００である。図６Ｂは、航空ダイナミックミキサー用の生物反応器と曝気システム６００における航空ダイナミックミキサーの側面図である。１つの実施形態において、航空ダイナミックミキサー用の生物反応器及び曝気システム６００は湖、池等の屋外環境に適用する曝気装置である。図６Ａに示すように、航空ダイナミックミキサーは基本的にはハウジングであり、頂部が水／液体媒体６０９の表面より上に留まるように液体媒体６０９に浮遊するよう適合されている。このエアリフト式設備は長年にわたり開示されたものであり、且つ本質的には水面の下の所定の深度の水に微小気泡を供給することによって動作する。一部の空気は水に吸収されるので、水の密度が小さくなり、表面へ上昇する。水の上昇は循環器６０８を働かせ、上記循環器６０８は曝気された水を分散させ、且つ曝気装置に追加の水を供給する。
【００５０】
水６０９は拡散器によってエアリフト式設備内で曝気される。拡散器が水６０９に浸漬されると、ガスが装置を通って移動することによって、気泡が気孔から出て水６０９に解放される。１つの実施形態において、航空ダイナミックミキサー用の生物反応器及び曝気システム６００は、特許技術を持つ多孔質ゴム製ハウジングを拡散器とする。
【００５１】
本発明の航空ダイナミックミキサー用の生物反応器及び曝気システム６００は、一直線に配列された一連のＡｅｒｏｇｒｉｄｓＴＭの多孔質拡散器からなる。上記曝気拡散器はフロート６０３で支持されたガラス繊維フレーム内に置かれる。
【００５２】
図６Ｂに示すように、表面上には送風機６５０が拡散器に空気を提供するために置かれている。スカート６０６は媒体の深度に基づいてサイズを変更することができ、上記スカート６０６は、頂部と底部のみに開口６０７があるように装置６００の周りを包む。小さい開口６６０は装置６００の片側且つ表面のちょうど下にある。これは、本発明６００を起動すると、真空によって流出する水６０９の出口になる。本発明６００は水６０９をガイドして且つ非常に有効な方法で循環させる。本発明も移動可能な装置であり、容易にボートに引き上げられ、且つ１つの個所からその他の個所に移動できる。
【００５３】
ここに述べた本発明は、単に本発明の原理と応用を説明するものであることを理解すべきである。そのため、 実施形態に対して様々な修正がなされ、以下の請求の範囲に定義される発明の範囲及び機能内で、その他の改善を考案することができる。
【００５４】
特に定義しない限り、ここで使用するすべての専門用語と科学用語は当業者が理解する意味と同じである。類似又は同様の任意の方法と材料を本発明の実施又はテストに用いることができるが、ここでは好ましい方法と材料を述べた。本発明に引用するすべての出版物と特許文献は参照によって全体的に本文に組み込まれる。
【００５５】
発明原理は発明を実施するための形態の説明において明らかに示されたが、構造、配置、割合、要素、材料及びコンポーネントの多くの改変が本発明の実施にあたり使用され、本発明の原理から逸脱することなくこれらの改変が特定の環境と動作要件に適用されることは当業者には明らかであろう。添付の請求の範囲はかかる改変のいかなるものも網羅し包含し、本発明の真の範囲、精神及び範囲のみを限定するものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005666018.tif 000004
【図１Ｃ】
0005666018.tif 000005
【図１Ｄ】
0005666018.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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