(57)【要約】本明細書は廃水処理のシステムと手段を説明する。廃水処理システムは一次処理系、二次処理系、消毒系、固形物処理系、一つまたはそれ以上の流体処理系、またはそれらの組み合わせを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む廃水処理システム、
一つまたはそれ以上の水処理構成要素は、廃水流から少なくとも一部の汚染物質を分離する構成を持ち、また／あるいは一つまたはそれ以上の固形物処理系は一つまたはそれ以上の前記水処理構成要素と連結し、
一つまたはそれ以上の流体処理系は、第一ボルテックスノズル・ユニットと、前記第一ボルテックスノズル・ユニットと実質的に対向関係に位置する第二ボルテックスノズル・ユニットを含み、それによって前記第一ボルテックスノズル・ユニットから出る水流は前記第二ボルテックスノズル・ユニットから出る水流と前記流体処理系で接触し、
一つまたはそれ以上の流体処理系は、一つまたはそれ以上の前記水処理構成要素や一つまたはそれ以上の固形物処理系の流出口や流入口と連結する廃水処理システム。
【請求項２】
少なくとも一つの水処理構成要素は一次処理系を含み、前記一次処理系は廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去する構成を持ち、
少なくとも一つの流体処理系の流入口は前記一次処理系の流出口と連結する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
一次処理系は沈殿槽を含み、流体処理系の少なくとも一つの流入口は前記沈殿槽の出流口と連結する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも一つの水処理構成要素は二次処理系を含み一次処理系に連結し、前記二次処理系は、前記二次処理系に流入する廃水流から少なくとも一部の有機物質を除去するように構成される請求項２記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも一つの水処理構成要素は固形物処理系を含み二次処理系に連結し、前記固形物処理系は、前記二次処理系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項４記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも一つの水処理構成要素は消毒系を含み二次処理系と連結し、前記消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成される請求項４および請求項５のいずれか一項記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも一つの水処理構成要素は、固形処理系を含み消毒系に連結し、前記固形物処理系は、前記消毒系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項６記載のシステム。
【請求項８】
以下の水処理構成要素を含むシステム、
少なくとも一つの流体処理系と連結する二次処理系は、前記二次処理系に入る廃水流から少なくとも一部の有機物質を除去するように構成され、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
前記二次処理系や前記消毒系と連結する固形物処理系は、前記二次処理系や前記消毒系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項１記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は二次処理系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は消毒系の流入口と連結する請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は二次処理系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は固形処理系の流入口と連結する請求項８および請求項９のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は消毒系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は固形物処理系の流入口と連結する請求項８乃至請求項１０のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は消毒系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は飲料水源と連結する請求項８乃至請求項１１のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１３】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は固形物処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口はバイオソリッド輸送場所と連結する請求項８乃至請求項１２のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１４】
以下の水処理構成要素を含むシステム、
一次処理系は、廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去するように構成され、
前記一次処理系の流出口と連結する二次処理系は、前記二次処理系に入る廃水流から少なくとも一部の有機物質を除去するように構成され、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は前記二次処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は前記消毒系の流入口と連結する請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
以下の水処理構成要素を持つシステム、
一次処理系は、廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去するように構成され、
前記一次処理系の流出口と連結する二次処理系は、前記二次処理系に入る廃水流から少なくとも一部の有機物質を除去するように構成され、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
そして
少なくとも一つの前記流体処理系の流入口は前記消毒系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は飲料水源と連結する請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
以下を含むシステム、
固形物処理系は一つまたはそれ以上の水処理構成要素と連結し、一つまたはそれ以上の水処理系から前記固形物処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は一つまたはそれ以上の水処理構成要素の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は固形物処理系と連結する請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
以下を含むシステム
固形物処理系は一つまたはそれ以上の水処理構成要素と連結し、一つまたはそれ以上の水処理系から前記固形物処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は一つまたはそれ以上の固体処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口はバイオソリッド輸送場所と連結する請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
第一ボルテックスノズル・ユニットは一つのボルテックスノズルを有する請求項１乃至請求項１７のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１９】
第一ボルテックスノズル・ユニットの少なくとも一つは複数のボルテックスノズルを有する請求項１乃至請求項１７のいずれか一項記載のシステム。
【請求項２０】
さらに添加剤導管を含み、第一ボルテックスノズル・ユニットと第二ボルテックスノズル・ユニットの少なくとも一つと連結し、廃水流が一つ目または第二ボルテックスノズル・ユニットを通過する際に前記廃水流に添加剤を加えることができるように構成される請求項１乃至請求項１９のいずれか一項記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも一つのボルテックスノズル・ユニットはボルテックスノズルを含み、貫通通路、複数の流入口ポート、そしてノズル本体に付着する後端をキャップを含むノズル本体を含む請求項１乃至請求項２０のいずれか一項記載のシステム。
【請求項２２】
請求項１乃至請求項２１のいずれか一項に記載のシステムを通過する廃水流を含む廃水流を処理する方法。
【請求項２３】
以下を含む廃水処理システム、
一つまたはそれ以上の流体処理系を含み、第一ボルテックスノズル・ユニットと、前記ボルテックスノズル・ユニットに対して実質上対向関係に位置する第二ボルテックスノズル・ユニットを含み、それによって前記第一ボルテックスノズル・ユニットを出る水流は、前記第二ボルテックスノズル・ユニットを出る水流と前記流体処理系で接触し、
一つまたはそれ以上の前記流体処理系は廃水流導管と連結する廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水の処理に係わる。さらに詳しくは、本発明は流体力学的キャビテーションシステムを用いた廃水処理に係わる。
【背景技術】
【０００２】
廃水処理産業における第一義的な目的は、流入水質の改善、処理済流出水質の改善、流出水制限の準拠、そして、特に無機構成物質の除去の効果的かつ効率的な処理の追及などを含む。これら目的の多くは満たされているが、これらの努力の副産物として、固形物と生物的汚染物質の発生が増加した。多くの場合、固形物発生の増加により、既存の固形物処理や固形物処分の手段は深刻な問題に直面している。
廃水処理施設は、本技術で周知のものである。廃水処理施設の基本的機能は、汚染水（例えば、生廃水)を処理し、飲料用水や、湖水や河川に流出できる水を生成することである。廃水処理施設における課題は、固形物（例えば、汚泥やバイオソリッド）を処分し、廃水から汚染物質を除去することである。発生する下水の増加、環境への影響の増大、そして下水処分に関する規則の増大が、固形物処分や廃水中の汚染物質の除去をさらに困難なものとしている。
固形物が多量の水を含む場合、固形物処分の費用が増加する。例えば、廃水処理過程で収集した固形物は、廃水重量のほぼ３０％の固体汚染物質を含むことが多い。固形物にはかなりの分量の水や流体が閉じ込められている（例えば、細胞内）ため、従来の廃水濃化・脱水過程によって現在固形物から除去できる水や流体の分量には限界がある。
また廃水は多量の農薬を含む場合がある。農業や園芸で用いられる過程（例えば、除草剤、殺虫剤など）で生成される化学物質の構成や量を、現行の廃水処理技術を用いて除去することは困難となっている。流出水や都市化も、廃水処理施設では現在制御できない汚染源をさらに増大する。
多くの廃水処理施設は規模が小さく、酷使されており、そのため、量の取り扱い、化学汚染物質の除去、そして固形物の処理を効率的な手段で実施することは困難である。したがって、既存の廃水処理施設と互換性を持ち、汚染物質や廃水施設で発生する固形物量を減少させる新しい技術の必要性が存在する。
以下の特許と出版物は、廃水を処理する既存技術を説明し、これらはすべて参照によって本明細書に包含される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７４５，９６１号
【特許文献２】米国特許第６，６８５，８３４号
【特許文献３】米国特許第６，６３５，１７８号
【特許文献４】米国特許第６，４０２，０６５号
【特許文献５】米国特許第６，０１３，１８３号
【特許文献６】米国特許第５，９５４，９６４号
【特許文献７】米国特許第５，８４６，４２５号
【特許文献８】米国特許第５，６４３，４６１号
【特許文献９】米国特許第５，２３２，５８４号
【特許文献１０】米国特許第４，３４２，６５０号
【特許文献１１】米国特許第４，１５９，９４４号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】『Ｓｌｕｄｇｅ  Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ  ａｓ  ａ  Ｍｅａｎｓ  ｔｏ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｖｏｌｕｍｅ  ａｎｄ  Ｉｎｃｒｅａｓｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ』（Ｏｎｙｅｃｈｅ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｊ．  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ａｇｒｉｃ．  Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．、２００３、ｐｐ.２９１‐２９６
【非特許文献２】『Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｋａｄｙ  Ｂｉｏｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＬＳＴＭ)ａｔ  ｔｈｅ  Ｐｌｕｍ  Ｉｓｌａｎｄ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｐｌａｎｔ』（Ｆａｉｒｅｙ  ｅｔ  ａｌ．、Ｍａｒｃｈ  ４、２００３、ｐｐ.１‐１６）
【非特許文献３】Ｕ．Ｓ．  Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｗａｓｔｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  『Ｐｒｉｍｅｒ  ｆｏｒ  Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ』（ＥＰＡ８３２‐Ｒ‐０４−００１、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ、  ２００４）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は廃水を処理するシステムと手段を説明する。ある実施例では、廃水処理システムは一次処理系、二次処理系、消毒処理系、固形物処理系、一つまたはそれ以上の流体処理系、またはそれらの組み合わせを含む。
ある実施例では、廃水処理システムは一つまたはそれ以上の流体処理系と一次処理系を含む。該一次処理系は該流体処理系と連結する。ある実施例では、一次処理系の沈殿槽は流体処理系の流入口と連結する。該流体処理系での廃水の処理によって、廃水中の、病原性種を含む微生物を死滅、または少なくとも一部を破壊する。ある実施例では、該流体処理系の廃水流の接触面で、少なくとも一部の該廃水流を通気させる。該流体処理系の流出口は二次処理系と連結する。該 二次処理系は、消毒処理系や固形物処理系と連結する。
ある実施例では、二次処理系は一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。ある実施例では、一つまたはそれ以上の流体処理系は二次処理系の一つまたはそれ以上のユニットと連結する。ある実施例では、該流体処理系の廃水流の接触面で、少なくとも一部の該廃水流を通気させ、該廃水流の粒子状物質の大きさを変える。
特定の実施例では、消毒処理系は一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。ある実施例では、一つまたはそれ以上の流体処理系は一つまたはそれ以上の消毒処理系と連結する。一つまたはそれ以上の流体処理系で塩素処理水を処理し、少なくとも一部の該塩素処理水から塩素を除去する。ある実施例では、塩素処理水は二次処理系から流入する。
ある実施例では、廃水処理システムは固形物処理系と、該固形物処理系と連結する一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。ある実施例では、固形物処理系は一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。ある実施例では、二次処理系や消毒処理系から流体処理系に汚泥が流入する。該流体処理系で該汚泥を処理し、該汚泥中の微生物汚染物質を死滅、または少なくとも一部を破壊し、該汚泥から水を除去し、該汚泥から揮発性有機化合物を除去し、あるいはそれらの組み合わせによってバイオソリッドを生成する。該バイオソリッドは重量で少なくとも１％の合計固形成分を含む。ある実施例では、処理済汚泥流の少なくとも一部は貯水槽や二次処理系に再循環する。
ある実施例では、流体処理系は一つまたはそれ以上のボルテックスノズル・ユニットを含む。各ボルテックスノズル・ユニットは、一対のボルテックスノズルまたは複数のボルテックスノズル・ユニットを含む。ある実施例では、対向するボルテックスノズル（一つ目のボルテックスノズルと二つ目のボルテックスノズル）を流体処理系で使用する。流体処理系のある実施例では、一つ目のボルテックスノズル・ユニットは複数のボルテックスノズルを含む。ボルテックスノズル・ユニットが複数のボルテックスノズルを含む場合、該ボルテックスノズルは階段状構成に配列される。ある実施例では、流体処理系は該流体処理系の注入口と連結するスクリーンを含む。
本明細書は、廃水を処理して清浄な排出水とバイオソリッドを生成するシステムと手段を説明する。本明細書で使用する用語の一部を以下に挙げる。
「活性汚泥」は、空気と微小生物によって処理し、汚水中の有機物質を分解する汚水を言う。
「活性汚泥過程」は、微小生物を用いて汚水中から有機物質を除去する過程を言う。
「通気」は、系に空気や酸素を注入して該系中の酸素濃度を増加させる過程を言う。
「好気性」は、酸素が存在する場合に発生する生命体や過程を言う。
「嫌気性」は、酸素を追加しない場合に発生する生命体や過程を言う。
「細菌」は、特定の微小生物を言う。細菌は、汚水中の有機成分の消費する。
「生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）」は、生物学的過程で有機物質を分解する際に消費される酸素量の尺度を言う。
「生物的汚染物質」は、細菌、病原体、またはそれ以外の種類の微小生物で汚水中の有機物質の分解に係らないものを言う。
「バイオソリッド」は、処理によって病原性微生物を破壊した汚泥を言う。
「脱窒素」は、硝酸塩（ＮＯ３）や亜硝酸塩（ＮＯ２）を窒素ガスに還元すること言う。
「解膠」は、固形物の大きさを減少する過程を言う。
「消毒」は、水を処理して病原体を死滅させる、または不活性化することを言う。
「排出水」は、処理過程の完了後、廃水処理システムに流出する処理済流動体を言う。
「流体」は、加圧ガスや液流下で得られるすべての流動液、ガス、または固形粒子状物質を言う。
「流体力学的キャビテーション」は、空洞と、水蒸気やガス混合物が充満するキャビテーション気泡が流体内部に発生する過程を言う。
「溶解」は、細胞壁の分解によって細胞全体または細胞の一部を破壊することを言う。
「微生物」は、細菌、藻類、菌類、微小生物、あるいはそれらの混合物を言う。
「微小生物」は、裸眼で見るには小さすぎるが顕微鏡下で見ることのできる生命体を言う。微小生物は、細菌、菌類、一部の藻類、原生動物を含むが、ウイルスを含まない。
「硝化」は、アンモニア（ＮＨ３）やアンモニアイオン（ＮＨ４+）を酸化して硝酸塩（ＮＯ３）を形成する過程を言う。
「病原体」は、疾病の原因となる生命体を言う。病原体の例は、病原菌、ウイルス、蠕虫原生動物、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
「高分子化合物」は、単量体という主要有機化合物の結合によって生成される長鎖状有機化合物を言う。
「一次処理」は、浮遊物質と一部の固形物質を廃水流から分離する、廃水流処理の第一段階を言う。
「受け入れ水塊」は、処理済みまたは未処理の廃水の排出流を受け入れる水塊を言う。水塊の例は、河川、湖、海洋、およびそれ以外の天然ならびに人工の水塊を含むが、これらに限定されない。
「二次処理」は、細菌が廃水流中の有機物質を消費する、廃水処理システムの第二段階を言う。
「沈殿槽」は、浮遊物質や沈殿固形物を掬い取ったり、除去する、一つあるいはそれ以上のタンクを言う。
「汚泥」は、生物有機体と固形物質の組み合わせを言う。
「水流」は、一つの水流または水流の組み合わせを言う。流体と水流という用語は置き換えて使用できる。
「水処理構成要素」は、廃水流から汚染物質を分離するための構成要素を言う。
水処理構成要素の例は、一次処理系、二次処理系、そして消毒系を含むが、これらに限定されない。分離した廃棄成分は汚泥の形態である。
「廃水」は、住宅、公共施設、商業施設、工業施設、地表水、豪雨、あるいはそれらの組み合わせから除去された廃棄物を移送する流体や水を含むが、これらに限定されない。
当然のことながら、本明細書で使用する用語は特定の実施例を説明することのみを目的として使用され、限定することを意図するものではない。本明細書で使用するように、単数を示す「一つの」および「該」は指示対象が複数の場合を含むが、内容が明白にそれ以外の場合を示す場合はその限りではない。したがって例えば、「一つのノズル」という言及は、二つまたはそれ以上のノズルの組み合わせを含み、「細菌」という言及は、異なる種類の細菌の組み合わせを含む。
廃水処理施設は、廃水を処理して、飲料水、排出水、そしてバイオソリッドを生成する。処理過程は通常以下を含む。すなわち、ａ）固形物の除去、ｂ）溶解した粒子状の生分解性成分の、許容可能な最終生成物への転換（例えば、酸化）、ｃ）懸濁した沈殿不可能なコロイド状固形物の、生物凝集物またはバイオフィルムへの組み入れ、ｄ）窒素やリンなどの栄養素の転換または除去、ｅ）場合によって、特定の微量有機成分や化合物の除去。廃水処理施設で発生する生物学的過程の手段（例えば、生体呼吸と生体合成）により、流入する有機物質の多くは二酸化炭素、水、およびバイオソリッドに転換される。
生廃水の処理は、該生廃水を一次処理系、二次処理系、そして消毒系を通過させて飲料水と清浄な排出水を生成することを含む。該排出水は、一つまたはそれ以上の水塊に排出される。該一次処理系で、該廃水に沈殿槽を通過させる。該沈殿槽で、浮遊物質や該廃水に沈殿する物質を該廃水から分離させる。
二次処理過程で、該廃水は生物学的過程の対象となり、水、二酸化炭素、そして汚泥を発生させる。これらの過程の例は、廃棄物活性汚泥過程、連続バッチ反応器（ＳＢＲ）、微生物反応器（ＭＢＲ）そして酸化溝を含むが、これらに限定されない。これら全ての過程で汚泥が生成され、さらにバイオソリッドに処理される。
該汚泥は固形物処理系に移動され、バイオソリッドに還元される。該汚泥の含水量は減少し、それによって該バイオソリッドを再生可能エネルギー（例えば、焼却）に転換したり、再利用（例えば、バイオソリッドは造園、園芸、土壌改善、土地の埋め立て、林業、または農業の過程に再利用できる）することができる。該汚泥のバイオソリッドへの処理は、廃水処理施設の合計運転費用の約４０％から６０％を占めるため、費用効果が高く、バイオソリッドの質量と体積を減少させる効果的な技術を必要とする。一つまたはそれ以上の流体処理系を廃水処理施設に取り入れることによって、バイオソリッドの質量と体積は効率的に減少され、それによって廃水処理施設の全体的な運転費用が削減される。ある実施例では、流体処理系は、ＶＲＴＸ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｓｃｈｅｒｔｚ、ＴＸ）が市販する流体力学的キャビテーションシステムである。
ある実施例では、一つまたはそれ以上の流体処理系は、一次処理系、二次処理系、消毒系、または固形物処理系に含まれる。特定の実施例では、流体処理系は、一次処理系、二次処理系、消毒系、または固形物処理系の付近や隣に配置される。
特定の実施例では、廃水処理システムで発生する、一つまたはそれ以上の水流の一部を、一つまたはそれ以上の流体処理系で処理する。廃水処理システムで発生する一つまたはそれ以上の水流の例は、廃棄流、水流、汚泥流、バイオソリッド流、塩素処理水流、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
特定の実施例では、流体処理系は、二つ目のボルテックスノズル・ユニットと対向関係に位置する一つ目のボルテックスノズル・ユニットと、水流を個々の該ノズル・ユニットに送り出す気圧均一チェンバーを含む。本明細書で使用する用語「ボルテックスノズル・ユニット」は、単体のボルテックスノズル、あるいは連結する複数のボルテックスノズルを言う。該気圧均一チェンバーはポンプからの水流を受け入れ、一つ目の該ボルテックスノズル・ユニットと二つ目の該ボルテックスノズル・ユニットに該水流を送り出す。一つ目と二つ目の該ボルテックスノズル・ユニットは該水流を受け入れて該水流を回転させ、それによって、一つ目の回転水流と二つ目の回転水流を発生させる。該流体処理系はさらに衝突チェンバーを含み、一つ目の該回転水流と二つ目の該回転水流を衝突させる。
ある実施例では、流体処理系は、二組の階段状の対向ボルテックスノズルを含む。例えば、一つのボルテックスノズル・ユニットは、一対の階段状ボルテックスノズルを含み、階段状の二つ目のボルテックスノズルを内部に持つ一つ目のボルテックスノズルを含む。該ボルテックスノズル・ユニットは、さらに二つ目の一対の階段状ボルテックスノズルを含み、階段状の四つ目のボルテックスノズルを内部に持つ三つ目のボルテックスノズルを含む。具体的には、二つ目の該ノズルの流出口は一つ目の該ノズルの流入口と連絡し、四つ目の該ボルテックスノズルの流出口は三つ目の該ノズルの流入口と連絡する。各四つの該ボルテックスノズルは、水流と連絡する流入口を通じて水流を受け入れ、該水流がノズルを通過する際にそれを回転させる。該階段状ボルテックスノズルは対向関係に位置し、チェンバーと連絡して、それによって該ノズルから流出する該水流はそれぞれ反対方向に回転し、該チェンバーのほぼ中間点で衝突する。該ノズルから流出する、反対方向に回転する二つの該水流は高速度で衝突し、流体全体に圧縮波を発生させる。
流体力学的キャビテーションシステムとその他の流体処理系は、以下に説明され、これらはすべて参照によって、本明細書に包含される。すなわち、米国特許第４，２６１，５２１号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、第４，６４５，６０６号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．）、第４，７６４，２８３号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．）、第４，９５７，６２６号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、第５，３１８，７０２号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、第５，４３５，９１３号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、第６，０４５，０６８号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、第６，６４９，０５９号（Ｒｏｍａｎｙｓｚｙｎ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，７１２，９６８号（Ｒｏｍａｎｙｓｚｙｎ）、第６，７９７，１７０号（Ｒｏｍａｎｙｓｚｙｎ）、第６，８１１，６９８号（Ｒｏｍａｎｙｓｚｙｎ）、そして第６，８１１，７１２号（Ｒｏｍａｎｙｓｚｙｎ）。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の手段と装置の特徴と利点は、本発明をそれに付随する図と合わせ、現行好ましい実施例の以下の詳細な説明を参照することにより、正当に評価されるであろう。すなわち、
【図１】流体処理系の実施例の上部図。
【図２】図1が示す流体処理系を実質上２−２線に沿って示す横断面。
【図３】流体処理系の全体像。
【図４】図３が示す流体処理系を実質上４−４平面に沿って示す横断面。
【図５】流体を処理する装置のボルテックスノズルを示す全体像。
【図６】流体を処理する装置のボルテックスノズルを別の角度から示す全体像。
【図７】ボルテックスノズルのボルテックスノズル本体の流入口側を示す後端面。
【図８】ボルテックスノズルのボルテックスノズル本体を実質上８−８線に沿って示す、図５の横断面。
【図９Ａ】流体処理系を複数回通過する際の粒径分布の変化を示すグラフ。
【図９Ｂ】流体処理系を複数回通過する際の粒径分布の変化を示すグラフ。
【図１０】流体処理系を複数回通過する際の生物的汚染物質（例えば、大腸菌）の変化を示すグラフ。
【図１１】流体処理系を複数回通過する際の生物的汚染物質（例えば、従属栄養細菌）の変化を示すグラフ。
【図１２】廃水処理施設の実施例の概略図。
【図１３】一次処理系と二次処理系に連結する流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図１４】消毒処理系と連結する流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図１５】二次処理系、消毒処理系、および固形物処理系と連結する流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図１６】流体処理系を複数回通過する際の汚泥中の固形物の変化を示すグラフ。
【図１７】流体処理系を複数回通過する際の汚泥量の変化を示すグラフ。
【図１８】脱水系と連結する流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図１９】固形物処理系と二次処理系に連結する流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図２０Ａ】流体処理系を通って再循環する汚泥を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図２０Ｂ】流体処理系を通って再循環する汚泥を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図２０Ｃ】流体処理系を通って再循環する汚泥を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図２１】少なくとも三つの流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。
【図２２】少なくとも三つの流体処理系を含む廃水処理施設の実施例の概略図。本発明はさまざまな変更や代替形態が可能であるが、それらの具体的な実施例を図示し、本明細書で詳細に説明する。図は必ずしも一定の縮尺ではない。当然のことながら、図とそれらの詳細な説明は、本発明を開示する特定の形態に限定することを意図するものではなく、逆に、本発明は、付随する請求項が定義する本発明の精神と範囲内に収まるあらゆる変更、同等物、および代替物を網羅することを意図する。図１と図２は、流体処理系の実施例を示す。流体処理系１００は円筒形本体部分１０２を含み、円筒形本体部分１０２は標準的な機械加工または成型過程のいずれかを用いて一体成形される。円筒形本体部分１０４はチェンバー１０６を定義し、流体源に付属する流入口１０８を含む。円筒形の本体１０２はチェンバーを定義し、適切な導管、貯水槽、または適切な流体送出手段のいずれかに付属する流出口１１０を含む。円筒形本体部分１０２はそのチェンバー内に、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２を含む（図２参照）。さらに、円筒形本体部分１０２は、流入口１２４、１２６、１２８、そして１３０を含み、円筒形本体部分１０４のチェンバー１０６と連絡する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２の構造は、以下の米国特許に説明されるものと類似する。すなわち、米国特許第４，２６１，５２１号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）、 第４，９５７，６２６号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，３１８，７０２号（Ａｓｈｂｒｏｏｋ）。各ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２は、標準的な機械加工または成型過程のいずれかを用いて成形され、ボルテックスノズル部分１３２、１３４、１３６、そして１３８を定義する。ボルテックス・アセンブリブロック１１２、１１４、そして１１６は、一つ目のボルテックスノズル・ユニットを定義し、ボルテックス・アセンブリブロック１１８、１２０、そして１２２は二つ目のボルテックスノズル・ユニットを定義する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８は、円筒形本体部分１０２が定義するチェンバー内に挿入され、その内側の縁は円筒形本体部分１０２の突出部１４０と１４２に接触する。突出部１４４と１４６は、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１２０と１２２が、円筒形本体部分１０２の内部が定義するチェンバーの中央に挿入されることを防ぐ。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８は、円筒形本体部分１０２内に位置してチェンバー１４８を定義し、流出口１１０と連絡する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８はそれぞれＯリング１５０と１５２を含み、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８と、円筒形本体部分１０２の内部表面の間に流体シールを形成する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８を図２で示す位置に挿入後、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１４と１２０を挿入し、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８���後方部分にそれぞれ隣接させる。最後に、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１２２を挿入し、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１４と１２０の後方部分にそれぞれ隣接させる。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１２２はそれぞれＯリング１５４と１５６を含み、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１２２と、円筒形本体部分１０２の内部表面との間に流体シールを形成する。円筒形本体部分１０２は、プレート１５８と１６０を含み、該円筒形本体部分のそれぞれの端の入り口内部に適合する。適切な手段のいずれか（例えば、ねじ）を用いてプレート１５８と１６０をボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１２２にそれぞれ据付け、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２を円筒形本体部分１０２が定義するチェンバーに固定する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２は、円筒形本体部分１０２が定義するチェンバー内に位置して固定され、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、そして１２２は、ボルテックスノズル１３２、１３４、１３６、そして１３８と、導管１６２と１６４を定義する。ボルテックスノズル１３４と１３６は対向関係に位置し、それによってそれぞれの流出口１６６と１６８を出る水流はチェンバー１４８のほぼ中央で衝突する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６と１１８は、ボルテックスノズル１３４と１３６の円錐台形内側表面１７０と１７２をそれぞれ定義する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１６のボルテックスノズル・アセンブリブロック１１４との隣接部は、円形部分１７４と、流入口１２６と連絡するチャンネル１７６を定義する。さらに、ボルテックスノズル１３２の流出口１７８は、ボルテックスノズル１３４の円形部分１７４と連絡する。同様に、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１８と１２０は、円形部分１８０と、流入口１２８と連絡するチャンネル１８２を定義する一方、ボルテックスノズル１３８の流出口１８４は、ボルテックスノズル１３６の円形部分１８０と連絡する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１４は円錐台形内側表面１８６を定義し、一方ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１１４との間の隣接部は、円形部分１８８と、流入口１２４と連絡するチャンネル１９０を定義する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１２０は、円錐台形内側表面１９２を定義し、ボルテックスノズル・アセンブリブロック１２０と１２２との間の隣接部は、円形部分１９４と、流入口１３０と連絡するチャンネル１９６を定義する。ボルテックスノズル・アセンブリブロック１１２と１２２は、導管１６２と１６４をそれぞれ含み、プレート１５８の開口部１９８(図１参照)とプレート１６０の別の開口部（図なし）を通じて円筒形本体部分１０２の外側と連絡する。導管１６２と１６４には、流体の処理中にボルテックスノズル１３２、１３４、そして１３６そして１３８に導入する添加物を加えることができる。運転では、流体は、流入口１０８を通じ��チェンバー１０６にポンプ注入される。該流体は、流入口１２４、１２６、１２８、そして１３０を通じて、チェンバー１０６からチャンネル１９０、１７６、１８２、そして１９６にそれぞれ流入する。チャンネル１９０、１７６、１８２、そして１９６は、該流体を、ボルテックスノズル１３２、１３４、１３６、そして１３８の円形部分１８８、１７４、１８０、そして１９４にそれぞれ送り出す。円形部分１８８、１７４、１８０、そして１９４は、該流体を回転させ、該回転流体を円錐台形内側表面１８６、１７０、１７２、そして１９２にそれぞれ送り出す。円錐台形内側表面１８６、１７０、１７２、そして１９２は、それぞれの水流で該円形回転を維持し、該回転水流をボルテックスノズル１３２、１３４、１３６、そして１３８から、流出口１７８、１６６、１６８、そして１８４にそれぞれ送り出す。ボルテックスノズル１３２と１３８の構成が階段状であることにより、流出口１７８と１８４から流出する水流は、ボルテックスノズル１３４と１３６にそれぞれ流入する。これらの円形回転水流は、ボルテックスノズル１３４と１３６の内部の円形回転水流と混合し、該円形回転水流の速度を増大させる。さらに、ボルテックスノズル１３２と１３８を出る該水流は、ボルテックスノズル１３４と１３６内の該円形回転水流と接触して、ボルテックスノズル１３４と１３６の内部に円形回転する流体と衝突するため、圧縮波が発生する。ボルテックスノズル１３２と１３４から出る混合水流とボルテックスノズル１３８と１３６から出る混合水流は、ボルテックスノズル１３４と１３６の流出口１６６と１６８からそれぞれ出て、チェンバー１４８のほぼ中央で衝突する。該水流は、ボルテックスノズル１３４と１３６が対向関係に位置しているため、ボルテックスノズル１３４と１３６を出て行く際に反対方向に回転する。流出する水流が衝突する際、さらに圧縮波が発生し、すでに発生している圧縮波と混合して本来の圧縮波よりも振幅の大きい圧縮波が発生する。再び混合した水流はチェンバー１４８を出て流出口１１０に入る。既存の水流の衝突によって発生する圧縮波は、流入口１０８に入る該水流中に存在する生物的汚染物質の少なくとも一部を破壊するのに充分である。該圧縮波は水流中の粒径を減少させ、揮発性物質を蒸発させ、粒子状物質を圧縮させるのに充分であるため、流体から粒子状物質が除去される。上述の説明は、一対の階段状ノズルを描写説明するが、このような描写説明は例示することのみを目的としており、本技術に普通に熟達するものに明白であるように、いくつの数のボルテックノズルであっても使用することができる。図３と図４は、流体処理系の実施例 を示す。装置３０５は、ポンプ３０７と連結管３０８を支えるフレーム３０６を含む。ポンプ３０７と連結管３０８は、適切な連結手段のいずれか（例えば、取付金具）を用いてフレーム３０６に連結する。装置３０５は、連結管３０８に固定する筐体３０９とボルテックスノズル・アセンブリ３１０を含む。ボルテックスノズル・アセンブリ３１０は筐体３０９に位置する。ポンプ３０７は流出口３１１を含み、装置３０５を通じて流体源から流体をポンプ注入できる適切ないずれかのポンプである。図示す���ように、ポンプ３０７は流体を送り出すが、本技術に普通に熟達するものは、加圧ガスキャニスタなど、他の適切かつ同等の多くの手段を用いることができることを認識するであろう。連結管３０８は流入口３１２、分流器３１３、Ｌ字形曲がり３１６、３１７、３１８、そして３１９を含む。流入口３１２は、適切な手段のいずれか（例えば、フランジと締め金具）を用いてポンプ３０７の流出口３１１と連結する。流入口３１２は分流器３１３の流入口内に適合し、摩擦、ねじ切り、溶接、接着剤、または同様な手段によって保持され、流体を該分流器に送り出す。分流器３１３は流体を受け入れ、該流体を、流入口３１２からの流体の流れに対して実質上垂直方向に変え、一つ目の流体と二つ目の流体に分流させる。分流器３１３は、摩擦、ねじ切り、溶接、接着剤、または同様な手段によってＬ字形曲がり３１６と３１８に連結し、一つ目の流体の流れをＬ字形曲がり３１７に、そして二つ目の流体の流れをＬ字形曲がり３１９に分流させる。Ｌ字形曲がり３１７と３１９は、分流器３１３から受け入れたそれぞれの流体の方向を変え、該流体の流れを筐体３０９に送り出す。導管３４５はＬ字形曲がり３１７と３１９の一部を通り、圧力測定や、筐体３０９に入る水流に一つ以上の流体を導入することができる。図示するように、連結管３０８は流体の流れを筐体３０９に送り出す。本技術に普通に熟達するものは、二つのポンプと、筐体３０９への個別接続や、筐体３０９の後端部の代わりに側部に流体を送り出す一つのポンプなど、他の多くの適切かつ同等な手段を認識するであろう。筐体３０９は流入口３２１と３２２、流出口３２３、そして突出部３２５と３２６を含む。筐体３０９は、その中心軸に沿って穴３２０と、筐体３０９の中心点のほぼ中央に位置して穴３２０と連絡する穴３２４を定義する。筐体３０９は、フランジと締め金具など、適切な手段のいずれかを用いてＬ字形曲がり３１７と３１９に付着する。筐体３０９は一つ目の流体の流れを流入口３２１で、二つ目の流体の流れを流入口３２２で受け入れる。流出口３２３は、周知の配管手段を用いて、適切な流体貯蔵槽や送出システムのいずれかに接続することができる。ボルテックスノズル・アセンブリ３１０は穴３２０内部に位置し、ある実施例では、筐体３０９の穴３２０内部に対向関係に位置するボルテックスノズル３２７と３２８を含み、一つ目の流体の流れを二つ目の流体の流れに衝突させ、それによって流体の流れを処理する。筐体３０９に挿入されたボルテックスノズル３２７ により、ボルテックスノズル３２７と筐体３０９は空洞３４０を定義し、一つ目の流体の流れをＬ字型曲がり３１７から受け入れ、該流体の流れをボルテックスノズル３２７に送り出す。同様に、筐体３０９に挿入されたボルテックスノズル３２８により、ボルテックスノズル３２８と筐体３０９は空洞３４１を定義し、二つ目の流体の流れをＬ字形曲がり３１９から受け入れ、該流体の流れをボルテックスノズル３２８に送り出す。図５〜８に示すように、ボルテックスノズル３２７はノズル本体３２９と後端キャップ３３０を含む。本開示の目的のため、本明細書ではボルテックスノズル３２７のみを説明するが、当然のことながら、ボルテックスノズル３２８は設計、構成、および操作においてボルテックスノズル３２７と同一であり、二つ目の流体の流れと一つ目の流体の流れとの衝突を容易にするため、筐体３０９の穴３２０の内部にボルテックスノズル３２７と対向関係に位置させるに過ぎない。ある実施例では、ノズル本体３２９は実質上円筒形であり、軸方向に貫通して位置する先細通路３３１を含む。先細通路３３１は流入口側３３２を含み、流出口側３３３に達するまで直径が減少する。先細通路３３１のテーパー度は最低１°で最大８９°である。ある実施例では、該先細通路のテーパー度は最低５°で最大６０°である。ノズル本体３２９はショルダー３３４を含み、溝３３６を持つ高い部分３３５がある。ショルダー３３４は、ボルテックスノズル３２７が筐体３０９の内側表面に擦れる大きさであり、一方ボルテックスノズルの高い部分３３５は突出部３２５に隣接し、それによって筐体３０９内部のボルテックスノズル３２７の位置を制御する。溝３３６は、シール（例えば、Ｏリング）によって、ノズル本体３２９を筐体３０９と密閉し、それによって筐体３０９内部のボルテックスノズル３２７を支持する。ノズル本体３２９はさらにポート３３７、３３８、そして３３９を含み、ボルテックスノズル３２７の先細通路３３１に流体を導入する。図示するように、ポート３３３、３３８、そして３３９は、流入口側３３２から始まって、ノズル本体３２９に対して均等間隔に位置する。三つのポート３３７、３３８、そして３３９を示すが、本技術に普通に熟達するものは、ポートの数がいくつであっても使用できることを認識するであろう。さらに、ポート３３７、３３８、そして３３９は、流体を該先細通路３３１に流すために適切な、楕円形、三角形、Ｄ字形、あるいは同様ないずれかの形状を取る。図示するように、ポート３３７、３３８、そして３３９は先細通路３３１の内側表面に正接し、先細通路のテーパー度と同一角度で先細通路３３１に入り、先細通路３３１への流体の送り出しを促進し、最終的に、流体が該先細通路全体に分散することを促進する。正接ポート３３７、３３８、そして３３９は、先細通路３３１のテーパー度の角度で示しているが、本技術に普通に熟達するものは、ポート３３７、３３８、そして３３９は先細通路３３１のテーパー度に対していかなる相対角度であっても先細通路３３１に入ることを認識するであろう。後端キャップ３３０はノズル本体３２９の後端に隣接し、流入口側３３２を定義し、流入口側３３２を密封し、それによって流体はポート３３７、３３８、そして３３９を通って先細通路３３１に入る。後端キャップ３３０は該後端キャップの内面のほぼ中心に一体成形または付属する突起部３４２を含む。本実施例では、突起部３４２は円錐状で先細通路３３１に延び、先細通路３３１に入る流体の強さのベクトル成分を調節する。突起部３４２を通る通路３４３は、後端キャップ３３０の外面のほぼ中心で空洞３４４に連絡する。導管３４５（図４参照）は空洞３４４に適合し、先細通路３３１内部の真空空間の測定を可能にする。ボルテックスノズル３２７に送り出される流体の流れはポート３３７、３３８、そして３３９を通じて先細通路３３１に入る。流体がポート３３７、３���８、そして３３９を通じて入ることにより、該流体は回転し、それによって回転流体が発生して先細通路３３１を通り、流出口側３３３を出る。各ポート３３７、３３８、そして３３９ は該流体の流れの一部を先細通路３３１に送り出す。該流体は複数の帯状であり、先細通路３３１に対して回転する薄いフィルムに均一に分散される。これによって、内部の乱流による圧力の喪失が最小限になる。それに応じて、ボルテックスノズル３２７は、ボルテックスノズル３２８を出て行く流体と共に、先細通路３３１の流出口側３３３を出て行く回転流体の流れにより強力で安定した影響を及ぼす。ある実施例では、ポート３３７、３３８、および３３９の横断面域は先細通路３３１の流入口側３３２の横断面域よりも小さく、回転流体の流れ内部の圧力を減少する。当然のことながら、本技術に普通に熟達するものは、ポート３３７、３３８、そして３３９の大きさは具体的な応用要件に基づいて変化することを認識するであろう。ポート３３７、３３８、そして３３９が形成する真空空間の体積を、突起部３４２を利用して調節し、該回転流体の流れの力のベクトルを変える。実施例では、突起部３４２の大きさを増大させる（例えば、直径または長さのいずれか）と、流体が満たすことのできる先細通路３３１内部の体積が減少し、それによって真空空間が増大し、したがって該回転流体の流れに上向きと下向きの力のベクトル成分が供給される。運転では、連結管３０８は前述のように組み立てられてポンプ３０７に接続する。ボルテックスノズル３２７と３２８は、前述のように筐体３０９の中に対向関係で挿入され、筐体３０９は連結管３０８に接続する。ポンプ３０７は流体源から流体をポンプで汲み出し、該流体を連結管３０８に送り出し、該流体を一つ目の流体の流れと二つ目の流体の流れに分流する。連結管３０８は一つ目の該流体を筐体３０９の空洞３４０に、二つ目の該流体を筐体３０９の空洞３４１に送り出す。一つ目の該流体の流れはボルテックスノズル３２７のポートを通じて空洞３４０に入る。ボルテックスノズル３２７は該流体を受け入れ、該流体を回転させ、それによって一つ目の回転流体の流れが発生し、ボルテックスノズル３２７に流れてその流出口側を出る。同様に、二つ目の該流体の流れはボルテックスノズル３２８のポートを通って空洞３４１からボルテックスノズル３２８に入る。ボルテックスノズル３２８は該流体を受け入れ、該流体を回転させ、それによって二つ目の回転流体の流れが発生し、ボルテックスノズル３２８に流れてその流出口側を出る。ボルテックスノズル３２７と３２８が対向関係にあることより、一つ目の該回転流体の流れは二つ目の該回転流体を回転させ、該流体中の分子結合の破壊や、該流体中の固形粒子状物質の大きさの減少を通じて該流体を処理することとなる。その後、該処理済流体は筐体３０９の流出口３２３を出て、適切な貯蔵あるいは送出系に送られる。気圧均一化連結管と安定チェンバーは流体処理系の流体流入口と連結する。ある実施例では、ポンプは流入口と連結し、流水がボルテックスノズル・ユニットに入る速度や圧力を増大させる。他の実施例では、ポンプは該系と連結しない。該流入口は各ボルテックスノズル・ユニットと連結する。ボルテックスノズル・ユニットが二つまたはそれ以上のボルテックスノズルを含む場合、入口は個々のボルテックスノズルのそれぞれと連結する。このような状況では、該水流の一部は各ボルテックスノズルの中に同時に流れる。ある実施例では、分流器は流入口と連結する。該分流器は流体の流れを一つ以上のボルテックスノズル・ユニットの中に導く。該分流器は該流体の流れの方向を変える。特定の実施例では、該分流器は文字「Ｙ」と類似した形状を持つ。「Ｙ」字形の分流器は、「Ｔ」字形分流器のように、分流器が突然流体の流れを止めて方向を変えるよりも、流体の流れをなだらかに移動させるため、該形状の分流器は有益である。また、「Ｙ」字形分流器は方向転換による排出上部圧力の喪失を減少させるため、突然流体の流れを止めて方向を変える場合と比較すると、分流した水流の流速は増大する。ある実施例では、ボルテックスノズル・ユニットは、流体が該ボルテックスノズル・ユニットに入る流入口を一つ以上含む。流入口の形状はさまざまで、実質的に長方形、実質的に台形、実質的に楕円形、実質的に三角形、あるいは実質的に断面が「Ｄ」字形となる形状を含む。ボルテックスノズル・ユニットへの流入口はノズルに対してほぼ均等間隔で放射状に位置する。特定の実施例では、ボルテックスノズル・ユニットへの流入口は、該ボルテックスノズル・ユニット全体にわたってさまざまな地点から流体が該ボルテックスノズル・ユニットに入ることができる位置にある。ボルテックスノズル・ユニットが複数のボルテックスノズルを含む場合、そうしたノズルは大きさと形状において類似する場合や異なる場合がある。ボルテックスノズルは該ノズルを通って流れる流体を圧縮したり、該ノズルを通って流れる流体の速度を増大させる。ボルテックスノズルは、該ボルテックスノズルを出る水流が時計回りまたは反時計回りに流れるように導く形状を持つ。一つの実施例では、一つ目のボルテックスノズル・ユニットから流れる水流は時計回り方向に回転し、対向する二つ目のボルテックスノズル・ユニットから流れる水流は反時計回り方向に回転する。ある実施例では、ボルテックスノズル・ユニット内の水流の圧力は１平方インチ当たりほぼ５０パウンド（５０ｐｓｉ）からほぼ２００ｐｓｉ、ほぼ８０ｐｓｉからほぼ１４０ｐｓｉ、あるいはほぼ８５ｐｓｉからほぼ１２０ｐｓｉの範囲にある。水流は毎分１５００ガロンまたはそれ以下の流速で流体処理系に流れ込む。特定の実施例では、水流は毎分ほぼ７０ガロンからほぼ２００ガロンの流速で流体処理系に流れ込む。ある実施例では、流体力学的キャビテーションは、水流がボルテックスノズル・ユニットを通って通過する、または複数のボルテックスノズル・ユニットから出る複数の水流が相互接触する際に発生する。ある実施例では、圧力が減少して流体が沸騰するレベルに達すると、蒸気が充満する複数の空洞と気泡が形成される。ある実施例では、流体の沸騰により、汚泥の含水量の減少、または水流中の揮発性有機化合物量の減少が生じる。当初、流体とキャビテーション気泡は、系内の一つまたはそれ以上のボルテックスノズル・ユニットに入る際に高圧部分に接し、また真空区域に接する。この時点で該気泡内に蒸気凝縮が発生し、該気泡は崩壊する。キャビテーション気泡の崩壊により、流体力学的キャビテーションと圧力インパルスが発生する。ある実施例では、崩壊する空洞と気泡内部の圧力インパルスは一平方インチ当たり最高約１０００パウンドである。流体力学的キャビテーションや、流体に作用するその他の力（例えば、圧力インパルス、ノズルの側壁）は溶解ガスの溶解度、水素イオン指数、遊離基の形成、そしてリン酸塩、硝酸塩、カルシウム、鉄、そして炭酸塩などの溶解イオンの沈殿に変化を発生させる。さらに、流体力学的キャビテーションの間に発生するせん断力により、ある種の生物的汚染物質は破壊され、水流は通気され、粒子状物質の大きさは減少し、汚泥から水が除去され、そして処理中の水流から揮発性物質が除去される。ある実施例では、流体力学的キャビテーションと、水流がボルテックスノズル・ユニットを通って流れる際に発生する物理的力と機械的力（例えば、せん断衝突と圧力または真空力）、生物的汚染物質の死滅、溶解、または少なくとも一部の損傷、水の除去、揮発性有機化合物の除去、粒子状物質の大きさの変化、あるいはそれらの組み合わせを発生させる。生命体は少なくとも一部が損傷すると、生存能力、増殖、繁殖、代謝活動の維持が不可能となり、その環境に悪影響を及ぼす。また生命体は溶解すると、その細胞成分と水分を放出する。水流中の生物的汚染物質は、高いせん断、衝突、急速な圧力や真空の変化、流体力学的キャビテーションの力、そして該水流が流体処理系を通過する際の該水流におけるその他の流体力学的変化によって死滅または一部が損傷する。ある事例では、生物的汚染物質は、ボルテックスノズル・ユニット内や該ボルテックスノズル・ユニットの流出口隣接部に形成される流体力学的キャビテーション内で生存することは不可能である。流体力学的力やせん断力は細菌のような細胞を溶解し、微生物が増殖するための栄養素を作り出す。例えば、細胞の溶解によって、水分、たんぱく質、核酸、細胞質、そして軽量有機物が放出される。前述した流体処理系のいずれか一つでの水流の処理により、一次処理系や二次処理系で発生する、該水流中の生物的汚染物質（例えば、病原体、細菌、微生物）は全滅、または少なくとも一部は溶解する。ある実施例では、前述した流体処理系のいずれか一つでの水流の処理により、該水流は通気され、粒子状物質の粒径は減少し、処理水のＢＯＤは減少する。特定の実施例では、前述したいずれかの流体処理系の一つでの廃水流の処理により、充分な量の汚染物質が除去されるため、塩素やその他の消毒剤の使用回数は減少、あるいは使用を必要としない。特定の実施例では、前述した流体処理系のいずれか一つでの塩素処理水流の処理により、該塩素処理水流中の少なくとも一部の塩素や揮発性有機化合物は除去される。ある実施例では、汚泥の処理により、水流中の混入水は該水流から除去され、細胞は溶解され、固形物の解膠は促進され、そして病原体やある種の細菌を死滅または少なくとも一部は破壊されて、汚泥量は減少し、ウェットケーキ量は減少し、該汚泥の固形成分は増加、そして該ウェットケーキの汚泥量は増加する。該処理済汚泥やウェットケーキはバイオソリッドとしての使用条件を満たす。ある実施例では、該汚泥はその後さらに処理または乾燥され、バイオソリッドを生成する。生廃水中の生分解性有機物質の量はＢＯＤで示される。生廃水中のＢＯＤとその他の成分は生物呼吸と生物合成によって通気系で転換され、二酸化炭素、水、そして新細胞を発生する。大部分のＢＯＤ（４０％から６０％）は好気性呼吸の結果形成された新細胞によるものである。該新細胞は日常的に生成され、廃水処理施設の平常運転を持続するために除去される。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ある実施例では、一つまたはそれ以上のノズルに添加剤を加えて、全滅、減少、または溶解する生物的汚染物質量を増加する。特定の実施例では、添加剤を加えて、塩素の除去を増進したり、水流の硝化を増進する。ある実施例では、添加剤を加えて、バイオソリッドを構成する粒子状物質の大きさを変え、該バイオソリッドの取り扱いを容易にする。ある実施例では、少なくとも一部の接触汚泥流を、一つまたはそれ以上の戻り配管を通じて嫌気性消化槽に送り出す。
ある実施例では、流体処理系は流入口を含む。該流入口は、廃水処理システムの導管や貯水槽（例えば、廃水流貯水槽、汚泥槽）と連結する。該貯水槽や、該流体処理系を、廃水処理システムの一つまたはそれ以上の系と連結する配管中の固形物や生物的汚染物質の濃度は監視される。ある実施例では、水流は流体処理系で連続的に処理される。例えば、水流は貯水槽から連続的にくみ出されて流体処理系に送られて該貯水槽に戻り、生物的汚染物質の濃度、通気の程度、水分の減少、揮発性有機化合物の減少、粒子状物質の大きさの減少、またはそれらの組み合わせを制御される。さらに、該流体処理系を出る生物的汚染物質の濃度、粒子状物質の大きさ、酸素濃度、水分濃度、揮発性有機化合物濃度は監視される。該流体処理系を出る流体があらかじめ設定された許容範囲内にない場合、該流体を該流体処理系に再循環させたり、該流体処理系に加える添加剤の分量を変更する。
ある実施例では、流体処理系での廃水流の処理により、微生物凝集の破壊、粒子状物質の大きさの減少、糸状細胞バルキングの中断や破断、そして水和不活性粒子状物質や水和凝集粒子状物質は崩壊する。ある実施例では、汚泥中の粒子状物質の粒径分布は、流体処理系で処理すると、従来の廃水処理施設からの汚泥の粒径分布と比較する場合、約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約３０％、約１０％減少する。該流体処理系での処理後、汚泥中の微粒子の粒径分布は、約０．００１ミクロンから約１００マイクロメートル、約１マイクロメートルから約７０マイクロメートル、約５マイクロメートルから約４０マイクロメートル、または約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの範囲である。図９Ａと図９Ｂが示すように、該流体処理系を他数回通過させて処理した汚泥の試料は、粒子状物質の粒径を約５０%減少させた。図９Ａと図９Ｂで、描線３４０と３４４は、流体処理系１００を通して汚泥流を処理した後の粒径分布を示す。描線３４２と３４６は、流体処理系１００を通して汚泥流を処理した後の粒径分布を示す。図９Ａと図９Ｂが示すように、当初、粒子の粒径分布は約１マイクロメートルから約２５０マイクロメートルの範囲にあり、平均粒径は７５マイクロメートルであるが、処理後、約１マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲にあり、平均粒径は１０マイクロメートルとなった。
さらに、流体流を少なくとも４５０ｍｐｈ衝突（例えば、４５０ｍｐｈから６００ｍｐｈ）で衝突させると、該水中の少なくとも一部の酸素と水素の結合は破壊される。該衝突による断片は再形成され、過酸化水素やその他の高反応度中間体を生成する。流体力学的キャビテーションと、水の高速衝突によって発生する過酸化水素やその他の高反応度中間体は、該流体中の少なくとも一部の生物的汚染物質を破壊する。該 反応性中間体は、無機および有機不純物（例えば、塩素化合物、硝酸塩、アンモニア、リン化合物）と反応して、水塊を汚染せず、藻類の増殖を増進させない化合物を形成する。例えば、過酸化水素が形成されることにより、塩素化合物は脱塩素される。
ある実施例では、一つまたはそれ以上の添加剤を、一つまたはそれ以上の流入口を通じて、一つまたはそれ以上ののボルテックスノズル・ユニットに添加する。添加剤は殺生物剤と非殺生物剤を含む。殺生物剤は、アルデヒド、ホルムアルデヒド放出化合物、ハロゲン化炭化水素、フェノール類、アミド類、ハロゲン化アミンとハロゲン化アミド、カルバミン酸や、その構造の少なくとも環部分に窒素分子とイオウ原子を含む複素環式化合物、電気陰性基のα配置やビニル配置にハロゲン基を有する電子活性物質、アルカリ基と少なくとも一つの離脱基を有する求核活性物質、界面活性剤、そしてそれらの組み合わせを含む。殺生物剤は、グルタルアルデヒドなどの線形、分岐、芳香族アルデヒド、２-ブロモ‐２‐ニトロ‐プロペン‐１，３，‐ジオールなどのハロゲン化メチル化ニトロ炭化水素、２，２‐ジブロモ‐３‐ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）などのハロゲン化アミド、チアゾール、５‐クロロ‐２‐メチル‐４‐イソチアゾリン‐３‐オンや２‐メチル‐４‐イソチアゾリン‐３‐オンなどのイソチアゾリノン由来物、１，２‐ジブロモ‐２，４‐ジシアノブタン、ビス（トリコロロメチル）スルホン、４，５‐ジクロロ‐１，２‐ジチオール‐３‐オン、２‐ブロモ‐２‐ニトロスチレン、２‐ｎ‐オクチル‐４‐イソチアゾリン‐３‐オン、４，５‐ジクロロ‐２‐（ｎ‐オクチル）‐４-イソチアゾリン‐３‐オン、１，２‐ベンゾイソチアゾリン、ｏ ‐フタルアルデヒド、２‐ブロモ‐４’‐ヒドリキシアセトフェノン 、メチレンビスチオシアナート（ＭＢＴＣ）、２‐（チオシアノメチル）ベンゾチアゾール、３‐ヨードプロピニル‐Ｎ‐ブチルカルバマート、塩化ｎ‐ アルキルジメチルベンジルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化アルキルジメチルエチルアンモニウム、４，５‐ジクロロ‐１，２‐ジチオール‐３‐オン、デシルチオエチルアミン 、塩酸ｎ ‐ドデシルグアニジン、ｎ ‐ドデシルグアニジンアセテート、１‐（３‐クロロアリル）‐３，５，７‐トリアザ‐１‐アゾニアアダマンタンクロリド、ビス（１，４‐ ブロモアセトクシ）‐２‐ブテン、ビス(１，２‐ブロモアセトクシ)エタン、ジアイオドメチル‐ｐ ‐トリルスルホン、オルトフェニルフェノールナトリウム、テトラヒドロ‐３，５‐ジメチル‐２Ｈ‐１，３，５‐ヒドラジン‐２‐チオン、ジチオカルバメート由来のカチオン塩、４‐クロロ‐３‐メチルフェノール、２，４，４’‐トリクロロ‐２’‐ヒドロキシジフェニルエーテル、塩酸ポリ(イミノイミドカルボニルイミノイミドカルボニルイミノヘキサメチレン)、二塩化ポリ（オキシルエチレン（ジメチルイミニオ）エチレン‐（ジメチルイミニオ）エチレン、４‐クロロ‐２‐（ｔ‐ブチルアミノ）‐６‐（エチルアミノ）‐ｓ‐トリアジン、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。
ある実施例では、殺生物剤への暴露がもたらす健康上の問題により、水流に殺生物剤を使用することは望ましくない。ある実施例では、非殺生物剤を一つまたはそれ以上のノズル一式に投入する。非殺生物剤は界面活性剤、乳化剤、そして特定の高分子化合物を含む。非殺生物添加剤は微生物を死滅させないが、系内で死滅する細菌の速度や量を増大させる。非殺生物添加剤は細菌のみを死滅させるわけではないが、流体処理系でそうした物質を使用することにより、非殺生物剤を添加しない流体処理系を使用する場合と比較すると、死滅する細菌の量は増大する。特定の実施例では、添加剤はＰＥＲＦＯＲＭ１２９０（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ、ＵＳＡ）として知られるカチオン性高分子化合物製品を含む（表１参照）。
表１
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【０００８】
特定の実施例では、ＤＴＥＡ（２‐デシルチオエチルアミン）やＤＴＥＡ  ＩＩ（１‐（デシルチオ）エチルアミン）を添加剤として使用する。ＤＴＥＡやＤＴＥＡ  ＩＩは、光合成に必要な、細胞内の補酵素物質を崩壊させ、それによって細胞を損傷させる。流体処理系を使用せずに微量のＤＴＥＡやＤＴＥＡ  ＩＩを使用する場合、効果的な刹生物剤として作用するには充分な濃度ではない。しかし、ＤＴＥＡやＤＴＥＡ  ＩＩを流体処理系と共に使用すると、細菌を死滅させる効果は増大する（表２参照）。
表２
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【０００９】
ある実施例では、流体処理系と共に、微量のＶＡＮＴＯＣＩＬ１Ｂ（塩酸ポリイミノイミドカルボニルイミノイミドカルボニルイミノヘキサメチレン）(ARCH Chemicals, Newark, DE) を添加剤として使用する（表３参照）。
表３
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【００１０】
流体処理系にある分量の添加剤を添加して、水流の微生物含有量を望ましい度合いや範囲に減少することができる。ある実施例では、ほぼ０．１ｐｐｍから６ｐｐｍの添加剤を流体処理系の水流の流入口に添加する。添加剤を使用することにより、該系で生物的汚染物質を全滅させる効果が増大する。添加剤は、添加剤のみの使用、流体処理系のみの使用、または添加剤のみの使用と流体処理系のみの使用を組み合わせた場合の効果よりも、流体処理系で生物的汚染物質が絶滅、溶解、減少、制御される効果を大幅に増大させることができる。
本明細書で説明する流体処理系では、該流体処理系の一回の「通過」は、一つの貯水槽の全体量が該系全体を通過するに充分な時間をかけて流体が該系を通過することとして定義する。例えば、流体処理系で処理する貯水槽が容量２０ガロンの貯水槽である場合、一回の「通過」は、該槽からの２０ガロンの流体が該流体処理系全体を流れたときに完了する。
ある実施例では、流体処理系から流出する全てまたは一部の水流は、一つまたはそれ以上の再循環配管を通じて該流体処理系全体に再循環される。水流が流体処理系全体を通過して多数回循環することにより、該水流中の細菌やその他の微小生物の濃度は大幅に減少する。ある実施例では、流体処理系を出る水流の一部は該流体処理系の流入口から入る水流の一部と混合する。
図１０は、細菌が死滅する割合の例として、大腸菌が流体処理系全体を複数回通過する場合を示す。この実験では、大腸菌を含む流体を、ＶＲＴＸ（テキサス州サンアントニオ）が市販する流体処理系全体に１０回、２５回、さらに５０回通過させた。細菌数は、流体を該流体処理系で処理する前後に『Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ（水および廃水試験の標準的手法）』の手法９２１５Ｂを用いて決定した。図１０が示すように、死滅する細菌の割合は、流体処理系を通過する回数の増加に伴って増加した。同様な試験を、従属栄養細菌種混在群を含む流体について実施した（図１１参照）。
ある実施例では、該系の監視や必要に応じて調節を行い、水流中の生物的汚染物質の濃度を制御する。例えば、細菌濃度は、適切な細菌量子化手法（例えば、計量棒の使用）を用いることによって連続的または定期的に監視することができる。生物的汚染物質濃度を連続的または定期的に監視することにより、流量率、系内循環数、または該系に添加する添加剤の量や種類を調節し、それによって、該流体処理系から流出する水流の生物的汚染物質の濃度を望ましい度合い、またはそれより低い度合いにすることができる。
汚泥流の処理中、流体処理系に添加剤を加えて脱水の促進、汚泥やウェットケーキの固形成分の増加、バイオソリッドの形成の促進、またはそれらの組み合わせを強化することができる。脱水を促進する添加剤は、高分子化合物や活性表面剤を含むが、これらに限定されない。脱水促進の例は、四級アンモニウム化合物、アクリルアミド、ジメチルベンジルアンモニウム化合物、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルアクリルアミド、Ｎ‐アルキルアクリルアミド、Ｎ‐ビニルメチルアセトアミド、Ｎ‐ビニルメチルホルムアミド、酢酸ビニル、Ｎ‐ビニルピロリドン、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルアミノアルキルアキルレートとメタクリレート、およびそれらの四級塩または四級酸、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルアミノアルキルアクリルアミドとメチアクリルアミド、およびそれらの四級塩、またはジアリルジメチルアンモニウム塩を含むが、これらに限定されない。米国特許第５，９５４，９６４号（Ｎｉｅｌｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，６４３，４６１号（Ｎｅｆｆ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，２３２，５８４号（Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）は脱水促進剤を説明する。
一つまたはそれ以上の流体処理系を含む廃水処理システムを図１２から図１５、そして図１８から図２２に示す。当然のことながら、一つの流体処理系を示す場合、水流の容量が異なる一つ以上の流体処理系を使用することができる。図１２に示すように、廃水処理システム４００は一次処理系４０２、二次処理系４０４、消毒系４０６、そして固形物処理系４０８を含む。生廃水 は生廃水導管４１０を通じて一次処理系４０２に流入する。ある実施例では、生廃水は一つまたはそれ以上の大型スクリーンやグリッドを通過して一次処理系４０２に流入する。該スクリーンやグリッドは、ポンプ、配管、そして該スクリーンやグリッドの下流に存在する処理過程を詰まらせる、布切れ、缶、瓶、棒、木の枝、塵、そして砂などの大きな浮遊物を除去する。特定の実施例では、該スクリーンやグリッドは斜めに配置される。ある実施例では、破砕装置を単体で、またはスクリーンやグリッドと組み合わせて使用する。該破砕装置は大型浮遊物の大きさを減少させる。小さな物体は、廃水が一次処理系４０２に流れていく際に該廃水中に残る。
一次処理系４０２で、沈降、重力沈降、化学凝固、またはろ過など、本技術において周知の技術を用いて浮遊固形物を水流から除去する。一次処理系４０２は、沈殿槽（主要浄化機器）、ろ過器、そして、水から浮遊固形物を除去する、本技術において周知の装置を含むが、これらに限定されない。廃水が沈殿槽４１２(図１３に示す)に入ると、該廃水の速度は落ち、浮遊固形物は該槽の底に沈降する。該沈降固形物は、機械式装置によって沈降槽４１２から除去される。該固形物の除去は継続的あるいは断続的に実施される。
沈殿槽４１２の分離廃水は導管４１４を通じて二次処理系４０４に流入する。二次処理系４０４で、付着増殖過程、懸濁成長過程、または活性汚泥過程などの生物学的処理過程を用いて該廃水中の有機物質を除去する。二次処理系４０４は通気装置４１６や沈殿装置４１８を含む。
付着増殖過程や固定フィルム過程を用いる実施例では、微生物増殖は岩石やプラスチック媒体の表面に発生する。廃水は、空気と共に通気装置４１６の媒体上を通過し、細菌に酸素を提供する。付着増殖過程は、散水ろ床、バイオタワー、回転生物接触装置、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。付着増殖過程により、生分解性有機物質は該廃水から除去される。細菌、藻類、菌類、およびその他の微生物は成長・増殖して、媒体に生物活性質量（バイオマス）を形成する。該処理過程で、細菌は空気中の酸素を利用し、該廃水中の有機物質を食物として消費する。該廃水が媒体全体を通過するに伴って、酸素要求物質はバイオマスと、通気ユニット４１６を出て行く水によって消費される。バイオマスの一部は該媒体からはがれ、沈殿装置４１８（二次浄化装置）の廃水から除去される。
懸濁増殖過程を用いる実施例では、生分解性有機物質は除去され、窒素含有有機物質は硝酸塩に転換される。懸濁増殖過程で、水と微生物増殖媒体の懸濁液は通気装置４１６内に入る。通気装置４１６で、廃水は、空気と微生物増殖媒体と一定期間混合される。該過程で発生した過剰汚泥は沈降装置４１８で除去される。
活性汚泥過程を用いる実施例では、廃水を通気装置４１６の生物学的活性固形物と混合することにより、酸素を供給する。ある実施例では、廃水と固形物の混合物の機械式通気で、該槽の底から汚水を吸い上げて表面に噴出させ、該廃水中の細菌に周囲から大量の酸素を吸収させることによってこれを達成する。特定の実施例では、加圧空気は、該廃水中に吊り下げた配管の小さな開口部から強制的に送り出される。他の実施例では、機械式通気と強制通気の組み合わせを用いて該廃水を処理する。活性汚泥過程で発生した汚泥は、沈降装置４１８で水から除去される。ある実施例では、該汚泥は通気装置に再循環する。
上述の通気過程によって発生した水と汚泥の懸濁液は、通気装置４１６を出て、導管４２０を通じて沈降装置４１８に流入する（図１３参照）。沈降装置４１８で、少なくとも一部の該汚泥は重力や機械式手段を用いて分離される。
廃水処理システムは一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。図１３は、廃水処理システム４００の一次処理系４０２ 、流体処理系１００、および二次処理系４０４を示す。流体処理系１００は一次処理系４０２ と二次処理系４０４の間に位置する。ある実施例では、流体処理系１００は一次処理系４０２の一つのユニットである。当然のことながら、流体処理系１００は、一次処理系４０２ の他のユニットと連結することができる。図示するように、廃水は沈殿槽４１２を出て、導管４２２を通じて流体処理系１００に入る。ある実施例では、流体処理系１００の流入口は沈殿槽４１２の流出口と連結する。廃水流は病原体や 粒子状物質を含む。流体処理系１００に流入する廃水は、水流や流体の処理について本明細書で説明する手段を用いて処理される。
流体処理系１００での廃水の処理により、該廃水の通気、ＢＯＤの減少、該廃水中の粒子状物質の大きさの減少、またはそれらの組み合わせが発生する。該廃水に存在する酸素量の増加により、二次処理過程中に、外部酸素を通気槽４１６に追加する必要性が減少する。流体処理系の廃水の処理により、該廃水中の病原体を死滅または少なくとも一部を破壊し、それによって該通気槽の微生物が必要とする酸素量を減少させる。必要とする酸素量が減少することにより、該系のＢＯＤは低下する。流体処理系１００で、水流の平均粒径は減少する。粒径の減少により、保持される水分や吸収される水分が減少し、その結果、下流の固形物処理で減少させる水分量は減少する。水分や粒径が減少することにより、本技術で周知の技術を用いた場合に発生するバイオソリッドの量や大きさと比較した場合、発生するバイオソリッドの量や大きさは減少する。保持水の少ない小さな粒径は、汚泥で微生物作用に使用可能な場所を増加させる。
処理済廃水は、導管４１４を通じて流体処理系１００を出る。該処理済廃水は、水、少なくとも一部の病原体、そして汚泥を含むがこれらに限定されない。該水流の少なくとも一部の粒子は、流体処理系１００に流入する粒子よりも小さい。ある実施例では、流体処理系１００の流出口は通気槽４１６の流入口と連結する。処理済廃水は、前述する手段を用いて二次処理系４０４で処理され、水流と汚泥を発生させる。二次処理系で発生する汚泥は、本明細書で説明する手段や本技術で周知の技術を用いて固形物処理系４０８で処理され、バイオソリッドを発生させる。
ある実施例では、廃水流は本明細書で説明する手段や本技術で周知の技術を用いて消毒処理系４０６で処理され、飲料水と排出水を生成する。図１２と図１４が示すように、導管４２４中の廃水流は二次処理系４０４を出て消毒処理系４０６に入る。図１４は、流体処理系１００を含む消毒を示す。消毒処理系は消毒処理槽４２６と浄化槽４２８を含む。消毒処理系４０６で該水流は処理され、該水流中の少なくとも一部の生物的汚染物質を破壊または死滅させる。消毒処理槽４２６で生物的汚染物質を除去する処理は、該水流の塩素処理、該水流のオゾン処理、該水流の紫外線照射、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。処理済水流は導管４３０を通じて浄化槽４２８に入る。浄化槽４２８で該水流を浄化して、該水流中のすべての窒素化合物やリン化合物を除去し、すべての酸素要求微小生物を安定化させる。このような浄化は、本技術において周知の物理的または化学的分離技術のいずれか一つを用いて実施する。浄化技術の例は、吸収、凝集や沈降、ろ過、イオン交換、逆浸透、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。消毒処理系における該水流の処理により、飲用水と排出水が生成される。該飲用水は導管４３２を通じて消毒処理系４０６を出る。同様に該排出水も導管４３４を通じて消毒処理系４０６を出て、最終的に一つまたはそれ以上の受け入れ水塊に放出される。ある実施例では、該排出水を処理し、受け入れ水塊の水質を劣化させ、 水生生物を抑制する不純物を除去する。これらの不純物は、塩素、生物的栄養素（例えば、窒素化合物とリン化合物）、微量の有機化合物と無機化合物（例えば、揮発性有機化合物）、あるいはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。世界のある地域では、政府が排出液の汚濁度の基準を設定している。
該排出液は、塩素の酸化に適する一つまたはそれ以上の添加剤で処理して脱塩素される。脱塩素添加剤の例は、二酸化イオウ、メタ重亜硫酸塩、重亜硫酸ナトリウム、過酸化化合物（例えば、過酸化水素）、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
該排出液中にアンモニアの形態で存在する窒素は水生生物にとって有毒で、藻類の増殖を促進し、生体内作用に必要な酸素要求に直接的な影響を及ぼす。該排出液からの窒素の除去は、該排出液を窒素硝化細菌に接触させてアンモニアを硝酸塩に転換することにより実施される。細菌を該排出液に加えて硝酸塩を窒素に転換し、大気中に放出することも可能である。
ある実施例では、該排出液からリンを除去して、該排出液を受け入れる受け入れ水塊における藻類の増殖を抑制する。リンは、化学物質の添加や、凝集沈殿過程を通じて除去することができる。ある実施例では、リンの除去に細菌選択を用いる。化学物質の添加や凝集沈殿過程によるリンの除去には、リンと接触するとフロックや凝集塊を生成させる添加物の添加が係わる。これらのフロックや凝集塊は、本技術で周知のろ過技術を用いて除去したり、導管４３６を通じて固形物処理槽４０８に送られる（図１２参照）。
廃水流から不純物を除去して、受け入れ水塊への放出に適した排出水を生成するには、一つまたはそれ以上の処理や装置を必要とする。流体処理系を消毒処理系の一部として使用する、あるいは該排出水が浄化槽から出てから使用することにより、一つまたはそれ以上の受け入れ水塊への放出に適した排出水の生成に必要な処理や装置の数を減少させることができる。
図１４が示すように、浄化槽４２８からの廃棄流は導管４３４を通じて流体処理系１００に入る。ある実施例では、消毒処理系４０６は一つまたはそれ以上の流体処理系を含む。該流体処理系は消毒処理系のいずれのユニットとも連結することができる。
消毒処理系１００では、該廃水流は本明細書で前述したように処理され、塩素の除去、硝化作用の実施、微量の揮発性有機化合物の除去、あるいはそれらの組み合わせによって、受け入れ水塊への放出に適した排出水を生成する。該廃水流が流体処理系１００を通過する際の高せん断、衝突、圧力や真空の急激な変化、流体力学的キャビテーションの力、あるいは該廃水流におけるその他の流体力学的変化を通じて、該流体処理系で、受け入れ水塊に有害な、または藻類の増殖を促進する不純物の少なくとも一部あるいは事実上全てが除去される。不純物の除去により、一つまたはそれ以上の受け入れ水塊に直接放出できる排出水が生成される。ある実施例では、該流体処理系で過酸化水素が発生する。発生した該過酸化水素は、該廃水流の塩素化合物を脱塩素する。ある実施例では、一つまたはそれ以上の流体処理系は一つまたはそれ以上の消毒処理系のユニットと連結し、塩素処理の必要性を減少または消失させる。図１４が示すように、排出水は導管４３８を通じて流体処理系１００を出て水塊に放出される。ある実施例では、流体処理系１００で生成された該排出水は、廃水処理施設で発生する排出水の政府基準を満足させる。消毒処理系４０６で発生する固形物は固形物処理系に移動され、本明細書で説明する手段、または本技術で周知の手段を用いて処理される。
ある実施例では、該廃水流の脱塩、該廃水流の硝化、そして該廃水流のリン除去に適した一つまたはそれ以上の添加物を添加物導管を通じて添加する。該廃水流への添加物の添加は、該廃水流が一つ目または二つ目のボルテックスノズル・ユニットを通過する際に行われる。添加物は、二酸化イオウ、メタ重亜硫酸、重亜硫酸ナトリウム、過酸化物化合物（例えば、過酸化水素）、炭素吸着剤、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
流体処理系１００における該廃水流の処理は、従来の廃水処理施設での処理と比較した場合、該廃水流が含む揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、リン酸塩、および金属イオンの分量を減少させる（表４−６参照）。ＶＯＣは、高蒸気圧と低水溶性を持つ化合物を含む。ＶＯＣの例は、メチルｔ‐ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）とトリクロロエタン（ＴＣＥ）を含むが、これらに限定されない。金属イオンは、周期表の縦列１−１３の金属を含むが、これらに限定されない。例えば、流体処理系の廃水流の処理により、該廃水流中の鉄、カルシウム、アルミニウム、マンガン、そして亜鉛イオンの割合は減少する（表５と表６参照）。
表４
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【００１１】
表５
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【００１２】
表６
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【００１３】
図１２に言及すると、二次処理系４０４と消毒処理系４０６からの汚泥は、それぞれ導管４４０と４３６を通じて固形物処理系４０８に流入する。固形物処理系４０８で汚泥を処理し、臭気の制御、病原体数の減少、水分の除去、揮発性化合物の除去、あるいはそれらの組み合わせを実施する。固形物処理系４０８で発生するバイオソリッドは導管４４４を通じて流出される。該バイオソリッドはバイオソリッド移送場所に移送され、処分施設やその他の処理施設に輸送される。例えば、肥料として土地に散布することにより、バイオソリッドを処分する。
特定の実施例では、汚泥を細菌で処理し、少なくとも一部の病原体を該汚泥から除去する（例えば、消化過程）。該汚泥は、消化されてその後濃化し、バイオソリッドを形成する。ある実施例では、細菌による該汚泥の処理は、該汚泥の濃化後に実施される。ある実施例では、消化は嫌気条件下で行われる。嫌気条件下でメタンが発生し、エネルギーとして回収される。少なくとも一部の該消化済または濃化済汚泥は、導管４４２を通じて固形物処理系４０８から二次処理系４０４に再循環する。消化済汚泥は、栄養素（例えば、細胞質）を含み、二次処理系４０４の微生物によって利用される。ある実施例では、少なくとも一部の該消化済汚泥流は、導管４１４中の他の汚泥と混合してから二次処理系４０４に流入する。
汚泥は、重量で少なくとも９９%の水、重量で少なくとも９５%の水、重量で少なくとも９０%の水、重量で少なくとも８０%の水、重量で少なくとも７０%の水を含む。汚泥の濃化では、重力手法や本技術で周知の技術を用いてバイオソリッド中の水分の少なくとも一部を除去する。汚泥の濃化技術は、重力ベルト式濃化、ろ過（例えば、ベルト式フィルタープレス、フィルタープレス）、乾燥床、遠心分離、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。該汚泥は複数の濃化段階にさらして該汚泥中の含水量が減少し、バイオソリッドを発生する。従来の技術を用いて濃化した後、該バイオソリッド中の合計固形物は、重量で最大１５％、重量で最大１０％、重量で最大５％、または重量で最大１％である。該濃化済バイオソリッドは、処分施設や他の処理施設に輸送される。該濃化済固形物は乾燥され、堆肥として使用、あるいは石灰または他のアルカリ物質や高分子化合物によって処理される。ある実施例では、バイオソリッドを石灰、塩化第二鉄、または高分子化合物で処理し、該バイオソリッドの大きさを変える。大きさが変わることにより、該バイオソリッドの発生や取り扱いが簡便となる。
流体処理系での汚泥の処理により、該汚泥は濃化され、該汚泥中の病原体の一部が破壊または死滅してバイオソリッドが発生する。流体処理系で発生したバイオソリッドは、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、あるいは少なくとも５０％の合計固形物量を含む。汚泥を流体処理系を通じて処理してバイオソリッドを形成することにより、該バイオソリッド中の固形物の割合は約８０％、約７０％、約６０％、約５０％まで増加する。該流体処理系での汚泥流の処理により、該汚泥が発散する臭気は減少する。臭気の減少は、イオウ含有化合物の減少によって発生する。イオウ含有化合物は、硫化水素、チオール、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。流体処理系での汚泥の処理により、イオウ化合物は亜硫酸水素塩化合物に転換される。亜硫酸水素塩化合物は他のイオウ含有化合物ほどの臭気を持たない。該流体処理系を用いて汚泥をバイオソリッドに転換することにより、該汚泥の濃化や消化に用いる一つまたはそれ以上の装置を除去することができる。該流体処理系は、望ましい固体濃度の汚泥が得られるまで該汚泥を該流体処理系に再循環させることができるため、現行用いられる技術よりも効率的な過程である。
図１５は、流体処理系１００を含む固形物処理系４０８を示す。二次処理系４０４の沈殿槽４１８からの汚泥や、消毒処理系４０６の浄化槽４２８からの汚泥は、導管４４０と４３６を通じて流体処理系１００に入る。特定の実施例では、ろ過装置（例え該汚泥から大きな粒子を除去する。ば、１／８インチのスクリーンやグリッド）を流体処理系１００の流入口に連結する。
流体処理系１００では、生物的汚染物質は死滅または一部分が破壊される。消毒処理系４０６から流入する汚泥は、該汚泥が流体処理系１００を通過する際に解膠される。該汚泥が流体処理系１００を通過する際に、少なくとも一部の水が該汚泥流から除去されて、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも３０％、少なくとも５０％合計固形物量を含む汚泥流が発生する。流体処理系１００で処理される該汚泥流から除去される合計水量は、重量で約１%から約６０％ 、重量で約５%から約５０％、重量で約１０%から約４０％、そして重量で約２０%から約３０％の範囲にわたる。例えば、二次処理系からの廃棄活性汚泥を流体処理系１００で処理した。該汚泥中の合計固形物量の割合の変化（ＴＴＳの変化（％)）と汚泥量の増加の割合（ＳＶＩの変化（％）) を図１６と図１７に示す。
図１５が示すように、処理済汚泥は流体処理系１００を出て導管４４８を通じて固形物処理系４０８の消化槽４４６に入る。消化槽４４６で該汚泥をさらに処理して汚染物質を除去し、政府基準に適合させる。ある実施例では、流体処理系１００で充分な生物的汚染物質が除去されるため、消化槽４４６を必要としない。消化槽４４６を使用する場合、処理済汚泥は該消化槽を出て導管４５２を通じて脱水槽４５０に入る。脱水槽４５０で該汚泥流からさらに水分が除去され、バイオソリッドを生成する。脱水槽４５０は重力式または機械式脱水装置を含む。
図１８が示すように、流体処理系１００は脱水槽４５０の後に位置する。脱水済汚泥流は脱水槽４５０を出て導管４５４を通じて流体処理系１００に入る。該脱水済汚泥流の処理中または処理後、望ましい含水量のバイオソリッドが得られるまで、流体処理系１００で処理された該水流の少なくとも一部は導管４５６を通じて脱水槽４５０に再循環する。該バイオソリッドは導管４４４を通じて該流体処理系を出て、輸送または本技術で周知の技術を用いて処分される。ある実施例では、該バイオソリッドの含水量の度合いが充分であるため、流体処理系１００からの該汚泥流を脱水系４５０に再循環させる必要がない。例えば、汚泥の流れを機械式濃化装置を用いて処理・乾燥し、固形含有量が重量で約４％のバイオソリッドを生成する。汚泥流を流体処理系、機械式濃化装置に流し、続いてそのウェットケーキを乾燥させると、固形物含有量が重量で約８．５%のバイオソリッドを生成する。該バイオソリッドは導管４４４を通じて脱水槽450を出て、一つまたはそれ以上の処理ユニットに移動する。ある実施例では、流体処理系１００で水分と病原体を充分に除去できるため、消化槽４４６と脱水槽４５０を必要としない。ある実施例では、流体処理系１００から得たバイオソリッドを乾燥させ、その後他の処理施設に輸送する。
ある実施例では、固形物処理系４０８を出た消化済汚泥の少なくとも一部は二次処理系４０４に再循環される。図１９が示すように、少なくとも一部の消化済汚泥は固形物処理系４０８を出て導管４４２を通じて流体処理系１００に入る。該消化済汚泥流は、流体処理系１００で処理され、生物的汚染物質を溶解して二次処理系４０４中の微生物増殖に必要な栄養素を生成する。流体処理系１００から再循環した該汚泥流は、導管４１４を通じて二次処理系４０４に送られる。ある実施例では、流体処理系１００で、一次処理系４０２と固形物処理系４０８からの混合流を処理する。ある事例では、該再循環汚泥流は導管４１４で混合し、その後二次処理系４０４に送られる。
ある実施例では、汚泥は貯水槽に再循環し、該汚泥の濃化を促進する。ある実施例では、汚泥の再循環は嫌気条件下で実施される。図２０Ａが示すように、汚泥は沈殿槽４１８を出て導管４２４を通じて貯水槽４６０に入る。導管４５８は、貯水槽４６０を流体処理系１００の流入口に連結する。導管４６２は流体処理系１００を貯水槽４６０に連結し返す。ある実施例では、貯水槽４６０は消化槽４４６である。使用中に、流体処理系１００を出る汚泥の少なくとも一部は、該貯水槽に送られる代わりに該流体処理系に再循環する。再循環導管４６４は出口導管４６２と連結し、該汚泥を再循環させる。導管４６２と導管４６４の交差地点に三方弁を配置し、該汚泥流の流れを制御する。図示するように、汚泥は嫌気条件下の流体処理系１００で処理される。該処理中に発生する炭化水素ガス（例えば、メタン）は導管４６６を通じて貯水槽４６０を出る。発生する該炭素ガスは、廃水処理施設でエネルギー源として使用したり、他の施設に輸送される。当然のことながら、貯水槽と流体処理系の各構成は、廃水処理用の流体処理系のいずれにおいても使用することができる。
図２０Ｂで示すように、汚泥は二次処理系４０４を出て導管４２４を通じて貯水槽４６０に入る。導管４５８は貯水槽４６０を流体処理系１００の流入口に連結する。導管４６２は流体処理系１００を消化槽４４６に連結し返す。
図２０Ｃで示すように、汚泥は導管４２４を通じて脱水槽４５０に入ってから、貯水槽４６０に入る。一部脱水された汚泥は脱水槽４５０（例えば、重力式濃化装置）を出て導管４６６を通じて貯水槽に入る。導管４６８と４６２は、貯水槽４６０と流体処理系１００を一緒に連結する。使用中、流体処理系１００を出る汚泥の少なくとも一部は該流体処理系に再循環する。該汚泥は貯水槽を出て、導管４５２を通じて追加脱水槽４５０’（例えば、ベルト式フィルタープレス、フィルタープレス、乾燥床、遠心分離、またはそれらの組み合わせ)に入る。脱水槽４５０、流体処理系１００、続いて追加脱水槽４５０’を通して処理することにより、従来の汚泥濃化技術を用いて生成する汚泥よりも濃度の高い汚泥を生成することができる。該高濃度汚泥をさらに脱水して、固形成分の多いバイオソリッドを生成する（例えば、固形成分が少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％）。例えば、重力式濃化装置に汚泥を通過させ、該汚泥を一部脱水する。該一部脱水済汚泥は、流体処理系に連結する汚泥槽に入る。該汚泥を流体処理系を通して処理することにより、該汚泥中の合計固形物量は少なくとも１５%増加する。該汚泥を機械式脱水装置を用いてさらに脱水し、合計固形成分約３６％の乾燥バイオソリッドを生成する。これと比較し、重力式濃化装置と機械式脱水機器を用いて汚泥を脱水すると、合計固形成分２０％以下の乾燥バイオソリッドを生成する。
ある実施例では、流体処理系１００の一つの流入口はスクリーンと連結する。該スクリーンは貯水槽４６０から継続する流れを受け入れる。ある実施例では、スクリーンは流体処理系、二次処理系、消毒系、そして固形物処理系の流入口と連結する。スクリーンは汚泥の一部を選別し、流体処理系１００を通して処理する。ある実施例では、該スクリーンは貯水槽４６０から継続する流れを受け入れ、それによって貯水槽の流体量を選別機構を通して流体処理系へ送る継続処理を可能にする。
ある実施例では、該スクリーンは濃化汚泥を隔離して、該濃化汚泥を小型集合タンクに放出する。該流体処理系は該集合タンクに連結し、該濃化汚泥の連続処理を特定通過回数実施する。
再循環の実施を条件とする流体処理系１００における該汚泥の処理では、重量で少なくとも５％、重量で少なくとも１０％、重量で少なくとも１５％、重量で少なくとも２０％、または重量で少なくとも５０％の合計固形成分を持つバイオソリッドが発生する。該汚泥の処理により、病原体が該汚泥から大幅に除去され、臭気が該汚泥から大幅に除去され、商業、工業、そして住宅応用での使用に適した汚泥が発生する。例えば、流体処理系１００を、容量４０，０００ガロンの汚泥貯蔵槽４６０に連結し、廃棄活性汚泥を該流体処理系で処理して貯蔵槽 ４６０に戻した。貯蔵槽４６０からの汚泥を流体処理系１００を通して一日約８，２４１ガロンの速度で再循環させることにより、合計汚泥固形物は平均約１５%減少し、合計ＳＶＩは平均約４５%減少した。
ある実施例では、添加剤を流体処理系１００に添加して、病原体死滅の増進、臭気除去の増進、そして膨張剤に使用する。ある実施例では、流体処理系１００での処理中に、水や揮発性有機化合物は汚泥から大幅に除去される。バイオソリッドは流体処理系１００を出て、導管４５２を通じて脱水槽４５０に入り、さらに水分の除去が行われる（図１５参照）。完全に脱水されたバイオソリッドは導管４４４を通じて脱水槽４５０を出て、他の処理施設や処分施設へ輸送される。ある実施例では、流体処理系１００を用いて汚泥から充分に水分を除去できるため、脱水槽４５０を必要としない。
ある実施例では、廃水流や汚泥流中の生物的汚染物質の量を評価してから、該水流を流体処理系に導入する。例えば、貯水槽４６０から試料を採取し、生物的汚染物質について試験を実施する。あるいは、インライン監視装置を導管４５８と４６２に連結して、貯水槽の生物的汚染物質の継続監視を実施する。
図２１と図２２は、少なくとも三つの流体処理系を含む廃水処理システムを示す。生廃水流は、導管４１０を通じて一次処理系４０２の沈殿槽４１２に入る。該生廃水中に存在する瓦礫の少なくとも一部は沈殿槽４１２で除去される。その結果発生した廃水流を、本明細書で前述したように、流体処理系１００で処理して廃水流を発生する。該廃水流は導管４１４を通じて二次処理系４０４に入る。該廃水流は二次処理系４０４で処理されて、本明細書で前述したように、水流を発生する。該水流は導管４２４を通じて消毒系４０６に入る。該水流は、本明細書で前述したように、消毒系４０６で処理されて飲料水と塩化処理水流を生成する。該飲料水は導管４３２を通じて消毒系４０６を出て、地元自治体や、飲用水を必要とする他の施設に分配される。該塩化処理水流は導管４３４を通じて消毒系４０６を出て流体処理系１００’に入る。該塩化処理流は、流体処理系１００’で本明細書で前述したように処理されて、導管４３８を通じて一つまたはそれ以上の受け入れ水塊への放出に適した排出水を生成する。
図２１が示すように、二次処理系４０４と消毒系４０６からの汚泥と固形物は導管４４０と４３６を通じて流体処理系１００”に入る。ある実施例では、消毒系４０６からの固形物は流体処理系１００”に送られない。該汚泥と固形物は、流体処理系１００”で、本明細書で前述したように処理されて、生物的汚染物質を死滅または破壊し、そして固形物を解膠させる。流体処理系１００”からの処理済み汚泥は、導管４４８を通じて固形物処理系４０８に入る。固形物処理系４０８で、水分を除去し、必要な処置を実施してバイオソリッドを生成させる。ある実施例では、流体処理系は固形物処理系の後に位置する。バイオソリッドは導管４４４を通じて固形物処理系４０８を出て、他の施設に輸送される。
図２２が示すように、二次処理系４０４からの汚泥は、導管４４０を通じて固形物処理系４０８に入る。固形物処理系４０８は、貯水槽４６０、流体処理系１００”、そして脱水装置４５０を含む。前述したように、汚泥は固形物処理槽４０４でバイオソリッドに転換される。バイオソリッドは導管４４４を通じて固形物処理系４０８を出て、他の施設に輸送される。
本特許は、特定の米国特許と他の資料（例えば、論文）を参照することによって包含している。そうした米国特許と他の資料の本文は、参照することによって包含されているのみであり、そうした本文と、本明細書が説明するその他意見や図表との間にいかなる対立も存在しない。そうした対立が発生する場合、そうした対立を発生させる、参照することによって包含される米国特許やその他資料の本文のいずれも、本特許に参照することによって包含されないことを明確にする。
本発明のさまざまな側面のさらなる修正と他の実施例が存在することは、本説明を踏まえて、本技術に熟達するものには明らかであろう。したがって、本説明は例示としてのみみなされるべきであり、本技術に熟達するものに本発明を実施する一般的な方法を教示することを目的とするものである。当然のことながら、本明細書で図示し、説明した本発明の形態は、現在好ましい実施例である。本明細書で図示し、説明したものについて、要素や材料の代替が可能であり、部品や過程の順序を逆にすることが可能であり、本発明の特定の特徴を個別に使用することが可能であることは、本発明の本説明による便宜を受けた後において、本技術に熟達するものには全て明白であろう。本明細書が説明した要素における変更は、以下の請求項に説明する、本発明の精神と範囲を外れることなく実施することができる。
【図１】
2010517776.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010517776.tif 000026
【図１９】
2010517776.tif 000027
【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月15日(2009.10.15)
【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】
以下を含む廃水処理方法、
廃水流を通過し、一つまたはそれ以上の水処理構成要素は、前記廃水流から少なくとも一部の汚染物質を分離する構成を持ち、また／あるいは一つまたはそれ以上の固形物処理系は一つまたはそれ以上の前記水処理構成要素と連結し、
流体処理系に前記廃水流を導入し、第一ボルテックスノズル・ユニットと、前記第一ボルテックスノズル・ユニットと実質的に対向関係に位置する第二ボルテックスノズル・ユニットを含み、それによって前記第一ボルテックスノズル・ユニットから出る水流は前記第二ボルテックスノズル・ユニットから出る水流と前記流体処理系で接触し、また前記廃水流を第一廃水流と第二廃水流に分割するよう構成されている連結管も含み、
前記廃水流を前記第一廃水流と前記第二水流に分割し、
第一ボルテックスノズル・ユニットを第一廃水流が流れ、かつ実質的に対向関係にある第二ノルテックスノズル・ユニットを第二廃水流が流れることで、第一ボルテックスノズル・ユニットから流出する第一回転廃水流が、第二ボルテックスノズル・ユニットから流出する第二回転廃水流と衝突することによって混合した廃水流をつくり、前記対向していた第一ボルテックスノズルと第二ボルテックスノズルは、前記第一ボルテックスノズル・ユニットから流出する前記第一回転廃水流と前記第二ボルテックスノズル・ユニットの衝突が、回転廃水流中の少なくとも一部の生物的汚染物質を破壊するように配置され、
前記混合した廃水流が二次処理系を流れ、前記二次処理系は少なくとも一部の前記混合した廃水流中の有機物質を除去するように構成され、
前記流体処理系は、一つまたはそれ以上の前記水処理構成要素や一つまたはそれ以上の固形物処理系の流出口や流入口と連結する廃水処理システム。
【請求項２】
少なくとも一つの水処理構成要素は一次処理系を含み、前記一次処理系は廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去する構成を持ち、
流体処理系の流入口は前記一次処理系の流出口と連結する請求項１記載の方法。
【請求項３】
一次処理系は沈殿槽を含み、流体処理系の少なくとも一つの流入口は前記沈殿槽の出流口と連結する請求項２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つの水処理構成要素は固形物処理系を含み二次処理系に連結し、前記固形物処理系は、前二次処理系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項２記載の方法。
【請求項５】
少なくとも一つの水処理構成要素は消毒系を含み二次処理系と連結し、前記消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成される請求項４および請求項４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一つの水処理構成要素は、固形処理系を含み消毒系に連結し、前記固形物処理系は、前記消毒系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項５記載の方法。
【請求項７】
以下の水処理構成要素を含む方法、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
前記二次処理系や前記消毒系と連結する固形物処理系は、前記二次処理系や前記消毒系から前記固形処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成される請求項１記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は二次処理系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は消毒系の流入口と連結する請求項７記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は二次処理系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は固形処理系の流入口と連結する請求項７および請求項８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は消毒系の流出口と連結し、前記追加流体処理系の流出口は固形物処理系の流入口と連結する請求項７乃至請求項９のいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は消毒系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は飲料水源と連結する請求項７乃至請求項１０のいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一つの追加流体処理系の流入口は固形物処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口はバイオソリッド輸送場所と連結する請求項７乃至請求項１１のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
以下の水処理構成要素を含む方法、
一次処理系は、廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去するように構成され、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は前記二次処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は前記消毒系の流入口と連結する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
以下の水処理構成要素を持つ方法、
一次処理系は、廃水流から少なくとも一部の固形物質を除去するように構成され、
前記二次処理系の流出口と連結する消毒系は、前記消毒系に入る廃水流から少なくとも一部の生物的汚染物質を絶滅させるように構成され、
そして
少なくとも一つの前記流体処理系の流入口は前記消毒系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は飲料水源と連結する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
以下の水処理構成要素を含む方法、
固形物処理系は一つまたはそれ以上の水処理系から前記固形物処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は一つまたはそれ以上の水処理構成要素の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口は固形物処理系と連結する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
以下の水処理構成要素を含む方法、
固形物処理系は、一つまたはそれ以上の水処理系から前記固形物処理系に入る汚泥からバイオソリッドを生成するように構成され、
そして
少なくとも一つの流体処理系の流入口は一つまたはそれ以上の固体処理系の流出口と連結し、前記流体処理系の流出口はバイオソリッド輸送場所と連結する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
第一ボルテックスノズル・ユニットは一つのボルテックスノズルを有する請求項１乃至請求項１６のいずれか一項記載の方法。
【請求項１８】
第一ボルテックスノズル・ユニットの少なくとも一つは複数のボルテックスノズルを有する請求項１乃至請求項１６のいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
廃水流が第一かつ／または第二ボルテックスノズル・ユニットを通る時に、前記廃水流にさらに殺生物剤を添加する請求項１乃至請求項１８のいずれか一項記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも一つのボルテックスノズル・ユニットはボルテックスノズルを含み、貫通通路、複数の流入口ポート、そしてノズル本体に付着する後端をキャップを含むノズル本体を含む請求項１乃至請求項１９のいずれか一項記載の方法。
【国際調査報告】
2010517776.tif 000033
2010517776.tif 000034
2010517776.tif 000035