(57)【要約】廃水は、沈降性固形物分離器（例えば、渦巻分離器）、膜分離システムおよび気体浮遊分離システムの組合せを使用して、処理できる。本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理して再利用可能液状部分を形成する方法を提供する。該方法は、廃水流を第一成分および第二成分に分離する工程であって、該第一成分は、該第二成分中の沈降性固形物の量よりも多い量の沈降性固形物を含有する、工程；および以下の工程のいずれか：該第二成分を、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れて、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成する工程；または該第二成分を、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用し、該第二成分を該膜の表面上で濃縮して、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成する工程を包含する。
2004510566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈降性固形物を含有する廃水を処理して再利用可能液状部分を形成する方法であって、該方法は、以下の工程を包含する：
廃水流を第一成分および第二成分に分離する工程であって、該第一成分は、該第二成分中の沈降性固形物の量よりも多い量の沈降性固形物を含有する、工程；および
以下の工程のいずれか：
該第二成分を、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れて、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成する工程；または
該第二成分を、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用し、該第二成分を該膜の表面上で濃縮して、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成する工程。
【請求項２】
前記第二成分が、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用され、該第二成分が該膜の表面上で濃縮されて、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該第二成分が、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れられ、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記分離工程が、重力により沈降性固形物を沈降させる工程を包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記分離工程が、さらに、分離タンクへの廃水流量により発生する力によって、沈降性固形物を沈降させる工程を包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、スラリー部分として前記膜から固体濃縮物を除去する工程および該スラリー部分を前記廃水流に戻す工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記再利用可能液状部分を消毒する工程を包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記消毒工程が、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露する工程を包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記消毒工程が、前記再利用可能液状部分に化学酸化剤を混合する工程を包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記化学酸化剤が、オゾンを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記消毒工程が、さらに、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露する工程を包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記第一成分および前記第二成分を分離する前に、前記廃水流を細かく砕く工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記第二成分と前記膜との間に高い剪断力を作り出す工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、前記第二成分を前記膜に適用する前に、該第二成分をフィルターシステムで選別する工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュする工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記再利用可能液状部分を固定フィルムバイオフィルターに晒す工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、以下の工程を包含する、請求項３に記載の方法：
気体の泡を前記気体浮遊分離システム中で前記第二成分に導入する工程；
該泡を上昇させて該第二成分中に通すのに十分な間隔にわたって、該第二成分を前記第二閉じ込めゾーン中に保持して、前記泡沫部分を形成する工程；および
該第二閉じ込めゾーンから該泡沫部分を除去して、前記再利用可能液状部分を残す工程。
【請求項１８】
さらに、前記第一成分および前記泡沫部分を合体させて、スラリー流を形成する工程を包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記スラリー流を処理する工程を包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記再利用可能液状部分を不飽和土壌に適用する工程を包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、前記再利用可能液状部分をフィルターシステムに通す工程を包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュする工程を包含する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュして、一定容量のバックフラッシュ済物質を作出し、そして該容量のバックフラッシュ済物質を前記スラリー流と合体させる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィルターシステムが、第三閉じ込めゾーン内に、バイオフィルムで被覆した濾過媒体を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記廃水を下水管から得る工程を包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
さらに、以下の工程を包含する、請求項３に記載の方法：
下水管の位置から前記廃水を得る工程；
前記第一成分および前記泡沫部分を合体して、スラリー流を形成する工程；および
前記スラリー流を該下水管に、それが得られた該位置の下流で戻す工程。
【請求項２７】
さらに、前記スラリー流を第三閉じ込めゾーンに入れて、該スラリー流を上澄み部分および沈降部分に分離する工程を包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、前記上澄み部分を前記第一閉じ込めゾーンまたは前記第二閉じ込めゾーンに戻す工程を包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記上澄み部分を地下浸出領域に移す工程を包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記気体が、オゾンを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置であって、該装置は、沈降性固形物分離器、分離システムおよび流体導管を含み、
該沈降性固形物分離器は、以下を含む：
容器であって、該容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している；
入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている；
第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している；および
第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している；
該分離システムは、入口および出口を有し、以下のいずれかを含む：
膜分離システムであって、ここで、該出口は、透過水出口であり、該入口および該透過水出口は、膜で分離されている；または
気体浮遊分離システムであって、ここで、該出口は、再利用可能液体部分出口部である；そして
該流体導管は、該沈降性固形物分離器の該第一出口と該分離システムの該入口とを流体連結している、
装置。
【請求項３２】
前記分離システムが、前記膜分離システムである、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記分離システムが、前記気体浮遊分離システムである、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記沈降性固形物分離器が、渦巻分離器である、請求項３１〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
さらに、透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口をオゾン処理システムに流体連結している、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記オゾン処理システムが、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器が、透過水流動領域と流体連絡して、オゾン注入領域を有する、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
さらに、オゾン輸送導管を含み、該オゾン輸送導管が、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記閉鎖オゾン処理容器を流体連結している、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
さらに、透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口を紫外線消毒システムに流体連結している、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
前記オゾン処理システムが、紫外線消毒システムを含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項４０】
さらに、前記膜分離システムの前記第一出口と流体連絡して、流動絞り弁を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４１】
さらに、前記分離器容器の前記第一出口と前記膜分離システムの前記入口との間に、平衡容器を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４２】
さらに、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡して、廃水ポンプを含む、請求項３１〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項４３】
前記廃水ポンプが、粉砕廃水ポンプである、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
さらに、固定フィルムバイオフィルターシステムおよび透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口を該固定フィルムバイオフィルターシステムに流体連結している、請求項３２に記載の装置。
【請求項４５】
さらに、前記分離器の前記第一出口および前記膜分離システムの前記入口と流体連絡して、バックフラッシュ可能フィルターシステムを含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４６】
前記バックフラッシュ可能フィルターシステムが、フィルターディスクを含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記沈降性固形物分離器が、さらに、ベントオーバーフローポートを含み、該ベントオーバーフローポートが、前記第一出口と前記容器の前記上端との間に位置している、請求項３３に記載の装置。
【請求項４８】
請求項３３に記載の装置であって、前記気体浮遊分離システムが、気体浮遊分離容器を含み、該気体浮遊分離容器が、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結しており、ここで、前記入口ポートが、該容器の該上端に近接しており、そして前記再利用可能液状部分出口ポートが、該入口ポートと該下端との間にあり、該容器が、さらに、以下を含む：
スカムオーバーフローベントポートであって、該スカムオーバーフローベントポートは、該入口ポートと該上端との間にある；および
気体注入ポートであって、該気体注入ポートは、該スカムオーバーフローベントポートと該下端との間にある、
装置。
【請求項４９】
さらに、浄化液体導管を含み、該浄化液体導管が、前記気体浮遊分離容器の前記再利用可能液状部分出口ポートを消毒システムに流体連結している、請求項３３に記載の装置。
【請求項５０】
前記消毒システムが、紫外線消毒システムを含む、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記消毒システムが、オゾン処理システムを含む、請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記消毒システムが、さらに、オゾン処理システムを含む、請求項５０に記載の装置。
【請求項５３】
さらに、オゾン輸送導管を含み、該オゾン輸送導管が、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記オゾン処理システムの閉鎖オゾン処理容器を流体連結している、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
さらに、流動絞り弁を含み、該流動絞り弁が、前記気体浮遊分離システムの前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項３３に記載の装置。
【請求項５５】
さらに、フィルターシステムを含み、該フィルターシステムが、前記気体浮遊分離システムの前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項３３に記載の装置。
【請求項５６】
前記フィルターシステムが、バックフラッシュ可能フィルターシステムである、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記スカムオーバーフローベントポートが、スラリー部分導管と流体連絡しており、該スラリー部分導管が、前記沈降性固形物分離器の前記第二出口と流体連絡している、請求項４８に記載の装置。
【請求項５８】
さらに、固形物処理システムを含み、該固形物処理システムが、入口ポートおよび出口ポートを含み、該入口ポートが、前記スラリー部分導管と流体連絡している、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記固形物処理システムの前記出口ポートが、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡している、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記固形物処理システムの前記出口ポートが、前記気体分離器容器または前記気体浮遊分離システムの入口と流体連絡している、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
さらに、膜分離システムを含み、該膜分離システムが、前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項３３に記載の装置。
【請求項６２】
廃水を含む容器内の臭気を少なくするための方法であって、該容器の空気層にオゾンを導入する工程を包含する、方法。
【請求項６３】
前記オゾンが、廃水処理のオゾン処理段階に由来の余剰オゾンである、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記容器が、下水管または下水管の一部である、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置であって、該装置は、渦巻分離器、オゾン処理システムおよび流体導管を含み、
該渦巻分離器は、以下を含む：
閉鎖分離器容器であって、該閉鎖分離器容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している；
入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている；
第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している；および
第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している；
該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器は、流体入口およびオゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、流体流れ領域と流体連絡している；そして
該流体導管は、該渦巻分離器の該第一出口を該オゾン処理システムの該流体入口と流体連結している、
ここで、該閉鎖分離器容器および該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン輸送導管で流体連結されている、
装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、廃水を処理するための方法および装置に関する。
【０００２】
（背景）
地下水面の低下、人口増加、工業化の伸展、灌漑農業の利用拡大および淡水供給の汚染によって、世界的に淡水の供給が逼迫している。再生した廃水は、特に、飲用以外の用途に補足的な水源として、役立つ可能性がある。作物の灌漑や造園は、水需要全体の約７０％を占め、また、廃水中に存在している栄養分の一部の恩恵を受けるので、再生水の１つの適切な非飲用用途を表す。再生廃水の他の適切な非飲用用途としては、洗浄、冷却、防火および消火、小川拡張、噴水、レクリエーション用の池、セメント調製、埃の抑制およびトイレの水洗が挙げられる。非飲用用途が広範囲にわたるにもかかわらず、概して、廃水再生は、非常に小規模で実施されているにすぎない。再生場所から使用場所への再生水の運搬および生産方法の限界が、再生水のさらに広範な使用に対する障害であり得る。
【０００３】
廃水の効果的かつ効率的な処理が、経済的かつ環境面で重要である。廃水処理システムとしては、焼却処理システム、化学処理システム、電解処理システム、核放射線システムおよび物理的処理システムを挙げることができる。これらの種々のシステムは、異なる水質の水を供給できる。これらのシステムの多くは、費用がかかり、また、運転および管理が比較的困難である。物理的処理システム（例えば、濾過）は、汚れの問題および流れ遅滞があるために、開発が困難であり得る。化学的不純物および病原的不純物に加えて、入ってくる廃水は、沈降性固形物（例えば、硬質材料および研磨材−これらは、この処理システムの部品を損傷し得る）および浮遊性物質（例えば、脂肪、オイル、グリースおよび繊維−これらは、物理的処理システムを汚し得る）を含み得る。廃水処理に有用なシステムは、不変の出力を生じ、自動化でき、比較的にサイズが小さく、使用可能な液体および固体副生成物を生じ、また、比較的に低価格であり得る。
【０００４】
（要旨）
一般に、本発明は、主要処理として膜分離または空気浮遊分離またはそれらの両方を使用して、廃水流を有益な水成分および固体成分に処理するための方法および装置に特徴がある。この処理プロセスの初期に膜分離器または空気浮遊分離器の操作に悪影響を与える物質の除去および隔離により、水処理量、水質およびシステム部品の寿命が改善できる。膜分離器または気体浮遊分離システムで処理する前に廃水から沈降性固形物および浮遊性物質を物理的に分離すると、高い流速が達成できる。
【０００５】
１局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理して再利用可能液状部分を形成するための方法に特徴がある。該方法は、第一閉じ込めゾーンで廃水流を第一成分および第二成分に分離する工程を包含する。該第二成分は、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れて、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成できる。あるいは、該第二成分は、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用でき、そして該第二成分は、該膜の表面上で濃縮されて、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成できる。該第一成分は、該第二成分中の沈降性固形物の量よりも多い量の沈降性固形物を含有する。該方法は、該第一成分および該第二成分を分離する前に、該廃水流を細かく砕く工程を包含できる。前記第二成分と前記膜との間に、高い剪断力を作り出すことができる。
【０００６】
ある実施態様では、分離工程はまた、分離タンクへの廃水流量（ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｓｔｒｅａｍ　ｆｌｏｗ）により発生する力によって、重力によって、またはそれらの組合せによって、沈降性固形物を沈降させる工程を包含できる。
【０００７】
適用できるとき、前記方法は、以下の工程を包含する：気体の泡を前記気体浮遊分離システム中で前記第二成分に導入する工程；該泡を上昇させて該第二成分に通すのに十分な間隔にわたって、該第二成分を前記第二閉じ込めゾーンで保持して、前記泡沫部分を形成する工程；および該第二閉じ込めゾーンから該泡沫部分を除去して、前記再利用可能液状部分を残す工程。上昇している泡は、懸濁した粒子および溶解した有機化合物を吸着し、それらを、前記第二閉じ込めゾーンの表面に浮遊させ、前記泡沫部分を形成し得る。前記方法はまた、前記第一成分および前記泡沫部分を合体して、スラリー流を形成する工程、およびある実施態様では、該スラリー流を処理する工程を包含できる。前記気体は、オゾンを含有できる。
【０００８】
前記再利用可能液状部分は、消毒できる。これは、例えば、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露することにより、達成できる。ある実施態様では、前記消毒工程は、前記再利用可能液状部分に化学酸化剤（例えば、オゾン）を混合する工程を包含できる。
【０００９】
前記再利用可能液状部分は、不飽和土壌に適用できる。該土壌は、該再利用可能液状部分中に含有される植物性栄養分の除去および生産的再利用を助け、浄水を下にある帯水層に戻すことができる。
【００１０】
前記方法は、スラリー部分として前記膜から固体濃縮物を除去する工程および該スラリー部分を前記廃水流に戻す工程を包含できる。該方法は、膜分離前またはそれに続いて、前記再利用可能液状部分をフィルターシステムに通す工程を包含できる。前記フィルターシステムは、バックフラッシュされて、例えば、一定容量のバックフラッシュ済物質を作出でき、それは、前記スラリー流と合体できる。該フィルターシステムは、固定フィルムバイオフィルターを含むことができる。前記フィルターシステムは、第三閉じ込めゾーン内に、バイオフィルムで被覆した濾過媒体を含むことができる。該バイオフィルターの該フィルムと接触すると、残留している懸濁固形物が除去でき、溶解した窒素化合物および懸濁した窒素化合物が硝化でき、そして他の生化学酸素要求源を減少できる。該バイオフィルターは、バックフラッシュ可能であり得る。
【００１１】
前記廃水は、下水管から得ることができる。前記第一成分および前記泡沫部分は、合体され、スラリー流を形成でき、これは、前記下水管に該廃水が得られた位置の下流で戻すことができる。ある実施態様では、前記スラリー流は、第三閉じ込めゾーンに入れられ、該スラリー流を上澄み部分および沈降部分に分離できる。該第三閉じ込めゾーンで十分な滞留時間があると、該ゾーンの底部へと沈降性固形物が相当に沈降できるようになる。該第三閉じ込めゾーンでは、固形物は、主として無酸素の生物学的プロセスによって、分解できる。その上澄み部分は、前記第一閉じ込めゾーンまたは前記第二閉じ込めゾーンに戻すことができるか、地下浸出領域に移すことができる。
【００１２】
他の局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置に特徴がある。該装置は、沈降性固形物分離器を含み、該沈降性固形物分離器は、容器を含み、該容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している。該沈降性固形物分離器はまた、以下を含む：入口であって、該入口は、該容器の該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている；第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している；および第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している。該装置はまた、分離システムを含む。該分離システムは、入口および透過水出口を有する膜分離システムであり得る。該入口および該透過水出口は、膜で分離されている。流体導管は、該沈降性固形物分離器の該第一出口と該膜分離システムの該入口とを流体連結している。該膜分離システムはまた、濃縮物ポートを含むことができる。前記膜分離システム入口に加えられる原動圧力は、前記入口と流体連絡した給送ポンプにより提供されることができる。あるいは、前記分離システムは、気体浮遊分離システムであり得、これは、入口ポートおよび再利用可能液状部分出口ポート、および流体導管を含み、該流体導管は、該沈降性固形物分離器の前記第一出口と該気体浮遊分離システムの入口ポートとを流体連結している。
【００１３】
前記沈降性固形物分離器は、渦巻分離器であり得る。該沈降性固形物分離器はまた、ベントオーバーフローポートを含むことができ、該ベントオーバーフローポートは、前記第一出口と前記容器の前記上端との間に位置している。該沈降性固形物分離器の前記第二出口は、沈降固形物出口であり得、該沈降固形物出口は、固形物を除去する容器の基部で、開口部と連絡しており、これらの固形物は、渦流により、該開口部に向かって掃き出される。該気体浮遊分離システムは、該沈降性固形物分離器の上澄み液にて、残留している沈降性懸濁固形物およびある種の溶解した固形物を分離し除去できる。
【００１４】
前記気体浮遊分離システムは、気体浮遊分離容器を含むことができ、該気体浮遊分離容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している。前記入口ポートは、該容器の該上端に近接し得、そして前記再利用可能液状部分出口ポートは、該入口ポートと該下端との間にあり得る。該容器はまた、以下を含むこてができる：スカムオーバーフローベントポートであって該スカムオーバーフローベントポートは、該入口ポートと該上端との間にある；および気体注入ポートであって、該気体注入ポートは、該スカムオーバーフローベントポートと該下端との間にある。該気体注入ポートは、液体循環回路の一部をなし得、この回路は、ポート（これは、該気体浮遊分離容器の下部にある）、ポンピング入口導管、ポンプ、ベンチュリノズル、および戻り導管（これは、前記気体注入ポートと連絡している）を含む。該ノズルを通って循環する液体が、気体を、小さい泡の形状でその流れに引き出し、これらは、該気体注入ポートを通って、該気体浮遊分離器に導入される。
【００１５】
ある実施態様では、前記沈降性分離器容器の前記第一出口と前記膜分離システムの前記入口との間に、平衡容器（これは、上端、下端および外壁を有し得、該外壁は、該状態と該下端とを連結している）が含まれ得る。前記容器は、該容器の正常液体レベルと前記上端との間に、スカムオーバーフローベントポートを含むことができる。前記平衡容器の入口は、前記分離器の前記第一出口の下方にあり得る。該平衡容器の出口ポートは、前記下端にあり得る。
【００１６】
前記膜分離器システムの給水ポンプは、入力として、浄化した廃水（これは、前記沈降性固形物分離器の前記第一出口から直接か、またはある実施態様では、平衡容器の出口ポートからのいずれかで供給される）を受容できる。前記装置はまた、フィルターシステムを含むことができ、該フィルターシステムは、入口および濾液出口を有し、該入口は、前記給水ポンプと流体連絡しており、そして該濾液出口は、前記膜分離システム給水入口と流体連絡している。該フィルターシステムは、バックフラッシュ可能フィルターシステム、固定フィルムバイオフィルターシステムまたはバックフラッシュ可能固定フィルムバイオフィルターシステムであり得る。該バックフラッシュ可能フィルターは、フィルターディスクを含むことができる。
【００１７】
透過水導管は、前記膜分離システムの前記透過水出口を消毒システムに流体連結でき、該消毒システムは、紫外線消毒システムまたはオゾン処理システムまたはそれらの両方を含むことができる。該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含むことができ、該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、透過水流れ領域と流体連絡している。オゾン輸送導管は、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記閉鎖オゾン処理容器を流体連結できる。
【００１８】
浄化液導管は、前記気体浮遊分離容器の前記再利用可能液状部分出口ポートを消毒システムに流体連結でき、該消毒システムは、紫外線消毒システムまたはオゾン処理システムまたはそれらの両方を含むことができる。該紫外線消毒システムは、１本またはそれ以上の透明プラスチックチューブ（これらは、紫外線照射に透過性であり、そこを前記再利用可能液状部分が通る）、紫外線ランプ（これらは、該プラスチックチューブを取り囲んでいる）および囲壁（これは、チューブおよびランプの組立品を含む）を含むことができる。該紫外線ランプ装置は、該ランプを取り囲む空気層で、オゾンを発生できる。該オゾンは、該囲壁から抽出でき、これは、オゾン発生器として働くことができる。オゾン輸送導管は、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記オゾン処理システムの閉鎖オゾン処理容器を流体連結できる。紫外線照射に曝露すると、有機体を直接殺すことができ、もし、溶解したオゾンが液体中に含有されているなら、強力な酸化剤を作出でき、これは、さらに、消毒し、臭気および色を除き、生化学的酸素要求量を減らし、そして液体中の有害な化学化合物を酸化する。
【００１９】
前記装置は、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡して、廃水ポンプ（例えば、粉砕廃水ポンプ）を含むことができる。
【００２０】
前記装置はまた、前記膜分離システムの前記濃縮物出口ポートと流体連絡して、流動絞り弁を含むことができる。該流動絞り弁は、前記方法の流動を制御するのに使用できる。定期的に、この流動絞り弁は、前記沈降性固形物分離器の容器および平衡容器の両方の液体レベルを両方の容器のオーバーフローポートを超えて上昇させるために、流動を遅らせるのに使用でき、それにより、これらの容器の表面上の蓄積したスカム層および他の浮遊物質を、スカムオーバーフローベントポート（これは、スラリー部分導管と流体連絡できる）を経由して、強制的にスラリー部分に排出できる。該スラリー部分導管は、前記沈降性固形物分離器の前記第二出口と流体連絡できる。前記流動絞り弁の出口は、該沈降性固形物分離器容器または平衡容器のいずれかと流体連絡できる。
【００２１】
特定の実施態様では、前記装置は、固形物処理システムを含むことができる。該固形物処理システムは、入口ポートおよび出口ポートを含むことができる。該入口ポートは、前記スラリー部分導管と流体連絡できる。該固形物処理システムは、前記スラリー流と連絡した入口ポート、および出口ポートを有する容器を含み得る。部分該固形物処理システムは、前記スラリー流中の沈降性固形物に、沈降し、そして、例えば、主に無酸素の生物学的プロセスによって分解する機会を与えるのに十分な容量を有し得る。該固形物処理システムの出口ポートは、前記沈降性固形物分離器の入口と流体連絡できる。該固形物処理システムの出口ポートは、重力分離容器の入口と流体連絡できる。
【００２２】
他の局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置に特徴がある。該装置は、渦巻分離器およびオゾン処理システムを含む。該渦巻分離器は、以下を含む：閉鎖分離器容器であって、該閉鎖分離器容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している；入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている；第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している；および第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している。該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器は、流体入口およびオゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、流体流れ領域と流体連絡している。流体導管は、該渦巻分離器の該第一出口を該オゾン処理システムの該流体入口と流体連結しており、該閉鎖分離器容器および該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン輸送導管で流体連結されている。
【００２３】
前記方法は、再生水を得る簡単で信頼でき迅速で小型で安価な方法を提供し、これは、従来の生物学的廃水処理方法の欠陥の多くを克服できる。例えば、前記装置および方法は、濾紙、膜または生物学的システムだけの場合よりも、確実かつ効率的に実行する。該装置は、完全な廃水再生利用システムであり、これは、とりわけ、運搬費用をできるだけ低くでき、本質的に不確実で保守管理に手間がかかる廃水処理の使用を避けることができ、過去の物理的または化学的システムの一定の限界を克服でき、再利用可能または容易に廃棄される残留副生成物を生成でき、小型で、経済的で、信頼でき、無臭であり得、また、良質の完全に消毒した水を生成でき、これは、種々の再利用用途（例えば、灌漑および他の非必須再利用用途、洗浄、冷却および他の工業用途、または水産養殖および地上水源への排出）に適切である。前記方法および装置はまた、該装置の周囲に無臭環境を作り出すことができる。従って、該廃水再生利用システムは、現場用途または局所用途に非常に適し得、ここで、生成される水は、その処理プラントの近くで、生産的に再利用される。
【００２４】
本発明の１つまたはそれ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明で述べる。本発明の他の特徴、目的および利点は、これらの説明および図面から、また、請求の範囲から明らかとなる。
【００２５】
（詳細な説明）
図１〜２を参照すると、水再生利用システムは、沈降性固形物分離器３２（例えば、渦巻分離器）、平衡現場洗浄容器５２、フィルターシステム７８（例えば、バックフラッシュ可能フィルターシステム）、膜分離システム１００、透過水処理システム６２、および固形物処理システム９２（図１）または下水管２０（図２）を含む。廃水２１（これは、公衆衛生廃水および他の廃水を含有できる）は、地下保存タンク２２（図１）またはウェットウェル９６（図２）で集まる。地下タンク２２またはウェットウェル９６は、潜水可能な汚水ポンプ２４を含む。好ましくは、ポンプ２４は、粉砕ポンプ（例えば、Ｍｏｎｔｅｓａｎｏ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎのＶａｕｇｈａｎ　Ｃｈｏｐｐｅｒ　Ｐｕｍｐｓ製のチョッパーポンプ）であり、これは、廃水２１中の大きい固形物をスラリーに同時に切り刻むか細かく砕く。このスラリーは、ポンプ上げされて、導管２６を経由して、逆止め弁２８を通って、沈降性固形物分離器３２の入口ポート３０を経て沈降性固形物分離器３２に入る。
【００２６】
沈降性固形物分離器３２は、容器１０を含み、その上端１２は、外壁１４によって、下端１３に連結されている。第一出口４２は、上端１２近くの外壁１４に位置している。入口ポート３０は、上端１２近くの外壁１４を通って、部分的に接線方向に向けられている。第二出口４６は、下端１３に近接している。分離器３２の閉鎖環境４０は、ベントスカムオーバーフロー導管４５に連結されたベントスカムオーバーフローポート４４と流体連絡している。下端１３は、第二出口４６を含み、これは、固形物ポンプ４８を含む導管４９に連結されている。固形物ポンプ４８は、例えば、プログレシブ空洞ポンプ（これは、Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ，ＯｈｉｏのＭｏｎｙｏ　Ｉｎｃ．から入手できる）であり得る。図１を参照すると、固形物ポンプ４８および排水弁４７は、導管４５を通って固形物処理システム９２に注ぎ、このシステムは、出口ポート９４を通って、処理済み物質を排出する。図２を参照すると、固形物ポンプ４８および排水弁４７は、導管４５を通って下水管２０に注ぐ。
【００２７】
図３を参照すると、分離器３２の入口３０は、遠心流れパターン９８を作り出すように向けられ、これは、環状ディッププレート３４、余水路３６およびバッフル３８の上部に順に回す。余水路３６は、ディッププレート３４の内壁に装着されている。第一出口４２は、余水路３６から流体を引き出す。ベントスカムオーバーフローポート４４は、分離器３２の一面に位置している。第二出口４６は、容器１０の中心にある。環状内部バッフル３８は、そのまま円錐形状に張り出して、第二出口４６に近づく。
【００２８】
図１〜３を参照すると、第一出口４２は、余水路３６の内容物を、流体導管５１を経由して、気体浮遊分離システム５２に送達する。図１〜２および４を参照すると、平衡現場洗浄容器５２は、入口ポート５４を通って、沈降性固形物分離器３２の出力を受容する。入口ポート５４は、容器５２の上端５５に近接している。容器５２は、入口ポート５４の下に下端５７に近接して再利用可能液状部分出口ポート５６を有する。スカムオーバーフローベントポート６０は、容器５２の正常液体レベルの上で、容器５２の上端５５に向いて位置付けられ、導管５０に排水する。外壁６１は、末端５７および末端５５を連結する。
【００２９】
出口ポート５６は、給送ポンプ６６と流体連結されている。出口ポート５６は、導管１１０を通ってフィルターシステム７８に通じ給送導管１０２を通って膜分離システム１００へと通じる導管の一部である。適切な膜分離システムは、Ｐｅａｐａｃｋ，Ｎｅｗ　ＪｅｒｓｅｙのＫｏｍｌｉｎｅ−ＳａｎｄｅｒｓｏｎおよびＥｍｅｒｙｖｉｌｌｅ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＮｅｗ　Ｌｏｇｉｃ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手でき、例えば、米国特許第６，０２７，６５６号、第４，９５２，３１７号、第５，０１４，５６４号および第５，８３７，１４２号（各々の内容は、本明細書中で参考として援用されている）で記述されている。膜分離システム１００からの濃縮物出力は、濃縮物導管１０６、流れ制御弁８２、戻り導管５８、および沈降性固形物分離器３２の入口ポート３０を通る。膜分離システム１００の透過水出口からの透過水は、導管１０４を通り、透過水処理システム６２に入る。給水ポンプ６６からの副流は、排水弁１０５および導管１１１を通り、導管８０と合体する。必要なとき、導管１１３を通って、平衡現場洗浄容器５２には、洗浄液を供給できる。出口１０８からは、再利用可能液体部分が排出される。膜分離システム１００の分離特性は、その廃水の沈降した固形物および浮遊した固形物の殆どが沈降性固形物分離器３２で除去されたので、より効率的に使用できる。
【００３０】
図２を参照すると、残留固形物は、下水管２０に戻される。下水管２０からの廃水２１は、ウェットウェル９６に排水され、これは、高さが下水管２０よりも低い。別の固形物処理システムを使用するよりもむしろ、ポンプ４８からの沈降した固形物、導管４５および５０からの泡状物、気体および浮遊性固形物、および導管８０からのフィルターバックフラッシュは、ウェットウェル９６への入口よりも下流の地点で、下水管２０に戻される。
【００３１】
図４および５を参照すると、膜分離システム１００の透過水出口導管１０４は、入口ポート８５を通って、透過水をオゾン接触容器８６に供給する。容器８６は、上端８９に近接した透過水入口８５、下端９１に近接した再利用可能液状部分出口１０８で閉じられている。容器８６は、循環出口９３（これは、入口８５の少し下に位置している）、循環入口９５（これは、再利用可能液状部分出口１０８の少し上にある）、および泡状物およびオゾン出口９７（これは、９７の上端に近接し、そしてその容器の正常操作液体レベルよりも上にある）を含む。循環出口９３は、導管７４、循環ポンプ１１１、気体注入器ノズル７０、紫外線消毒システム８４および導管７４を通って循環入口９５にフィードバックする回路の一部をなす。気体注入器ノズル７０には、オゾン発生器７６によって、オゾンガスが供給される。図４を参照すると、出口ポート９７からの泡状物および過剰のオゾンガスは、導管１１４を経由して、沈降性固形物分離器３２の空気層４０に移すことができる。図５を参照すると、システム６２は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム１１２を含み、これは、透過水導管１０４とオゾン接触容器８６との間に挿入できる。バイオフィルターシステム１１２が存在しているとき、この再利用可能液状部分は、水産養殖のような用途で使用できるか、または地上水源に排出でき、ここでは、水中の窒素化合物が硝化されて生化学的酸素要求量が低くくなることが重要であり得る。水産養殖用途には、その迅速な処理プロセスにより、水中の熱を維持できるようになる。適切なバックフラッシュ可能バイオフィルターシステムは、米国特許第５，２３２，５８６号および第５，４４５，７４０号（その内容は、本明細書中で参考として援用されている）に記述され、Ｂｕｂｂｌｅ　Ｗａｓｈｅｄ　Ｂｅａｄ　ＦｉｌｔｅｒｓおよびＰｒｏｐｅｌｌｅｒ　Ｗａｓｈｅｄ　Ｂｅａｄ　Ｆｉｌｔｅｒｓ（Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ，ＬｏｕｉｓｉａｎａのＡｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｌ．Ｌ．Ｃ．製）が挙げられる。バイオフィルターシステム１１２は、導管１０７を通して下水管２０または処理システム９２にバックフラッシュされ得る。バイオフィルターシステムのバックフラッシュは、圧縮空気または電動プロペラによる重力を使用して達成され、その濾過媒体をかき混ぜ、蓄積した物質をばらばらにし得る。このバイオフィルターシステムに対するバックフラッシュの頻度は、規則正しい操作間隔で実行できるか、または供給背圧の上昇により誘発できる。
【００３２】
図７〜８を参照すると、水再生利用システムは、沈降性固形物分離器３２（例えば、渦巻分離器）、気体浮遊分離システム５２（例えば、泡分別タンク）、フィルターシステム７８（例えば、バックフラッシュ可能フィルターシステム）、消毒システム６５、および固形物処理システム９２（図７）または下水管２０（図８）を含む。消毒システム６５は、オゾン処理システム７６および紫外線消毒システム８４を含む。廃水２１（これは、公衆衛生廃水および他の廃水を含有し得る）は、地下保存タンク２２（図７）またはウェットウェル９６（図８）中に集まる。地下タンク２２は、潜水可能な汚水ポンプ２４を含む。好ましくは、ポンプ２４は、粉砕ポンプ（例えば、Ｍｏｎｔｅｓａｎｏ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎのＶａｕｇｈａｎ　Ｃｈｏｐｐｅｒ　Ｐｕｍｐｓ製のチョッパーポンプ）であり、これは、廃水２１中の大きい固形物をスラリーに同時に切り刻むか、または細かく砕く。このスラリーは、ポンプ上げされて、導管２６を経由して、逆止め弁２８を通って、沈降性固形物分離器３２の入口ポート３０を経て沈降性固形物分離器３２に入る。
【００３３】
図３、７〜８を参照すると、第一出口４２は、余水路３６の内容物を、流体導管５１を経由して、気体浮遊分離システム５２に送達する。図７〜８および９〜１０を参照すると、気体浮遊分離システム５２は、容器５３を含み、これは、入口ポート５４を通って、沈降性固形物分離器３２の出力を受容する。入口ポート５４は、容器５３の上端５５に近接している。容器５３は、入口ポート５４の下に、下端５７に近接して、再利用可能液状部分出口ポート５６を有する。気体注入ポート５８は、ポート５６の少し上に、下端５７に近接して位置付けられ、そしてスカムオーバーフローベントポート６０は、容器５３の上端５５に向いて位置付けられ、導管５０に排出する。外壁６１は、下端５７および上端５５を連結する。
【００３４】
出口ポート５６は、消毒システム６５に流体連結されている。消毒システム６５は、オゾン処理ゾーンを含むことができ、このゾーンでは、流体は、例えば、オゾンを含む加圧雰囲気下での噴霧として、オゾンと接触できる。この加圧雰囲気は、他のオゾンシステムに通気できる。出口ポート５６は、循環ポンプ６６、導管６８、気体注入ノズル７０および導管７４を通って気体注入ポート５８へとフィードバックする回路の一部をなす。導管６８は、オゾン処理システム６９を補給する。この浮遊分離システム用の気体（例えば、オゾン発生器７６に由来のオゾンと空気との混合物）は、注入器７０を補給する。導管６８からの副流導管７２は、ポンプ６６からフィルター７８（これは、バックフラッシュ可能フィルターであり得る）、流れ制御弁８２および紫外線消毒システム８４を通り入口ポート８８を通って出力平衡タンク８６まで、出力の一部を運搬する。出口９０から、再利用可能液状部分が排出される。
【００３５】
図９を参照すると、フィルターシステム６５は、膜分離システム１００を含むことができる。適切な膜分離システムは、Ｐｅａｐａｃｋ，Ｎｅｗ　ＪｅｒｓｅｙのＫｏｍｌｉｎｅ−ＳａｎｄｅｒｓｏｎおよびＥｍｅｒｙｖｉｌｌｅ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＮｅｗ　Ｌｏｇｉｃ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手でき、例えば、米国特許第６，０２７，６５６号、第４，９５２，３１７号、第５，０１４，５６４号および第５，８３７，１４２号（各々の内容は、本明細書中で参考として援用されている）に記述されている。この膜分離システムを含むシステムは、残渣を下水管に戻して、主に工業用途（例えば、洗浄および冷却）用の微粒子物質のない水を生成できる。気体浮遊分離システム５２の出口５６は、ポンプ６６と流体連結され、これは、膜分離システム１００に出力する。バイパス弁１０８は、オゾン処理システム６９への流れを制御し、流れ制御弁８２は、膜分離システム１００への流れを制御し、そして排水弁１０９は、下水管２０への流れを制御する。膜分離システム１００は、濃縮物出口１０６および透過水出口１０４の両方を有する。導管１０６および１１０は、気体注入器ノズル７０を補給するために併合し、この注入器ノズルは、導管７４を通って、容器５３の気体入口５８に流体連結されている。透過水出口は、導管１０４を通って、紫外線消毒システム８４と出口平衡タンク８６の入口ポート８８とに流体連結されている。導管１０４はまた、排水弁１０５に連結されている。排水弁１０５および１０９は、それぞれ、導管１０７および１１１を通って下水管２０に注ぐ。必要なとき、タンク５２への導管１１３を通って、気体浮遊分離システム５２に、洗浄液を供給できる。
【００３６】
図１〜３のシステムを運転中、地下タンク２２またはウェル９６に入る廃水２１は、ポンプ２４によってポンプ上げされ、逆止め弁２８を通って、ポート３０を通り沈降性固形物分離器３２に入り、この場所で、流れは、壁１４に対して接線方向に向かい、それにより、この分離器の内容物をゆっくりと循環させる。この廃水中の浮遊性物質（例えば、脂肪、オイルおよびグリース）は、この分離器の内容物が循環するにつれて、このタンクの周囲に沿って素早く上昇し、それらを、主に、ディッププレート３４と壁１４との間の環状空間に捕捉させる。この廃水中の沈降性固形物（例えば、砂利、砂、石、カミソリ刃、プラスチックおよび他の異質固形状物質）は、分離器３２の外周に沿って循環させることにより、この分離器の底部に落ちる。これらの沈降性固形物は、この分離器の底部に達するにつれて、そのバッフルの外側の循環している流体と中心の方の比較的に静止した液体との速度差により生じる求心力により、内向きに一掃される。バッフル３８の傾斜外面に達する固形物は、徐々に、下方に滑って、このタンクの円錐底面上へと出ていく。バッフル３８の下での比較的に静止した状態により生じる求心力により、沈降した固形物は、内向きに一掃され、このバッフルの下に捕捉される。懸濁していた固形物は、一旦、このバッフルの内側に捕捉されると、ゆっくりと集塊し、この底部に沈降する。沈降した固形物は、出口４６を通って、この分離器を出ていく。沈降性固形物および浮遊性固形物を比較的に含まず主に溶解した固形物および懸濁した固形物を含有する液体が、環状ディッププレート３６の内側で、この分離器の上部に向かって上昇し、余水路３６およびポート４２を通って、この分離器を出ていく。ポート４６を通って出ていく成分は、ポート４２を通って出ていく成分よりも多い量の沈降性固形物を含有する。
【００３７】
ポート４２を出ていく流体成分は、入口５４で平衡現場洗浄容器５２に入り、ポンプ６６により容器５２からポンプ上げされて、出口５６を通り、導管１１０からフィルターシステム７８に入る。フィルターシステム７８の後、この流体は、導管１０２を通り、膜分離システム１００に入る。膜分離システム１００内では、この流体の一部が、膜を通り、透過水として導管１０４に出力されるのに対して、この流体の残りは、濃縮物として、導管１０６を通って、システム１００を出ていく。
【００３８】
流れ制御弁８２、汚水ポンプ２４、循環ポンプ６６および沈降固形物ポンプ４８が、協調した様式で機能して、その全システムにおける流体流速を制御する。通常の操作条件下では、弁８２は、典型的には、容器１０および５２中の液体レベルが安定したままであるように、ポンプ２４を通ってシステムに入る流速を調和させるように設定される。弁８２を通る流速を制御する１方法は、Ａｎａｈｅｉｍ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＢｅｒｍａｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅｓから入手できるモデル７００−６０フロート制御弁システムにより提供されるように、容器５２内でフロートパイロット弁と相互連絡することによる。給送圧（これは、弁８２を通る流れを制限することにより、変えることができる）を高めることにより、この膜分離システムを通る流れが増やされる。
【００３９】
透過水部分は、懸濁固形物、沈降性固形物および浮遊性固形物を実質的に含まずに、導管１０４を出ていく。透過水処理システム６２により、引き続いた種々の処理を行うことができ、これは、生成される再利用可能液状部分に向けた最終用途に依存して、変わる。
【００４０】
図７〜９のシステムを運転中、地下タンク２２またはウェル９６に入る廃水２１は、ポンプ２４によってポンプ上げされ、逆止め弁２８を通って、ポート３０を通り沈降性固形物分離器３２に入り、この場所で、流れは、壁１４に対して接線方向に向かい、それにより、この分離器の内容物をゆっくりと循環させる。この廃水中の浮遊性物質（例えば、脂肪、オイルおよびグリース）は、この分離器の内容物が循環するにつれて、このタンクの周囲に沿って素早く上昇し、それらを、主に、ディッププレート３４と壁１４との間の環状空間に捕捉させる。この廃水中の沈降性固形物（例えば、砂利、砂、石、カミソリ刃、プラスチックおよび他の異質固形状物質）は、分離器３２の外周に沿って循環させることにより、この分離器の底部に落ちる。これらの沈降性固形物は、この分離器の底部に達するにつれて、そのバッフルの外側の循環している流体と中心の方の比較的に静止した液体との速度差により生じる求心力により、内向きに一掃される。バッフル３８の傾斜外面に達する固形物は、徐々に、下方に滑って、このタンクの円錐底面上へと出ていく。バッフル３８の下での比較的に静止した状態により生じる求心力により、沈降した固形物は、内向きに一掃され、このバッフルの下に捕捉される。懸濁していた固形物は、一旦、このバッフルの内側に捕捉されると、ゆっくりと集塊し、この底部に沈降する。沈降した固形物は、出口４６を通って、この分離器を出ていく。沈降性固形物および浮遊性固形物を比較的に含まず主に溶解した固形物および懸濁した固形物を含有する液体が、環状ディッププレート３６の内側で、この分離器の上部に向かって上昇し、余水路３６およびポート４２を通って、この分離器を出ていく。ポート４６を通って出ていく成分は、ポート４２を通って出ていく成分よりも多い量の沈降性固形物を含有する。
【００４１】
ポート４２を出ていく流体成分は、入口５４で気体浮遊分離システム５２に入ることができ、この場所で、小気泡６２（例えば、空気−オゾン混合物−これは、ポート５８で注入されて、分離器５２の液体中で上昇する）の連続的な上昇流に遭遇する。泡６２は、固形物および浮遊性物質を液体表面へと持ち上げる。この空気−オゾン泡は、この流体中の懸濁した固形物、タンパク質、オイル、洗浄剤および他の界面活性剤を表面に持ち上げ、泡の細分化により、泡とスカムとのフロス部分６４を形成する。ノズル７０で注入された空気にオゾンを加えることにより、消毒、臭気および色の除去、および流体中の生化学酸素要求量の低下を助けることができる。入口ポート５４から出口５６への液体の下向きの流れは、これらの泡の上向きの流れと対向し、液体−泡の接触の持続時間および範囲を大きくする。
【００４２】
再利用可能液状部分は、精製した状態で、出口５６を出ていく。この再利用可能液状部分は、懸濁した固形物、沈降性固形物および浮遊性固形物を実質的に含まず、脱臭、消毒でき、また、無着色にできる。ポンプ６６からの圧力下では、この再利用可能部分の一部が、導管７２により方向転換されて、バックフラッシュ可能フィルターシステム７８を通り、これは、残留しているかも知れない任意のより大きな懸濁した固形物を捕捉する。フィルターシステム７８からの濾液は、流れ制御弁８２を通り、次いで、紫外線消毒システム８４（これは、殺菌力のある照射を直接付与することにより、まだ生存しているかも知れない再利用可能液状部分中の有機体を殺す）を通る。システム８４からの紫外線照射はまた、例えば、溶解したオゾンを過酸化水素および非常に反応性が高い遊離ラジカル（これは、この水をさらに消毒し、色および臭気を除去し、そして望ましくない物質を酸化する）に変換することにより、この再利用可能部分中の残留オゾンを破壊する。フィルター７８からのバックフラッシュは、導管８０により、固形物処理システム９２に運搬され、この場所で、沈降した固形物および浮遊性固形物と、先の処理段階からの泡および気体とを合わせる。
【００４３】
フィルターシステム７８は、より大きな粒子（これらは、膜分離システム１００の膜を損傷し得るか、そのシステムにより得られる流速を減速させ得る）を除去する。フィルターシステム７８のために、数種類のフィルターシステムが選択できる。１つの好ましいシステムは、バックフラッシュ可能フィルターシステムであり、これは、複数のディスクフィルター（例えば、Ｋｉｂｂｕｔｚ　Ｂｅｔ　Ｚｅｒａ，Ｊｏｒｄａｎ　Ｖａｌｌｅｙ，ＩｓｒａｅｌのＡｒｋａｌ　Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ製のディスク濾過システム）を使用し、これらは、１０ミクロン程度に小さい物質を濾過により除くことができ、複数のフィルターモジュールを使用して、連続流を提供できる。適切なフィルターシステムは、米国特許第４，６５５，９１１号に記述されており、その内容は、本明細書中で参考として援用されている。図１に描写したシステムでは、問題の微粒子物質を除去するのに、２００ミクロン以下、または２０ミクロン以下のフィルター多孔度が望ましい。このバックフラッシュ可能フィルターシステムは、簡単で信頼できるバックフラッシュ方法を使用でき、これは、一度に１フィルターモジュールをバックフラッシュするのに対して、バックフラッシュされないモジュールは、水を濾過するために連続的に利用できる。空気補助バックフラッシュ工程は、小容量のバックフラッシュを生じることができ、これは、このシステムのバックフラッシュ出力を低下できる。このバックフラッシュ可能フィルターシステムは、自動バックフラッシュサイクルを使用でき、これは、その構成フィルターを横切る圧力差が所定値を超えるとき、誘発される。
【００４４】
固形物の沈降および気体浮遊分離（これらは、バックフラッシュ可能フィルターシステムに先立つ）により、この廃水中の沈降性固形物、浮遊している固形物および懸濁した固形物の大部分が除去され、それにより、このフィルターの負担が最小限にされ、それに対応して、必要なバックフラッシュの持続時間および頻度が最小限にされる。また、この気体浮遊分離システムでオゾンを使用するとき、フィルターシステム７８中での生物学的成長を少なくできるかなくすことができる。
【００４５】
流れ制御弁８２、汚水ポンプ２４、循環ポンプ６６および沈降固形物ポンプ４８が、協調した様式で機能して、その全システムを制御する。最初に運転を開始したとき、ポンプ６６が、気体浮遊分離システム５２に空気およびオゾンを充填するように作動され、それにより、ポンプ２４を作動させないままにし弁８２を閉じていずれの出力も阻止しつつ、容器５３内で水を精製する。容器５３の底部にある水を清浄にするのに十分な間隔を経た後、汚水ポンプ２４が開始され、弁８２が開かれる。このシステムにわたって所望の流速を維持するように、流速が設定される。通常の操作条件下では、弁８２は、典型的には、容器１０および５３中の液体レベルが安定したままであるように、ポンプ２４を通ってシステムに入る流速を調和させるように設定される。弁８２を通る流れを制御する１方法は、Ａｎａｈｅｉｍ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＢｅｒｍａｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅｓから入手できるＢｅｒｍａｄモデル７００−６０フロート制御弁システムにより提供されるように、容器５３内でフロートパイロット弁と相互連絡することによる。
【００４６】
時間の経過と共に、容器５２内の懸濁した固形物および溶解した固形物は、ますます濃縮でき、システム１００の膜を汚し得る。この膜が汚れることで、その透過水流速が維持されるとき、より高い給送圧を生じ得る。外部制御システムによってより高い圧力が検出されると、所定圧力閾値に達した後、洗浄サイクルが開始され得る。この洗浄サイクル中にて、以下の順序が続き得る：（１）入口ポート５４を通って容器５２に入る流れは、ポンプ２４を止めることにより、停止される；（２）容器５２は、排水弁１０５を開け弁８２を閉じることにより、一掃される；（３）容器５２は、入力１１３を通って、洗浄液（例えば、熱水とアルカリ液との組合せ）で満たされる；（４）弁８２が開かれ、そして１０５が閉じられる；（５）この洗浄液は、一定期間にわたって、膜分離システム１００に通され（その一部は、透過水として出ていく）、廃棄される；そして（６）弁８２が閉じられ、そして弁１０５が開かれて、この洗浄液を、タンク５２から、弁１０５、導管１１１を通って、下水管２０へとポンプ上げする。この洗浄サイクルに続いて、その起動手順は、弁１０５を閉じポンプ２４のスイッチを入れることにより開始され、入口５４を通って新しい流体をタンク５２に入れ得る。
【００４７】
このシステムの運転中に、容器１０、３２、５２または５３中の液体の表面上に、スカム層が成長する。スカム層は、入力ポンプ２４を運転したままにしつつ、一定間隔で、弁８２を定期的に閉じることにより、このシステムから一掃できる。これにより、両方の容器１０、３２、５２または５３内の液体レベルを上昇させ、最終的に、ポート４４および６０を通り、導管４５および５０を通って、固形物処理システム９２（図１または７）または下水管２０（図２および８）に入れる。一旦、スカム層が一掃されると、弁８２は、再度開放でき、弁８２により流れを調節し、その液体レベルを目標レベルに戻す。
【００４８】
沈降固形物ポンプ４８は、このシステムを流れる全流と共同して、定期的にオンおよびオフにされ、制御した量の固体残留物を計量して固形物処理システム９２（図１または７）または下水管２０（図２または８）に送る。図１または７の実施態様について、それらの固形物は、引き続いた処理が必要な容量を最小限にするために、処理前、５重量％の固形物の範囲の高い程度まで濃縮される。ポンプ４８を使用して固形残留物を計量することにより、さらに高い固形物含量が達成できる。通常、排水弁４７は閉じられるが、それは、素早くタンク３２を排出するために開くことができる。
【００４９】
濃縮物を沈降性固形物分離器３２に戻すことは、その濃縮物流れ中に残っている運動エネルギーを利用して、容器１０内の流れ（例えば、遠心流れ）を維持し、そしてそれにより、分離効率を改善するのを助け得る。この遠心作用は、汚水ポンプ２４を停止した後でも維持でき、それにより、容器５２および１０を空にしつつ、容器１０内の固形物を円錐底の中心部に閉じ込めるのを助ける。
【００５０】
図９を参照すると、このシステムは、一定期間にわたって、まず、弁１０８を開くことにより作動でき、気体（例えば、空気およびオゾン）を容器５３に満たし、それにより、ポート５６を出ていく水を精製する。弁８２および１０９は、この時点で閉じられ、このシステムからのいずれの出力も阻止できる。水が十分に精製されることを保証するために一定期間が経過した後、弁１０８が閉じられ、そして弁８２が開らかれ、上記のように、その入力ポンプのものを調和させるように流れを制御できる。引き続いて、全ての流れは、膜分離システム１００を通る回路に従い、副流が透過水として導管１０４を通ってシステムから出ていき、紫外線消毒システム８４を通る。時間の経過と共に、容器５３内の懸濁した固形物および溶解した固形物は、ますます濃縮でき、システム１００の膜を汚し得る。この膜が汚れることで、その透過水流速を維持したとき、より高い給送圧を生じ得る。外部制御システムによってより高い圧力が検出されると、所定圧力閾値に達した後、洗浄サイクルが開始され得る。この洗浄サイクルの間、以下の順序が続き得る：（１）入口ポート５４を通って容器５３に入る流れは、ポンプ２４を止めることにより、停止される；（２）容器５３は、排水弁１０９を開け弁１０８および８２を閉じることにより、一掃される；（３）容器５３は、入力１１３を通って、洗浄液（例えば、熱水とアルカリ液との組合せ）で満たされる；（４）弁８２および１０５が開かれる；（５）この洗浄液は、一定期間にわたって、膜分離システム１００を通って循環され、その一部は、弁１０５を通って透過水として出ていき、下水管２０に戻る；そして（６）弁８２が閉じられ、そして弁１０９が開かれて、この洗浄液を、タンク５２から、弁１０９、導管１１１を通って、下水管２０へとポンプ上げする。この洗浄サイクルに続いて、その起動手順は、弁１０８を開き弁１０５および１０９を閉じポンプ２４のスイッチを入れることにより開始され、新しい流体を、入口５４を通してタンク５２に入れ得る。
【００５１】
膜分離システム１００の分離特性は、この排水の沈降固形物、浮遊固形物および懸濁固形物の殆どが沈降性固形物分離器３２および気体浮遊分離システム５２で分離されたので、さらに効率的に使用できる。それに加えて、膜分離前に流れ中にオゾンを導入することにより、システム１００で起こり得る生物成長（これは、その効率に悪影響を与え得る）の形成を減らすことができる。
【００５２】
図１０を参照すると、フィルターシステム６５は、紫外線消毒システム８４と組み合わせて、そのフィルター素子として、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム１１２を含むことができる。バイオフィルターシステム１１２が存在しているとき、この再利用可能液状部分は、水産養殖のような用途で使用できるか、または地上水源に排出でき、ここでは、水中の窒素化合物が硝化されて生化学的酸素要求量が低くなることが重要であり得る。水産養殖用途には、その迅速な処理プロセスにより、水中の熱を維持できるようになる。水産養殖用途には、迅速な処理プロセスによって、水中の熱が維持できる。一般に、フィルター７８は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム１１２で置き換えられる。オゾンは、そのバイオフィルター媒体上のバイオフィルムを破壊し得るので、注入器ノズル７０を通る導管７４の流れには空気だけが許容される。空気は、システム５２内で浮遊分離用の気体を供給し、悪臭のひどい気体を追い出し、さらに、このバイオフィルターの好気性有機体に必要な酸素を供給する。このバイオフィルターシステムは、典型的には、オゾンに適合性ではない。適切なバックフラッシュ可能バイオフィルターシステムは、米国特許第５，２３２，５８６号および第５，４４５，７４０号（その内容は、本明細書中で参考として援用されている）に記述され、Ｂｕｂｂｌｅ　Ｗａｓｈｅｄ　Ｂｅａｄ　ＦｉｌｔｅｒｓおよびＰｒｏｐｅｌｌｅｒ　Ｗａｓｈｅｄ　Ｂｅａｄ　Ｆｉｌｔｅｒｓ（Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ，ＬｏｕｉｓｉａｎａのＡｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｌ．Ｌ．Ｃ．製）が挙げられる。この流れには、オゾンが注入されないので、消毒は、紫外線消毒システム８４により行われる。バイオフィルターシステムのバックフラッシュは、圧縮空気または電動プロペラによる重力を使用して達成され、その濾過媒体をかき混ぜ蓄積した物質をばらばらにし得る。このバイオフィルターシステムに対するバックフラッシュの頻度は、規則正しい操作間隔で実行できるか、または供給背圧の上昇により誘発できる。
【００５３】
図４および５の透過水処理システムを運転中、オゾン接触容器８６に含有される透過水は、気体注入器７０および紫外線消毒システム８４を通って循環され、その間、透過水には、オゾンが注入され、紫外線照射を受ける。オゾンガスは、この循環システムにより、接触容器８６へと運ばれ、この場所で、上昇し、入口８５から出口１０８へ反対方向でゆっくりと移動している新たな透過水と接触する。入口８５から出口１０８への液体の下向き流れは、泡の上向き流れに対向して、液体−泡の接触の持続時間および程度を高める。この透過水と接触している小さいオゾン泡はその透過水中の物質を酸化し、それにより、それを消毒し、一方臭気および色を除く。紫外線照射は、その照射と溶解したオゾンとの相互作用が過酸化水素および遊離ラジカル（これらは、さらに消毒し、臭気および色を除き、溶解した望ましくない有機物質（例えば、除草剤および殺虫剤中で見られる物質）を酸化する）を作り出しつつ、直接の殺菌照射で、この透過水をさらに消毒する。
【００５４】
沈降性固形物分離器３２および平衡現場洗浄容器（または気体浮遊分離システム）５２は、閉鎖環境を有し得る。これにより、悪臭のある気体がシステムを取り囲む環境に放出されるのを防止する。さらなる臭気抑制が、そのタンク中の上昇中の注入された泡６２から容器１０の空気層４０または容器５３の空気層４１へと圧力下で放出された過剰オゾンにより、行うことができる。このオゾンはまた、容器１０の空気層４０に浸透できる。このオゾンはまた、相互連絡している導管および固形物処理システム９２に浸透できる。このオゾン含有雰囲気は、さらに、例えば、この空気層内でＨ２Ｓ、メルカプタン類、および他の悪臭のひどい気体または有害な気体を酸化することにより、臭気を少なくできる。このオゾンとの化学反応は、これらの物質を脱臭し破壊するだけでなく、過剰なオゾンもまた使い尽くす。
【００５５】
このシステムにより生じた再利用可能液状部分は、実質的に透明で、無色無臭で、消毒されており、懸濁固形物を含み得ない。図１または７に描写したシステムを使用して回収した再生水は、灌漑、洗浄および冷却の用途に有益な属性を有し得る。例えば、この水は、有機形態の所望植物栄養分を含有でき、これらとしては、痕跡量のミネラル、およびアンモニアや尿素のような形態の窒素が挙げられ、これらは、次いで、土壌粒子に捕捉されて、植物が利用できる硝酸塩にゆっくりと変換され得る。それに加えて、この再生水は、洗浄剤（これは、重粘土土壌をより多孔性にし得る）および過酸化水素（これは、オゾン注入により作り出され、植物の根の健康状態および活動性を向上できる）を含有し得る。
【００５６】
その処理プロセスは、比較的に迅速であり得る。このシステムのサイズは、一部には、容器１０、５２および５３の寸法により決定でき、これは、その幅よりも高さがあり得、比較的に体積が小さいものであり得る。典型的な水保持時間は、容器１０内では約１５分間、そして容器５２または５３内では１０分間である。対して、生物学的処理システムは、４時間と数日間との間の水圧保持時間を有し得る。廃水は、表面タンク（これは、その廃水の熱価を維持でき、これは、その設備が加えたポンプ上げエネルギーにより補足され得る）内で、約３０分で処理できる。都市の廃水は、典型的には、６５〜７０°Ｆの温度であるので、その熱は、寒い月に、温室内で放出できる。それに加えて、図１〜２、４および７〜９のシステムは、物理的分離方法を使用するので、例えば、水が必要なとき、このシステムの断続的な使用が促進できる。生物学的精製方法を用いるシステムは、物理的システムよりも安定した操作条件を必要とし得る。
【００５７】
図２または８に描写したシステムは、小型であり得、非常に小さいフットプリントを有し、敷地が不足していて地価が高い開発済みの地域に配備するのに非常に実用的となる。それに加えて、これらの固形物は、下水管に戻されるので、固形物を高濃度に濃縮する必要性が少ない。従って、ポンプ４８は、図１または７のシステムにおけるよりも高いディーティサイクルで作動できる。
【００５８】
このシステムは、小型であり臭気や騒音の放出が少ないことから、人口の多い地域の近くに設置できる。近くに下水管がある限り、このシステムは、再生水が必要な場所（例えば、都市公園またはゴルフコース）の近くに設置できる。このシステムの属性により、より低い価格でより実用性が高い廃水再生利用が達成できる。
【００５９】
図６または１１を参照すると、固形物処理システム９２は、地下タンク１１４を含み、これは、住宅廃水の処理用の浄化槽に類似し得る。タンク１１４は、入口ポート１１６、バッフル１１８および導管１２０（これは、タンクの２つの閉じ込めゾーン間にある）、および出口ポート１２２を有する。入口ポート１１６は、重力により、沈降した固形物、気体、泡状物および浮遊性固形物（これらは、このシステムの他の部分で、導管４５および５０から、および導管８０のフィルターバックフラッシュから収集される）を受容する。タンク１１４の出力は、ポート１２２を通ってタンク２２に戻るように伝達される。
【００６０】
固形物処理システム９２または９４の操作は、浄化槽の操作と類似し得る。このシステムは、非加熱で未混合の嫌気性ダイジェスターとして作動できる。設計上、その流入液の固形分濃度は、１家族住宅用の典型的な浄化槽のものよりも５０〜１００倍まで高くできる。結果として、このタンク内での保持時間は、懸濁した固形物が相当な時間にわたって集塊し沈降できるように、長くできる。もし、例えば、２０軒の下水管を処理するのに、１０００ガロン保持の典型的な１家族用浄化槽を使用するなら、その保持時間は、約８〜１６日間となる。その沈降層とスカム層との間の清浄な空間内のタンク１１４の液体は、浸出領域ではなくシステムのタンク２２に戻すことができる。このような液体は、既に、条件的プロセスおよび無酸素プロセスの両方によって、部分的な分解を受ける。タンク１１４からタンク２２に戻った液体中に残っている溶解した特定物質の結末は、表１で要約するように、このシステムで使用される濾過の種類に依存して、異なる。
【００６１】
【表１】
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容器１０の空気層４０または４１に由来のオゾンガスは、固形物処理システム９２の空気層に入って、Ｈ２Ｓ、ＣＨ４および臭気を破壊できる。従来の浄化槽と同様に、そのタンク内の粗粒子および他の不活性残渣固形物は、例えば、ポンプトラックにより、定期的に除去され廃棄できる。
【００６２】
本発明の多数の実施態様が記述されている。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改良を行い得ることが分かる。例えば、都市廃水および公衆衛生廃水は、主な廃水源として供することができるものの、他の廃水源もまた適切であり、これらとしては、魚用のタンクおよび池、家畜の飼養場、食品加工工場、湖、川および小川が挙げられる。それに加えて、もし、純度の最も高い水が望ましいなら、この膜分離システムの後処理として、逆浸透法が使用できる。実施態様では、沈降固形物ポンプと併用して、グラインダーアセンブリが使用できる。さらに、他の固形物処理システム（例えば、加熱および混合嫌気性ダイジェスターまたは自熱好熱嫌気性ダイジェスター（ＡＴＡＤ））が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、固形物処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図２】
図２は、固形物残渣を下水管に運ぶためのリターンを含む水再生利用システムの概略図である。
【図３】
図３は、分離タンクの平面図である。
【図４】
図４は、オゾン処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図５】
図５は、透過水処理システムの概略図である。
【図６】
図６は、固形物処理システムの概略図である。
【図７】
図７は、固形物処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図８】
図８は、固形物残渣を下水管に運ぶためのリターンを含む水再生利用システムの概略図である。
【図９】
図９は、水再生利用システムの濾過部分および消毒部分の概略図であり、この濾過部分は、膜分離システムである。
【図１０】
図１０は、水再生利用システムの濾過部分および消毒部分の概略図であり、この濾過部分は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステムを含む。
【図１１】
図１１は、固形物処理システムの概略図である。
種々の図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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