(57)【要約】植物表面生物の濾過は、汚染水の生物的環境浄化を実行するための公知の方法である。本システム（１０）は、オゾン発生器（１８）によるオゾンなどの強い酸化剤を流入水や場合によっては流出水に加え、植物表面生物床（２４）中の目標培養物若しくは水生植物が有機的に結合した栄養素を利用できるようにして望ましくない微小無脊椎動物の個体数を減少させると共に、植物表面生物が有機的に結合した栄養素を利用できるようにすることにより上記方法を改良している。昆虫の個体数を抑えるために、農薬（Ｐ）を加えることもできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき水を、その中の望ましくない微生物の濃度を小さくするのに十分な量のオゾンにさらすステップ、及び付着した藻類のコロニー上に前記水を流して望ましくない物質をそこから除去するステップを含む水処理方法。
【請求項２】
水をオゾンにさらす前記ステップが、混合室と水域のうちの少なくとも１つにオゾンを注入するステップ、処理すべき水を混合室にポンプで送り込むステップ、及び処理すべき水と注入されたオゾンを混合するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
水をオゾンにさらす前記ステップの前に、空気を紫外線にさらすこととコロナ放電を作ることのうちの少なくとも１によってオゾンを発生させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
処理すべき水を、紫外線と音響エネルギーの少なくとも１つにさらすステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
水をオゾンにさらす前記ステップが、水を管の底端部に送り込み、管の底端部の付近にオゾンを注入し、そして管の頂端部に向かって上昇する間に水とオゾンを混合させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、水をオゾンによって処理するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、活性炭フィルターに水を通すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
殺虫剤、ピレスロイド又は天然の除虫菊からなる群から選択された農薬を藻類コロニーに加えて昆虫を抑えるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
バチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを含んだ農薬を藻類コロニーに加えて昆虫を抑えるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
バチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを培養するステップをさらに含み、また、農薬を藻類コロニーに加える前記ステップが、藻類コロニーの入口にバチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを実質的に連続して供給することからなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
水をオゾンにさらす前記ステップの前に、処理すべき水を水域から抽出するステップ；及び
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、処理された水を水域に戻すステップ
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
水をオゾンにさらす前記ステップが、水域を覆い、該水域にオゾンを注入することからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
水をオゾンにさらす前記ステップが、
水を水域から供給管にポンプで送り込み；
オゾンを供給管に注入し；そして
この水を藻類コロニーの入口端部に送る
ことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
オゾンを注入する前記ステップが、供給管に沿った複数の注入場所にてオゾンを注入することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、藻類コロニーから出てくる水を再循環させることによって、水をオゾンにさらす前記ステップと水を藻類コロニー上に流す前記ステップとを繰り返すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、藻類コロニーを採取するステップ、採取した藻類に農薬を加えるステップ、混合した藻類と農薬を日光にさらして解毒を行うステップ、及び解毒済みの混合した藻類と農薬を用いて別の藻類コロニーの基部を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記農薬が、天然の除虫菊、天然の胡椒、ニンニク、ニワトコ及びレモンセージからなる群から選択された１又は複数の農薬を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コロニーが基部に付着し、また、
水を藻類コロニー上に流す前記ステップに続いて、藻類コロニーを採取するステップ、コロニーの基部に農薬を加えるステップ、及び前記基部を解毒するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記農薬が、合成ピレスロイドと天然の除虫菊からなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
処理すべき水を、その中の望ましくない微生物の濃度を小さくし且つ利用可能な栄養素をそこから開放するのに十分な量のオゾンにさらすための手段；
オゾンにさらされた水から望ましくない物質を除去するための付着藻類のコロニー；及び
オゾンにさらされた水を、水をオゾンにさらす前記手段から前記藻類コロニーに送るための手段、
を備えた水処理システム。
【請求項２１】
水をオゾンにさらす前記手段が、
混合室、オゾンを混合室に注入するための手段、処理すべき水を混合室に送り込むためのポンプ、及び処理すべき水と注入されたオゾンを混合するための混合器
を備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
空気を紫外線にさらすための手段とコロナ放電を作るための手段のうちの少なくとも１つを含んだオゾン発生手段をさらに備えた、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
処理すべき水を、紫外線と音響エネルギーの少なくとも１つにさらすための手段をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
底端部と頂端部を有する管；
水を管の底端部に入れて頂端部に向けて上方に送るためのポンプ；
管の頂端部に向けてポンプで送られる間に水とオゾンを混合させるために、管の底端部付近にオゾンを注入するための手段
をさらに含む請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
藻類コロニーの下流にて水をオゾンにより処理するための手段をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
水を流す前記ステップに続いて、水を活性炭フィルターに通すステップをさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
殺虫剤、ピレスロイド又は天然の除虫菊からなる群から選択された農薬を藻類コロニーに加えて昆虫を抑えるための手段をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２８】
バチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを含む農薬を藻類コロニーに加えて昆虫を抑えるための手段をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２９】
バチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを培養する手段をさらに備え、また、農薬を加える前記手段が、藻類コロニーの入口にバチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンスを実質的に連続して供給するための手段を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
処理すべき水を水域から抽出するための手段；及び
藻類コロニーの下流にて、処理された水を水域に戻すための手段
をさらに備えた請求項２０に記載のシステム。
【請求項３１】
水をオゾンにさらす前記手段が、
水域上の覆い、及び
オゾンを水域に注入するための手段
を含む請求項２０に記載のシステム。
【請求項３２】
水をオゾンにさらす前記手段が、
入口端部と出口端部を有する供給管；
水を水域から抽出して供給管に入れ、抽出した水を藻類コロニーの入口端部にポンプで送るように配置されたポンプ；及び
オゾンを供給管に注入するための手段
を含む請求項２０に記載のシステム。
【請求項３３】
藻類コロニーから出てきた水を再循環させるために藻類コロニーの出口端部から水をオゾンにさらす前記手段に水を転送するための手段をさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３４】
処理すべき水にさらした後に藻類コロニーを採取するための手段、及び採取した藻類に農薬を加えるための手段をさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記農薬が、天然の除虫菊、天然の胡椒、ニンニク、ニワトコ及びレモンセージからなる群から選択された１又は複数の農薬を含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
藻類コロニーが付着した基部をさらに備え、また、藻類コロニーを採取するための手段、コロニーの基部に農薬を加えるための手段、及び基部を解毒するための手段をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３７】
前記農薬が、合成ピレスロイド及び天然の除虫菊からなる群から選択される、請求項３６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２００１年４月１９日付け提出の仮出願第６０／２８５，００１号、標題「植物表面生物濾過の前処理システム及び方法(Periphyton Filtration Pretreatment System and Method)」の優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
本発明は、水質を改良するためのシステム及び方法に関し、特に、付着した藻類コロニーにより水を生物的環境浄化するためのシステム及び方法、さらに特定すると、付着した藻類コロニーと協力して望ましくない毒素、微生物及び他の水中浮遊汚染物質に対して水を処理することに関する。
【背景技術】
【０００３】
藻類は、約１８，０００の異なる種が存在する植物群から成り、その主な栄養素は、植物の成長に必須の一組の微量元素だけでなく炭素、窒素及び燐を含む。
【０００４】
汚染された領域に対する生態系のバランスを回復する上で、廃水及び地下水からの汚染物質の除去が重要な問題となってきた。いくつかの藻類の種は重金属をそれらの細胞壁中に吸収できるので、環境への重金属の毒作用を低減することは公知である。藻類は、燐、カリウム、窒素、鉄、アルミニウム及びカルシウムのように過剰に存在し得る栄養素及び微量元素を吸収することもでき、よって生態系を修復するのに利用することができる。このような修復は、呼吸と光合成の結果としてプロセス中に二酸化炭素を吸収し酸素をも放出する固定の藻類上を水が流れる際に、行なわれ得る。さらに、ＰＦ（植物表面生物フィルター）上を通る水は、炭素の除去により、ｐＨが増加する。濾過は、吸着、吸収、物理的な捕獲、及び他のもっと複雑な手段により行なわれ得る。
【０００５】
この摂取を行うのに用いられるシステムは、植物表面生物フィルターとして知られている。この植物表面生物は、付着した微小藻類として周知の淡水、汽水及び／又は塩水の水生植物群の培養物(culture) を含む。浮遊性のプランクトンのような生物とは違って、底生生物又は付着した藻類は、様々な表面上で成長する着生植物の固定した群集である。流水の経路中に固定した藻類が存在する場合には、この固定藻類は、通過する水から栄養素及び他の化合物を取り除く一方、呼吸と光合成の結果によりＣＯ2 を吸収しＯ2 を放出する。一旦コロニーができると、根又は付着根がこの培養物の表面を覆う。もし植物本体が採取されて根を後に残すなら、植物本体に含まれる栄養素及び他の汚染物質が水から除去されて天然の濾過効果を生じる。
【０００６】
この技術のさらなる長所は、豊富な藻類を採取して魚や動物の飼料として使用でき、このことが食物連鎖に栄養素を戻すことに資することである。
【０００７】
植物表面生物フィルター（ＰＦ）は、様々な用途に使用できる可能性を有する。例えば、水槽中にて生物フィルター又はバクテリアフィルターの代わりに用いることができる。上述のように、天然の植物表面生物を用いて、汚染された水から栄養素及び他の汚染物質を除去することができる。加えて、藻類の塊を採取することにより、種々のプロセスを用いて例えばメタン若しくはエタノール、肥料、人間若しくは動物の食品添加物若しくは栄養補助食品、化粧品又は医薬品などのバイオマスエネルギー源を作ることができる。
【０００８】
繊維形状の藻類の高い生産性はまた、採取された藻類が木質繊維よりも強くて処理しやすいので、紙や紙製品の産業における用途をも作り出した。この能力により、水界生態系への人間の影響を管理する持続可能な方法が得られた。
【０００９】
植物表面生物フィルターは、場所、種形成、化学特性、及び他のパラメータを変えると水中において異なる挙動をする。時として、現場経験では、利用可能な栄養素の濃度が低いことに起因して生産性が弱く又は乏しくなった。主要な栄養素の一部が利用できないなら、植物表面生物フィルターは、実質的な沈殿(precipitation) と物理的な捕獲能力及び同時濾過特性を得るのに必要な臨界量に達しようと努めることが示された。特に、微小無脊椎動物及びそれらの卵の存在は、所望の植物表面生物を摂取することにより、及び藻類の糸状体の根又は付着根を食べることにより、植物表面生物濾過システムの成功を危うくし得る。
【００１０】
毒性シアノバクテリアは、毒素が環境中にて非常に永続的であり、藻類細胞の内側と外側の両方にて存在し得るという点において、特に厄介な濾過の課題をもたらす。水中に混合されたときのオゾンの強力な酸化効果により毒素含有水をオゾンにより処理することは周知であるが、オゾン処理された水の中の栄養素が利用可能になり、毒性藻類により再摂取される。
【００１１】
藻類芝(algal turf)を作る研究は当該技術において周知である。藻類芝の技術は、Adeyの米国特許第４，３３３，２６３号並びに本発明者の米国特許第５，１３１，８２０号、第５，５２７，４５６号、第５，５７３，６６９号、第５，５９１，３４１号、第５，８４６，４２３号及び第５，９８５，１４７号に開示されており、これらの開示内容をここで援用する。
【特許文献１】
米国特許第４，３３３，２６３号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，１３１，８２０号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，５２７，４５６号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，５７３，６６９号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，５９１，３４１号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，８４６，４２３号明細書
【特許文献７】
米国特許第５，９８５，１４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発明の概要
従って、本発明の目的は、植物表面生物濾過床と協力して水を前処理及び／又は後処理するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１３】
別の目的は、植物表面生物濾過床における望ましくない微小無脊椎動物の個体数を減らすための上記システム及び方法を提供することである。
【００１４】
さらなる目的は、採取された藻類塊の毒性レベルのみならず、流入水からの毒素を低減又は除去するための上記システム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的及びその他の目的は、本発明のシステム及び方法により達成される。本システムは、流入水(influent)、及びある場合には流出水(effluent)に強力な酸化剤を加えるための手段を含む。特定の実施態様では、水をオゾン処理することを伴う。水を処理する本方法は、処理が所望される水を、その中の望ましくない微生物の濃度を減じるのに十分な量のオゾンにさらすステップ、及び付着した藻類のコロニー上にこの水を流して、（限定する意図ではないが）栄養素などの望ましくない物質をそこから除去するステップを含む。
【００１６】
構成と操作方法の両方に関して本発明を特徴付ける特徴が、その別の目的と長所と共に、添付図面に関連して示される以下の記載からよく理解されるであろう。図面は説明のためのものであり、本発明を限定するものでないことを明確に理解されたい。本発明により達せられるこれらの目的とその他の目的、及び本発明が与える長所は、添付図面と共に以下の記載を読むと十分に明らかとなるであろう。
【００１７】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の第一の実施態様の概略図である。
図２は、本発明の第二の実施態様の概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
好ましい実施態様の詳細な説明
以下、本発明の好ましい実施態様の説明を図１及び図２に関して行う。
【００１９】
強力な酸化剤である不安定なＯ3 分子の特性ゆえに水を処理するのにオゾンを用いることは周知である。一般にオゾンは、例えば紫外線又はコロナ放電により発生される。オゾンは気体であるから、溶解又はばらばらになって小泡となって流入水及びある場合には流出水中の目標微生物と最適に接触しなければならない。最適な滞留時間は、処理される水中において粒子接触を最大化すべく実現されるべきである。これは、例えば混合室又は混合ポンプにより為し得る。
【００２０】
植物表面生物フィルターの場所が処理される水から一定距離だけ離れているならば、例えば水／オゾンの組合わせを撹拌する１以上の静的混合器によって供給ポンプ又は管入口の下流及び一般にはそれに隣接して混合が行われ得る。滞留時間は植物表面生物フィルターまでの移動時間に等しく、これは接触時間が十分となるように調べ得る。加えて、別の静的混合器及びオゾン注入地点を、植物表面生物フィルターへの経路に沿って配置して効果と効率を増大させることができる。
【００２１】
代わりの実施態様では、覆い付きの池を用いることができ、このような池の覆いは、最も高い場所にオゾン破壊ポートを有し、大気中に逃げる前にオゾンを捕まえる。水面下のタンクを用いて接触時間を延ばすことができ、このようなタンクは、水柱中にオゾンを最適に分散させるために高圧オゾン注入器をその底部に備える。
【００２２】
本発明は次の利点を与える。
・  オゾンはプランクトン様の藻類、バクテリア、及び湖水中の他の有機的に結合した粒子を分解し、それにより植物表面生物の使用及び同時成長のために栄養素が利用可能となる。
・  栄養素が利用可能となり植物表面生物によって取り除かれた後、毒性藻類が再成長する能力を制限することにより修復を実施するという状態下にて、水を元の水域又は別の水域に戻すことができる。
・  オゾンは、人間や他の動物に対して危険であると最近分かったシアノバクテリア（青−緑藻類）中に見いだされる特定の毒性化合物を壊す。無毒性化合物だけでなくこれらの毒性化合物も、（紙製品の産業などにおける産業的用途に成長した）糸状藻類により吸収可能である。
・  オゾンは微小無脊椎動物とそれらの卵の両方（これらは定着し、孵化し、所望の植物表面生物を摂取しつつ成長するので濾過の効果を低減させる）を壊す。
【００２３】
単独又はオゾンと共に用いて性能を強化する他の装置としては、当該技術において公知のプラズマ点火器や紫外光処理システムがある。
【００２４】
本発明の２つの実施態様を図１及び図２に概略的に示す。システム１０の第１の実施態様（図１）では、深水１１、浅水１２又は支流１３から水が管１４とポンプ１５〜１７によってそれぞれ取り込まれている。オゾン発生器１８は、処理の望まれる水が室２０内にてオゾンに接触できるように、オゾン注入装置１９にオゾンを提供する。別法として、上述したように、水中用のプラズマ点火器を使用できる。オゾン処理された水は、植物表面生物床２４の入口端部２３に水を分配する分配マニホールド２２に移送管２１を介して運ばれる。植物表面生物床２４は、水が下方に流れて出口端部２５に到達できるように傾斜している。次に、処理された水は、移送管システム２６中に集められて、水路２７に戻されるか、又は地下水の帯水層２９の飲料水処理システム２８に移送される。
【００２５】
システム３０の第２の実施態様（図２）では、流入水３１がポンプでオゾン分配管３２に送り込まれ、オゾン分配管３２には、オゾン発生器３３からのオゾンも注入される。オゾンにさらす前に、水は紫外線と音響エネルギー４３の少なくとも１つにさらされ得る。オゾン注入ディフューザ３４を通る通路に従って、水は移送管３５を介して進んで複数のオゾン接触室３６に入る。ここには３つ示されているが、これに限定されるものではない。十分にオゾン処理されると、水は放出管３７を介して出ていく。
【００２６】
上述した実施態様のどちらかでは、昆虫を抑えるために農薬を藻類コロニーに加えるさらなるステップを採用することができる。この農薬は、例えば殺虫剤、ピレスロイド、又は天然の除虫菊からなる群から選択し得る（ただし、これらに限定されるものではない）。
【００２７】
特定の実施態様では、この農薬は、バチルス・セレンジェンサス・イスラリオアンス（ＢＴＩ：bacillus therengensus isralioans）を含み得る。図１に示されたシステム１０、３０のどちらかにおけるさらなる要素が、ＢＴＩ培養システム４０を含み、ここでＢＴＩは実質的に連続して培養され又は必要に応じて培養され、また、植物表面生物床２４の入口２３に隣接した滴下ホース４２につながる管路４１を介して、ＢＴＩの連続的な滴下が行なわれる。
【００２８】
追加又は代わりの実施態様として、システム１０、３０の１以上の要素を解毒するためのさらなるシステム及び方法が考えられる。例（図１）として、当該技術において公知の手段により藻類コロニー２４をその基部４４から採取でき、また農薬Ｐを採取した藻類に加えて混合物２４' を形成することができる。この混合物２４' は、日光又は解毒作用を行う他の手段にさらされ、そしてすりつぶされて根覆い２４" を形成する。このような根覆いは、基部４４の上にて用いられて次の藻類コロニー２４を形成し得る。この農薬は、天然の除虫菊、天然の胡椒、ニンニク、ニワトコ、及びレモンセージからなる群から選択できる（ただしこれらに限定されるものではない）。
【００２９】
さらに、藻類コロニー２４は、当該技術において公知の手段により採取することができ、農薬Ｐは、水が流れていない基部４４に加えることができ、基部４４を解毒することができる。解毒のための十分な時間の後に、アルカリ溶液のような作用薬が、藻類コロニー２４上での水流を再開する前に加えられて農薬を解毒することができる。この場合、農薬は合成ピレスロイド又は天然の除虫菊の少なくとも１つを含み得る。
【００３０】
オゾンを導入する代わりの方法や処理水に対する代わりの酸化剤の使用を含めて、別の実施態様を考え得ることは、当業者には明らかである。
【００３１】
上述の記載において、簡潔、明瞭、及び理解のために特定の用語を用いてきたが、従来技術の要求を越えた不必要な限定を意味するものではない。これらの用語は、ここでの説明のために用いられているのであり、広く解釈されたい。また、ここに記載の装置の実施態様は例としてのものであり、本発明の範囲はその構成の厳密な詳細には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施態様の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施態様の概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０、３０    本システム
１１    深水
１２    浅水
１３    支流
１４    管
１５、１６、１７    ポンプ
１８、３３    オゾン発生器
１９    オゾン注入装置
２０    室
２１    移送管
２２    分配マニホールド
２３    入口端部
２４    植物表面生物床
２５    出口端部
２６    移送管システム
２７    水路
２８    飲料水処理システム
２９    帯水層
３１    流入水
３２    オゾン分配管
３４    オゾン注入ディフューザ
３５    移送管
３６    オゾン接触室
３７    放出管
４０    ＢＴＩ培養システム
４１    管路
４２    滴下ホース
４４    基部
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004532109.tif 000013
2004532109.tif 000014
2004532109.tif 000015
2004532109.tif 000016
2004532109.tif 000017
2004532109.tif 000018
2004532109.tif 000019
2004532109.tif 000020
2004532109.tif 000021
2004532109.tif 000022
【国際調査報告】
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