(57)【要約】【課題】汚染された水を処理する例示的なシステムおよび技術を提供すること。【解決手段】一例で、プラントまたはシステムは、汚染物質を含む流入水流を受け取り、結果の第１流出水流から汚染物質の少なくとも第１部分を分離するように動作する膜濾過機構を含む。このシステムは、第１流出水流を受け取り、結果の第２流出液流を作るために汚染物質の第２部分を含む廃液流を除去するように動作する反応性濾過機構をも含む。【選択図】図１
2007203292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質を含む流入水流（４２）を受け取り、得られる第１流出水流（３０６）から前記汚染物質の少なくとも第１部分を分離するように動作する膜濾過機構（３０２）と、
前記第１流出水流（３０６）を受け取り、得られる第２流出液流（５４）を作るために前記汚染物質の第２部分を含む廃液流（５６）を除去するように動作する反応性濾過機構（３０４）と
を含むことを特徴とするシステム（１０）。
【請求項２】
前記第１流出水流は、非可溶性の汚染物質より高い濃度の可溶性の汚染物質を含み、前記第２部分の大部分は、前記第１流出水流内で溶解される傾向のある形状の汚染物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記反応性濾過機構は、前記溶解した汚染物質のうちの少なくとも一部を、粒子形状の汚染物質に変換し、前記廃液流内の前記粒子形状の大部分を除去するように動作することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
反応性濾過プロセスからの前記廃液流の少なくとも一部を、前記膜濾過機構の上流の点で前記流入液流にリサイクルするように動作する機構をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記膜濾過機構によって受け取られる前記流入液流を生成する予備処理機構および二次処理機構をさらに含み、リサイクルするように動作する前記機構は、前記廃液流を前記予備処理機構の上流にリサイクルするように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記廃液流は、前記リサイクルの前の平均全システム汚染物質除去効率と比較して前記リサイクルの後の平均全システム汚染物質除去効率を高める金属塩残留物の源を提供することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記膜濾過機構での前記流入水流内の平均汚染物質濃度は、前記リサイクルが開始した後に低下することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記予備処理機構は、処理水から固形物を除去するように動作する一次浄化器機構を含み、前記廃液流は、前記一次浄化器機構の上流にリサイクルされ、ある量の前記リサイクルされる汚染物質が、前記低下した汚染物質濃度を引き起こすのに十分に、前記二次処理機構に向かって下流に継続する水から前記一次浄化器機構によって分離されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１部分の大部分は、前記流入水に溶解しない傾向のある化合物を含む汚染物質を含み、前記第２部分の大部分は、前記第１流出液流に溶解する傾向のある化合物を含む汚染物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記反応性濾過機構は、前記廃液流内に金属塩残留物を生成するのに十分な金属塩反応剤を前記第１流出水流に添加するように動作する機構を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
汚染物質を含む流入水流（４２）を受け取り、得られる第１流出水流（３０６）から前記汚染物質の少なくとも第１部分を分離するように動作する膜濾過機構（３０４）と、
前記第１流出水流（３０６）を受け取り、得られる第２流出液流（５４）から前記汚染物質の第２部分を含む廃液流（５６）を除去するように動作する反応性濾過機構（３０４）と、
前記廃液流（５６）内に金属塩残留物（６２）を生成するのに十分な金属塩反応剤（５２）を前記第１流出水流（３０６）に添加するように動作する機構（６２０）と
を含むことを特徴とするシステム（１０）。
【請求項１２】
前記反応性濾過機構は、金属塩反応剤を添加するように動作する前記機構を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
金属塩反応剤を添加するように動作する前記機構は、前記反応性濾過機構の予備反応器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
反応性濾過プロセスからの前記廃液流の少なくとも一部を、膜濾過設備の上流の点で前記流入液流にリサイクルするように動作する機構をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２流出液流内に残っている汚染物質の量は、リサイクルするように動作する前記機構が前記廃液流のリサイクルを開始した後に減少することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
汚染物質を含む流入水流（４２）を、得られる第１流出水流（３０６）から前記汚染物質の少なくとも第１部分を分離するように動作する膜濾過機構（３０２）に供給するステップと、
前記第１流出水流（３０６）を、得られる第２流出液流（５４）から前記汚染物質の第２部分を含む廃液流（５６）を除去するように動作する反応性濾過機構（３０４）に導くステップと、
反応性濾過プロセスからの前記廃液流（５６）の少なくとも一部を、前記膜濾過機構（３０２）の上流の点にリサイクルするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記導くステップは、前記第１流出水流を反応性濾過機構に導くことを含み、前記反応性濾過機構は、前記第１流出水流からのある濃度の前記汚染物質を前記廃液流へと濾過しながら、反応性濾材を概して継続的に再生することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２流出液流内の前記汚染物質の濃度は、前記リサイクルの後に減少することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記膜濾過機構での前記第１流出液流内の前記汚染物質の濃度は、前記リサイクルの後に減少することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２流出液流内の前記汚染物質の濃度は、前記リサイクルの後に減少することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
汚染された水の存在下で移動濾材濾過に金属塩反応剤（５２）を供給するステップと、
前記移動濾材濾過によって作られた廃液流（５６）を膜濾過機構（３０２）の上流に導入するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記導入するステップは、前記廃液流を前記移動濾材濾過の上流の点にリサイクルすることを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記導入するステップは、前記廃液流を、前記膜濾過機構で受け取られる第１流出水を作る予備処理機構または二次処理機構の上流にリサイクルすることを含み、前記膜濾過機構によって作られる第２流出水は、前記移動濾材濾過に導かれることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記供給するステップは、前記廃液流内に加水分解された金属塩を生成するのに十分な量の前記金属塩反応剤を供給することを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
廃水流および飲料水流などの水流から汚染物質を除去するさまざまな技術が知られている。しかし、これらの技術は、しばしば、使用するのに非経済的であり、および／または所望の有効性を欠いている。
【０００２】
【特許文献１】米国特許第５８４３３０８号明細書
【特許文献２】米国特許第６４２６００５号明細書
【特許文献３】米国特許仮出願第１０／８５３４７２号明細書
【非特許文献１】ＲＣＲＡ  ４２  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  ｓ／ｓ  ６９０１
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
汚染された水を処理する代表的なシステム、方法、および技術を説明する。一例において、プラントまたはシステムは、汚染物質を含む流入水流を受け取り、結果の第１流出水流から汚染物質の少なくとも第１部分を分離するように動作する膜濾過機構を含む。また、このシステムは、第１流出水流を受け取り、結果の第２流出流を生じるために汚染物質の第２部分を含む廃液流を除去するように動作する反応性濾過機構をも含む。
【０００４】
説明される実施形態の特徴および利点は、添付図面と共に次の説明を参照することによってよりたやすく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
概要
本願は、廃液流から汚染物質を除去するのに反応性濾過機構と膜濾過機構の両方を使用する水処理の技術およびシステムに関する。説明されるシステムおよび技術は、比較的高い動作の頑健性およびシステム安定性を提供しながら、使用および保守が比較的経済的である。たとえば、さまざまな実施態様は、リン、ヒ素、セレン、金属、および／または他の汚染物質を水または廃水から除去する経済的なプロセスを提供する。これらの態様のうちの少なくともいくつかは、所望により、結果の流出水内の汚染物質濃度を非常に低いレベル（たとえば、２〜３ｐｐｂ（ｐｅｒｔｓ  ｐｅｒ  ｂｉｌｌｉｏｎ））まで下げることができる。説明される概念は、新しい水処理システムで実施でき、あるいは、既存の水処理システムに都合よく適用することができる。
【０００６】
説明される実施態様には、汚染物質を水または水流から除去するための、膜濾過と反応性濾過の両方が含まれる。１つの事例は、膜濾過を使用して、汚染物質の一部を結果の流出水流から分離する。この膜濾過から、流出水流が、反応性濾過を通過することができる。反応性濾過は、膜濾過に対して相補的な形で機能して、汚染物質の第２部分を水から廃液流に除去することができる。たとえば、いくつかのシナリオで、膜濾過は、汚染物質を廃水から除去することができ、その結果、汚染物質の約２０ｐｐｂが、結果の流出液に残るようになる。反応性濾過が、膜によって作られた流出液に適用される時に、汚染物質濃度を、約２〜４ｐｐｂ未満にさらに減らすことができ、残りの汚染物質は、粒子形状になる傾向がある。さらに、しばしば、膜濾過の後に残る２０ｐｐｂの汚染物質は、可溶性の形状になる傾向がある。反応性濾過は、非常に低い汚染物質濃度を達成するためにこれらの可溶性汚染物質形を除去することにおいて特に効果的である。
【０００７】
いくつかの事例で、膜濾過から上流の水へ、廃液流の一部またはすべてをリサイクルすることにより、その後、廃液流リサイクルが開始される前の反応性濾過を出る水流内の汚染物質濃度に比べて全体的システム性能を高めることができる。
【０００８】
代表的システム
図１〜３は、活性濾過と膜濾過の両方を使用することによって廃水を処理する第１の例示的なプラントまたはシステムに関する。図１は、さまざまなプラント構成要素の全般的な例証を提供する。図２〜３は、２つの異なる実施形態による、図１で導入された特定の構成要素のより詳細な図を提供する。
【０００９】
本願の実施形態は、水または廃水の処理において効果的である。本明細書で使用される「水」または「廃水」は、処理されるすべての水を意味する。水は、必ずしも激しく汚染された水ではなく、リン、ヒ素、および／または他の汚染物質（有機、無機、生物学的、または放射線学的）などの微量の１つまたは複数の汚染物質だけを含む場合がある。
【００１０】
図１に、流入水２０が予備および／または一次処理プロセス３０を用いて処理される廃水処理プラント１０を示す。次に、水は、二次処理プロセス４０に進み、二次処理プロセス４０は、流出水４２を生じる。水処理業界では、「二次処理」は、通常、一次処理の有無にかかわりなく、廃水処理プロセスの生物学的部分を指し、したがって、「二次浄化器」が、一連のプロセス内の最初の浄化器である場合がある。流出水４２は、その後、さらなる処理のために三次および／または高度処理５０に達する。説明される構成のうちのいくつかで、下記でより詳細に説明するように、塩化第二鉄などの金属塩反応剤５２が、反応性濾過プロセスの一部として三次または高度処理５０中に添加される。
【００１１】
高度処理５０は、流出水５４を廃棄された排出物または廃棄物５６から分離するように働く。流出水５４は、殺菌および／または排出６０に移る。いくつかの実施態様で、廃棄物５６は、このプラントの処理のより前の点にリサイクルされる。この例では、廃棄物５６は、この処理プラントの前側にリサイクルされる、すなわち、流入水２０と組み合わされる。他の例では、廃棄物を、高度処理５０の上流の、該プラント内の中間点にリサイクルすることができる。廃棄物５６には、金属塩残留物６２が含まれる可能性がある。金属塩残留物６２およびリサイクルプロセスは、下記でより詳細に説明する。
【００１２】
プラント１０は、予備および／または一次処理プロセス３０から廃棄材料７０を除去してもよい。該プラントは、二次処理プロセス４０からの汚泥を処理する汚泥処理施設８０を有することもできる。汚泥処理施設８０は、予備および／または一次処理３０からの汚泥と三次および／または高度処理５０からの汚泥とを処理してもよい。汚泥処理施設８０からの固形物１００を、濾液１０５から分離することができる。濾液１０５は、プラント１０の前側に導いて戻すことができる。濾液１０５は、プラント１０の前側にリサイクルされる前に、金属塩残留物６２を含む廃棄物５６と組み合わせても組み合わせなくてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、予備および／または一次処理プロセス３０は、任意のヘッドワーク（ｈｅａｄｗｏｒｋ）、またはスクリーニング、バーラック（ｂａｒ  ｒａｃｋ）、コミニュータ（ｃｏｍｍｉｎｕｔｏｒ）、沈砂除去、沈降タンク、浮上分離、および一次浄化などの単一のもしくは組み合わされた予備もしくは一次処理プロセスを含むか、予備処理または一次処理を含まない。本明細書で使用される「予備および／または一次処理」は、これらの同一の、単一のまたは組み合わされたプロセスのすべてを含む。
【００１４】
他の実施形態では、二次処理プロセス４０は、好気性または嫌気性の浮遊増殖（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ−ｇｒｏｗｔｈ）変形、好気性または嫌気性の付着増殖（ａｔｔａｃｈｅｄ−ｇｒｏｗｔｈ）変形、生物学的栄養塩除去変形、ラグーンシステム（ｌａｇｏｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）、セプティックシステム（ｓｅｐｔｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ）、物理化学システム、化学酸化、高度酸化（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、膜濾過、または膜バイオリアクタを含むすべての形の二次処理として現れてもよい。産業廃液流の処理などのいくつかの応用例において、二次処理または生物学的処理がなくてもよい。本明細書で使用される「二次処理」には、これらの同一の、単一のまたは組み合わされたプロセスのすべてが含まれる。簡潔にするために、一次処理プロセス３０および二次処理プロセス４０の単一の構成だけを示す。しかし、当業者は、本明細書で提示される議論から、それぞれプラント１０の予備および／または一次処理３０ならびに／あるいは二次処理４０に関する概して指定された処理部１２０が、本発明の概念のさまざまな実施形態と一貫してたやすく変更されかつ／または除去されることを認めるに違いない。たとえば、いくつかの実施態様は、処理部１２０を完全に除去し、流入水２０を三次および／または高度処理プロセス５０に直接に供給することができる。
【００１５】
上記で述べたように、金属塩反応剤５２は、下で図４〜５に関してより詳細に説明するように、三次および／または高度処理プロセス５０の一部として導入される。他の実施形態では、金属のもう１つの源が、このプロセスに追加されるか、このプロセス内に保持される。たとえば、金属を含む媒体を、下でより詳細に説明する反応性濾過処理内など、プラント１０内で使用することができる。追加される媒体は、ゼロ価金属、針鉄鉱、磁鉄鉱、酸化鉄、非晶質酸化鉄、粒状水酸化第二鉄、粒状酸化第二鉄、酸化鉄コーティングされた砂などの材料、または電気的に生成された鉄もしくは他の金属溶液という形のうちの、１つまたは複数の形の金属を含むことができる。他の実施形態では、流入水２０の鉄または他の金属の含量が、金属塩反応剤として使用される。
【００１６】
三次および／または高度処理プロセス５０からの廃棄物５６には、事前に加水分解された金属塩の形とすることができる金属塩残留物６２が含まれる。本明細書で使用される「事前に加水分解された金属塩」は、三次および／または高度水処理方法によって生成された、あるいは金属塩反応剤もしくは他の金属源を流入水以外の水源と混合することによって作製された、任意の金属塩残留物または廃棄物材料を意味する。流入水２０へなど、プラント１０においてより早い点への金属塩残留物６２を含む廃棄物５６の一部またはすべてをリサイクルすることは、プラントの汚染物質除去効率のかなりの向上につながる可能性がある。たとえば、流出水５４（および／または流出水４２）内の汚染物質の濃度を、金属塩残留物リサイクルプロセスの開始の後に減らすことができる。いくつかの例で、金属塩残留物リサイクルと流出液５４内の最小汚染物質濃度との間のラグタイムが経験される場合がある。このラグタイムは、固形物保持に関連すると思われる。いくつかの例で、このラグタイムは、非常に短い（すなわち、１日未満）可能性があるが、他の例では、数日から数週間のラグタイムが、金属塩残留物６２のリサイクルの開始後、最小汚染物質濃度が流出水５４内で実現される前に経験される可能性がある。
【００１７】
図２に、プラント１０の三次および／または高度処理プロセス５０の実施態様をより詳細に示す。この構成では、三次および／または高度処理５０は、反応性濾過と膜濾過の組合せを含む。
【００１８】
図２に示された構成では、反応性濾過は、２つの反応性濾過機構２０２Ａおよび２０２Ｂと膜濾過機構２０４とを介して達成される。この実施形態は、直列で使用される２つの反応性濾過機構２０２Ａおよび２０２Ｂを利用するが、他の実施形態は、単一の反応性濾過機構または３つより多い反応性濾過機構を利用することができる。図示された直列構成の代わりにまたはこれに加えて、反応性濾過機構を、並列の形で使用することができ、かつ／または、とりわけプラントの水分量要件および汚染物質除去効率要件に応じて並列と直列の間で調整してもよい。
【００１９】
膜濾過を利用して、粒子を除外すると同時に浄水が膜を通過できるようにすることによって、水または廃水内の粒子およびコロイド状物質の量を減らすことができる。膜濾過には、精密濾過（ＭＦ）、限外濾過（ＵＦ）、ナノ濾過（ＮＦ）、逆浸透（ＲＯ）、透析、および電気透析（ＥＤ）が含まれる。膜プロセスは、とりわけ、膜材料、分離の推進力、実際の分離機構、および除外される粒子のサイズを含む多数の方法で分類することができる。本明細書では、「膜」は、これらの形のいずれかまたはすべてを指す。布フィルタおよび繊維フィルタによる濾過も、粒子のかなりの部分を除去することができ、本明細書では用語「膜」が使用される場合に含まれる。廃水処理では、膜システムを、膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）活性汚泥プロセス内などの生物学的処理と組み合わせることができる。したがって、本明細書において、膜濾過には、ＭＢＲも含まれる。
【００２０】
現在の構成では、流入水２０は、流出水４２を作るために処理部１２０に供給される。流出水４２は、反応性濾過機構２０２Ａに供給される。いくつかの事例において、流出水４２の一部だけが、三次および／または高度処理５０に送られる。たとえば、いくつかの情況で、二次流出液流れ全体が、全体的な必要な流出液汚染物質濃度を達成するためにプラント１０のさらなる処理を必要としない場合がある。そのようなシナリオでは、処理部１２０からの流出液４２の他の部分は、三次および／または高度処理５０を迂回し、殺菌および／または排出６０に直接に進む。三次および／または高度処理５０からの流出液５４は、殺菌および／または排出６０に直接に進んでもよく、あるいは、処理部１２０からの流出液４２と組み合わされてもよい。
【００２１】
反応性濾過機構２０２Ａは、金属塩反応剤５２を利用して流出水４２から汚染物質を分離して、水２０８を作るように機能する。分離された汚染物質は、廃棄物５６Ａの構成要素として除去される。水２０８は、反応性濾過機構２０２Ｂに送られる。反応性濾過機構２０２Ｂは、さらなる汚染物質を廃棄物５６Ｂとして除去して、水２１２を作るように働く。水２１２は、膜濾過機構２０４に導かれ、膜濾過機構２０４は、さらなる汚染物質除去をもたらし、水５４を作る。
【００２２】
この構成では、反応性濾過機構２０２Ａおよび２０２Ｂにより、以前の高度な処理技術に比べ高められた汚染物質除去が提供される。したがって、水２１２は、膜濾過機構によってもたらされる時に従来可能であったものより低い汚染物質濃度および／または固形物レベルを有することができる。膜濾過は、低濃度まで汚染物質を理論的に除去することに関して高く評価されている。しかし、現場では、膜濾過の運転コストおよび維持コストは、濾過される水が高い固形物濃度を有する場合に大幅に高くなる。したがって、膜濾過は、従来、膜濾過機構で受け取られる水内の汚染物質濃度を減らすために、プラント内の最終プロセスとして適用されてきた。しかし、従来のシナリオでは、実践がさほど成功しておらず、膜濾過機構に供給される水に残っている比較的高い汚染物質レベルおよび／または固形物レベルにより、実際の現場のシナリオでの膜濾過プロセスコストが事実上極端に高くされる可能性がある。たとえば、化学的凝結が、膜濾過と組み合わせて試行されてきたが、膜交換コストに関して比較的印象的でない結果を有したことを考慮されたい。化学的凝結は、低いレベルの可溶性汚染物質に対して比較的効果的であるために大量の化学的投与を必要とし、なおかつ反応性濾過を用いて可能な極端に低いレベルに達しない場合があると思われる。さらに、膜の前での薬品添加は、有効な膜寿命を減少させ、これによって運転コストおよび維持コストを増やす。他方、反応性濾過は、汚染物質濃度および／または固形物濃度を減らすのに非常に効果的なので、後続の膜濾過は、従来遭遇されたものより比較的少ない保守で比較的長い期間の間動作することができる。
【００２３】
たとえば、０．７８０ｍｇ／Ｌ  Ｐの全リン濃度を有する二次浄化器流出廃水において、反応性濾過は、全リンを０．０６１ｍｇ／Ｌ  Ｐまで下げることが示されている。同一の試験で、オルト−ホスフェート成分は、０．５２９ｍｇ／Ｌ  Ｐから不検出または＜０．０１０ｍｇ／Ｌ  Ｐまで下げられた。これは、残りのリンが、少なくともこの事例において、主に粒子形からなることを示唆する。したがって、極端に低い全リン濃度を、膜濾過によって粒子部分を除去することによって達成することができる。
【００２４】
要約すると、反応性濾過プロセスは、高い比率の懸濁固形物を除去して、比較的きれいな水を作り、それが膜濾過機構に送られる。比較的きれいな水は、効果的に膜の動作寿命を延ばす。したがって、膜濾過の前に反応性濾過を使用することによって、従来技術に比べて優れた全プラント汚染物質除去効率がもたらされる。
【００２５】
図３に、プラント１０の三次および／または高度処理プロセス５０のもう１つの実施形態を示す。この事例では、高度処理５０は、膜濾過機構３０２および反応性濾過機構３０４を含む。流入水２０は、流出水４２を作るために処理部１２０に供給される。流出水４２は、膜濾過機構３０２に供給される。また、金属塩反応剤５２を、膜濾過機構３０２に添加してもよい。この金属塩反応剤添加は、化学的投与を介するものであってもよく、あるいは、廃棄物（５６）のリサイクルから生じるものであってもよい。膜濾過機構は、汚染物質を除去して、水３０６を作り、水３０６は、さらなる汚染物質除去のために反応性濾過機構３０４に供給される。
【００２６】
反応性濾過機構３０４は、廃棄物５６を除去して水５４を作る。廃棄物５６は、金属塩残留物６２を含むことができる。廃棄物の一部またはすべてを、膜濾過機構３０２の上流の点にリサイクルすることができる。図示された構成において、廃棄物は、流入水２０にリサイクルされる。そのようなリサイクルプロセスは、膜濾過機構３０２で経験される汚染物質レベルおよび／または固形物レベルを高め、これによって水５４（または水４２）の汚染物質濃度を最終的に高め、かつ／あるいは他の形で全体的なプラント水処理速度を悪化させるであろうと思われるが、実際にはそうではない。実際には、この廃棄物５６およびそれに関連する金属塩残留物６２のリサイクルは、最終的に、全体的なプラント汚染物質除去効率および／または水処理速度を高め、水５４（または水４２）の汚染物質濃度を下げることができる。高められた効率の１つの説明は、流入水２０に含まれる、より高い濃度の固形物および／または汚染物質が、金属塩残留物リサイクルプロセスが実施される時に処理部１２０によって固形物１００として実際に捕獲されることである。
【００２７】
少なくともいくつかの事例で、膜濾過と反応性濾過の両方を使用することは、汚染物質レベルを効果的に下げるために相補的な形で働くと思われる。たとえば、リサイクルされる金属塩残留物６２により、膜濾過機構３０２が経験する固形物負荷が減らされると思われる。この減らされた固形物負荷により、膜濾過機構の機能性が高められる。それゆえ、膜濾過機構３０２は、濾過される水から、比較的高い比率の汚染物質を効率的に除去することができる。膜濾過機構３０２は、汚染物質が水流４２内に粒子もしくはコロイド形状または化合物で見出される場合に、特に効果的な汚染物質除去を提供することができる。反応性濾過機構３０４は、反応性濾過機構が膜濾過機構３０２の後に残る傾向がある複数の形の汚染物質の除去に特に効果的になり得るという点で、膜濾過機構３０２に対して相補的な形で機能することができる。たとえば、反応性濾過機構３０４は、汚染物質が、水流内で溶けたままになりがちな形状である場合など、可溶性の汚染物質の除去に特に効果的になり得る。反応性濾過機構３０４は、これらの汚染物質を、金属塩残留物６２と一緒に廃棄物５６の廃液流に除去する。廃棄物、汚染物質、および金属塩残留物は、固形物除去機構を有する処理プロセスの上流にリサイクルされ、この固形物除去機構によって、汚染物質が固形物１００に除去され、これによって、膜濾過機構３０２が経験する汚染物質負荷が減る。
【００２８】
上で述べたリサイクルプロセスの一例は、鉄を含む金属塩反応剤５２を利用し、この金属塩反応剤５２は、その後、鉄を含む金属塩残留物６２としてリサイクルされる。鉄を含む金属塩反応剤は、反応性濾過処理プロセス３０４を通過した後にさまざまな誘導体金属塩残留物６２を廃棄物５６内で同定できるのに十分な濃度で添加される。たとえば、金属塩残留物６２は、さらなる未使用の吸着力を有することができる含水酸化第二鉄および／または他の鉄を含む粒子を含みうる。これらの粒子は、流入水２０などの処理される水からリン、ヒ素、または他の汚染物質を吸収するために膜濾過機構３０２の上流にリサイクルすることができる。そこで、膜濾過機構３０２は、粒子状物質を取り除き、反応性濾過プロセス中に除去された汚染物質と、膜の前側で吸収されたさらなる汚染物質との両方を保持することとなる。これによって、水処理結果または廃水処理結果が改善され、反応性濾過処理３０４用の別々の廃棄物処理システムの必要も否定される。反応性濾過機構３０４からの廃棄物５６廃棄流も、浄化器、フィルタ、または膜などの固形物分離を含むすべての処理ステップの前など、反応性濾過機構の前または後のいずれかの、処理プラント１０内の別の有益な点にリサイクルし、あるいは導入することができる。
【００２９】
さらに、図３に示された構成は、プラントに既に膜濾過処理または膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）処理が含まれるシナリオに役立つ。反応性濾過プロセスは、膜からの流出液で遭遇する可能性があるものなど、その流入液内の懸濁した固形物および／または粒子がより少なければ少ないほど、より効率的に動作する傾向がある。膜が粒子状物質を除去した後に、反応性濾過プロセスを、比較的小さいプラント変更により追加して、膜濾過から水を受け取り、可溶性汚染物質部分を除去することができる。言い換えると、反応性濾過プロセスは、ほとんど可溶性の汚染物質を含む膜の流出水を受け取り、これらの汚染物質を、その後、反応性濾過廃液流内で除去される非可溶性の形に変換することができる。この構成により、膜システムの前で必要な化学薬品のより少ない、膜システムのより安定した動作と、より少ない懸濁固形物濃度を有する水を供給される反応性濾過プロセスのより安定した動作とが可能となるであろう。
【００３０】
いくつかの実施形態で、殺菌プロセスを、三次および／または高度処理プロセス５０の前、その間、またはその後に適用することができる。これらの殺菌プロセスは、塩素処理、紫外線（ＵＶ）処理、オゾン処理、または他の殺菌プロセスもしくは高度酸化プロセスを含んでもよい。また、殺菌プロセスがない場合もある。オゾン処理を利用する１つのそのような例を、下記で図４〜５に関して説明する。三次および／または高度処理プロセスから廃水処理の初期段階にリサイクルされる残留廃液流の追加の酸化容量により、廃水処理に使用される物理プロセス、化学プロセス、および／または微生物プロセスが援助されうる。
【００３１】
他の実施形態では、窒素濃度を低下させることを、本願のプロセスと同時に水処理プラント内１０で達成することができる。たとえば、脱窒を、リン除去中に行えるものなど、リサイクル用の金属塩残留物の生成と同時に、三次および／または高度処理で達成することができる。
【００３２】
代表的な反応性濾過
図４〜５に、図１〜３に関して説明したものなどの代表的なシステムで使用できる反応性濾過処理プロセスの具体例を示す。
【００３３】
図４に、図１〜３に関して上記で説明した反応性濾過の概念など、本発明の概念の実施形態を実施するのに使用できる移動床粒子放射状反応性濾過システム４１０を示す。図４を参照すると、廃水は、入口管４１４を介して、垂直に向けられた円筒形の処理容器４１２に流れる。容器４１２には、濾過室４１６、ステム４１８、および膨張重力沈下室４２０が含まれる。濾過室４１６には、砂床４２２、酸化鉄コーティングされた砂、砂および鉄の細粒などのさまざまな鉄を含む化合物でコーティングされた砂、または別の適切な濾材が含まれる。入口管４１４は、下に濾過室４１６へと延びる。廃水は、入口管４１４の穴のあいた下側部分４２４に沿って砂４２２内に排出される。処理された水は、濾過室４１６から穴のあいた外周部４２６を介してスリーブ４２８に流れ、引出管４３０を介して容器４１２から取り出される。入口管４１４の下側部分４２４と濾過室４１６の外周部４２６との穴あけは、砂がこれらの穴あけを通過するのを防ぐために、必要に応じて網がつけられる。
【００３４】
容器４１２の比較的狭いステム４１８は、濾過室４１６を膨張室４２０に接続する。汚泥除去ポート４３２は、膨張室４２０の最下部の近くに配置される。再循環管４３４は、濾過室４１６の最下部から膨張室４２０の最上部まで延びる。空気圧縮機４３６は、濾過室４１６の最下部で再循環管４３４に空気をポンピングすることにより、空気、水、砂、および濾過された粒子は容器４１２を通る反時計回りの動きを引き起こされる。フラッパ弁などの逆流防止器４３８は、再循環管４３４内の物質が圧縮機４３６に逆流するのを防ぐ。再循環管４３４上の流量制御弁４３９、サンプリング管４４０、サンプリング弁４４２、および掃除口（ｃｌｅａｎ−ｏｕｔ）４４３、ならびにステム４１８内のサイトグラス４４４は、必要または望ましい場合に設けることができる。
【００３５】
運転中に、入口管４１４を介して濾過室４１６にポンピングされた廃水は、半径方向に砂４２２を介してスリーブ４２８に入り、処理済みの水として引出管４３０に流れ出る。砂４２２は、重力の影響の下で、容器４１２を通って一般に継続的に下に移動する。使用済みの砂および水の曝気された混合物が、濾過室４１６の最下部から上へ、膨張室４２０へ、再循環管４３４を介して、廃水から除去された汚染物質と一緒に流れる。空気は、このシステムの加圧を防ぐために膨張室４２０の最上部から大気に排出される。砂４２２内の水の圧力ヘッドは、処理済みの水の一部が濾過室４１６から上にステム４１８を介して膨張室４２０に流れて、膨張室４２０に戻る使用済み砂粒子から汚染物を洗い落とすように保たれる。この洗浄水は、現在は、砂より密でない傾向がある高濃度の汚染物質を担持しながら、室４２２から除去され、汚泥除去ポート４３２を介して流れ出る。１つの運転で、濾過用の砂床の最上部は、フィルタ室４１６の高さの３／４である。膨張室４２０および狭いステム４１８には、まず砂４２２の最下部に移動され、管４３４を介して膨張室４２０内にある水に循環される濾過された粒子を含む希釈された砂および水の混合物が含まれる。１つの事例で、入口管４１４と、出口４３０および４３２と、再循環管４３４とでの水の流れを、汚染物質を担持する入口水のうちの５〜１０％の割合が、汚泥除去ポート４３２を介して排出されるように、釣り合わせることが出来る。
【００３６】
いくつかの実施形態で、図４のシステムを使用して、廃水の入ってくる流れから汚染物質を濾過するプロセスを実施すると同時に、酸化鉄がコーティングされた砂床および／または他の鉄を含む化合物がコーティングされた砂床を継続的に再生することができる。このプロセスは、濾過によっておよび／または吸着によってなど、汚染物質を除去する反応性濾材を作成し、利用する。反応性濾材は、吸着などの化学プロセスを介して廃水から汚染物質を除去する付加的能力を有する任意の濾材である。たとえば、酸化鉄がコーティングされた砂床は、反応性濾材であり、水から汚染物質をスクリーニングし、砂の細粒の反応性表面が、水から汚染物質を吸着する。一実施形態において、砂床４２２の１０〜３０体積パーセントの比率の鉄金属細粒は、腐食性の鉄金属の固相反応性表面ならびに、濾床内の砂と反応して反応性酸化鉄コーティングされた砂および／または他の鉄を含む化合物を作成し、汚染物質と相互作用する、Ｆｅ（ＩＩ）の塩およびＦｅ（ＩＩＩ）の塩などの溶解した鉄の源を提供する。鉄金属および砂の混合物を有する水溶液の還元性が強い性質は、汚染された水に溶解した有機溶剤の還元分解など、化学反応に有用である可能性がある。標準水素電極に対して−２００ｍＶ未満の還元電位を、３０％鉄：砂混合物について観察することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、濾材に反応性表面を作成することができる反応剤が、ターゲット汚染物質に関して５：１から２００：１などのモル比で廃水の入ってくる流れに添加される。可溶性のマンガン、アルミニウム、または亜鉛および銅などの他の金属により、適切な反応剤をもたらすことが期待される一方、鉄は、一般に、さまざまな汚染物質との証明された反応性および水処理での現在の幅広い使用に起因して、反応剤として使用される。たとえば、塩化第二鉄は、リンまたはヒ素がターゲット汚染物質である時の代表的な反応剤である。処理のターゲットにされるどの特定の水にも、添加される活性反応剤の代替反応経路および競合する反応経路がある可能性がある。これらの経路は、廃水内の特定の水の化学的性質の結果である。たとえば、高濃度の溶解したカルボナートまたはホスフェートを有する廃水は、ヒ素などのターゲット汚染物質と競争して、添加された鉄塩と反応することがある。フィールドスタディでの水ヒ素に対するＦｅ（ＩＩＩ）のモル比は、１００：１を超えていた。これらの調査では、パイロットスケール運転で毎分１０ガロンの速度で処理し、飲用の源水でのヒ素の入口濃度は、約４０ｐｐｂから５ｐｐｂ未満に減らされた。しかし、他の水タイプは、より少ない代替競合反応経路を有する場合がある。いくつかの実施態様をフィールドテストして、特定の処理環境に関する最適モル比を判定し、酸化鉄によってコーティングされた砂を形成するのに十分に過剰な反応剤が反応性砂表面に供給されることを保証することができる。さらに別の実施態様では、金属塩反応剤および／またはその誘導体によって砂をコーティングするのに十分な量に基づいて金属塩反応剤を投与してもよく、あるいは、総懸濁固形物対全溶解固形物比（ＴＳＳ／ＴＤＳ）と一致するように投与してもよい。最適に近い反応剤投与率を計算することにより、さらに、得られる流出液内に大量の過剰反応剤を有することから起因する反応剤コストおよびプロセスコストを減らすことができる。
【００３８】
溶解したリンおよび懸濁したリンの除去において、フィールドスタディにより、大流量低濃度除去の成功は、このプロセスにおいては５：１から４０：１までの鉄対リンモル比で発生することが実証された。実際の反応剤投与を、完全に近い溶液反応およびすべての競合反応経路の飽和を保証し、溶液内の残留鉄が砂床と反応することを可能にするように最適化されることが有利である可能性がある。リンで汚染された試験廃水のいくつかで、条件の正しいバランスの最適化によって、８：１の鉄対リンの比が生じる。金属塩反応剤、この例では塩化第二鉄は、砂の表面と反応して、他の化合物の中でも、酸化鉄でコーティングされた砂（ＩＯＣＳ）および／または水和した鉄でコーティングされた砂（ｈｙｄｒｏｕｓ  ｆｅｒｒｉｃ  ｃｏａｔｅｄ  ｓａｎｄ）を形成する。ＩＯＣＳは、水が運ぶリンおよびヒ素などの汚染物質の固定相除去経路を提供する。廃水内の汚染物質は、高効率の収着除去およびイオン交換除去に対して「固定」（ゆっくり移動する）ＩＯＣＳ床上の「移動」相として曝露される。移動する砂の物理的作用により、砂細粒の表面は摩滅され、追加の鉄塩および水汚染物質の反応の活性点が再生される。したがって、汚染物質と結合するための再生された反応部位は、流れる水に継続的に提示される。摩滅された砂−鉄−汚染物質固形物は、砂床のスクリーン濾過作用によって除去される。処理された水は、汚染物質を実質的に除去され、排出、リサイクル、または処理後措置の準備ができた状態で砂濾床から出る。
【００３９】
収着は、溶液から鉱物への不飽和溶質の除去である。被収着物質は、溶液から除去される種であり、吸着剤は、溶液種がそれに収着される固形物である。３タイプの収着すなわち、溶質が水和された種として鉱物表面に保持される吸着、溶質が鉱物構造の表面に結合される吸収、およびイオンが吸収剤に以前にあった同極性に帯電したイオンと場所を交換することによって表面に吸着されるイオン交換がある。砂内のシリケートなどの鉱物表面は、固定されたまたは獲得された表面電荷を有し、この表面電荷は、ｐＨなどの水の化学的性質と、砂の表面電荷と複合し得る鉄塩などの溶解した溶質とによって変更され得る。鉱物の特性である固定された表面電荷および水の特性であるｐＨの結果として、鉱物表面は、正味プロトン荷電ゼロ点（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｚｅｒｏ  ｎｅｔ  ｐｒｏｔｏｎ  ｃｈａｒｇｅ、ＰＺＮＰＣ）を持つようになる。ＰＺＮＰＣは、正味表面電荷が０になるｐＨである。ＰＺＮＰＣより低いｐＨでは、正味表面電荷は正であり、ＰＺＮＰＣより高いｐＨでは、正味表面電荷は負になる。これらの表面電荷は、溶液からそれぞれ反対に帯電した陰イオンまたは陽イオンを引き付けることを可能にする。正に帯電したＦｅ（ＩＩＩ）などのより大量の溶解した構成物質を、砂内のシリケートなどの負に帯電した表面に、その表面が全体的に正に帯電し、したがってホスフェートおよびアルセナートなどの陰イオンを引き付けるようになる程度まで引き付けることができる。シリカすなわちＳｉＯ2は、２という低いＰＺＮＰＣを有し、鉄オキシ水酸化物すなわちα−ＦｅＯＯＨは、７．８というＰＺＮＰＣを有し、水酸化鉄すなわちＦｅ（ＯＨ）3は、８．５というＰＺＮＰＣを有する。砂表面に形成される酸化鉄の量を増やすことによって、砂粒のＰＺＮＰＣを正味表面電荷が正になるよう増やすことができ、これによって約６〜８というより高いｐＨレベルでホスフェートおよびアルセナートなどの陰イオンを引き付けるようになることができる。飲料水および廃水を含むほとんどの環境水は、これらの中性周辺（ｃｉｒｃｕｍ−ｎｅｕｔｒａｌ）ｐＨレベルで存在する。したがって、砂への酸化鉄の選択的添加により、有用な吸着剤が作製される。
【００４０】
図４に示されたシステムなどの移動砂床システムでは、現在は濾過可能な固形廃棄物の形の濃縮された汚染物が、汚泥除去ポート４３２を介して、膨張室４１８での継続的な水洗を介してこのシステムから除去される。この継続的な水洗および廃棄物除去のプロセスは、飲料水内のヒ素などの危険性物質の場合に特に重要である。上で図１〜３に関して述べたように、水洗／廃水流出物（すなわち、図１〜３の廃棄物５６）は、通常は入ってくる水の５〜１０％であるが、リサイクルし、沈下または浄化による懸濁固形物の分離に続くプロセスに送ることができる。粒子濾液が砂の上および中に留まる固定床システムでは、砂床は、濃縮された汚染物質廃棄物を除去するために、周期的に洗い流されるか交換される。
【００４１】
いくつかのシナリオにおいて、図４のシステムを使用して、廃水を処理するための酸化プロセスの実施形態を実施することができる。オゾンガス（Ｏ3）は、水が砂４２２を通過する前にオゾン注入口４４６で廃水と混合される。水へのオゾン可溶性は限られているので、砂４２２上の鉱物表面が、通過するオゾンを含む廃水からオゾンを吸収する。本文書で使用される時に、「オゾン化」水は、水とオゾンのすべての混合物または他の組合せを意味する。砂４２２の表面でのオゾンの吸着は、水に含まれる酸化可能な物質との反応を強化する。二重結合炭素を攻撃するオゾンなど、どの酸化剤も、好ましい化学反応性を有するので、複数の酸化経路を導入または作ることによって、酸化しうる汚染物質に使用可能な破壊的経路を強化することが望ましい。通常の砂の中のシリカは、可逆オゾン収着部位兼活性表面として働く。酸化鉄または酸化マンガンなどの砂の中のまたは砂に吸収された鉱物酸化物は、オゾンを反応性ヒドロペルオキシドに変換する触媒として働く。水が砂４２２を通過する時に、吸着されたオゾン、ヒドロペルオキシド、ならびに他の酸化性の副産物およびヒドロペルオキシドとの表面反応が、溶解したオゾンの反応性溶液の化学的性質を高める。これは、溶解した化学化合物を酸化する表面反応、微生物の細胞壁および細胞構成物質への酸化性攻撃を介する強められた殺菌、および固形物表面貯留を介する全酸化剤処理量（ｔｏｔａｌ  ｏｘｉｄａｎｔ  ｌｏａｄｉｎｇ）の保全を可能にする。
【００４２】
このプロセスの実施形態は、濾過および酸化によって汚染物質を除去する、再生可能な触媒作用の酸化させる濾材を作成し、利用する。汚染物質の最大の酸化は、移動する砂４２２の粒子除去濾過特性と組み合わされる。廃棄物（ポート４３２）内、処理済みの水（ポート４３０）内、および再循環水（管４３４）内のオゾンレベルを監視して、入ってくる廃水に導入されるオゾンの量を最適化するのを助けることができる。オゾンは、たとえば、接触器、ディフューザ、または望ましくない気泡が砂濾床に入らないようにするために排出されるか真空ポンピングされるヘッドスペースを伴うベンチュリ効果ミキサなど、任意の適切な気体液体混合技術を使用して廃水と混合される。
【００４３】
移動床に砂または他の適切な濾材を配置することにより、オゾン吸着部位ならびに触媒表面および活性表面を継続的に再生することが補佐される。移動は、たとえば、流体の流れを使用して床を流動化するか移動することによって、オーガーまたは攪拌棒などの機械的作用によって、超音波の印加などの音響作用によって、または圧縮空気を使用する物理的搬送によって達成することができる。
【００４４】
音響キャビテーション用の超音波エネルギーもしくは圧力ジェットまたは流体力学的キャビテーション用のディフューザを、オゾンを含む水へ適用することは、超酸化物、水酸基、および過酸化物を含む高エネルギーの反応性酸化剤を形成するために、いくつかの応用例で望ましい場合がある。溶解した有機物およびリンなどの反応性汚染物質の除去を援助するための必要に応じてまたはそれに望ましいように、濾材に反応性表面を作製することができる反応剤を、廃水の入ってくる流れに添加することができる。可溶性のマンガン、アルミニウム、または亜鉛および銅などの他の金属により、適切な反応剤をもたらすことが期待される一方、鉄は、一般に、さまざまな汚染物質との証明された反応性および水処理での現在の幅広い使用に起因して、反応剤として使用される。たとえば、塩化第二鉄は、リンまたはヒ素がターゲット汚染物質である時の適切な反応剤である。塩化第二鉄の添加の後の廃水内の懸濁鉄オキシ水酸化物粒子も、オゾンからのヒドロペルオキシド形成用の触媒表面になる。塩化第二鉄または他の完全に酸化された金属塩の添加は、オゾンの直接消費またはオゾンに関する競合に対して最小限の影響を有すると期待される。
【００４５】
図５に、移動床反応性濾過システム５００を示し、図１〜３の説明と一貫する反応性濾過機構のもう１つの例を提供する。図５を参照すると、濾過システム５００には、予備反応器（ｐｒｅ−ｒｅａｃｔｏｒ）システム５２０と反応性濾過システム５４０の両方が含まれる。廃水は、入口管５８０および流量制御弁６００を介して予備反応器５２０の蛇行パイピング５６０にポンピングされる。金属塩反応剤または他の適切な反応剤（例は上記および下記で説明される）が、入口管５８０のすぐ下流の反応剤注入口６２０を介して蛇行パイピング５６０に導入される。いくつかの例では、蛇行パイピング５６０は、入口管５８０と比較してパイピング５６０を通る流れを遅くするために、入口管５８０より実質的に大きい。より遅い流れは、反応剤が廃水と混ざり、廃水内の汚染物質と反応するのに利用できる時間を増やす。廃水の流れは、より小さい入口管５８０からより大きい蛇行パイピング５６０への遷移の近くでより乱流的である。この乱流に反応剤を導入することも、混合を助ける。
【００４６】
廃水／反応剤混合物は、蛇行パイピング５６０の直線部分６４０およびゆるやかな曲がり部６６０を通って流れる。廃水／反応剤混合物は、蛇行パイピング５６０からこの混合物を反応性濾過システム５４０に導く引出管６８０に出る。割り当てられた反応時間に関して規定された投与は、（１）さらなる反応を制限する平衡過程および拡散律速過程（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）とは対照的に、予備反応器システム５２０内の金属塩反応剤と溶解した汚染物質との間の共沈反応および凝集反応がほぼ希薄濃度に達するまで進むことを可能にし、（２）天然水との競合する反応経路を反応剤によって飽和させ、かつ（３）反応性濾過システム５４０内の濾材を活性化するのに十分な過剰反応剤をこの混合物に残す、のに十分な量および濃度で金属塩反応剤を導入する。過剰な金属塩反応剤の量は、流入する溶液の反応容量（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）と、汚染物質との直接表面吸着反応または鉱化作用反応に使用可能とすることのできる酸化鉄コーティングされた砂を継続的に形成するための砂濾過床への過剰な金属塩反応剤供給の要望とによって決定される。
【００４７】
蛇行パイピング５６０を通る比較的遅い流れは、析出物のよりよい凝結を可能にする。直線部分６４０は、より少ない乱流のため凝結を強めることが可能となる。周期的なゆるやかな曲がり部６６０により、さらなる乱流が導入され、維持され、流れる溶液を周期的に混ぜるための流れ渦が導入される。１つの事例では、蛇行する混合配置により、２〜８分間の流速の減少を可能にし、十分な反応前時間が可能にされる。この配置の設計は、予備反応器組み立て品内での沈澱固形物の析出を防ぐのに十分な流れの維持を考慮することを必要とする。ほとんどの応用例の蛇行パイピング５６０の実際の長さおよび直径は、必要な反応時間（通常は１〜５分）の最適化、所望の流量、配備の場所で使用可能な空間、および処理水内の競合する反応の存在の結果であろう。
【００４８】
金属塩反応剤は、とりわけ、鉄、アルミニウム、マンガン、亜鉛、銅、マグネシウム、およびカルシウムを含むさまざまな金属、金属塩、金属間化合物、またはその組合せから作成してもよい。この金属塩反応剤の出発原料は、通常の水処理反応剤として商業的に得られる適切な純物質、別のプロセスからの廃棄物質もしくは副産物物質、または中間処理ありもしくは中間処理なしで採掘されまたは抽出された鉱物から得られる天然物質とすることができる。得られる溶液または残留物は、ｐＨ調整を必要とする場合としてもしなくてもよい。金属塩反応剤溶液は、連続流、半連続流、回分流、または有利とすることができる他の追加の方法で反応性濾過機構５４０に適用することができる。機械的混合を金属塩反応剤溶液に適用して、溶液のコンシステンシーを維持することができる。あるいは、金属イオンを、金属電極へ電流をかけることを伴う電解プロセスによって、または金属を含む材料もしくは廃棄生成物と酸もしくは酵素などの反応性反応剤との化学反応によって作り出してもよい。金属塩反応剤溶液は、ゼロ価鉄などの金属と水との自発反応から作成してもよい。通常、塩または化合物としての鉄が、さまざまな汚染物質との証明された反応性および水処理での現在の幅広い使用のため、金属塩反応剤として使用される。鉄還元菌（ＩＲＢ）との酸化鉄の好ましい相互作用は、もう１つの潜在的な利点である。重要な汚染物質のいくつかは、著しい直接の鉄化合物反応性を有する。たとえば、塩化第二鉄は、リンまたはヒ素がターゲット汚染物質である場合の反応剤の具体例である。ヒ素などのある種の汚染物質は、濃縮された有害廃棄物の放出に関連するプロセスの乱れ（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｕｐｓｅｔ）から生じる潜在的な毒性の故に、水処理プロセスへのリサイクルについて、より望ましくないことが認められている。上記で図１〜３に関して述べたように、金属塩残留物を含む廃棄物を、反応性濾過機構５４０によって作成し、廃水処理プラント内でより前の点にリサイクルすることができる。いくつかの実施形態で、金属塩残留物は、水処理プラント内のより後または異なる水源からリサイクルされる濾液など、流入水以外の水に金属塩反応剤を混合することによって、別々のプロセスで作成することもできる。この金属塩反応剤流れに対して、ｐＨ調整、大気酸素への曝露、汚水槽でのエージング、および／または他の化学処理もしくは物理処理が有効であろう。
【００４９】
金属塩残留物を生成するための金属の入手可能性または残留物もしくはその溶液の安定性は、沈澱、共沈、溶液の酸化還元電位もしくはｐＨの変更、凝固剤もしくは凝固助剤の添加、または金属反応剤もしくは金属を含む媒体の組合せの使用を含む、金属または溶液の化学反応によって改善することができる。金属−反応剤溶液は、希釈しても濃縮してもよく、他の金属を含む固形物または金属を含まない固形物を添加して、所望の反応を向上させてもよい。
【００５０】
リンは、水および廃水内に、溶解したオルト−ホスフェート、ポリホスフェート、および複合有機リン化合物として存在する。地方自治体廃水処理プラントの二次流出液または三次流出液などの通常のリンを含む廃水には、主にオルト−ホスフェート（ＰＯ43-）およびポリホスフェートとしておよび粒子としての溶解した部分またはリンを含む固形物の懸濁した部分がある。微量のヒ素が、時々、飲料水のいくつかの源で、および一部の廃水でより高い濃度で見つかる。ヒ素は、還元されたアルセナイト、Ａｓ（ＩＩＩ）の形、または酸化されたアルセナート、Ａｓ（Ｖ）の形で天然水に現れる可能性がある。アルセナートは、鉄塩およびアルミニウム塩と反応して、不溶性化合物を形成する。アルセナイト汚染を有する水は、反応性金属塩とのさらなる反応を可能にするために、塩素などの酸化剤を用いて処理することができる。塩化第二鉄または硫化第二鉄が、一般に、水からリンおよびヒ素を除去する金属塩反応剤として使用されるが、他の塩および第一鉄化合物を使用することができる。これらの金属塩は、物理的手段（凝固、凝集）または直接もしくは間接の化学反応のいずれかによって、溶液内の他の汚染物質と反応することができる。
【００５１】
リンに関して、塩化第二鉄を、廃水内のリンに対して５：１から４０：１までのモル比で添加することができる。予備反応器システムにより、砂床反応性濾過システムでの濾過に適用できる、ＦｅＰＯ4、藍鉄鉱、および腐植質フルボ有機リン（ｈｕｍｉｃ−ｆｕｌｖｉｃ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）固形物などの金属ホスフェートを形成するための予備反応が可能になる。藍鉄鉱は、鉄陽イオンおよびリン酸エステルの溶液内でたやすく形成される、非常に熱力学的に安定した化合物である。過剰な鉄塩反応剤は、未反応で砂床まで通過し、この砂床で、砂の表面に結合して、鉄コーティングされた砂、ホスフェートおよびポリホスフェート反応性表面を形成する。金属陽イオンは、固体砂表面上の珪酸塩および他の負に帯電した基に選択的に結合する。この結合により、鉄コーティングされた砂表面上の部分的に帯電した陽イオン境界層が作られ、可溶性のオルト−ホスフェートおよびポリホスフェートと反応する。このプロセスの移動相（処理水）および固定相（鉄コーティングされた砂）の構成により、拡散過程が、このプロセスの希釈溶液反応経路内でほとんど排除されるため、リンのほぼ定量的な除去が可能になる。試験から、このプロセスが、オルト−ホスフェートを９９％を超える効率で検出限界（１０ｐｐｂ）未満まで除去でき、全リンを最初の濃度からの除去の９０％を超える効率で４０ｐｐｂ未満まで除去できることが示された。
【００５２】
上記で説明したプロセスは、米国資源保全再生法によって指示された毒性指標浸出法（ＴＣＬＰ）によって無害と分類され（非特許文献１以下参照）、埋立地で処理できる鉄ヒ素固形物と、低級緩効性肥料として農業応用で使用できるリン酸鉄固形物とを作ることが示された。
【００５３】
いくつかの実施態様で、オゾンが、オゾン注入口６９０でまたはその代わりに蛇行パイピング５６０の冒頭で、予備処理された廃水と混合される。これに、オゾン処理プロセスからの過剰気体によって形成されるヘッドスペースの排出または真空処理を続けることができる。というのは、砂濾過に入る大量の気泡が望ましくない場合があるからである。予備処理されオゾン処理された廃水は、入口管７２０を介して、反応性濾過システム５４０の垂直に向けられた円筒形の処理容器７００に入る。入口管７２０は、容器７００の中心に置かれる。容器７００には、砂床７６０または別の適切な濾材を含む濾過室７４０が含まれる。入口管７２０は、下に濾過室７４０内に延びて、穴のあいたマニホールド７８０を介して砂床７６０の下側部分に廃水を排出する。濾過室７４０にポンピングされた廃水は、上に、砂７６０を介し、濾過室７４０の最上部付近のバッフル８００を越えて十分に処理された水として進みベイズン８２０に進み、引出管８４０を介して容器７００から取り出される。
【００５４】
再循環管８６０は、容器７００の中央で濾過室７４０の最下部から最上部まで延びる。入口管７２０は、再循環管８６０の中央で下に延びる。注入流れ排出マニホールド７８０は、再循環管８６０内の開口部を介して外に延びる。空気圧縮機８８０は、空気注入管８９０を介して容器７００の最下部で使用済みの砂および水に空気をポンピングする。曝気された使用済みの砂および水の混合物は、廃水から除去された汚染物質と一緒に再循環管８６０を介して砂および粒子／水分離機９００まで登る。分離機９００は、全般的に、たとえば物理的分離、重力分離、粒子サイズ分離、磁気分離、膜分離、またはサイクロン分離（ｃｙｃｌｏｎｉｃ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を使用できるすべての適切な分離デバイスを表す。分離機９００によって混合物から分離された砂は、濾過室７４０にリサイクルされる。現在非常に汚染されている廃水は、汚泥除去ポート９４０を介して除去される。砂７６０は、重力の影響の下で、容器７００を通って下に継続的に移動する。
【００５５】
反応性濾材は、反応性酸化鉄層の継続的な再生を補佐するために移動床内に配備される。移動は、たとえば、流体の流れを使用して床を流動化するか移動することによって、オーガーまたは攪拌棒などの機械的作用によって、超音波の印加などの音響作用によって、または圧縮空気を使用する物理的搬送によって達成することができる。
【００５６】
他の反応性濾過実施形態を利用することができる。たとえば、濾材は、反応性酸化物表面を形成するために溶解した鉄と反応できる、任意の天然のまたは合成の、有機のまたは無機の基質とすることができる。濾材の粒子サイズは、望まれる濾過および流れのレベルに適切なサイズになる。次の無機材料により、適切な濾材がもたらされると期待される：砂；シリカのビーズまたは細粒；高珪酸塩ガラス；ガラスビーズ；ガラス砂；ゼロライト；橄欖石、赤鉄鉱、針鉄鉱などの鉱物砂；珪藻土；鉄オキシ水酸化物細粒；酸化鉄細粒；セラミックのビーズまたは細粒；鉄金属の細粒またはビーズ；鉄金属コーティングされたビーズまたは細粒；および合成または天然の鉄コーティングされた砂。次の有機材料により、適切な濾材がもたらされると期待される：ポリスチレンビーズ；ポリエチレンビーズ；改質カチオン性表面ポリマー（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃａｔｉｏｎｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）ビーズ；改質アニオン性表面ポリマー（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ａｎｉｏｎｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）ビーズ；混合されたまたは純粋なポリマーのビーズまたは細粒；およびポリマーコーティングされた無機のビーズまたは細粒。これらの材料のうちのいくつかは、塩化第二鉄溶液などの活性反応剤の添加によって維持されまたは補充されることができる自然に発生する反応部位を有することができる。砂の周知の濾過特性、その安価な使用、その水処理における慣例的応用、酸化鉄コーティングされた砂を形成する内圏および外圏の金属酸化物結合のための天然の反応性シリケート表面、およびその摩耗特性の故に、砂は、移動床プロセス内の活性濾材の好ましい実施形態である。
【００５７】
適切な濾材には、腐食性の鉄金属細粒または鉄化合物と結合する能力を有するイオン交換樹脂が含まれる。腐食性の鉄金属細粒により、水内の微量の塩化溶剤を除去するのに使用できる還元性の過程が可能になる。試験から、図４のシステム内に配備された３０体積パーセントの鉄−砂床は、標準水素電極に対して−２００ｍＶの溶液酸化還元電位を有する。一般的な鉄細粒または鉄細粒および砂の固定床の配備は、反応性鉄金属表面の気孔率の損失または不動態化に見舞われる。移動床配備の移動は、鉄金属表面およびそれに関連する化学的反応部位に継続的に活力を与えると同時に、濾過能力を維持することを可能にする。元々は２から３ｐｐｍのリンを含む汚染された排出水からのリンの除去について、９８％の効率が実証された。
【００５８】
たとえばヒ素の除去など、いくつかの情況で、アルセナイトを鉄に反応するアルセナートに変換するために、廃水を事前に酸化することが望ましい場合がある。中性周辺ｐＨの天然溶液内のアルセナイトは、非イオン性であり、したがって、通常はほとんどの処理配備で非反応性である。予備的酸化は、塩素処理、超音波処理、またはオゾン処理などの通常の水の酸化操作を使用して達成することができる。予備的酸化操作は、一連の全水処理プロセスの一部とすることができ、濾過、曝気、化学処理、凝集、浄化、ならびに飲料水の通常の処理および殺菌に必要である可能性がある他の処理などの他の通常の水処理プロセスをその前または後に置くことができる。
【００５９】
上記で説明したシステムでは、過剰な第二鉄が、廃水内の粒子のＦｅ−−ＡｓまたはＦｅ−−Ｐの固形物および溶けている残留ＡｓまたはＰと一緒に砂床７６０に入る。第二鉄イオンは、砂表面と反応して、酸化鉄コーティングされた砂（ＩＯＣＳ）を形成する。ＩＯＣＳは、溶液から残留溶液Ａｓ／Ｐを吸収する。移動する砂の物理的作用により、砂細粒の表面が摩滅され、追加のＩＯＣＳ形成およびＦｅ−−Ａｓ反応またはＦｅ−−Ｐ反応のための活性点が新しくされる。したがって、Ａｓ／Ｐ結合のための新鮮な反応部位が、砂表面の顕微鏡的侵食を介して、流れる水に継続的に提供される。オゾンを使用する実施態様では、オゾンにより、任意の還元されたＡｓ（ＩＩＩ）がＡｓ（ＩＶ）に酸化され、これを鉄化合物により反応するようにされる。オゾンおよび関連する溶液酸化剤は、有機汚染物質をも破壊し、殺菌につながる。
【００６０】
化学的汚染および微生物汚染は、天然および人為改変手段を介して水に入り、そのような汚染の除去により、水を、飲料水を含むさまざまな使用と廃水を天然水塊に戻すこととに適したものとされる。酸化は、炭化水素化学物質から二酸化炭素と水を作るなど、汚染する化学化合物を、その鉱化された形に変換することができる。オゾン処理、金属酸化物触媒作用によるオゾン処理、表面吸収オゾン処理、およびオゾンを用いる超音波キャビテーションまたは流体力学的キャビテーションなどの複数の酸化モードを同時に適用することによって、使用可能な酸化剤の総数を増やし、その化学的多様性を高めることができ、したがって、扱いにくいまたは処理しにくい化合物についても完全に鉱化作用させる可能性を高めることができる。これは、強められた酸化を介して、水内の毒性の高い物質または非常に生理活性の高い物質の濃度を減らす直接の応用例を有する。廃水内の非常に生理活性の高い物質の例が、医薬品およびホルモン活性化合物である。それに付随して、強められた酸化は、細菌およびウィルスなどの伝染病病原体によって汚染された水の殺菌の完全さを高めるという望ましい効果を有する。
【００６１】
代表的方法
図６に、水流からの汚染物質除去の例示的な方法または技術６００を示す。
【００６２】
ブロック６０２で、本技術は、金属塩反応剤を、汚染された水の存在下で移動濾材濾過に供給する。金属塩の具体例には、塩化第二鉄などの鉄を含む化合物が含まれる。他の例には、とりわけ鉄、アルミニウム、マンガン、亜鉛、銅、マグネシウム、およびカルシウムを含む、さまざまな金属、金属塩、金属間化合物、またはこれらの組合せが含まれ、さらなる例が、上記に記載されている。
【００６３】
移動濾材濾過の例には、図４〜５に示したものなどの、上向流濾材濾過が含まれる。他の濾材濾過を、その代わりに使用することができる、たとえば、とりわけ、さまざまな移動床または固定床、上向流または下向流、重力または圧力濾過を、汚染物質除去の凝固−濾過、イオン交換、または吸着に基づく除去機構のいずれかと共に、さまざまな実施形態で使用することができる。金属塩反応剤を、水が移動濾材濾過に達する前に、汚染された水に導入することができ、あるいは、金属塩反応剤を、移動濾材濾過の場所で直接に導入することができる。
【００６４】
ブロック６０４で、この技術により、移動濾材濾過によって作られた廃液流は膜濾過機構の上流に導入される。いくつかの場合に、膜濾過機構は、移動濾材濾過の上流にあり、膜濾過機構の上流での廃液流の導入が、処理プロセスにおいてより初期の点へ廃液流をリサイクルすることを伴うようになっている。いくつかの場合において、廃液流には、全体的なシステム汚染物質除去効率および／または水処理速度を高めるために全体的な処理プロセスにとって有用とすることができる金属塩残留物が含まれる。いくつかのシナリオで、これらの金属塩残留物は、加水分解された金属塩を受け取る上流構成要素の視点から、上流構成要素によって受け取られる前に金属塩が加水分解されているという点で、事前に加水分解された金属塩と考えることができる。本質的に、金属塩残留物は、金属塩などの前駆体型ではなく、その活性型で上流構成要素に至る。
【００６５】
ターゲット汚染物質がリンであり、金属塩反応剤が塩化第二鉄などの鉄を含む化合物を含む１つの例を、下記でより詳細に説明する。この事例では、廃水処理プラントの三次反応性濾過からの、加水分解された鉄塩などの鉄を含むプロセス残留物は、処理プラント内で一次処理、二次処理、または生物学的処理の上流の点など、処理プラントの源流にリサイクルされた時の可溶状態にとどめられたリン（Ｐ）に関して安定していることが観察される。さらに、データは、反応性濾過プロセスからの未処理の鉄残留物が、生物学的機構、化学的機構、または機械的機構あるいはこれらの機構の組合せのいずれかによって、廃水プラント内の通常の全リン（ＴＰ）除去、総懸濁固形物（ＴＳＳ）除去、および生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）除去を実際に改善することを示唆する。したがって、これらのリサイクルされる残留材料は、通常の地方自治体のおよび他の廃水処理プラントの化学増強一次処理（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、ＣＥＰＴ）プロセスならびに他の予備プロセス、一次プロセス、および二次プロセスを刺激し、強化する。反応性濾過プロセス残留物をプラントのＴＰ、ＴＳＳ、およびＢＯＤの除去効率を高める反応剤として使用することは、既存の手法に対する利点であり改善である。
【００６６】
動作の証拠は、一次処理および二次処理の固形物除去が、三次鉄残留物添加によって高められることを示す。この効果は、鉄化合物が、通常の未処理の地方自治体廃水を構成する１〜５％固形物溶液内のより小さい粒子を凝結することによって生じると推定される。オルト−ホスフェートおよびポリホスフェートとしての反応性リンの、リサイクルされた三次鉄残留廃棄物からの鉄固形物および溶解した鉄陽イオンとのさらなる直接反応も、可能である。固形物除去は、通常の廃水の一次／二次処理動作での酸化および浄化による通常の固形物除去中に行われる。この固形物および汚染物質の除去は、凝結および凝集に加えて、生物凝集（ｂｉｏｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ）および造粒の刺激により行うことができる。通常の廃水プロセス動作では、二次生物学プロセスから一次処理への返送活性汚泥（ＲＡＳ）は、一連の処理内の微生物の変化および化学的変化が、マイクロバイアルイノキュラ（ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｉｎｎｏｃｕｌａ）成分および劣化した化学的成分に関して安定することを保証する。ＲＡＳが、プロセスの乱れを最小にすることによって、全体的な処理動作を安定化するのを助けることは、周知である。鉄によって改質されたＲＡＳは、総合的なプラント動作でのこれらの変化も維持し、安定化させることとなる。その効果の１つは、このシステムの第二鉄投与に応答する鉄還元菌（ＩＲＢ）の個数および活動度の向上である。ＩＲＢは、次の過程を介するなど、嫌気性条件でのリンの生物学的処理または摂取において効率的である。
【００６７】
【数１】
2007203292.tif 000003
【００６８】
ここで、ＣＨ2Ｏは、炭素を含む基質を示す。
【００６９】
いくつかの構成で、反応性濾過プロセスは、約１ｍｇ／Ｌ未満のリン流入濃度でより効率的に働く場合があるが、プロセス残留廃液流を使用して、プラント動作を改善し、反応性濾過流入リンレベルを高い範囲（約１〜１０ｍｇ／Ｌ）から高効率反応性濾過により有利なレベル（すなわち、約１ｍｇ／Ｌ未満）に下げることができる。汚染物質除去および水処理の凝固剤または反応物としての処理流れ内の複数の場所での金属塩反応剤添加を使用する標準的な水処理の実施により、通常、リンレベルを約０．５〜１．５ｍｇ／Ｌまで下げ、三次反応性濾過によって達成可能な非常に低いレベル（たとえば、０．０３０ｍｇ／Ｌ未満）をもたらすことは実証されていない。プラントＴＰ／ＴＳＳ／ＢＯＤ除去を高め、より高い効率の反応性濾過を活用し、固形物管理を高めるための三次処理残留物（すなわち、金属塩残留物）の使用は、すべてが全反応剤の化学的添加を制限するが、一つのプロセス改善である。
【００７０】
三次プロセス残留物の一次廃水処理または二次廃水処理への生産的リサイクルは、反応性濾過プロセスに対する改善である。このリサイクルは、反応性濾過の残留廃液流を管理して、廃水処理プラントでの総合汚染物質除去効率を高める。これは、固形廃棄物としての処分のために、しばしば別の単位操作によって、通常は直接に除去されるはずのプロセス副産物の「グリーンケミストリ」リサイクル応用例である。たとえば、特許文献２には、三次処理からの廃液流の処理に関する追加的単位操作が示されている。この追加的単位操作は、残留廃棄固形物をプロセス水から分離する。しかし、この参考文献では、残留廃棄固形物は、水処理プラント内での再利用について調査も示唆もされていない。したがって、本願は、その方法に対する改善である。三次処理（たとえば、砂もしくは他の濾材濾過、膜濾過、限外濾過、磁化された鉄化合物の磁性除去、または他の物理的方法もしくは機械的方法）、二次プロセス（たとえば、好気性または嫌気性の浮遊増殖変形、好気性または嫌気性の付着増殖変形、生物学的栄養塩除去変形、ラグーンシステム、セプティックシステム、物理化学システム、化学酸化、高度酸化、膜濾過、または膜バイオリアクタ）、および一次処理（たとえば、ＣＥＰＴまたは一次凝結および凝集、沈砂除去、または沈降）などの分離プロセスで金属塩、混合物、またはポリマーを使用する他の水処理方法も、この金属水酸化物および金属酸化物の残留廃液流の直接の再利用およびリサイクルから利益を得ることができる。この利益は、化学的、機械的、または生物学的な処理の利益とすることができる。したがって、一次処理および二次処理を強化するための残留廃液流、特に三次処理残留物からの再利用は、特に方法が汚染物質除去を高めるために第二鉄を使用する時に、これらの三次処理方法（膜リアクタおよび膜濾過、限外濾過、ならびに他の物理的、機械的、または化学的方法）に対する改善である。
【００７１】
地方自治体廃水処理プラントでの化学的プロセスおよび生物学的プロセスは、三次処理残留廃液流にある既に可溶状態にとどめられているリンを解放するには見られない。これは、おそらく、熱力学的に安定なリン酸鉄化合物および鉱物の形成に起因する。実際に、研究により、第二鉄によって処理される嫌気性および好気性の水処理での鉄リン化合物形成と、強化された微生物プロセスおよび化学的プロセスとが詳細に記録されている。
【００７２】
処理プラントは、バイオソリッド除去について既に最適化されているので、追加の固形物管理単位操作を導入する必要がないという点で、全体的な三次処理設備に対するコスト節約がある。土壌利用バイオソリッド（ｌａｎｄ−ａｐｐｌｉｅｄ  ｂｉｏｓｏｌｉｄ）に置かれる鉄の質量収支は、通常の土に１００００〜５００００ｍｇ／ｋｇ（すなわち、１〜５重量％）の全鉄が含まれるので、問題ではない。反応性濾過処理残留物は、一連の水処理にこれらを添加することによって活用できるさらなる未使用の反応力を有する。この添加は、一次処理または二次処理の固形物分離単位操作の後で、反応性濾過ステップの前に行うことができる。三次処理の前のＴＳＳ、ＢＯＤ、およびＴＰの観察された減少などの汚染物質除去効率の強化により、三次処理プロセスでの反応剤第二鉄投与が一次プロセスおよび二次プロセスでの第二鉄活性の安定レベルに応答して減らされるという、能動的フィードバック機構を確立できることが示唆される。この反応剤投与の減少により、運転コストは減らされる。さらに、作られるバイオソリッドは、よりコンパクトであり、より簡単に脱水され、通常の脱水プレス動作でのより少ない機器故障をもたらす。総合的プラント動作におけるこの追加的な改善は、第二鉄プロセス残留物を一次および二次の廃水処理動作にリサイクルすることから生じる結果である。
【００７３】
三次のおよび／または高度な処理プロセスから金属塩残留物をリサイクルするというプロセス改善は、金属塩反応剤を投与されている場合がある浄化器からの返送活性汚泥（ＲＡＳ）が処理プラントの生物学的処理部分へ通常にリサイクルされることとは実質的に異なる。ＲＡＳのリサイクルは、金属塩が投与されている場合であっても、本願の実施形態と同一の汚染物質除去効率を達成しない（たとえば、「Chemically Enhanced Primary Sludge Fermentation Method」と題する特許文献３参照）。これは、一次および二次の水処理対象水に見られる複雑な競合する化学的微小環境内のあまり展開されていない金属塩析出物（すなわち、あまり加水分解されず、重合せず、および凝集していない金属塩）からの汚染物質の不十分な反応または放出に起因する可能性がある。実際に、水酸化鉄および酸化鉄としての鉄残留固形物の存在が、顕微鏡的な（たとえば、約１〜１０ｍｍの）固形物表面に起因して生物凝集、造粒、およびＩＲＢ活動度を刺激する可能性がある。三次および／または高度処理プロセスの追加は、プラント内の他の動作でのプロセス不履行またはプロセスの乱れからの保護または冗長性の余分なレベルを提供するので、有利でもある。
【００７４】
金属塩は、水を処理する反応剤として広く使用されてきたが、金属の事前活性化または事前加水分解は、水への金属塩反応剤の投与に対する改善である。事前に加水分解された、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＸ）などの金属塩は、商業的使用のために生産されているが、三次処理プロセス水または側流水を使用することによる水処理プラント内での即時使用のために金属塩を事前加水分解するというこの方法は、既存の実践に対する改善である。
【００７５】
一次および二次の廃水処理プロセスへの実質的な第二鉄の添加により、活性ＩＲＢ生物膜によって、コンクリート、金属配管、または他の指定されたもしくは使用可能な表面などの処理プラント接触面を活性化することが期待される。この活性化は、これらの表面での酸化鉄コーティングの形成によって強化されることとなる。本願の一実施形態には、酸化鉄析出用の水処理プロセス内の追加の設計された表面または工作された表面の作製と、第二鉄化合物添加に続く後続のＩＲＢ生物膜形成とが含まれる。これらの表面は、通常、大きい相対表面積を有し、プラスチック、セラミック、玉砂利、織物、金属、または酸化鉄および生物膜環境用の安定した表面を提供することを意図された他の材料を含めることができる、高密度、中密度、または低密度（水に対して、沈む媒体または浮く媒体）の材料から構成することができる。他の実施形態では、処理プラントの処理する、懸濁したまたは沈下した固形物で除去されることを意図された、通常は小さく（たとえば、１ｍｍ未満から約１０ｍｍまで）適当な材料から作られた、追加される消費可能な表面を、酸化鉄および生物膜環境用の追加表面として、処理の初期段階に追加できることが期待される。これらの追加される表面が、リサイクル可能でもあり、かつ／または水処理プロセスで作られる固形物の特性を改善するはずであることは、有利であると考えられる。
【００７６】
地方自治体の廃水処理または下水処理のほかに、食品加工廃水または産業プロセス廃水など、他の水処理応用例および廃水処理応用例が、この同一のプロセスから利益を得ることができる。予備処理または一次処理として一連の処理の前に向かって固形物分離ステップで金属塩を使用する処理プロセスを、本明細書に記載の本願の実施形態のうちのいくつかを実践することによって改善することもできる。
【００７７】
上記の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、本発明的概念を実践できる特定の代表的実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明的概念を実践できるようにするのに十分に詳細に説明され、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、さまざまな開示される実施形態に対する変更を行うことができ、他の実施形態を利用できることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、いかなる形でも限定として解釈されてはならない。
【００７８】
そうではないと示されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される、汚染物質または反応剤の濃度、反応条件、分離条件などを示すすべての数は、すべての事例において用語「約」によって修飾されているものとして理解されなければならない。したがって、そうではないと示されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に示される数値パラメータは、少なくとも特定の分析技法に依存して変化し得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲の同等物の原則の適用を限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効桁数に鑑みて、通常の丸め技法を適用することによって解釈されなければならない。示された数値は、できる限り正確に報告されている。しかし、すべての数値に、そのめいめいの試験測定に見られる標準偏差から必然的に生じるある種の誤差が本質的に含まれる。
【００７９】
結論
水流からの汚染物質除去に関する代表的な技術、方法、デバイス、システムなどを、構造的特徴および／または方法論的動作に固有の言葉で説明したが、添付の特許請求の範囲で定義される主題が、説明された特定の特徴または動作に必ずしも限定されないことを理解されたい。そうではなく、これらの特定の特徴および動作は、請求される方法、デバイス、システムなどを実施する例示的な形態として開示されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のさまざまな実施形態を実施するのに利用できる廃水処理システムまたはプラントを示す図である。
【図２】本発明のさまざまな実施形態を実施するのに利用できる廃水処理システムまたはプラントを示す図である。
【図３】本発明のさまざまな実施形態を実施するのに利用できる廃水処理システムまたはプラントを示す図である。
【図４】一実施形態による図１〜３に関して導入された廃水処理システムの特定の構成要素を示す図である。
【図５】一実施形態による図１〜３に関して導入された廃水処理システムの特定の構成要素を示す図である。
【図６】一実施形態による水流からの汚染物質除去の例示的方法を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０      廃水処理プラント
２０      流入水
３０      予備および／または一次処理プロセス
４０      二次処理プロセス
４２      （二次処理）流出水
５０      三次および／または高度処理プロセス
５２      金属塩試薬
５４      （三次処理）流出水
５６      廃棄物
５６Ａ    廃棄物
５６Ｂ    廃棄物
６０      殺菌および／または排出プロセス
６２      金属塩残留物
７０      廃棄材料
８０      汚泥処理施設
１００    固形物
１０５    濾液
１２０    処理部
２０２Ａ  反応性濾過機構
２０２Ｂ  反応性濾過機構
２０４    膜濾過機構
２０８    水
２１２    水
３０２    膜濾過機構
３０４    反応性濾過機構
３０６    水
４１０    移動床粒子放射状反応性濾過システム
４１２    処理容器
４１４    入口管
４１６    濾過室
４１８    ステム
４２０    膨張重力沈下室
４２２    砂
４２４    ４１４の穴の開いた下側部分
４２６    穴の開いた外周部
４２８    スリーブ
４３０    引出管
４３２    汚泥除去ポート
４３４    再循環管
４３６    空気圧縮機
４３８    逆流防止器
４３９    流量制御弁
４４０    サンプリングチューブ
４４２    サンプリング弁
４４３    掃除口
４４４    サイトグラス
４４６    オゾン注入口
５００    移動床反応性濾過システム
５２０    予備反応器システム
５４０    反応性濾過システム
５６０    蛇行パイピング
５８０    入口管
６００    流量制御弁
６００    汚染物質除去の代表的な方法または技術
６０２    ブロック
６０４    ブロック
６２０    反応剤注入口
６４０    蛇行パイピングの直線部分
６６０    蛇行パイピングのゆるやかな曲がり部
６８０    引出管
６９０    オゾン注入口
７００    処理容器
７２０    入口管
７４０    濾過室
７６０    砂床
７８０    穴の開いたマニホールド
８００    バッフル
８２０    ベイズン
８４０    引出管
８６０    再循環管
８８０    空気圧縮機
８９０    空気注入管
９００    砂・粒子／水分離機
９４０    汚泥除去ポート
【図１】
2007203292.tif 000004
【図２】
2007203292.tif 000005
【図３】
2007203292.tif 000006
【図４】
2007203292.tif 000007
【図５】
2007203292.tif 000008
【図６】
2007203292.tif 000009
【外国語明細書】
2007203292000001.pdf