家畜廃水処理システムおよび方法
廃水から水と固体を再生し、かつＣＡＦＯ施設の環境上のフットプリントを減じるため、密閉型家畜飼養ＣＡＦＯ施設から出る廃水を処理する改善された家畜廃水処理システムが提供される。処理システムは機械的水処理と化学的水処理の双方を統合し、固体からの液体の分離と、分離された固体の様々な段階での収集と、再生可能なように残留液体を処理することを含んでいる。家畜廃水処理システムを用いた家畜廃水処理方法も又提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に廃水の処理に関し、特に廃水から固体と水を再利用するための家畜廃水処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物管理は数多くの商用家畜施設にとって大きな課題であり、特に密閉型家畜飼養（ＣＡＦＯ）施設の場合にはなおさらである。ＣＡＦＯ施設においては、例えば牛、鶏、豚等の家畜は建屋内に収容される。家畜建屋内に貯まる他の家畜飼養及び収容副産物と同様、固体および液体の肥料、尿を含む家畜廃棄物は、健全な居住環境を維持する上で除去されなければならない。ほとんどの場合、廃棄物は水を使って家畜建屋から洗い流されるため、環境的に有害な廃水を作ることになる。
この廃水処理は、廃棄物からでる匂いによって引き起こされる空気汚染、流出水による地下水流汚染、とりわけ土壌汚染を含み、幾つかの異なる環境課題を提示している。
【０００３】
一般に、廃水は大きなピット／小沼に集積される。小沼では、水やその他の揮発物質は、いずれは廃棄されなければならない沼底の汚泥を残した状態で大気中へ蒸発することを余儀なくされる。この既存の方法に伴う課題としては、小沼用として大きな土地面積が必要なこと、小沼から廃棄物が漏れ出ることによる地下水汚染、小沼からの流出水による河川の汚染、とりわけ小沼の廃棄物から放たれる臭気による空気汚染がある。
【０００４】
これまで、動物から出る廃棄物を減らしたり、貯蔵池を無くしたり、貯蔵池のサイズ要求を減らしたり、貯蔵池の環境への影響を減らすような試みがなされてきた。とりわけ、これらの試みには、沼から水を再生利用するシステム、揮発分放出のための空気処理システム、揮発分放出を減らすラグーンカバーシステム、動物ダイエット操作システム、及び／又は飼料に入れる化学調味料システムが含まれている。しかしながら、これらのシステムや方法のいずれを以てしても廃棄物処理に特有な諸問題を充分に解決するものはない。
【０００５】
家畜生産業者が直面する他の問題は、飲料用や洗浄用としての淡水を安定供給するためのコスト、拡散のための土壌コスト、小沼や臭気公害苦情に対するコストにある。加えて、法律はリンやメタンを含む汚染物質からなる空気・水の排出レベルに制約を課し続けている状況にある。
【０００６】
従って、ＣＡＦＯ施設の環境上のフットプリントを減らしつつ淡水源を提供し、かつ廃棄物としての固体や液体を肥料用として再生するような、改善された家畜廃水処理システム及び方法の必要性や要望がある、本発明は、これらの問題やその他の問題を解決するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の好適実施形態は、廃水中のアンモニウムとリンを減らして、水を現場で使用できるようにし、小沼の必要性を排し、廃棄物の管理費用を減らし、臭気排出を削減し、とりわけ土地応用に適している固体肥料と液肥を生産する、改善された家畜廃水処理システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの利点及びその他の利点を達成するため、一般に、１つの形態において家畜廃水処理システムが提供される。その家畜廃水処理システムは、廃水入口、流体排出部及び固体排出部を備える汚泥脱水装置、流体入口及び流体排出部を備えるケミカルコンディショナ、流体入口、流体排出部及び固体排出部を備える懸濁物セパレータ、流体入口及び流体排出部を備える微細固体フィルタ装置、流体入口、再生水排出部及び濃縮液体排出部を備える薄膜フィルタ・ユニット、を有する。ケミカルコンディショナの流体入口は汚泥脱水装置の液体排出部に流体的に接続される。懸濁物セパレータの流体入口はケミカルコンディショナの流体排出部に流体的に接続される。微細固体フィルタ装置の流体入口は懸濁物セパレータの流体排出部に流体的に接続される。薄膜フィルタ・ユニットの流体入口は微細固体フィルタ装置の流体排出部に流体的に接続される。
【０００９】
一実施形態において、汚泥脱水装置はスクリュプレス機である。一実施形態において、懸濁物セパレータはプレート浄化器である。一実施形態において、プレート浄化器はラメラ・プレート浄化器である。
【００１０】
一実施形態において、薄膜フィルタ・ユニットは、精製された水排出部を有する水精製ユニットと、濃縮液体排出部を有する液体濃縮ユニットとを有する。
【００１１】
一実施形態において、ケミカルコンディショナは、第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器、及び第２混合器５０を備える。第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器及び第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続される。
【００１２】
一実施形態において、微細固体フィルタ装置は、多媒体フィルタ・ユニット、第１バッグフィルタ・ユニット、及び第２バッグフィルタ・ユニットを備える。第１バッグフィルタ・ユニットと第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、多媒体フィルタ・ユニットは第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側で接続される。
【００１３】
一般に、別の形態において家畜廃水処理システムが提供される。その家畜廃水処理システムは、固体液体廃水混合物を分離した固体流れと流体流れに分割するように形成された汚泥脱水装置、流体流れ中の懸濁物を塊に凝集するように形成されたケミカルコンディショナ、流体流れから塊を除去するように形成された懸濁物セパレータ、流体流れから微細固体を除去するように形成された微細固体フィルタ装置、流体流れを透過流体流れと流出流体流れとに分離すると共に前記流出流体流れを濃縮流体に濃縮するように形成された薄膜フィルタ・ユニットを備える。微細固体フィルタ装置は懸濁物セパレータの下流側に位置し、薄膜フィルタは微細フィルタ装置の下流側に位置する。
【００１４】
一実施形態において、汚泥脱水装置はスクリュプレス機である。一実施形態において、懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器である。
【００１５】
一実施形態において、ケミカルコンディショナは、第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器、及び第２混合器５０を備える。第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器及び第２混合器は、ケミカルコンディショナの入口と排出部との間で、直列に流体的に接続される。
【００１６】
一実施形態において、微細固体フィルタ装置は、多媒体フィルタ・ユニット、第１バッグフィルタ・ユニット、及び第２バッグフィルタ・ユニットを備える。第１バッグフィルタ・ユニットと第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、多媒体フィルタは第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側に接続される。
【００１７】
一般に、別の形態において家畜廃水処理方法が提供される。その家畜廃水処理方法は、
（ａ）汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
（ｂ）前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
（ｃ）前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
（ｄ）前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
（ｅ）前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットに通して透過流体と濃縮流体を成す、以上のステップを有する。
【００１８】
他の実施形態において、その方法では浸透性流体は再生水であり、濃縮液は液肥であり、汚泥脱水装置はスクリュプレス機であり、懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器である。
【００１９】
一般に、別の形態において家畜廃水処理方法が提供される。その方法は、
（ａ）汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
（ｂ）前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
（ｃ）前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
（ｅ）前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
（ｄ）前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットに通して第１透過流体と第１濃縮流体を成し、
（ｆ）前記第１透過流体に酸を加えて第２透過流体を成し、
（ｇ）前記第２透過流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットに通して第３透過流体と第２濃縮流体を成し、
（ｈ）前記第１濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットに通して第４透過流体と第３濃縮流体を成し、
（ｉ）前記第３濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットに通して第５透過流体と第４濃縮流体を成す、以上の各ステップを有し、更に
（ｊ）前記第３透過流体は再生水であり、前記第４濃縮流体は液肥である。
【００２０】
別実施形態において、その方法は更に、前記第４透過流体と前記第１透過流体を混ぜ合わせるステップを有する。
【００２１】
別実施形態において、その方法は更に、前記第２濃縮流体と前記第２透過流体を混ぜ合わせるステップを有する。
【００２２】
別実施形態において、その方法は更に、前記第５透過流体を前記第１流体流出物に混ぜるステップを有する。
【００２３】
別実施形態において、その方法は更に、前記第３濃縮流体に酸を加えるステップを有する。
【００２４】
このように、続く発明の詳細な説明が一層理解され、かつ当該技術に対する本発明の貢献が一層理解されるように、発明の最も重要な特徴の概要をかなり広範に説明した。
【００２５】
本発明の様々な目的、特徴及び利点に関しては、添付図面と併せて、以下に続く現在好適な（とはいえ例証的な）実施形態の詳細な説明を読むことにより当業者にとっては容易に明白となるであろう。発明は他の実施形態も可能であり、様々な方法によって実行可能である。又、ここで使用する表現や用語は、あくまで説明のために用いられるものであり制限するものとして見なすべきでないことを理解されたい。
【００２６】
従って、当業者は、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造、方法およびシステムの設計の根拠として、本開示の基礎となる概念が容易に利用される場合がありことを認識するであろう。故に、それらが本明の趣旨および範囲から逸脱しない限りにおいて、請求の範囲はそのような等価構造を含んでいるものとして見なすことが重要である。
【００２７】
本発明やその運用利点、更にその使用によって達成される特定目的をよく理解するため、本発明の好適実施形態を示した添付図面と記述事項を参照されたい
【００２８】
本発明の更なる理解をもたらすべく本願明細書に組み込まれ、かつその一部を成す添付図面は、好適実施形態を示すと共に、その説明を伴って本発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の原理に沿った家畜廃水処理システム及びその方法の高度概略図である。
【図２】図１の家畜廃水処理システムの概略図である。
【図３】第１実施形態による家畜廃水処理システムを伴った家畜廃水処理方法のフローチャート図である。
【図４】他の実施形態による家畜廃水処理システムを伴った家畜廃水処理方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好適実施形態を詳細に参照して、その例を添付図面に示す。まず図１を参照するに、ここには本発明によるハイレベルの家畜廃水処理システム１０（以下、処理システムと呼ぶ）が示されている。処理システム１０は、特に密閉型家畜飼養（ＣＡＦＯ）施設から出る廃水を処理して、廃水から水と固体を再生利用してＣＡＦＯ施設の環境フットプリントを低減するのに特に有効である。
【００３１】
広義的には図１に示されるように、処理システム１０は機械的水処理と化学的水処理の双方を兼ね備えており、固体から液体を分離すること、様々な段階において分離された固体の収集すること、及び残留した液体を再生可能なように処理することを含んでいる。例えば、ＣＡＦＯ施設１４から出た廃水１２は汚泥脱水装置１６に受け入れられる。この段階における廃水１２は、大部分が混合固体を伴う水を含んでいる。ここでは各用語“水”、“液体”、“流体”はそれぞれ互換的に使用される。固体は、固体や溶解状態の肥料に加え、例えば毛のような動物の副生成物、寝具類、穀物、砂、その他の小さな粒子を含むことができる。幾つかの栄養素、とりわけリン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、カリウム（Ｋ）は水に溶かされる。汚泥脱水装置１６では、廃水中にある不溶解固体が廃水の液体成分から取り除かれる。除去された固体１８は排出され、肥料としての土地拡散に適している。残った液体２０はケミカルコンディショナ２２に引き渡される。ケミカルコンディショナ２２では、凝集剤が液体２０に添加される。凝集剤添加後は、液体２０は懸濁物セパレータ２４を通過する。懸濁物セパレータ２４は液体２０から添加固体２６を取り除き、分離する。これらの固体はそれぞれ別個に脱水処理され肥料として使用されるか、或いは汚泥脱水装置１６に戻して処理システム１０を通って再循環することができる。残りの液体２０は微細固体フィルタ２８を通ることで、薄膜フィルタ・ユニット３０通過に先立ち、如何なる添加の不溶固体も液体から除去される。薄膜フィルタ・ユニット３０では、液体２０が濾過され、再生水３２と濃縮された液肥３４を生成する。再生水は、家畜用飲料水はもとより、施設における様々な目的の使用に適している。
【００３２】
図２を参照して、処理システム１０を更に詳しく説明する。上述したように、処理システム１０は、ＣＡＦＯ施設からの廃水１２を受け入れる汚泥脱水装置１６を具備している。オプションとして、廃水１２を汚泥脱水装置１６に引き渡す前に均等化槽３６に受け取らせることも可能である。均等化槽３６から廃水１２は汚泥脱水装置１６へと渡されることになる。一実施形態において、汚泥脱水装置１６は、円筒状スクリーン又は円錐形スクリーン内においてピッチを次第に減らすようにした回転スクリュを持つタイプのスクリュフィルタプレス機である。この種のスクリュプレス機は当該技術では良く知られており、ここではそれらの構造において更なる説明は不要である。しかしながら、一般に、スクリュプレス機に投入された材料は、回転するスクリュによって固体排出に近づくに従って、徐々に増加した圧力を被る。その増加する圧力により、液体は、液体を集めるスクリーンを通って固体からプレスされることになる。一実施形態において、スクリュフィルタプレス機１６には圧縮の３つの圧縮段階が設けられる。
【００３３】
スクリュフィルタプレス機１６において、廃水１２中の不溶固体は廃水の液体成分から取り除かれる。除去された固体１８は排出され、肥料としての土地拡散に適している。運搬タンク３８をスクリュプレス機１６に流体連結し、更なる処理のために液体を受けることができる。ポンプ４０の入口が運搬タンク３８に接続される。ポンプ４０は運搬タンク３８に含まれる液体レベルを制御するべく自動化され、運搬タンクからケミカルコンディショナ２２を介して懸濁物セパレータ２４内へと処理液を圧送する働きをする。
【００３４】
ケミカルコンディショナ２２は、導管４２、第１ケミカル注入器４４、インライン混合器４６、第２ケミカル注入器４８、及び第２インライン混合器５０を備えている。導管４２はポンプ４０の排出部と懸濁物セパレータ２４の入口に接続される。第１ケミカル注入器４４は、ケミカル貯蔵タンク５４及び導管４２に流体的に接続された化学注入器ポンプ５２を備える。インライン混合器４６は、ケミカル注入器４４より下流側にある導管４２に接続される。ケミカル注入器４８は、ケミカル貯蔵タンク５４及び混合器４６の下流側にある導管４２に流体的に接続されたケミカル注入器ポンプ５６を備える。インライン混合器５０は、ケミカル注入器４８の下流側にある導管４２に接続される。ケミカル注入器ポンプ５２、５６は、ケミカル貯蔵タンク５４、５８に夫々含まれる凝集剤５５、５９を導管４２に圧送し、それを通過する処理液に取り込まれるように作用する。処理液と凝集剤は、混合器４６、５０を通過する際に充分混合される。インライン混合器４６、５０は、凝集剤成分と処理液成分の間の化学反応を完全なものにするだけでなく、凝集剤と処理液の迅速な混合を確実にする。
【００３５】
凝集剤は、コロイドやその他の液体中懸濁粒子を凝集させて塊とすることで軟凝集を促進させる薬品である。凝集剤は水処理工程で使用され、小さな粒子の沈殿作用や濾過性を改善する。この処理システムで使用するにあたっては、食品と接触する可能性のある水処理合成物にための政府規格を満たすべく食品用凝集剤が選ばれることが好ましい。これらのものは、家畜がいる現場で作業するにあたり、危険または有害となり得る如何なる薬品からも動物を保護するために必要である。第１注入用として好ましい凝集剤薬品には、例えばＮ２やアルミネックス１（双方共、イリノイ州ナパービルのＮａｌｃｏ社より入手可能）のような、重量パーセントで５〜５０％の水酸化ナトリウムと重量パーセントで３０〜６０％のアルミン酸ナトリウムからなる凝集剤薬品がある。この段階では、第２注入段階においてポリマーが効果的にバインドできるように一掃し始める。第２注入段階での好ましいは凝集剤薬品には、例えばニューヨークのニューハイドパークにあるＡｌｋｅｎ／Ｍ-ｕｒｒａｙ社から市販されている「Ｎ３１００Ｌ」のような、１０〜３０％のポリアクリルアミドと１０〜３０％の脂肪族炭化水素からなる非イオン又は陰イオンのアクリルポリマーがある。その他、適当な凝集剤には、トロント・オンタリオのＢｒｅｎｎｔａｇ Ｃａ- ｎａｄａ社から市販されている「Ｓｕｐｅｒｆｌｏｃ Ｃ−４９２」、ミシガン・ハウエルのＣｈｅｍｉｃｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから市販されている「Ｐ−１１２」や「Ｐ５０８」、Ｎａｌｃｏ社から市販されている「Ｎａｌｃｌｅａｒ ８１８１」がある。
【００３６】
懸濁物セパレータ２４では、化学的条件の軟凝集によって形成された固形物と、処理液６１と混合されたその他の懸濁物とが取り除かれ分離される。分離された固体２５は脱水されて肥料として使用可能であったり、或いは汚泥脱水装置１６へと再循環することができる。一実施形態において、固形物が豊富な処理液は、固形物セパレータ２４を通過する際に浄化プレートと接触する。浄化プレートと接触することで結果的に懸濁物は、重力によって処理液から懸濁物セパレータの底にあるホッパー部へと落下することになる。処理液は懸濁物セパレータの上部にある調整堰を通って流れる。
【００３７】
一実施形態において、懸濁物セパレータ２４はラメラ・プレート浄化器である。一実施形態において、固体セパレータ２４は傾斜したラメラ・プレート浄化器である。一実施形態において、傾斜ラメラ・プレート浄化器は、繊維強化プラスチックでできている浄化プレートを備える。浄化プレートは懸濁物セパレータ２４のフットプリント全体を減じる形で配置される。一実施形態においては、浄化プレートは５５度傾斜した状態でセットされ、２インチ離れた状態で隔てられることも。この浄化プレートの傾斜した階層化によって、処理液の投影表面積が増加し、結果として固形物の除去を促進することになる。適切な傾斜プレート浄化器は、Ｕｎｉｐｕｒｅ Ｐａｒｋｓｏｎ社やＧｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｂ−ｉｏ Ｓｙｓｔｅｍ社から提供される。
【００３８】
懸濁物セパレータ２４は収集タンク６０に流体的に接続され、懸濁物セパレータから処理液６３を受ける。ポンプ６２の入口は収集タンク６０に流体的に接続され、ポンプ６２の排出部は微細固体フィルタ２８に流体的に接続される。ポンプ６２は作動し、収集タンク６０からの処理流体を微細固体フィルタ２８へと圧送する。微細固体フィルタ２８は第１段階フィルタ６４と第２段階フィルタ６６を備えることができる。処理液は、第１段階フィルタ６４を介し、次いで第２段階フィルタ６６を介して圧送される。第１段階フィルタ６４は、異なる濾過媒体を有するキャニスタフィルタ６７を備えることができる。一実施形態では、第１段階フィルタは、濾過材として小石、ケイ砂及び無煙炭の層を含む加圧キャニスタフィルタである。第２段階フィルタ６６は、平列に流体的に接続された１組のバッグフィルタ６８、７０を備えている。バッグフィルタは液体濾過産業においては良く知られたものであり、それ自体、特定の説明はここでは必要ではない。しかしながら、通常、バッグフィルタはフィルタハウジングの中にメッシュ材の袋を備えており、高圧で流体がフィルタハウジングを通過するようになっている。圧力下において、流体は袋を通って流れるが、固体粒子は袋を通って流れることが防止される。
【００３９】
微細固体フィルタ２８は、微細固体フィルタからの処理液体を受ける収集タンク７０に流体的に接続される。ポンプ７２の入口は、収集タンク７０に流体的に接続され、ポンプ７２の排出部は薄膜フィルタ・ユニット３０に流体的に接続される。ポンプ７２は作動し、収集タンク７０からの処理流体を薄膜フィルタ・ユニット３０へと圧送する。引き続き図２を参照して薄膜フィルタ・ユニット３０を説明するが、より具体的には薄膜フィルタ・ユニット３０の水精製ユニット／行程について説明する。薄膜フィルタ・セット７４はポンプ７２の排出部に接続され、収集タンク７０からの処理流体を受ける。薄膜フィルタ・セット７４の透過排出部８０は収集タンク７６に流体的に接続される。収集タンク７６において、透過排出されたものは、タンク８６に貯蔵されかつポンプ８８によって収集タンク７６へと圧送される、例えば硝酸や硫酸のような酸９２を使用して処理され、薄膜フィルタ・セット８４に引き渡すに先立ち透過排出物の状態を調整するようになっている。その酸処理は、薄膜フィルタ・セット８４によって削除されるようにアンモニアをアンモニウム塩に変換するものである。収集タンク７６内で保持される透過排出物の温度は、摂氏１０〜３０度になるように制御される。ポンプ９０の入口は収集タンク７６に接続され、薄膜フィルタ・セット８４はポンプ９０の排出部に接続され、タンク７６から酸処理された透過物を受けるようになっている。透過排出物９４は、システムにある様々なフィルタ・エレメントを清浄化するための逆流水としての使用、或いは家畜用飲料水としての使用に適する再生水であり、タンク１２０に貯蔵されるようにしても良い。薄膜フィルタ・セット８４の濃縮排出物９６は、収集タンク７６へと再循環するか、或いは処理システム１０を介した再循環のための運搬タンク３８へと戻すことが可能である。
【００４０】
引き続き図２を参照して薄膜フィルタ・ユニット３０の液体濃縮ユニット／流体流れを説明する。薄膜フィルタ・セット７４の濃縮物排出部は薄膜フィルタ・セット７８に接続され、それを介して濃縮排出物８２を通過させる。薄膜フィルタ・セット７８の濃縮物排出部は収集タンク１００に接続され、排出部から濃縮排出物９８を受けるようにし、薄膜フィルタ・セット７８からの透過排出物１１０はタンク７６へと再循環することができる。収集タンク１００において、濃縮排出物９８は、タンク１０４に貯蔵されかつポンプ１０６によって収集タンク１００へと圧送される、例えば硝酸や硫酸のような酸１０２を使用して処理され、薄膜フィルタ・セット１０８に引き渡すに先立ち濃縮排出物９８の状態を調整するようになっている。ポンプ１１２の入口は収集タンク１００に接続され、薄膜フィルタ・セット１０８はポンプ１１２の排出部に接続され、タンク１００からの濃縮排出物を受け取るようになっている。薄膜フィルタ・セット１０８の濃縮排出物１１４は濃縮された液肥であり、タンク１１６に貯蔵される。薄膜フィルタ・セット１０８からの透過排出物１１８はタンク１２０に貯蔵したり、処理システム１０を介した再循環のためにタンク３８へと再循環することができる。
【００４１】
処理システム１０による廃水処理方法は、図３を参照して説明されることが理解できる。固体と流体の廃水混合物は、汚泥脱水装置において固体流出物と第１流体流出物に分離される（２００）。汚泥脱水装置はスクリュフィルタプレス機とすることができる。重量液体で約３０％まで脱水された固体流出物は土地拡張に適している。１つ又はそれ以上の凝集剤が第１流体流出物に添加され、第１流体流出物に第２流体流出物を生成する軟凝集を被らせる（２０２）。懸濁物セパレータにおいて、第２流体流出物から塊が分離され、第３の流体流出物を生成する（２０４）。懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器とすることができる。第３流体流出物は微細固体フィルタを通過することで第４流体流出物を形成する（２０６）。第４流体流出物は薄膜フィルタ・ユニットを通過して、透過流体と濃縮流体が生成される（２０８）。透過流体を再生水とし（２１０）、濃縮流体を液肥とすることができる（２１２）。
【００４２】
図４を参照し、別実施形態における処理システム１０による廃水処理方法を説明する。汚泥脱水装置において、固体と流体の廃水混合物が固体流出物と第１流体流出物４００に分離される（３００）。重量液体で約３０％まで脱水された固体流出物は土地拡張に適している。１つ又はそれ以上の凝集剤が第１流体流出物４００に添加され、第１流体流出物中の懸濁物に塊へと凝集させる軟凝集を起こさせ、第２流体流出物４０２を生成する（３０２）。第２流体流出物４０２から塊が分離／除去され、第３の流体流出物４０４を生成する（３０４）。第３流体流出物４０４は微細固体フィルタを通過することで第４流体流出物４０６を形成する（３０６）。第４流体流出物４０６は薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットを通過することで第１透過流体４０８と第１濃縮流体４１０が生成される（３０８）。第１透過流体４０８には酸が加えられることで第２透過流体４１２が生成される（３１０）。第２透過流体４１２は薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットを通過することで第３透過流体４１４と第２濃縮流体４１６が生成される（３１２）。第１濃縮流体４１０は薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットを通過することで第４透過流体４１８と第３濃縮流体４２０が生成される（３１４）。第３濃縮流体４２０は薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットを通過することで第５透過流体４２２と第４濃縮流体４２４が生成される（３１６）。第３透過流体４１４は再生水であり、濃第４濃縮流体４２４は液肥となる。第４透過流体４１８は第１透過流体４０８と混合することが可能である（３１８）。第２濃縮流体４１６は第２透過流体４１２と混合することが可能である（３２０）。第５透過流体４２２は第１流体流出物４００と混合することが可能である（３２２）。酸を第３濃縮流体４２０に加えることができる（３２４）。
【００４３】
以上の処理システムの説明は特に家畜廃水と関連するものであるが、処理システム及びその方法は他の出所からの廃水を処理するために使用しても良く、家畜廃水だけに限定されるべきではない。
【００４４】
以上本発明の幾つかの実施形態を説明きた。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な変更は可能であることを理解すべきであろう。すなわち、他の実施形態も以下の請求の範囲内にある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に廃水の処理に関し、特に廃水から固体と水を再利用するための家畜廃水処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物管理は数多くの商用家畜施設にとって大きな課題であり、特に密閉型家畜飼養（ＣＡＦＯ）施設の場合にはなおさらである。ＣＡＦＯ施設においては、例えば牛、鶏、豚等の家畜は建屋内に収容される。家畜建屋内に貯まる他の家畜飼養及び収容副産物と同様、固体および液体の肥料、尿を含む家畜廃棄物は、健全な居住環境を維持する上で除去されなければならない。ほとんどの場合、廃棄物は水を使って家畜建屋から洗い流されるため、環境的に有害な廃水を作ることになる。
この廃水処理は、廃棄物からでる匂いによって引き起こされる空気汚染、流出水による地下水流汚染、とりわけ土壌汚染を含み、幾つかの異なる環境課題を提示している。
【０００３】
一般に、廃水は大きなピット／小沼に集積される。小沼では、水やその他の揮発物質は、いずれは廃棄されなければならない沼底の汚泥を残した状態で大気中へ蒸発することを余儀なくされる。この既存の方法に伴う課題としては、小沼用として大きな土地面積が必要なこと、小沼から廃棄物が漏れ出ることによる地下水汚染、小沼からの流出水による河川の汚染、とりわけ小沼の廃棄物から放たれる臭気による空気汚染がある。
【０００４】
これまで、動物から出る廃棄物を減らしたり、貯蔵池を無くしたり、貯蔵池のサイズ要求を減らしたり、貯蔵池の環境への影響を減らすような試みがなされてきた。とりわけ、これらの試みには、沼から水を再生利用するシステム、揮発分放出のための空気処理システム、揮発分放出を減らすラグーンカバーシステム、動物ダイエット操作システム、及び／又は飼料に入れる化学調味料システムが含まれている。しかしながら、これらのシステムや方法のいずれを以てしても廃棄物処理に特有な諸問題を充分に解決するものはない。
【０００５】
家畜生産業者が直面する他の問題は、飲料用や洗浄用としての淡水を安定供給するためのコスト、拡散のための土壌コスト、小沼や臭気公害苦情に対するコストにある。加えて、法律はリンやメタンを含む汚染物質からなる空気・水の排出レベルに制約を課し続けている状況にある。
【０００６】
従って、ＣＡＦＯ施設の環境上のフットプリントを減らしつつ淡水源を提供し、かつ廃棄物としての固体や液体を肥料用として再生するような、改善された家畜廃水処理システム及び方法の必要性や要望がある、本発明は、これらの問題やその他の問題を解決するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の好適実施形態は、廃水中のアンモニウムとリンを減らして、水を現場で使用できるようにし、小沼の必要性を排し、廃棄物の管理費用を減らし、臭気排出を削減し、とりわけ土地応用に適している固体肥料と液肥を生産する、改善された家畜廃水処理システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの利点及びその他の利点を達成するため、一般に、１つの形態において家畜廃水処理システムが提供される。その家畜廃水処理システムは、廃水入口、流体排出部及び固体排出部を備える汚泥脱水装置、流体入口及び流体排出部を備えるケミカルコンディショナ、流体入口、流体排出部及び固体排出部を備える懸濁物セパレータ、流体入口及び流体排出部を備える微細固体フィルタ装置、流体入口、再生水排出部及び濃縮液体排出部を備える薄膜フィルタ・ユニット、を有する。ケミカルコンディショナの流体入口は汚泥脱水装置の液体排出部に流体的に接続される。懸濁物セパレータの流体入口はケミカルコンディショナの流体排出部に流体的に接続される。微細固体フィルタ装置の流体入口は懸濁物セパレータの流体排出部に流体的に接続される。薄膜フィルタ・ユニットの流体入口は微細固体フィルタ装置の流体排出部に流体的に接続される。
【０００９】
一実施形態において、汚泥脱水装置はスクリュプレス機である。一実施形態において、懸濁物セパレータはプレート浄化器である。一実施形態において、プレート浄化器はラメラ・プレート浄化器である。
【００１０】
一実施形態において、薄膜フィルタ・ユニットは、精製された水排出部を有する水精製ユニットと、濃縮液体排出部を有する液体濃縮ユニットとを有する。
【００１１】
一実施形態において、ケミカルコンディショナは、第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器、及び第２混合器５０を備える。第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器及び第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続される。
【００１２】
一実施形態において、微細固体フィルタ装置は、多媒体フィルタ・ユニット、第１バッグフィルタ・ユニット、及び第２バッグフィルタ・ユニットを備える。第１バッグフィルタ・ユニットと第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、多媒体フィルタ・ユニットは第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側で接続される。
【００１３】
一般に、別の形態において家畜廃水処理システムが提供される。その家畜廃水処理システムは、固体液体廃水混合物を分離した固体流れと流体流れに分割するように形成された汚泥脱水装置、流体流れ中の懸濁物を塊に凝集するように形成されたケミカルコンディショナ、流体流れから塊を除去するように形成された懸濁物セパレータ、流体流れから微細固体を除去するように形成された微細固体フィルタ装置、流体流れを透過流体流れと流出流体流れとに分離すると共に前記流出流体流れを濃縮流体に濃縮するように形成された薄膜フィルタ・ユニットを備える。微細固体フィルタ装置は懸濁物セパレータの下流側に位置し、薄膜フィルタは微細フィルタ装置の下流側に位置する。
【００１４】
一実施形態において、汚泥脱水装置はスクリュプレス機である。一実施形態において、懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器である。
【００１５】
一実施形態において、ケミカルコンディショナは、第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器、及び第２混合器５０を備える。第１ケミカル注入器、第１混合器、第２ケミカル注入器及び第２混合器は、ケミカルコンディショナの入口と排出部との間で、直列に流体的に接続される。
【００１６】
一実施形態において、微細固体フィルタ装置は、多媒体フィルタ・ユニット、第１バッグフィルタ・ユニット、及び第２バッグフィルタ・ユニットを備える。第１バッグフィルタ・ユニットと第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、多媒体フィルタは第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側に接続される。
【００１７】
一般に、別の形態において家畜廃水処理方法が提供される。その家畜廃水処理方法は、
（ａ）汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
（ｂ）前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
（ｃ）前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
（ｄ）前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
（ｅ）前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットに通して透過流体と濃縮流体を成す、以上のステップを有する。
【００１８】
他の実施形態において、その方法では浸透性流体は再生水であり、濃縮液は液肥であり、汚泥脱水装置はスクリュプレス機であり、懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器である。
【００１９】
一般に、別の形態において家畜廃水処理方法が提供される。その方法は、
（ａ）汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
（ｂ）前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
（ｃ）前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
（ｅ）前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
（ｄ）前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットに通して第１透過流体と第１濃縮流体を成し、
（ｆ）前記第１透過流体に酸を加えて第２透過流体を成し、
（ｇ）前記第２透過流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットに通して第３透過流体と第２濃縮流体を成し、
（ｈ）前記第１濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットに通して第４透過流体と第３濃縮流体を成し、
（ｉ）前記第３濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットに通して第５透過流体と第４濃縮流体を成す、以上の各ステップを有し、更に
（ｊ）前記第３透過流体は再生水であり、前記第４濃縮流体は液肥である。
【００２０】
別実施形態において、その方法は更に、前記第４透過流体と前記第１透過流体を混ぜ合わせるステップを有する。
【００２１】
別実施形態において、その方法は更に、前記第２濃縮流体と前記第２透過流体を混ぜ合わせるステップを有する。
【００２２】
別実施形態において、その方法は更に、前記第５透過流体を前記第１流体流出物に混ぜるステップを有する。
【００２３】
別実施形態において、その方法は更に、前記第３濃縮流体に酸を加えるステップを有する。
【００２４】
このように、続く発明の詳細な説明が一層理解され、かつ当該技術に対する本発明の貢献が一層理解されるように、発明の最も重要な特徴の概要をかなり広範に説明した。
【００２５】
本発明の様々な目的、特徴及び利点に関しては、添付図面と併せて、以下に続く現在好適な（とはいえ例証的な）実施形態の詳細な説明を読むことにより当業者にとっては容易に明白となるであろう。発明は他の実施形態も可能であり、様々な方法によって実行可能である。又、ここで使用する表現や用語は、あくまで説明のために用いられるものであり制限するものとして見なすべきでないことを理解されたい。
【００２６】
従って、当業者は、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造、方法およびシステムの設計の根拠として、本開示の基礎となる概念が容易に利用される場合がありことを認識するであろう。故に、それらが本明の趣旨および範囲から逸脱しない限りにおいて、請求の範囲はそのような等価構造を含んでいるものとして見なすことが重要である。
【００２７】
本発明やその運用利点、更にその使用によって達成される特定目的をよく理解するため、本発明の好適実施形態を示した添付図面と記述事項を参照されたい
【００２８】
本発明の更なる理解をもたらすべく本願明細書に組み込まれ、かつその一部を成す添付図面は、好適実施形態を示すと共に、その説明を伴って本発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の原理に沿った家畜廃水処理システム及びその方法の高度概略図である。
【図２】図１の家畜廃水処理システムの概略図である。
【図３】第１実施形態による家畜廃水処理システムを伴った家畜廃水処理方法のフローチャート図である。
【図４】他の実施形態による家畜廃水処理システムを伴った家畜廃水処理方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好適実施形態を詳細に参照して、その例を添付図面に示す。まず図１を参照するに、ここには本発明によるハイレベルの家畜廃水処理システム１０（以下、処理システムと呼ぶ）が示されている。処理システム１０は、特に密閉型家畜飼養（ＣＡＦＯ）施設から出る廃水を処理して、廃水から水と固体を再生利用してＣＡＦＯ施設の環境フットプリントを低減するのに特に有効である。
【００３１】
広義的には図１に示されるように、処理システム１０は機械的水処理と化学的水処理の双方を兼ね備えており、固体から液体を分離すること、様々な段階において分離された固体の収集すること、及び残留した液体を再生可能なように処理することを含んでいる。例えば、ＣＡＦＯ施設１４から出た廃水１２は汚泥脱水装置１６に受け入れられる。この段階における廃水１２は、大部分が混合固体を伴う水を含んでいる。ここでは各用語“水”、“液体”、“流体”はそれぞれ互換的に使用される。固体は、固体や溶解状態の肥料に加え、例えば毛のような動物の副生成物、寝具類、穀物、砂、その他の小さな粒子を含むことができる。幾つかの栄養素、とりわけリン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、カリウム（Ｋ）は水に溶かされる。汚泥脱水装置１６では、廃水中にある不溶解固体が廃水の液体成分から取り除かれる。除去された固体１８は排出され、肥料としての土地拡散に適している。残った液体２０はケミカルコンディショナ２２に引き渡される。ケミカルコンディショナ２２では、凝集剤が液体２０に添加される。凝集剤添加後は、液体２０は懸濁物セパレータ２４を通過する。懸濁物セパレータ２４は液体２０から添加固体２６を取り除き、分離する。これらの固体はそれぞれ別個に脱水処理され肥料として使用されるか、或いは汚泥脱水装置１６に戻して処理システム１０を通って再循環することができる。残りの液体２０は微細固体フィルタ２８を通ることで、薄膜フィルタ・ユニット３０通過に先立ち、如何なる添加の不溶固体も液体から除去される。薄膜フィルタ・ユニット３０では、液体２０が濾過され、再生水３２と濃縮された液肥３４を生成する。再生水は、家畜用飲料水はもとより、施設における様々な目的の使用に適している。
【００３２】
図２を参照して、処理システム１０を更に詳しく説明する。上述したように、処理システム１０は、ＣＡＦＯ施設からの廃水１２を受け入れる汚泥脱水装置１６を具備している。オプションとして、廃水１２を汚泥脱水装置１６に引き渡す前に均等化槽３６に受け取らせることも可能である。均等化槽３６から廃水１２は汚泥脱水装置１６へと渡されることになる。一実施形態において、汚泥脱水装置１６は、円筒状スクリーン又は円錐形スクリーン内においてピッチを次第に減らすようにした回転スクリュを持つタイプのスクリュフィルタプレス機である。この種のスクリュプレス機は当該技術では良く知られており、ここではそれらの構造において更なる説明は不要である。しかしながら、一般に、スクリュプレス機に投入された材料は、回転するスクリュによって固体排出に近づくに従って、徐々に増加した圧力を被る。その増加する圧力により、液体は、液体を集めるスクリーンを通って固体からプレスされることになる。一実施形態において、スクリュフィルタプレス機１６には圧縮の３つの圧縮段階が設けられる。
【００３３】
スクリュフィルタプレス機１６において、廃水１２中の不溶固体は廃水の液体成分から取り除かれる。除去された固体１８は排出され、肥料としての土地拡散に適している。運搬タンク３８をスクリュプレス機１６に流体連結し、更なる処理のために液体を受けることができる。ポンプ４０の入口が運搬タンク３８に接続される。ポンプ４０は運搬タンク３８に含まれる液体レベルを制御するべく自動化され、運搬タンクからケミカルコンディショナ２２を介して懸濁物セパレータ２４内へと処理液を圧送する働きをする。
【００３４】
ケミカルコンディショナ２２は、導管４２、第１ケミカル注入器４４、インライン混合器４６、第２ケミカル注入器４８、及び第２インライン混合器５０を備えている。導管４２はポンプ４０の排出部と懸濁物セパレータ２４の入口に接続される。第１ケミカル注入器４４は、ケミカル貯蔵タンク５４及び導管４２に流体的に接続された化学注入器ポンプ５２を備える。インライン混合器４６は、ケミカル注入器４４より下流側にある導管４２に接続される。ケミカル注入器４８は、ケミカル貯蔵タンク５４及び混合器４６の下流側にある導管４２に流体的に接続されたケミカル注入器ポンプ５６を備える。インライン混合器５０は、ケミカル注入器４８の下流側にある導管４２に接続される。ケミカル注入器ポンプ５２、５６は、ケミカル貯蔵タンク５４、５８に夫々含まれる凝集剤５５、５９を導管４２に圧送し、それを通過する処理液に取り込まれるように作用する。処理液と凝集剤は、混合器４６、５０を通過する際に充分混合される。インライン混合器４６、５０は、凝集剤成分と処理液成分の間の化学反応を完全なものにするだけでなく、凝集剤と処理液の迅速な混合を確実にする。
【００３５】
凝集剤は、コロイドやその他の液体中懸濁粒子を凝集させて塊とすることで軟凝集を促進させる薬品である。凝集剤は水処理工程で使用され、小さな粒子の沈殿作用や濾過性を改善する。この処理システムで使用するにあたっては、食品と接触する可能性のある水処理合成物にための政府規格を満たすべく食品用凝集剤が選ばれることが好ましい。これらのものは、家畜がいる現場で作業するにあたり、危険または有害となり得る如何なる薬品からも動物を保護するために必要である。第１注入用として好ましい凝集剤薬品には、例えばＮ２やアルミネックス１（双方共、イリノイ州ナパービルのＮａｌｃｏ社より入手可能）のような、重量パーセントで５〜５０％の水酸化ナトリウムと重量パーセントで３０〜６０％のアルミン酸ナトリウムからなる凝集剤薬品がある。この段階では、第２注入段階においてポリマーが効果的にバインドできるように一掃し始める。第２注入段階での好ましいは凝集剤薬品には、例えばニューヨークのニューハイドパークにあるＡｌｋｅｎ／Ｍ-ｕｒｒａｙ社から市販されている「Ｎ３１００Ｌ」のような、１０〜３０％のポリアクリルアミドと１０〜３０％の脂肪族炭化水素からなる非イオン又は陰イオンのアクリルポリマーがある。その他、適当な凝集剤には、トロント・オンタリオのＢｒｅｎｎｔａｇ Ｃａ- ｎａｄａ社から市販されている「Ｓｕｐｅｒｆｌｏｃ Ｃ−４９２」、ミシガン・ハウエルのＣｈｅｍｉｃｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから市販されている「Ｐ−１１２」や「Ｐ５０８」、Ｎａｌｃｏ社から市販されている「Ｎａｌｃｌｅａｒ ８１８１」がある。
【００３６】
懸濁物セパレータ２４では、化学的条件の軟凝集によって形成された固形物と、処理液６１と混合されたその他の懸濁物とが取り除かれ分離される。分離された固体２５は脱水されて肥料として使用可能であったり、或いは汚泥脱水装置１６へと再循環することができる。一実施形態において、固形物が豊富な処理液は、固形物セパレータ２４を通過する際に浄化プレートと接触する。浄化プレートと接触することで結果的に懸濁物は、重力によって処理液から懸濁物セパレータの底にあるホッパー部へと落下することになる。処理液は懸濁物セパレータの上部にある調整堰を通って流れる。
【００３７】
一実施形態において、懸濁物セパレータ２４はラメラ・プレート浄化器である。一実施形態において、固体セパレータ２４は傾斜したラメラ・プレート浄化器である。一実施形態において、傾斜ラメラ・プレート浄化器は、繊維強化プラスチックでできている浄化プレートを備える。浄化プレートは懸濁物セパレータ２４のフットプリント全体を減じる形で配置される。一実施形態においては、浄化プレートは５５度傾斜した状態でセットされ、２インチ離れた状態で隔てられることも。この浄化プレートの傾斜した階層化によって、処理液の投影表面積が増加し、結果として固形物の除去を促進することになる。適切な傾斜プレート浄化器は、Ｕｎｉｐｕｒｅ Ｐａｒｋｓｏｎ社やＧｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｂ−ｉｏ Ｓｙｓｔｅｍ社から提供される。
【００３８】
懸濁物セパレータ２４は収集タンク６０に流体的に接続され、懸濁物セパレータから処理液６３を受ける。ポンプ６２の入口は収集タンク６０に流体的に接続され、ポンプ６２の排出部は微細固体フィルタ２８に流体的に接続される。ポンプ６２は作動し、収集タンク６０からの処理流体を微細固体フィルタ２８へと圧送する。微細固体フィルタ２８は第１段階フィルタ６４と第２段階フィルタ６６を備えることができる。処理液は、第１段階フィルタ６４を介し、次いで第２段階フィルタ６６を介して圧送される。第１段階フィルタ６４は、異なる濾過媒体を有するキャニスタフィルタ６７を備えることができる。一実施形態では、第１段階フィルタは、濾過材として小石、ケイ砂及び無煙炭の層を含む加圧キャニスタフィルタである。第２段階フィルタ６６は、平列に流体的に接続された１組のバッグフィルタ６８、７０を備えている。バッグフィルタは液体濾過産業においては良く知られたものであり、それ自体、特定の説明はここでは必要ではない。しかしながら、通常、バッグフィルタはフィルタハウジングの中にメッシュ材の袋を備えており、高圧で流体がフィルタハウジングを通過するようになっている。圧力下において、流体は袋を通って流れるが、固体粒子は袋を通って流れることが防止される。
【００３９】
微細固体フィルタ２８は、微細固体フィルタからの処理液体を受ける収集タンク７０に流体的に接続される。ポンプ７２の入口は、収集タンク７０に流体的に接続され、ポンプ７２の排出部は薄膜フィルタ・ユニット３０に流体的に接続される。ポンプ７２は作動し、収集タンク７０からの処理流体を薄膜フィルタ・ユニット３０へと圧送する。引き続き図２を参照して薄膜フィルタ・ユニット３０を説明するが、より具体的には薄膜フィルタ・ユニット３０の水精製ユニット／行程について説明する。薄膜フィルタ・セット７４はポンプ７２の排出部に接続され、収集タンク７０からの処理流体を受ける。薄膜フィルタ・セット７４の透過排出部８０は収集タンク７６に流体的に接続される。収集タンク７６において、透過排出されたものは、タンク８６に貯蔵されかつポンプ８８によって収集タンク７６へと圧送される、例えば硝酸や硫酸のような酸９２を使用して処理され、薄膜フィルタ・セット８４に引き渡すに先立ち透過排出物の状態を調整するようになっている。その酸処理は、薄膜フィルタ・セット８４によって削除されるようにアンモニアをアンモニウム塩に変換するものである。収集タンク７６内で保持される透過排出物の温度は、摂氏１０〜３０度になるように制御される。ポンプ９０の入口は収集タンク７６に接続され、薄膜フィルタ・セット８４はポンプ９０の排出部に接続され、タンク７６から酸処理された透過物を受けるようになっている。透過排出物９４は、システムにある様々なフィルタ・エレメントを清浄化するための逆流水としての使用、或いは家畜用飲料水としての使用に適する再生水であり、タンク１２０に貯蔵されるようにしても良い。薄膜フィルタ・セット８４の濃縮排出物９６は、収集タンク７６へと再循環するか、或いは処理システム１０を介した再循環のための運搬タンク３８へと戻すことが可能である。
【００４０】
引き続き図２を参照して薄膜フィルタ・ユニット３０の液体濃縮ユニット／流体流れを説明する。薄膜フィルタ・セット７４の濃縮物排出部は薄膜フィルタ・セット７８に接続され、それを介して濃縮排出物８２を通過させる。薄膜フィルタ・セット７８の濃縮物排出部は収集タンク１００に接続され、排出部から濃縮排出物９８を受けるようにし、薄膜フィルタ・セット７８からの透過排出物１１０はタンク７６へと再循環することができる。収集タンク１００において、濃縮排出物９８は、タンク１０４に貯蔵されかつポンプ１０６によって収集タンク１００へと圧送される、例えば硝酸や硫酸のような酸１０２を使用して処理され、薄膜フィルタ・セット１０８に引き渡すに先立ち濃縮排出物９８の状態を調整するようになっている。ポンプ１１２の入口は収集タンク１００に接続され、薄膜フィルタ・セット１０８はポンプ１１２の排出部に接続され、タンク１００からの濃縮排出物を受け取るようになっている。薄膜フィルタ・セット１０８の濃縮排出物１１４は濃縮された液肥であり、タンク１１６に貯蔵される。薄膜フィルタ・セット１０８からの透過排出物１１８はタンク１２０に貯蔵したり、処理システム１０を介した再循環のためにタンク３８へと再循環することができる。
【００４１】
処理システム１０による廃水処理方法は、図３を参照して説明されることが理解できる。固体と流体の廃水混合物は、汚泥脱水装置において固体流出物と第１流体流出物に分離される（２００）。汚泥脱水装置はスクリュフィルタプレス機とすることができる。重量液体で約３０％まで脱水された固体流出物は土地拡張に適している。１つ又はそれ以上の凝集剤が第１流体流出物に添加され、第１流体流出物に第２流体流出物を生成する軟凝集を被らせる（２０２）。懸濁物セパレータにおいて、第２流体流出物から塊が分離され、第３の流体流出物を生成する（２０４）。懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器とすることができる。第３流体流出物は微細固体フィルタを通過することで第４流体流出物を形成する（２０６）。第４流体流出物は薄膜フィルタ・ユニットを通過して、透過流体と濃縮流体が生成される（２０８）。透過流体を再生水とし（２１０）、濃縮流体を液肥とすることができる（２１２）。
【００４２】
図４を参照し、別実施形態における処理システム１０による廃水処理方法を説明する。汚泥脱水装置において、固体と流体の廃水混合物が固体流出物と第１流体流出物４００に分離される（３００）。重量液体で約３０％まで脱水された固体流出物は土地拡張に適している。１つ又はそれ以上の凝集剤が第１流体流出物４００に添加され、第１流体流出物中の懸濁物に塊へと凝集させる軟凝集を起こさせ、第２流体流出物４０２を生成する（３０２）。第２流体流出物４０２から塊が分離／除去され、第３の流体流出物４０４を生成する（３０４）。第３流体流出物４０４は微細固体フィルタを通過することで第４流体流出物４０６を形成する（３０６）。第４流体流出物４０６は薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットを通過することで第１透過流体４０８と第１濃縮流体４１０が生成される（３０８）。第１透過流体４０８には酸が加えられることで第２透過流体４１２が生成される（３１０）。第２透過流体４１２は薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットを通過することで第３透過流体４１４と第２濃縮流体４１６が生成される（３１２）。第１濃縮流体４１０は薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットを通過することで第４透過流体４１８と第３濃縮流体４２０が生成される（３１４）。第３濃縮流体４２０は薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットを通過することで第５透過流体４２２と第４濃縮流体４２４が生成される（３１６）。第３透過流体４１４は再生水であり、濃第４濃縮流体４２４は液肥となる。第４透過流体４１８は第１透過流体４０８と混合することが可能である（３１８）。第２濃縮流体４１６は第２透過流体４１２と混合することが可能である（３２０）。第５透過流体４２２は第１流体流出物４００と混合することが可能である（３２２）。酸を第３濃縮流体４２０に加えることができる（３２４）。
【００４３】
以上の処理システムの説明は特に家畜廃水と関連するものであるが、処理システム及びその方法は他の出所からの廃水を処理するために使用しても良く、家畜廃水だけに限定されるべきではない。
【００４４】
以上本発明の幾つかの実施形態を説明きた。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な変更は可能であることを理解すべきであろう。すなわち、他の実施形態も以下の請求の範囲内にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜廃水処理システムであって、
廃水入口、流体排出部及び固体排出部を備える汚泥脱水装置、
流体入口及び流体排出部を備えるケミカルコンディショナ、
流体入口、流体排出部及び固体排出部を備える懸濁物セパレータ、
流体入口及び流体排出部を備える微細固体フィルタ装置、
流体入口、再生水排出部及び濃縮液体排出部を備える薄膜フィルタ・ユニット、を有し、
前記ケミカルコンディショナの前記流体入口は前記汚泥脱水装置の前記液体排出部に流体的に接続され、
前記懸濁物セパレータの前記流体入口は前記ケミカルコンディショナの前記流体排出部に流体的に接続され、
前記微細固体フィルタ装置の前記流体入口は前記懸濁物セパレータの前記流体排出部に流体的に接続され、更に
前記薄膜フィルタ・ユニットの前記流体入口は前記微細固体フィルタ装置の前記流体排出部に流体的に接続されることを特徴とする家畜廃水処理システム。
【請求項２】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項３】
前記懸濁物セパレータはプレート浄化器であることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項４】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項３に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項５】
前記薄膜フィルタ・ユニットは、
前記精製された水排出部を有する水精製ユニット、及び
前記濃縮液体排出部を有する液体濃縮ユニット、を有することを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項６】
前記ケミカルコンディショナは、
第１ケミカル注入器、
第１混合器、
第２ケミカル注入器、及び
第２混合器５０、を有し、
前記第１ケミカル注入器、前記第１混合器、前記第２ケミカル注入器及び前記第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項７】
前記微細固体フィルタ装置は、
多媒体フィルタ・ユニット、
第１バッグフィルタ・ユニット、及び
第２バッグフィルタ・ユニット、を有し、
前記第１バッグフィルタ・ユニットと前記第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、
前記多媒体フィルタ・ユニットは前記第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側で接続されることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項８】
家畜廃水処理システムであって、
固体液体廃水混合物を分離した固体流れと流体流れに分割するように形成された汚泥脱水装置、
前記流体流れ中の懸濁物を塊に凝集するように形成されたケミカルコンディショナ、
前記流体流れから前記塊を除去するように形成された懸濁物セパレータ、
前記流体流れから微細固体を除去するように形成された微細固体フィルタ装置、
前記流体流れを透過流体流れと流出流体流れとに分離すると共に、前記流出流体流れを濃縮流体に濃縮するように形成された薄膜フィルタ・ユニット、を有し、
前記微細固体フィルタ装置は前記懸濁物セパレータの下流側に位置し、前記薄膜フィルタは前記微細フィルタ装置の下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項９】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１０】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１１】
前記ケミカルコンディショナは、
第１ケミカル注入器、
第１混合器、
第２ケミカル注入器、及び
第２混合器５０、を有し、
前記第１ケミカル注入器、前記第１混合器、前記第２ケミカル注入器及び前記第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１２】
前記微細固体フィルタ装置は、
多媒体フィルタ・ユニット、
第１バッグフィルタ・ユニット、及び
第２バッグフィルタ・ユニット、を有し、
前記第１バッグフィルタ・ユニットと前記第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、
前記多媒体フィルタは前記第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側にあることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１３】
汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットに通して透過流体と濃縮流体を成す、以上のステップを有することを特徴とする家畜廃水処理方法。
【請求項１４】
前記浸透性流体は再生水であり、前記濃縮液は液肥であることを特徴とする税休講１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１５】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１６】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１７】
汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットに通して第１透過流体と第１濃縮流体を成し、
前記第１透過流体に酸を加えて第２透過流体を成し、
前記第２透過流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットに通して第３透過流体と第２濃縮流体を成し、
前記第１濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットに通して第４透過流体と第３濃縮流体を成し、
前記第３濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットに通して第５透過流体と第４濃縮流体を成す、以上の各ステップを有する家畜廃水処理方法において、
前記第３透過流体は再生水であり、前記第４濃縮流体は液肥であることを特徴とする家畜廃水処理方法。
【請求項１８】
更に、前記第４透過流体と前記第１透過流体を混ぜ合わせるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１９】
更に、前記第２濃縮流体と前記第２透過流体を混ぜ合わせるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項２０】
更に、前記第５透過流体を前記第１流体流出物に混ぜるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項２１】
更に、前記第３濃縮流体に酸を加えるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１】
家畜廃水処理システムであって、
廃水入口、流体排出部及び固体排出部を備える汚泥脱水装置、
流体入口及び流体排出部を備えるケミカルコンディショナ、
流体入口、流体排出部及び固体排出部を備える懸濁物セパレータ、
流体入口及び流体排出部を備える微細固体フィルタ装置、
流体入口、再生水排出部及び濃縮液体排出部を備える薄膜フィルタ・ユニット、を有し、
前記ケミカルコンディショナの前記流体入口は前記汚泥脱水装置の前記液体排出部に流体的に接続され、
前記懸濁物セパレータの前記流体入口は前記ケミカルコンディショナの前記流体排出部に流体的に接続され、
前記微細固体フィルタ装置の前記流体入口は前記懸濁物セパレータの前記流体排出部に流体的に接続され、更に
前記薄膜フィルタ・ユニットの前記流体入口は前記微細固体フィルタ装置の前記流体排出部に流体的に接続されることを特徴とする家畜廃水処理システム。
【請求項２】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項３】
前記懸濁物セパレータはプレート浄化器であることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項４】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項３に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項５】
前記薄膜フィルタ・ユニットは、
前記精製された水排出部を有する水精製ユニット、及び
前記濃縮液体排出部を有する液体濃縮ユニット、を有することを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項６】
前記ケミカルコンディショナは、
第１ケミカル注入器、
第１混合器、
第２ケミカル注入器、及び
第２混合器５０、を有し、
前記第１ケミカル注入器、前記第１混合器、前記第２ケミカル注入器及び前記第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項７】
前記微細固体フィルタ装置は、
多媒体フィルタ・ユニット、
第１バッグフィルタ・ユニット、及び
第２バッグフィルタ・ユニット、を有し、
前記第１バッグフィルタ・ユニットと前記第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、
前記多媒体フィルタ・ユニットは前記第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側で接続されることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項８】
家畜廃水処理システムであって、
固体液体廃水混合物を分離した固体流れと流体流れに分割するように形成された汚泥脱水装置、
前記流体流れ中の懸濁物を塊に凝集するように形成されたケミカルコンディショナ、
前記流体流れから前記塊を除去するように形成された懸濁物セパレータ、
前記流体流れから微細固体を除去するように形成された微細固体フィルタ装置、
前記流体流れを透過流体流れと流出流体流れとに分離すると共に、前記流出流体流れを濃縮流体に濃縮するように形成された薄膜フィルタ・ユニット、を有し、
前記微細固体フィルタ装置は前記懸濁物セパレータの下流側に位置し、前記薄膜フィルタは前記微細フィルタ装置の下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項９】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１０】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１１】
前記ケミカルコンディショナは、
第１ケミカル注入器、
第１混合器、
第２ケミカル注入器、及び
第２混合器５０、を有し、
前記第１ケミカル注入器、前記第１混合器、前記第２ケミカル注入器及び前記第２混合器は、前記ケミカルコンディショナの前記入口と前記排出部との間で、直列に流体的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１２】
前記微細固体フィルタ装置は、
多媒体フィルタ・ユニット、
第１バッグフィルタ・ユニット、及び
第２バッグフィルタ・ユニット、を有し、
前記第１バッグフィルタ・ユニットと前記第２バッグフィルタ・ユニットは並列に流体的に接続され、
前記多媒体フィルタは前記第１、及び第２バッグフィルタ・ユニットの上流側にあることを特徴とする請求項１に記載の家畜廃水処理システム。
【請求項１３】
汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットに通して透過流体と濃縮流体を成す、以上のステップを有することを特徴とする家畜廃水処理方法。
【請求項１４】
前記浸透性流体は再生水であり、前記濃縮液は液肥であることを特徴とする税休講１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１５】
前記汚泥脱水装置はスクリュプレス機であることを特徴とする請求項１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１６】
前記懸濁物セパレータはラメラ・プレート浄化器であることを特徴とする請求項１３に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１７】
汚泥脱水装置にある固体流体廃水混合物を、固体流出物と第１流体流出物とに分離し、
前記第１流体流出物に凝集剤を添加して、前記第１流体流出物の懸濁物を塊に凝集させて第２流体流出物を成し、
前記塊を懸濁物セパレータ内の前記第２流体流出物から分離して第３流体流出物を成し、
前記第３流出物を微細固体フィルタ装置に通して第４流体流出物を成し、
前記第４流体流出物を薄膜フィルタ・ユニットの第１薄膜フィルタ・セットに通して第１透過流体と第１濃縮流体を成し、
前記第１透過流体に酸を加えて第２透過流体を成し、
前記第２透過流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第２薄膜フィルタ・セットに通して第３透過流体と第２濃縮流体を成し、
前記第１濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第３薄膜フィルタ・セットに通して第４透過流体と第３濃縮流体を成し、
前記第３濃縮流体を前記薄膜フィルタ・ユニットの第４薄膜フィルタ・セットに通して第５透過流体と第４濃縮流体を成す、以上の各ステップを有する家畜廃水処理方法において、
前記第３透過流体は再生水であり、前記第４濃縮流体は液肥であることを特徴とする家畜廃水処理方法。
【請求項１８】
更に、前記第４透過流体と前記第１透過流体を混ぜ合わせるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項１９】
更に、前記第２濃縮流体と前記第２透過流体を混ぜ合わせるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項２０】
更に、前記第５透過流体を前記第１流体流出物に混ぜるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【請求項２１】
更に、前記第３濃縮流体に酸を加えるステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の家畜廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５２５９５６（Ｐ２０１２−５２５９５６Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０８８６３（Ｐ２０１２−５０８８６３）
【出願日】平成２２年５月４日（２０１０．５．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２０１０／０００６７９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２７４４２
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１１２６６６０１）４２３０７９ アルバータ リミティド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月４日（２０１０．５．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２０１０／０００６７９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２７４４２
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１１２６６６０１）４２３０７９ アルバータ リミティド (1)
【Ｆターム（参考）】
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