JP2004524972A - 生物学的流体処理デバイス - Google Patents

Abstract

本デバイスは、生物学的流体の処理に役立つものである。流体は、その回転軸を中心に駆動されることが可能なディスク（１９）の一部を形成する微生物で被覆された表面に沿って誘導され、表面はディスク（１８，１９）内に置かれた凹部によって形成され、ディスク（１８，１９）は流体の誘導が凹部を介して実行されるように互いに配置され、一方のディスク（１８）の凹部はこれと相対移動が可能な隣接するもう一方のディスク（１９）によってチャネルを形成するように画定される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部に明記された特徴に準じる生物学的流体処理のためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
好気的または嫌気的に機能する生物学的浄化工程は、特に、排水を処理する際に適用される。廃水処理では、所謂基質生物学、即ち広い表面を有する基質物質上に固着される微生物がこれに当たり、処理される流体はこの広い表面に沿って誘導される。このような方法は、例えばＥＰ０４７０９３１Ａ２から周知である。
【０００３】
微生物で被覆されるこの表面における１つの問題は、層の厚さが増すと底部に存在する微生物にまではあまり流体が廻らず、よってさほど活発には処理に携われないことから、界面活性が層の厚さの増加に伴って変化するという事実にある。従って、余分な微生物は定期的に表面から除去される必要がありかつこれから沈降するスラッジも排出される必要があり、これは通常、バックリンスまたはスクレーパによって実行される。このようなスクレーパ・デバイスは、例えばＧＢ１４１８３４８Ａ及びＤＥ４４４１８６６Ａ１から周知である。
【０００４】
流体をチャネルに誘導しかつ大部分の線上細工のチャネル壁を微生物の接着面として機能させる閉鎖式反応器におけるさらなる問題は、微生物の層の厚さが増すとチャネルが詰まり、貫流は抵抗の増大によってのみ発生し、この手段により同じく活性が下がるという事実にある。これに対して、例えばＵＳ３，４６６，２４１Ａ１またはＵＳ４，１５７，３０３Ａ１から周知の開放式反応器の場合、流体フローは、微生物を運ぶための比較的大きな表面を形成するディスクの積み重なりを通って誘導されるが、これは、ディスクが部分的にしか廃水に浸漬されないという事実に起因してさほど使用されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした背景に対して、本発明の目的は、接着面上に微生物を可能な限り一定の層厚さで定着させる、先に言及したタイプの生物学的流体処理デバイスを設計することにある。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１に明記された特徴によって達成される。本発明の効果的な構成は、諸従属請求項、後続の明細書本文及び図面に明示されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の基本概念は、一方では微生物の過剰な部分を接着表面から可能な限り連続的に解離させ、かつ他方ではこれを流体フローによって確実に除去することにある。本発明によれば、これはディスク内に凹部を設けることにおいて達成され、これらの凹部は、当該ディスクに隣接しかつ当該ディスクに関連して移動可能であるように配置された他のディスクによって区切られたチャネルを形成する。従って、これらのディスクによる相対動作により、こすり取りと新たなチャネル形成とが同時に実行され、チャネル・リーディングは互いの相対動作によって絶えず変化する。これにより、正確に制御可能な反応プロセスによる連続操作が可能である。
【０００８】
同時に、後続の微生物学的プロセスのための成長基盤を得ることが重要である。このため、微生物が沈降する表面は多孔物質または粗さのある物質である、及び／またはそれらの表面が構造化されることが好適である。同時に、表面の構造化は、それ自体がすでにチャネルの形成である場合もあるが、チャネル内に追加して供給される場合もある。好適には、これらによって形成される凹部またはチャネルは、ディスク内の溝によって形成される。次に、これらの溝の表面と境界を成す隣接ディスクとは微生物で被覆される表面を形成し、その部分は好適には多孔性である、粗い、または表面が構造化される。
【０００９】
この溝は同時に反対側に配置されるディスクの方向に向かって開くように設計され、よってこの反対側に配置されるディスクはこの溝と共に流体を誘導するチャネルを形成する。溝は基本的には１枚のディスクに供給されることが可能であり、よってその反対側の隣接ディスクは平らに形成される。また隣接するディスク同士は部分的に重なり合っていれば十分であるが、好適にはディスクは同軸上に配置される、及び／または両側に溝を有して環状に形成される。次に、中央の流体供給はプレートスタックの内側の開口を介して実行されることが可能であり、その除去は外側を介して、もしくはこの逆で実行されることが可能である。そのため、溝は原則的には、放射状であるかまたは少なくとも放射状に揃えられ、よって例えば、互いに反対向きに配置されたディスクの溝を画定するエッジは、回転の際に必ず同じ角度で出合うように配置されている。
【００１０】
両側に溝を供給された、互いに同軸上に配置された２つのディスクスタックまたはプレートスタックが供給されている、特に小型に構成されかつ効果的に作動するデバイスが得られ、これにおいては、ディスクは個々のスタックに交互に配分され、一方のスタックは固定式であり、他方のスタックは回転式である。これは、一方のスタックの環状ディスクが、例えばこのスタックを回転するように設定する内側のシャフトを介してそのスタック内に固定される、内側に配置された少なくとも１つの部分を備え、かつもう一方のスタックの個々の隣接ディスクが何れも、それによってそれらがこのスタック内に固定される、外側に配置された少なくとも１つの部分を備えるという、簡単な様式で達成可能である。駆動が中央のシャフトを介して実行される限り、内側に配置された部分をシャフトに、またはシャフト上に配置されたキャリアに固定し、かつ外側の部分を互いにハウジングへしっかりと接続することは有益である。但し、これは反対に実行することもできる。
【００１１】
効果的には、両スタックのディスクは、互いに同一平面にされることが可能な、特にそこを空気／酸素であるガスが通って供給され得る１つまたは複数の開口を備える。空気−酸素の混合気は、両スタックの共通軸に基本的に並行してもたらされ、次いでディスクの領域において約９０゜偏向されて流体フローと共に原則的に半径方向の外側へと流れる。同時に、端側に、それによってガスが供給されるか、またはその端における制御されていない退出が防止される、適切な終端または接続部が供給された配置となっている。
【００１２】
表面に配置された溝を有する２つのプレートスタックが互いに噛み合い、かつ流体のガイドが主として内側から外側へ実行される好適な一実施形態は、構造が小型であるだけでなく、例えば下水槽のような既存の廃水処理設備に追加適用して設備能力を増大させる、または処理時間を短縮させることができる。このようなユニットはまた、水質を改善するために湖及びこれに類するもののような水域に浮かせて適用することもできる。
【００１３】
静止したロケーションでの適用では、例えば空気である反応促進ガスにより加圧下で作用させられて好気性反応処理を加速させるように、本デバイスを気密性の高いハウジングに組み込む、または気密式に閉鎖することのできるコンジット・システムに統合することが有益である。
【００１４】
以下、図面が示す実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
図１には、例えば廃水である処理される流体用の入口チャネル１１と、出口チャネル１３とを備えるレセプタクルが示されている。レセプタクル１５は気密式に閉鎖され、反応コースを加速するように圧力で作用されることが可能である。よってチャネル１１及び１３が閉鎖システムに組み込まれることは、理解されなければならない。モータ１０のシャフト２３は、レセプタクル１５を入口チャネル及び出口チャネル１１及び１３の反対側に存在するその端面壁において貫通する。シャフト２３の端には、互いに間隔を置いて配置されたディスク１９を有するスタック１７が締め付けボルト２１で固定されるキャリアが配置されている。これらのディスク１９は環状であり、図４にその平面図が示されている。これらは、その外周上に、共通のキャリア２２に固定される締め付けボルト２１が貫通する直径方向に配置された突起２０を備える。このように配置されたディスクスタック１７は、レセプタクル１５内でモータ軸を中心にモータ１０によりシャフト２３を介して回転されることが可能である。
【００１６】
原則的に円筒形であるレセプタクル１５の入口チャネル及び出口チャネル１１、１３を備える端面には、この端面とキャリア２６との間に締め付けボルト２５を介してディスク１８がハウジングにしっかりと締め付けられ、ディスクスタック１６を形成している。この場合もやはり、ディスク１８は互いに間隔を置いて配置され、これらは各々図２及び３に示されている。これらのディスク１８も同様に環状であり、その内側に、ボルト２５が貫通しかつこれらを固定する突起２４を備える。よって、こうして形成されたディスクスタック１６は、回転可能に配置されたディスクスタック１７と同軸でハウジングにしっかりと固定配置される。ディスク１８及び１９は互いに直に隣接して存在し、互いに噛み合い、これにより間を処理される流体が外側から内側へと流れるチャネルを形成する。
【００１７】
ディスク１８及び１９は各々、その両側に、原則として長方形の断面を有しかつ原則的に半径方向に、但し図２が示すように異なる角度で配向された溝２７を有する。ディスク１８及び１９は、隣接するディスクが１枚のディスクの溝２７をチャネルを形成するようにして閉止し、しかも両ディスクが引き続き互いに容易に動けるように、各々スタック１６及び１７内に間隔を置いて配置される。溝２７は微生物が付着する表面２８を形成し、よって２つのディスクスタック１６及び１７は、反応表面が比較的広く構造サイズが小さい多数のチャネルを形成する。ディスク１８及び１９は、プラスチック製の射出成形部品として安価に製造されることが可能である。
【００１８】
レセプタクル１５を通過するフローは、入口チャネル１１からディスクスタック１６及び１７の間の溝２７を通り、中央の空いた部分から出口チャネル１３へともたらされる。溝２７を画定する表面２８は、微生物を載せる表面を形成する。これらは、微生物がしっかりと接着するように粗い、多孔性である、または表面が微細に構造化されていることが好適である。
【００１９】
本デバイスの作動に伴って表面２８上に層厚さを増大させて形成される微生物は、シャフト２３の回転により機械的かつ好適には連続的に除去される。内側の突起２４上に固定されたプレートスタック１６が静止している間、外側の突起２０上に固定されたプレートスタック１７は回転し、溝２７のエッジ２９はスクレーパとして機能して余分な微生物を解離させ、微生物は通過して流れる流体に混入されて運ばれ、除去される。この場合、回転動作により、実行される突出した物質の切り取りは滑らかではないが、自然過程の場合のように、微生物の一部は流出し、よってチャネル断面の少なくとも一部は再度解離され、それを介する流れが可能になる。これには、処理される媒体は原則的にはポンプによって本デバイスを介して配送されることから、通常本プロセスは加圧下で実行されるという事実が加わり、この手段により先述のプロセスはいっそう促進される。図示された実施形態では、貫流は外側から内側へと形成されるが、内側から外側へ形成される場合もある。何れの場合も、キャリア２６は、貫流が溝２７によって形成されるチャネルに沿ってのみ達成され得るように、出口チャネル１３をレセプタクル１５の他の内側の空間から分離する。
【００２０】
図２乃至４によって表示される環状のディスク１８及び１９の場合、溝２７は原則的に放射状に配置されるが、ディスク３０及び３１は、ディスクスタック１６及び１７によって先に説明した方法と同じく互いに噛み合う溝の別の配置を表している。ディスク３０（図５）には、多数の短い、かつ原則的に放射状であるチャネルが供給されているが、これらは比較的断面が小さく、ディスク上をほぼジグザグに延びる上昇された部分に供給されている。ディスク３１は、螺旋状に配置されたチャネルを有する。これらのディスク３０及び３１を組み合わせることにより、厚さが極めて一定した微生物層がもたらされる。これにおいては、ディスク３０の溝が主要なフロー経路を形成するのに対して、ディスク３１の溝のエッジは原則的にこすり落としのタスクを実行する。ディスク３０及び３１によるこの配置は極めて優れた潤滑特性を有し、よって比較的高いディスクスタックが形成され得る。
【００２１】
処理手順を加速させかつさらに集中的な流体処理を達成するためには、特に空気−酸素（周囲空気）であるガスをさらに追加供給することが有益である。このため、個々のディスクスタックのディスクに、さらに、図９におけるディスク３６により例示的に示されているような穴を供給することができる。このディスク３６も同じく、環状にかつ射出成形部品として形成されている。これは、内側の突起２４及び外側の突起２０を備え、よってディスク３６は一方のディスクスタック及び他方のディスクスタックに適用可能である。各々不要な突起２０または２４は、補助器具を使用して除去される。
【００２２】
図９の図解から明らかであるように、ディスク３６内に形成された溝は、図１乃至４によって先に説明した実施形態の場合よりも表面が大きく形成され、互いに異なる角度で配置された、但しディスク３６の回転軸へと等しく配向されて配置された原則的に放射状に延びるウェブ３７及び３８によって形成されている。ウェブ３７及び３８の２行の間には、円形の穴リングによって形成された一列の開口３９が供給されている。両スタックの全ディスクに供給されたこれらの開口３９は、対応する回転位置で同一平面になると直ちに、空気／酸素が誘導されて通り得る中央の横断チャネル４０を形成する。流入は、静止ディスクスタックの静止キャリア４２へと開放されたコンジット４１を介してもたらされる。ディスク３６の外側は、図９に見ることのできる上側と同じように形成される。
【００２３】
互いに噛み合うこのような２つのディスクスタックは、図８の縦断面図におけるデバイス内に示されている。この場合も本デバイスは原則的に円筒形であるレセプタクル４３を有し、その一方の端面側には入口チャネル１１及びシャフト２３のリードスルー及びマウントが配置され、もう一方の端面側は出口チャネル１３を備えている。回転式のディスクスタック４４はレセプタクル４３内でシャフト２３に固定され、静止ディスクスタック４５はキャリア４２とキャリア４６との間に組み込まれる。両スタックのディスクは図９によって説明したものに相当し、何れの場合も内側または外側の突起２４、２０は除去されている。この実施形態では、ウェブ表面３８及び３９を除くディスク表面のほぼ全体を流れが通過することから、断面のより大きい貫流チャネルがもたらされる。空気／酸素の供給は、初期処理の場合、原則として酸素はまだエントレインによって十分に入手可能であることから、スタックを介するフロー経路のほぼ半分であることが特に好適であり、よって中間でこれを供給することが流体処理には特に有効である。
【００２４】
図１及び８は原則として基本的なデバイス構成を表示しているが、図７はこのようなデバイスが実地ではどういう状態になるかを示している。ここでは、その後に配置されるギヤ３２を有する標準型のモータ１０を使用可能であり、それにレセプタクル３３が同軸でフランジされ、上記レセプタクルは原則的に管状に設計され、例えば１メートルの長さを有することが可能である。ディスクスタックは、この管状部分３３内に配置される。本デバイスの液圧接続は、入口及び出口として一列に置かれた２つのフランジ３４及び３５によって下端で実施される。
【００２５】
既に指摘した通り、適切に設計された本発明によるデバイスは、さらに、既存の（開放式）廃水処理設備または水塊にも適用することができる。必要な作業は、処理される流体を本デバイスに運び入れるための適切な手段を供給することのみである。このためには、原則的に、流体を本デバイス内に運び入れる遠心ポンプで足りる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】微生物で被覆される表面が互いに係合状態にある２つのディスクスタック上に供給されるデバイスを示す略縦断面図である。
【図２】内側のディスクスタックのディスクの平面図である。
【図３】図２の矢印ＩＩＩ方向の側面図である。
【図４】外側のディスクスタックのディスクの平面図である。
【図５】別のディスク設計による図４に準じる平面図である。
【図６】さらなるディスク設計による図４に準じる平面図である。
【図７】インライン接続部を有するこのようなデバイスの構成を示す。
【図８】追加のガス供給を含む、互いに同軸上に配置された２つのディスクスタックを有して同様に機能するデバイスの略縦断面図である。
【図９】内側または外側で選択的に固定されるように想定されたディスク設計を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ モータ
１１ 入口チャネル
１３ 出口チャネル
１５ レセプタクル
１６ ディスクスタック（１８）
１７ ディスクスタック（１９）
１８ ディスク（図２）
１９ ディスク（図４）
２０ 突起、外側
２１ ボルト
２２ キャリア
２３ シャフト
２４ 突起、内側
２５ ボルト
２６ キャリア
２７ 溝
２８ 表面
２９ エッジ
３０ ディスク（図５）
３１ ディスク（図６）
３２ ギヤ
３３ レセプタクル
３４ フランジ
３５ フランジ
３６ ディスク（図９）
３７ ウェブ
３８ ウェブ
３９ 開口
４０ 横断チャネル
４１ コンジット
４２ キャリア
４３ レセプタクル
４４ 回転式ディスクスタック（図８）
４５ 静止ディスクスタック（図８）
４６ キャリア

Claims (12)

1. 特に廃水処理である生物学的流体処理のためのデバイスであって、本デバイスによって流体は、その回転軸を中心に駆動されることが可能なディスク（１９，３１，３６）の一部を形成する微生物（５）で被覆された表面（２８）に沿って誘導され、表面（２８）はディスク（１８，１９，３０，３１，３６）内に置かれた凹部によって形成され、ディスク（１８，１９，３０，３１，３６）は流体の誘導が凹部（２７）を介して実行されるように互いに配置され、一方のディスク（１８，３０，３６）の凹部（２７）はこれと相対移動が可能な隣接するもう一方のディスク（１９，３１，３６）によってチャネルを形成するように画定される、デバイス。
2. 微生物で被覆される表面は多孔性である、粗い、または表面を構造化されている、請求項１記載のデバイス。
3. 凹部は一方のディスク（１８，１９，３０，３１，３６）における溝（２７）によって形成される、先行する１つの請求項記載のデバイス。
4. ディスク内の溝（２７）は原則的に放射状に配向され、溝（２７）を介するチャネルの誘導はディスクの内側から外側へ、またはその逆で実行される、先行する１つの請求項記載のデバイス。
5. ディスク（１８，１９，３０，３１，３６）は環状に設計され、かつスタック（１６，１７，４４，４５）にして配置される、先行する１つの請求項記載のデバイス。
6. 互いに噛み合う２つのディスクスタック（１６，１７，４４，４５）が供給される、先行する１つの請求項記載のデバイス。
7. ２つのディスクスタック（１６，１７，４４，４５）は同軸上に配置される、先行する１つの請求項記載のデバイス。
8. 一方のディスクスタック（１６，４５）は静的であり、もう一方（１７，４４）はその回転軸を中心に回転式に駆動可能である、先行する１つの請求項記載のデバイス。
9. 一方のスタック（１７）のディスク（１９）は、外側に配置された、それらをスタック（１９）内に固定する少なくとも１つの部分（２０）を備える、先行する１つの請求項記載のデバイス。
10. もう一方のスタック（１６）のディスク（１８）は、内側に配置された、それらをスタック（１６）内に固定する少なくとも１つの部分（２４）を備える、先行する１つの請求項記載のデバイス。
11. ディスク（３６）には、互いに一平面にされることが可能な、特に空気／酸素であるガスをそこを通して供給することのできる開口（３９）が供給される先行する１つの請求項記載のデバイス。
12. １つまたは複数の表面（２８）は、反応促進ガスによって圧力が作用するチャネル部分またはレセプタクル（１５，３３，４３）内に配置される先行する１つの請求項記載のデバイス。

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