JP2007532291A - 水処理 - Google Patents

Abstract

塩水性家庭廃水の生物学的処理のための装置であり、装置は、塩水性家庭廃水の導入のための流入口、処理済廃水の除去のための排出口、塩水性家庭廃水の塩濃度レベルの変動が減少されるように、装置に入るか、または装置の内部の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを監視する手段、および装置に入るか、または装置の内部の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御する手段を有し、それにより塩水性家庭廃水の生物学的処理が維持される。

Description

本発明は水処理に関する。特に、本発明は塩水に基づく家庭廃水の生物学的処理のための方法および装置に関する。

廃水処理の分野では、トイレの流水式洗浄（toilet flushing）由来の家庭廃水は、細菌、原生動物、および／または草食性無脊椎動物を用いて生物学的工程により処理されることが一般的である（例えばBitton (1999) Wastewater Microbiology. Wiley-Liss, New York参照）。かかる生物学的工程は、たいてい物理的処理工程に先行される。物理的工程は、大きな有機粒状物質および鉱物性粒状物質の除去を含み（例えばふるい分け、砂岩除去）、有機粒子の物理的な大きさを減少させるための浸軟がその後に続くこともある。しかし、これらの工程は、小規模のプラントではめったに用いられない。次の工程は、通常、より大きな有機粒子を除去する沈殿である。これらの工程は合せて一次処理と呼ばれる。それから次の工程は生物学的処理、すなわち二次処理である。これはほぼ常に、下水または廃水を細菌、原生動物、および／または無脊椎動物の共同体（community）とじかに接触させる、主に好気的な工程であり、その結果、有機物の大部分が二酸化炭素に変換されるように、かかる生物体が種々の方法で、共に相互作用し得る。しばしば、溜まった（settled）下水に存在するアンモニアおよび有機窒素は酸化されて、硝酸塩、または窒素ガスになる。生物学的工程の方法論の正確な配置が編成され、その結果微生物の生物量（biomass）の生成が最小限にされる。しかし、最終の沈殿（settlement）段階はほぼ常に、国の基準または国際的基準に適合する高質の排出物（effluent）を生じることが必要とされる。

しかし、どの工程が行われるかにかかわらず、ほとんどの国では、飲用水、すなわち淡水がトイレの流水式洗浄に用いられているため、物理的および／または化学的、ならびに生物学的工程が淡水媒体で行われているのが実情である。淡水に基づく生物学的処理系は、比較的安定な生物共同体の確立を必要とする。かかる生物共同体は、廃水における変化、例えば高濃度排出物と低濃度排出物の間のような生物学的酸素要求量（BOD）における変化に対して適合し得るが、生物学的安定性を維持するためにさらなる準備、例えば生物学的処理装置に対して「希釈衝撃（dilution shock）」を引き起こし得る多量の暴風雨水をさえぎるための貯蔵タンクの使用、がしばしばなされる。

トイレの流水式洗浄および他の家庭の目的の双方のために飲用水を用いることは、世界のいくつかの地域で特に乏しい資源の浪費とみなされ得る。この理由のために、降水量のほとんどない先進の暑い国（例えばマルタ、香港）では、飲用水ではなく、海水をトイレの流水式洗浄に用いることが知られている。かかる国では、家庭用水の供給のために、「二重導管」システムを構成することが一般的である。一方の「導管」はトイレの流水式洗浄のために海水を提供し、他方の「導管」は飲用目的および洗浄目的の飲用水を提供する。「二重導管」アプローチを用いる大多数のシステムは、廃水処理を含まない。海水導管の目的は淡水を保存することであり、トイレの排水および飲用排水/洗浄排水の流れは一般に無処理で環境に放出される。トイレの流水式洗浄に由来する排出物（当該技術分野で「ブラウンウォーター（brown water）」として公知）および洗浄などに由来する廃水（当該技術分野で「グレーウォーター（grey water）」として公知）は、従来の廃水システムならびに「二重導管システム」を用いた小数のシステムにおいて、淡水の処理のために設計された装置またはプラントで混合され、処理される。飲用水の保存のための代わりのアプローチ、またはさらなるアプローチとしては、「グレーウォーターリサイクル」が挙げられ、ここで洗浄に用いられた水は、局地的に処理され、次いでトイレの流水式洗浄のために、または灌漑のために用いられる。しかし、これらの場合の各々において、結果として生じるブラウンウォーターは、なお淡水源に基づいており、したがって淡水に基づく生物学的アプローチを用いて処理される。

高塩濃度廃水についての生物学的処理および／または化学的処理の方法論は、少数の工業環境、例えば魚肉の洗い場および皮なめし工場からの廃水に関して記載されてきた（例えばEP0523883参照）。しかしこれらの方法論は、家庭環境では、たとえ塩水の流れがトイレの流水式洗浄に用いられていても、少なくとも一つの廃水の流れは淡水に基づいていなければならないという事実に対処していない。したがって、塩水廃水を用いる処理方法における塩濃度レベルの制御は取り組まれておらず、上で言及した工業環境における排出物は、塩水に基づく家庭のブラウンウォーターの流れと同じ塩濃度における潜在的な変動を受けやすくはなく、先行技術の二重導管法においては、淡水に基づくグレーウォーターの流れがそれに加えられている。

塩水に基づく家庭廃水の生物学的処理は対処がなされてきた。記載されている方法のほとんどは、例えば藻類または他の植物を用いる「非古典的」生物学的処理を用いている。EP0523883において、藻類（および任意に、シアノバクテリア）が、塩類溶液媒体の皮なめし工場排出物または有機下水排出物を処理するために用いられている。しかし、記載された工程は、その後の塩水の添加により塩類溶液にされる、部分的に処理された淡水下水に関する。他の塩耐性植物の使用は、Brownら （1999） Aquaculture 175, 255に記載されており、ここで塩分を含む水産養殖廃水からの栄養物の除去が示されている。US4442007において、潮の干満のある海岸地域における使用のために設計された廃水処理システムが開示されている。該システムは、飲用水の供給のための淡水供給回路（network）、およびトイレの流水式洗浄のための海水中の過酸化水素の溶液の供給のための別個の供給回路からなる。使用の後、淡水性廃水および海水性（seawater-based）廃水の双方は、同じ処理位置に運ばれ、そこでそれらは混合され、海水に自然に存在する微生物による処理のための単一産出物の排出物を生じる。処理される廃水の塩濃度を制御する試みはなされていない。また、過酸化水素は、重大な操作上の不利益および環境的不利益を付与する高反応性化学添加物である。海水性ブラウンウォーターの生物学的処理のための廃水処理プラントはまた、南極大陸のニュージーランドスコット基地（New Zealand Scott Base）で用いられている。しかし、ブラウンウォーターは、非制御様式で淡水性（freshwater-based）グレーウォーターの流れと混合され、海水と比較して相対的に低く、各方向で平均値の100%まで変化し得る、処理混合物における塩濃度レベルを生じる。しかし、塩濃度における、かかる非制御かつ無作為な変化は、プラントの稼働における潜在的な問題として今まで認識されていなかった。

JP5208197Aにおいて、汚泥の膨張を減少させ、沈殿作用を促進するために、淡水性活性汚泥の工程に海水が加えられている。EP0104648A2において、予め順化させた微生物を有する汚泥と混合する前に、廃水が所定の水準のpHおよび塩濃度に調節される、工業廃水の生物学的処理のための工程が記載されている。GB1466530は、特に油汚染工業廃水の処理を目指した、淡水性廃水処理工程を記載し、ここで処置の間に海水が廃水に供給される。活性汚泥の工程に対する海水の効果、例えば汚泥の沈殿の増大、および淡水性培地で成長している微生物に対する微量の栄養物の供給は、種々の存在する塩の化学的性質による。低塩濃度（典型的には0.4重量%以下）の範囲が用いられ、塩濃度の監視は要していない。

したがって、上に例示したように、塩水に基づく廃水の塩濃度レベルを制御することの重要性の先行技術における認識が存在しない。この先行技術の局面に関して改善することが本発明の目的である。

したがって、本発明の一つの局面は、塩水性（saltwater-based）家庭廃水の塩濃度レベルの変動が減少し、塩水性家庭廃水の生物学的処理がそれにより維持されるように、塩水性家庭廃水の生物学的処理のための、塩水性家庭廃水の導入のための流入口、処理された廃水の除去のための排出口を有する装置、装置に入るか、または装置の内部の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを監視するための手段、および装置に入るか、または装置の内部の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御する手段を提供する。

本発明の装置は、装置に導入される排出物または塩水の塩濃度レベルにかかわらず、比較的好塩性の生物学的共同体の確立を可能にし、重要なことには平衡に近い状態で共同体の維持を可能にする。したがって、廃水の生物学的処理の有効性が改善され、装置はトイレの流水式洗浄などの適用のための塩水の使用からの経済的利益および環境的利益の実現を可能にする。監視機器を包含することは、装置の内容物の塩濃度を維持するために必要とする改善措置の種類および程度の正確な決定を可能にする。該機器は、廃水もしくは処理された廃水の伝導度、または溶解された固体の乾燥重量を測定し得る。好ましい伝導度測定機器はトロイダル（torroidal）伝導度用プローブ（probe）である。用語「家庭」は、本明細書中で用いられる場合、工業工程から生じる廃水とは異なるような人間の私的活動、すなわち排泄（excretion）、洗浄、衣類洗濯などから生じる廃水を含意する。本発明は家庭に由来する廃水の処理に限定されず、ホテル、事務所、病院などに由来する廃水の処理もまた含む。本明細書中で用いられる場合、用語「塩水性（saltwater-based）」は、海水に由来する塩水、塩水地下水、海水濃度またはそれ未満の鹹水(brines)、および海水に直接由来しない他の塩水源が、家庭の局面において、糞便、尿、台所廃物などの種々の廃棄物質について、担体媒質として用いられる、家庭廃水処理工程をいう。塩水に存在する主要な塩は、NaClである。

装置の中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルの制御のための手段は、好ましくは塩濃度レベルの変動を所望の塩濃度レベルの50%以内に、より好ましくは25%以内に、最も好ましくは10%以内に減少させ得る。

装置は、例えば浸水性の曝気型生物膜リアクター（submerged, aerated biofilm reactor）（SABR）、活性汚泥リアクター（activated sludge reactor）（AS）、連続バッチ式リアクター（sequencing batch reactor）（SBR）、回転生物接触器（rotating biological contactor）（RBC）、または浸水膜バイオリアクターなどの膜バイオリアクター（membrane bioreactor）（MBR）の原理で作動し得る。SABRにおいて、装置は廃水、および廃水を処理し得る微生物が生育するいくつかの固体の、一般にはプラスチック素材の、物体（例えばチューブ）を収容するためのタンクを含む。タンク中の廃水は、例えば酸素ガスまたは空気を用いて曝気される。ASにおいて、廃水は曝気され、次いで生物量の大部分を含有する活性汚泥フロックが沈降タンク中の処理された廃水から分離される。次いで大部分の汚泥フロックはエアレーションチャンバーの中に戻され、その結果高い微生物の生物量が維持される。SBRにおいて、活性汚泥プラントの原理は、曝気段階および清澄段階を時間的に分離することによって確立される。これはタンクの中の曝気された廃水中の生物共同体を生育させ、同じタンクの中の生物体の沈降がその後に続くことによりなされる。次いでタンクは、廃水の処理された成分が出されるが、微生物のフロックは保持され、処理された廃水の一回分が生じるように、さらなる廃水について該工程が繰り返される。RBCにおいて、その放射軸が廃水の水面に実質的に垂直になった、廃水のタンクの上に据え付けられた、一つ以上の大きな典型的には円形のプレート上で、生物体は生育され、プレートは部分的に廃水中に沈められている。使用において、プレートは、プレートの表面の所定の領域が交互に（alternatively）廃水の中に沈められ、次いで廃水から離れて引き出されるように、廃水の水面に実質的に平行な軸のまわりに回転する。プレートの表面の所定の領域が沈められると、その領域と接触する廃水の生物学的処理が起こる。その領域が廃水から離れて引き出されると、その領域に付着している生体物質（the biological）および廃水物質の曝気が起こる。MBRは、生物学的廃水処理と廃水中に沈めた合成膜フィルターとを組み合わせた混成工程/装置である。膜フィルターは平らなシートまたは中空繊維を含む種々の形状を有し得る。かかるリアクターは、EP1341597およびJP11253942に記載されている。

装置の中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段は、補助用塩水の供給を含み得、それにより装置の内容物が実質的に一定の全容積で維持され得る。塩水廃水の基礎となる塩水の塩濃度レベルよりも低い塩濃度レベルで生物学的処理が起こる場合、淡水または希釈塩溶液（saline solution）の供給がこの目的のために提供され得る。

典型的には廃水の基質（basis）として用いられた塩水と同じ源から生じる、補助用塩水の供給は、廃水の基質として用いられた塩水の塩濃度に向かって、装置の内容物の塩濃度を回復させる傾向があり、したがって生物共同体が平衡状態を維持するのに役立つ。実質的に一定の全容積を維持することは、この点でさらに役立つ。塩水の供給はまた、生物学的処理効率を最適化するために、廃水中の生物学的酸素要求量の諸ピークがなめらかにされ得るという利点を有する。

装置は、淡水性家庭廃水の導入のためのさらなる流入口、ならびに淡水性廃水の導入の前に、または導入時に、淡水性廃水および／または塩水性廃水と、塩（すなわちNaCl）、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液、および／または淡水とを混合するための構成部分を有し得る。

中の下水配管もまた二重導管である、すなわち中の淡水廃水および塩水廃水が別々に処理またはリサイクルに送られる、二重導管配管のアセンブリから出る廃水の処理のために装置が用いられることを、さらなる流入口の提供は可能にする。淡水廃水は比較的制御されない様式で、塩水廃水の塩濃度を低下させ、したがって生物共同体の平衡の損失および処理効率の減少をもたらし得る。したがって、塩、塩水、または濃縮塩水溶液の淡水廃水への添加は、装置の内容物の塩濃度レベルに対する淡水廃水の影響力を最小限にし、したがって処理効率の損失を減じる。同様に、塩水廃水の基質として用いられる塩水の塩濃度よりも低い塩濃度が用いられる工程において（例えば50%または25%塩水の工程が望ましい場合）、その塩濃度レベルを所望のレベルに低下させるために、塩水性廃水に希釈塩水溶液、または淡水が加えられ得る。生物学的処理のための、生じる混合された廃水において、所望の塩濃度レベルが達成されているのであれば、塩、濃縮塩水溶液もしくは希釈塩水溶液、塩水、または淡水は、塩水性廃水もしくは淡水性廃水のいずれかに、または双方に加えられ得ることは明らかであろう。好ましい態様において、過度の淡水の使用を避けるために、塩、濃縮塩水溶液、または塩水を加えることがより望ましいであろう。疑いの回避のために、用語「濃縮塩水溶液」は、塩水廃水の基質として用いられる塩水よりも高い塩濃度を有する溶液をいう。「希釈塩水溶液」は、それに応じて解釈されるはずである。淡水廃水または塩水廃水と塩、塩水、希釈塩水溶液もしくは濃縮塩水溶液、または淡水との混合のための構成部分は、さらなる流入口の上流の攪拌機器もしくは混合チャンバーを含み得るか、またはさらなる流入口に向かって、もしくはさらなる流入口を通って淡水廃水が通過する時に、塩水などを淡水廃水に加えるための排出口を単に含み得、装置の中への淡水廃水の導入時に淡水廃水の流れおよび／またはそこでつくり出される乱流によって混合は起こる。

廃水の塩濃度レベルを制御するための手段は、塩水、塩、または濃縮塩水溶液の供給のための機器を含むことがまた好ましい。塩、または濃縮塩水溶液の使用は、塩濃度レベルの維持のために加えられる、必要とされる液体の容積を減少させ、したがって貯蔵およびポンプ輸送の必要条件の点で利点を与える。装置は、例えば濃縮塩水溶液の過剰投与、もしくは例えば装置からの水の蒸発による塩濃度のよりゆるやかな増大、または塩濃度レベルの減少の工程が望まれること、のいずれかの理由で、装置の内容物の塩濃度レベルの減少を可能にするために、希釈塩水溶液または淡水の供給のための機器をさらに、またはあるいは含んでもよい。

装置は、好ましくは塩水性家庭廃水が基づく源と同じ源から生じる塩水に由来する塩または濃縮塩水溶液の生成のための蒸発装置を含み得る。蒸発装置は太陽電池式であってもよい。塩または濃縮塩水溶液を装置の位置で生成させることは、貯蔵および輸送の点で利益を与えるが、一方太陽エネルギーの使用は、装置のエネルギー使用量を減少させる、ならびに環境保護上好都合である、という利点を有する。

装置は、好ましくは、通常の使用の間に塩水性家庭廃水と接触する部分が塩腐食耐性物質および／または水腐食耐性物質から形成されるように構築される。かかる物質は、例えば、ステンレス鋼、またはプラスチックであってもよい。

好ましくは、塩水は海水である。海水は自然に非常に豊富にあり、したがって使用の減少および続いて生じる淡水の処理のための必要性の観点から、かなりの節約がなされることを可能にする。

装置は、好ましくは、海洋生物共同体を生じ得る海洋生物培養物が与えられる。用語「海洋生物共同体」は、本明細書中で、塩水性廃水が生物学的廃水処理施設で収容され、曝気される場合、微生物に対して化学的利益を与えるための順化または塩の添加なしで発育する、細菌および他の微生物の懸濁された、または固着した共同体と定義される。かかる共同体は、海水中の微生物、源の塩水中の微生物共同体に基づき得るか、または他の塩水性処理施設において前もって発育させた微生物として加えられ得る海洋生物培養物から直接発育する。

別の局面において、本発明は、少なくとも1つのトイレに塩水を供給するための第一の供給導管、およびトイレから塩水性廃水を移動させるための対応する第一の下水導管、ならびに飲用水を必要とする1つ以上の機器に淡水を供給するための第二の供給導管、およびかかる機器から淡水性廃水を移動させるための対応する第二の下水導管を含み、第一および第二の下水導管が、生物学的処理に著しく影響するような程度で淡水性廃水との制御されない混合により塩水性廃水の塩濃度レベルが影響を受けることなく、塩水性廃水の生物学的処理のための移送を可能にするように配置される、家庭の水供給アセンブリ（assembly）および下水設備アセンブリを提供する。

本発明の水供給アセンブリおよび下水設備アセンブリは、上記の二重導管アプローチを用いるが、先行技術のアプローチにおけるものとは異なり、塩水廃水および淡水廃水が、塩濃度レベルに依存する生物学的処理に著しく影響を及ぼすような方法で、制御できずに混合されないことを確実にする。その代わりに、塩水廃水および淡水廃水の混合は、生物学的処理の前には回避されるか、または生じる混合された廃水の塩濃度レベルを調整するように制御されるかのいずれかであり、したがって生物学的処理のために使用される施設における生物共同体の平衡を維持する。

第一の下水導管は、上記のような装置への塩水性家庭廃水の移送のために配置され得る。第二の下水導管は、塩水性家庭廃水の処理の位置に対して離れた位置への、淡水性家庭廃水の移送を可能にするように配置され得る。淡水性廃水は生物学的に処理され得るか、または再利用され得るか、もしくは灌漑のために用いられ得る。

別の態様において、第二の下水導管は、塩水性廃水の処理の位置と同じ位置への淡水性廃水の移送を可能にするように配置され、淡水性廃水および塩水性廃水は、生物学的処理の位置で、または生物学的処理の位置に到達する前に、混合され、第一および／もしくは第二の下水導管、または混合された廃水を輸送する第三の共用の導管は、生じる混合された廃水の塩濃度を増大させるか、または減少させるように、塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液、または淡水の供給に関する使用において、連結している（communicating）。

淡水廃水の流れが塩水廃水の流れと混合される場合、塩濃度における変動は、結果として生じる生物学的処理効率の損失を伴って、必然的に起こる。生物学的能力（performance）の向上を達成するために、比較的安定な塩濃度レベルをつくり出すことが必要であり、これは本発明のアセンブリによって、好ましい態様においては、異なる位置に2つの流れを運ぶこと、または例えば塩水廃水への淡水廃水の添加の前に、淡水廃水の流れの塩濃度を増大させること、のいずれかによって達成される。本発明のアセンブリはまた、すでに設置済みの二重導管配管から作られ得るという利点を有する。好ましい態様において、アセンブリにおいて用いられる塩水は海水である。しかし、河口の水、塩水地下水、または海水の濃さのもしくは海水の濃さ未満の鹹水などの他の塩水もまた用いられ得る。

さらなる関連する態様において、本発明は家庭廃水の生物学的処理のための方法を提供し、該廃水は、塩水が供給される少なくとも1つのトイレからの塩水性家庭廃水の流れ、および淡水が供給される少なくとも1つの機器からの淡水性家庭廃水の流れを含み、該方法は、塩水性廃水の塩濃度レベルが、淡水性廃水の流れとの制御されない混合によって、生物学的処理に著しく影響を及ぼすような程度の影響を受けることを回避するような様式で、生物学的処理のために塩水性廃水の流れを移送すること、ならびに生じる塩水性廃水または混合された廃水の生物学的処理を含む。

本発明の方法は、二重導管システムにおけるトイレの流水式洗浄のための塩水の使用を可能にするが、生じる廃水の塩濃度レベルの制御の重要性、および淡水の流れと塩水が接触することを制御する必要性を認識する。かかる方法は既存の二重導管配管を用いて行われ得、淡水の流れおよび塩水の流れの制御されない混合を避けるために廃水導管の適切な改変を受け得る。淡水、典型的には飲用水が供給される機器は、塩水を用いるのにも適切であり得る（例えば食物の洗浄のための流し）ことは認識されているが、例えばシャワー装置、洗面台などであり得る。

ある態様において、塩水性廃水の流れは、生物学的処理のために、淡水性廃水の流れに対して離れた位置へ移送される。上記のように、このアプローチは、塩水廃水の流れの任意の淡水の混入（contamination）を避けることを可能にし、したがって生物学的処理プラントのために比較的安定な塩類環境の確立を提供する。かかる態様において、淡水性廃水はまた、生物学的に処理され得るか、または再利用され得るか、もしくは灌漑のために用いられ得る。

あるいは、淡水性廃水の流れは、その生物学的処理の前に、生じる混合された廃水の塩濃度を増大させるか、または減少させるために、混合の前に、または混合の間に淡水性廃水の流れ、および／または塩水性廃水の流れに加えられるか、または混合の後に混合された廃水に加えられる、塩水性廃水の流れ、塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液、または淡水と混合される。

好ましい態様において、淡水性廃水、および／または塩水性廃水と混合された塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液、または淡水の量、ならびに塩水性廃水、または淡水性廃水と混合された生じた混合物の量は、それぞれ、塩水性廃水の流れの25〜150%の塩濃度レベルの、生じた生物学的処理混合物における塩濃度レベルを提供する。塩水性廃水の塩濃度レベルに近い塩濃度レベルを用いることは、処理される廃水の希釈度についての最小限の必要条件を有して、生物学的処理効率が維持され得ることを確実にし、かかる希釈は潜在的には淡水を浪費する。本発明の方法を用いた発見の中でとりわけ、100%の海水性媒体、および50%の海水性媒体を用いて、ならびにASおよびSABRの両方を用いて、高濃度および低濃度の排出物の両方で、生物学的酸素要求量および浮遊物質濃度を満足のいくように減少させることが可能であることがわかった。

塩水性廃水の生物学的処理の間に、塩水の補助的供給が与えられ、処理中の廃水を実質的に一定の総容積で維持することが好ましい。補助的な塩水の供給の利点は、本発明の装置との関連において、上に記載されている。

有益には、処理前、処理中および／または処理の後の廃水の塩濃度が、監視される。塩濃度の監視が行われようが行われまいが、塩、または濃縮塩水溶液を添加して塩濃度を増大させることによって、または希釈塩水溶液もしくは淡水を添加して塩濃度を減少させることによって、またはさらなる塩水を添加して塩濃度を塩水性廃水の濃度に向けて変えることによって、処理中の廃水の塩濃度を比較的一定の濃度に維持することは有利である。かかる工程は、生物学的処理プラントのために比較的一定の塩類環境を維持することに寄与する。

塩、または濃縮塩水溶液は、塩水性廃水が基づく源と同じ源から生じる塩水の完全な、または部分的な蒸発によって得られ得る。上記のように、蒸発工程は太陽電池式であってもよい。

方法の好ましい態様において、塩水は海水である。

生物学的処理は、例えばSABR、AS、SBR、MBR、またはRBCを用いて行われる好気的生物学的処理であり得る。処理は、典型的には、細菌、原生動物、および／または無脊椎動物に基づく海洋生物培養物を用いて行われる。細菌は、好ましくは、単細胞細菌、ならびに繊維状従属栄養細菌および独立栄養硝化細菌から選択される。原生動物は、好ましくは、草食性原生動物、主に繊毛のある、柄のある（stalked）、およびはう種類から選択される。無脊椎動物は、好ましくは、微生物、および有機物、主に中型底生動物を常食とする草食性無脊椎動物から選択される。生物学的処理は、好ましくは、廃水の導入の前に、生物共同体を発生させるために、栄養物の添加のさらなる工程を含む。栄養物の添加は、生物学的処理のプラントが、できるだけ短い時間で、廃水を収容するための準備がなされることを確実にする。栄養物は、人工下水、または固体培養基（substrate）に関する粘性タンパク質溶液などの、有機物質の溶液の形態であり得る。生物共同体の発生は、塩水性廃水の生物学的処理のために用いられることを意図される塩濃度レベルと実質的に同じ塩濃度レベルで起こることが一般に好ましい。この供給は、生物体が処理のために必要とされる塩濃度レベルに対して前もって平衡に達しているため、廃水の導入時の生物学的処理共同体に対する任意の「衝撃（shock）」を回避することを助け、処理の効率を増大させる。

別の関連する態様において、本発明は塩水性家庭廃水の生物学的処理のための方法を提供し、該方法は生物学的処理共同体の発育および／または維持に適した装置に塩水性家庭廃水を導入すること、ならびに塩濃度レベルの変動が減少し、それにより廃水の生物学的処理が維持されるように、装置内の廃水の塩濃度レベルを制御することを含む。

一般に、トイレの流水式洗浄（および適切である場合、他の非飲用目的）のための海水の使用は、約30%の標準的な淡水の使用量を節約し得る。経済的利益の点から、海水を用いている国は、二重導管配管の設置の費用が考慮に入れられる場合でさえ、淡水を生成させ、使用することの費用と比較して、約70%以上の財務上の節約を報告している。世界の人口の約70%が海から50 km以内に住んでいると仮定すると、トイレの流水式洗浄のための海水の活用は、はなはだしい経済的および環境的衝撃を明らかに有し得る。

本発明は、従来当該技術分野で特定されてこなかった課題、すなわち塩水に基づく廃水の生物学的処理は、最適な、または最適に近い効率が達成されるために、塩濃度レベルの安定性を必要とするということを認識しつつ、上記の経済的および環境的利益を理解させる。先行技術の廃水処理方法は、一般に塩水廃水の淡水による制御されない混入を含み、したがって生物学的処理が起こる媒体の塩濃度レベルに任意の変化が生じる。しかし、本発明は、淡水の流れ、および塩水の流れが混合される場合でさえ、塩および／または水の緩衝的添加の使用で制御された様式で、これがなされ、したがって塩濃度の安定性が維持されることを確実にしようとする。

廃水処理の分野において、現在、海水は有益な資源としてよりも、むしろ有害なものとして見なされている。19世紀以来、廃水処理系は継続的に開発されており、現在、廃水の技術者らが必要に応じた系をその中から選択し得るような系が過剰に存在する。この広範囲の系が利用可能であるにもかかわらず、それらは一般的に淡水源に基づいている。主に、廃水処理系は重要な化学的指標の流入および排出濃度を測定することまたは処理過程の効率で評価され、該過程の微生物（microbiology）は処理過程に極めて重要なものであるが、まれにしか常套的に監視されない。しかしながら、世界規模で多くの研究者により、何年間にもわたって行なわれる研究によって、排出物の質を向上させるこれらの処理装置中で微生物がどのようにして環境と相互作用するのかの適当な理解が導かれた（例えば、Bitton (1999) Wastewater Microbiology. Wiley-Liss, New York）。同様に、微生物学者は、海洋生息環境における微生物とその環境との相互作用について、かなり理解している（例えばKirchman (2000) Microbial Ecology of the Oceans. Wiley-Liss, New York）。しかしながら、これら二つの知識領域は、塩水性廃水処理の効率を最大限に活かし得、最適化し得る、塩水性廃水処理系の作製には結びついてはいなかった。

廃水処理中に生じる全ての微生物過程（図１参照）は海洋環境中で生じ得る（Kirchman (2000)、上述参照）。これらの過程は海洋性環境において遍在的であり、開かれた海洋、沿岸水、河口中、水柱中および堆積物中で生じる。好気的過程は水柱中および好気性の水中の表面堆積物中で生じ、嫌気的過程はより深い堆積物中、ならびに塩性湿地およびマングローブの生える沼地の嫌気性共同体中で生じる。これらの過程は、南極海および深海（2〜4℃）等の寒冷な環境、温帯地方およびより温暖な熱帯地方、ならびに火山性の海嶺付近の海洋水で研究されてきた。全てにおいて有機物質と細菌性生成の間には同様の関係が示される（Ducklow (1999) FEMS Microbiol Ecol 30, 1-10）。例えば、貧栄養型の海洋について典型的に構築された食物網における炭素の流れにより（Kirchman (2000)、上述参照）、ほとんどの溶解した微粒子状の有機体炭素は細菌（55％）、原生動物（14％）および草食無脊椎動物（19％）を通って流れていることが明らかに示される。

塩水濃度が相対的に一定に維持される場合、海水性の生物学的処理系は家庭排出物を効果的に処理し得ること、微生物の共同体は安定に維持され得ることが分かる。通常、淡水性下水処理において塩水の混入により該過程が阻害され、効果的な処理が停止される。塩水性下水処理における淡水混入の場合に、同一の事象が当てはまることが現在分かっている。

以下の実施例は、二つの異なる処理系に関し、一つは長時間曝気を伴う古典的な活性汚泥（AS）処理に基づき、一つはSABRに基づく。淡水性排出物について、処理はよく沈殿する混合された微生物集団の確立に依存すること、および該リアクターは良好な沈殿がなければ機能しないことが公知であるので、まずASリアクターが試験された。貧弱な沈殿によって生じる体積の増大がかかるリアクターの共通の課題であり得るので、このことが要求の厳しい第一の試験であった。SABRがリアクター内に設置された固定式生物膜に基づいている場合、SABRは一般的により頑丈であるはずである。リアクターを最大濃度の海水（約35g/lの塩濃度で）および50％の海水濃度（約17.5g/lの塩濃度で）で試験した。さらに、最大濃度の海水に基づく系も、低有機物負荷（約150mg/lのBODで）および高負荷（約300mg/lのBODで）で試験した。

方法および材料
連続的に曝気され、攪拌された4Lパースペクスエアレーション（Perspex aeration）チャンバー（19cm x 19cm x 12.5cm）（A）を用いてAS処置系（図２）を作製した。エアレーションチャンバーからの流出物（outflow）を、液体オーバーフロー（矢印dで示した）を介して1L管状沈殿タンク（settling tank）（直径、7cm；高さ、32cm）（B）に移した。沈殿に続き、蠕動性ポンプを用いて汚泥をエアレーションチャンバーに再循環させた（矢印eで示した）。きれいな排出物を沈殿タンク（settlement tank）の上部から、オーバーフローチューブ（矢印cで示した）を介して捕捉容器へと除去した。混合液（エアレーション）チャンバーを、250ml/分で曝気した（bで示されるエアレーション流入）。タンクの底で磁性撹拌機（100rpm）によりタンクを混合した。給水パイプ（aで示した海水性下水流入物）を介して流入物を、定期的に充填される配水タンクから送達した。人工下水（表１）を海水で作製し、約150mg/lの流入物中の平均BODを得た。これは総化学組成において家庭下水を代表する。用いられた人工下水は、100％海水実験（塩濃度≒35g/l）のために最大濃度海水で作製され、50％海水実験（塩濃度≒17.5g/l）のために水道水で1/2に希釈された。実験期間を通して一定の負荷が維持され得るように、実験を通して人工下水が用いられた。二倍の濃度の人工下水を用いて約300mg/lの流入BODが達成された。流速を調整して、エアレーションタンク中での約24時間の滞留時間、および一日当り約10％の汚泥消耗率が達成された。

SABRは以下の主な相違を伴って同様の構造のもの（図３a）であった。エアレーションチャンバー（図３a中のC）は円筒状で最大容量30Lであり、生物膜はAquabiotec GmbH（Hamburg、Germany）により提供される管状プラスチック製支持体濾過物質（medium）で支持され（図３a中のE、図３b中に詳細が示される）、リアクターは11本のプラスチック製チューブ（表面積＝2.9 m²）を含み、エアレーションタンク中の滞留時間は1.5日であった。表１中の滅菌人工下水（図３a中のA）は100倍の濃度で、2L混合容器中で（図３a中のB）海水と混合され（図３a中のbで示される濃縮された人工下水フロー、aで示される海水流入）、混合容器中での2.4hの滞留時間の後、約150mg/lのBODが達成された。海水性人工下水が所望の有機物の濃度でエアレーションチャンバーCに入るように、aおよびbの流速を調整した（これらの実験において約150mg/lのBOD）。滞留時間により混合容器中で細菌を生育可能にして標準下水の模擬実験を行なった。混合容器中の塩濃度は約35g/lで固定した。エアレーションチャンバーからの流出物（dで示される）を沈殿タンク（図３a中のD）に移して、きれいな排出物を、オーバーフローチューブ（cで示した）を介してそこから除去した。人工下水および海水フロー（b、a）のみが混合容器中にポンプで汲み上げられたことを記す；他の全てのフローは重力で流入した。

各系の操作の間、BOD、浮遊物質（SS）および塩濃度は標準プロトコールにより記録された（1. HMSO. 1988, 5 day biochemical oxygen demand (BOD5), 第2版. Her Majesty's Stationery Office, London, UK; 2. American Public Health Association, 1985, Standard methods for the examination of water and waste water, 第16版. American Public Health Association, Washington, D.C., USA）。試料を3連で測定して、結果を反復値の平均値で表す。5日間BODプロトコールによりBODを測定して、これには封をした気密性の容器中での培養試料が関係した。5日間、20℃での培養の前後にWinkler滴定により酸素濃度を測定した。約50％（30〜70％許容範囲）の酸素が消費された容器内で5日間の培養中に消費されたO₂として、BODをmg/lで表した。試料を酸素で処理した水で希釈し、50％ O₂消費とした。100〜200mlの試料からガラス繊維フィルター（Whatman、GF/C）により濾過し得る物質の乾燥重量で全SSを測定し、定重量に達するまで105℃で乾燥する前に、濾過液を脱イオン水で洗浄して溶解物を除去した。5mlの濾過試料液中の全溶解物から塩濃度を推定し、定重量に達するまで再び105℃で乾燥させた。

試験プラント（pilot plant）設備
6〜30人の間の人口当量（PE）からの家庭下水を処理するように設計された試験プラント規模のリアクターで試験プラント設備を構築した。小規模範囲の家庭下水を処理するための廃棄物処理リアクターの例として、3基のリアクターを選択した。全てが淡水性家庭下水でよく稼動すると証明されたこれらのリアクターは、民間の一括処理プラント企業（commercial package treatment plant companies）により提供された。使用した3基のリアクターはSABR、SBRおよびRBCであった；これらはそれぞれ1.3m³/日、1.3m³/日、および3.0m³/日の流入速を有する。

試験プラント設備をSouth Walesの地方自治体の下水処理プラントにおいた。それは、最初の設置の後、主な（host）下水処理施設から直接的に、設置された下水道を介して（from）下水を受けた。ポンプの汲み上げ速度を変化させることで流入物の塩濃度が0〜5g/lの範囲で変化し得るように、流入物に高濃度塩溶液（≒32％）を添加した。無電極トロイダルプローブ（torroidal probe）からの塩濃度測定値に基づく流量調節により流入物中の塩濃度を常套的に制御した。時々清掃されるメンテナンスのみで、このプローブを10ヶ月間試験プラントで使用して、非常に頑丈で、信頼性があり、目的に十分に適したものであると分かった。要求された場合、活性汚泥、一次汚泥およびスクロース溶液（800g/l）等の補足物と沈殿した下水とを混合することにより、高BOD流入濃度を達成した。3基の試験プラント（SABR、SBRおよびRBC）に分配する前に、沈殿した下水、塩溶液およびBOD捕捉物を二つの混合チャンバー内で共に混合した。従って、3基全ての試験プラントは同一の流入物を受けた。

続いて、主に電気的チェックおよびサービス、ならびに要求に応じて汚泥の除去を含む3基の試験プラントのための標準的なメンテナンス方法を行なった。また、フローの測定も時折行った。

流入物および試験プラント排出物から週に二回、試料を得た。上述のように、これらの試料のBODおよびSSを規則的に測定した。標準塩溶液で日常的に調整されている導電率計で試料の塩濃度を測定した。色原体（Chromogenic）大腸菌（E. coli）／コリフォーム（coliform）培地（Oxoid）上に、広がった平板培養をすることにより、大腸菌（Escherichia coli）およびコリフォームの計測を行なった。

結果および議論
活性汚泥リアクター
ASリアクターを約6ヶ月間稼動させた。実験を行い、リアクターが英国の王立委員会の合格基準（UK acceptable Royal Commission Standard）の排出物（BOD＝20mg/l；SS＝30mg/l）を生成し得ることを示した。一旦基準に達すると、状態は変化した。試験と試験の間に、しばしば装置を解体して、前の実験からの微生物接種物（inoculum）用いて再構築した。

まず、低有機物負荷、最大濃度海水で、ASリアクターを稼動させた。この実験（図４a）中、流入BODは120〜180mg/lの間（平均＝149mg/l）を変動し、このことは実際の処理施設で予測される変化を良く証明した。稼動から4週間後、プラントは排出物中のBODを減少し始め、8週間までに王立委員会基準に達した。ASリアクターがより高いBOD負荷で稼動した場合、リアクターはほぼ同様に稼動（perform）し（図４b）、BODおよびSS両方について8週間以内に王立委員会基準に達した。次いでリアクターを高BODで維持し、下水供給物中の海水濃度を約50％（平均45.4％）に減少した。この稼動管理体制（operating regime）（図５a）から得られた結果は、わずかに改善された性能を示し、BODおよびSS両方について7週間以内に王立委員会基準に達した。

また、リアクターの標準稼動パラメーターにより、良好なリアクター性能が示された。リアクター中の活性汚泥はエアレーションチャンバー中に良く沈殿し、図５bは30分以内の良好な汚泥の沈殿を示す。エアレーションチャンバー中の活性汚泥浮遊物質（MLSS）濃度は約1300mg/lで終始（throughout）安定した。汚泥体積指標（SVI）はこれらの実験において50〜100の間であり、満足のいく性能を示した。SVIは、30分間で1リットルメスシリンダー（ここでは100mlシリンダーを用いた）中に溜まる汚泥の体積（V）とMLSSの比である（SVI＝V×1000（ml g^-1）/MLSS（mg l^-1））。良好な汚泥はSVI＜80を有し、非常に良好な汚泥は約50を有し；一方SVI＞120は乏しい沈殿性能を示す。また、よく稼動するプラントについての汚泥の微生物構成も予想通りであった（図６）。顕微鏡下で見た際に汚泥のフロックは良く分離され（図６a）、原生動物（図６b〜e）の数は安定なプラントで標準的であった（図６、表）。また、原生動物の見た目の種の構成は良好な排出物を産生するプラントで標準的であった（例えば1. Curds, C.R., & Cockburn, A., 1970. Water Res. 4, 225-236; 2. Curds, C.R. & Cockburn, A., 1970. Water Res. 4, 237-249）。図６の表はASリアクター中で見られた原生動物の数（ml当り）を示す。別々の実験で塩濃度を安定に維持することで微生物集団の安定化を補助した。しかしながら、計測が全体の形態的特徴のみに基づいて、好塩亜種が明らかでなかったので、推定上の原生動物の識別は確かではない。しかし、柄があり（stalked）這って移動する繊毛虫類は豊富で、これが良好な排出物精製で予想される正確な種類である。図６aにおいて、１つのフロックに付着したボルティセラ・コンバラリア（Vorticella convallaria）を伴う汚泥フロックの低出力顕微鏡写真が見られ得る。図６のほかの顕微鏡写真は、（b）這って移動する繊毛虫類キロドネラ・ウニカータ（Chilodonella unicata）、（c）有機堆積物小片の背後を這って移動する繊毛虫類ユープロテス・アフィニス（Euplotes affinis）、（d）コロニー形成性の（colonial）柄のある繊毛虫類エピスティリス・クリセミディス（Epistylis chrysemydis）、および（e）柄のある繊毛虫類ボルティセラ・コンバラリア（Vorticella convallaria）を示す。

安定な塩濃度の値
実験の間、塩濃度が急速に変化することで排出物処理に不利に影響するという明白な徴候が見られた。図７は、どのようにしてBOD値が予期しないように急速に上昇したのかを示し、エアレーションタンク内のプラント塩濃度が45g/lまで上昇した際に塩水人工下水の蒸発濃縮が生じた。このことにより、微生物集団が効率よく作用すること（working well）が止まり；塩濃度が上昇し始めた時点、3週間で67mg/lのBODであったことを示す。このことは、次の4週間に人工下水の酸化（oxidation）が起こらなかったことを意味した。しかしながら塩濃度の減少における迅速な作用は（図７、第6週の値を参照）、図７における8週以降に良好な処理を生じた強力な微生物叢の再構成を補助した（データは示さない）。このことは海水ベース処理系にける塩濃度の制御の重要性を示し、おそらく、100％海水実験（図４a）におけるよりも50％海水塩濃度で稼動されたプラントがどのように良好な排出物をより迅速に生成したか（図５a）を説明するであろう。

浸水性曝気型生物膜リアクター
このリアクターは、曝気型リアクター内に送り込まれる前に、細菌が真の下水組成を模倣するように生育する混合容器を有する（図３a）。

このことは、反応チャンバーへの流入物中のBODおよびSS濃度が上述のASリアクター内ほど安定ではないことを意味する。実際には下水濃度は突然変化し得、それによりこの特徴は真の下水処理プラントのより接近した近似を可能にするので、このことは問題ではない。リアクターの最初の設置に続き第一の実験を行い、示された結果（図８）により、かなり変化し得る運転期間後の定着が示される。これらの問題に関係なく、BODは稼動の第4週までに王立委員会（Royal commission）基準に達したが（図８a）、SSは必要とされる基準値の30mg/lの周辺を変動した（図８b）ことがわかる。次いでプラスチック製チューブ型支持体から生物膜をみがいて除去したが、濾過物質（media）は滅菌しなかった。また、洗浄により他の容器およびチューブをきれいにした。このことは、リアクターを再始動させた場合、表面に残った微生物由来の小さな接種物をリアクターが受けることを意味した。実際これは、小さな接種物を用いて新しい処理系を稼動させることと同様である。結果（図９）は、非常に迅速で効果的な処理を示しており、2週間以内にBODおよびSSは王立委員会（Royal Commission）基準に達した。流入浮遊物質の大きな変動にかかわらず、この系が非常に安定な排出物を生成したことは注目すべきことである。第2の実験の2週目での高い値（図９b）は、エアレーションタンクへの給水（feed）を停止して混合チャンバー中で多くの微生物の生育を可能とした、混合容器からの流出の閉塞のためであった。このことにかかわらず、SABR排出物の質は悪化しなかった。これは、SABRが海水性排出物の処理に非常に優れた系であり得ることを示す。

100％、50％および25％海水濃度（すなわち、およそ35、17.5および8.75mg/l塩）の同等物で、海水性下水処理リアクターの効率的に下水を処理する能力について検査するために、実験室規模の30リットルSABRで長期間実験を行なった。結果は（図１２）、処理が非常に効率的であり、BOD濃度を平均158mg/lから13mg/lに減少させたこと（すなわち92％のBODの減少）を示す。塩濃度が適当な範囲内（すなわちターゲット±5mg/l）に維持されるのであれば、排出BOD濃度については目立った変化はほとんどなく、処理系は頑丈であった。

試験プラント施設
試験プラント施設を10ヶ月間稼動させた。

図１３は、低BOD流入による夏と秋の15週にわたる3基全てのリアクターについての結果を示す。これにより、3基全ての型の試験プラントに関してBODが効率的に合格基準内に減少したということが示される。これらの結果は試験プラント施設の運転開始の少し後に得られたため、いくつかのプラントは効率的に排出物を処理するようにリアクター内に十分な微生物生物量を構築するために時間が必要であった。SABRは低BODおよびSSの生成開始から良好に稼動した（perform）（図１４）。このことは、試験プラントが実験室規模プラントと同様に、非常に早く活性型生物量を構築し、実験室規模の結果（例えば図１２）の十分な規模のプラントへの応用を支持することを示した。RBCは構築が2番目に早く、8月半ばまで低BODおよびSSの上質な排出物を生成していた。予期されたように、SBRはこのような低排出物濃度での生物量構築に最も長くかかり、迅速に構築するために、SABRまたはRBCよりもSBRリアクターがより高い流入物濃度を要することは周知である。このことに関係なく、9月半ばまで、求められる基準よりも一定して低い排出物が、SBRで生成されていた（図１３）。これらの最初の結果の要約が提供され（図１５）、結果は、全てのリアクターに関するBOD、ならびにRBCおよびSABRに関するSSについての英国および欧州基準に適合する排出物の質を示す。SBRのSSについてのわずかに高い値は、効果的な微生物生物量を構築するために他のものよりも長い時間がかかるためである。

3基全ての処理プラントの排出物塩濃度は一定して流入物塩濃度を追従しており、RBCの排出物塩濃度はここで例として与えられ；他のプラントの結果は非常に類似していた。試験プラント試験のこの期間中の短期間で、塩濃度は変化した（図１３a参照）。結果（図１３）により、全リアクター中の排出物の質は、この短い15週間にわたり相対的に安定であったことが示される。これらの結果は、標準的な使用の間に必然的に生じて、少なくとも部分的に効率を回復し得る短期間の変化に対して、リアクターは相対的に抵抗性であることを示す。しかしながら、塩濃度の変化は一時的な効率の消失を引き起こしているように見ることができる。これにより、種々の塩濃度が続く期間は、効率に大きく不利な影響を与えることが予想される。従って、実際の処理アプローチにはより長時間の安定性が要求される（図１２）。

2005年2月24日にショ糖を添加して流入物BODを増加させて、試験プラント施設で試験が行なわれた（すなわち、図１６cの最初の二点は低BODで、残りは高BODで）。得られた例の結果（図１６）より、RBCは終始上質の排出物を生成したこと、および安定化期間の後にSBRも2月の後期まで上質の排出物を生成していたことが示される。100％海水濃度の同等物で、この期間中に塩濃度は相対的に安定であった（変化の範囲2〜4％塩）。

病原体の指標
飲用水および再生成水（recreational water）における病原体の指標として、大腸菌およびコリフォームが一般に使用される。このために、いかなる下水処理の廃水でも、これら二つの指標細菌群のレベルの有意な減少を示すことが重要である。効果的な淡水性廃水処理プラントにおいては95〜99％の減少率が達成できる。

これらの指標細菌の減少における海水性廃水処理プラントの有効性の検査を二通りの方法で評価した。ほぼ100％の海水同等塩流入物で稼動している実験室SABRに大腸菌パルスを添加するように、パルス・チェイス実験を行なった（図１６a参照）。流入物として全体的に人工下水を用いたので、この実験に実験室SABRを使用し、そのため流入物および排出物における大腸菌およびコリフォームの数は試験する際には常に０であった。これにより、流入物に実際の下水を用いては不可能であった大腸菌のパルスを効果的に追跡することが可能となった。図１７aの結果は、大腸菌のパルスが流入物中で効果的であったこと、およびパルス終了24時間後にリアクターからこれ以上大腸菌が放出されなくなったことを示す。これは一回の交換時間に満たない。このことにより、導入された大腸菌が効果的に殺菌されたことが明確に示される。さらに、二つの曲線下面積により、添加された大腸菌および排出物中に回復した大腸菌の総数が示され、計算により、添加された大腸菌の88％しか回復しなかったことが示され、また処理中の指標の活発な殺菌が示される。図１７bは、SBRにおける効果的な処理中にコリフォームおよび大腸菌がどのように殺菌されたのかを示す。グラフの初期の部分（2005年2月24日以前）では、プラントが高濃度流入に合わせて変化するように、処理効果は一定ではなかった（図１６b）。しかしながら、2005年2月28日以降、BODの除去は効果的であり（図１６b）、コリフォームおよび大腸菌の減少は両方が95％より大きく（図１７b）、良好な淡水性プラントにおいて達成された数値（figure）と同等であった。

塩水性廃水処理における塩濃度の制御
ある適切な塩濃度の制御方法は、図１０に図式的に示され、以下に記載される。適切な制御装置に繋がった組み込み式の温度修正装置（図１０中B）を伴ったトロイダル伝導度プローブ（図１０中A）により、連続的に監視されることで、塩濃度は伝導度推定値（conductivity estimate）を通じて最も良く監視され、制御され得る。トロイダルプローブは無電極であり、周辺の液体中で交流電流を誘導し、感知することで作動する。以下の二つの主な理由により、この廃水への応用にはこの種のプローブは理想的である：（i）トロイダルプローブは、広範囲の塩濃度にわたって伝導度を測定する；（ii）プローブの性能は、微生物生物膜による小さな付着物により影響を受けない（ひどい汚れを防ぐために何らかの日常的な清掃が必要であるが）。また、該プローブは、プローブおよび制御装置間の導線の長さには影響を受けない（insensitive）。伝導度は、海水性廃水が流入して（図１０中a）、高（図１０中b）および／または低（図１０中c）塩濃度の水を補う、混合チャンバー（図１０中C）内で測定され得る。次いで制御装置が伝導度を感知し、混合タンク中で塩濃度が所望のレベルになるように補正水の流量を適切に調節する。流量の制御は、弁または他の適切な流量調節装置の作動により、制御装置でなされる（図１０中D）。これにより混合容器への流出における一定の塩濃度の達成が可能となり（図１０中d）、この流出物は好気性処理タンクへの廃水流入物となる。

本発明は、実施例のみによって、および次の添付の図面を参照し、ここでより詳細に記載される。

（請求項１）
塩水性家庭廃水の生物学的処理のための装置であって、塩水性家庭廃水の塩濃度レベルの変動が減少し、それにより塩水性家庭廃水の生物学的処理が維持されるように、塩水性家庭廃水の導入のための流入口、処理済廃水の排出のための排出口、該装置に流入するかまたは該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを監視するための手段、ならびに該装置に流入するかまたは該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段を有する、装置。
（請求項２）
該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩濃度レベルの変動を所望の塩濃度レベルの50％以内に減少し得る、請求項１記載の装置。
（請求項３）
該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩濃度レベルの変動を所望の塩濃度レベルの25％以内に減少し得る、請求項２記載の装置。
（請求項４）
該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が補助的な塩水の供給を含み、これによって装置の内容物が全容積で実質的に一定に維持され得る、請求項１〜３のいずれか記載の装置。
（請求項５）
淡水をベースにした家庭廃水の導入のためのさらなる流入口、ならびに淡水性廃水導入以前または導入時の淡水性廃水および／もしくは塩水性廃水と塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水の混合のための構成部分を有する、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項６）
塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩、濃縮塩水溶液、塩水、希釈塩水溶液または淡水の補給のための機器を含む、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項７）
塩水性家庭廃水が基づく源と同じ源に由来する塩水からの塩または濃縮塩水溶液の生成のための蒸発器を含む、請求項６記載の装置。
（請求項８）
蒸発器が太陽電池式である、請求項７記載の装置。
（請求項９）
通常の使用時に塩水性家庭廃水に接触するようになる該装置の部分が、塩および／または水腐食に実質的に抵抗性の物質から形成される、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項１０）
塩水が海水である、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項１１）
浸水性の曝気型生物膜リアクター、活性汚泥リアクター、連続バッチ式リアクター、回転生物接触器または膜バイオリアクターの原理に基づいて稼動する、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項１２）
海洋生物培養物が提供される、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項１３）
塩濃度レベルを監視するための手段が伝導度の測定のための機器を含む、前記請求項いずれか記載の装置。
（請求項１４）
少なくとも一つのトイレへの塩水の供給のための第一の給水管および少なくとも一つのトイレからの塩水性廃水の除去のための対応する第一の下水管；ならびに飲用水を要する一つ以上の機器への淡水の供給のための第二の供給管および該機器からの淡水性廃水の除去のための対応する第二の下水管を含み、生物学的処理に有意に影響を与える程度にまで淡水性廃水と制御されずに混合されることによって、塩水性廃水の塩濃度レベルが影響を受けることなく、生物学的処理のための塩水性廃水の送達が可能となるように第一および第二の下水管が配置された、家庭の水供給アセンブリおよび下水アセンブリ。
（請求項１５）
第一の下水管が、請求項１〜１３のいずれか記載の装置への塩水性家庭廃水の送達のために配置される、請求項１４記載のアセンブリ。
（請求項１６）
第二の下水管が、塩水性家庭廃水の処理の場所とは離れた場所への淡水性家庭廃水の送達を可能とするように配置される、請求項１４または１５記載のアセンブリ。
（請求項１７）
第二の下水管が塩水性廃水の処理の場所と同一の場所への淡水性廃水の送達を可能とするように配置され、生物学的処理の場所に到達した際または到達する前に淡水性および塩水性廃水が混合され、ならびに第一および／もしくは第二の下水管、または混合された廃水を運搬する第三の共用管が、混合されて得られた廃水の塩濃度を増加または減少させるように、塩、塩水、濃縮塩溶液、希釈塩溶液または淡水の供給に関する使用において連結している、請求項１４または１５記載のアセンブリ。
（請求項１８）
塩水が海水である、請求項１４〜１７のいずれか記載のアセンブリ。
（請求項１９）
廃水が塩水で給水された少なくとも一つのトイレからの塩水性家庭廃水の流れ、および淡水で給水された少なくとも一つの機器からの淡水性家庭廃水の流れを含む、家庭廃水の生物学的処理のための方法であって、生物学的処理に有意に影響を与える程度に塩水性廃水の塩濃度レベルが淡水性廃水の流れとの制御されていない混合によって、影響を受けることを避けるように生物学的処理のために塩水性廃水の流れを送達すること、ならびに得られた塩水性廃水または混合された廃水を生物学的に処理することを含む、方法。
（請求項２０）
塩水性廃水の流れが、生物学的処理のために、淡水性廃水の流れとは離れた場所へと送達される、請求項１９記載の方法。
（請求項２１）
生物学的処理の前に、混合されて得られた廃水の塩濃度を増加もしくは減少させるために、淡水性廃水の流れと、混合前かまたは混合中に淡水性廃水の流れおよび／または塩水性廃水の流れに添加されるか、または混合後に混合された廃水に添加される、塩水性廃水の流れ、塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水とを混合する、請求項１９記載の方法。
（請求項２２）
淡水性廃水および／または塩水性廃水と混合される塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水の量、ならびに塩水性廃水または淡水性廃水それぞれと混合されて得られた混合液の量が、塩水性廃水の流れにおいて25〜150％の塩濃度レベルの得られた生物学的処理混合液中の塩濃度レベルを提供するような、請求項２１記載の方法。
（請求項２３）
塩水性廃水かまたは混合された廃水の生物学的処理の間に、処理中の廃水を実質的に一定の全体量で維持するために塩水の補助的な給水が提供される、請求項１９〜２２のいずれか記載の方法。
（請求項２４）
処理前、処理中および／または処理後の廃水の塩濃度が監視される、請求項１９〜２３のいずれか記載の方法。
（請求項２５）
塩濃度を増加するために塩もしくは濃縮塩水溶液、または塩濃度を減少するために希釈塩水溶液もしくは淡水、または塩水性廃水のレベルに向けて塩濃度を変化させるためにさらなる塩水を添加することによって、処理中の廃水の塩濃度が相対的に一定なレベルで維持される、請求項１９〜２４のいずれか記載の方法。
（請求項２６）
塩または濃縮塩水溶液が、塩水性廃水が基づく供給源と同一の供給源から生じる塩水の部分的または完全な蒸発により得られる、請求項２５記載の方法。
（請求項２７）
蒸発工程が太陽電池式である、請求項２６記載の方法。
（請求項２８）
塩水が海水である、請求項１９〜２７のいずれか記載の方法。
（請求項２９）
生物学的処理が、浸水性の曝気型生物膜リアクター、連続バッチ式リアクター、回転生物接触器または膜バイオリアクターを用いて行なわれる、好気的な生物学的処理である、請求項１９〜２８のいずれか記載の方法。
（請求項３０）
生物学的処理が、細菌、原生動物および／または無脊椎動物に基づく、海洋生物培養物を用いて行なわれる、請求項１９〜２９のいずれか記載の方法。
（請求項３１）
細菌が単細胞および繊維状の従属栄養型細菌および独立栄養型硝化細菌より選択される、請求項３０記載の方法。
（請求項３２）
原生動物が、繊毛を有した、柄があり這って移動する種類のような草食性原生動物から選択される、請求項３０または３１記載の方法。
（請求項３３）
無脊椎動物が、中型底生動物等の微生物および有機物を餌とする草食性の無脊椎動物より選択される、請求項３０〜３２のいずれか記載の方法。
（請求項３４）
生物学的処理が、廃水の導入の前に生物共同体を生成するために栄養物の追加のさらなる工程を含む、請求項１９〜３３のいずれか記載の方法。
（請求項３５）
栄養物が有機物の溶液の形状である、請求項３４記載の方法。
（請求項３６）
生物共同体の生成が、塩水性廃水の生物学的処理に使用されることを意図する塩濃度と実質的に同一の塩濃度で起こる、請求項３４または３５記載の方法。
（請求項３７）
生物処理共同体の発育および／または維持に適切な装置への塩水性家庭廃水の導入、ならびに塩濃度レベルの変動を減少させ、それにより廃水の生物学的処理を維持するような該装置内の廃水の塩濃度レベルの制御を含む、塩水性家庭廃水の生物学的処理のための方法。

図１は、汎用の廃水処理系における細菌集団を通じての主要な炭素および窒素の流れの模式的な表示を示す； 図２は、本発明に沿った使用に適する小規模活性汚泥リアクター（AS）の模式的な表示を示す； 図３は、（a）小規模SABRの模式的な表示、（b）SABRにおける生物の生育を支持するために使用され得る基材の画像、（c）開発された生物膜コーティングを有する（b）の基材の画像を示す； 図４は、図２の活性汚泥リアクターにおける人工下水の生物学的処理および100％濃度海水ベース（塩濃度≒35 g/l）の使用の結果を示す。図４aは低有機物負荷を用いた結果を示し、図４bは高有機物負荷を用いた結果を示す。RC＝BOD（下の矢印）および浮遊物質（SS、上の矢印）についての王立委員会基準； 図５は、（a）高有機物負荷で、50％濃度海水ベース（塩濃度≒17.5 g/l）を用い、図２のリアクターにおいて処理された人工下水のBODおよびSSの変化、ならびに（b）長時間の活性汚泥浮遊物質（MLSS、エアレーションチャンバー中の固形物）の沈殿を示す； 図６は、図５に記載された実験中に図２のリアクター内で検出された原生動物の数（表）、および多数のかかる原生動物の一連の顕微鏡写真を示す； 図７は、100％濃度の海水ベースを有する人工下水で稼働中の、図２に沿ったリアクターからの排出物のBODにおける塩濃度変化の効果を示す； 図８は、設置直後の、100％海水ベースおよび低有機物負荷（BOD≒150 mg/l）で人工下水を使用した際の、図３に沿ったSABRリアクターの稼働中の（a）BODおよび（b）SSの変化を示す； 図９は、完全清掃（滅菌ではないが）後の、100％海水ベースおよび低有機物負荷（BOD≒150 mg/l）で人工下水を使用した際の、図３に沿ったSABRリアクターの稼働中の（a）BODおよび（b）SSの変化を示す； 図１０は、本発明に沿った塩水性廃水処理装置における使用に適した塩濃度制御装置の概略図を示す； 図１１は、本発明に沿った二重導管の廃水処理アセンブリ（assembly）の模式図を示す。（a）では、淡水性廃水が塩水廃水に対して離れた場所（例えば、処理、再利用または灌漑のため）へ送達され、塩水廃水は生物学的処理のために送達される； （b）では、塩水および淡水の二つの水流が、混合された廃水の生物学的処理の前に、混合区間へ送達され、塩濃度制御給水が混合区間に提供される； （c）では、淡水および塩水の各々の水流が、混合区間で添加される塩濃度制御給水を有し、続いてそれぞれの塩制御された流入物が処理プラントへと送達される； 図１２は、ほぼ8ヶ月間にわたる実験室モデルSABRリアクターにおける塩濃度およびBODの変化を示す。（a）塩濃度の変化 これに伴う（b）流入物および流出物BODの変化、ならびに（c）BODについてのまとめの統計（1000分の1の割合（ppt）＝mg/lであることを記す）； 図１３は、低BOD流入量での15週間にわたる、3基の試験プラントの廃水処理プラントにおける塩濃度およびBODの変化を示す。（a）3基の試験プラントにおける全体的な流入物塩濃度およびRBCリアクターにおける排出物塩濃度、（b）SABRおよび（c）SBRリアクターにおける排出物BOD、ならびに（d）3基の試験プラントにおける全体的な流入物BODおよびRBCリアクターにおける排出物BODの変化； 図１４は、図１３に示された最初の5.5週間にわたる二つの試験プラントの廃水処理プラントの低BOD流量での浮遊物質（SS）の変化を示す。（a）SABRリアクターの排出物のSS、ならびに（b）では3基の試験プラントの全体的な流入物およびRBCリアクターの排出物の変化； 図１５は、低BOD流入量での、図１４に示された5.5週間のBODおよびSSについてのまとめの統計を示す； 図１６は、7週間の低〜高のBOD流入量の突然の変化の間の塩濃度およびBODの変化を示す。（a）3基の試験プラントへの全体的な流入物およびRBCリアクターからの排出物の塩濃度、（b）SBRリアクターからの排出物のBOD、ならびに（c）3基の試験プラントの全体的な流入物およびRBCプラントからの排出物のBODの変化；ならびに、 図１７は、実験室規模のSABRおよび試験プラントSBRリアクターにおける病原体（大腸菌およびコリフォーム細菌）の細菌指標数の減少を示す。（a）実験室規模SABRにおけるパルス・チェイス実験中の大腸菌の減少および（b）試験プラントSBRにおける流入物BOD濃度の突然の増加後の大腸菌およびコリフォームの減少。

Claims (37)

1. 塩水性家庭廃水の生物学的処理のための装置であって、塩水性家庭廃水の塩濃度レベルの変動が減少し、それにより塩水性家庭廃水の生物学的処理が維持されるように、塩水性家庭廃水の導入のための流入口、処理済廃水の排出のための排出口、該装置に流入するかまたは該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを監視するための手段、ならびに該装置に流入するかまたは該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段を有し、海洋生物共同体の維持に適し、生物学的処理が空気を用いたエアレーションにより好気的である、装置。
2. 該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩濃度レベルの変動を所望の塩濃度レベルの50％以内に減少し得る、請求項１記載の装置。
3. 該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩濃度レベルの変動を所望の塩濃度レベルの25％以内に減少し得る、請求項２記載の装置。
4. 該装置中の塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が補助的な塩水の供給を含み、これによって装置の内容物が全容積で実質的に一定に維持され得る、請求項１〜３のいずれか記載の装置。
5. 淡水をベースにした家庭廃水の導入のためのさらなる流入口、ならびに淡水性廃水導入以前または導入時の淡水性廃水および／もしくは塩水性廃水と塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水の混合のための構成部分を有する、前記請求項いずれか記載の装置。
6. 塩水性家庭廃水の塩濃度レベルを制御するための手段が、塩、濃縮塩水溶液、塩水、希釈塩水溶液または淡水の補給のための機器を含む、前記請求項いずれか記載の装置。
7. 塩水性家庭廃水が基づく源と同じ源に由来する塩水からの塩または濃縮塩水溶液の生成のための蒸発器を含む、請求項６記載の装置。
8. 蒸発器が太陽電池式である、請求項７記載の装置。
9. 通常の使用時に塩水性家庭廃水に接触するようになる該装置の部分が、塩および／または水腐食に実質的に抵抗性の物質から形成される、前記請求項いずれか記載の装置。
10. 塩水が海水である、前記請求項いずれか記載の装置。
11. 浸水性の曝気型生物膜リアクター、活性汚泥リアクター、連続バッチ式リアクター、回転生物接触器または膜バイオリアクターの原理に基づいて稼動する、前記請求項いずれか記載の装置。
12. 海洋生物培養物が提供される、前記請求項いずれか記載の装置。
13. 塩濃度レベルを監視するための手段が伝導度の測定のための機器を含む、前記請求項いずれか記載の装置。
14. 少なくとも一つのトイレへの塩水の供給のための第一の給水管および少なくとも一つのトイレからの塩水性廃水の除去のための対応する第一の下水管；ならびに飲用水を要する一つ以上の機器への淡水の供給のための第二の供給管および該機器からの淡水性廃水の除去のための対応する第二の下水管を含み、生物学的処理に有意に影響を与える程度にまで淡水性廃水と制御されずに混合されることによって、塩水性廃水の塩濃度レベルが影響を受けることなく、生物学的処理のための塩水性廃水の送達が可能となるように第一および第二の下水管が配置された、家庭の水供給アセンブリおよび下水アセンブリ。
15. 第一の下水管が、請求項１〜１３のいずれか記載の装置への塩水性家庭廃水の送達のために配置される、請求項１４記載のアセンブリ。
16. 第二の下水管が、塩水性家庭廃水の処理の場所とは離れた場所への淡水性家庭廃水の送達を可能とするように配置される、請求項１４または１５記載のアセンブリ。
17. 第二の下水管が塩水性廃水の処理の場所と同一の場所への淡水性廃水の送達を可能とするように配置され、生物学的処理の場所に到達した際または到達する前に淡水性および塩水性廃水が混合され、ならびに第一および／もしくは第二の下水管、または混合された廃水を運搬する第三の共用管が、混合されて得られた廃水の塩濃度を増加または減少させるように、塩、塩水、濃縮塩溶液、希釈塩溶液または淡水の供給に関する使用において連結している、請求項１４または１５記載のアセンブリ。
18. 塩水が海水である、請求項１４〜１７のいずれか記載のアセンブリ。
19. 廃水が塩水で給水された少なくとも一つのトイレからの塩水性家庭廃水の流れ、および淡水で給水された少なくとも一つの機器からの淡水性家庭廃水の流れを含む、家庭廃水の生物学的処理のための方法であって、生物学的処理に有意に影響を与える程度に塩水性廃水の塩濃度レベルが淡水性廃水の流れとの制御されていない混合によって、影響を受けることを避けるように生物学的処理のために塩水性廃水の流れを送達すること、ならびに得られた塩水性廃水または混合された廃水を生物学的に処理することを含む、方法。
20. 塩水性廃水の流れが、生物学的処理のために、淡水性廃水の流れとは離れた場所へと送達される、請求項１９記載の方法。
21. 生物学的処理の前に、混合されて得られた廃水の塩濃度を増加もしくは減少させるために、淡水性廃水の流れと、混合前かまたは混合中に淡水性廃水の流れおよび／または塩水性廃水の流れに添加されるか、または混合後に混合された廃水に添加される、塩水性廃水の流れ、塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水とを混合する、請求項１９記載の方法。
22. 淡水性廃水および／または塩水性廃水と混合される塩、塩水、濃縮塩水溶液、希釈塩水溶液または淡水の量、ならびに塩水性廃水または淡水性廃水それぞれと混合されて得られた混合液の量が、塩水性廃水の流れにおいて25〜150％の塩濃度レベルの得られた生物学的処理混合液中の塩濃度レベルを提供するような、請求項２１記載の方法。
23. 塩水性廃水かまたは混合された廃水の生物学的処理の間に、処理中の廃水を実質的に一定の全体量で維持するために塩水の補助的な給水が提供される、請求項１９〜２２のいずれか記載の方法。
24. 処理前、処理中および／または処理後の廃水の塩濃度が監視される、請求項１９〜２３のいずれか記載の方法。
25. 塩濃度を増加するために塩もしくは濃縮塩水溶液、または塩濃度を減少するために希釈塩水溶液もしくは淡水、または塩水性廃水のレベルに向けて塩濃度を変化させるためにさらなる塩水を添加することによって、処理中の廃水の塩濃度が相対的に一定なレベルで維持される、請求項１９〜２４のいずれか記載の方法。
26. 塩または濃縮塩水溶液が、塩水性廃水が基づく供給源と同一の供給源から生じる塩水の部分的または完全な蒸発により得られる、請求項２５記載の方法。
27. 蒸発工程が太陽電池式である、請求項２６記載の方法。
28. 塩水が海水である、請求項１９〜２７のいずれか記載の方法。
29. 生物学的処理が、浸水性の曝気型生物膜リアクター、連続バッチ式リアクター、回転生物接触器または膜バイオリアクターを用いて行なわれる、好気的な生物学的処理である、請求項１９〜２８のいずれか記載の方法。
30. 生物学的処理が、細菌、原生動物および／または無脊椎動物に基づく、海洋生物培養物を用いて行なわれる、請求項１９〜２９のいずれか記載の方法。
31. 細菌が単細胞および繊維状の従属栄養型細菌および独立栄養型硝化細菌より選択される、請求項３０記載の方法。
32. 原生動物が、繊毛を有した、柄があり這って移動する種類のような草食性原生動物から選択される、請求項３０または３１記載の方法。
33. 無脊椎動物が、中型底生動物等の微生物および有機物を餌とする草食性の無脊椎動物より選択される、請求項３０〜３２のいずれか記載の方法。
34. 生物学的処理が、廃水の導入の前に生物共同体を生成するために栄養物の追加のさらなる工程を含む、請求項１９〜３３のいずれか記載の方法。
35. 栄養物が有機物の溶液の形状である、請求項３４記載の方法。
36. 生物共同体の生成が、塩水性廃水の生物学的処理に使用されることを意図する塩濃度と実質的に同一の塩濃度で起こる、請求項３４または３５記載の方法。
37. 海洋生物処理共同体の発育および／または維持に適切な装置への塩水性家庭廃水の導入、ならびに塩濃度レベルの変動を減少させ、それにより廃水の生物学的処理を維持するような該装置内の廃水の塩濃度レベルの制御を含む、海洋生物共同体による塩水性家庭廃水の生物学的処理のための方法。