JP2010284644A - 流体処理システムによって流体流を処理する方法および流体流処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】流体流を処理する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】流体処理システムによって流体流を処理する方法であって、流体流を流体処理システムの入力セクションに入力する工程と、入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、入力された流体流を混合および調整するスパイラル混合器／調整器によって流体流を受け取る工程と、混合および調整された流体流をスパイラル分離器にて受け取る工程と、スパイラル分離器にて受け取られた混合および調整された流体流を少なくとも２つの流体流に分離する工程であり、第１の流体は入力された流体流中の粒子が除去されており且つ第２の流体流は入力された流体流中の粒子が凝縮されている工程と、該２つの流体流をスパイラル分離器から出力する工程と、を含む方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業的分離のためのプラットフォーム技術に関する。

従来の大規模な分離法には、浮遊選別法、沈殿法、遠心分離法および濾過法が挙げられる。最近のマイクロフルイディクス（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）の進歩には、分離および凝縮に小規模なマルチフィジックス（ｍｕｌｔｉ−ｐｈｙｓｉｃｓ）な力を使用するものがある。

米国特許第７，１６０，０２５号明細書

本発明は、流体流を処理する方法およびシステムを提供する。

本発明は、流体処理システムによって流体流を処理する方法であって、流体流を流体処理システムの入力セクションに入力する工程と、前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、入力された流体流を混合および調整するスパイラル混合器／調整器によって流体流を受け取る工程と、混合および調整された流体流をスパイラル分離器にて受け取る工程と、前記スパイラル分離器にて受け取られた混合および調整された流体流を少なくとも２つの流体流に分離する工程であり、第１の流体は入力された流体流中の粒子が除去されており且つ第２の流体流は入力された流体流中の粒子が凝縮されている工程と、該２つの流体流を前記スパイラル分離器から出力する工程と、を含む方法である。

また、前記方法において、前記スパイラル混合器／調整器のチャネルの幅および前記スパイラル混合器／調整器への入力流の速度を用いて、前記スパイラル混合器／調整器におけるカスタマイズされた剪断速度を決定する工程を更に含むことが好ましい。

また、本発明は、流体処理システムによって流体流を処理する方法であって、流体流を流体処理システムの入力セクションに入力する工程と、前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、入力された流体流を混合および調整するスパイラル混合器／調整器によって流体流を受け取る工程と、混合および調整された流体流をスパイラル分離器にて受け取る工程と、前記スパイラル分離器にて受け取られた混合および調整された流体流を少なくとも２つの流体流に分離する工程であり、第１の流体は入力された流体流中の粒子が除去されており且つ第２の流体流は入力された流体流中の粒子が凝縮されている工程と、該２つの流体流を前記スパイラル分離器から出力する工程と、を含み、混合器セクション中の入力流の流れが臨界ディーン数１５０以上である方法である。

また、本発明は、流体流処理システムであって、流体流を受け取るための入力セクションと、前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、混合器セクションと調整器セクションとを含むスパイラル混合器／調整器と、混合および調整された流体流を受け取るように前記スパイラル混合器／調整器と作動的に関連するように位置決めされており、分離セクションと出力セクションとを含んでおり、出力セクションは、入力された流体流から粒子が前記分離セクションによって除去された流れおよび入力された流体流から粒子が前記分離セクションによって凝縮された流れを含む少なくとも２つの流れを出力するように構成されている、スパイラル分離器と、を備える流体流処理システムである。

スパイラル混合器／調整器を示す図である。 図１の装置内の流体流の速度を示す図である。 図１の装置内の流れの横方向速度ベクトルを示す図である。 凝集体サイズの関数として剪断速度を示す典型的な曲線である。 スパイラル混合器／調整器内の時間の関数として凝集体サイズを示す特徴的な曲線である。 未処理海水または汽水の処理工程を示す略図である。 未処理海水または汽水の別の処理工程を示す略図である。 凝縮塩水から水酸化物沈殿物を生成する工程を示す略図である。 ２段階の沈殿および分離に続いて、海水または汽水から他のあらゆる懸濁物を凝集、フロック生成および分離する工程を示す略図である。 海水から懸濁有機物を凝集、フロック形成および分離して膜蒸留（ＭＤ）する工程を示す略図である。 粗い粒子の２段階分離に続いて、微粒子を凝集、フロック形成および分離して中間の微細な滓（例えば滓状の池水）にする工程を示す略図である。 製造された水から二価金属イオンを沈殿、凝集および分離させる工程を示す略図である。 未処理の海水または汽水を予備処理して化学的凝集を用いずに懸濁物を直接除去する工程を示す略図である。 物質中の懸濁有機物を除去する工程を示す略図である。 藻類脱水工程を示す略図である。 図１５の工程を用いたシステムを示す図である。 プロセス水を凝集、フロック形成および分離する工程を示す略図である。 プロセス水の２段階分離工程を示す略図である。 先端の酸化技術による紫外線滅菌システムで使用される、量が分散した（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ナノ粒子を凝集および回収する工程を示す略図である。 廃水処理工程を示す略図である。 廃水処理工程を示す略図である。

従来のスパイラル混合器は、混合器の入口で９０°回転したちょうど前方で且つ混合器のスパイラルチャネル全体に亘って流れに注入された化学物質の乱流混合を可能にする。図１のスパイラル混合器／調整器（ｓｐｉｒａｌ ｍｉｘｅｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）１００では、凝集体調整能力がその混合器に加えられている。

図１では、混合はスパイラル混合器／調整器１００の最初の２つの巻１０２，１０４で行われる。該スパイラル混合器／調整器では、流体流様式は高いディーン数（Ｄｅａｎ ｎｕｍｂｅｒ）（すなわち、臨界数（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｎｕｍｂｅｒ）１５０以上）の動作用に設計されている。この様式では、チャネル内の横方向の流体流は力平衡に達することができないので、粒子（粒子状物質）懸濁物はチャネル断面に亘って螺旋状の渦巻きを続ける。前述のスパイラル混合器の強化には巻１０６〜１１２に相当するチャネル内の流体流を含み、平衡を実現する。ディーン数とは無次元量であり、一般にチャネル内の流れに対して記号Ｄ_ｅで表され、以下のように定義されている。

式中、ρは流体の密度、μは動粘性係数、Ｖは軸流速度、Ｄは水力直径（他の形状は相当直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ）によって示される。レイノルズ数を参照されたい）、Ｒはチャネルの経路の曲率半径である。

チャネルは断面が正方形であるが、他のチャネル断面デザインが用いられてもよい。また、これは６回巻の半円形螺旋であるが、本明細書に記載のスパイラル混合器／調整器はアルキメデスの螺旋であってもよく、巻数（すなわち、ｎ回巻）は多くてもよいし、少なくてもよい。流れはスパイラル混合器／調整器１００の入口１１４に入り、出口１１６から出て行く。２以上の出口を使用してもよいことを説明するために、点線の出口１１８を示している。

スパイラル混合器／調整器１００のチャネル断面内の流体流の速度分布を図２の巻１０８に示しており、図３は巻１０８の同じチャネル断面の横方向速度ベクトルを表している。

図２では、この図はチャネルの左側の巻１０８における正方形のチャネル内で発生する流速の断面図２００である。この流れの速さまたは速度は、高速を表す濃色図２０２と低速またはほぼゼロ速度を表す明色図２０４で区別している。この流れは遠心力によるものである。この図はチャネルの左側を切り取ったものであり、遠心力はチャネルの外側に向かって移動する。

図３では、同じ流れに関する横方向の速度ベクトルを３００で示しており、これは中立浮遊粒子が矢印３０２の動きで示した速度ベクトルに沿って移動する設計を表したものである（中立浮遊粒子の分離の考察については米国特許出願シリアル番号第１１／９３６，７２９号を参照されたい）。図３は横断面図であり、この図の断面を取る場合、図がチャネルに沿って進むときの二重の渦巻きが示される。また、図の平面から外れる横方向速度ベクトルの成分が存在するので、流れの中の粒子を追う場合、螺旋状の経路はチャネルの下方に辿られている。

該スパイラル混合器／調整器は６回巻で設計されているが、他の巻数（ｎ回巻）であってもよい。

この実施形態では、スパイラル混合器／調整器の最初の２つの巻および／または動作は、得られるディーン数が最初の２つの巻１０２，１０４のチャネル内の流体流が乱流様式になるように設計されている。このことは横方向の速度ベクトルの流れのセットアップが存在したとしても、該セットアップが、力は平衡にならず、これに起因して粒子は平衡になることなく移動し続けるように設定されていることを意味する。チャネル内の力が力平衡の状態に入って流れの中の粒子を１つの側壁に接近させ、且つ流れの経路内で停滞状態に入るのは、第３巻より後（すなわち、第３巻から第６巻）に限られる。流れは螺旋全体に亘ってほぼ同じに見えるが、横方向速度の大きさに違いがある。最初の２つの巻では横方向速度は非常に速く、次に、流れが螺旋の外側に向かうのにしたがって曲率半径が大きくなり、その結果、力の低下が生じて、流れを安定した状態の層流様式にさせる。ここでは、剪断応力を用いて流れ内の粒子が調整される。

遠心力は巻１０６〜１１２で低下し、力の平衡が生まれる。横方向の流れのベクトルを用いて、中立浮遊粒子が一掃され、該中立浮遊粒子は平衡点まで移動される。所望の平衡に到達させるには、遠心力を低下させることに基づく。遠心力の所望の低下は、ディーン数を臨界値１５０未満に低減することに相当する。

該スパイラル混合器／調整器の調整（または凝集）能力は２つの様式で実現可能である。第１の様式は、該スパイラル混合器の幾何学形状の断面を変えることによるものである。第２の様式は、流速を変えることである。いずれの様式も該システムの剪断速度を調整用のスパイラルにおいて制御しようとするものである。剪断速度は横方向速度の勾配であり、スパイラル混合器／調整器から現れる凝集体のサイズを下流側の分離器のカットオフサイズに関連付けるパラメータである。

図４はこの概念の説明をわかり易くするものである。

混合部分として機能する最初の２つの巻１０２，１０４を備えたスパイラル混合器／調整器１００が設計される。この最初の２つの巻を含んだチャネルは臨界ディーン数より上（すなわち１５０以上）で操作され、最初の２つの巻の流れを混乱（ｃｈａｏｔｉｃ）させ、流れの平衡をなくす。この混乱状態における混合用の巻数は変わってもよく、その巻の流れが臨界ディーン数よりも大きい（すなわち１５０以上）である限り、スパイラル混合器／調整器は３、４巻以上の混合用の巻数を含んでもよい。スパイラル混合器／調整器１００の巻１０６〜１１２は所定の剪断速度を実現するように設計されている。この剪断速度は、例えば図４の曲線に基づいて選択される。図４は剪断速度が増大するにつれて流れの中の粒子の凝集体サイズが小さくなるのを示している（すなわち、凝集体サイズは剪断速度に基づいている）。剪断速度は選択されたチャネルサイズ内の流れの速度を増大させることによって増大される。剪断速度が大きくなると、粒子はより小さな凝集体に破壊され易くなる。

スパイラル混合器／調整器１００の構造は、螺旋全体に亘って同じサイズになるように選択されたチャネル幅を有する。この状況では、次に最初の２つの巻（１０２〜１０４）のディーン数が混乱値（ｃｈａｏｔｉｃ ｖａｌｕｅ）より大きくなるように流速が制御され、螺旋の残りの巻（１０６〜１１２）の流れが臨界値１５０より下にディーン数を低減させる。この低減は元の流速、チャネルのサイズ、および螺旋の巻１０６〜１１２の巻数の増大によって生じる。

最初の２つの巻１０２，１０４の剪断速度は混乱作用（ｃｈａｏｔｉｃ ａｃｔｉｏｎ）のためのディーン数より大きくなるが、剪断速度のディーン数（ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ Ｄｅａｎ ｎｕｍｂｅｒ）は残りの巻１０６〜１１２の臨界値より小さくなるように、入ってくる流体の速度は入口１１４に入るように選択される。

図４は凝集体サイズに対する剪断速度を示すグラフ４００である。剪断速度の軸はグラフの下から上へと低剪断速度から高剪断速度になっており、凝集体サイズは左側から右側へと小さい凝集体サイズから大きい凝集体サイズになっている。曲線４０２は強力な懸濁物の特性を表し、曲線４０４は弱い懸濁物の特性を表しており、各懸濁物の最大剪断速度の位置がわかる。

本願のスパイラル混合器／調整器は多数の異なる形状の凝集体に有用であるように設計できる。ある凝集体は、非常に強力で断片化（ｆｒａｇｍｅｎｔｉｎｇ）前に非常に高い剪断速度を有し得る粘土粒子を有していることもあるし、ある粒子は綿毛のような（ｆｌｕｆｆｙ）非常に低い剪断速度で断片化し易いフロック（ｆｌｏｃ）を用いることもある。したがって、これらの曲線は本発明の概念を示す一般的な曲線であることを理解されたい。

粒径に対する剪断速度の例には、強力な凝集体（例えば、高剪断力に対して弾性のある粘土粒子）が挙げられる。この範囲にある凝集体サイズは、剪断速度ｇ＝１０，０００／秒（ｇ＝剪断速度）において直径（ｄ）は５μｍになる。懸濁物が弱い場合、凝集体は低剪断速度で断片化する化学的フロック（例えば、ミョウバン処理された（ａｌｕｍ−ｔｒｅａｔｅｄ）コロイド状の泥）であり得る。これらの弱い懸濁物の凝集体は、剪断速度ｇ＝５００／秒においてｄ＝３０μｍ〜５０μｍの凝集体サイズを有する。

図４では、強力な懸濁物に関する上の曲線４０２を考察する。曲線４０２はこの強力なタイプの粒子の最大剪断速度の位置を概略的に示している。基本的には、このタイプの強力な粒子の凝集体は曲線４０２を超えることはない。曲線４０４は弱い粒子の懸濁物を同様に示したものである。この曲線の右側に示すように、より大きな凝集体は低剪断速度では無傷（ｉｎｔａｃｔ）のままである。圧送速度を上げることによって剪断速度を増大させると、擬集体は曲線の左側に示した新しい剪断速度で安定し得るサイズに断片化するであろう。したがって、図４をシステム設計に使用できる。ある所望の粒径を考える場合、それに対応する、適した剪断速度がわかる。

スパイラル混合器／調整器１００の動作および／設計は、凝集速度およびサイズを図４に示した曲線に一致させるように制御するように巻１０６〜１１２のチャネルにおいて特別に設計された剪断速度を有するものにされる。凝集が制御されないと、非常に緩く結合している懸濁物の成長が速くなる。剪断速度が速いと、凝集体はファン・デル・ワールス力によって維持可能なサイズにまで破砕される。図４の上側の曲線は下側の曲線と比較してより強力に凝集した懸濁物を示す。剪断速度が設計されていることで、凝集体の成長およびサイズが制御され、その結果、例えば螺旋形分離器によって下流側で流体力学的分離（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が効果的になるように均一なサイズの緻密な懸濁物に調整される。

流体流に溶解された物質から沈殿または懸濁を形成し、スパイラル分離器による流体力学的分離のためにその溶解された物質を調整する。ナノ粒子及び／又はサブミクロン粒子を大きくて強力な凝集物に凝集させ、スパイラル分離器による流体力学的分離のためにその凝集物を調整する。調整セクションにおける入力流の流れの臨界ディーン数は１５０未満であることが好ましい。

この調整（凝集）特性を以下の目的に援用してもよい：
１．溶解された物質（例えば、スケーリングを防止するためのＭｇおよびＣａ（マグネシウムおよびカルシウム）のような二価金属）から沈殿または懸濁を誘導する；
２．小さな懸濁物を大きくて強力な塊（例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ナノ粒子を再生し、先進の紫外線（ＵＶ）酸化システムにおいて光触媒として再生利用するための凝集体）に凝集するのを促進する；および
３．再利用のために、液体中の汚染物質を処理するように機能化された、量が分散した（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）担体浮遊物（例えば、有機物および炭化水素を吸収する活性炭粒子、または標的の分析物を選択的に捕集して脅威となる生物因子（ａｇｅｎｔ ｂｉｏ）を検出するように機能化されたポリスチレンビーズ）を捕集する。

懸濁物は凝集タンク内で成長して、下流での遮断分離（ｃｕｔ−ｏｆｆ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）に適したサイズに達する。成長速度は懸濁物の形態、化学および物質タイプに左右される。仮に存在したとしても、一部は凝集タンク内であまり長い保持時間を必要としないこともある。図５は特徴的な凝集サイズを時間の関数として、連続する３つの時間間隔で示したものであり、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は衝撃的成長（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ Ｇｒｏｗｔｈ）、凝集体サイズ限界（Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｓｉｚｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ）およびサイズ・ロールオフ（Ｓｉｚｅ Ｒｏｌｌ−ｏｆｆ）に相当する。この典型的な曲線には以下の３つの時間間隔がある：
・Ｔ１：衝撃的成長−凝集が粒子濃度およびオルトキネティクス（ｏｒｔｈｏｋｉｎｅｔｉｃｓ）によって引き起こされて衝突事象の可能性を高めるとき（凹状式（ｃｏｎｖｅｘ ｄｒｉｖｅｎ））、狭いチャネル内で迅速に混合されるときに生じる。
・Ｔ２：凝集体サイズ限界−流体剪断がファン・デル・ワールス力を超えると制限される。
・Ｔ３：サイズ・ロールオフ−化学的消耗、緻密化（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）および凝集体間相互作用に起因するかもしれない二次効果による凝集体サイズのロールオフである。

成長とは粒子の凝集を意味するものである。特に狭い（ｃｏｎｆｉｎｅｄ）チャネル内では、同じ量の（粒子を含む）流れがここではより狭い空間に存在する。チャネルが狭いと、衝撃的成長段階（Ｔ１）の間に平衡状態が粒子あるいはある割合の粒子を共に結合させてより大きな凝集体粒子に成長させる速度で粒子が衝突する可能性が大きくなる。

ステージＴ２では、形成された凝集体は成長安定期（ｇｒｏｗｔｈ ｐｌａｔｅａｕ）に到達し、形態（物質のタイプ）およびチャネル内に加えられる剪断力に応じて結合するだけである。剪断速度があるタイプの材料のある値を超えると、凝集体成長は剪断速度によって制限され、これによって凝集体サイズ全体が制限される。Ｔ３では、この安定期の後、二次効果（例えば、システム内の化学的消耗、緻密化、フロック間相互作用）に起因するサイズのロールオフが存在し、その他の問題の中でもとりわけこのロールオフが凝集体サイズをそのＴ２の状態から１０％も低減させることがある。

緻密化とは粒子が圧迫されるが実際には一緒には結合しないときであり、圧迫により凝集体から水を除去してより緻密（すなわち、より小さく）にするが、別の凝集体を共に結合しない。

フロック間相互作用とは凝集体が互いに磨耗し、凝集体の一方または両方から粒子の一部を除去することを意味する。

上記の新規な方法は、以下のような多数の工業的分離のためのプラットフォーム技術として機能し得る：
・地方自治体の水処理−この用途では本発明において得られた調整に関する議論から利益が得られるであろう。
・海水および汽水（ｂｒａｃｋｉｓｈ）の脱塩−逆浸透（ＲＯ）のための予備処理およびスケール除去（図６、図７、図８および図９）ならびに膜蒸留（図１０）
・製造水（ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｗａｔｅｒ）−フラクタル水（ｆｒａｃ ｗａｔｅｒ）、逆流水（ｆｌｏｗ−ｂａｃｋ ｗａｔｅｒ）、油／水分離（図１１および図１２）
・バラスト水−海水からの有機物および他の懸濁物の分離（図１３および図１４）
・藻類脱水−バイオ燃料製造および処理される前の（ｐｒｉｏｒ ｔｏ ｐｏｌｉｓｈｅｄ）海水放出（図１６）
・農業用水−ブドウの洗浄水、パーム油圧搾流出物（図１７および図１５）
・量が分散した（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）ＴｉＯ_２または機能化された合成粒子（図１９）の凝集および回収
・廃水処理−一次流出物をダイジェスタ（消化槽：ｄｉｇｅｓｔｅｒ）に集めて、速度を増大させメタンを発生させる（図２０および図２１）

図６〜図２１は本発明の技術の多様な用途の例示である。他の用途には以下が挙げられる。
・プロセス水−例えば、乳製品工場のホエー水の洗浄
・生物学的流体−製薬上の処理（例えば、赤血球から白血球を分離すること、ワクチン流体の浄化）
・生物学的検出−高スループットのスクリーニングを行い選択性および感度を増大させる
・工業用水精製−例えば、シリコンの切削屑（ｋｅｒｆ）回収
・スケール除去−発電所の冷却、海水予備処理
・地下水の改善−二価イオンの降下
・石油精製−油／水分離
・コロイド化学−化学処理
・採鉱
・食品および飲料

図６は化学凝固（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）を用いた脱塩構成における逆浸透（ＲＯ）前の未処理海水または汽水処理工程を示す略図である。効率的に作動するために、この逆浸透膜には非常に高品質な供給水が必要となる。

システム６００は第１入力フィルタ６０２を備え、このフィルタは未処理海水濾過用の２〜５ｍｍのフィルタサイズの吸入スクリーンであり得る。第１入力フィルタ６０２に続き、更なる濾過のために第２フィルタ６０４が設けられており、該フィルタは１００μｍのスクリーンフィルタであり得る。濾過された水は凝固剤注入システム６０６を通過し、該凝固剤注入システムは適した種類の凝固剤を海水流に注入する。凝固剤が注入された海水流はスパイラル混合器／調整器６０８で混合される。次に、スパイラル混合器／調整器６０８の出力は凝集タンク６１０まで移動され、そこで凝集された粒子が例えば約４分間さらに成長されて、ある種のフロックになる。次いで、凝集体を伴った流れは凝集タンク６１０からスパイラル分離器６１２まで移動される。該スパイラル分離器は流出物出力６１４（ここでは凝集体はスパイラル分離器６１２によって除去されている）を備え、流れは保証フィルタ６１６によって更に処理され、ＲＯ供給水６１８として提供される。スパイラル分離器６１２の第２出力からの水は廃棄流６２０として提供され、分離された凝集体を含んでいる。未処理海水がシステム６００に導入されるときの速度は、矢印６２２で示したポンプによって制御され得る。

システム６００はインライン凝集、フロック形成および分離を用いてＲＯ供給水を予備処理し、以下の特徴を有する：
１）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて流体力学的分離を行ってＲＯ供給水を浄化する。
２）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間および長期間の降下）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下（ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）が必要ない。
４）高速プロセス−時間単位ではなく分単位。
５）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図７は電気凝固（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）を用いた脱塩構成におけるＲＯ前の未処理海水または汽水処理の略図である。この利点はｉｎ ｓｉｔｕで凝固剤を発生することにある。

システム７００は図６のシステム６００に類似する。しかし、第２フィルタ６０４に続いて、凝固剤注入システム６０６が電気的凝固ユニット７０２に置き換えられている。この後には図６に示したような構成要素が用いられる。更なる違いは、保証フィルタ６１６による濾過の後に塩素系スケール防止剤（ａｎｔｉｓｃａｌａｎｔ ｃｈｌｏｒｉｎｅ）７０４を注入することにある。一実施形態では、未処理海水がシステム７００に導入されるときの速度は、矢印７２２で示したポンプによって制御され得る。

システム７００は化学物質を現場で発生することが可能であるものの、スラッジ量は著しく少なくなり、不快な化学物質は必要ない。システム７００はインライン凝集、フロック形成および分離を行って、電気凝固によりＲＯ供給水を予備処理する。該プロセスには以下の特徴がある。
１）電気凝固により化学物質を現場で発生させられる。
２）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて流体力学的分離を行ってＲＯ供給水を浄化する。
３）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の降下）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
４）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
５）高速プロセス−時間単位ではなく分単位。
６）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図８は凝縮された塩水から水酸化沈殿物を生成し、塩水凝縮物から多価金属によってＲＯ膜がスケーリングするのを防止するための略図である。

システム８００は逆浸透（ＲＯ）ユニット８０２を備えており、該ユニットはＲＯ供給水を受け取り、最終的に製造水（ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｔｅｒ）８０４を産出する。ＲＯユニット８０２からの第２の出力は（塩水を含んだ）水流を含み、この水流はスパイラル混合器／調整器８０８に提供される前に沈殿剤８０６と共に注入される。水流は凝集タンク８１０に入って沈殿を成長させる。十分な成長が発生したら、水流はスパイラル分離器８１２に提供され、該スパイラル分離器はスパイラル分離を実行して沈殿物を分離する。流出物出力８１４（沈殿物が除去された）は場合によっては、再循環塩水ループ８１６をＲＯユニット８０２まで再循環されてもよい。スパイラル分離器８１２からの第２出力は沈殿物を有する廃棄流８１８である。一実施形態では、ＲＯ供給水がシステム８００に導入されるときの速度は矢印８２０で示したポンプによって制御され得る。

該システムは沈殿物（例えば水酸化マグネシウム）を形成し、ＲＯプロセス中に塩水凝縮物から沈殿物を分離させる。このプロセスはまた汽水から二価金属イオンを除去するのにも関連するものである。該プロセスには以下の特徴がある。
１）二価／三価イオンを沈殿させて流体力学的分離を行う。
２）スパイラル混合器の使用によりＣａ（ＯＨ）_２使用量が低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
４）高速プロセス−時間単位ではなく分単位。
５）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図９は炭酸塩沈殿および水酸化物沈殿の２段階沈殿および分離に続いて、海水または汽水から他のあらゆる懸濁物を凝集、フロック形成および分離をするための略図である。

システム９００は、流れが第１段階スパイラル分離器９０４に入力される前に大きな粒子を分離する入力フィルタ９０２（一実施形態では、１００μｍサイズの複数の開口部を備えたフィルタであり得る）を備える。第１段階スパイラル分離器９０４では、第１段階スパイラル分離は５〜１０μｍサイズの沈殿物を分離する。流出物出力９０６は除去された５〜１０μｍ未満の物質を沈殿させた流体流を運び、凝固剤注入装置９０８によって凝固剤が注入される。次に、この流れは図６〜７に類似するスパイラル混合器／調整器９１０および凝集タンク９１２に提供されて、直径５μｍ未満の粒子状物質または凝集体に対処する。第１段階スパイラル分離器９０４からの第２出力が沈殿物出力９１４を与える。一実施形態では、該沈殿物（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）がシステム９００に入力されるときの速度は矢印９２４で示したポンプによって制御され得る。

凝集タンク９１２からの出力は、フロック形成された凝集体をスパイラル分離する第２段階スパイラル分離器９１６に送られる。第２段階スパイラル分離器９１６は第１流出物出力９１８を備え、該第１流出物出力はＲＯ供給水システム９２０に与えられ、第２流出物出力は出力廃棄流９２２である。

このシステムでは２段階が用いられる：（ｉ）沈殿物回収のための初期分離および（ｉｉ）凝集、フロック形成および分離を行いＲＯ供給水を予備処理する。該プロセスには以下の特徴がある。
１）５μｍ〜１０μｍの範囲の沈殿物が高速で抽出される。
２）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて流体力学的分離を行ってＲＯ供給水を浄化する。
３）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の降下）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
４）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
５）高速プロセス−日単位ではなく分単位。
６）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１０は海水から懸濁有機物を凝集、フロック形成および分離して、分類された供給水を膜蒸留（ＭＤ）に供給する概略図である。ＭＤは熱蒸留よりも極めて低い温度の廃熱を使用する。

システム１０００は未処理海水用の２つのフィルタ入力を備え、第１フィルタ１００２は２〜５ｍｍのフィルタスクリーンを有し、第２フィルタ１００４は１００μｍのフィルタスクリーンを有する。濾過された水流はスパイラル分離器１００６に提供され、該スパイラル分離器は分離用の１０μｍの凝集体サイズのカットオフを有する。第１流出物出力１００８は、除去された凝集体と共に流出物を場合によって設けられたフィルタ１０１０に提供し、該フィルタは濾過された水をＭＤ水タンク１０１２に供給する。スパイラル分離器１００６の第２出力は出力された海水用の廃棄流１０１４である。一実施形態では、未処理海水がシステム１０００に入力されるときの速度は矢印１０１６で示したポンプによって制御され得る。

このシステムは膜蒸留のための予備処理を行う。該プロセスには以下の特徴がある。
１）未処理海水中の粒子を１０μｍまで分離する。
２）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１１は２段階分離の略図である。第１段階は粗い粒子の分離であり、続いて、浮遊物（ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ）中の微粒子を凝集、フロック形成および分離して中間の微細な滓（例えば滓状の池水）にする。表面の油抽出物（例えばタールサンド）から水を製造するのに適用可能である。

システム１１００はフィルタ１１０２を備え、該フィルタは溢れたハイドロサイクロン水を濾過するための１００μｍのスクリーンフィルタであり得る。濾過された水は第１段階スパイラル分離器１１０４に提供される。一実施形態では、該第１段階スパイラル分離器は５〜１０μｍの凝集体分離用のカットオフ値を有し得る。第１微粒子出力１１０６が微粒子を含む流れを提供する。凝集システム１１０８が凝固剤を、該微粒子を含む流れに注入する。凝固剤が注入された流れがスパイラル混合器／調整器１１１０に提供され、該スパイラル混合器／調整器はその流れを混合および調整し、凝集された微粒子を含んだ流れを凝集タンク１１１２に最大４分間提供する。第１段階スパイラル分離器１１０４からの第２出力が粗い滓（ｃｏａｒｓｅ ｔａｉｌｓ）１１１４を含む水流を提供する。凝集タンク１１１２からの出力は第２段階スパイラル分離器１１１６に送られ、そこで該第２スパイラル分離器が残りのフロック凝集体を分離する。最終的に、第２段階スパイラル分離器１１１６からの第１出力が透明な流出物１１１８をリサイクル水貯蔵器１１２０に提供する。第２出力１１２２が、凝縮された熟成した微細滓（ｍａｔｕｒｅ ｆｉｎｅ ｔａｉｌ＝ＭＴＦ）を提供する。一実施形態では、ハイドロサイクロンオーバーフロー水がシステム１１００に入力されるときの速度は矢印１１２４で示したポンプによって制御され得る。

該プロセスには以下の特徴がある。
１）５μｍ〜１０μｍの範囲の沈殿物が高速で抽出される。
２）サブミクロンの粘土粒子を凝集して分離する。
３）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の降下）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
４）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
５）高速プロセス−日単位ではなく分単位。
６）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１２は製造された水から二価金属イオンを沈殿、凝集および分離する工程を示す略図である。最大１０バレルの製造された水が、地面（ｇｒｏｕｎｄ）から抽出された１バレルの油から生じ得る。製造された水を採掘場所から運んで蒸発させ、続いて淡水と置換するための輸送コストが抑えられる。図１２に示したプロセスによって現場での処理が可能になり、このプロセスを更に強化して再注入および蒸気発生に適した高品質な水の上清（ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ）を製造することが可能である。

システム１２００は第１入力フィルタ１２０２を備え、該フィルタは未処理製造水（Ｒａｗ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｗａｔｅｒ）の流れを受け取って濾過する１００μｍフィルタスクリーンとして具現化できる。次に、該未処理製造水には機構１２０４を用いて水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）が注入される。Ｃａ（ＯＨ）_２が注入されたこの水流は第１スパイラル混合器／調整器１２０６に提供され、該第１スパイラル混合器／調整器はこの物質を混合して反応タンク１２０８に送り、約１分間反応処理を行って水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）沈殿物を生成する。この後水流には、注入システム１２１０を介して炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）が注入される。次に、この処理された流れは第２スパイラル混合器／調整器１２１２に送られ、そこで該流れが混合、調整されて沈殿タンク１２１４に約１分間出力されて炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を沈殿させる。この後、沈殿された流れがスパイラル分離器１２１６に提供され、該スパイラル分離器が凝集体を分離して流出物出力１２１８及び沈殿物出力１２２０を発生する。反応速度に応じて図１２の第１反応タンクは必要でないこともあることに留意されたい。

一実施形態では、沈殿タンク１２１４から来る沈殿物流は、フィードバック経路１２２２を介して該流れの一部をフィードバックとして反応タンク１２０８の入力に提供してもよく、該反応タンクで、第１スパイラル混合器／調整器１２０６でスパイラル混合された後で注入が行われる。このフィードバックによって沈殿物が「シード」に導入され、より大きな沈殿物凝集体が成長する。

一実施形態では、注入機構１２２４を用いて塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）を注入することにより、沈殿タンク１２１４から来る流れを凝集させることも可能であり、次に、第３スパイラル混合器／調整器１２２６がその注入された流れを更に混合および調整する。この後第３スパイラル混合器／調整器１２２６から、該流れを凝集タンク１２２８に入れて更に成長させてから、スパイラル分離器１２１６に提供することも可能である。一実施形態では、この未処理製雑水がシステム１２００に入力されるときの速度は、矢印１２３０で示したポンプによって制御され得る。

該システムは生成水のインライン沈殿、凝集および分離を用いて二価イオンを除去する。該プロセスには以下の特徴がある。
１）水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を沈殿させる。
２）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
３）高速プロセス
４）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１３は環境を汚染しないように海水中の懸濁有機物を直接除去し、該海水（廃）流をその供給源に放出する工程（依然として滅菌工程が必要になる）を示す略図である。

システム１３００は入力フィルタスクリーン１３０２を備え、該入力フィルタスクリーンは入力された海水を受け取る５０〜１００μｍのスクリーンフィルタであり得る。濾過された海水はスパイラル分離器１３０４に送られ、濾過された海水流中に残っている粒子が分離される。スパイラル分離器１３０４の流出物出力１３０６は任意のフィルタ１３０８に提供された後、バラスト水タンク１３１０に提供される。スパイラル分離器１３０４からの廃棄出力１３１２は廃棄海水１３１４である。一実施形態では、入力された海水がシステム１３００に入力されるときの速度は矢印１３１６で示したポンプによって制御され得る。

該システムはカットオフサイズ分離技術（ｃｕｔ−ｏｆｆ ｓｉｚｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いてバラスト水処理を行う。該プロセスには以下の特徴がある。
１）高スループットで、連続して流れを分離できる。
２）任意のフィルタの目詰まりが低減されるので、摂取口（ｉｎ−ｔａｋｅ ｐｏｒｔ）で処理しなくてもバックフラッシュ−バックフラッシュの頻度を抑えることができる。
３）摂取口で処理しなくても廃棄流が直接捨てられる。

図１４は入力された未処理の海水または汽水を予備処理して最も懸濁している固体を除去してから、透明な流出物をバラストタンクに提供する工程（依然として滅菌工程が必要になる）を示す略図である。

システム１４００は入力された海水を濾過する第１入力フィルタ１４０２を備える。一実施形態では、第１入力フィルタ１４０２は５０〜１００μｍのフィルタスクリーンとして具現化できる。次に、この濾過された流れには注入機構１４０４を用いて凝固剤が注入される。次に、該注入された流れはスパイラル混合器／調整器１４０６に提供され、該スパイラル混合器／調整器は混合、調整された流れを凝集タンク１４０８に提供して追加のフロック成長が行われる。凝集タンク１４０８からの出力はスパイラル分離器１４１０に提供され、該スパイラル分離器は選択されたサイズカットオフに従って凝集されたフロックを分離する。スパイラル分離器１４１０からの流出物出力１４１２は流出物流であり、該流出物流は任意のフィルタリング機構１４１４に提供され、続いてバラスト水タンク１４１６に提供される。スパイラル分離器１４１０からの第２出力は、出力海水である廃棄出力１４１８である。一実施形態では、入力された海水がシステム１４００に入力されるときの速度は矢印１４２０で示したポンプによって制御され得る。

該プロセスには以下の特徴がある。
１）サブミクロンの有機／無機粒子を凝集させて分離する。
２）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の沈殿）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。

図１５はバイオ燃料製造のための藻類脱水、原料（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ）、および処理した廃水を浄化してから表面に放出する工程を示す略図である。藻類は一般に、非常に薄い濃度で生長する。脱水、すなわち水のハーベスティング（ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）および除去は一般に、遠心分離、濾過または浮選（ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）によって実現される。遠心分離は強力なエネルギであり、濾過は保守にコストがかかり、浮選は時間がかかり、広い土地面積が必要になる。

システム１５００は野外の池水を受け取る２段階のスクリーン入力（ｄｕａｌ ｓｃｒｅｅｎ ｉｎｐｕｔ）を備える。第１入力スクリーン１５０２は２〜５μｍサイズとして具現化でき、第２入力スクリーン１５０４は１００μｍサイズとして具現化できる。濾過された水は第１段階スパイラル分離器１５０６まで移動され、該スパイラル分離器は、凝縮された藻類の流れを含んだ第１出力１５０８を凝集タンク１５１０に提供し、藻類凝集体が更に成長される。第１段階スパイラル分離器１５０６からの第２出力は流出物出力１５１２であり、該流出物出力は任意のフィードバック経路１５１４に提供された後、野外の池に送られ得る。次に、凝集タンク１５１０からの出力は第２段階スパイラル分離器１５１６に送られ、そこで凝縮された凝縮物（本実施形態では藻類である）が出力１５１８にて出力される。該代替出力は流出物出力１５２０であり、該流出物出力も任意のフィードバック経路１５１４に提供された後、野外の池に送られ得る。一実施態様において野外の池水がシステム１５００に入力されるときの速度は矢印１５２２で示したポンプによって制御され得る。

該プロセスには以下の特徴がある。
１）藻類の分離
２）９０：１０で分割して２段階で２桁の濃度が得られる。
３）分散型の実施−１つのセットアップで４つの池を処理するので、脱水の最大化、ポンプ圧送の最小化および循環の保証が実現される。
４）高速プロセス
５）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１６はシステム１５００の構造を実施できる適用例である。特に、複数の入力を備えたシステム１５００または複数のシステム１５００は、池１６０２、１６０４、１６０６および１６０８内に含まれるか、あるいは一般に池１６０２、１６０４、１６０６および１６０８に提供されている。池１６０２〜１６０８に対して中心となる場所にシステム１５００を位置決めすることによって、藻類のような形態の凝集体の高率的な選択を実現することができる。

図１７はプロセス水（例えば、ブドウの洗浄水（ｇｒａｐｅ ｗａｓｈ ｗａｔｅｒ））または家庭排水（ｇｒｅｙ ｗａｓｈ ｗａｔｅｒ）を凝集、フロック形成および分離してから表面に放出する工程を示す略図である。該廃棄流は細菌および栄養物の両方を含んでおり、この細菌および栄養物を嫌気性ダイジェスタ（ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｅｒ）に送って水と二酸化炭素（ＣＯ_２）とに転換することが可能である。

システム１７００は約２ｍｍの複数のフィルタ開口を有する第１フィルタ１７０２を備える。フィルタ１７０２は、家庭排水を、注入機構１７０４を介して凝固剤が注入された流れに濾過する。凝固剤が注入されたこの流れはスパイラル混合器／調整器１７０６に提供され、次に該スパイラル混合器／調整器は注入された凝固剤および濾過された家庭排水を凝集タンク１７０８まで移動し、その流れの中でフロックが更に成長される。凝集タンク１７０８からの出力はスパイラル分離器１７１０に提供され、該スパイラル分離器で約４分未満の間、スパイラル分離が行われる。スパイラル分離器１７１０からの出力は流出物出力１７１２を介したものであり、次に、その流れは任意のフィルタ１７１４に提供され、家庭排水貯蔵器１７１６に貯蔵される。スパイラル分離器１７１０からの該第２出力は廃棄出力１７１８である。一実施形態では、家庭排水がシステム１７００に入力されるときの速度は矢印１７２０で示したポンプによって制御され得る。

このシステムは、例えばブドウ色の洗浄水のインライン凝集、フロック形成およびスパイラル分離を行う。該プロセスには以下の特徴がある。
１）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて分離する。
２）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の沈殿）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
４）高速プロセス−日数単位ではなく分単位。
５）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１８は２段階初期分離工程の略図である。第１段階では大きな破片（ｄｅｂｒｉｓ）を除去し、次に、凝集、フロック形成および分離を行って表面に放出するのに適した処理済の水を製造する。この廃棄流を嫌気性ダイジェスタに送って水と二酸化炭素ＣＯ_２とを発生することができる。該プロセスは、非常に多量のサブミクロロンの破片が含まれたプロセス水（例えば、パーム油圧搾流出物）にも適し得る。

システム１８００は入力流フィルタ１８０２を備え、該フィルタは１００μｍのスクリーンであり得る。該スクリーンはパーム油圧搾流出物（ＰＯＭＥ）を濾過、スクリーニングしてから、その流れを第１段階スパイラル分離器１８０４に供給するのに使用される。第１段階スパイラル分離器１８０４はサイズが５〜１０μｍの凝集体を分離する。第１段階スパイラル分離器１８０４からの流出物出力１８０６は注入機構１８０８を用いて凝固剤を注入し、その後、スパイラル混合器／調整器１８１０の入力に送られる。スパイラル混合器／調整器１８１０の出力は凝集タンク１８１２に提供され、フロックの更なる成長を可能にする（例えば、約４分間）。第１段階スパイラル分離器１８０４からの第２出力は廃棄出力１８１４である。凝集タンク１８１２から、流れは第２段階スパイラル分離器１８１６に提供され、そこで凝集されたフロックの分離動作が約４分間行われる。第２段階スパイラル分離器１８１６からの流出物出力１８１８はブドウ水（ｇｒａｐｅ ｗａｔｅｒ）１８２０および廃棄出力１８２２である。一実施形態では、パーム油圧搾流出物がシステム１８００に入力されるときの速度は矢印１８２４で示したポンプによって制御され得る。

このシステムは２段階で動作する：（ｉ）第１段階のスパイラル分離および（ｉｉ）ＰＯＭＥを凝集、フロック形成および分離して処理済の水を製造する。該プロセスには以下の特徴がある。
１）未処理のＰＯＭＥ中の粒子を５〜１０μｍまで初期分離する。
２）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて分離、浄化する。
３）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の沈殿）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
４）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
５）日数単位ではなく分単位。
６）流れ制御を用いた、連続した流れまたは断続的な操作。

図１９は先進の酸化技術による紫外線（ＵＶ）滅菌システムで使用される、量が分散した（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子を凝集および回収する工程を示す略図である。ＵＶ存在下で、ＴｉＯ_２の光触媒活性は細胞膜に効果的に影響を及ぼす。これは滅菌の非化学的代替例であり、流れ導管（ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｕｉｔ）の表面にＴｉＯ_２を固定化することに比して、量が分散したＴｉＯ_２に最も効果的である。このナノ粒子は小さく（典型的には２５ｎｍ）、濾過により回収されるが、これは非常に困難である。

システム１９００は第１入力フィルタ１９０２を備え、該フィルタは入力された廃水から粒子を選別するように構成された１００μｍの入力スクリーンであり得る。第１入力フィルタ１９０２から濾過された入力された廃水は、先進酸化処理（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ＝ＡＯＴ）システム１９０４に送られる。ＡＯＴから出力された流れは調節機構１９０６によってｐＨが調節され、その後、ｐＨが調節された流れがスパイラル混合器／調整器１９０８に提供される。スパイラル混合器／調整器１９０８によって混合した後、流れは凝集タンク１９１０に提供され、凝集された物質が更に成長される。凝集タンク１９１０の出力は、スパイラル分離器１９１２に提供され、そこで該スパイラル分離器がＴｉＯ_２凝集体を分離する。スパイラル分離器１９１２からの流出物出力１９１４は、凝集体が除去されており、続いて、流れを出力するためのフィルタ１９１６を介して、滅菌された水タンク１９１８に送られる。スパイラル分離器１９１２からの別の出力は回収されたＴｉＯ_２１９２０であり、ＴｉＯ_２注入１９２２としてＡＯＴシステム１９０４の入力からシステムに戻される。一実施形態では、入力された廃水がシステム１９００に入力されるときの速度は矢印１９２４で示したポンプによって制御され得る。

該プロセスには以下の特徴がある。
１）先進の酸化技術
・ＴｉＯ_２の体積分散（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）および回収。
・流れがＵＶ反応器を通過する。
２）スパイラル装置
・スパイラル混合器／調整器が凝集物質を混合する。
・スパイラル分離器が凝集されたＴｉＯ_２を回収する。

図２０は廃棄流処理工程を示す略図であり、懸濁した有機物（細菌および栄養物を含む）が一次浄化装置（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｌａｒｉｆｉｅｒ）まで再循環される。浄化された流出物流を滅菌および処理して表面放出することができる。該システムは、沈殿物を交換し、スラッジ微生物による消化に要する期間の外に保持時間を著しく短縮しながら、インライン凝集、フロック形成および分離を行って廃水を処理する。

システム２０００は入力フィルタ２００２を備え、該入力フィルタは、スラッジ２００４、一次浄化物（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｌａｒｉｆｉｅｒ）２００６および浮遊物（ｆｌｏａｔｅｒ）２００８として定義される種々の段階の流体を有する供給源からの入力流を受け取るように設計された１００μｍのスクリーンフィルタであり得る。この入力からの流れは入力フィルタ２００２（例えば、１００μｍスクリーン）によって濾過され、次に、この濾過された流れには凝固剤注入システム２０１０を用いて凝固剤が注入される。注入された流れはスパイラル混合器／調整器２０１２に提供され、該混合流は凝集タンク２０１４に提供され、入力流から凝集体がさらにフロック成長される。凝集タンク２０１４からの出力はスパイラル分離器２０１６に提供され、流れの中のフロックが分離される。この後、流出物出力２０１８が任意のフィルタ２０２０に提供され、その流れが浄化タンク（ｃｌａｒｉｆｙ ｔａｎｋ）２０２２に貯蔵される。スパイラル分離器２０１６からの廃棄出力２０２４はフィードバック経路２０２６を介して、スラッジ２００４、一次浄化物２００６および浮遊物２００８を有する入力に提供される。一実施形態では、入力（２００４，２００６，２００８）がシステム２０００に入力されるときの速度は矢印２０２８で示したポンプによって制御され得る。

該プロセスには以下の特徴がある。
１）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて分離する。
２）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の沈殿）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
４）高速プロセス、連続した流れ、設置面積が小さい、低電力消費、低圧である。
５）廃棄流が一次浄化装置まで再循環される。

図２１は廃水処理工程を示す略図であり、廃水流は嫌気性ダイジェスタに送られ、より高速で水、ＣＯ_２およびメタンが発生される。

システム２１００は実質的にシステム２０００と同じである。しかし、廃棄出力２０２４が入力流へと再循環される代わりに、廃棄出力２０２４を受け取るように嫌気性ダイジェスタ２１０２が設けられている。この分離によってもたらされる凝縮によって、生物学的反応の速度およびメタン生成の速度が増強される。一実施形態では、入力（２００４，２００６，２００８）がシステム２１００に入力されるときの速度は矢印２１０４で示したポンプによって制御され得る。

該システムは一次処理流出物の凝縮物をダイジェスタに提供して廃棄流処理を行う。該プロセスには以下の特徴がある。
１）サブミクロンの有機物／無機物粒子を凝集させて分離する。
２）標準的なジャーテストプロトコル（すなわち、２分間迅速に混合した後、２８分間の緩やかな混合および長期間の沈殿）に比して、スパイラル混合器／調整器を用いると凝固剤の使用量が５０％低減される。
３）形式的なフロック形成工程および降下が必要ない。
４）高速プロセス、連続した流れ、設置面積が小さい、低電力消費、低圧である。
５）廃棄流は凝縮された有機体および栄養物であり、嫌気性ダイジェスタに送られる。

１００，６０８，８０８，９１０，１１１０，１４０６，１７０６，１８１０，１９０８，２０１２ スパイラル混合器／調整器、１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２ 巻、１１４ 入口、１１６，１１８ 出口、２００ 流速の断面図、２０２ 濃色図、２０４ 明色図、３００ 速度ベクトル、３０２ 矢印、４００ グラフ、４０２，４０４ 曲線、６００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００，１７００，１８００，１９００，２０００，２１００ システム、６０２，１２０２，１４０２，１９０２ 第１入力フィルタ、６０４，１００４ 第２フィルタ、６０６，２０１０ 凝固剤注入システム、６１０，８１０，９１２，１１１２，１２２８，１４０８，１５１０，１７０８，１８１２，１９１０，２０１４ 凝集タンク、６１２，８１２，１００６，１２１６，１３０４，１４１０，１７１０，１９１２，２０１６ スパイラル分離器、６１４，８１４，９０６，１２１８，１３０６，１４１２，１５１２，１５２０，１７１２，１８０６，１８１８，１９１４，２０１８ 流出物出力、６１６ 保証フィルタ、６１８ ＲＯ供給水、６２０，８１８，１０１４ 廃棄流、６２２，７２２，８２０，９２４，１０１６，１１２４，１２３０，１３１６，１４２０，１５２２，１７２０，１８２４，１９２４，２０２８，２１０４ 矢印、７０２ 電気的凝固ユニット、７０４ 塩素系スケール防止剤、８０２ 逆浸透（ＲＯ）ユニット、８０４ 製造水、８０６ 沈殿剤、８１６ 再循環塩水ループ、９０２，２００２ 入力フィルタ、９０４，１１０４，１５０６，１８０４ 第１段階スパイラル分離器、９０８ 凝固剤注入装置、９１４ 沈殿物出力、９１６，１１１６，１５１６，１８１６ 第２段階スパイラル分離器、９１８，１００８ 第１流出物出力、９２０ ＲＯ供給水システム、９２２ 出力廃棄流、１００２，１７０２ 第１フィルタ、１０１０，１１０２，１３０８，１７１４，１９１６，２０２０ フィルタ、１０１２ ＭＤ水タンク、１１０６ 第１微粒子出力、１１０８ 凝集システム、１１１４ 粗い滓、１１１８ 透明な流出物、１１２０ リサイクル水貯蔵器、１１２２ 第２出力、１２０４ 機構、１２０６ 第１スパイラル混合器／調整器、１２０８ 反応タンク、１２１０ 注入システム、１２１２ 第２スパイラル混合器／調整器、１２１４ 沈殿タンク、１２２０ 沈殿物出力、１２２２，１５１４，２０２６ フィードバック経路、１２２４，１４０４，１７０４，１８０８ 注入機構、１２２６ 第３スパイラル混合器／調整器、１３０２ 入力フィルタスクリーン、１３１０，１４１６ バラスト水タンク、１３１２，１４１８，１７１８，１８１４，１８２２，２０２４ 廃棄出力、１３１４ 廃棄海水、１４１４ フィルタリング機構、１５０２ 第１入力スクリーン、１５０４ 第２入力スクリーン、１５０８ 第１出力、１５１８ 出力、１６０２，１６０４，１６０６，１６０８ 池、１７１６ 家庭排水貯蔵器、１８０２ 入力流フィルタ、１８２０ ブドウ水、１９０４ 先進酸化処理（ＡＯＴ）システム、１９０６ 調節機構、１９１８ 水タンク、１９２０ 回収されたＴｉＯ２、１９２２ ＴｉＯ_２注入、２００４ スラッジ、２００６ 一次浄化物、２００８ 浮遊物、２０２２ 浄化タンク、２１０２ 嫌気性ダイジェスタ。

Claims (4)

1. 流体処理システムによって流体流を処理する方法であって、
   流体流を流体処理システムの入力セクションに入力する工程と、
   前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、入力された流体流を混合および調整するスパイラル混合器／調整器によって流体流を受け取る工程と、
   混合および調整された流体流をスパイラル分離器にて受け取る工程と、
   前記スパイラル分離器にて受け取られた混合および調整された流体流を少なくとも２つの流体流に分離する工程であり、第１の流体は入力された流体流中の粒子が除去されており且つ第２の流体流は入力された流体流中の粒子が凝縮されている工程と、
   該２つの流体流を前記スパイラル分離器から出力する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記スパイラル混合器／調整器のチャネルの幅および前記スパイラル混合器／調整器への入力流の速度を用いて、前記スパイラル混合器／調整器におけるカスタマイズされた剪断速度を決定する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 流体処理システムによって流体流を処理する方法であって、
   流体流を流体処理システムの入力セクションに入力する工程と、
   前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、入力された流体流を混合および調整するスパイラル混合器／調整器によって流体流を受け取る工程と、
   混合および調整された流体流をスパイラル分離器にて受け取る工程と、
   前記スパイラル分離器にて受け取られた混合および調整された流体流を少なくとも２つの流体流に分離する工程であり、第１の流体は入力された流体流中の粒子が除去されており且つ第２の流体流は入力された流体流中の粒子が凝縮されている工程と、
   該２つの流体流を前記スパイラル分離器から出力する工程と、
   を含み、
   混合器セクション中の入力流の流れが臨界ディーン数１５０以上であることを特徴とする方法。
4. 流体流処理システムであって、
   流体流を受け取るための入力セクションと、
   前記入力セクションと作動的に関連するように位置決めされており、混合器セクションと調整器セクションとを含むスパイラル混合器／調整器と、
   混合および調整された流体流を受け取るように前記スパイラル混合器／調整器と作動的に関連するように位置決めされており、分離セクションと出力セクションとを含んでおり、出力セクションは、入力された流体流から粒子が前記分離セクションによって除去された流れおよび入力された流体流から粒子が前記分離セクションによって凝縮された流れを含む少なくとも２つの流れを出力するように構成されている、スパイラル分離器と、
   を備えることを特徴とする流体流処理システム。