JP2013517120A - 流体清浄用構造体のバイオフィルム培養物を収容し保持するためのキャリアインサート - Google Patents

Abstract

本発明は、流体清浄用構造体のバイオフィルム培養物を収容し保持するキャリアインサートに関し、このキャリアインサートは、ホージャリー法によりステープルファイバから作製される空間織布を含む。中間の完全節点２０、２１、２２、２３において互いに接合し、完全節点間に配置された内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、１５、１６、及び織布１０の縁部１０ａに沿って配置された外部織物ユニット１７、１８を、この織布が有し、完全節点の少なくとも一部の場合、所与の完全節点にまで案内された偶数の内部織物ユニットが存在し、織布の縁部に沿って配置された外部織物ユニットの内側１７ａ、１８ａが、それぞれ完全節点に連結され、外部織物ユニットの外側１７ｂ、１８ｂには、構造体１を接合するための連結点２４、２５が設けられ、連結点を介して定位置で織布が構造体に取り付けられることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体清浄用構造体のバイオフィルム培養物を収容し保持するためのキャリアインサートに関し、このキャリアインサートは、ホージャリー法（Ｈｏｓｉｅｒｙ ｍｅｔｈｏｄ）を使用してステープルファイバから作製される空間織布を含む。

汚水を清浄するための数多くの方法が知れられている。最もよく知られていて、最も広く使用されている手順の１つが、活性汚泥処理である。しかし、その欠点は、活性汚泥処理システムの限られたバイオマス保持能力により、反応槽の清浄処理容量が著しく制限されることである。昔ながらの方式によれば、反応槽内部の活性汚泥濃度が浮遊物質の濃度５〜６ｋｇ／ｍ^３を下回る限り、活性汚泥処理反応槽の後の沈殿段階が順調に進む。反応槽内部の活性汚泥濃度がこれよりも高い場合、段階分離ステップを改善することにより、又はそれをバイオマス反応槽内部に固定することにより、分解処理容量をより大きくすることができる。最初に述べた選択肢に続いて、例えば膜分離プロセスがあり、解決策の第２のグループにはバイオフィルム反応槽が含まれる。

バイオフィルムキャリアとして編組み状の天然繊維又は合成繊維がベースの織物を使用するバイオフィルム反応槽の場合、バイオフィルムの生成は、織物繊維上でも別々に開始する。この条件は、互いに適切な距離を置いて、十分まばらに、個々の繊維を配置し、固定しなければならないことである。この構成の重要な利点は、ステープルファイバの表面を別々に考慮する場合、特定の非常に大きな表面をバイオフィルムで被覆できることである。

さらなる利点は、経験によれば、液体に浸されたバイオフィルムキャリア要素としてこれらの繊維が使用される場合、非常に大量のバイオフィルムが生成され、これは同時にまばらな繊維状の構造を有し、したがって、バイオフィルムシステムの場合に重要な鍵となる物質移動を著しく制限することなく、大量のバイオマスを保持することが可能である。

この基本的な原理に焦点を当てた、いくつかの異なる織物バイオフィルムキャリアの解決策が知られるようになった。

織物及びキャリア表面上に定着しているバイオフィルムの重量を支える耐垂直荷重性の固定用繊維、並びに耐荷重から解放されるよう様々な方向で、その間に構成されるバイオフィルムキャリア部から構成されるキャリアが、独国特許第１０１３２５４６号明細書に記載してある。同時に、独国特許出願公開第１０１４３３６７号明細書にはさらに、バイオフィルムキャリア部の構成、並びに耐水平荷重性の固定用繊維をも含む構造体についての方法が記載してある。

米国特許出願公開第２００８／０２４５７３１号明細書は、耐水平荷重性のクロス編みの繊維、及びそれらを連結し、バイオフィルムキャリア表面として働く自由な繊維から構成されるバイオフィルムキャリア織物に関する。

独国特許第１９７３０８３９号明細書は、バイオフィルムキャリア部が、単に自由な繊維から構成されるのではなく、このような繊維で作製されるループから構成される解決策に関する。この場合、キャリアは、別々の織物部に挿入された補強ロッドによって固定されて、機械的な安定度を確実にする。

記載された構造体に共通の特徴は、バイオフィルムキャリア板を引き延ばし、これらの板のうち何枚かを平行の位置で隣同士に配置することにより、これら構造体が空間構造体を形成することである。

米国特許第６，２７４，０３５号明細書には、互いに近接して配置されたこのような板から構成された生物学的フィルタユニットが記載してあり、こうした解決策は、板自体に取り付けられたディスタンスピースによって各板間の距離が確保されることに基づいている。平板から構成された構造体もまた、この明細書並びに解決策に記載されており、ディスタンスピースを有する各板は、コンパクトなコイル状に巻き上げられて空間構造体を得る。

独国特許第１０１３２５４６号明細書には、個々のキャリアにそれぞれフレームが設けられ、次いで各フレームが隣同士に配置されている解決策が記載してある。

しかし、これらの公知の解決策の一般的な問題点は、キャリアの位置により、所与の基本領域に所望のサイズの表面全体を得ることができず、反応槽の特定の性能が期待値を下回ったままであり、又は、特に管状のキャリアが使用されるときには閉塞のリスクがあり、これにより反応槽の運用性及び信頼性を損なう結果につながる可能性があることである。

公知の空間バイオフィルムキャリアのさらなる不利な点は、空間構造体を形成するようにこれらのキャリアを構成することが難しく、節点における連結部の荷重により、故障するリスクが増大することである。

本発明によるキャリアインサートについての我々の狙いは、既知の解決策の欠陥を克服し、何らかの解決策を生み出すことであった。この解決策は、単純な構造の構成を有し、かなり大きなバイオフィルムキャリア表面の生成を可能にするが、閉塞のリスクはなく、制御された流れを実現することができ、空間構造体を組み立てて引き伸ばしても、静的又は機械的な問題が節点に生じることはない。

本発明による構造体は、本来公知の方式で作製された織物ユニットが互いに連結されており、その結果、これらの連結点において常に偶数の織物ユニット端部がある場合には、空間構造体全体を簡潔な方式で作製し、それをその縁部に沿って容易に固定することが可能である、との認識に基づいているが、それというのも、織物ユニットによって節点に伝達される力が事実上互いに「打ち消し合い」、したがって、織物ユニットの引張り力又は著しい荷重が一切ない状態で、隣接する織物ユニットに境界を接している空間部分を、断面が適度に大きいチャネルの所望の形に保持することができ、したがって課題が解決するからである。

設定された狙いによれば、流体清浄用構造体のバイオフィルム培養物を収容し保持するための本発明によるキャリアインサート（ホージャリー法を使用してステープルファイバから作製される空間織布を含む）は、中間の完全節点（ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｎｏｄａｌ ｐｏｉｎｔ）において互いに接合し、この完全節点間に配置された内部織物ユニット、及び織布の縁部に沿って配置された外部織物ユニットをこの織布が有するように構成され、完全節点の少なくとも一部の場合には、所与の完全節点にまで案内された偶数の内部織物ユニットが存在し、織布の縁部に沿って配置された外部織物ユニットの内側が、それぞれ完全節点に連結され、外部織物ユニットの外側には、構造体を接合するための連結点が設けられ、この連結点を介して、定位置で織布が構造体に取り付けられる。

本発明によるキャリアインサートのさらなる基準は、所与の完全節点に配置された内部織物ユニットのうちの２つが同じ主平面に配置され、この所与の主平面が、所与の完全節点を介して得られることである。

キャリアインサートの実現可能な構造体の場合、織物ユニットの少なくとも一部が、接着及び／若しくは粘着、並びに／又はホージャリー接合を用いて、完全節点において互いに接合される。

本発明の別の異なるバージョンの場合、織物ユニットによっては、同じ材料から作られるものもあり、こうして構成された織物ユニットの個々のグループが、それぞれ本体を形成する。

さらに別のキャリアインサートを実現する場合、各連結点が本体の端部に配置され、又は所与の場合には、これらの連結点が、本体の端部、及び本体の各端部間の自由部分に配置される。

本発明の態様から、隣接する完全節点間の距離が５０〜３００ｍｍの間、好ましくは１００〜１５０ｍｍの間ならば、好都合である。

キャリアインサートの別の構造体の場合、織物ユニットの少なくとも一部が、縦方向の自由な繊維、及び縦方向の自由な繊維を互いに連結するクロス編みの繊維を含む。好ましくは、２つの隣接する縦方向の自由な繊維間の距離は、最大５０ｍｍであるべきであり、２つの隣接するクロス編みの繊維間の距離は、最大５０ｍｍであるべきであり、縦方向の自由な繊維（３０）の断面積は、少なくとも０．０００１ｍｍ^２であるべきである。

本発明によるキャリアインサート構造体は、数多くの有利な特徴を有する。これらの特徴のうち最も重要な特徴は、通常のものとは異なる個々の織物ユニットの構成及び連結により、キャリアインサートの空間構造体全体を容易に作製することができ、このキャリアインサートを反応槽内に容易かつ安全に取り付けることができ、使用中には、長期間の動作の後でさえ、固定から生じる力によって節点に損傷が生じる可能性がないことである。

ここから導き出されるさらなる利点は、キャリアインサートの作製、運用、及びメンテナンスの費用がかなり好ましいことである。

本発明による空間構造の構成により、（一般に使用される既知の解決策と比較して）反応槽空間のユニット内に配置されるキャリア表面のサイズを著しく増大させ得ることも、一利点として挙げることができる。この結果として、特別な再構成又は著しい費用投下を一切行うことなく、既に稼働している汚水処理プラントの効率を改善することができる。新規の汚水処理プラントの場合、より好ましい投資コストに加えて、より容量の大きい汚水処理プラントを同じ面積に構築することができ、又は、所与の容量のプラントをより低い費用で実現することができる。

別の利点は、本発明によるキャリアインサートを使用する場合、反応槽内で使用される自由空間が、偶数のフィルタユニットに境界を接している、５〜３０ｃｍ、好ましくは１０〜１５ｃｍの間の断面を有するチャネルの形で現れ、その結果として、反応槽において制御された物質の流れを実現することが可能であり、これにより混合がより良好になり、物質の移動がより好ましくなり、それにより、反応槽の浄化性能がさらに改善することである。

本発明によるキャリアインサート構造により、チャネルに隣接する柔軟性のある織物ユニットを使用することで、管状システムの場合に一般的である閉塞のリスクがなくなり、したがって、本発明による構造体の動作安全性も、公知の管状の解決策の場合よりもはるかに良好であることも利点と考えられる。

制御された流れが特定の空間構造体によって確実になることにより、反応槽内部での物質の移動が改善され、その直接の利点が、より完全な酸素の移動、及びそれにより換気する必要が減少する点にあることは、本発明によるキャリアインサートの経済的利点と考えることができる。この全ての結果により、動作中のエネルギーを節約できるようになる。閉塞のリスクをなくすことにより、（３次元のプラスチック構造体を使用するのと比較して）動作安全性がより高まり、このことは、経済的な側面から、閉塞に起因する故障から生じる消滅動作時間を低減させることによって示される。

図面に基づいて、構造体例とともに、以下で詳細に本発明を説明する。各図面は以下の通りである。

本発明によるキャリアインサートの上面図である。 図１のキャリアインサートにおいて組立て要素として使用される本体の実現可能な１つのバージョンの側面図である。 図１のキャリアインサートの１つのバージョンの概略図である。 キャリアインサートのさらなる異なる構造体の上面図である。

図１には、本発明によるキャリアインサート２の１つのバージョンが示してあり、キャリアインサート２は、汚水処理のための構造体１の反応空間内に配置された織布１０を含む。キャリアインサート２のこの構成の場合には、織布１０は、完全節点２０、２１、２２、２３において互いに接合し、隣同士が直角に配置された一群の内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、１５、１６、及び、織布１０の縁部１０ａに沿って配置され、連結点２４、２５を介して構造体１を接合する外部織物ユニット１７、１８によって形成されることが理解できる。この場合、外部織物ユニット１７の内側１７ａは、完全節点２１に配置され、その外側１７ｂは構造体１に接触するが、外部織物ユニット１８の内側１８ａは、ある節点（図１には図示せず）に配置され、その外側１８ｂは隣接する構造体１に沿って配置される。この構成では、織布１０は長方形プリズムの形状のチューブに隣接し、ここで、完全節点２０と完全節点２２との間の距離、完全節点と完全節点２１との間の距離、完全節点２１と完全節点２３との間の距離、及び最後に完全節点２３と完全節点２０との間の距離「Ｔ」は同じサイズである。事実上、距離「Ｔ」は５０〜３００ｍｍの間であるが、好ましくは、距離「Ｔ」は１００〜１５０ｍｍの間である。

個々の内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、１５、１６、並びに外部織物ユニット１７、１８も、（図２に示すように）クロス編みの繊維４０及び縦方向の自由な繊維３０から構成される。事実上、縦方向の自由な繊維３０は、内部織物ユニット１１の垂直方向に互いに並んでまばらに配置されており、クロス編みの繊維４０の密度ははるかに高い。クロス編みの繊維４０で強化された部分では、２つの隣接するクロス編みの繊維４０間の距離が最大５０ｍｍであり、互いにまばらに取り付けられている縦方向の自由な繊維３０の断面積は、少なくとも０．０００１ｍｍ^２である。

図１では、例えば外部織物ユニット１７、内部織物ユニット１５、内部織物ユニット１４、内部織物ユニット１１、及びさらなる織物ユニットなど、互いに隣同士に配置された一群のいくつかの織物ユニットが、本体「Ｆ１」を形成することが理解できる。クロス編みの繊維４０で強化された本体「Ｆ１」の最上部（図２では水平）は、本体「Ｆ１」を構造体１に固定するのに必要となる力を前提とするのに適しており、本体「Ｆ１」の一端「Ｆ１ａ」と他端「Ｆ１ｂ」との間でこの力を伝達する。

図１にはまた、個々の節点、例えばここに属する内部織物ユニット１１、１２、１３、１４間の完全節点２０において、内部織物ユニット１１及び内部織物ユニット１３が、同じ主平面「Ｓ１」内に配置され、内部織物ユニット１２及び内部織物ユニット１４も、同じ主平面「Ｓ２」内に配置されている様子が示してある。この結果、キャリアインサート２の固定位置において、完全節点２０で生成される横方向の力は最小である。

本体「Ｆ１」がジグザクラインに沿って折り畳まれ、その結果、隣接する外部織物ユニット１７、内部織物ユニット１５、内部織物ユニット１４、内部織物ユニット１１、及びさらなる織物ユニットの場合には、完全節点２１、完全節点２２、及び完全節点２０が、本体「Ｆ１」の２つの側部において、隣接する本体「Ｆ２」と接触していることも、図１で理解できる。このようにして、完全節点２０では、同じ材料から構成される、本体「Ｆ１」の内部織物ユニット１４及び内部織物ユニット１１、並びに、同じ材料から構成される、本体「Ｆ２」の内部織物ユニット１３及び内部織物ユニット１２が、互いに取り付けられている。

完全節点２０における本体「Ｆ１」及び本体「Ｆ２」の連結は、完全節点２０における接着、粘着、又は他の機械的な接合、例えば縫製で解決することができる。キャリアインサート２の全ての節点について同様の方式で進めることにより、上面図において正方形の格子パターンを有する織布１０を作製できることが明らかである。本体「Ｆ２」はまた、その端部「Ｆ２ａ」及びその端部「Ｆ２ｂ」において、構造体１に取り付けられることが明らかである。構造体に沿って構成される本体（図１に示す）は、各端部間のいくつかのコーナーポイントにおいて構造体１を接合する。

図３には、織布１０の一部の位置状態が示してある。やはり、完全節点２０及びここで１つになる内部織物ユニット１１、１２、１３、１４を見ることができ、ここで内部織物ユニット１１及び内部織物ユニット１３は主平面「Ｓ１」に配置され、内部織物ユニット１２及び内部織物ユニット１４は主平面「Ｓ２」に配置される。個々の内部織物ユニット１１及び外部織物ユニット１７の構造をも見ることができ、これは、互いに平行に走っている水平なクロス編みの繊維４０部分、及び１組の垂直な縦方向の自由な繊維３０から構成される。

図４には、本発明によるキャリアインサート２の別のバージョンの上面図が示してある。ここで、本体例えば本体「Ｆ１」の一部分は、単一の真っすぐな主平面「Ｓ１」内を走っている内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、及び外部織物ユニット１８から構成される。同時に、２つの真っすぐな本体「Ｆ１」の間に、ジグザグラインに沿って折り畳まれ本体「Ｆ２」が存在し、これが、完全節点２０、２１、２２、２３において本体「Ｆ１」を接合する。この構成の場合、完全節点例えば節点２０において、常に偶数の互いに接する６つの内部織物ユニットが存在し、したがって、所与の完全節点２０に影響を及ぼす生成された力はここでも最小になり、それは、２つの内部織物ユニットが主平面「Ｓ１」に配置され、別の２つが主平面「Ｓ２」に配置され、最後の２つが主平面「Ｓ３」に配置されるからである。力がその影響を及ぼし、その力の絶対値が同じであるが、その方向が逆である平面では、事実上各力が互いに打ち消し合う。

本発明によるキャリアインサート２を作製するとき、本来公知のホージャリー法を使用して、まず本体「Ｆ１」が作製され、その隣接する本体「Ｆ２」が作製され、その結果、所与の長い距離においてのみ、より密に編んだクロス編みの繊維４０のきちんと配置されたバンドにより、縦方向の自由な繊維３０同士が保持される。次に、仕上げられた本体「Ｆ１」及び本体「Ｆ２」は、それらの要求位置に適合した適切で完全節点２０において互いに固定され、このようにして、内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、１５、１６及び外部織物ユニット１７、１８のきちんと配置された空間構造体が作製される。最後に、外部織物ユニット１７、１８の連結点２４、２５を介して、この構造体が構造体１に固定され、その結果、個々の内部織物ユニット１１、１２、１３、１４、１５、１６及び外部織物ユニット１７、１８が反応槽空間にまで延在する。

これらのキャリアインサート２が使用されるときでも、汚水は通常の方式で浄化されるが、その柔らかい構造により、本発明によるキャリアインサート２は、著しく大きいバイオフィルムキャリア表面を形成し、閉塞しないで、制御された汚水の流れをも可能にする。

本発明によるキャリアインサートは、バイオフィルムを使用する汚水処理プラントで好都合に使用できる。

１ 構造体
２ キャリアインサート
１０ 織布
１０ａ 縁部
１１ 内部織物ユニット
１２ 内部織物ユニット
１３ 内部織物ユニット
１４ 内部織物ユニット
１５ 内部織物ユニット
１６ 内部織物ユニット
１７ 外部織物ユニット
１７ａ 内側
１７ｂ 外側
１８ 外部織物ユニット
１８ａ 内側
１８ｂ 外側
２０ 完全節点
２１ 完全節点
２２ 完全節点
２３ 完全節点
２４ 連結点
２５ 連結点
３０ 縦方向の自由な繊維
４０ クロス編みの繊維
Ｆ１ 本体
Ｆ１ａ 端部
Ｆ１ｂ 端部
Ｆ２ 本体
Ｆ２ａ 端部
Ｆ２ｂ 端部
Ｓ１ 主平面
Ｓ２ 主平面
Ｓ３ 主平面
Ｔ 距離

Claims (11)

1. 流体清浄用構造体の、バイオフィルム培養物を収容し保持するためのキャリアインサートであって、ホージャリー法を使用してステープルファイバから作製される空間織布を含むキャリアインサートにおいて、
   前記織布は、中間の完全節点（２０、２１、２２、２３）において互いに接合し且つ前記完全節点（２０、２１、２２、２３）間に配置された内部織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６）、及び前記織布（１０）の縁部（１０ａ）に沿って配置された外部織物ユニット（１７、１８）を有し、前記完全節点（２０、２１、２２、２３）の少なくとも一部の場合には、前記所与の完全節点（２０、２１、２２、２３）にまで案内された偶数の前記内部織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６）が存在し、前記織布（１０）の前記縁部（１０ａ）に沿って配置された前記外部織物ユニット（１７、１８）の内側（１７ａ、１８ａ）が、それぞれ前記完全節点（２０、２１、２２、２３）に連結され、前記外部織物ユニット（１７、１８）の外側（１７ｂ、１８ｂ）には、構造体（１）を接合するための連結点（２４、２５）が設けられ、前記連結点（２４、２５）を介して、定位置で前記織布（１０）が前記構造体（１）に取り付けられることを特徴とする、キャリアインサート。
2. 前記所与の完全節点（２０、２１、２２、２３）に配置された前記内部織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６）のうちの２つが、同じ主平面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に配置され、前記所与の主平面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が前記所与の完全節点（２０、２１、２２、２３）を介して得られることを特徴とする、請求項１に記載のキャリアインサート。
3. 前記織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）の少なくとも一部が、接着及び／若しくは粘着、並びに／又はホージャリー接合を用いて、前記完全節点（２０、２１、２２、２３）において互いに接合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のキャリアインサート。
4. 前記織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）によっては、同じ材料から作られるものもあり、こうして構成された前記織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）の個々のグループが、それぞれ本体（Ｆ１、Ｆ２）を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のキャリアインサート。
5. 前記連結点（２４、２５）が、前記本体（Ｆ１、Ｆ２）の端部（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ）に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のキャリアインサート。
6. 前記連結点（２４、２５）が、前記本体（Ｆ１、Ｆ２）の前記端部（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ）、及び前記本体（Ｆ１、Ｆ２）の前記端部（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ）間の自由部分に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のキャリアインサート。
7. 隣接する前記完全節点（２０、２１、２２、２３）間の距離（Ｔ）が、５０〜３００ｍｍの間、好ましくは１００〜１５０ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のキャリアインサート。
8. 前記織物ユニット（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）の少なくとも一部が、縦方向の自由な繊維（３０）、及び前記縦方向の自由な繊維（３０）を互いに連結するクロス編みの繊維（４０）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のキャリアインサート。
9. ２つの隣接する前記縦方向の自由な繊維（３０）間の距離が最大５０ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載のキャリアインサート。
10. ２つの隣接する前記クロス編みの繊維（４０）間の距離が最大５０ｍｍであることを特徴とする、請求項８又は９に記載のキャリアインサート。
11. 前記縦方向の自由な繊維（３０）の断面積が、少なくとも０．０００１ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のキャリアインサート。

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