JP2017527441A - 水処理用モジュール、反応装置、システム及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、水処理モジュール、一又それ以上のモジュールを具える生物反応器、及び水処理システムを提供する。また、上記モジュール、生物反応器、及びシステムを使用する方法も提供されている。水処理モジュールは、（ｉ）ガス取入口と、二つの垂直壁を具える少なくとも一の細長ガスエンクロージャであって、少なくとも一方の垂直壁が、水対向側部とガス対向側部を有する水不透過ガス透過性メンブレンを具え、二つの垂直壁が、エンクロージャの外側の水とエンクロージャの内側のガスを分離しており、巻かれたあるいは折りたたんだ構成で、巻かれた水平経路と、エンクロージャの対向する水対向側部間に形成した一またはそれ以上の水処理スペースとを規定する、エンクロージャと；（ｉｉ）一またはそれ以上の水処理スペースへガス流を導入するように構成したガスディフューザを具えるディフューザ構造と；を具える。【選択図】 図１

Description

本開示は、水処理技術と、特に排水処理に関する。

本開示の主題に関連する背景技術と考えられる文献は以下の通りである。
国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／０７３９７７号
国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１３０８８５号
国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０５９２１６号
国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０３９６２６号

上記文献の承認は、本開示の特許性に関連することを意味すると推測されるものではない。

水処理反応装置システムは、要求される処理のタイプによって様々である。ある種の反応装置は、通常、処理を行う水に存在する有機物質を生物学的に分解する微生物を使用しているため、生物反応装置であると考えらえる。いくつかの反応器は、エアレーション手段、とりわけ処理する水を攪拌する手段を利用している。

ＷＯ２０１１／０７３９７７号は、少なくとも一の排水取入口と、少なくとも一の水処理経路であって、この経路の内部を外部エアから分離している少なくとも一の酸素透過水不透過性壁と、少なくとも一の処理済排水出口とを具え、排水が少なくとも一の排水取入口から少なくとも一の処理済排水出口へ流れる際に少なくとも排水の好気的処理を行うように構成された水処理経路と、水処理経路の少なくとも一の排水取入口へ排水を供給する少なくとも一の排水供給管と、少なくとも一の水処理経路の少なくとも一の処理済み排水出口から処理済み排水を供給する少なくとも一の処理済み排水供給管と、を具える水処理経路を具える、排水処理システムについて述べている。

ＷＯ２００８／１３０８８５号は、処理を行う水を入れたタンク内に複数の中空ファイバガス透過膜を有する膜支持生体膜装置について述べている。これらの膜は、外径が約２００ミクロンまたはそれより小さく、タンクの容積の０．５ないし４％を占めている。膜上に支持されている生体膜は、反応装置で処理を行う水の量の約４０ないし８０％を占めている。これらの膜はほぼ垂直方向を向いており、装置の底近傍にスプレッダーを配置して、膜を分散させている。排水処理工程についても述べられている。

ＷＯ２０１３／０５９２１６号は、メンブレン生体膜反応装置用のモジュールと、このモジュールを具えるシステムについて述べている。このモジュールは、中空ファイバメンブレンでできたシートで形成された布と、モジュールの中央コアに巻き付けた隣接するメンブレンシート間に配置したスペーサ材料とを具える。

ＷＯ２０１３／０３９６２６号は、加圧空気源がオフになるあるいは通気されるときにほぼ全空気を残す通気装置を用いた通気システムについて述べている。水は、塞がれていない通気装置の専用バブル放出孔に届かない。通気装置は、本体と、本体の壁を通りバブルを放出する孔を具える。この孔は、本体の壁にスカートで囲まれている。このスカートは、ホールの隆起部の下方に延在している。通気装置本体は、底の開チャンバを通る加圧ガス源に連結されている。通気装置本体とチャンバの内部の間の開口は、ホールの隆起部下方に位置している。ガスの供給が止まると、チャンバと、場合によってはスカートに水が入る。しかし、水は、ホールの下方にあるスカートと開口に届くまで上がることができるだけであり、通気装置は全体が乾いた状態にある。通気装置の付着物が少なくなり、通気装置はガスの供給が戻ると、すぐにバブルの均一な流れを作り始める。

本開示は、水又は含水媒体を処理する改良された反応装置の開発に基づく。特に、細長いスリーブ形状のエンクロージャで、その中にガスが流れ込んで、スリーブ状のエンクロージャの壁からエンクロージャの外に水を拡散させることができ、スリーブの外側の水中の物質（例えば、汚染物質、有機物質）の分解に関係するようガスが選択され、以下に説明するように、ガス流にさらに露出されている水がディフューザ構造から放出され、効率が良く、費用対効果が高く、時間節約型水処理用モジュールを開発した。

このように、本開示は、第１の態様によれば、ガス取入口と二つの垂直壁を有する少なくとも一の細長いガスエンクロージャを具える水処理モジュールを提供する。少なくとも一の垂直壁は水対向側部とガス対向側部を有する水不透過ガス透過性のメンブレンを具える。二つの垂直壁は、したがって、ガスエンクロージャの外側にある水とエンクロージャ内のガスを分離している。ガスエンクロージャは、ロール構造又は巻き付け構造を有しており、これによってガスエンクロージャ中のガスに対して巻き付けた水平経路と、ガスエンクロージャの反対側、すなわち、巻き付けたエンクロージャの外側の水対向側部間に形成された一又はそれ以上の水処理スペースを規定している。このモジュールは、一またはそれ以上の水処理スペースにガス流（通常、バブル形状）を導入するように構成した少なくとも一のガスディフューザを伴うディフューザ構造を具える。

動作中は、ガスは上述の膜を通って一またはそれ以上の水処理スペースに拡散し、水中の汚染物質の分解に供与する。さらに、動作中は、ディフューザ構造が、とりわけ水中に渦を生じさせて、処理能力を改善する。

いくつかの実施例では、水処理スペースにメンブレンを通って拡散するガスが、通常、メンブレン上に生体膜を形成する酸素であるか、あるいは酸素とバクテリアを含んでおり、拡散した酸素を利用して、水中に存在する有機汚染物質を分解させる。ディフューザ構造内の少なくとも一のディフューザから放出されたガスが、水処理スペース内の水を攪拌して、水中のバクテリア栄養物をバクテリアにより入手しやすくし、壁の水に対向する側部に付着した生体膜を分解させ（壁をこすることによって）、壁と水処理スペースの生体膜のつまりを低減する、あるいは防止する。

回旋状エンクロージャは、上述の水に連通するように構成した一またはそれ以上の細長い水処理スペースを規定する。いくつかの実施例では、回旋状エンクロージャは、その一またはそれ以上の水処理スペースとディフューザ構造とともに、水中に（部分的又は完全に）沈められている。水は、以下にさらに述べる通り、専用のタンク、池、天然水源、その他であってもよい。その他のいくつかの実施例では、回旋状エンクロージャは、その一またはそれ以上の細長い水処理スペースとともに、供給水取入口と連通する一端部と、処理済みの水の出口と連通する他端部を具える。

ディフューザ構造は、通常、回旋状ガスエンクロージャの下方に位置している。いくつかの実施例では、ディフューザ構造のガスディフューザ、一またはそれ以上の水処理スペースの下方に位置するガス開放用開口を具える。結果的に、また、いくつかの実施例によれば、ガスディフューザから放出されたガス流は、水処理スペース中の水を混合し、エンクロージャの水対向側部の少なくとも一部分をこすり、水中の物質の分解に必要なガスを水に補強する、といったことを提供する。

いくつかの実施例では、このモジュールは、細長いガスエンクロージャ内に配置され、二つの垂直壁の対向するガス対向側部間の第１の最小距離を維持するように構成した一またはそれ以上の第１のスペーサ要素を具える。一またはそれ以上の第１のスペーサ要素は、通常、ある厚さを有する、あるいは、約１ないし２０ｍｍの第１の最小距離を維持するように構成されている。

いくつかの実施例では、このモジュールは、一またはそれ以上の水処理スペース内に配置され対向する水対向側部間の第２の最小距離を維持する、一またはそれ以上の第２のスペーサ要素を具える。一またはそれ以上の第１のスペーサ要素は、通常、ある厚さを有する、あるいは、約１ないし２０ｍｍの第２の最小距離を維持するように構成されている。

いくつかの実施例では、一またはそれ以上の第１のスペーサ要素の厚さが１ないし１０ｍｍ、ときに２ないし４ｍｍである。

いくつかの実施例では、一またはそれ以上の第２のスペーサ要素の厚さが１ないし１０ｍｍ、ときに２ないし６ｍｍである。

一またはそれ以上の第１及び第２のスペーサ要素は、同じ厚さである必要はなく、いくつかの実施例では、一またはそれ以上の第１及び第２のスペーサ要素の厚さが異なる。

一またはそれ以上の第１または第２のスペーサ要素は、一般的な形状のグリッド又はネットを有していてもよい。これらの要素は、独立した要素を構成しているが、いくつかの実施例では、スペーサ要素を一の垂直壁の少なくとも一部に一体的に形成してもよい。例えば、このような一体型スペーサ要素は、少なくとも一の垂直壁の支台として構成することができる。この支台は、レール、凹み、波形、フック状凸部、これらの組み合わせの形をとることができる。

エンクロージャの二つの垂直壁は、通常一体化されており、例えば、細長スリーブとして形成されている（例えば、押出成形によって）。更なるいくつかの実施例では、この二つの垂直壁は、上端及び／又は下端で互いに溶接されている。

一実施例によれば、ガスエンクロージャは、らせん状に巻かれている。別の実施例によれば、ガスエンクロージャが巻かれて（折りたたまれて）、アコーディオン状（ジグザグ、又は前後にくねっている）ガスフロー経路を形成している。

水不透過ガス透過性メンブレンの水対向側部の少なくとも一部は、その上の生体膜の成長を支持する。いくつかの実施例では、生体膜の成長を支持する水不透過ガス透過メンブレンの水対向側部の少なくとも一部が、生体膜の成長を支持する物質で処理された表面であるか、あるいはこの材料を具える。いくつかの実施例では、メンブレンは、その上の生体膜の成長用に大きな表面積を提供し、メンブレンの透過性が、所望のバクテリア用に、例えば、好気性バクテリア用エンクロージャ中からの空気源、メタン用メタン資化性バクテリア用エンクロージャ内からのメタン源などの選択的利点を与えており、したがって、生体膜の開発を支持している。

ディフューザ構造は、水処理スペース内の水にガス流を放出するガス開口を具える。

いくつかの実施例では、ディフューザ構造は、水処理スペース内の水にバブルを提供するガス開口を具えている。このコンテキストでは、ディフューザ構造は、ガス散布構造として考えられる。

いくつかの実施例では、ガスディフューザ構造は、スペースを空けて配置したガス開口のあるガス導管を具える。

いくつかのその他の実施例では、ディフューザ構造は、上述のガスエンクロージャの下方の第２の細長エンクロージャとして形成されている。いくつかの実施例では、第２の細長エンクロージャは、以下に記載及び図示するとおり、上述のガスエンクロージャと一体的に形成されている。

ディフューザ構造は、また、本開示の一部である。特に、本開示が少なくとも一の、好ましくは複数のガスディフューザを具えているディフューザ構造であれば、各ガスディフューザは第１の導管と、第２の導管と、ガス／液体チャンバを有する。第１の導管は、その上端において、一またはそれ以上のガス放出開口と気体連通しており、その下端において、第２の導管と流体連通している。第２の導管は、その上端において、ガス／液体チャンバと流体連通している。ガス／液体チャンバは、密封された上端を有し、底部において流体源に対して開口しており、加圧ガス源と気体連通しており、その圧力はチャンバの外に液体を放出するのに十分である。動作中は、ガスが、ガス／液体チャンバからの液体を移動させ、同時に二つの導管（放出開口の外）から液体を移動させる。すべての液体が二つの導管の外に移動すると、ダイレクトガスリンクが、ガス／液体チャンバとガス放出開口の間に設けられ、爆発的なガス放出を起こす。爆発的ドレインガスがチャンバから出てきて、ガス放出の爆発を止める液体の再エントリーによって、この動作サイクルが再スタートする。

このディフューザ構造は、本開示の水処理モジュール用に適している。このような使用において、液体源は、通常、処理する水である。このようなディフューザは、ガスエンクロージャ及び／又はスペーサ要素から分けることができる。いくつかの実施例では、このタイプのディフューザ構造は、少なくとも一の垂直壁の底部分、及び／又は第２のスペーサ要素の底部分に一体的に形成されている。いくつかの実施例では、このタイプのディフューザ構造は、ガスエンクロージャの底部分に一体的に形成されている。

ガスエンクロージャは、支持構造を用いて、互いに保持することができる。

いくつかの実施例では、上端支持構造が設けられており、これは、上述のエンクロージャの少なくとも上端部分に接続されており、モジュールが水中に沈んだ際に、意図した回旋状水平路構造にエンクロージャを維持するように構成されている。

いくつかの実施例では、底部支持構造が設けられており、これは上述のエンクロージャの少なくとも底部分に接続されており、モジュールが水中に沈んだ際に意図した回旋状水平路構造にエンクロージャを維持するように構成されている。

いくつかの実施例では、ガスエンクロージャの構造が中央垂直支持構造、通常は、ガスエンクロージャの上端から下端へ延在する筒状垂直支持構造によって支持されている。中央筒状支持構造は、円形断面を有する。例えば、ガスエンクロージャがらせん状に巻かれている場合は、中央筒状支持要素の形状に対応して巻かれているガスエンクロージャによって、だ円形断面、正方形断面、その他を有する。

いくつかの実施例では、中央支持構造は、処理する水を受けるチャネルを提供し、これを一またはそれ以上の水処理スペースへ導いている。

水処理モジュールは、互いに上に積み重ねた二またはそれ以上の細長ガスエンクロージャを具えていてもよい。いくつかの実施例では、この二またはそれ以上の細長ガスエンクロージャは、サポート構造によってスペースを空けて配置されている（各モジュール対が、支持構造を挟んでいる）。いくつかの実施例では、このようなスタックモジュールが、スタックの最下端のモジュールの底部においてディフューザ構造を共用している。

また、この開示には生物反応器が提供されており、これは、供給水取入口と、処理水出口を有する水処理タンクと、上述したような一またはそれ以上のモジュールと、を具える。生物反応器は、一、二、三又はそれ以上のモジュールを同じタンク内に具えていてもよい。

いくつかの実施例では、以下にさらに述べるように、処理する水を保持するボール又は天然又は人口の池が、タンクとして作用している。

いくつかの実施例では、生物反応器は、処理している水から固形物を放出するように構成されている。この結果、いくつかの実施例によると、タンクが固形物放出出口と、処理水を受けてこの処理水から固形物を除去するための個別タンクを具えている。

いくつかの実施例では、生物反応器が上述の処理タンクの上側部分に処理水を受けて処理水を上述の処理水出口に連通させるように構成した堰が設けられている。いくつかの実施例では、この堰は、浄化した処理水を受けるように構成されている。

いくつかの実施例では、生物反応器に、処理タンク内の水の品質を表す様々なパラメータをモニタする一またはそれ以上のセンサが設けられている。

生物反応器は、システムの一部であってもよい。したがって、本開示は、一またはそれ以上の生物反応器と、この一またはそれ以上の生物反応器の動作を制御するコントローラを具えるシステムも提供している。

いくつかの実施例では、二またはそれ以上の生物反応器が直列に相互接続されており、生物反応器の一またはそれ以上の処理タンクの外へ流れる処理水が、このシリーズの別の生物反応器の連続する一またはそれ以上の処理タンクの供給水である。いくつかの実施例では、二またはそれ以上の生物反応器が、並列に配置されており、二またはそれ以上の生物反応器を通る処理が行われている水が平行に流れるようにしている。更なるいくつかの実施例では、このシステムが、直列で作動し、並列に配置されている二またはそれ以上の生物反応器と共に作動する、二またはそれ以上の生物反応器の組み合わせを具えている。

いくつかの実施例では、コントローラは、上述の生物反応器の一またはそれ以上のセンサからのデータを受信し、このデータに基づいて上述のディフューザ構造の動作を制御するように構成されている。例えば、処理水出口から放出された処理水の品質が、規定の閾値を下回っている場合、コントローラはディフューザ構造を操作して、水処理スペース内の水へのガス散布（量及び／又は時間）を増やす。

本開示によれば、水処理方法も提供されており、この方法は：上述したような生物反応器の一またはそれ以上の水スペースへ水を導入するステップと；少なくとも一の細長ガスエンクロージャへ水処理ガスを導入するステップと；ガスをディフューザ構造に導入して、一またはそれ以上の水処理スペースにガス流を放出させるステップと；処理水を回収するステップを具える。明らかなように、この方法で規定された動作シーケンスは、シーケンシャルではなく、むしろ、通常はすべて並行して生じる。

水中の汚染物質の性質によって、ガスは空気、酸素を豊富に含み空気、あるいはメタンを補てんした空気、純粋な酸素、純粋なメタン、あるいは、メタンまたは酸素を含有するガスであってもよい。処理を行う水が、有機物質及び／又はアンモニアを含んでいる場合、水−処理ガスは、通常、酸素を豊富に含むガスである。処理する水が化合物を含む窒素酸化物（例えば、亜硝酸塩）を含む場合、水―処理ガスは、メタンを豊富に含むガスである。

いくつかの実施例では、この方法は、上述のデフューザー構造を、連続的あるいは間欠的にガスを水処理スペースへ導入するように操作するステップを具える。いくつかの実施例では、この導入したガスが分散バブルの形状である。

いくつかの実施例では、この方法は、連続的に、（ｉ）水を生物反応器に導入するステップと；（ｉｉ）処理した水を回収するステップと；を具える。

さらにいくつかの実施例では、この方法は、処理水を断続的に放出するステップを具える。この実施例では、通常、処理水を放出する際にディフューザ構造の動作を止めるステップがある。

いくつかの実施例では、この方法が：
処理タンク内に浮遊形式で生物個体を保持するステップ：
処理水から個体を分離して、上述の個体の少なくとも一部を処理タンクに循環させるステップ；
処理タンクの上側位置から処理水の少なくとも一部を放出するステップ；
のいずれか一つを具える。

最後に、いくつかの実施例では、この方法は、処理水の品質を表すデータを受け取るステップと、このデータに基づいてディフューザ構造の動作を制御するステップを具える。

ここに開示した主題をより理解し、どのようにして実施できるかを例示するために、以下に実施例を添付の図面を参照して非限定的な例を説明する。
図１は、本開示の実施例による水処理モジュールを示す斜視図である。 図２Ａ及び２Ｂは、図１に示す水処理モジュールの斜視断面図（図２Ａ）と、分解図（図２Ｂ）である。 図３Ａは、本開示の実施例による水処理モジュールの斜視図である。 図３Ｂ−３Ｄは、図３Ａにおいて、Ｂ−Ｄで示す領域のより詳細な図である。 図３Ｅは、図３Ｄにおいて、Ｅで示す領域のより詳細な図である。 図４Ａは、本開示の実施例による水処理モジュールの断面図である。 図４Ｂと４Ｃは、このような処理モジュールの部分を形成する壁の平坦なセグメントを、部分的に切り取って、それぞれ示す側面と底面から見たで斜視図ある。 図５Ａは、本開示の実施例による水処理モジュールの断面図である。 図５Ｂは、この処理モジュールの部分を形成する壁の平坦なセグメントを部分的に切り取って示す斜視図である。 図５Ｃは、ディフューザを示す図５Ｂのセグメントの底部分を示す分解図である。 図５Ｄは、図５Ｃのディフューザの動作ステージを示す図である。 図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、本開示の一実施例によるディフューザ構造を示す、側面及び平面図である。 図７Ａ及びＢは、それぞれ、本開示の更なる実施例によるモジュールの斜視図及び分解図である。 図８Ａ乃至８Ｃは、それぞれ、本開示のモジュールを有するタンクの斜視断面図（図８Ａ）、このタンクの分解図（図８Ｂ）、及び、複数のタンクを有する水処理システムを示す図（図８Ｃ）である。 図９Ａ乃至９Ｃは、それぞれ、本開示の別の実施例によるモジュールを有するタンクの斜視断面図（図９Ａ）、このタンクの分解図（図９Ｂ）、及び、複数のタンクを有する水処理システムを示す図（図９Ｃ）である。 図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、本開示の実施例による強化構造体に保持されたスタックモジュール（図１０Ａ）と、複数のこのようなモジュールを有するシステム（図１０Ｂ）を示す図である。 図１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ、本開示の別の実施例による強化構造体に保持されたスタックモジュール（図１１Ａ）と、複数のこのようなモジュールを有するシステム（図１１Ｂ）を示す図である。 図１２Ａ乃至１２Ｃは、本開示のいくつかの実施例による水の脱窒の工程を示すフローチャートである。 図１３は、本開示のいくつかの実施例による水の好気性生物処理の工程を示すフローチャートである。

図１を参照すると、本開示の一実施例による水処理モジュールが提供されている。このモジュールは符号１００が付されており、ガス取入口１１２を具え、少なくとも一方が水不透過ガス透過性メンブレンを具える二枚の垂直壁１１４、１１６の間に規定されている細長ガスエンクロージャ１１０を具える。各壁１１４と１１６は、水に対向する側部１１４ａ，１１６ａと、ガスに対向する側部１１４ｂ、１１６ｂ、をそれぞれ具える。（水に対向する側部とガスに対向する側部は、それぞれ、「外側面」と「内側面」とも呼ぶ）。

二つの垂直壁は、上側端部１１８と下側端部１２０のいずれかにおいて縦方向に密封されている。シーリングは、溶接、接着、縫合、あるいはその他の二つの壁を固定的に付着させて液体密封エンクロージャを形成する手段による。代替の実施例では、このエンクロージャは、単一ユニットとして形成されており、二つの壁が細長スリーブの一部として一体的に形成されている。

ガスエンクロージャ１１０は、巻かれるあるいは折りたたまれており、回旋状水平経路構造を形成している。この特定の実施例では、ガスエンクロージャ１１０が同心スパイラル構造に巻かれている。さらに、別の構造も同様に適用することができる。いくつかの代替の構成では、楕円形のスパイラル構造にエンクロージャを巻くことによって回旋状水平経路が提供されている。さらに、いくつかの代替の構成では、図７Ａに示すように、回旋状水平経路が、アコーディオン（「前後に蛇行」又は「ジグザグ」）構造に巻回することによって提供されている。

壁１１４と１１６は、それぞれの水に対向する側部間に、連続的かつ同様のスパイラル水処理スペース１２２を規定しており、このスペースは、エンクロージャ１１０の反対側の水に対向する側部の間に形成されている。いくつかの実施例では、回旋状エンクロージャが、一以上の細長水処理スペースを規定している。これは、例えば、一の壁の一方の側部から、その対向する壁（図示せず）の対向する側部に垂直方向に延在するパーティション壁を導入することによって行われる。

壁１１４と１１６は、水不透過性である。壁１１４と１１６の少なくとも一方、時に、両方は、ガス透過性メンブレン部分を具える。いくつかの実施例では、このメンブレンは、ポリマ布を具える。例えば、このポリマ布は、第２の水に対向するポリマフィルム又はポリマ層で被覆又は積層した第１のポリマシート押出成形体で形成した布といった、不織ポリマ布であっても良い。いくつかの実施例によれば、第１のポリマシートは、ポリエチレン（特に、高密度ＰＥ）又はポリプロピレンなどの、ポリオレフィン（紡糸接着したポリオレフィンを含む）を含み、あるいは、ポリエステルを含む。

水に対向するポリマフィルム又は層は、水不透過性で、ガスは透過させるメンブレンを提供することができるものである。一実施例では、水に対向するポリマシートが、ガスを透過することが知られている、ポリ（ｎ−アルキルアクリレート）ホモポリマ及びコポリマを具える。更なる代替の実施例では、この水に対向するポリマシートは、ポリ（４−メチル−１−ペンタン）（ＰＭＰ）などの、通常、ガス透過性パッケージに使用される、ポリ（メチルペンタン）を具える。

ポリ（ｎ−アルキルアクリレート）は、ポリオレフィンとは相溶性であり、ポリ（メチルペンタン）は、ポリエステルと相溶性である。したがって、一実施例では、水不透過ガス透過性のメンブレンは、ポリオレフィンを含む第1のポリマシートと、ポリ（ｎ−アルキルアクリレート）を含む水に対向するポリマシートを具え；別の実施例では、水不透過ガス透過性のメンブレインは、ポリエステルとＰＭＰを含む水に対向するポリマシートを、具える。

水不透過ガス透過性のメンブレンを形成しているポリマは、押出被覆、高温積層、及び／又は低温積層といった、この分野で知られている適宜の技術によって組合せることができる。

本開示はまた、エンクロージャ内の内部細長経路と細長エンクロージャの外側スペースから分離した壁を具え、この壁が第2の水不透過でガス透過メンブレンで被覆した第1のポリマ材料成形体を具える、細長エンクロージャを提供する。

上述した例示的なポリマ布及び材料は、上述のその他の実施例にも使用することができる。

ガスは、ガスエンクロージャに取入口１１２を通って入り、ガスエンクロージャ１１０の部分に沿って流れて、ガス不透過メンブレンを介して水スペース内の周辺の水に分散する。時に、いくつかの実施例によれば、ガスエンクロージャ１１０は、ガスが大気中に換気される、水処理スペース内の水に吹き込まれる、回収される、及び／又はガスエンクロージャに再循環される、ガス出口１２４を具える。ガス流は、一般的に、ガス取入口１１２からガス出口１２４に向かう方向に流れ、図１に示すように、この方向は、ほぼ水平なスパイラル経路をたどる。

使用に際しては、水スペース１２２が汚染水を収容すると、水不透過ガス透過性メンブレンを具える壁の水に対向する側部で生体膜が成長する。モジュール１００はさらに、ガス取入口１２８を有するディフューザ構造１２６を具える。この取入口は、各々がガスバブル流を水処理スペース１２２に放出するように構成した少なくとも一の開口を有するマニフォールド１３０などの専用チューブを介してディフューザ１３２にガス流連通している。いくつかの実施例では、ディフューザ構造１２６は、ガスエンクロージャ１１０の水に対向する壁に沿って上側に流れるようにガスバブル流を誘導するよう構成され、そのように作動する。いくつかの実施例では、ディフューザの開口から放出されたガスによって、水の乱流と混合が容易に生じ、生体膜の成長を支援する一方で、生体膜の成長によって水スペースのつまりを最小限に抑える。

図１に示す実施例では、ディフューザ１３２がエンクロージャ１１０の底部分に位置しており、動作時に、ガスバブルが開口１３４から放出され、水処理スペース１２２を通って、エンクロージャ１１０の水対向側部に対向して上昇する。このガスバブル流は、（ｉ）水中に存在する生体膜養分が水中に浮遊し、エンクロージャ壁の水に対向する側部のほぼ全長に沿って膜に付着している生体膜に接触する水分量を混合する；（ｉｉ）メンブレンに接着させた生体膜をこすって、生体膜によって水スペースの詰まりを最小限に抑える；及び（ｉｉｉ）水処理スペース中の水分量に沈んでゆくバイオマスを浮遊させて均質化する；のうちの少なくとも一つを提供する。

いくつかの実施例では、ディフューザ１３２が微細バブルを提供するように構成されている。いくつかの実施例では、ディフューザは多孔あるいは穴あきチューブ、パンチしたあるいは穴あきメンブレン、微細ポアを持つメンブレン、あるいはノズルとして構成されている。

いくつかのその他の例示的実施例によれば、ディフューザは、図４Ａ乃至４Ｃに示すような下側を向いた開口を有していてもよく、あるいは、図５Ａ乃至５Ｄに示すような、あるいは図６Ａ乃至６Ｂに示すような構成を有していてもよい。ディフューザは、連続モード、すなわち、連続するバブル流を導入するモードで動作するように構成してもよく、あるいは、間欠モードで又は必要に応じて（例えば、詰まりのリスクがある、または、詰まりの表示がある場合）動作するように構成してもよい。

本開示の実施例による例示的モジュールが図２Ａ及び２Ｂに示されている。簡単にするために、図１と同様の機能又は構造を有する要素には同じ符号が付されており、読者は、構造又は機能の説明に図１の記載を参照できる。図２Ａ乃至２Ｂの注意点は、ディフューザ構造１２６であり、これは、ガス、通常は加圧された空気（図示せず）に接続され、複数のガス放出開口（見ることができない）を有するマニフォールド又はチューブアレイ（この環状チューブの例では３）にリンクされた供給チューブ１２８を具える。いくつかの実施例では、ガス放出開口が、チューブの底部分に形成されている。いくつかの実施例では、マニフォールド又はチューブアレイが、ほぼ平行なストレートチューブアレイとして配置されている。

図２Ａ及び２Ｂには、強化構造が示されており、これは、上側支持要素１４０と、底側支持要素１４２と、中央コア要素１４４を具える。メッシュ構造の底側支持要素は、また、ディフューザ構造１２６から全水処理スペースまでの空気通路、並びに水処理スペースへの水通路となっている。

いくつかの実施例では、モジュール１００が強化要素／支持要素の少なくとも一方を含む。いくつかの代替の実施例では、強化要素の組み合わせがモジュールに含まれている。

支持要素（上側、底側、及び／又はコア）は、エンクロージャ１１０の回旋構造を、特に、ガスエンクロージャが水中に沈んでいる（部分的にでも）場合に、保持するように構成されている。エンクロージャ１１０をこの強化構造に、例えば連結するあるいは強固に取り付けるなどによって、固定が行われる。時に、上側支持要素１４０と底側支持要素１４２は、中央コア要素１４４に固定されている。

底側支持要素１４２は、エンクロージャ１１０をディフューザ構造１２０の上方に保持するように構成されており、作動する。複数のモジュール１００が順に重なっている場合、底のモジュールの下に一の底側支持要素１４２があり、上側モジュールの上に上側支持要素１４０があるか、あるいは、二つの重ねたモジュールの間に中間支持要素を配置するようにしてもよい。単一の中央コア構造１４４を用いて、二またそれ以上の重ねた水処理モジュールを同心に整列させることができる。

いくつかの実施例では、中央コア構造１４４が、ディフューザからの間欠ガス散布の間の水用供給バッファ（あるいは、供給ウエル）およびこれによる水混合事象としても作用し、これを介して間欠混合事象の間にガスが水処理スペースに混合され、その結果未処理廃液（処理前の水）が垂直壁（及びメンブレン）に直接接触することがなく、生体膜の過剰成長とそれに続くメンブレンの詰まりを生じさせることがない。

本開示は、生物反応器であって、水処理チャンバ内の水不透過ガス透過性メンブレンと、この生物反応器と一体的に形成された第２のチャンバとを具える生物反応器を提供しており、第２のチャンバは、処理する水を受けて、この水を水処理チャンバに送り込むように構成されている。いくつかの実施例では、第２のチャンバが水処理チャンバ内に物理的に配置されている。

強化構造は、様々な形に構成することができ、限定するものではないが、ファイバーグラス、ファイバー強化ポリマ、及び／又は、ステンレススチールなど、様々な材料で作ることができる。

いくつかの実施例では、中央コア要素１４４は、モジュール１００の要素が接続され、適所に固定されるスケルトンとして作用する。いくつかの実施例では、中央コア要素１４４は、少なくとも２００ｍｍの断面寸法を有する。自明ではあるが、この中央コア構造１４４の寸法は、モジュールの全寸法によって変化する。一般的に、中央コア構造の断面寸法は、有効ボリューム使用量に比べて小さいが、小さすぎてはならず、その周りをガスエンクロージャが回転できて、作動中に構造を十分な水が流れるようにするべきである。

図３Ａ乃至３Ｅを参照すると、図１及び図２に示すものと同様の水処理モジュールが示されており、ここではスペーサ要素が示されている。簡潔にするために、図１及び図２に用いたものと同じ符号が図３Ａ乃至３Ｅの同じ要素に付されている。また、これらの要素の構造と機能の説明に上述の記載を参照できる。

図３Ｂは、図３ＡのセクションＢを拡大したものであり、細長ガスエンクロージャ１１０内に配置され、エンクロージャ１１０の二つの垂直壁１１４と１１６の対向するガス対向側部間の第１の最小距離を維持するように構成された、第１のスペーサ要素１５０を示す。この実施例の第１のスペーサ要素１５０は、ネット状の構成を有する。いくつかの実施例では、第１のスペーサ要素１５０がエンクロージャ全体を通って延在しており、他のいくつかの実施例では、数個の分離されたスペーサ要素がエンクロージャ１１０に沿って配置されており、各スペーサがそのセグメントを占めている。

第１のスペーサ要素１５０は、ガスエンクロージャ１１０を流れるガスの開経路を確実にするように設計されている。換言すると、ガスエンクロージャ１１０の対向するガス対向壁間の最小距離を確実にしている。

図３Ｃに見られるように、第２のスペーサ要素１６０が、水処理スペース１２２の、エンクロージャ１１０の対向する水対向側部間に配置されている。第２のスペーサ要素１６０は、エンクロージャ１１０の対向する二つの水対向側部間の第２の最小距離を維持するように構成されている。

いくつかの実施例では、第２のスペーサ要素１６０がシートであり、このシートは、シートの対向する側部に突出するディンプル状隣接部１６２（すなわち、各々が一方の側部にディンプルを、他方の側部に突出部を規定している）のアレイを有する。一方の側部における突出部の頂点で規定される平面と、他方の側部における突出部の頂点で規定される平面間の距離が、スペーサ要素１６０の厚さを規定している。シートの部分を形成することによって形成されるこれらの突出部（したがって、反対側に凹みを残す）も、図３Ｅに見ることができる。

第２のスペーサ要素は、水処理スペースのエンクロージャ１１０横に配置されている。いくつかの実施例では、第２のスペーサ要素１６０は、エンクロージャ１１０の横の水処理スペース全体を通って延在していてもよく、その他のいくつかの実施例では、数個の分離したスペーサ要素がこのスペース内に配置されており、このスペーズのセグメントを占めている。

第２のスペーサ要素１６０は、水処理スペース１２２内の水のための開スペースを確保するように設計されている。換言すると、エンクロージャ１１０の壁の対向する水対向側部間の最小距離を確保している。スペース１２２は、拡張することができ、二つの垂直壁間のクリアランスを確保している第２のスペーサは、第２のスペーサ要素の幅によって決まる最小距離より小さくてはならない。

第１のスペーサ要素１５０と第２のスペーサ要素１６０の構造及び構成は、一例であり、図に示すものに限定されない。また、第１及び第２のスペーサ要素は、同じ又は異なる構成を有していてもよく、それぞれ独立して、ネット、図に示すディンプル付シートなどの突出部の付いたシート、といった、開水路又は水圧要素の形を取ってもよい。図３Ｃ及び３Ｅに示すように、いくつかの実施例では、この突出部は、シートから一方向にのみ延在しており（片面突出部）、他のいくつかの実施例では、この突出部はシートから二つの反対方向に延在している（両面突出部）。

ディンプル付シートの代替として、スペーサは、個々に配置され分散した三次元要素を具えていてもよい。これは、少なくとも一の垂直壁の少なくとも一方の側部に取り付けられて、従って、分散要素の厚さによって決まる距離を維持している。いくつかの実施例では、個々の要素は、垂直壁の水対向側部及び／又は空気対向側部のいずれかに貼付したホット接着剤などのポリマ材料で形成されている。その他の実施例では、個々の要素は、一方又は両方の垂直壁の水対向側部及び／又は空気対向側部のいずれかの側部に配置した、プラスチックディスクなどの片で形成されている。

本開示は、また、表面保持、分散、スペース付、隣接部（三次元要素）を具える少なくとも一のスペーサ要素を持つ生物反応器を提供している。いくつかの実施例では、スペース付隣接部が、ここに開示した水不透過ガス透過性メンブレン上に配置されている。

また、エンクロージャ内の内部細長経路から離れた壁と、この細長エンクロージャの外側スペースを具える細長エンクロージャが開示されており、この壁は、分散型の上述した種類のスペース付隣接部を一体的に具えている。

いくつかの実施例では、スペース付隣接部を伴うメンブレンがここに記載した種類の生物反応器の部分を形成している。

いくつかの実施例では、第１及び／又は第２のスペーサ要素が、上述のスペーサ構造の組み合わせである。例えば、スペーサ要素は、ディンプルシートに積層したネット状構造、その他を具えていてもよい。

スペーサ要素１５０に示すような第１のスペーサ要素によって決まる最小距離と、スペーサ要素１６０に示すような第２のスペーサ要素によって決まる最小距離は、互いに独立しており、同じであっても、異なっていてもよい。

第２のスペーサのタイプ及び／又は幅の選択は、処理を行う水のタイプによって異なる。第１のスペーサのタイプ及び／又は幅の選択は、エンクロージャに導入するガスのタイプと、エンクロージャのガス圧、その他といったいくつかの動作条件によって決まる。

同じ構造のスペーサを使用する場合、スペーサは、互いにかみ合わないように配置される。例えば、例示したディンプルのように両方のスペーサが突出部を有する場合、スペーサは、突出部の噛み合いを避けるように、一方のスペーサからの突出部／ディンプルは実質的に、他方のスペーサからの対向する突出部／ディンプルに向かい合うように配置できる。同様に、グリッド又はネットの形の一のスペーサと突出部のシートの形の他方のスぺーサを使用する場合、突出部が他方のスペーサの開口に嵌らないように配置することができる。

スペーサ要素は、同じ、又は、異なる材料でできていてもよい。いくつかの実施例では、スペーサ要素１５０とスペーサ要素１６０が互いに独立して、水耐性ポリマ材料でできている。ポリマ材料の非限定的例には、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリアミドがある。

いくつかの例では、スペーサは、製造者によって決まる２ｔ／ｍ^２を超える、時には、２０ｔ／ｍ^２を超える、圧縮強度を有することで特徴づけられ、国際的基準によって、（ｉ）処理中にかかる力に耐える、及び（ｉｉ）水圧に耐える（主に、第１スペーサ１５０からの条件に適用）の、少なくとも二つの条件に適合することが試験される。

図３Ｅは、特に、上側支持要素１４０、ガス出口１２４のある中央コア要素１４４を示すモジュール１００の一部の平面拡大図である。図３Ａ乃至３Ｅの例示的実施例では、細長エンクロージャ１１０が中央コア要素１４４の上に巻かれている。

一方、所定の実施例では、第１及び第２のスペーサ要素が個別の形成された要素であり、その他のいくつかの実施例では、第１及び第２のスペーサ要素がエンクロージャ１１０の垂直壁の少なくとも一方に一体的に形成されている。したがって、一体的垂直壁は、以下のいくつかの機能を提供している。（ｉ）水不透過性、（ｉｉ）水側スペース、（ｉｉｉ）ガス側スペース、及び（ｉｖ）選択的にガス透過性の生体膜成長支持部、である。これは、例えば、限定することなく、内側面と外側面に一体的に形成した突出部を有する水不透過ガス透過性メンブレンによって達成できる。

同様に、その他のいくつかの実施例では、第２のスペーサ要素がエンクロージャ１１０の垂直壁の少なくとも一方に一体的に形成されている。これは、エンクロージャの垂直壁の少なくとも一方が、その対向する水対向垂直壁からの必要な最小距離を提供するように構成されていることを意味する。換言すると、メンブレンが一の水対向側部に突出部を有しており、これが対向する壁からのスペースを維持している。いくつかの実施例では、一体的スペーサ−垂直壁が、以下のいくつかの機能を提供するように構成されている。（ｉ）水不透過性、（ｉｉ）水側スペース、（ｉｉｉ）選択的にガス透過性と生体膜成長支持部、である。これは、例えば、限定することなく、外側に延在する突出部を一体的に形成した水不透過ガス透過性（オプション）メンブレンを使用することによって達成できる。

いくつかの実施例では、エンクロージャの二つの垂直壁の一方のみがガス透過性である。いくつかの実施例では、二つの垂直壁の一方又は両方の一部のみがガス透過性である。いくつかの更なるその他の実施例では、エンクロージャの二つの垂直壁の一方又は両方が、実質的に全体がガス透過性である。

本開示は、また、エンクロージャ内に内側細長経路から分離した壁と、細長エンクロージャの外側にスペースを具える細長エンクロージャを提供する。この壁の少なくとも一部は、ガス透過性メンブレンを具えており、この壁はさらに、エンクロージャから外側に、及び／又は、内側経路の内側に向けて延在するスペース付隣接部を具える。

本開示の別の実施例によるディフューザ構造付モジュールを示す、図４Ａ−４Ｃを参照する。図１−３に使用したものと同様の符号に１００を付けた符号を用いて、同じ機能を有する構成要素を同定している。例えば、図１の構成要素１１０は、エンクロージャであり、図４Ａのエンクロージャ２１０と同じように機能する。このような要素の構造と機能の説明に上述の記載を参照できる。

図４Ａ乃至４Ｃに記載の実施例は、図１乃至３に記載のモジュールと、エアレーション構造の構成が異なる。この構造は、第２の細長エンクロージャ２２６の形で提供されており、壁２１４と２１６の延在部であり、これらの壁とそれぞれ一体的に形成されている垂直壁２１４’と２１６’の間に形成されている。

ディフューザ構造２２６には、ガス取入口開口２６４が設けられており、エンクロージャ２２６の底側に形成した開口の形状をしたガスディフューザ開口２３２からスペースを空けて配置されており、開口２３２から水処理スペース２２２へガスバブルが放出され、矢印２３３で示すように、エンクロージャ２１０の壁の外面に沿って上昇する。図に示すように、ディフューザ構造２２６は、また、スペーサ要素２５０’を具えており、これは、要素２５０と同じ構成である（しかし、構成は異なっていてもよい）。

本開示は、また、エンクロージャ内の内側細長経路と、細長エンクロージャの外側のスペースを分離する壁を具える細長エンクロージャを提供しており、このエンクロージャは、水処理用の第１の細長ゾーンと、この細長ゾーンに平行に一体的に形成した、第１の細長ゾーンにおいて細長エンクロージャの面にガスを放出するように構成した第２の細長ゾーンを具えている。

図５Ａ乃至５Ｃは、本開示の別の実施例による水処理モジュールを示す。簡単にするために、図１乃至３で用いた符号に２００を足した符号を使用して、同じ機能を有する構成要素を同定している。例えば、図１の構成要素１１０は、エンクロージャであり、図５Ａではエンクロージャ３１０が同じように機能する。構造及び機能の説明のために、この記載の関連箇所を参照できる。

本開示のモジュール３００の独自の特徴は、ディフューザ構造のディフューザであり、これは図５Ｂに、より詳しくは図５Ｃに見られる。このディフューザ構造は、以下に説明するように、ガスをパルス態様で放出するように作動する（パルス放出ディフューザとして作動する）。この動作態様は、図５Ｄに図示されている。

この実施例のディフューザ構造３２６は、複数の開口３３４を有する密封上端３７０（図５Ｂ参照）と、開底部を有する、細長逆ボール形状の要素３６８を具える。図５Ｃに最もよく見られるように、要素３６８は、複数の凹部３７５を有するディンプルパネル３７４と、ガスエンクロージャ３１０の垂直壁３１６の底部分との間に形成されている。パネル３７４にも細長溝が形成されており、これは、第１の水平細長溝３７６Ａと、ディンプルパネル３７４の上部から底部へ延在する第２の溝３７６Ｂ、凹部３７６Ａの端部からパネル上端３７０の下の端部へ延在する第３の溝３７６Ｃと、パネルの上端３７０から第１の溝３７６Ａの中央部分に向かって下側に延びておりその上方で終端している第４の垂直溝３７６Ｄとを具える３つの垂直細長溝を具える。凹部と細長溝の深さ、並びに上端３７０を規定する壁の幅は、すべてほぼ同じであり、連続して凹部と溝は壁３１６を圧迫しており、壁３１６の対向する部分に接着されている。このような接着部を通って、開底部を有する液体／ガスチャンバ３７８は、二つの連続する溝３７６Ｂの間に規定されている。この溝は、下側導管セグメント３８０Ｄと、開口３３４で終端している上側導管セグメント３８０Ｕを具えるほぼＵ字形状の導管３８０を通ってリンクしている。壁３１６の底部分は、複数の開口３８２が設けられており、各々がチャンバ３７８の一つに開口して、エンクロージャ３１０からのガスがこの開底部を通ってチャンバ３７８に入り、チャンバを満たしてチャンバから出てゆき、チャンバを空にする。開口３８２を通って入るガス圧の動作によって、図５Ｄを参照して以下に説明するように、ガスが開口３３４からパルス態様で放出される。

この実施例のディフューザ構造の動作態様を図５Ｄに示す。まず（ステージ１）、チャンバ３７８が開底部を通って入ってくる水で満たされる。同様に、導管３８０のセグメント（セグメント３８０Ｄと３８０Ｕで示す）も開口３３４を通って入る水で満たされる。しかしながら、下向き矢印で示すガス圧（開口３８２を介して；この図には示さず）が、チャンバ内及び導管３８０の水に変位力を与える（ステージ２）。水位が導管セグメント３８０Ｕの底位に達するスレッシュホールド相に達する（ステージ３）と、すべての水が導管から流れて、チャンバ３７８からのガスが、チャンバからガスを出すバースト内の開口３３４を通って流れ出ることができ（ステージ４）、上側矢印で示すように、元のステージに戻るまで液体が戻る（ステージ５）。

図６は、図５Ａ乃至５Ｄのものとは構造的に異なるが、同様に機能する別の実施例のディフューザ構造を示す。符号４０２で示すディフューザ構造は、モジュール４００の一部であり、開底部を有し加圧空気源４０６にリンクしているガス／液体チャンバ４７８を具える。チャンバ４７８内には、上向の第１のほぼ垂直な導管４８０Ｄが形成されており、これは、下側チューブ３８０Ｄと機能的に同様であり、上側チューブ３８０Ｕと機能的に同じであり、ディフューザヘッド４３８と流体連通しているほぼ垂直な第２の導管４８０Ｕを収容する筒状スペース４０４を規定している。ディフューザヘッドは、この実施例では、二つの開口の交差アレイ（図６Ｂ）を具えるが、多数のその他の構成を有するものであってもよい。

機能的観点からは、まず、ガス／液体チャンバ４７８が、次いで第１のほぼ垂直な導管３８０Ｄによって規定される筒状スペース４０４が、そして、第２のほぼ垂直な導管４８０Ｕが水で満たされる。次いで、ガス圧が水−変位力を与えて、ガス/液体チャンバ４７８の水位を下げて、同時に、第１のほぼ垂直な導管４８０Ｄと第２のほぼ垂直な導管３８０Ｄ内の水を下側に押して、ディフューザ４３８から出てゆく。第１のほぼ垂直な導管４８０Ｄと第２のほぼ垂直な導管４８０Ｕから排水されると、ガスが第１のほぼ垂直な導管４８０Ｄの中へ下側に、また、第２のほぼ垂直な導管４８０Ｕ内を上側に連通し、ディフューザヘッド４３４の外にガスバーストを放出させる。このバーストがガスを排出し、水を再度入れてこの動作サイクルが再開される。

ここに開示したモジュールの代替構成について、別の実施例によるモジュール５００を示す図７Ａ−７Ｂを参照する。簡単にするために、図３Ａで使用したものと同様の符号に４００を足して、同じ機能を有する構成要素を同定している。例えば、図２の構成要素１１０は、図７Ａ−７Ｂのガスエンクロージャ５１０と同じ機能を有するガスエンクロージャである。

図７Ａ及び７Ｂは、ガス取入口５１２とガス出口５２４、上側支持要素５４０と底側支持要素５４２、及びチューブ（図示せず）の全長に沿って分散された複数のガス放出ノズル付ディフューザ構造５２６を有するモジュール５００を示す。ガスエンクロージャ５１０は、上述した同心構造、スパイラル構造に代えて、前後に巻き付けた構成（ジグザグ）である。

いくつかの実施例では、エンクロージャ５１０は支持構造５４０の垂直要素５４３の上又はその周りに巻きつけられている。

いくつかの実施例では、エンクロージャ５１０は、その長さに沿って設けたガス取入口５１２と同様のいくつかのガス取入口と、ガス出口５２４のようないくつかのガス出口を有し、圧力低下あるいはヘッドロスを低減するようにしている。細長エンクロージャ５１０の長さに沿ったあるポイントでは、濃縮した水と漏れを放出する出口がある（図示せず）。さもなければ、このモジュールは、上述したその他の実施例の水処理モジュールと同様に機能的に動作する。

いくつかの実施例では、モジュールは生物反応器の一部を成しており、図９Ａ及び９Ｂに関して以下にさらに詳細に述べるように、開示したモジュールの一またはそれ以上が、例えばタンク、バケツ、池などの水環境内に配置されている。

図８Ａ乃至８Ｂは、生物反応器を示す図であり、図８Ｃは、図８Ａ乃至８Ｂに示すタイプの複数の生物反応器を具えるシステム内のここに述べた生物反応器アレイを示す図であり、この生物反応器アレイは、相互接続パイプの支援によってフロー連通状態にある。

特に、図８Ａ及び８Ｂに示すように、二つの巻き付けたエンクロージャアッセンブリ６１０のスタックである、モジュール６００が順に重なっており、上側支持要素６４０、底側支持要素６４２、及び中間支持要素６４１並びにディフューザ構造６２６を具える。

各モジュール６００は、それぞれのタンク６０２内に入っている。タンクは、処理する水を保持するように構成されたタンクカバー６０２’と、水中に沈めたモジュール６００を具える。上側支持要素は、タンク６０２とタンクカバー６０２’に取り付け要素６４５を介して取り付けられている。タンク６０２は、水取入口６０５と、処理水出口６０６を具える。

いくつかの実施例では、図８Ａ乃至８Ｃに示すように、各タンク６０２にさらに水回収堰６０８が設けられており、これは、タンク６０２の上側部分に位置しており、タンク６０２内の上水位から処理した浄化したものを回収するように構成されている。いくつかの実施例では、堰６０８は穴あきボールの形状をしており、堰に水のみが入るようになっている。動作的には、タンク６０２がバイオマスを保持し、ディフューザ構造が動作していない動作期間（すなわち、混合事象の間）に処理して浄化した水を浄化水のオーバーフローを介して堰６０８に放出して、バイオマスが少なくとも部分的にタンク６０２に沈むようにする。堰６０８内の水は、堰の底にある処理水出口に向けられる。周期的に、通常、ディフューザ構造による混合事象の間にも、沈んだバイオマスを、バイオマス放出用出口（図示せず）を介してタンク６０２から放出できる。放出したバイオマスは、その後、生物反応器に又は別の生物反応器に戻されるか、あるいは、先の使用のために回収される。

本開示は、また、水処理用生物反応器を提供しており、これは、水処理スペースと、この水処理スペースの上側部分に一体的に形成された堰（チャンバ）を具え、この堰は、浄化処理した水を受け取って、浄化処理した水を生物反応器から放出するように構成されている。いくつかの実施例では、一体的に形成した堰が、水処理スペース内の水が停止しているとき（すなわち、実質的に水中に混合又は乱流がないとき）に、浄化処理した水を放出するように動作可能である。

ここに開示した生物反応器は、また、堰６０８の代替としても、浮遊個体を含む放出された水を受けて、処理水から個体を除去する、個体−液体分離タンク（例えば、浄化器）を具えていてもよい。特に、また、図１２Ｂに示すように、浮遊個体を含む処理水は、専用の水−個体分離ユニット（浄化器）に放出される（処理水放出出口を介して）。回収したバイオマスは、処理され浄化した水が回収される間に、生物反応器に再循環されるか、先の使用のために回収される。

さらに、ここに開示した生物反応器は、タンク内の水の品質を表す一またはそれ以上の処理パラメータを検出する一またはそれ以上のセンサを具えていてもよい。このセンサは、いずれかの公知のものであってもよく、水質モニタリング及び評価に使用するのに必要とされる。これらのセンサには、ｐＨセンサ、酸化−還元電位（ＯＲＰ）センサ、溶存酸素センサ、光学密度センサ（濁度センサ）、化学センサ（例えば、窒素又はアンモニアを含む窒素含有化合物のレベルを決定する）、及び電位差測定センサ、その他、のいずれか一つ、及びこれらの組み合わせがある。通常、排他的あるいは必須ではないが、これらのセンサは、処理水の出口ポイントに配置して、処理水の品質をモニタする。一実施例では、モニタしたパラメータが、生物反応器の一またはそれ以上の要素の動作の制御に使用される。いくつかの実施例では、一またはそれ以上のセンサから受け取ったデータに基づいて、ディフューザ構造の動作を操作することができる。例えば、ディフューザ構造によって生じる混合頻度及び／又は混合時間を、廃液の品質低下の表示に対する応答として、増やすことができる。

さらに、生物反応器は、複数のモジュールを具えていてもよい。一実施例では、二つのモジュールが図８Ａ乃至８Ｂに示すものと同様に、順に重ねられている。

いくつかの実施例では、各々が、例えば、図１及至３又は８Ａ及び８Ｂのいずれかに示すタイプの、一またはそれ以上のモジュールを有する複数の処理タンクが、直列に連結されて配置されており、処理タンクの上流側アレイと、処理タンクの下流側アレイを形成している。ここで、各アレイのモジュールは、すべて並列に連結されている。まず、処理する水が入り、モジュールの上流側アレイによって処理され、その後、モジュールの下流側アレイに連通される。

ここに開示した生物反応器は、図８Ｃに示す（内部の要素を見せるために、生物反応器のカバーの部分が除去されている）カバーの部分のような水処理システム６０１（水処理プラント）の一部でもあり、図８Ａ乃至８Ｂに示す種類の複数の生物反応器６０２を具える。供給水導管６９２は、処理する水を拡生物反応器に供給し、処理した水は、水放出導管６９３を介して放出される。例えば空気などのガスは、第１のガス導管６９４を介してガスエンクロージャに供給され、ディフューザ構造が、第２のガス導管６９５を介してガス、通常は空気を受ける。両ガス導管には、ブロワＧＢ１とブロワＧＢ２を用いてそれぞれのガスが供給される。このシステムの動作は、コントロールモジュール６９６によって制御される。

図９Ａ乃至９Ｃは、別の実施例のシステムを示す図であり、図９Ａ乃至９Ｂに示すように、図７Ａ乃至７Ｂに示す種類の水処理モジュールを使用しており、図７Ａ乃至７Ｂに使用しているものと同じ要素が同じ要素に用いられている。図９Ｃに示すシステム自体は、下側シリーズの生物反応器の上に重ねた上側シリーズの生物反応器を具えているが、導管システムが二重であり、各生物反応器につき一つあること以外は図８Ａ乃至８Ｃのシステムと機能的に同じである。したがって、図８Ｃで用いたものと同じ符号が、導管システムの機能的に同様の要素に、下側要素には「Ａ」を付けて、上側要素には「Ｂ」を付けて使用されている（例えば、水導管６９２Ａ及び６９２Ｂ）。

代替の実施例では、本開示によるシステムは、図１０Ａ及び１０Ｂに例示するような単一タンク内にともに沈めた複数のモジュールを具えている。簡単にするために、図８Ａ及び８Ｂで使用した符号と同じ符号を持ち家、同じ機能を有する構成要素を同定する。

図１０Ａは、水中シングルモジュール６００の別の実施例を示す。このモジュールは、図８Ａに示すものと同じ構成の二つのガスエンクロージャ６１０を具える。モジュール６００の要素は、安定化要素６９７に組まれており、また、支持要素６４０及び６４２（図１０Ａには示さず）に接続されている。安定化要素６９７は、通常、水中モジュールを適所に維持し、これらのモジュールに十分な重さを提供して、水環境内の全体の構造を安定化させるように構成されている。代替的に、水中モジュールはタンクの床に、スクリュウーアンカ、フック、ハンガー、ボルトなどの機械的手段で機械的に取り付けるようにしてもよい。

図１０Ｂは、共通のタンク６０２内部に沈めた図１０Ａの複数のモジュールの実施例の一部を示す。また、図１０Ｂには、供給水取入口６０５、沈んだスラッジ放出出口６１１、処理水出口６０６、堰６０８が示されており、処理水の放出は、放出バルブ６０６’によって制御されており、このバルブは、ディフューザ構造の作動時には閉構成にある。

図１１Ａ及び１１Ｂは、図７Ａ乃至７Ｂに示すものではあるが、図１０Ａ及び１０Ｂに示すものと同じモジュール（図１１Ａ）とシステム（図１１Ｂ）をそれぞれ示す。このモジュールセットは、単一タンク６０２内に配置されており、各々が、安定化要素６９７によって適所に維持されている。

当業者には自明であるように、ここに開示したモジュール、生物反応器、及び／又はシステムは、その他のタイプのモジュール、生物反応器、及び／又はシステムと組み合わせて水を処理するように構成し作動させることができる。いくつかの実施例では、ここに開示されているような複数のモジュール又は生物反応器を用いるシステムは、一またはそれ以上のその他のタイプの水処理モジュールと組み合わせて水処理の最初のステージあるいは続く処理ステージを提供することができる。換言すると、本発明のシステムは、完全な水処理プラントの一部としてその他の水処理システムの上流側及び／又は下流側に組み込むことができる。これに限定することなく、個々に開示したモジュール、生物反応器及び／又はシステムは、ＰＣＴ公開第ＷＯ／１１０７３９７７号に開示されているシステムと組み合わせて作動できる。この公報の内容は、ここに引用により組み込まれている。ＷＯ／１１０７３９７７号は、概略的に、ここに開示したガスエンクロージャと同様にらせん状に巻いたエンクロージャを持つシステムを記載している。このエンクロージャは、水を保持して分岐させ、その中で生体膜の成長を支持することを意図している。

ここに開示したモジュール、生物反応器及び／又はシステムは、様々なタイプのガスを用いて様々なタイプの水を処理するように構成できる。以下において、システムを参照する際には、モジュール又は生物反応器を参照するのと同様であると解すべきであり、逆も同じである。ここに開示したシステムを使用する水処理のいくつかの例示的方法を、図１２Ａ乃至１２Ｃ及び図１３Ａ乃至１３Ｃに示すフローチャートを参照して、以下に説明する。簡単にするために、図１２Ａ乃至１２Ｃ及び図１３Ａ乃至１３Ｃと同じ符号を使用して、同じ要素を表している。

一般的に、このシステムは、以下の一般的方法のステップを実行することによって水処理を実行するように構成されている：
ガスエンクロージャにガスを導入するステップ；
処理する水を生物反応器に導入するステップ；
ディフューザ構造を作動させて（連続的に、周期的に、あるいは必要に応じて）、ガス流を生物反応器内に保持されている水に導入するステップ；
処理水を回収するステップ。

いくつかの実施例では、ガスエンクロージャに導入されたガスが空気である。その他のいくつかの実施例では、ガスエンクロージャに導入されるガスが酸素を多く含む空気、別の酸素含有ガス混合物、又はメタン、又はメタン含有ガス混合物である。

いくつかの実施例では、このシステムはバッチモードで作動する。すなわち、水のバッチが生物反応器に導入され、水が所望の水質になると、処理水が回収される。（所望の品質は、特定の水のニーズによって異なり、通常は、ケースバイケースで事前に決定される。）バッチモードで作動する際に、処理水があらかじめ規定した水質基準に達すると、処理水を、通常処理水出口を介して回収する。予め規定した水質基準は、水のタイプ、処理水の規定の用途（例えば、飲用、灌漑用、工業用、その他）、例えば、システムが水処理システムの組み合わせを有する水処理プラントの一部である場合といった処理のステージ、その他に応じて異なる。

その他のいくつかの実施例では、ある位置から水が連続的に生物反応器に導入され、生物反応器の別の位置から放出される連続モードでシステムが作動する。

その他のいくつかの実施例では、システムが、処理する水が実質的な連続モードで供給されるが、処理水は断続的に放出されるように作動する。処理水の放出は、ディフューザ構造の作動中は停止され、これによってタンク内の水の混合も停止する。

いくつかの実施例では、ガスの構成が周期的に作動する。例としては、ディフューザ構造は、５−２０分ごとに１０−２０秒、定期的に作動する。これに加えて、あるいは代替的に、ディフューザ構造は、必要に応じて例えば、メンブレイン上の生体膜の過剰な蓄積をこすり取るため、あるいは、このような蓄積又は水質の劣化を検出した時（例えば、ＯＲＰ又はＤＯなどの専用のセンサを用いて）に処理水の水質を改善するため、及び／又は、処理を行っている水に渦流を起こして浮遊個体を混合する必要があるとき、に作動させることができる。その他のいくつかの実施例では、ディフューザ構造は連続的に作動する。

本開示のいくつかの実施例による生物反応器を用いた非限定的な例として、図１２Ａ乃至１２Ｃに、本開示の一実施例による、ガスエンクロージャ内の電子ドナーガス（脱硝化ガス）として、メタンを用いて硝化した水を処理するシーケンシャルステップを説明するプロセスフローチャートを示す。本開示のコンテキストにおいて、「硝化水」とは、窒素を含む水、特に、溶解酸化窒素化合物（特に、硝酸塩及び亜硝酸塩）を含む水として解するべきである。いくつかの実施例では、硝化水は、有機物質濃度が低いことによっても特徴づけられる。

硝化水は、メタンの無酸素酸化物に結合して、以下のシリーズの化学反応によって二酸化炭素と、窒素ガスと、水を作る。
ＣＨ_４＋４ＮＯ_３ ⁻ → ＣＯ_２＋４ＮＯ_２ ⁻＋２Ｈ_２Ｏ
３ＣＨ_４＋８ＮＯ_２ ⁻＋８Ｈ^＋ → ３ＣＯ_２＋４Ｎ_２＋１０Ｈ_２Ｏ

この結果、メタンガスがガスエンクロージャに送り込まれる。

メタン含有ガスは、様々な源から取得できる。いくつかの例では、メタン含有ガスが嫌気性反応器、たとえば、生物廃液（汚物）処理工場で使用される嫌気性消化槽から取り出したバイオガスである。

図１２Ａに示す一実施例によれば、ここに図示した種類の生物反応器６１０は、硝化水を受け取る。メタン含有ガス（Methane rich biogas）がガスエンクロージャに連続して吹き込まれ、メタン枯渇ガスがガスエンクロージャの出口から放出される。

混合は、ディフューザ構造を通って導入される加圧空気によって周期的に行われ、らせん状に巻かれたガスエンクロージャの壁の間の水処理スペースへ排出され、ガスエンクロージャの水対向側部から生体膜をこする。生体膜はガスエンクロージャの垂直壁の外側表面について、水中の酸化窒素を用いて膜を通って拡散するメタンガスを酸化させて、水中の酸化窒素を低減する（水を脱窒する）。

図１２Ｂに示す別の実施例によれば、図１２Ａで述べたものと同様に作動する生物反応器６１０が、エアレーションタンクからの硝化水を受け取るように構成されている。浮遊個体、有機物質、及びアンモニアを含む排水は、まずエアレーションタンクに送られ、そこで、（ｉ）有機物質を、エアレーションタンク内の通気した空気を用いて酸化させ、（ｉｉ）アンモニアを酸化させて硝酸塩として、生物反応器６１０にスラッジと共に入る硝化水を提供し、そこで硝化水を脱窒する。また、図１２Ｂには、生物反応器６１０の下流側に、処理水を受け取るように構成され作用する浄水器が示されており、ここで、処理水中の個体が浄水器の底に沈み、個体を含まない処理水（脱窒排水）のみが処理（脱窒）水回収器（例えば、タンク、パイプライン、など）に回収される。浄水器で回収されたスラッジの少なくとも一部は、スラッジ排出ユニットに送られる。

個体沈殿装置（浄水器）はこの分野で知られており、底にスラッジ排出器がある円錐形バケツを具えたものもあり、このスラッジ排出器上方に位置する出口（上側位置）から水が放出される。

生物反応器６１０から出てくる処理水は、浄水器で受け取られ、続いて個体−液体分離が浄水器で行われる。浄水器からのスラッジの一部は、エアレーションタンクに送られ（循環又は再循環され）、そこで上述したように処理する水と混合される。特に、浄水器から戻ってきたスラッジは、エアレーションタンク中の水処理を行う活性バイオマスである。次いで、浄水器中の水から分離されて、浄水を放出し、活性個体をシステム内に残す。

上記を考慮すると本開示は、水処理方法も提供するものであり、この方法は、（ｉ）硝化水の中に細長エンクロージャを沈めるステップであって、このエンクロージャがエンクロージャ内の内部細長経路から分離した壁と、細長エンクロージャの外にある硝化水処理スペースを具え、壁が水不透過メタン透過性メンブレンを具える、ステップと；（ｉｉ）内部細長経路内にメタンガスを流すステップと；を具える。

いくつかの実施例では、メタンガスが硝化水処理スペースへ拡散して、硝化水中で酸化窒素種の酸化還元反応に関与する。

いくつかの実施例では、メタンガスが嫌気性反応器から取り出したバイオガスである。

図１２Ｃは、図１２Ｂに例示されているプロセスと同様の排水処理用の図８Ｃに示す種類のシステムを使用したシーケンスステップを示すフローチャートである。この実施例では、生物反応器に導入されたメタンガスの生体膜酸化の結果としてできた溶解有機物質を含む、生物反応器６１０から放出された水が、エアレーションタンクに送られ、処理する水を、エアレーションタンク内の脱窒を支援し促進する炭素源で強化する。浮遊個体を含む脱窒水は、次いで、浄水器で個体を除去する。浄水器からは個体がスラッジ放出ユニットに除去されるか、エアレーションタンクに戻される。処理した（浄水した）水は、脱窒排水出口に放出され、時に、その少なくとも一部が、更なる使用のために生物反応器６１０に送られる／循環される。個体を除去した水は、生物反応器６１０に導入されるか、あるいは、脱窒排水として回収される。時に、生物反応器６１０に出ていく水は、エアレーションタンクに再度送るようにしてもよい。

図には示していないが、商業的に入手可能なメタノール、アセテート、あるいはその他の生物分解性有機物質源を用いて、無酸素脱窒プロセスを容易にすることができる。さらに、メタン含有ガスは、例えば、スラッジダイジェスタなどの嫌気性反応器からのバイオガスとして受け取って、生物排水処理プロセスからの過剰スラッジを処理することができる。

上記の動作構成は、調節に必要なレベルへの脱窒に不十分なリソース（電子ドナー）の問題を解決する。このようなリソースの欠落に対する通常の解決法は、生物学的処理プロセスの無酸素脱窒部分に送り込む、メタノール、アセテート、あるいは、別の可溶性生物分解有機物質を購入することである。図１２Ａ乃至１２Ｃに記載のプロセスによれば、必要な電子ドナー種の連続的な供給があるため、より効率的な脱窒プロセスが可能となる。

上記に加えて、本開示は、溶液含有有機化合物を生成する方法も提供する。この方法は、（ｉ）中に内側細長経路から分離する壁と、外に水処理スペースを具える細長エンクロージャを水中に沈めるステップであって、この壁が水不透過メタン透過性メンブレン具えるステップと；（ｉｉ）内側細長経路内にメタンガスを流すステップと；（ｉｉｉ）処理水を活性化したスラッジタンクに流して、溶液含有有機化合物を生成するステップと；を具える。

いくつかの実施例では、この方法は、水処理スペースに空気（又は、少なくとも酸素含有種を含むその他のガス）を放出するステップを具える。生体膜は、水中に導入された酸素含有種の存在下メタンを酸化して、とりわけ、溶液中に有機化合物を生成する。この有機化合物は、例えば、メタノール、アセテート、ブチレート、その他である。この溶液は、次いで、電子ドナー溶液としてここに述べたような脱窒プロセスで使用することができる。いくつかの実施例では、メタンガスが嫌気性反応器から取り出したバイオガスである。

図１３を参照すると、本開示のさらに別の実施例による好気性水処理用で、図８Ｃに示す種類の生物反応器６１０を使用した動作ステップを示すフローチャートが提供されている。この例では、特に、要素のモニタ及び制御が示されている。処理する水を、ブロワＧＢを用いてガスを含有する酸素が送り込まれているガスエンクロージャを有する生物反応器６１０に導入する。ブロワＧＢの動作は、ブロワＧＢが作動している（Ｔ１）あるいは作動していない（Ｔ２）時間を制御するコントローラによって制御されており、したがって、ディフューザ構造（図示せず）を介してガスが生物反応器６１０に拡散される。時間Ｔ１及びＴ２は、とりわけ、水中の浮遊物質の混合と、エンクロージャの壁を十分にこすることと、生物反応器内に沈殿するスラッジのバランスを提供するように決定される。自明であるように、Ｔ１及びＴ２は、システム作動中に、必要に応じて変わり、この変化は、コントローラによって制御することができる。

図１３は、流量計「ＦＩ」モジュールを示す図であり、このモジュールによって、水源からシステムへの水量をモニタすることができる。また、品質計「ＱＩ」モジュールが示されており、これは、生物反応器６１０から出てゆく処理水の品質を検出する一またはそれ以上のセンサを具える。このセンサは、上述したように、アンモニウムイオン濃度、ＣＯＤ濃度、酸化還元電位（ＯＲＰ）、濁度、などのいずれかを表すパラメータを含むコントローラデータを提供する。コントローラは、このデータを受け取って、少なくともＴ１及びＴ２のいずれかを、排水の品質における減少の表示に応じて、例えば、Ｔ１を増やして、及び／又は、Ｔ２を減らすなど、変化させるように構成されている。

さらに、図１３には、コントローラで示す開構造又は閉構造にある値と、いくつかの実施例では、ブロワＧＢの動作時に閉じるバルブが示されている。

最後に上記に加えて、本開示は、水処理中の水のエアレーションスケジュールを決定する方法を提供しており、この方法は、水質に関するデータを受け取るステップと、このデータに応じてガス拡散／放出スケジュールを変更するステップとを具える。いくつかの実施例では、このデータを、ここに開示した種類の品質計から受け取る。いくつかの実施例では、エアレーションスケジュールが、ここに開示した種類のガス拡散構造からのエアレーション時間を含む。

Claims (49)

1. ガス取入口と、二つの垂直壁を具える少なくとも一の細長ガスエンクロージャであって、少なくとも一の垂直壁が、水対向側部とガス対向側部を有する水不透過ガス透過性メンブレンを具え、前記二つの垂直壁が前記エンクロージャの外側の水と、当該エンクロージャの内側のガスの間を隔てており、前記ガスエンクロージャが巻き付けたあるいは折りたたんだ構造であり、これによって、巻いた水平経路と、前記エンクロージャの対向する水対向側部間に一またはそれ以上の水処理スペースとを規定している、ガスエンクロージャと；
   前記一またはそれ以上の水処理スペース内へガス流を導入するように構成されたガスディフューザを具えるディフューザ構造と；
   を具えることを特徴とする水処理モジュール。
2. 請求項１に記載のモジュールにおいて、前記巻いたエンクロージャが、前記水と連通するように構成された一またはそれ以上の細長水処理スペースを規定していることを特徴とするモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のモジュールにおいて、前記ガスデフューザが、前記一またはそれ以上の水処理スペースの下に位置するガス放出開口を具えることを特徴とするモジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記細長ガスエンクロージャ内に配置され、前記二つの垂直壁の対向するガス対向側部間の第１の最小距離を維持するように構成した一またはそれ以上の第１のスペーサ要素を具えることを特徴とするモジュール。
5. 請求項４に記載のモジュールにおいて、前記一またはそれ以上の第１のスペーサ要素が、対向するガス対応側部間の第１の最小距離を、約１ｍｍ乃至約２０ｍｍに維持するように構成されていることを特徴とするモジュール。
6. 請求項１ないし５に記載のモジュールにおいて、前記一またはそれ以上の水処理スペース内に配置され、前記対向する水対向側部間の第２の最小距離を維持する、一またはそれ以上の第２のスペーサ要素を具えることを特徴とするモジュール。
7. 請求項６に記載のモジュールにおいて、前記一またはそれ以上の第２のスペーサ要素が、厚さ１ｍｍないし２０ｍｍであることを特徴とするモジュール。
8. 請求項４ないし７のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記一またはそれ以上のスペーサ要素がグリッド形状であることを特徴とするモジュール。
9. 請求項４ないし７のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記一またはそれ以上のスペーサ要素が、前記垂直壁の少なくとも一つに一体的に形成されていることを特徴とするモジュール。
10. 請求項８に記載のモジュールにおいて、前記スペーサ要素が、前記少なくとも一つの垂直壁の隣接部として構成されていることを特徴とするモジュール。
11. 請求項１０に記載のモジュールにおいて、前記隣接部が、レール、ディンプル、波型、フック状突出部、あるいはこれらの組み合わせの形であることを特徴とするモジュール。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記二つの垂直壁が、細長スリーブ内に一体的に形成されていることを特徴とするモジュール。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記エンクロージャがスパイラルに巻かれていることを特徴とするモジュール。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記エンクロージャが折りたたまれており、前後の経路を規定していることを特徴とするモジュール。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記水不透過ガス透過性メンブレンの水対向側部が、前記水対向側部上の生体膜の成長を支援する物質を含むことを特徴とするモジュール。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記ディフューザが、前記水処理スペースにガスバブルを放出するガス開口を具えることを特徴とするモジュール。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記ディフューザ構造が、前記ガスエンクロージャの下に第２の細長エアレーションエンクロージャとして形成されていることを特徴とするモジュール。
18. 請求項１７に記載のモジュールにおいて、前記エアレーションエンクロージャが前記ガスエンクロージャと一体的に形成されていることを特徴とするモジュール。
19. ディフューザ構造であって、
    第１のほぼ垂直な導管と、第２のほぼ垂直な導管と、ガス／液体チャンバと、を有する少なくとも一のガスディフューザを具え；
    前記第１の導管が、その上端において一またはそれ以上のガス開口と気体連通しているとともに、底部において第２の導管と流体連通しており；
    前記第２の導管が、その上端において前記ガス／液体チャンバと流体連通しており；
    前記ガス／液体チャンバが密封した上端を有し、前記チャンバの外に液体を動かすのに十分な圧力でガス源と気体連通しており、底部において液体源へ少なくとも一の開口を有している；
    ことを特徴とするディフューザ構造。
20. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、請求項１９に記載のディフューザ構造を具えることを特徴とするモジュール。
21. 請求項２０に記載のモジュールにおいて、前記液体源が水であることを特徴とするモジュール。
22. 請求項２０又は２１に記載のモジュールにおいて、前記ディフューザが前記細長ガスエンクロージャの底部に一体的に形成されていることを特徴とするモジュール。
23. 請求項１乃至１８、２０、及び２１のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記ガスエンクロージャ内のガスが、空気、少なくとも酸素を含むガス、少なくともメタンを含むガスから選択されることを特徴とするモジュール。
24. 請求項１乃至１８及び２０ないし２２のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記エンクロージャの少なくとも上側部分又は底側部分に接続され、水中に沈んだ時に意図的に巻いた水平経路構造内に前記エンクロージャを維持するように構成された支持構造を具えることを特徴とするモジュール。
25. 請求項１乃至１８及び２０乃至２４のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、上に順に重ねた二またはそれ以上の細長ガスエンクロージャを具えることを特徴とするモジュール。
26. 請求項１乃至１８及び２０乃至２５のいずれか１項に記載のモジュールにおいて、前記巻き構造がスパイラルであり、前記モジュールが前記水を受けて、前記一またはそれ以上の水処理スペース内に水を導くように構成された中央垂直チューブを具えることを特徴とするモジュール。
27. 供給水取入口と処理水出口とを有する水処理タンクと、請求項１乃至１８及び請求項２０乃至２６のいずれか１項に記載の一またはそれ以上のモジュールとを具えることを特徴とする生物反応器。
28. 請求項２７に記載の生物反応器において、前記処理タンクが、個体放出出口を具えることを特徴とする生物反応器。
29. 請求項２７又は２８に記載の生物反応器において、処理水を受けるとともに、前記処理水から浮遊個体を除去する分離タンクを具えることを特徴とする生物反応器。
30. 請求項２７ないし２９のいずれか１項に記載の生物反応器において、前記処理タンクの上側部分に、実質的に浮遊個体を含まない処理水を受けて、当該処理水を処理水出口に連通させるように構成した水堰を具えることを特徴とする生物反応器。
31. 請求項２７ないし３０のいずれか１項に記載の生物反応器において、前記タンク内の水の品質を表す一またはそれ以上の処理パラメータを検出する少なくとも一のセンサを具えることを特徴とする生物反応器。
32. 請求項２７ないし３１のいずれか１項に記載の一またはそれ以上の生物反応器と、当該一またはそれ以上の生物反応器の動作を制御するコントローラとを具えることを特徴とするシステム。
33. 請求項２１に記載のシステムにおいて、直列に内部接続された２またはそれ以上の生物反応器であって、一の生物反応器外を流れる処理水が、前記直列に接続された順次のモジュールへ送り込まれる水であることを特徴とするシステム。
34. 請求項３２又は３３に記載のシステムにおいて、一またはそれ以上の生物反応器が並列に内部接続されていることを特徴とするシステム。
35. 請求項３２乃至３４のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記コントローラが前記少なくとも一のセンサからのデータを受け取って、当該データに基づいて、前記一またはそれ以上の生物反応器の、供給水取入口、ガス取入口、ディフューザ、処理水出口、個体放出出口の少なくとも一つの動作を制御するように構成されていることを特徴とするシステム。
36. 請求項３２乃至３５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、前記少なくとも一のセンサから受け取った少なくとも一のパラメータに基づいてディフューザ構造の動作を制御することを特徴とするシステム。
37. 水処理の方法において：
    請求項２７乃至３１のいずれか１項に記載の生物反応器の一またはそれ以上の水処理スペース内に水を導入するステップと；
    前記少なくとも一の細長ガスエンクロージャ内に水処理ガスを導入するステップと；
    前記ディフューザ構造内にガスを導入して、前記一またはそれ以上の水処理スペースへガス流を放出させるステップと；
    処理水を回収するステップと；
    を具えることを特徴とする方法。
38. 請求項３７に記載の方法において、前記水処理ガスが空気、酸素含有ガス、あるいはメタン含有ガスであることを特徴とする方法。
39. 請求項３７に記載の方法において、前記水が有機物質及び／又はアンモニア化合物を含んでおり、前記水処理ガスが酸素含有ガスであることを特徴とする方法。
40. 請求項３７に記載の方法において、前記水が窒素−酸化物含有化合物を含んでおり、前記水処理ガスがメタンを含んでいることを特徴とする方法。
41. 請求項３７乃至４０のいずれか１項に記載の方法において、前記ディフューザ構造を前記水処理スペース内へガスを連続的あるいは間欠的に導入するように動作させるステップを具えることを特徴とする方法。
42. 請求項４１に記載の方法において、前記導入したガスが、個別バブルの形であることを特徴とする方法。
43. 請求項３７乃至４２のいずれか１項に記載の方法において、連続して（ｉ）水を生物反応器に導入するステップと；（ｉｉ）処理水を回収するステップと；を具えることを特徴とする方法。
44. 請求項３７乃至４３のいずれか１項に記載の方法において、処理水を周期的に放出するステップを具えることを特徴とする方法。
45. 請求項４４に記載の方法において、処理水の放出時にディフューザ構造の動作を停止するステップを具えることを特徴とする方法。
46. 請求項３７乃至４５のいずれか１項に記載の方法において、
    処理水からの個体を分離して、当該個体の少なくとも一部を前記処理タンクに循環させるステップと；
    前記処理タンクの上側位置から処理水の少なくとも一部を放出すステップ；
    のいずれか一つを具えることを特徴とする方法。
47. 請求項４６に記載の方法において、処理水からの個体の分離が、前記処理タンクの外側で行われることを特徴とする方法。
48. 請求項４６に記載の方法において、処理水からの個体の分離が、前記処理タンク内で行われることを特徴とする方法。
49. 請求項３７乃至４８のいずれか１項に記載の方法において、前記処理水の品質を表すデータを受け取るステップと、当該データに基づいて少なくとも前記ディフューザ構造の動作を制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
    

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