JP7614121B2 - 液体から廃棄物を除去するシステムおよび手法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照:
本出願は、２０１９年７月４日に出願された米国仮特許出願第６２／８７０，７５５号の
関連出願であり、上記特許出願の内容全体を参照により本明細書に援用する。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載：

適用なし
シーケンスリスト、表、コンパクトディスク等によるプログラムリストなどの提出材料の
参照による援用

適用なし
発明の背景：

技術分野：

ここで開示する液体処理システムとその手法は、加圧浮上法を使用している。ある実施
形態では、加圧浮上法の使用に際してナノバブルを使用する。別の実施形態では処理シス
テムは水面に浮かぶ形態である。

背景：

第三世界のようなプラスチックのゴミを適切に処分・リサイクルするためのインフラが
整っていない場所から大量に排出されるプラスチックゴミを長年に渡り適切に処理しなか
ったことにより、世界の海、湖、河川、湾は、石油製品やゴミなどの廃棄物などにより汚
染され続けている。その結果１億トンを超えるプラスチックのゴミ（廃棄物）が、世界中
の海、湖、港、湾、川に漂っている。水面を漂うプラスチックゴミ、釣具などの廃棄物は
海の環流に集まっている。そうしたプラスチックゴミは、太陽の紫外線にさらされて徐々
に光分解する結果、小さなプラスチックの破片に分解され、それがマイクロプラスチック
と呼ばれる粒子状の大きさになって、それを魚などの生物が摂取することになる。マイク
ロプラスチックの粒子は毒素を含んでおり、地球上で最大のエコシステムである海洋生物
や魚の生態系に悪影響を与える。大きなプラスチックゴミは魚や鯨の個体数に影響を与え
ている。こうしたプラスチックゴミは世界中の陸地や、海岸や、ビーチを漂い、海洋生態
系やそれに関係するエコシステムのサステナビリティにも影響を与えている。

過去１０年間、マイクロプラスチックを効率的に除去することはできなかったものの、
水面を漂うゴミやプラスチックの廃棄物を漁業用の網を使用して除去する試みがあった。
例えば、大きな防材を部分的に固定したうえで、風や海流で動かして、漁業用の網をプラ
スチックゴミを囲い込む方法があった。この時マイクロプラスチックのゴミは、プラスチ
ックゴミを吊り上げる際に網から漏れてしまうことが、本発明の意義とアプローチが生ま
れた理由である。必要な速度で運用することができない点や、セルフクリーニングプロセ
スが欠けていることから、この網を使ったプラスチックゴミの回収方法は効果的ではない
といえる。この理由は、網に設置された防材が「受動的」なフィルタ（ろ過装置）に過ぎ
ないため、ゴミなどを「囲い込む」だけだからである。その後、マイクロプラスチックは
漁船でプラスチックゴミを取り除く際に、共に取り除かれる。使用されている網は回収し
たマイクロプラスチックよりも隙間が大きいため、海洋上にプラスチックゴミが残ってし
まう。このタイプの網は人間が制御することができず、世界の海洋のサステナビリティに
対する脅威の対策として必要とされる大規模な除去を実現することができない。

よく知られている先行技術は、水面を漂うプラスチックゴミなどを対象にして、水面を
すくうだけのものである。海洋のプラスチックとマイクロプラスチックは、表面から約５
メートル、または１５フィートの深さまで存在することが多くの研究を通じて証明されて
いる。

２０１９年１０月１５日に開催された海洋マイクロプラスチックに関するウッズホール
海洋研究所の会議で、高田秀重博士は約１．０ｍｍ以下のマイクロプラスチックを除去す
ることが、海洋プラスチック除去率を高め、さらにサブミクロンに分解することを防止す
るために最も効果的であると述べている。さらにサブミクロンやナノ粒子のレベルでマイ
クロプラスチックを除去することは、海洋のプラスチック回収の目標を縮小することにな
り、顕微鏡的な視点では海洋生物に悪影響を与えることになる。

発明の要約：
以下に記載する要約は、下記の発明の詳細で説明するコンセプトのいくつかを紹介する
ものに過ぎない。本要約は包括的なものではなく、また明細書の最後に記載する特許請求
の範囲を正確に表現することを意図したものではない。

ある実施形態では、水処理システムと手法が、多胴船に取り付けられた濾過システムで
構成されているものがある。このシステムは、海や、湖や、港や湾の水面を漂う廃棄物や
マイクロプラスチックを除去するものである。

ここで開示する処理システムと手法の利点の一つとして、ナノバブルを多胴船の間で運
用する加圧浮上プロセスに使用することにより、海洋ゴミやマイクロプラスチックを継続
的に除去できることが挙げられる。本発明は、既知の先行技術では解決できなかった、水
域からの継続的なマイクロプラスチックの除去の問題を解決するものである。いくつかの
実施形態では、水面の廃棄物や海洋ゴミを継続的に除去することができる。いくつかの実
施形態では、約２５．０ミリ以下のマイクロプラステイックの除去が可能であり、ある実
施形態では２．０ミリ以下のものも可能であり、ある実施形態では１．０ミリ以下のもの
も可能である。この処理システムの実施形態は、より大きな廃棄物やゴミにも対応できる
。

水処理システムのいくつかの形態では、３？５ノット以上の速度でマイクロプラスチッ
クを除去するプロセスを運用することができるほか、セルフクリーニング濾過・除去シス
テムも制御もしくは自動で運用することができる。ナノバブルを加圧浮上プロセスに使う
セルフクリーニング濾過システムにより、５メートル以下のマイクロプラスチックの除去
も可能であり、加圧浮上法で使用するマニホールドの深さは船舶の速度に合わせて任意の
深さにすることができる。

ナノバブルの相対的なサイズは、４０？２００ナノメートル（ｎｍ）の程度が可能であ
る。ナノバブルは拡散させるとヒドロキシルラジカルＯＨ－を拡散して負の電荷を帯びる
ことが知られている。負の帯電により、ナノバブルは正に帯電したマイクロプラスチック
などの粒子に引き付けられて付着するか、ナノバブル同士が結合してナノバブルに付着し
た他の廃棄物と固まる。このナノバブルの引力と凝固のプロセスは廃棄物とナノバブルが
凝固及び凝析することにより浮力が上がるまで続く。その結果、マイクロプラスティック
が水面に浮き上がり、加圧浮上法によるマイクロプラスチックの高い除去率が実現する。
このようにマイクロプラスチックを浮上させるのだが、ポリマーや、凝固剤や、界面活性
剤などの化学物質を使用しないため、運用コストの大幅な削減につながる。ナノバブルを
注入する加圧浮上法のプロセスは、従来の加圧浮上システムに必要な流量と圧力に比べて
わずかな流量に抑えることができ、リサイクルポンプの再循環流量を大幅に削減できるこ
とから、電力消費を最小限に抑えることができる。

ナノバブルとプラスチック粒子が凝固したものは、泡となって水面に浮かび、一つまた
は複数のスキマー（網じゃくし）により除去される。別の方法としては、バンドスクリー
ンやドラムスクリーンを使用して除去する方法もある。好ましい手法としては、バンドス
クリーンやドラムスクリーンと共にスキマー（網じゃくし）を使用して、マイクロプラス
チックの最も高い除去効率を達成することである。

ある実施形態では、より大きな泡を拡散してより大きな泡の塊や、フローティングブラ
ンケットにして、泡と浮上の割合を高めてより多くの廃棄物やマイクロプラスティックを
水面に浮上させるための手法として加圧浮上法を用いるものがある。より大きな泡の濃度
を調節できるため、廃棄物やナノバブルの凝縮したものの浮上率を制御することができる
。大きな泡のブランケットの浮上率を制御できることにより、廃棄物やナノバブルの凝縮
したものの除去率を向上させることができ、ろ過する船舶の速度も上げることができる。
そのためマイクロプラスチック粒子の除去と海洋ゴミの除去の効率性を最大に高めること
ができる。

いくつかの実施形態ではある実施形態では、多胴船は複数のチャネルを有しており、そ
のチャネルが加圧浮上法の処理エリアになっている。ここはセルフスクリーニングで除去
できなかった廃棄物を浮上させるために使用する。本発明のこの態様では、加圧浮上で使
用するスキマーの一つまたは複数のカセットは、船体内のチャンネルの空間または多胴船
の間に形成されたチャネル内で使用される。この船体内もしくは多胴船の間のろ過装置は
、船体に対して並行に縦方向の平面に、もしくは底が平らな船（ポンツーン）の横の船体
を構成するように複数のパーティション壁が設置される。

ある実施形態では、複数のフローティングスキマーカセットがポンツーンに設置され、
船体内または多胴船の間に設置されるチャネル内で運用されるものもある。この実施形態
の利点は、濾過する運用速度を向上させることができる点である。これにより、廃棄物で
溢れる水辺からより大量にマイクロプラスチックを除去できることにつながる。船体内の
加圧浮上プロセスでは、複数のポンプや、従来の加圧浮上法で使用する部品や、内部の余
計な配管やバルブを除去することができることから、濾過の運用効率が上昇する。この船
体内の加圧浮上プロセスでは、船体の一つまたは複数のデッキに加圧浮上システムを設置
・運用することにより、コストを劇的に下げることが可能である。加圧浮上で使用するス
キマーカセットは、検査や、メンテナンスや、船舶の速度を上げる際に水面から上げるメ
カニズムを備えている。

いくつかの実施形態では、セルフクリーニングバンドスクリーンまたはドラムスクリー
ンのフローは、ナノバブルを使用した加圧浮上プロセスの下流に位置する。これにより約
２５．０ミリ以下の廃棄物を確実に除去することが可能であり、ある実施形態では２．０
ミリ以下のものも可能であり、ある実施形態では１．０ミリ以下のものも可能である。

ある実施形態では、水の流れから廃棄物を除去する処理システムが、チャネルと深さで形成される処理エリア、処理エリアの入口から出口に水の流れを導くように構成された一つまたは複数のチャネルガイドで形成されるチャネル、正電荷を持つ廃棄物を含んだ水の流れ、所定の流動深まで沈むように構成されたナノバブルディフューザシステム、処理エリアの底を決める深さ、負の電荷をもつ複数のナノバブルを拡散するように構成されたナノバブルディフューザシステムで、ナノバブルが廃棄物と共に凝縮して処理エリアの流れの水面（液体の流れの表面、ともいう）に浮上するもの、水の流れからナノバブルと廃棄物が凝集したものを除去するように構成されたスキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう。以下同様）で、流れの中の廃棄物の量が処理エリアの入口よりも出口の方が低下しているもの。ある実施形態では、水の流れがより大きな水源（海又は湖のような、より大きな液体源ともいう。以下同様）から流れており、チャネルガイドとナノバブルディフューザシステムがより大きな水源に浮かぶ船舶に取り付けられているもの。別の実施形態では、水の流れがより大きな水源からチャネルを通じて流れており、そのチャネルがより大きな水源のチャネルの動きによって定義されるもの、またスキマーカセットアセンブリの位置がナノバブルディフューザシステムに対して相対的に決まり、そのシステムがナノバブルの浮上率、チャネルの水の流れの速度と深さにより決まるものがある。別の実施形態では、当該処理システムがナノバブルディフューザシステムからの流れの中・下流方向または処理エリアの底付近に設置される、より大きな泡（ナノサイズより大きな泡である、より大きな泡、ともいう。以下同様）の拡散システムや、そのより大きな泡の拡散システムが流れの中で複数のより大きな泡を拡散するように構成されるものもある。この時複数のより大きな泡が、フローティングブランケット（より大きな泡が一面に広がった状態を意味する）を形成してナノバブルと廃棄物の浮上率を上げる。別の実施形態では、スキマーカセットアセンブリとナノバブルディフューザシステムの間隔が、ナノバブルと廃棄物の浮上率を元にするものもある。ある実施形態では、スキマーカセットアセンブリがスキマードライブに取り付けられたスキマーブレード（水面凝集物すくいとりのための、進行方向に対し横向きの複数の刃を備えたベルト様物、ともいう）から構成されるものがある。この時スキマードライブは水の流れに応じてスキマーブレードを動かすように構成される。またこのスキマーブレードは奥まで（深い位置で、若しくは、スキミング（すくう）深さで、ともいう。以下同様）すくえるように流れの表面から一定の深さまで伸びている。これにより流体中のナノバブルと廃棄物が一定の深さで確実に凝縮し、廃棄物が流体の流れとは逆の方向に移動する。別の実施形態では、スキマーカセットアセンブリは、表面が傾斜したスキマービーチ（注： ｓｋｉｍｍｅｒ ｂｅａｃｈ）アセンブリ（すくい上げられた廃棄物の水からの引き上げ用具、ともいう。以下同様）から構成されるものもある。これにより廃棄物が傾斜部分を通ることにより流体の流れから出ることになる。別の実施形態では、スキマーアセンブリが傾斜したビーチ（スキマービーチアセンブリ）の表面にアウグルチャネル（注： ａｕｇｕｒ ｃｈａｎｎｅｌ）（アウグルにある溝の意味、単に、くぼみ形状の溝、ともいう）を有するものもある。これにより廃棄物が傾斜したビーチの表面を通ることにより、アウグルチャネルに堆積することになる。この時アウグルチャネルにアウグルが設置され、廃棄物をチャネルから除去する。また波を抑制するためのエッジがスキマービーチアセンブリに取り付けられ、これにより処理エリアの乱流を抑制する。

ある実施形態では、本処理システムがさらに水の流れの中の複数の大きな廃棄物を対象
にして、１つまたは複数のゴミのスクリーンをナノバブルディフューザーシステムの上流
方向に配置したものもある。この１つまたは複数のゴミのスクリーンにより水の流れから
大きな廃棄物を除去できる。さらに、１つまたは複数のバンドスクリーンまたはドラムス
クリーンをナノバブルディフューザーシステムの下流方向に配置することにより、水の流
れからさらに廃棄物を除去できる。

ある実施形態では、処理エリアのチャネルの幅と深さにおける水の流れの体積流量は毎
秒約１立方メートルよりも大きく、また処理エリア出口における水の流れの中の廃棄物の
量は、処理エリア入口における水の流れの中の廃棄物の量に比べて少なくとも５０％少な
い。ある実施形態では、処理エリアの深さは約５メートルである。ある実施形態では、廃
棄物は２５．０ ｍｍ以下の大きさのマイクロプラスチックを含む。

ある実施形態では、処理エリアのチャネルの幅と深さ１メートルにおける水の流れの体
積流量は毎秒約３立方メートル以上である。また廃棄物は２５．０ｍｍ以下の大きさのマ
イクロプラスチックを含む。また処理エリア出口における水の流れの中の廃棄物の量は、
処理エリア入口における水の流れの中の廃棄物の量に比べて少なくとも９０％少ない。あ
る実施形態では、処理エリアの深さは約５メートルである。ある実施形態では、廃棄物は
２５．０ ｍｍ以下の大きさのマイクロプラスチックを含む。

ある実施形態では、水の流れを濾過するための処理システムで使用するスキマーカセッ
トアセンブリは、スキマーブレードが一つまたは複数のスキマーカセットポンツーンと結
合しており、スキマーブレードが水面近くに位置している。また、スキマーブレードがス
キマードライブに設置されており、スキマードライブは水の流れに応じてスキマーブレー
ドを動かすように構成される。この時のスキマーブレードの動きは、水の流れに対して反
対の方向になる。またこのスキマーブレードは奥まですくえるように流れの表面から一定
の深さまで伸びている。これにより流体中のナノバブルと廃棄物が一定の深さで確実に凝
縮し、廃棄物が水の流れとは逆の方向に移動する。別の実施形態では、スキマーカセット
アセンブリが表面が傾斜したスキマービーチ（注： ｓｋｉｍｍｅｒ ｂｅａｃｈ）アセ
ンブリから構成されるものもある。これにより廃棄物が傾斜部分を通ることにより流体の
流れから出ることになる。別の実施形態では、スキマーアセンブリが傾斜したビーチの表
面にアウグルチャネル（注： ａｕｇｕｒ ｃｈａｎｎｅｌ）を有するものもある。これ
により廃棄物が傾斜したビーチの表面を通ることにより、アウグルチャネルに堆積するこ
とになる。この時アウグルチャネルにアウグルが設置され、廃棄物をチャネルから除去す
る。また波を抑制するためのエッジがスキマービーチアセンブリに取り付けられ、これに
より処理エリアの乱流を抑制する。

ある実施形態では、水の流れから廃棄物を除去するための水処理システムが、チャネル
の幅、深さ、長さから形成される処理エリアで構成されるものがある。 このチャネルの
幅は処理エリアの入り口から出口に水の流れを導くように構成された一つまたは複数のチ
ャネルガイドで形成される。また所定の流動深まで沈むように構成されたナノバブルディ
フューザーシステムを備えている。さらに深さは処理エリアの底を定義しており、スキマ
ーカセットアセンブリは処理エリアの入り口付近に設置され、処理エリアの長さを決めて
いるものがある。さらに、正電荷を持つ廃棄物を含んだ水の流れや、負の電荷をもつ複数
のナノバブルを拡散するように構成されたナノバブルディフューザーシステムで、ナノバ
ブルが廃棄物と共に凝縮して処理エリアの流れの水面に浮上するものや、水の流れからナ
ノバブルと廃棄物が凝集したものを除去するように構成されたスキマーカセットアセンブ
リで、流れの中の廃棄物の量が処理エリアの入り口よりも出口の方が低下しているものを
備えたものもある。ある実施形態では、スキマーカセットアセンブリの位置がナノバブル
ディフューザーシステムに対して相対的に決まり、その拡散システムがナノバブルの浮上
率、チャネルの水の流れの速度と深さにより決まるものがある。ある実施形態では、処理
エリアのチャネルの幅と深さにおける水の流れの体積流量は毎秒約１立方メートルよりも
大きいものがある。ある実施形態では、処理エリアのチャネルの幅と深さにおける水の流
れの体積流量は毎秒約３立方メートルよりも大きいものがある。ある実施形態では、処理
エリアのチャネルの幅と深さ１メートルにおける水の流れの体積流量は毎秒約１立方メー
トル以上であり、また廃棄物は２５．０ｍｍ以下の大きさのマイクロプラスチックを含む
。また処理エリア出口における水の流れの中の廃棄物の量は、処理エリア入口における水
の流れの中の廃棄物の量に比べて少なくとも５０％少ない。ある実施形態では、処理エリ
アのチャネルの幅と深さ１メートルにおける水の流れの体積流量は毎秒約３立方メートル
以上である。また廃棄物は２５．０ｍｍ以下の大きさのマイクロプラスチックを含む。ま
た処理エリア出口における水の流れの中の廃棄物の量は、処理エリア入口における水の流
れの中の廃棄物の量に比べて少なくとも９０％少ない。

ある実施形態では、濾過を行う船（フィルター船）が、２つ以上の船体から構成され、
それが一つ以上のチャネルを構成するものがあり、廃棄物で溢れた水域から廃棄物を除去
できる。このフィルター船は、空気のナノバブルを２つ以上の船体の間のチャネル内の水
の流れに拡散して、廃棄物とマイクロバブルを結合させ、集積するように構成されたナノ
バブルディフューザーシステムから構成される。ここでは２つ以上の船体が一つ以上のチ
ャネルを形成し、より大きな泡の拡散システムがナノバブルディフューザーシステムの下
流で、より大きな泡のブランケットを拡散し、ナノバブルと廃棄物が集積したものの浮上
率を上げるように構成される。より大きな泡のブランケットのナノバブルと廃棄物が集積
したものを拡散する割合を制御することにより、ナノバブルと廃棄物が集積したものの浮
上率を制御することが可能である。ある実施形態では、フィルター船は、一つ以上のチャ
ネル内に設置される一つ以上のフローティングスキマーカセットアセンブリから構成され
る。この一つ以上のフローティングスキマーカセットアセンブリは、ナノバブルディフュ
ーザーシステムの下流に設置される。各フローティングスキマーカセットアセンブリは以
下から構成される： 一つ以上のチェーン上に取り付けられたスキマーブレードで、その
チェーンが水面から汚染物質をすくい取るための回転運動性を備えているもの。フローテ
ィングスキマーカセットアセンブリの支持構造に取り付けられ、１つ以上のフローティン
グスキマーカセットアセンブリを水面に浮かせるように構成された１つまたはそれ以上の
ポンツーン。すくいあげた廃棄物を受け取って、水から引き揚げるスキマービーチ、流入
する水の波を抑え、処理エリアを静かな状態に保ち、浮揚させるために、スキマービーチ
の前縁に設置された波を抑制するエッジ。

ある実施形態では、廃棄物は２５．０ ｍｍ以下のマイクロプラスチックを含み、それ
以外の廃棄物は２５．０ ｍｍ以上のものを含む。液体は水性の液体を含む。

ある実施形態では、廃棄物は２．０ ｍｍ以下のマイクロプラスチックを含み、液体は
水性の液体を含む。

本明細書で開示する技術の利点、目的、特徴は、添付の図面及び実施形態と合わせてよ
り理解を深めることができる。

本発明の上記および他の利点や特徴についてよりよく理解するために、特定の実施形態
とそれに関する図面を添付し、本発明についてより具体的な説明を行う。なお、ここで紹
介する図面は本発明の典型的な実施形態を示したものであり、特許請求の範囲を制限する
意図はないことをご理解いただきたい。音楽面について以下の添付の図面を使い、また具
体例や詳細を紹介する

添付の図面と合わせて以下の詳細を参照することにより、ここで開示する手法や装置に
ついてよりよく理解することができる。

船舶の右舷の投影図の概略を示したものである。ここではセルフクリーニングゴミスクリーン３、フローティングスキマーカセット１６を備えた船体内の加圧浮揚プロセス、流水式のバンドスクリーン５０のプロセスが示してある。

図１Ａの実施形態の一部を切り取ったものである。

フィルター船のメインデッキと、ポンツーン２４またはパーティション２３の間に設置した１次濾過プロセスに使用するセルフクリーニングゴミスクリーン３の概略を示した平面図である。このゴミスクリーンはコンベヤー５、１０、ゴミの圧縮／ベーラー（束ねる機械）・押出機１３、コンテナ１５、デッキクレーン７などと共に使用する。

フィルター船のデッキ下断面の平面図である。ここではセルフクリーニングスクリーンや、フローティングスキマー１６を、ナノバブル拡散マニホールド１８、より大きな泡の拡散マニホールド２２、流水式バンドスクリーン５０などを備えたチャネルが示されている。

フィルター船の船首の水平断面の投影図を示したものである。ここでは多胴船の船体の間にできたチャネル、またはポンツーン２４、またはパーティション２３に設置された、フローティングスキマーカセット１６を示したセルフクリーニングファインスクリーンの他、流水式バンドフィルター５０、ナノバブル拡散マニホールド１８、より大きな泡の拡散マニホールド２２が示されている。

図５Ａは浮揚ポンツーン２５とスキマーブレード２６を備えたフローティングスキマーカセット１６の正面図を示したものである。図５Ｂは、浮揚ポンツーン２５とスキマーブレード２６を備えたフローティングスキマーカセット１６の側面図を示したものである。

フローティングスキマーカセットアセンブリ１６の引き揚げのメカニズムを示したものである。

スキマービーチとアウグルのハウジング１７の概略図を示したものである。

フィルター船の立体図を示したものである。ここではセルフクリーニングゴミスクリーン３、デッキクレーン７、ボウクレーン（ｂｏｗ ｃｒａｎｅ：装入クレーン）８、水生生物防止システム１、２などが示してある。

加圧浮上法を使用したある実施形態におけるナノバブル、より大きな泡、廃棄物の相互作用を示したものである。

ナノバブルのサイズを、マイクロバブルや微細な泡と比較した例である。

水中のマイクロプラスチックのような廃棄物に対するナノバブルの表面荷電の引力を示したものである。

処理システムの実施形態における処理エリアの例を示したものである。

図１２Ｂおよび１２Ｃは、流量（チャネルの流れ）、浮上率、深さ、幅、処理（浮揚）エリアの長さの関係の例を示したものである。

典型的な処理（浮揚）エリアと、処理エリアの異なる長さや処理量における流量の変化の影響を示したものである。

図１３Ａおよび１３Ｂは、泡の浮上速度を０．２５ ｍ／秒とした際の、流れの速さと処理（浮揚）エリアの長さと深さの関連性について示したものである。

図１４Ａおよび１４Ｂは、泡の浮上速度を０．４ｍ／秒とした際の、流れの速さと処理（浮揚）エリアの長さと深さの関連性について示したものである。

図１５Ａ－１５Ｂは、泡の浮上速度を０．２５ｍ／秒とした際の廃棄物の除去効率を、様々なチャネルの流れの速度や深さで示したものである。

図１５Ｃ－１５Ｄはは、泡の浮上速度を０．２５ｍ／秒とした際の廃棄物の除去効率を、様々なチャネルの流れの速度や深さで示したものである。

図１６Ａおよび１６Ｂは、泡の浮上速度を０．４ｍ／秒とした際の廃棄物の除去効率を、様々なチャネルの流れの速度や深さで示したものである。

図１７Ａ－１７Ｃは、水処理システムの実施形態例における様々な流れの速度での除去効率を示したものである。

発明の詳細な説明：
水の流れから廃棄物を除去するシステムと手法について、添付の図面と共に詳細を説明
する。ここでは水からマイクロプラスチックなどの廃棄物を除去する処理システムに焦点
を合わせて説明するが、本システム及び手法はこれ以外にも幅広い用途があることをご理
解いただきたい。例えばここで説明する処理システムは、油やグリースなどの液体の汚染
についても利用することができる。ここでは特定の例示的な実施形態について紹介してい
るが、当該事業者であればその変形や修正形を簡単に思いつくことができ、そうしたもの
も本発明の範囲内に入ることを意図している。

液体から廃棄物を除去する処理システムの例示的な実施形態は、物理的に液体を処理す
るエリアに関する手法、泡をその処理するエリアに拡散する手法、泡によって廃棄物を除
去する手法、そして処理エリアの水面近くに浮上させる手法から構成される。実際に処理
システムを水の流れに対して使う実施形態では、処理エリアの出口における水の中の廃棄
物の量は、処理エリアの入り口に比べて少なくなっている。

水の処理エリアを定義する手法は、一切の物理的なものが可能であり、または処理エリ
アを定義するベンチマークを使用する方法でも可能である。ある実施形態では、水の処理
エリアを定義する手法は、液体内に処理要素を配置するものがある。例えば液体内に泡の
拡散装置を設置することにより、処理エリアを定義することができるほか、泡の拡散装置
によって影響受ける液体のエリアを処理エリアと定義することができる。ある実施形態で
は、処理エリアは液体の流れるチャネルと、泡の拡散装置の深さによって定義される。あ
る実施形態では、このチャネルは処理エリアの入り口から出口に水の流れを導くように構
成された一つまたは複数のチャネルガイドで形成される。

泡を拡散させる手法は、液体に泡を注入する手法から構成される。ある実施形態では処
理エリアの液体に泡を注入する手法は、水や汚染水の処理施設で一般的に使用される泡の
拡散システムや泡の拡散器である。ある実施形態では、バブルディフューザーは、負の電
荷をもつ複数のナノバブルを液体の流れに拡散するように構成されたナノバブル拡散機で
ある。ここでナノバブルは正に帯電したマイクロプラスチックなどの粒子に引き付けられ
て付着し、処理エリアの水面に浮上する。本開示の処理システムを使用する場合は、プラ
ットフォームにバブルディフューザーを設置するための処方が必要になる。例えば泡の拡
散器を塩水でも使えるように構成する必要があるかもしれないし、水面に置いている船か
ら水中に沈めて使うように構成する必要がある場合もある

処理エリアで泡を使って水面近くに浮上させた廃棄物の除去処理は、すくいとる方法で
も、集める方法でも、水面から除去できる方法であればどのような方法でも構わない。あ
る実施形態では、フローティングスキマーカセットアセンブリのようなすくうシステムは
、水面近くに設置され、水面から廃棄物を物理的に除去するように構成されている。

図１Ａは、水面に浮かぶ船で構成される処理システム１００の実施形態例を示したもの
である。頭で示したように、この船は通常はディーの方向へ進み、船の下に水の流れを作
り出す。 船体２４は処理エリア側面を形成し、バブルディフューザーマニホールド１８
と２２は処理エリアの底に設置されエリアの深さを形成する。スキマーカセット１６は、
水面付近から廃棄物を捉えて状況をするように構成される

図ＩＢは、図１Ａの実施形態例をＡで切り取った詳細を示している。図ＩＢは、処理エ
リア、バブルディフューザー、スキマーの実施形態例を示したものである。

処理エリアは水が通るチャネルの深さ、幅、長さによって定義される。ここでは深さＤを
示しており、これは表面からバブルディフューザーのオリフィスまでの水の深さを表して
いる。ここにはナノバブルディフューザーのマニホールド１８が示されている。チャネル
の長さは、通常処理エリアへの液体の流入までの長さできまる。ここではナノバブルディ
フューザーのマニホールド１８からスキマー（ここでは示していない）の端部までの長さ
である。処理エリアの幅は、通常チャネルの幅によって決まり、そのチャネルの幅は船体
の間や分水機の間の幅によって決まる。

バブルディフューザーシステムは、ナノバブルディフューザーや他のサイズのバブルディ
フューザーの可能性もある。ナノバブルは複数のナノバブルディフューザーシステムによ
ってチャネルの液体に拡散されるか、水平に設置された一つまたはそれ以上のナノバブル
ディフューザーマニホールド１８により、ナノバブルが注入された水の流れを加圧浮上プ
ロセスで使用する方法もある。ナノバブルディフューザーマニホールド１８は、ブナニト
リル、ＥＰＤＭ、Ｖｉｔｏｎ？、純粋なゴムなどのエラストマーで構成されたダックビル
ディフューザーバルブと共に設置し、逆流することを防ぐ。ナノバブルは、ナノバブルデ
ィフューザーマニホールド１８にあけられた複数の非常に小さい穴を通って水流に拡散さ
れる。それ以外の手法として、例えばキャビテーションや、吸引ポンプや、吸引ハイシア
ーミキサーなども、ナノバブルを経済的に生成し、チャネルの水流に拡散できるものであ
れば構わない。マイクロバブルとより大きな空気の泡は、加圧浮上プロセスの下流の段階
で、マイクロバブルや、微細な泡や、バブルディフューザーによって拡散される。より大
きな泡のバブルディフューザー２２は、浮力を持った泡のフローティングブランケットを
生成し、廃棄物とナノバブルの集合体の浮上率を向上させる。

１つまたは複数のフローティングスキマーカセットアセンブリ１６は、ポンツーン２４の
間のチャネルや船体の間のチャネルに設置され、液体の流れの水面近くに浮くように設置
される。浮揚スキマーカセットアセンブリまたはフローティングスキマーカセットアセン
ブリ１６は、一つ以上のスキマーブレードが、一つまたは複数のスキマーカセットポンツ
ーンと結合している。この時スキマーブレードは液体の流れの水面近くに設置され、一般
的にはチャネル幅全体に広がっている。また、スキマーブレードがスキマードライブに設
置されており、スキマードライブは水の流れに応じてスキマーブレードを動かすように構
成される。この時のスキマーブレードの動きは、水の流れに対して反対の方向になる。ま
たこのスキマーブレードは奥まですくえるように流れの表面から一定の深さまで伸びてい
る。これにより流体中のナノバブルと廃棄物が一定の深さで確実に凝縮し、廃棄物が水の
流れとは逆の方向に移動する。ある実施形態では、フローティングスキマーカセットアセ
ンブリが、ＡＢＳ／ポリウレタン、アルミニウム、ステンレスなどの耐食性の素材で構築
したフローティングスキマーポンツーン上に浮いているものもある。スキマードライブは
チェーンドライブが使用でき、またスキマーブレードはそのチェーンドライブに水平に取
り付けることが可能である。その際各スキマーブレードは、チェーンドライブが水平にす
くう動きに対して直角に取り付けられる。スキマーチェーンドライブは様々な周波数駆動
が可能であり、それによりすくう作業の速度を最適化することができる。

フローティングスキマーカセットアセンブリは、海洋のプラスチック、マイクロプラス
チック、その他のゴミを、スキマービーチアウグルアセンブリ１７の傾斜したビーチに載
せることですくいあげるように構築されている。これにより余分な水を排水して、スキマ
ービーチアウグルアセンブリ１７内の水平のアウグルに固形物（廃棄物）を排出する。こ
こからさらにゴミ圧縮・押し出しユニット１３または渦巻上の圧縮装置に送り、スラッジ
（沈殿物）を除去する。

実際の運用では、図ＩＢに示す通り、この液体処理システム（単に処理システムともい
う）を使用した手法は、液体の流れを作り出して処理システムに送ることを含む。この液
体の流れは、大きな液体（水）の中を処理システム自体が動くことで作り出すこともでき
る。この液体の流れは処理エリアに送られ、浮上プロセスが施される。加圧浮上プロセス
は、最初に高濃度のナノバブルで飽和させる。ナノバブルディフューザーマニホールド１
８によって生成されたナノバブルは負に帯電し、正に帯電したマイクロプラスチックなど
の粒子に引き付けられて付着し、ナノバブルと廃棄物の集積を形作る。この集積（塊）は
、別のナノバブルと廃棄物の塊と集積してよりおおきな塊を作ると、浮力が上がり、マイ
クロプラスチックを水面に上昇させることになる。

その後、フローティングスキマーカセットアセンブリ１６により水面をすくい、除去さ
れる。次に、このフローティングスキマーカセットアセンブリ１６は、複数のスキマーブ
レードがチャネルの水の流れとは反対方向に動くことで、スキマービーチアウグルアセン
ブリ１７の傾斜したビーチに凝結したマイクロプラスチックを乗せて、すくいとる。その
後傾斜したビーチで脱水され、さらに脱水して運ぶためにスキマービーチアウグルアセン
ブリ１７に放出される。浮上した海洋プラスチックや、マイクロプラスチックやゴミをす
くい上げて、傾斜したビーチに乗せて余計な水を捨て、スキマービーチアウグルアセンブ
リ１７内の水平なアウグルに放出し、さらにゴミ圧縮・押し出しユニット１３または渦巻
上の圧縮装置に送り、スラッジ（沈殿物）を除去する

浮上の段階では、高濃度のマイクロバブルとより大きな泡がフローティングブランケッ
トを形成してナノバブルと廃棄物の浮上率を上げることにより、フローティングスキマー
カセット１６のすくいあげと除去の量を増やせるように構成される。フローティングのチ
ャネルの数、フローティングの段階、全体的なフローティングチャネルの長さは、フィル
ター船の動く速度に直接関連する。動く速度を速くしたい場合は、船の全長を長くして適
切な浮上率と除去効率を実現させる必要がある。

ナノバブルを水の流れに注入するアプローチは、エネルギーの消費も少なく、メンテナ
ンスの必要性も低い。

図１Ａに戻ると、処理システムと手法は液体の処理をさらに強化するための追加の構成
を考えることが可能である。図１Ａは、フィルター船の横の舷の投影図である。ここでは
多胴船の間またはポンツーン２４の間に設置されて一次濾過プロセスに使用されるセルフ
クリーニングゴミスクリーン３、セルフクリーニングファインスクリーン６を備えている
。多胴船はフィルター船として、セルフクリーニングスクリーンを設置するための一つま
たは複数のチャネルを提供し、濾過のプロセスを行う。セルフクリーニングスクリーンは
ゴミの多い水域に浮いているゴミやマイクロプラスチックを効果的に除去、濾過するよう
に設計されている。音や視覚を使った魚防止システムは、船首部分またはポンツーン２４
の喫水線の下に取り付けることができ、様々な海洋生物が濾過プロセスに入り込むことを
防止できる。音による魚の侵入防止システムは、船首から音波を出すとともに、様々な周
波数を使用する。音による魚の侵入防止システム１は、タイマーなどを使用して、所定の
範囲の周波数の音を繰り返し流し続ける。こうした設定は海洋生物の特徴や、音に対する
感動に基づき、使用者が自分で調整することが可能である。

高輝度の水中ＬＥＤライトを備えた視覚による魚の侵入防止システム２は、セルフクリー
ニングゴミスクリーン３を取り付けてある船の船首に取り付けることができる。魚の侵入
を防止する高輝度の水中ＬＥＤライトは、光信号の振動パターンをタイマーなどで繰り返
し、海洋生物の侵入を防止することができる。

複数の１次セルフクリーニングまたはセルフクリーニングゴミスクリーン３は、多胴船
の間に、もしくはポンツーン２４またはパーティションで形成されたチャネルの水流に対
して垂直になるように、かつチャネルの幅全体にまたがるようにフィルター船の船首の前
縁に取り付けられる。セルフクリーニングゴミスクリーン３は、垂直に設置された平行の
棒により取り付けられ、耐腐食素材を使用し、処理プロセスで遭遇する可能性のある力や
、大きな物体が衝突することによる衝撃に耐えるだけの強度を備えるように構築される

セルフクリーニングゴミスクリーン３は、水面に浮いているゴミや大きな物体の除去に
優れている。ゴミスクリーンは、上向きに動く熊手（レーキ）４や人の手により継続的に
清掃され、回収したゴミを持ち上げて、水平のコンベアー５に取り付けられたデッキに運
ぶ。熊手（レーキ）４を上げる速度は変速モーターにより調整が可能である。熊手（レー
キ）の速度はプラスチックの廃棄物の運搬に合わせて速度を調整することができるほか、
船の速度にも合わせることができる。

フィルター船のデッキに取り付けられた水平のコンベアー５は、任意の廃棄物を左舷側
または右舷側に運ぶことができ、処理を柔軟に行えるほか、廃棄物の脱水や圧縮の冗長性
を提供することができる。スクリーンされた（ふるいにかけられた）廃棄物は、傾斜した
コンベアー１０に運ばれて、廃棄物圧縮または排出装置１３のホッパー１２に排出され、
レストリクタープレートのメカニズム１４によりスクリーンされた（ふるいにかけられた
）廃棄物を圧縮する。その後、脱水された廃棄物は排出され、デッキクレーン７を使って
陸上のリサイクル施設に輸送するために、コンテナ１５、はしけ、スーパーサックに送ら
れる。

大型の浮遊物、魚網などは、装入クレーン８によりフィルター船のチャネルエリアで除
去される。クレーンはロボットアームなどを備えており、そのアームにはダイヤモンドブ
レードカッティング装置などが備え付けられている。

廃棄物の積み込みや粒子のサイズに合わせて複数の目の細かいセルフクリーニングスク
リーン６をセルフクリーニングゴミスクリーン３の後に設置することができる。目の細か
いセルフクリーニングスクリーン６は、多胴船の間に、もしくはポンツーン２４またはパ
ーティション２３で形成されたチャネルの幅全体にまたがるように設置される。この目の
細かいセルフクリーニングスクリーン６は、垂直に設置された平行の棒、穴の開いた金属
のシート、目の細かいウェッジワイヤメッシュのいずれかを使用して製造される。

目の細かいセルフクリーニングスクリーン６は、水中で作業を行うために必要となる耐腐
食素材を使用し、様々な船の速度における処理プロセスで遭遇する可能性のある力に耐え
る強度を備える素材で構築される

目の細かいセルフクリーニングスクリーン６は、垂直から０？９０度のさまざまな角度
で使用することが可能であり、これにより船舶の速度に合った適切な深さにしたり、定期
検査や、サービスや、メンテナンスや、高速移動時には水から完全に引き上げることもで
きる。

目の細かいセルフクリーニングスクリーン６は、スクリーンした（ふるいにかけた）廃棄
物を水平のアウグルまたはコンベアー５に排出し、それが傾斜したアウグル９に廃棄物を
運ぶ。アウグルには脱水のためのミシン目を最底部に備えることができる。廃棄物は廃棄
物圧縮または排出装置１３のホッパー１２に排出される。その後廃棄物は排出され、陸上
のリサイクル施設に輸送するために、コンテナ１５、ポリプロピレンのスーパーサック、
はしけなどに送られる。廃棄物や、コンテナ１５、はしけ、スーパーサックなどは、陸上
のドック、はしけ、船などに運ぶために、デッキクレーン７で運ばれる。

スクリーンされた水は、多胴船の間またはポンツーン２４の間に形成されたチャネルま
たは垂直のパーティションで形成された複数のチャネルを通じて目の細かいセルフクリー
ニングスクリーン６から流れ出す。波抑制装置は、スキマービーチアウグルアセンブリ１
７の前縁として設置することにより、加圧浮上プロセスに対する乱流などの波の影響を最
小限にすることができる。

図ＩＢで述べたように、バブルディフューザーシステムは加圧浮上プロセスを実現させ
るものである。ナノバブルは複数のナノバブルディフューザーまたは、ナノバブルディフ
ューザーマニホールド１８に水平に設置されたナノバブルを水に注入する方法によりチャ
ネル内の水に拡散される。ナノバブルディフューザーマニホールド１８により負に帯電し
たナノバブルは、正に帯電したマイクロプラスチックなどの粒子に引き付けられて付着し
、ナノバブルと廃棄物の集合体を形成する。この集合体は別のナノバブルと廃棄物の集合
体と集積し、より大きな集合体を形成し、これが浮力を高めることにより、マイクロプラ
スチックを水面に浮上させることができる。マイクロバブルとより大きな空気の泡は、加
圧浮上プロセスの下流の段階で、マイクロバブルや、微細な泡や、バブルディフューザー
によって拡散され、より大きな泡のブランケットを拡散し、ナノバブルと廃棄物が集積し
たものの浮上率を上げるように構成される。

その後、フローティングスキマーカセットアセンブリ１６により水面をすくい、除去さ
れる。浮上の後の段階ではマイクロバブルとより大きな泡の濃度が最高になってフローテ
ィングブランケットを構成し、より速い浮上率を達成し、フローティングスキマーカセッ
トアセンブリ１６による除去を効率的に行うことができる。フローティングのチャネルの
数、フローティングの段階、全体的なフローティングチャネルの長さは、フィルター船の
動く速度に直接関連する。動く速度を速くしたい場合は、船の全長を長くして適切な浮上
率と除去効率を実現させる必要がある。

スキマーは、海洋のプラスチック、マイクロプラスチック、その他のゴミを傾斜したビ
ーチに載せることですくいあげるように構築されている。これにより余分な水を排水して
、スキマービーチアウグルアセンブリ１７内の水平のアウグルに固形物（廃棄物）を排出
する。ここからさらにゴミ圧縮・押し出しユニット１３または渦巻上の圧縮装置に送り、
スラッジ（沈殿物）を除去する

複数の流水式バンドスクリーン５０がフローティングスキマーカセット１６の下流に設
置され、船の胴体の間や、ポンツーン２４や、パーティション２３で形成されたフローテ
ィングチャネル内に設置される。バンドスクリーン５０は上流におけるナノバブル上昇プ
ロセスにより水面に浮かんでこなかったマイクロプラスチックやフローティングスキマー
カセット１６で除去できなかったものを除去できるサイズである。流水式バンドスクリー
ン５０は、スクリーンされた（ふるいにかけられた）廃棄物を水平のアウグル３１ に排
出し、ここからさらにゴミ圧縮・押し出しユニット１３または渦巻上の圧縮装置に送り、
スラッジ（沈殿物）を除去する流水式バンドフィルター５０は、マイクロプラスチックの
回収と除去効率を高めるために角度を調節することが可能である。流水式バンドスクリー
ン５０は、完全に格納が可能な上昇システムを備えており定期検査や、サービスや、メン
テナンスや、高速移動時には水から完全に引き上げることもできる。

大型の浮遊物、魚網などは、装入クレーン８によりフィルター船のチャネルエリアで除去
される。クレーンはロボットアームなどを備えており、そのアームにはダイヤモンドブレ
ードカッティング装置などが備え付けられている。

フィルター船の濾過プロセスは、船体やチャネルの壁に設置した複数の濁度センサー３
３によりすべてのプロセスをモニタリングできる。センサーはゴミスクリーン後部に設置
できる他、目の細かいスクリーンや、ナノバブル浮上プロセス、流水式バンドスクリーン
にも設置できる。濁度センサー３３は設定した信号をＰＬＣ やコンピューターシステム
に送信し、フィルター船の除去効率やパフォーマンスを監視・記録する。

図２ は、水面を漂う廃棄物やマイクロプラスチックを効率的に濾過、除去、処理のため
の開けたチャネルを持つ、２つの胴体またはポンツーン２４を備えたフィルター船のメイ
ンデッキの平面図である。

フィルター船には多胴船の間またはポンツーン２４の間にセルフクリーニングゴミスクリ
ーン３が設置され、水面を漂う廃棄物やマイクロプラスチックの１次濾過プロセスに使用
される。セルフクリーニングゴミスクリーン３は、リフティングカセット（ｌｉｆｔｉｎ
ｇ ｃａｓｓｅｔｔｅｓ）に取り付けられ、多胴船の間、もしくはポンツーン２４または
パーティション２３で形成されたチャネルの幅全体にまたがる形になる。

セルフクリーニングゴミスクリーン３は廃棄物を水平のコンベアー５に排出し、それが傾
斜したアウグル１０に運ばれ、廃棄物圧縮または排出装置１３のホッパー１２に排出され
る。圧縮された廃棄物は脱水され、水槌ポンプによりチャンバー内で圧縮、梱包され、も
しくはレストリクタープレート１４に排出されて、最終的には陸上のリサイクル施設また
は処分場に輸送するために、コンテナ１５、はしけ、ポリプロピレンスーパーサックに送
られる。圧縮した廃棄物や、コンテナ１５、はしけ、ポリプロピレンスーパーサックなど
は、陸上のドック、はしけ、船などに運ぶために、デッキクレーン７で運ばれる。

大型の浮遊物、魚網などは、装入クレーン８によりフィルター船のチャネルエリアで除
去される。クレーンはロボットアームなどを備えており、そのアームにはダイヤモンドブ
レードカッティング装置などが備え付けられている。

図３は、フィルター船のデッキ下の運用エリアの断面図である。ここでは多胴船の間ま
たはポンツーン２４の間のリフティングカセット（ｌｉｆｔｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅｓ
）に取り付けられ、１次濾過プロセスに使用されるセルフクリーニングゴミスクリーン３
が示してある。目の細かいセルフクリーニングスクリーン６は、リフティングカセット（
ｌｉｆｔｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅｓ）に取り付けられ、多胴船の間、もしくはポンツー
ン２４またはパーティション２３で形成されたチャネルの幅全体にまたがる形になる。

フローティングスキマーカセットアセンブリ１６は、多胴船の間、もしくはポンツーン
２４またはパーティション２３で形成されたチャネルに設置される。フローティングスキ
マーカセットアセンブリ１６は、ＡＢＳ／ポリウレタン、アルミニウム、ステンレスなど
の耐食性の素材で構築したフローティングスキマーポンツーン上に浮いている。スキマー
カセットアセンブリ１６は用途に合わせた素材のスキマーブレードを備えている。ある実
施形態では、スキマーブレードは、ステンレス鋼やポリプロピレンのいずれかで構成され
るものがある。スキマーブレードは、チェーンの水平にすくう動きに対して直角に取り付
けられる。スキマードライブは様々な周波数駆動が可能であり、それによりスキマーブレ
ードの速度を最適化することができる。スキマーは、海洋に漂う廃棄物（マイクロプラス
チック、油、グリース、ゴミ）をすくいあげ、傾斜したビーチで余分な水を排水して、ス
キマービーチアウグルアセンブリ１７に固形物（廃棄物）を排出する。廃棄物はさらに水
平のアウグルに固形物（廃棄物）を排出され、ここからさらに油分離・回収システムまた
はスラッジ（沈殿物）を除去する場所に送られて脱水される。

水平に設置された複数のナノバブルディフューザーマニホールド１８は、チャネルの処
理エリア（加圧浮上のチャンバー）の水域にナノバブルを拡散し、廃棄物の浮揚力を上げ
る。ナノバブルディフューザーマニホールド１８は、多胴船またはポンツーン２４の間を
またぐように水平に配置される。ナノバブルディフューザーマニホールド１８は、ブナニ
トリル、ＥＰＤＭ、Ｖｉｔｏｎ？、純粋なゴムなどのエラストマーで構成されたダックビ
ルディフューザーバルブと共に設置し、逆流することを防ぐ。

複数のバンドスクリーンまたはドラムスクリーン５０をフローティングスキマーカセッ
トアセンブリ１６の下流に配置して、フィルタリングのサイズを調整し、水面に浮かぶマ
イクロプラスチックや、ナノバブルを使用した浮上プロセスで水面に浮いていないマイク
ロプラスチックを除去することができる。

水平に取り付けられたマイクロバブルや、目の細かい泡や、目の荒いバブルデフィユー
ザー２２、またはディストリビューションマニホールドなどの複数のより大きなバブルデ
ィフューザーシステムは、泡を液体に注入または処理エリアのチャネル（加圧浮上チャン
バー）のナノバブルディフューザーマニホールド１８の下流に拡散することにより、目の
荒い泡のブランケットを構成し、ナノバブルが吸着した廃棄物の浮力を高める。目の荒い
泡のバブルデフューザーまたはマニホールド２２は、多胴船の間、もしくはポンツーン２
４またはパーティション２３で形成されたチャネルの幅全体にまたがる形になり、逆流防
止のためにダックビルディフューザーバルブを備える。

複数の流水式バンドフィルターまたはベルトフィルター５０は、フローティングスキマー
カセットアセンブリ１６の下流に配置して、フィルタリングのサイズを調整し、水面に浮
かぶマイクロプラスチックや、ナノバブルを使用した浮上プロセスで水面に浮いていない
マイクロプラスチックを除去することができる。

図４ は、フィルター船の側面図であり、セルフスクリーン後の水平断面を示したもの
である。ここではフローティングスキマーカセットアセンブリ１６は、多胴船の間、また
はポンツーン２４またはパーティション２３により形成されたチャネルの間をまたぐよう
に設置され、マイクロプラスチックの浮揚処理を行う。ナノバブルディフューザーマニホ
ールド１８は、泡を拡散するスキマーカセットアセンブリの下に示してあり、ナノバブル
を水に拡散してマイクロプラスチック粒子を浮揚させる。ナノバブルは負に帯電し、正に
帯電したマイクロプラスチックなどの粒子に引き付けられて付着し、浮力を高める。マイ
クロプラスチックとナノバブル集合体は、マイクロプラスチックと廃棄物と集積し、より
大きな集合体を形成する。より大きな泡の濃度を増加させること（例、マイクロバブル、
目の細かい泡、目の荒い泡）で、荒い泡のバブルディフュージョンマニホールド２２など
で泡を継続的に注入することにより、ナノバブルの浮上率を上げることができる。後の段
階において、より大きな泡の濃度をより高いレベルに調節し、廃棄物とナノバブルの集合
体の浮上率を向上させる。浮上率は船舶の速度と、マイクロプラスチックの浮上プロセス
における廃棄物の積み込みの程度に依拠する。

図４は、この実施形態における処理エリアの幅Ｗも示している。幅Ｗは、一般的にはチ
ャネルディバイダーの幅である。

図５Ａおよび５Ｂは、ある実施形態におけるフローティングスキマーカセットアセンブ
リ１６とスキマーブレード２６とスキマードライブ２７を含む構成要素を示している。図
５Ａは、フローティングスキマーカセットアセンブリ１６の正面図である。図５Ｂ は、
フローティングスキマーカセットアセンブリ１６の側面図である。スキマーブレード２６
は、一つまたは複数のスキマーカセットポンツーン２５と結合し、スキマーブレードが水
面近くに位置しており、廃棄物をすくうか、水面から加圧浮上処理を施す。また、スキマ
ーブレード２６がスキマードライブと結合し、スキマードライブ２７は水の流れに応じて
スキマーブレード２６を動かすように構成されるこの時のスキマーブレードの動きは、通
常は水の流れに対して反対の方向になる。このスキマーブレード２６はチャネル幅を跨ぐ
ような幅を有しており、奥まですくえるように流れの表面から一定の深さまで伸びている
。これによりスキマーブレード２６は液体中の一定の深さの廃棄物を確実に除去でき、水
面に浮遊している廃棄物を流れと反対の方向に運んで、流れから除去する。スキマーブレ
ード２６を液体の流れの表面からわずかに下に伸ばすことで、表面をすくう以上のものを
すくいとることもできる。スキマードライブ２７は変速モーターにより速度の調整を行う
こともでき、船の速度や廃棄物の引き揚げに基づいてすくう速度を調節することも可能で
ある。ある実施形態では、スキマーカセットポンツーン２５はチャネルのフローティング
スキマーカセットアセンブリ１６に浮いている。スキマーカセットポンツーン２５は高さ
を微調整することができ、これによりフローティングスキマーカセットアセンブリ１６の
浮力要件に最適なフローティングビーチアウグルアセンブリの位置までスキマーブレード
を下げることでき、ナノバブルと結合したマイクロプラスチックを効率的に回収し、アウ
グルに排出することができる。スキマーカセットポンツーン２５はスキマーカセットアセ
ンブリの浮力を強化するためにふさわしい素材で構成される。例えば、スキマーカセット
ポンツーン２５はポリウレタン、ガラス繊維、ナイロン、ステンレスなどの素材で作られ
るが、これに限らない。

図６は、ある実施形態におけるフローティングスキマーカセットアセンブリの引き揚げ
のメカニズムを示したものである。この引き揚げメカニズムは、フローティングスキマー
カセット１６をビーチアウグルアセンブリの位置に調節するために使用することができる
。フローティングスキマーカセットアセンブリの引き揚げのメカニズムにより、フローテ
ィングスキマーカセットアセンブリ１６を水面から引き揚げて、フローティングスキマー
カセットアセンブリの検査やメンテナンスを実施したり、フィルター船が別の場所へ移動
する際や、陸に戻る際に高速で移動することも可能である。フローティングスキマーカセ
ットアセンブリ１６の引き揚げのメカニズムは、フローティングスキマーカセットアセン
ブリ１６に取り付けられた電動のウィンチを使用することができる。４つのピボットのス
イングアーム２８はフローティングスキマーカセットの弧の動きを制御しつつ、フローテ
ィングスキマーカセットアセンブリ１６の水平面を維持する。ピボットスイングアーム２
８の上部は船体の底部に取り付けられた固定のピローブロックベアリング２９に接続され
、下部はフローティングスキマーカセットアセンブリ１６の４つの側面に取り付けられた
第二のピローブロックベアリング３０に取り付けられる。電動モーターウィンチ３１はケ
ーブルアセンブリによりフローティングスキマーカセットアセンブリに取り付けられる。
フローティングスキマーカセットアセンブリ１６を所定の位置に下げると、水面とスキマ
ービーチアウグルアセンブリ１７の上に位置し、ウィンチとピボットスイングアームの負
荷を減らす。圧力変換器はフローティングスキマーカセットの浮力を感知し、必要な張力
（テンション）を提供する。この時ウィンチケーブルはフローティングスキマーカセット
１６がスキマービーチアウグルアセンブリ１７の上で適切な縦方向の位置になるように調
整を行う。電動モーターウィンチ３１はケーブルのテンションセンサー３２がケーブルの
張力（テンション）が緩んだことを感知すると、フローティングスキマーカセット１６の
下降を停止する。ケーブルのテンションセンサー３２は、関節機構のテザーによってウィ
ンチケーブル上の指定の場所にとどまる。これによりケーブルのテンションセンサー３２
が位置を維持するとともに、ケーブルの動きに合わせて柔軟に移動する。ケーブルのテン
ションセンサー３２は、フローティングスキマーカセット１６のウィンチケーブルのテン
ションを継続的に監視する。各フローティングスキマーカセットは、光学ポジションセン
サーによってスキマービーチアウグルアセンブリ１７上の適切なポジションを監視し、す
くいあげたマイクロプラスチックなどを適切にアウグルに排出させる。光学ポジションセ
ンサーは、バラスト制御システムに信号を送り、スキマービーチアウグルアセンブリ１７
上のフローティングスキマーカセット１６の位置を制御する。

ある実施形態では、フローティングスキマーカセット１６はウィンチとケーブルの代わ
りに油圧式の昇降装置を使用して昇降させるものもある。

図７は、スキマービーチアウグルアセンブリ１７の側面図を示したものであり、チャネ
ルの幅に広がるように設計されており、廃棄物の初期の脱水を行うように表面が傾斜して
いる。フローティングスキマーカセット１６のスキマーブレードは、傾斜したビーチの表
面を移動して、マイクロプラスチックと泡から余計な水分を排出すると、水の流れから出
る。ビーチの傾斜の角度は目的に合わせた適切な角度に設定できる。ある実施形態では、
水平から１０度以上、９０度未満の範囲で設定するものがある。ある実施形態では、水平
から１５度以上、３０度未満の範囲で設定するものがある。スキマービーチアウグルアセ
ンブリ１７は、ステンレス鋼やポリプロピレン、グラスファイバーなどの耐腐食性を有す
る素材で形成され、アウグルチャネル１９内のフローティングスラッジアウグル（ここで
は示していない）に収容でき、波を抑制する。アウグルは、アウグルチャネル１９内に配
置でき、廃棄物と泡が傾斜したビーチを移動すると重力によりチャネルに落ちる。アウグ
ルが回転して廃棄物と泡を動かし、アウグルチャネル１９の外に排出する。スキマービー
チアウグルアセンブリ１７の波の抑制は、波の抑制部、または前縁１７Ｅにより達成され
る。これらは内部に湾曲した半径を有しており、波の力とエネルギーをチャネル内の水に
対して下向きになるように構成されている。波を抑制する前縁１７Ｅは、スキマービーチ
アウグルアセンブリ１７の先端に位置し、内部の湾曲した半径により波の力とエネルギー
を下向きになるように構成されている。内部の湾曲した半径は、波を抑制するのに適した
湾曲である。ある実施形態では、内部の湾曲した半径は、水平から４５－９０度である。

図８は、Ｄの方向へ進むフィルター船の立体図である。ここでは音響による海洋生物の
侵入防止システム１、視覚効果による海洋生物の侵入防止システム２、傾斜したコンベア
ー１０、圧縮排出装置１３、圧縮・脱水した廃棄物を集積するコンテナが示されている。
積み込んだコンテナをはしけや別の船に乗せるための装入クレーン８や、メインデッキの
クレーン７も示している。

図９は、加圧浮上法を用いたある実施形態におけるナノバブル・より大きな泡と廃棄物
の相互作用を示している。ナノバブルは負に帯電し、正に帯電したマイクロプラスチック
などの粒子に引き付けられて付着し、粒子のサイズと浮力を高めるより大きな泡をナノバ
ブルを拡散した下流に拡散することにより、泡のブランケットを形成して浮上率を高める
ことができる。これによりナノバブルと廃棄物の集合体の浮上を加速、強化することがで
きる。この集合体により大きな泡が衝突して上向きの力を集合体に与えることにより、さ
らに浮上の力が強化される。ここで示すように、スキマー（すくうもの）ブレードは液体
の表面からこの集合体をすくいだす。

図１０は、ナノバブルとマイクロバブルと目の細かい泡のサイズを比較したものである
。 典型的なナノバブルのサイズは４０？２００ナノメートル（ｎｍ）である。この数値
はマイクロバブル９－１０個、目の細かい泡１個が存在する領域に対して、ナノバブルは
１０，０００個存在することを示している。ナノバブルは肉眼では物理的に見ることがで
きず、水中のナノバブルの存在を確認するには緑色のレーザー光を拡散させる必要がある
。ナノバブルは、５０ミクロン程度のマイクロナノバブルとして拡散され、ディフューザ
ーにより発生するガスの圧力と、液体とガスの界面に存在するイオンによりサイズが小さ
くなる。この現象により、泡の表面の界面のイオンの濃度が上昇し、泡の内部の圧力が上
昇し、泡の温度も上昇する。その後ＯＨ－などのラジカルが泡の表面に形成され、表面が
負に帯電する。

図１１は、ナノバブルの表面の帯電が水中の粒子やマイクロプラスチックを引き付ける
ことを示している。まず、ナノバブルは、５０ミクロン程度のマイクロナノバブルとして
拡散され、ディフューザーにより発生するガスの圧力と、液体とガスの界面に存在するイ
オンによりサイズが小さくなり、ＯＨ－などのラジカルが泡の表面に形成される。このヒ
ドロキシルラジカルＯＨ－などのラジカルが蓄積する現象により、泡の表面が負に帯電す
る。その後ナノバブルは、正に帯電したマイクロプラスチックなどの粒子に引き付けられ
て、その表面に付着する。ほとんどのマイクロプラスチックのは正の電荷を帯びることが
知られており、その表面にナノバブルが引きつけられて付着すると全体の粒子のサイズが
大きくなり、他の粒子と結合し、全体の質量が上昇することにより、浮力が上昇する。

図１２Ａ－１２Ｄは、様々な流れの速さから廃棄物を除去する水処理システムの実施形
態例を示したものである。図１２Ａで示す通り、液体の処理エリアは処理システムを流れ
る液体の幅Ｗ、深さＤ、長さＬで定義される。ここで記載する通り、Ｗは一般的に一つま
たは複数のチャネルの幅であり、深さＤは一般的に液体にナノバブルとより大きな泡を注
入するナノバブルインフューザーのノズルの深さである。長さＬは、一般的に廃棄物を処
理する液体処理のチャネルの長さである。長さＬは、水面から廃棄物をすくうスキマーの
最も遠いスキマーブレードで定義される（図ＩＢ参照）。
なぜならスキマブレードは１つまたはそれ以上のフローティングスキマーカセットの１部
だからである。長さＬは調節が可能であり、フローティングスキマーカセットを処理エリ
アの入り口から遠くに動かすことで、長くすることができる。図１２Ｂ－１２Ｄで示す通
り、処理エリアの長さは調節が可能なため、液体処理システムは様々な範囲の流量に対応
することが可能である。長さＬは一般的には液体の流量と、ナノバブル及び廃棄物の集積
物の浮上率により定義される（図１３参照）。
図１２Ｂは、深さ５メートル、流量２．５ ｍ ／秒、それに上昇率を加えた際の処理エ
リアの長さに与える影響について示したものである。
図１２Ｃは、深さ５メートル、流量２．５ｍ／秒、それに所定の上昇率を加えた際の処理
エリアの長さに与える影響について示したものである。
図１２Ｄは、深さ５メートル、流量２．５ｍ／秒、さらに処理エリアの長さが流量と浮上
率に依拠する処理エリアの例を示したものである。

概念的には、処理エリアの長さは一般的にはフローティングスキマーカセットアセンブ
リの位置によって制限されるため、フローティング付任せたアセンブリを処理エリアの入
り口から無制限に遠くに設置する場合、流量は無限になる。さらに概念的に言えば処理エ
リアの幅を広げることにより、体積流量を無限にすることが可能になる。処理ゾーンを延
長・拡大したり、異なる流量に対応する能力は、大量の水の上に浮かぶ処理システムの実
施形態により強化される。例えば、処理システムを備えた船舶は、地理的に妨げられる陸
上の処理エリアに比べて、海上では処理エリアの長さを伸ばすことができる。処理システ
ムはナノバブルと廃棄物の集合体の浮上率を変えることができるため、さらに大きな流量
を処理してシステムの能力を上げることもできる。この処理システムの特徴は、処理エリ
アの長さを増やすことにより非常に高い流量を処理し、バブルブランケットの浮上率を向
上させることができる点にある。

バブルブランケットの浮上速度は処理エリアの長さに影響与える。なぜなら、大きな泡
のブランケットがナノバブルと廃棄物の集合体の浮上率に与える影響が変わるからである
。浮上率は、一般的には液体の流量と、フローティングスキマーカセットアセンブリの処
理エリアの入り口からの長さと一致するように構成される。これにより、処理エリアの出
口より前に、ナノバブルと廃棄物の集合体を深さＤから水面に浮上させることができる。
処理エリアの出口では、スキマーブレードによりナノバブルと廃棄物の集合体をすくいと
る。しかしながら、この処理システムのは浮上率を上昇させるように構成することができ
、ナノバブルと廃棄物の集合体を最後のフローティングスキマーカセットアセンブリの前
後で浮上させるように構成できることをご理解いただきたい。この浮上率に関する構成は
、ナノバブルと廃棄物の集合体を最後のスキマーブレードあとで上昇させるように計算で
きる。他の変数が等しい場合、廃棄物を除去する割合は、最後のスキマーブレードの場所
かそれより前でのナノバブルと廃棄物の集合体の浮上率よりも小さくなることを、ご理解
いただきたい。

図１３Ａは、様々な船舶のスピード（水流の速さを決めるもの）での泡の上昇率を示し
たものである。ここでは処理エリアの深さは５メートルであり、結果として生じる処理エ
リア（浮上）の長さ示している。このグラフは、名目上の泡の上昇率である０．２５ ｍ
／秒での処理エリアの長さを示している。
ある実施形態では、浮上率に関連して以下の範囲の特性を有する。船の速度は約２？１６
ノット、または１？８ ｍ／秒（例、最適な設計速度で５ノット）。浮上率は毎秒０．２
５－０．４０メートル。ナノバブルの拡散範囲の深さは約１－１０メートル（船の速度８
ノットで５メートル）。ナノバブルと廃棄物が集積したものの除去効率は、おおきな泡の
ブランケットによって回収されるナノバブルと廃棄物が集積したものが、所定の船の速度
において船の処理（浮上）エリア内で浮上する限り、その速度と実質的に同じになる。し
たがって船の速度が速いほど、船の処理エリアを長くしてふわふわしたフローティングブ
ランケットを回収する必要がある。船の速度が遅いほど、ナノバブルとより大きな泡の密
度が高くなる。したがって、より速い速度では、最適なフローティングブランケットの密
度を維持するためにナノバブルとより大きな泡をより多く拡散する必要がある。

ここで開示する処理システムの機能は、処理エリアを通過する液体の流量で決まる。図
１３Ａ は、流量（メートル毎秒とノット毎秒）、深さ５メートルからの約０．２５ｍ／
秒の大きな泡のブランケットの浮上率（メートル毎秒）、結果として必要になる処理エリ
ア（浮上）の長さの関係を示している。これはあくまでも説明が目的であり、限定する意
図はない。ある実施形態では、処理システムは５．１４ ｍ３／秒（立方メートル／秒）
以上の体積流量を処理するように構成される。この実施形態では、毎秒１ｍ／秒（約２ノ
ット）の流量と、深さ約５メートルの時のメートル幅あたりの処理エリアを示している。
この実施形態では浮上率はおよそ０．２５メートル／秒であり、その結果として必要にな
る長さは少なくとも２０メートルになる（ラインＡ参照）。別の実施形態では、処理エリ
アはおよそ１２．８６ｍ３／秒の体積流量を処理するように構成される。ここでは、毎秒
２．５ｍ／秒（約５ノット）の流量と、深さ約５メートルの時のメートル幅あたりの処理
エリアを示している。この実施形態では浮上率はおよそ０．２５メートル／秒であり、そ
の結果として必要になる長さは少なくとも５１メートルになる（ラインＣ参照）。別の実
施形態では、処理エリアはおよそ２５．７２ ｍ３／／秒の体積流量を処理するように構
成される。 この実施形態では、毎秒５ｍ／秒（約１０ノット）の流量と、深さ約５メー
トルの時のメートル幅あたりの処理エリアを示している。この実施形態では浮上率はおよ
そ０．２５メートル／秒であり、その結果として必要になる長さは少なくとも１０２メー
トルになる（ラインＥ参照）。

図１３Ｂは、流量（メートル毎秒とノット毎秒）、深さ２．５メートルからの約０．２
５ｍ／秒の大きな泡のブランケットの浮上率（メートル毎秒）、結果として必要になる処
理エリア（浮上）の長さの関係を示している。ある実施形態では、処理システムは ２．
５７ ｍ３／秒以上の体積流量を処理するように構成される。この実施形態は毎秒１ｍ／
秒（約２ノット）の流量と、深さ約２．５メートルの時のメートル幅あたりの処理エリア
を示している。この実施形態では浮上率はおよそ０．２５ｍ／秒であり、その結果として
必要になる長さは少なくとも１０メートルになる（ラインＡ参照）。 別の実施形態では
、処理システムは ６．４３ ｍ３／秒以上の体積流量を処理するように構成される。こ
の実施形態は毎秒２．５７ ｍ／秒（約５ノット）の流量と、深さ約２．５メートルの時
のメートル幅あたりの処理エリアを示している。この実施形態では浮上率はおよそ０．２
５メートル／秒であり、その結果として必要になる長さは少なくとも２５メートルになる
（ラインＣ参照）別の実施形態では、処理エリアはおよそ１２．８６ｍ３／／秒の体積流
量を処理するように構成される。この実施形態では、毎秒５ｍ／秒（約１０ノット）の流
量と、深さ約２．５メートルの時のメートル幅あたりの処理エリアを示している。この実
施形態では浮上率はおよそ０．２５メートル／秒であり、その結果として必要になる長さ
は少なくとも５１メートルになる（ラインＥ参照）。

図１３Ａや１３Ｂと同様に、図１４Ａや１４Ｂは、泡の浮上率が０．４ｍ／秒の時の流
量と、処理（浮上）エリアの長さと深さの関係を示している。ここで示す通り、流量は
１ ｍ／秒から ８ｍ／秒以上までの範囲である。これ以上の流量も可能である。

図１５Ａ－１５Ｄは、泡の上昇率が０．２５ ｍ／秒の時の、様々なチャネルの流れの
速さや、チャネルの深さにおける廃棄物の除去効率を示したものである。除去率は、処理
エリアから出た液体の流れから除去される２５．０ ｍｍ以下の廃棄物の量を、処理エリ
アに入る液体に含まれる２５．０ ｍｍ以下の廃棄物の量を比較した割合を示している。
ある実施形態では、１０．０ ｍｍ以下の廃棄物の除去率を示しており、別の実施形態で
は２．０ ｍｍ以下の廃棄物の除去率を示しており、別の実施形態では１．０ ｍｍ以下
の廃棄物の除去率を示している。ある実施形態では廃棄物はマイクロプラスチックである
ここで示す通り、こうした構成の除去率は、体積流量によって変わる。図１５Ａは、体積
流量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは２．５ｍ／秒、浮上率は０．２５ｍ／
秒、処理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは５メートル、長さは５０メートルで
ある。例えば、体積流量を１５０ ｍ３／秒にすることにより、９０％の除去率を得るこ
とができる。体積流量を３３０ ｍ３／秒にすると、７５％の除去率を得ることができ、
体積流量を５００ ｍ３／秒にすると、除去率は５０％以上である。図１５Ｂは、体積流
量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは５ｍ／秒、浮上率は０．２５ｍ／秒、処
理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは２．５メートル、長さは５０メートルであ
る。例えば、体積流量を１１０ｍ３／秒にすることにより、９０％以上の除去率を得るこ
とができる。体積流量を２７０ ｍ３／秒にすると、７５％以上の除去率を得ることがで
き、体積流量を４１０ ｍ３／秒にすると、除去率は５０％以上である。図１５Ｃは、体
積流量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは４ｍ／秒、浮上率は０．２５ｍ／秒
、処理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは２．５メートル、長さは５０メートル
である。例えば、体積流量を８０ｍ３／秒にすることにより、９０％以上の除去率を得る
ことができる。体積流量を２２０ ｍ３／秒にすると、７５％以上の除去率を得ることが
でき、体積流量を３６０ ｍ３／秒にすると、除去率は５０％以上である。図１５Ｄは、
体積流量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは８ｍ／秒、浮上率は０．２５ｍ／
秒、処理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは２．５メートル、長さは５０メート
ルである。例えば、体積流量を１１０ｍ３／秒にすることにより、９０％以上の除去率を
得ることができる。体積流量を２７０ ｍ３／秒にすると、７５％以上の除去率を得るこ
とができ、体積流量を４１０ ｍ３／秒にすると、除去率は５０％以上である。

図１６Ａと１６Ｂ は、泡の上昇率が０．４ ｍ／秒の時の、様々なチャネルの流れの
速さや、チャネルの深さにおける廃棄物の除去効率を示したものである図１６Ｄは、体積
流量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは４ｍ／秒、浮上率は０．４ｍ／秒、処
理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは５メートル、長さは５０メートルである。
例えば、体積流量を１５０ｍ３／秒にすることにより、９０％以上の除去率を得ることが
できる。体積流量を３３０ ｍ３／秒にすると、７５％以上の除去率を得ることができ、
体積流量を５００ ｍ３／秒にすると、除去率は５０％以上である。 図１６Ｂは、体積
流量あたりの除去率のグラフである。流れの速さは８ｍ／秒、浮上率は０．４ｍ／秒、処
理（浮上）エリアの幅は２０メートル、深さは２．５メートル、長さは５０メートルであ
る。例えば、体積流量を１９０ｍ３／秒にすることにより、９０％以上の除去率を得るこ
とができる。体積流量を３８０ ｍ３／秒にすると、７５％以上の除去率を得ることがで
きる。

処理エリア内の廃棄物の除去率も、処理エリアの構成に応じて設定することが可能であ
る。一般的には除去率は廃棄物がどの程度ナノバブルおよびより大きな泡のブランケット
にさらされるかに依る。処理エリア内で浮上する廃棄物が増えるほど、除去できる廃棄物
も増える。廃棄物の上昇の程度は、液体の流れの速さや、より大きな泡のブランケットの
浮上率や、処理エリアの長さや深さに依る。こうした要素は様々な実施形態において変わ
るため、処理エリアを調節可能なものにすることが良い。処理システムの実施形態では、
浮上率や処理エリアの深さや長さが、流れの速さと適切に合っている限り、任意の流量に
おいて任意の廃棄物を処理することが可能である。同様に、処理エリアの幅を変えること
により、体積流量を調節することも可能である。その結果として、ある実施形態では、廃
棄物を液体から除去する割合は少なくとも３０％であり、別の実施形態で除去率は少なく
とも５０％であり、別の実施形態では少なくとも７０％であり、別の実施形態では少なく
とも９０％である。こうした除去率は、浮上率と処理エリアの深さと長さが適切に合って
いる限り、任意の流量で実現できる。この除去率は、処理エリアの幅が適切に設定されて
いる限り、任意の体積流量で実現できる。

一般的には図１７Ａで示す通り、約 ５ ｍ３／秒以上（例、流量２ノットで、処理エ
リアの深さが５メートル）の体積流量で廃棄物を任意の割合で除去することができるよう
に処理システムを構成できる。図では ５ ｍ３／秒の右側のエリアである。さらに処理
システムは、グラフの５０％の上のエリアで示す通り、任意の体積流量で５０％以上の廃
棄物を除去するように構成することができる。さらに処理システムは、グラフの上の解説
で示したエリアで示す通り、 ５ ｍ３／秒の体積流量で５０％以上の廃棄物を除去する
ように構成することができる。

図１７Ｂで示すように、別の実施形態では、約 １５ ｍ３／秒以上（例、流量６ノッ
トで、処理エリアの深さが５メートル）の体積流量で廃棄物を任意の割合で除去すること
ができるように処理システムを構成できる。図では １５ ｍ３／秒の右側のエリアであ
る。さらに処理システムは、グラフの７０％の上のエリアで示す通り、任意の体積流量で
７０％以上の廃棄物を除去するように構成することができる。さらに処理システムは、グ
ラフの上の解説で示したエリアで示す通り、 １５ ｍ３／秒の体積流量で７０％以上の
廃棄物を除去するように構成することができる。

図１７Ｃで示すように、別の実施形態では、約 ２６ ｍ３／秒以上（例、流量１０ノッ
トで、処理エリアの深さが５メートル）の体積流量で廃棄物を任意の割合で除去すること
ができるように処理システムを構成できる。図では ２６ ｍ３／秒の右側のエリアであ
る。さらに処理システムは、グラフの９０％の上のエリアで示す通り、任意の体積流量で
９０％以上の廃棄物を除去するように構成することができる。さらに処理システムは、グ
ラフの上の解説で示したエリアで示す通り、 ２６ ｍ３／秒の体積流量で９０％以上の
廃棄物を除去するように構成することができる。

上記の体積流量は、処理エリアのメートルあたりの幅に依る点をご理解いただきたい。
チャネルと処理エリアの幅を広げることにより、体積流量を増やすことができる。これは
特に水面に浮かぶ船で処理を行う場合には、幅を大きく広げることで非常に大きいチャネ
ルを作ることができるため、大きな利点となる。

上記の体積流量は、処理エリアのメートルあたりの幅と深さに依る点をご理解いただき
たい。例えば深さ５メートルを使う上記の例では、体積流量を深さ５メートルで割ると、
処理エリアの幅１メートル、深さ１メートルあたりの体積流量が定義できる。

上記の深さ５メートルを使う実施形態では、深さを増減させることにより、体積流量を
増減させることが可能であることを理解いただきたい。

体積流量を変えられるように構成できることに加えて、とくに速い流量に対応できる点
から、本処理システムの実施形態は継続的に運用することが可能である。これは特に水面
に浮かぶ船で処理を行う目的で構成する際に大きな利点となるこの例として挙げられるの
は、海洋に長期間にわたって漂っているマイクロプラスチックの廃棄物を除去するために
、海洋船に処理システムを構築する形態である。

本発明はここまである程度具体的にその形態を説明してきたが、ここまでの説明は本発明の原理を例示したものに過ぎないことをご理解いただきたい。さらに当業者であれば本発明の修正型や派生形を簡単に作り出すことができるため、ここで紹介した説明や構造や運用に本発明を限定するべきではなく、本発明の修正型もしくはそれと同等のものについては、下記の特許請求の範囲とその同等のもので定義される本発明の範囲に入ると解釈するべきである。
（符号の説明）
1，2：水生生物防止システム
1：音による魚の侵入防止システム
1：音響による海洋生物の侵入防止システム
10：傾斜したアウグル
10：傾斜したコンベアー
100：水面に浮かぶ船で構成される処理システム
12：ホッパー
13：ゴミの圧縮／ベーラー（束ねる機械）・押出機
13：ゴミ圧縮・押し出しユニット
13：廃棄物圧縮または排出装置
14：レストリクタープレート
14：レストリクタープレートのメカニズム
15：コンテナ
16：スキマーカセット
16：スキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう）
16：フローティングスキマー
16：フローティングスキマーカセット
16：フローティングスキマーカセットアセンブリ
17：スキマービーチアセンブリ若しくはスキマービーチアウグルアセンブリ（すくい上げられた廃棄物の水からの引き上げ用具、ともいう）
17：スキマービーチとアウグルのハウジング
17E：波の抑制部、または前縁
18：ナノバブルディフューザのマニホールド（manifolds: 多枝管）
18：ナノバブルディフューザマニホールド
18：ナノバブル拡散マニホールド
18：バブルディフューザマニホールド
19：アウグルチャネル（くぼみ形状の溝、ともいう）
2：高輝度の水中ＬＥＤライトを備えた視覚による魚の侵入防止システム
2：視覚効果による海洋生物の侵入防止システム
22：より大きな泡のバブルディフューザ
22：より大きな泡の拡散マニホールド
22：荒い泡のバブルディフュージョンマニホールド
22：処理エリアの底に設置されエリア
22：目の荒いバブルディフューザー
22：目の荒い泡のバブルディフューザまたはマニホールド
23：パーティション
24：ポンツーン（浮揚補助体、ともいう）
24：船体
25：スキマーカセットポンツーン
25：浮揚ポンツーン
26：スキマーブレード（水面凝集物すくいとりのための、進行方向に対し横向きの複数の刃を備えたベルト様物、ともいう）
27：スキマードライブ
28：スイングアーム
28：ピボットスイングアーム
29：ピローブロックベアリング
3：１次濾過プロセスに使用されるセルフクリーニングゴミスクリーン（screen＝filter）
3：セルフクリーニングゴミスクリーン
3：一次濾過プロセスに使用されるセルフクリーニングゴミスクリーン
3：船体やチャネルの壁に設置した複数の濁度センサー
30：第二のピローブロックベアリング
31：水平のアウグル（ａｕｇｕｒ：つなぎの手がかり＝コンベヤー等）
31：電動モーターウィンチ
32：ケーブルのテンションセンサー
33：濁度センサー
4：上向きに動く熊手（レーキ）
5，10：コンベヤー
5：水平のアウグルまたはコンベアー
5：水平のコンベアー
50：スラッジ（沈殿物）を除去する流水式バンド（帯状の）フィルター(フィルター＝スクリーン)
50：複数のバンドスクリーンまたはドラム（ドラム管形状の）スクリーン
50：流水式バンドフィルター
50：流水式バンドフィルターまたはベルトフィルター
6：セルフクリーニングファインスクリーン
6：目の細かいセルフクリーニングスクリーン
7：デッキクレーン
7：メインデッキのクレーン
8：ボウクレーン（ｂｏｗ ｃｒａｎｅ：装入クレーン）
8：装入クレーン
9：傾斜したアウグル
Ｄ：処理システムを流れる液体の深さ
Ｄ：一般的に液体にナノバブルとより大きな泡を注入するナノバブルインフューザーのノズルの深さ
Ｄ：深さ
Ｌ： 処理システムを流れる液体の長さ
Ｌ：一般的には液体の流量と、ナノバブル及び廃棄物の集積物の浮上率により定義される
Ｌ：一般的に廃棄物を処理する液体処理のチャネルの長さ
Ｌ：水面から廃棄物をすくうスキマーの最も遠いスキマーブレードで定義される
Ｗ：一般的に一つまたは複数のチャネルの幅
Ｗ：処理システムを流れる液体の幅

Claims (28)

1. 液体の流れから廃棄物を除去する処理システムであって、以下の要素から構成されるシステム：
   １）チャネルと深さで形成される処理エリア；
   ２）一つまたはそれ以上のチャネルガイドで形成される該チャネルであって、該チャネルガイドは、液体の流れを処理エリアの入口から出口へ導くように構成される；
   ３）正に帯電した廃棄物を含む液体の流れ；
   ４）該液体の流れの中の、一定の深さまで沈めるように構成されたナノバブルディフューザシステム；
   ５）該処理エリアの底を定義する深さ。
   ６）負に帯電した複数のナノバブルを液体の流れに拡散させる該ナノバブルディフューザシステムであって、該ナノバブルが廃棄物に付着してナノバブルと廃棄物の凝集物を形成し、該凝集物が浮力を上げることにより処理エリアの該液体の流れの表面に浮かび上がるように構成される；及び
   ７）該ナノバブルと廃棄物の凝集物を液体からすくいあげるように構成されたスキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう。以下同様）であって、該スキマーカセットアセンブリによる凝集物を液体からすくいあげる処理により、液体中の廃棄物の量が処理エリアの入口よりも出口の方が少なくなる。
2. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
   前記液体の流れは、海又は湖のような、より大きな液体源からの液体の流れである；及び
   前記チャネルガイドと前記ナノバブルディフューザシステムは、該より大きな液体源に浮かぶ船舶に作動可能に取り付けられている、システム。
3. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
   前記液体の流れは、海又は湖のような、より大きな液体源からの液体の流れである；
   前記チャネルを通る前記液体の流れの速さは、該より大きな液体源からのチャネルを通る速さによって決まる；及び
   前記ナノバブルディフューザシステムに対する前記スキマーカセットアセンブリの位置は、前記ナノバブルの浮上率、該チャネルを通る該液体の流れの速さ及び該チャネルの前記深さに依るものである、システム。
4. 請求項１に記載の処理システムであって、以下をさらに含むシステム：
   ８）ナノサイズより大きな泡である、より大きな泡のバブルディフューザシステムであって、前記ナノバブルディフューザシステムからの、液体の流れの、中及び下流方向又は処理エリアの底付近に、設置される；及び
   ９）ナノサイズより大きな泡である、より大きな泡のバブルディフューザシステムであって、液体の流れにより複数の大きな泡を拡散するように構成され、この構成により、該複数の大きな泡が、大きな泡のフローティングブランケット（大きな泡が一面を覆う状態、ともいう）を形成し、前記ナノバブルと廃棄物の凝集物の浮上率を向上させる。
5. 請求項４に記載の処理システムであって、 前記スキマーカセットアセンブリと前記ナノバブルディフューザシステムの間隔は、前記ナノバブルと廃棄物の凝集物の浮上率を元に決定する。
6. 請求項１に記載の処理システムであって、前記スキマーカセットアセンブリは、以下の構成要素を含む：
   a)スキマードライブに連結されたスキマーブレード（水面凝集物すくいとりのための、進行方向に対し横向きの複数の刃を備えたベルト様物、ともいう）であって、該スキマードライブは、液体の流れに合わせて該スキマーブレードを動かすように構成されている；
   ｂ）該スキマーブレードの相対的な動きは、前記液体の流れと反対方向であり；及び
   ｃ）該スキマーブレードは、スキミング（すくう）深さに、該液体の流れの前記表面から伸びて構成され、この構成により、該スキマーブレードは、該流体の流れから、前記ナノバブルと廃棄物の凝集物を、スキミング（すくう）深さに引き込み、及び、該液体の流れ中の該廃棄物を、流体の流れとは逆の方向に、動かす。
7. 請求項６に記載の処理システムであって、ここで、前記スキマーカセットアセンブリが、さらに、傾斜した表面をもつ（表面が、スキマーカセットアセンブリの傾斜した尖端部に相応して傾斜した、ともいう）スキマービーチ（注： ｓｋｉｍｍｅｒ ｂｅａｃｈ）アセンブリを含み、該スキマービーチアッセンブリ（すくい上げられた廃棄物の水からの引き上げ用具、ともいう）により、該廃棄物が、該傾斜した表面を前進し、そして、前記スキマーブレードが、該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面を移動する際、該廃棄物が、流体の流れから出される（スキマーカセットアセンブリがすくいあげた廃棄物をスキマービーチアセンブリが受け取って、水から廃棄物を引き揚げる、ともいう）ことになる、システム。
8. 請求項７に記載の処理システムであって、ここで、前記スキマービーチアセンブリが、さらに以下を含む、システム：
   I. 該スキマービーチアセンブリの前記傾斜した表面にある、アウグルチャネル（注： ａｕｇｕｒ ｃｈａｎｎｅｌ：アウグルにある溝、を意味する。単に、くぼみ形状の溝、ともいう。以下同様）であって、該アウグルチャネルにより、前記廃棄物が、前記スキマーブレードが該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面を通る際に、該アウグルチャネルに堆積する；
   II. 該アウグルチャネルに設置されたアウグル（廃棄物を除去のための、運搬手段、を意味する）であって、該廃棄物を該アウグルチャネルから除去するように構成される；及び
   III.波を抑制するためのエッジであって、該スキマービーチアセンブリのリーディングエッジ（先端、ともいう）に取り付けられ（formed into）、該波を抑制するためのエッジにより前記処理エリアの乱流を抑制するように構成される。
9. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
   前記廃棄物は、以下を含む：
   ２５．０ ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミ、及び
   ２５．０ ｍｍ以上のサイズのそれ以外の廃棄物；及び
   前記液体は、主に水で構成される液体を含む。
10. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
    前記廃棄物は、２．０ ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含み；及び
    前記液体は、主に水で構成される液体を含む。
11. 請求項１に記載の処理システムであって、さらに、以下を含む、システム：
    ア）前記液体の流れの中の複数の大きな廃棄物；
    イ）前記ナノバブルディフューザシステムの上流方向に配置された、１つまたは複数のゴミのスクリーンであって、該１つまたは複数のゴミのスクリーンは、該液体の流れから該大きな廃棄物の一部を除去できる；及び
    ウ）該ナノバブルディフューザシステムの下流方向に配置された、１つまたは複数のバンドスクリーン（帯状のフィルター様用具）であって、該１つまたは複数のバンドスクリーンは、前記液体の流れからさらに廃棄物を除去できる。
12. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
    前記液体の流れの体積流量は、前記処理エリアのチャネルの前記幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおいて、毎秒１立方メートル以上であり；及び
    前記処理エリアの前記出口における前記液体の流れの中の前記廃棄物の量は、該処理エリアの前記入口における該液体の流れの中の該廃棄物の量に比べて少なくとも５０％少ない、システム。
13. 請求項１２に記載の処理システムであって、前記処理エリアの前記深さが、５メートルである、システム。
14. 請求項１２に記載の処理システムであって、前記廃棄物が、２５．０ ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含む、システム。
15. 請求項１に記載の処理システムであって、ここで：
    前記液体の流れの体積流量は、前記処理エリアの前記チャネルの幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおいて、毎秒３立方メートル以上であり、
    前記廃棄物は、２５．０ｍｍ以下の大きさのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含み；及び
    前記処理エリアの前記出口における該液体の流れの中の該廃棄物の量は、該処理エリアの前記入口における該液体の流れの中の該廃棄物の量に比べて少なくとも９０％少ない、システム。
16. 請求項１５に記載の処理システムであって、前記処理エリアの前記深さが、５メートルである、システム。
17. 請求項１５に記載の処理システムであって、 前記廃棄物が、２５．０ ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含む、システム。
18. 液体の流れを濾過する液体処理システムに使用するフローティング（浮遊型、ともいう）スキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう）であって、該フローティングスキマーカセットアセンブリは、以下を含む：
    （あ）スキマーカセットアセンブリの一つまたは複数のポンツーン（浮揚補助体、ともいう）と作動可能に結合しているスキマーブレード（水面凝集物すくいとりのための、進行方向に対し横向きの複数の刃を備えたベルト様物、ともいう）であって、該スキマーブレードは、該液体の流れの表面近くに位置している；
    （い）スキマードライブに作動可能に結合している該スキマーブレードであって、該スキマードライブは、液体の流れに応じて該スキマーブレードを動かすように構成され；
    （う）該スキマーブレードの相対的な動きは、該液体の流れに対して反対の方向であり、及び、
    （え）該スキマーブレードは、該液体の流れの表面から、スキミング（すくう、ともいう）深さに伸びる構成を有し、それによって、該スキマーブレードは、該スキミング深さにおける該液体の流れから、廃棄物を引き込み（engage）、及び、該流体の流れとは逆の方向に該液体の流れ中の該破棄物を移動する、フローティングスキマーカセットアセンブリ。
19. 請求項１８に記載のフローティングスキマーカセットアセンブリであって、該スキマーカセットアセンブリは、さらに、傾斜した表面をもつ、スキマービーチアセンブリ（すくい上げられた廃棄物の水からの引き上げ用具、ともいう）を含み、このスキマービーチアセンブリにより、前記破棄物は、前記液体の流れとは逆の方向に移動し、前記スキマーブレードが、該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面を移動する際、該廃棄物が、該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面を通り、該液体の流れから出される、フローティングスキマーカセットアセンブリ。
20. 請求項１９に記載のフローティングスキマーカセットアセンブリであって、前記スキマービーチアセンブリは、さらに、以下を含む、フローティングスキマーカセットアセンブリ：
    A）該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面にある、アウグルチャネル（アウグルにある溝、を意味する）であって、前記スキマーブレードが、該スキマービーチアセンブリの傾斜した表面を通る際、前記廃棄物が該アウグルチャネルに堆積し；
    B）該アウグルチャネルに設置されたアウグル（廃棄物を除去のための、運搬手段、を意味する）であって、該廃棄物を該アウグルチャネルから除去するように構成され；及び
    C）該スキマービーチアセンブリの先端に取り付けられる、波を抑制するためのエッジであって、該波を抑制するためのエッジにより、該液体の流れの乱流を抑制する。
21. 液体の流れから廃棄物を除去する対象物、環境、条件に応じて変更が可能な液体処理システムであって、以下を含むシステム：
    （１）チャネルの幅、深さ及び長さによって定義される処理エリア；
    （２）一つまたはそれ以上のチャネルガイドで定義される該チャネルの幅であって、該チャネルガイドが、該液体の流れを、該処理エリアの入口から出口へ導くように構成されている；
    （３）該液体の流れにおいて、該深さまで沈めるように構成されているナノバブルディフューザシステム；
    （４）該処理エリアの底を定義する該深さ；
    （５）該処理エリアの入口からの選択された位置に設置され、該処理エリアの該長さを定義する、スキマーカセットアセンブリ；
    （６）正に帯電した廃棄物を含む該液体の流れ；
    （７）負に帯電した複数のナノバブルを該液体の流れに拡散させるナノバブルディフューザシステムであって、それにより、該ナノバブルが、該廃棄物に付着してナノバブルと廃棄物の凝集物を形成し、該凝集物の浮力を上げることにより該処理エリアの該液体の流れの表面にむけて、該凝集物が浮かび上がるように構成される；及び
    （８）該ナノバブルと廃棄物の凝集物を該液体の流れから除去されるように構成されたスキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう）であって、該スキマーカセットアセンブリにより、該液体の流れ中の該廃棄物の量が、該処理エリアの該入口よりも該出口の方が少なくなる。
22. 請求項２１に記載の液体処理システムであって 、ここで、前記スキマーカセットアセンブリの位置が、前記ナノバブルディフューザシステムに対して相対的に決まり、前記ナノバブルの浮上率、前記チャネル幅を通過する前記液体の流れの速度及び前記深さにより、決まる、システム。
23. 請求項２１に記載の液体処理システムであって 、ここで、前記液体の流れは、前記処理エリアの前記チャネルの前記幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおいて、体積流量が毎秒１立方メートル以上である、システム。
24. 請求項２１に記載の液体処理システムであって、前記処理エリアの前記チャネルの前記幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおける、前記液体の流れは、体積流量が毎秒３立方メートル以上である、システム。
25. 請求項２１に記載の液体処理システムであって、ここで：
    前記液体の流れは、前記処理エリアの前記チャネルの前記幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおいて、体積流量が毎秒１立方メートル以上であり；
    前記廃棄物は、２５.０ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含み；及び
    該液体の流れ中の該廃棄物の量は、該処理エリアの前記入口におけるより、該処理エリアの前記出口において、少なくとも５０％少ない、システム。
26. 請求項２１に記載の液体処理システムであって、ここで：
    前記液体の流れは、前記処理エリアの前記チャネルの前記幅１メートルと該処理エリアの前記深さ１メートルにおける体積流量が毎秒３立方メートル以上であり；
    前記廃棄物は、２５.０ｍｍ以下のサイズのマイクロプラスチックを含むプラスチックゴミを含み；及び
    該液体の流れ中の該破棄物の量が、該処理エリアの前記入口におけるより、該処理エリアの前記出口における体積において、少なくとも９０％少ない、システム。
27. 廃棄物を含む水が、除去されうる、一つまたはそれ以上のチャネルを形成するフル（hull:以下、船体、ともいう）を含むフィルター船であって、該フィルター船は以下を含む；
    （a）空気のナノバブルを、２つ以上の船体の間のチャネル化した水の流れに拡散するように構成された、ナノバブルディフューザシステムであって、該廃棄物にマイクロバブルを接触させ、廃棄物とナノバルブの凝集物が形成される；
    （ｂ）該２つ以上の船体が、一つ以上のチャネルを形成する；
    （ｃ）ナノサイズより大きな泡である、より大きな泡の拡散システムであって、該より大きな泡の拡散システムは、該ナノバブルディフューザシステムの下流で、ナノサイズより大きな泡である、より大きな空気泡のブランケット（より大きな空気泡が一面に拡散した状態、ともいう）に拡散し、該ナノバブルと廃棄物の凝集物の浮上率を上げるように構成する；及び
    ここで、該より大きな空気泡のブランケットへ、該ナノバブルと廃棄物の凝集物を拡散させる割合は、変更でき、及び、該ナノバブルと廃棄物の凝集物の浮上率を、適合させるため及び調整するために、制御されうる、システム。
28. 請求項２７に記載のフィルター船であって、さらに、以下を含むシステム：
    （ｄ）前記一つ以上のチャネル内に設置される一つ以上のフローティング（浮遊型、ともいう）スキマーカセットアセンブリ（水面凝集物すくい取り装置、ともいう）；
    （ｅ）該一つ以上のフローティングスキマーカセットアセンブリは、前記ナノバブルディフューザシステムの下流に設置され；及び
    （ｆ）該一つ以上のフローティングスキマーカセットアセンブリの各々は、以下を含む：
    〔１〕一つ以上のチェーン（ベルト、ともいう）上に複数のブレードが取り付けられた複数のスキマーブレード（水面凝集物すくいとりのための、進行方向に対し横向きの複数の刃を備えたベルト様物、ともいう）であって、水の表面から汚染物質をすくい取るための回転運動性を備えており、
    〔２〕該フローティングスキマーカセットアセンブリの支持構造に取り付けられ、該１つ以上のフローティングスキマーカセットアセンブリを水の表面に浮かせるように構成された１つまたはそれ以上のポンツーン（浮揚補助体、ともいう）、
    〔３〕すくいあげた該廃棄物を受け取って、水から引き揚げる傾斜した表面をもつスキマービーチアセンブリ（すくい上げられた廃棄物の水からの引き上げ用具、ともいう）、及び
    〔４〕流入する水の波を抑え、処理エリアを静かな状態に保ち、浮揚させるために、該スキマービーチアセンブリの先端に設置された波を抑制するためのエッジ。