JP2001509072A - 消費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 凝析、凝集、デカンテーションという連続的段階から成る、消費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理方法。凝集段階において、バラストがスラッジに投入され、これに積載され、凝集段階で使用される接触塊は、デカンテーション段階で得られ、凝集段階で処理されずに連続リサイクル（P1）される高密度スラッジの一部を成すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 消費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理方法 本発明は、消費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理方法に関する 。 様々な種類の水に適用される処理方法の多くは物理化学的処理が一般的であり 、これらは基本的に、 ‐消費用または工業用に地表水を浄化すること、 ‐都市下水、雨水下水、または産業排水を浄化すること、 ‐脱炭酸、 ‐リン酸塩の除去、 ‐その他、 から成る。 この種の物理化学的処理は常に、以下の連続的段階から成る。 ‐凝集：マイクロフロックを生成するため、金属塩、一般的に三価鉄またはア ルミニウム化合物を用いてコロイドを中和する段階。この凝集段階は一以上の段 階で実施される。 ‐フロック形成：マイクロフロックを集合および成長させる段階。この集合段 階は、凝集段階の下流において高分子電解質（すなわちポリマー）を添加するこ とにより実施される。 ‐沈殿：原水からフロックを分離して、一方ではスラッジ、他方では浄水を生 成する段階。 過去30年余の間、この物理化学的処理技術は、以下のような二種類の技術の出 現により、かなり進歩した。 ‐接触塊を用いたフロック形成。これによりフロックの質が向上し、反応器の 容量が減少し、浄化が向上した。これは、反応媒体に高密度の粒子が含まれてい るため、凝集により生成されたマイクロフロックが集 合および成長しやすくなるからである。フロックの生成速度は、懸濁液中の自由 粒子の数に比例する。 ‐沈殿タンク内に傾斜板または管を挿入することにより実施される層状沈殿。 この技術により沈殿タンクの寸法を50から70％縮小できた。 現在の技術傾向として、処理水の質を決定し、高い沈殿速度を達成する鍵とな る、フロック形成状態の向上が注目されている。 現時点で、最新型沈殿タンクではフロック形成反応器に以下のような２種類の 接触塊を使用している。 1．沈殿後に再循環されたスラッジ：この技術の例はFR-A-2,553,082に記載さ れている。 ２．マイクロサンドなどの微細なバラスト：この技術の使用例は、FR-P-1,411 ,792とFR-A-2,627,704に記載されている。 接触塊を用いたフロック形成に関する上記２種類の技術の長所と短所を以下に 説明する。１. スラッジ接触塊を用いたフロック形成 添付図面の図１は、この技術を使用した物理化学的処理プラントの概略図であ る。この図には、Ａに凝集反応器、Ｂにフロック形成反応器、Ｃに沈殿タンクの 概略が示されている。このようなプラントは当該技術の熟練者には周知であるた め、これを条件として、説明は省略する。 図１から分かるようにフロック形成反応器Ｂ内の接触塊は、Ｃで沈殿されたス ラッジの一部が再循環されたものから成る。再循環スラッジの体積は、処理され た体積の0.5から4%を占める。過剰な濃縮スラッジは、抽出後に除去される。除 去されたスラッジの体積は、処理された体積の0.1から1%を占めているが、この 数値は処理によって異なる。 沈殿後に再循環されたスラッジを接触塊として使用するフロック形成技術の長 所は、以下の通りである。 ‐この方法では接触塊が生成されるため、方法の要求事項に応じ、量的な制限 を何ら受けることなく利用できる。 ‐接触塊は、膨張構造と低い相対密度のために比表面積、すなわち空 間占有率が非常に高い。一例を挙げると、１リットル中のフロック形成スラッジ １グラム（反応器の平均濃度）は、約５分間の沈殿の後、100ml相当の体積を占 める。 ‐このように比表面積すなわち空間占有率が非常に高いことから、フロックと 、非常に微細な粒子と、凝集コロイドと、微生物との間における接触の可能性、 ひいてはこの懸濁物質を非常に効率的に「捕捉」する可能性がかなり高くなる。 この技術では、高密度スラッジの沈殿速度が、バラストの場合の速度の30%か ら80%であることが、短所であり限界となっている。２. バラスト接触塊を用いたフロック形成 ‐ この技術によれば、新品バラストまたは洗浄後のリサイクルバラストをフ ロック形成器の上流に添加することで接触塊が得られる。フロック形成器でリサ イクルされるバラストの分離および再生が可能な手段は、当該技術の熟練者には 周知の方法であるため、これらの条件において、説明は省略する。 この技術を実施する際、バラストは一般的に砂から成り、連続的に抽出される 物質は、沈殿タンクによる処理を受ける水の体積の約５%を占める。マイクロサ ンドを被覆するスラッジに重量負荷されたこれら連続抽出物質は、砂を再生する ための処理を受けなければならない。洗浄された砂は続いて、工場前方に位置す るフロック形成器の上流に再投入される。この砂‐バラスト洗浄作業で生成され た残留物には、過剰なスラッジが見られる。 文献、特にFR-P-1,411,792とFR-A-2,627,704に記載された既存のバラストタイ プの装置は、ランニングコストを明白な理由とするバラストリサイクル段階を含 む。さらにこの技術について記載されたすべての文献には、バラストは常に「洗 浄される」すなわち再生されると明記されている。これは、ポリマーで「被覆さ れた」バラストは、凝集時に化学的に生成された沈殿フロックが接着する面積が 最大でなければならないからである。したがって、有効結合面積を最大とするに は、効果的な 物理的洗浄が不可欠となる。 バラストとしては、通常マイクロサンドと呼ばれる一般的に直径が50μmから1 50μmの砂が一般的である。 Journal Water SRT‐AQUA Vol．41、No.1、（1992年）の18から27ページには、 バラスト粒子の径に対する生成水の濁度に関する曲線が記されており、これは、 砂粒子が150μmを越えない場合にこの方法が有効で、50から100μm程度の値なら ばより良好な結果が得られることを示している。 微細バラストから成る接触塊を用いたこのフロック形成技術の長所として、そ の沈殿速度が、沈殿後に再循環されたスラッジから成る接触塊を使用したフロッ ク形成方法で得られる速度の20゛から200゛も高いことは特筆すべきである。こ のように河川水の浄化の場合には、層状モジュールを通した公表速度が25から50 m³/m²・hであるのに対して、接触塊としてスラッジを使用したフロック形成方法 を実行する装置では、約15から30m³/m²・hの速度に制限される。 この技術の重要な欠陥は主として、バラストが二つの異なる役割を果たさねば ならないという事実から生じている。 ‐比表面積（すなわち空間占有率）の高い接触塊を使用することによるフロッ ク形成の加速、および ‐バラストをフロックに追加することによる沈殿速度の上昇。 これらの制約すなわち欠点は、以下の特徴に起因する。 ‐均等な（重量）の接触塊について、バラストはスラッジよりはるかに低い接 触面積、すなわち空間占有率を有する。例えば、 ‐「スラッジによるフロック形成」の場合には、反応器内の濃度は約１ｇ/ｌ で、５分間の沈殿の後にスラッジが占める体積は最初の体積の約10%である。 ‐「バラスト（たとえば砂）によるフロック形成」の場合には、反応器内のバ ラスト濃度は少なくとも５ｇ/ｌで、５分間の沈殿の後にスラッジが占める体積 は、最初の体積の約1%に過ぎない。 ‐高接触塊を得る（高い沈殿速度を得るのではなく）のに望ましいバラストの 量を増やすことにより、抽出スラッジ処理システムに再循環されるスラッジの体 積が増大し、この処理は砂を再生するために砂からスラッジを分離することから 成る。この作業は一般的に、高圧で供給されるハイドロサイクロンにより実施さ れるため、この作業はエネルギー消費の点から見て非常に高価となる。実際、ラ ンニングコストを抑えるため、再循環スラッジの体積は、処理される体積の５か ら10%となるよう意図的に制限され、反応器内のバラスト濃度は５から10ｇ/ｌを 越えない。この選択がフロック形成を最適化する可能性と矛盾することは極めて 明らかである。 ‐以下のような様々な技術は、上述した作業条件から生じる接触塊の不利な条 件を補うことを目的としている。 ‐追加フロック形成エネルギーの使用（従来のフロック形成エネルギーの100 倍に上る数字が挙げられている。） ‐さらに微細なバラスト粒子（たとえば10から50μmの粒径を持つ粒子）を使 用して比表面積を増大させることは、一方ではエネルギーコストの点から、他方 では沈殿と砂−フロックの分離が困難な点から、考えられない。 すなわち、バラストによるフロック形成の性能特性は、以下の三つの要因によ って制限される。 ‐このシステムは、バラストの結合部位に利用可能な箇所が見られないために 生じる突然の汚濁に影響されやすい。（接触塊は最大５‐10g/lに制限される。 ） ‐このシステムは、いわゆる「処理時に何らかの反応を起こしやすい」汚染物 質（寄生虫の卵、微生物、微粒子、微量の複合有機化合物、殺虫剤など）に対す る性能が低いこと。 ‐バラストをできるだけ完全に洗浄する必要があることから、抽出スラッジの 濃度が低いこと。この濃度は、スラッジ接触塊を使用した装置で測定されたもの より、少なくとも10倍低く、抽出スラッジを濃厚化 するため、沈殿タンクの下流に補助装置を設置することがしばしばある。 上述の従来の方法の短所および限界に鑑み、本発明の目的は、再循環された高 密度スラッジからなる接触塊を用いたフロック形成効率と、バラストによるフロ ック形成時に得られる高い沈殿速度とのそれぞれの長所を組み合わせることので きる新しい方法を提供することにある。 従って本発明は、凝集、フロック形成及び沈殿という連続的段階から成る、消 費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理方法であって、フロック形成 段階において前記スラッジを重量化する役割を果たすバラストを該スラッジに投 入し、前記フロック形成段階で使用される接触塊が、沈殿段階で得られ洗浄処理 されずに連続的にフロック形成段階にリサイクルされる高密度スラッジの部分か ら成ることを特徴とする、消費を目的とした排水、特に地表水の物理化学的処理 方法に関する。 従って本発明による方法ではバラストが用いられるが、上述したいわゆる「バ ラストによるフロック形成」方法の場合とは使用法が異なる。本発明によれば、 バラストは重量負荷という一つの役割のみを果たし、接触塊のフロック形成作用 は再循環スラッジのみによって実施される。バラストは粒子に提供される接着面 とはならず、フロック形成反応器に再循環されて接触塊を構成するスラッジに組 み込まれる重量負荷塊を構成するだけである。 本発明の一特徴によれば、バラストは粒径が50から500μm、望ましくは100か ら300μmの物質から成る。 本発明の好適な実施例によれば、バラストは高密度無機物質(実際の粒子密度 が２から８ｇ/ml)、特に砂、ざくろ石または磁鉄鉱である。 本発明によれば、リサイクルされない過剰な高密度スラッジは、処理されずに 排出されるか、またはバラストを回収するための処理を受けるが、この処理はス ラッジから分離されたバラストの完全洗浄を含まない。処理せずに排出する場合 、高密度スラッジは優れた沈殿能力を持つ。 本発明によれば、バラストは沈殿タンクの内部または外部で重力沈殿により回 収されることが望ましく、回収されたバラストは、次にフロッ ク形成段階でリサイクルされる。 本発明の他の特徴と長所は、本発明の一実行方法を図示した添付図面に関連し 、いかなる限定の性質も持たない以下の説明から明らかになるだろう。 図面において、 図１は、接触塊が沈殿後に再循環されたスラッジから成る、上述した周知の物 理化学的処理方法の原理を示す概略図である。 図２は、本発明の主題を成す方法の原理を示す、図１と同様の図である。 図２から分かるように、フロック形成器Ｂ内の接触塊は、分離または再生処理 を受けることなく、沈殿タンクＣにおける沈殿と濃厚化を経た高密度スラッジの 部分P1が連続的に再循環されたものである。好適な実施方法によれば、再循環さ れる体積は、処理される体積の0.5%から4%を占める。 過剰に高密度化されたスラッジの部分P2は、例えば、処理された水の体積の0. 1%（洗浄）から1%（懸濁物質の含有量が非常の高い排水）の間のパージ体積で除 去しなければならないことは明らかである。この段階では、 ‐パージレベルとバラストのコストに基づいて、過剰なスラッジを純粋かつ単 純に排出させるか、あるいはバラストの回収のための処理が可能なことと、 ‐砂を回収するためのスラッジの処理は、バラスト誘導フロック形成処理(FR ‐P‐1、411,792とFR-A-2,627,704)とは異なることについて言及すべきである。 これは、本発明によれば洗浄、すなわち再生せずに砂が回収されるからで、分離 段階で砂を完全に洗浄する必要がないため、高密度スラッジに対して処理が行わ れるからである。 図２のＥに概略が図示されているのは、バラスト回収のため本発明にしたがっ て設けられる手段である。処理水の体積の0.1%から1%という少量のスラッジが抽 出される（すなわちバラストによるフロック形成の 場合より５から50倍少ない）ため、より高度でより高性能な分離技術を任意に用 いることができることに分るだろう。そのうち特に以下について言及しておく。 ・ハイドロサイクロンによる分離、 ・送風による分離、 ・水簸による分離、 ・遠心力による分離、 ・超音波による分離、 またはこの分離装置のエネルギーコストを下げることが可能である。 バラストが単に重量負荷の役割を果たすだけで接触塊として作用しないとする と、この重量負荷バラストの粒径は、バラスト誘導フロック形成の場合とは対照 的に、より大きな径を選択でき、都合がよい。このように径が50から500μｍ、 望ましくは150から300μｍの増量粒子を使用できるのに対して、バラストから成 る接触塊を使用したフロック形成の場合にはバラストの粒径は、150μｍより小 さくなければならず、50から100μmが望ましい。 本発明の主題を成す方法において、このバラストの直径は、以下の目的にとって 重要な特徴となる。 ‐沈殿速度を上昇させること(ｄ=100μｍの場合、バラスト沈殿速度=30m/hであ るのに対して、ｄ=250μmの場合、バラスト沈殿速度=115m/hとなる。)。 ‐過剰なスラッジからバラストを回収すること。 場合によっては、バラストの直径が充分に大きいと、バラストを回収してリサ イクルするために、沈殿タンクの内外における単純な重力分離の発生が考えられ る。 再循環高密度スラッジから成る接触塊を使用してフロック形成を行う本発明に よる方法は、特に以下の長所を備えている。 1. 結合物質の空間占有率が非常に高いため、処理効率が非常に高い。 ‐原水の流入量が著しく増大しても、精製性能特性が安定している。 ‐いわゆる「処理時に何らかの反応を起こしやすい」汚染物質（微粒子、微生 物、微量な複合有機化合物、殺虫剤、寄生虫の卵など）を完全に除去できる。 2. バラストは単に重量負荷の役割を果たすだけである。したがってバラストの 平均粒径は、バラスト誘導フロック形成で必要な粒径より大きくてよい（例えば 100μｍに対して250μｍ）。これには二つの長所がある。 ‐沈殿速度はかなり上昇し、重量負荷物質の直径が大きくなるほど上昇する。 ‐バラストの回収は直径が大きくなるにつれて一層容易となる。 場合によっては、直径が充分に大きいと、沈殿タンクの内外で単純な重力分離の 発生が考えられる。 3. 回収したバラストは、凝集/フロック形成のための「きれいな」部位を再生 しなくてもよいので、洗浄の必要がない。その結果、高濃度のスラッジからバラ ストを回収することが可能で好適である。これは以下の長所を伴う。 ‐抽出されたスラッジが概ね10倍の高濃度なので、沈殿タンクの下流に設置さ れた濃厚化/貯蔵装置の体積は、これに比例して小さくなる。 ‐砂回収システムは、同じ比率でより小さい体積で作動し(例えば10倍小型)、 やはり装置の寸法とエネルギー消費が減少する。 4. フロック形成スラッジ‐塊/バラストの役割を分離することにより、バラス トを追加または再循環しなくても低い処理量（場合に応じてQmaxの20%から80%以 下）で作動させることが可能となるため、ランニングコストをさらに低くできる 。 下の表は、本発明の主題を成す方法および上記従来例の方法について、それぞ れの性能を比較し、まとめたものである。この表は、河川の水を用い、処理量が 同一となるように実行されたそれぞれの処理方法を示している。 本発明は、上述の実施例に限定されることなく、添付の請求項の主題に含まれる すべての変形例を包含するものであることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 凝析と凝集と沈降という連続的段階から成る、消費を目的とした排水、特に 地表水の物理化学的処理方法であって、凝集段階において前記スラッジを重量化 する役割を果たすバラストを該スラッジに投入し、前記凝集段階で使用される接 触塊が、沈降段階で得られ凝集段階で処理されずに連続的にリサイクルされる高 密度スラッジの部分（Ｐ1）から成ることを特徴とする、消費を目的とした排水 、特に地表水の物理化学的処理方法。 2. 前記バラストが、粒径が50から500μm、好ましくは100から300μmの物質か ら成ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 3. 前記バラストが高密度（実際の粒子密度は２から８g/ml）な無機物質、特に 砂、ざくろ石または磁鉄鉱であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 4. 沈降と濃厚化の後に凝集段階へと連続的に再循環される、前記接触塊から成 る高密度スラッジの体積が、処理される排水の体積の0.5から4%を占めることを 特徴とする、前出請求項のいずれか一つに記載の方法。 5. 前記凝集段階でリサイクルされずに前記沈降段階で抽出される、過剰な高密 度スラッジの部分が、処理される水の体積の約0.1から1%のパージ体積を占める ことを特徴とする、前出請求項のいずれか一つに記載の方法。 6. リサイクルされない前記過剰な高密度化スラッジが処理なしで排出されるこ とを特徴とする、請求項５に記載の方法。 7. リサイクルされない前記過剰な高密度スラッジが前記バラスト回収のため処 理され、該処理が前記スラッジから分離された前記バラストの完全洗浄を含まな いことを特徴とする、請求項５に記載の方法。 8. 前記バラストが前記沈降タンクの内部か外部のいずれかにおいて重力沈降に より回収され、回収された該バラストが次に前記凝集段階でリサイクルされるこ とを特徴とする、請求項７に記載の方法。