JP2004510566A - 廃水を処理するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(技術分野)
本発明は、廃水を処理するための方法および装置に関する。
【0002】
(背景)
地下水面の低下、人口増加、工業化の伸展、灌漑農業の利用拡大および淡水供給の汚染によって、世界的に淡水の供給が逼迫している。再生した廃水は、特に、飲用以外の用途に補足的な水源として、役立つ可能性がある。作物の灌漑や造園は、水需要全体の約70%を占め、また、廃水中に存在している栄養分の一部の恩恵を受けるので、再生水の1つの適切な非飲用用途を表す。再生廃水の他の適切な非飲用用途としては、洗浄、冷却、防火および消火、小川拡張、噴水、レクリエーション用の池、セメント調製、埃の抑制およびトイレの水洗が挙げられる。非飲用用途が広範囲にわたるにもかかわらず、概して、廃水再生は、非常に小規模で実施されているにすぎない。再生場所から使用場所への再生水の運搬および生産方法の限界が、再生水のさらに広範な使用に対する障害であり得る。
【0003】
廃水の効果的かつ効率的な処理が、経済的かつ環境面で重要である。廃水処理システムとしては、焼却処理システム、化学処理システム、電解処理システム、核放射線システムおよび物理的処理システムを挙げることができる。これらの種々のシステムは、異なる水質の水を供給できる。これらのシステムの多くは、費用がかかり、また、運転および管理が比較的困難である。物理的処理システム(例えば、濾過)は、汚れの問題および流れ遅滞があるために、開発が困難であり得る。化学的不純物および病原的不純物に加えて、入ってくる廃水は、沈降性固形物(例えば、硬質材料および研磨材−これらは、この処理システムの部品を損傷し得る)および浮遊性物質(例えば、脂肪、オイル、グリースおよび繊維−これらは、物理的処理システムを汚し得る)を含み得る。廃水処理に有用なシステムは、不変の出力を生じ、自動化でき、比較的にサイズが小さく、使用可能な液体および固体副生成物を生じ、また、比較的に低価格であり得る。
【0004】
(要旨)
一般に、本発明は、主要処理として膜分離または空気浮遊分離またはそれらの両方を使用して、廃水流を有益な水成分および固体成分に処理するための方法および装置に特徴がある。この処理プロセスの初期に膜分離器または空気浮遊分離器の操作に悪影響を与える物質の除去および隔離により、水処理量、水質およびシステム部品の寿命が改善できる。膜分離器または気体浮遊分離システムで処理する前に廃水から沈降性固形物および浮遊性物質を物理的に分離すると、高い流速が達成できる。
【0005】
1局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理して再利用可能液状部分を形成するための方法に特徴がある。該方法は、第一閉じ込めゾーンで廃水流を第一成分および第二成分に分離する工程を包含する。該第二成分は、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れて、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成できる。あるいは、該第二成分は、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用でき、そして該第二成分は、該膜の表面上で濃縮されて、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成できる。該第一成分は、該第二成分中の沈降性固形物の量よりも多い量の沈降性固形物を含有する。該方法は、該第一成分および該第二成分を分離する前に、該廃水流を細かく砕く工程を包含できる。前記第二成分と前記膜との間に、高い剪断力を作り出すことができる。
【0006】
ある実施態様では、分離工程はまた、分離タンクへの廃水流量(wastewater stream flow)により発生する力によって、重力によって、またはそれらの組合せによって、沈降性固形物を沈降させる工程を包含できる。
【0007】
適用できるとき、前記方法は、以下の工程を包含する:気体の泡を前記気体浮遊分離システム中で前記第二成分に導入する工程;該泡を上昇させて該第二成分に通すのに十分な間隔にわたって、該第二成分を前記第二閉じ込めゾーンで保持して、前記泡沫部分を形成する工程;および該第二閉じ込めゾーンから該泡沫部分を除去して、前記再利用可能液状部分を残す工程。上昇している泡は、懸濁した粒子および溶解した有機化合物を吸着し、それらを、前記第二閉じ込めゾーンの表面に浮遊させ、前記泡沫部分を形成し得る。前記方法はまた、前記第一成分および前記泡沫部分を合体して、スラリー流を形成する工程、およびある実施態様では、該スラリー流を処理する工程を包含できる。前記気体は、オゾンを含有できる。
【0008】
前記再利用可能液状部分は、消毒できる。これは、例えば、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露することにより、達成できる。ある実施態様では、前記消毒工程は、前記再利用可能液状部分に化学酸化剤(例えば、オゾン)を混合する工程を包含できる。
【0009】
前記再利用可能液状部分は、不飽和土壌に適用できる。該土壌は、該再利用可能液状部分中に含有される植物性栄養分の除去および生産的再利用を助け、浄水を下にある帯水層に戻すことができる。
【0010】
前記方法は、スラリー部分として前記膜から固体濃縮物を除去する工程および該スラリー部分を前記廃水流に戻す工程を包含できる。該方法は、膜分離前またはそれに続いて、前記再利用可能液状部分をフィルターシステムに通す工程を包含できる。前記フィルターシステムは、バックフラッシュされて、例えば、一定容量のバックフラッシュ済物質を作出でき、それは、前記スラリー流と合体できる。該フィルターシステムは、固定フィルムバイオフィルターを含むことができる。前記フィルターシステムは、第三閉じ込めゾーン内に、バイオフィルムで被覆した濾過媒体を含むことができる。該バイオフィルターの該フィルムと接触すると、残留している懸濁固形物が除去でき、溶解した窒素化合物および懸濁した窒素化合物が硝化でき、そして他の生化学酸素要求源を減少できる。該バイオフィルターは、バックフラッシュ可能であり得る。
【0011】
前記廃水は、下水管から得ることができる。前記第一成分および前記泡沫部分は、合体され、スラリー流を形成でき、これは、前記下水管に該廃水が得られた位置の下流で戻すことができる。ある実施態様では、前記スラリー流は、第三閉じ込めゾーンに入れられ、該スラリー流を上澄み部分および沈降部分に分離できる。該第三閉じ込めゾーンで十分な滞留時間があると、該ゾーンの底部へと沈降性固形物が相当に沈降できるようになる。該第三閉じ込めゾーンでは、固形物は、主として無酸素の生物学的プロセスによって、分解できる。その上澄み部分は、前記第一閉じ込めゾーンまたは前記第二閉じ込めゾーンに戻すことができるか、地下浸出領域に移すことができる。
【0012】
他の局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置に特徴がある。該装置は、沈降性固形物分離器を含み、該沈降性固形物分離器は、容器を含み、該容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している。該沈降性固形物分離器はまた、以下を含む:入口であって、該入口は、該容器の該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている;第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している;および第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している。該装置はまた、分離システムを含む。該分離システムは、入口および透過水出口を有する膜分離システムであり得る。該入口および該透過水出口は、膜で分離されている。流体導管は、該沈降性固形物分離器の該第一出口と該膜分離システムの該入口とを流体連結している。該膜分離システムはまた、濃縮物ポートを含むことができる。前記膜分離システム入口に加えられる原動圧力は、前記入口と流体連絡した給送ポンプにより提供されることができる。あるいは、前記分離システムは、気体浮遊分離システムであり得、これは、入口ポートおよび再利用可能液状部分出口ポート、および流体導管を含み、該流体導管は、該沈降性固形物分離器の前記第一出口と該気体浮遊分離システムの入口ポートとを流体連結している。
【0013】
前記沈降性固形物分離器は、渦巻分離器であり得る。該沈降性固形物分離器はまた、ベントオーバーフローポートを含むことができ、該ベントオーバーフローポートは、前記第一出口と前記容器の前記上端との間に位置している。該沈降性固形物分離器の前記第二出口は、沈降固形物出口であり得、該沈降固形物出口は、固形物を除去する容器の基部で、開口部と連絡しており、これらの固形物は、渦流により、該開口部に向かって掃き出される。該気体浮遊分離システムは、該沈降性固形物分離器の上澄み液にて、残留している沈降性懸濁固形物およびある種の溶解した固形物を分離し除去できる。
【0014】
前記気体浮遊分離システムは、気体浮遊分離容器を含むことができ、該気体浮遊分離容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している。前記入口ポートは、該容器の該上端に近接し得、そして前記再利用可能液状部分出口ポートは、該入口ポートと該下端との間にあり得る。該容器はまた、以下を含むこてができる:スカムオーバーフローベントポートであって該スカムオーバーフローベントポートは、該入口ポートと該上端との間にある;および気体注入ポートであって、該気体注入ポートは、該スカムオーバーフローベントポートと該下端との間にある。該気体注入ポートは、液体循環回路の一部をなし得、この回路は、ポート(これは、該気体浮遊分離容器の下部にある)、ポンピング入口導管、ポンプ、ベンチュリノズル、および戻り導管(これは、前記気体注入ポートと連絡している)を含む。該ノズルを通って循環する液体が、気体を、小さい泡の形状でその流れに引き出し、これらは、該気体注入ポートを通って、該気体浮遊分離器に導入される。
【0015】
ある実施態様では、前記沈降性分離器容器の前記第一出口と前記膜分離システムの前記入口との間に、平衡容器(これは、上端、下端および外壁を有し得、該外壁は、該状態と該下端とを連結している)が含まれ得る。前記容器は、該容器の正常液体レベルと前記上端との間に、スカムオーバーフローベントポートを含むことができる。前記平衡容器の入口は、前記分離器の前記第一出口の下方にあり得る。該平衡容器の出口ポートは、前記下端にあり得る。
【0016】
前記膜分離器システムの給水ポンプは、入力として、浄化した廃水(これは、前記沈降性固形物分離器の前記第一出口から直接か、またはある実施態様では、平衡容器の出口ポートからのいずれかで供給される)を受容できる。前記装置はまた、フィルターシステムを含むことができ、該フィルターシステムは、入口および濾液出口を有し、該入口は、前記給水ポンプと流体連絡しており、そして該濾液出口は、前記膜分離システム給水入口と流体連絡している。該フィルターシステムは、バックフラッシュ可能フィルターシステム、固定フィルムバイオフィルターシステムまたはバックフラッシュ可能固定フィルムバイオフィルターシステムであり得る。該バックフラッシュ可能フィルターは、フィルターディスクを含むことができる。
【0017】
透過水導管は、前記膜分離システムの前記透過水出口を消毒システムに流体連結でき、該消毒システムは、紫外線消毒システムまたはオゾン処理システムまたはそれらの両方を含むことができる。該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含むことができ、該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、透過水流れ領域と流体連絡している。オゾン輸送導管は、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記閉鎖オゾン処理容器を流体連結できる。
【0018】
浄化液導管は、前記気体浮遊分離容器の前記再利用可能液状部分出口ポートを消毒システムに流体連結でき、該消毒システムは、紫外線消毒システムまたはオゾン処理システムまたはそれらの両方を含むことができる。該紫外線消毒システムは、1本またはそれ以上の透明プラスチックチューブ(これらは、紫外線照射に透過性であり、そこを前記再利用可能液状部分が通る)、紫外線ランプ(これらは、該プラスチックチューブを取り囲んでいる)および囲壁(これは、チューブおよびランプの組立品を含む)を含むことができる。該紫外線ランプ装置は、該ランプを取り囲む空気層で、オゾンを発生できる。該オゾンは、該囲壁から抽出でき、これは、オゾン発生器として働くことができる。オゾン輸送導管は、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記オゾン処理システムの閉鎖オゾン処理容器を流体連結できる。紫外線照射に曝露すると、有機体を直接殺すことができ、もし、溶解したオゾンが液体中に含有されているなら、強力な酸化剤を作出でき、これは、さらに、消毒し、臭気および色を除き、生化学的酸素要求量を減らし、そして液体中の有害な化学化合物を酸化する。
【0019】
前記装置は、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡して、廃水ポンプ(例えば、粉砕廃水ポンプ)を含むことができる。
【0020】
前記装置はまた、前記膜分離システムの前記濃縮物出口ポートと流体連絡して、流動絞り弁を含むことができる。該流動絞り弁は、前記方法の流動を制御するのに使用できる。定期的に、この流動絞り弁は、前記沈降性固形物分離器の容器および平衡容器の両方の液体レベルを両方の容器のオーバーフローポートを超えて上昇させるために、流動を遅らせるのに使用でき、それにより、これらの容器の表面上の蓄積したスカム層および他の浮遊物質を、スカムオーバーフローベントポート(これは、スラリー部分導管と流体連絡できる)を経由して、強制的にスラリー部分に排出できる。該スラリー部分導管は、前記沈降性固形物分離器の前記第二出口と流体連絡できる。前記流動絞り弁の出口は、該沈降性固形物分離器容器または平衡容器のいずれかと流体連絡できる。
【0021】
特定の実施態様では、前記装置は、固形物処理システムを含むことができる。該固形物処理システムは、入口ポートおよび出口ポートを含むことができる。該入口ポートは、前記スラリー部分導管と流体連絡できる。該固形物処理システムは、前記スラリー流と連絡した入口ポート、および出口ポートを有する容器を含み得る。部分該固形物処理システムは、前記スラリー流中の沈降性固形物に、沈降し、そして、例えば、主に無酸素の生物学的プロセスによって分解する機会を与えるのに十分な容量を有し得る。該固形物処理システムの出口ポートは、前記沈降性固形物分離器の入口と流体連絡できる。該固形物処理システムの出口ポートは、重力分離容器の入口と流体連絡できる。
【0022】
他の局面では、本発明は、沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置に特徴がある。該装置は、渦巻分離器およびオゾン処理システムを含む。該渦巻分離器は、以下を含む:閉鎖分離器容器であって、該閉鎖分離器容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している;入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている;第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している;および第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している。該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器は、流体入口およびオゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、流体流れ領域と流体連絡している。流体導管は、該渦巻分離器の該第一出口を該オゾン処理システムの該流体入口と流体連結しており、該閉鎖分離器容器および該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン輸送導管で流体連結されている。
【0023】
前記方法は、再生水を得る簡単で信頼でき迅速で小型で安価な方法を提供し、これは、従来の生物学的廃水処理方法の欠陥の多くを克服できる。例えば、前記装置および方法は、濾紙、膜または生物学的システムだけの場合よりも、確実かつ効率的に実行する。該装置は、完全な廃水再生利用システムであり、これは、とりわけ、運搬費用をできるだけ低くでき、本質的に不確実で保守管理に手間がかかる廃水処理の使用を避けることができ、過去の物理的または化学的システムの一定の限界を克服でき、再利用可能または容易に廃棄される残留副生成物を生成でき、小型で、経済的で、信頼でき、無臭であり得、また、良質の完全に消毒した水を生成でき、これは、種々の再利用用途(例えば、灌漑および他の非必須再利用用途、洗浄、冷却および他の工業用途、または水産養殖および地上水源への排出)に適切である。前記方法および装置はまた、該装置の周囲に無臭環境を作り出すことができる。従って、該廃水再生利用システムは、現場用途または局所用途に非常に適し得、ここで、生成される水は、その処理プラントの近くで、生産的に再利用される。
【0024】
本発明の1つまたはそれ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明で述べる。本発明の他の特徴、目的および利点は、これらの説明および図面から、また、請求の範囲から明らかとなる。
【0025】
(詳細な説明)
図1〜2を参照すると、水再生利用システムは、沈降性固形物分離器32(例えば、渦巻分離器)、平衡現場洗浄容器52、フィルターシステム78(例えば、バックフラッシュ可能フィルターシステム)、膜分離システム100、透過水処理システム62、および固形物処理システム92(図1)または下水管20(図2)を含む。廃水21(これは、公衆衛生廃水および他の廃水を含有できる)は、地下保存タンク22(図1)またはウェットウェル96(図2)で集まる。地下タンク22またはウェットウェル96は、潜水可能な汚水ポンプ24を含む。好ましくは、ポンプ24は、粉砕ポンプ(例えば、Montesano,WashingtonのVaughan Chopper Pumps製のチョッパーポンプ)であり、これは、廃水21中の大きい固形物をスラリーに同時に切り刻むか細かく砕く。このスラリーは、ポンプ上げされて、導管26を経由して、逆止め弁28を通って、沈降性固形物分離器32の入口ポート30を経て沈降性固形物分離器32に入る。
【0026】
沈降性固形物分離器32は、容器10を含み、その上端12は、外壁14によって、下端13に連結されている。第一出口42は、上端12近くの外壁14に位置している。入口ポート30は、上端12近くの外壁14を通って、部分的に接線方向に向けられている。第二出口46は、下端13に近接している。分離器32の閉鎖環境40は、ベントスカムオーバーフロー導管45に連結されたベントスカムオーバーフローポート44と流体連絡している。下端13は、第二出口46を含み、これは、固形物ポンプ48を含む導管49に連結されている。固形物ポンプ48は、例えば、プログレシブ空洞ポンプ(これは、Springfield,OhioのMonyo Inc.から入手できる)であり得る。図1を参照すると、固形物ポンプ48および排水弁47は、導管45を通って固形物処理システム92に注ぎ、このシステムは、出口ポート94を通って、処理済み物質を排出する。図2を参照すると、固形物ポンプ48および排水弁47は、導管45を通って下水管20に注ぐ。
【0027】
図3を参照すると、分離器32の入口30は、遠心流れパターン98を作り出すように向けられ、これは、環状ディッププレート34、余水路36およびバッフル38の上部に順に回す。余水路36は、ディッププレート34の内壁に装着されている。第一出口42は、余水路36から流体を引き出す。ベントスカムオーバーフローポート44は、分離器32の一面に位置している。第二出口46は、容器10の中心にある。環状内部バッフル38は、そのまま円錐形状に張り出して、第二出口46に近づく。
【0028】
図1〜3を参照すると、第一出口42は、余水路36の内容物を、流体導管51を経由して、気体浮遊分離システム52に送達する。図1〜2および4を参照すると、平衡現場洗浄容器52は、入口ポート54を通って、沈降性固形物分離器32の出力を受容する。入口ポート54は、容器52の上端55に近接している。容器52は、入口ポート54の下に下端57に近接して再利用可能液状部分出口ポート56を有する。スカムオーバーフローベントポート60は、容器52の正常液体レベルの上で、容器52の上端55に向いて位置付けられ、導管50に排水する。外壁61は、末端57および末端55を連結する。
【0029】
出口ポート56は、給送ポンプ66と流体連結されている。出口ポート56は、導管110を通ってフィルターシステム78に通じ給送導管102を通って膜分離システム100へと通じる導管の一部である。適切な膜分離システムは、Peapack,New JerseyのKomline−SandersonおよびEmeryville,CaliforniaのNew Logic Internationalから入手でき、例えば、米国特許第6,027,656号、第4,952,317号、第5,014,564号および第5,837,142号(各々の内容は、本明細書中で参考として援用されている)で記述されている。膜分離システム100からの濃縮物出力は、濃縮物導管106、流れ制御弁82、戻り導管58、および沈降性固形物分離器32の入口ポート30を通る。膜分離システム100の透過水出口からの透過水は、導管104を通り、透過水処理システム62に入る。給水ポンプ66からの副流は、排水弁105および導管111を通り、導管80と合体する。必要なとき、導管113を通って、平衡現場洗浄容器52には、洗浄液を供給できる。出口108からは、再利用可能液体部分が排出される。膜分離システム100の分離特性は、その廃水の沈降した固形物および浮遊した固形物の殆どが沈降性固形物分離器32で除去されたので、より効率的に使用できる。
【0030】
図2を参照すると、残留固形物は、下水管20に戻される。下水管20からの廃水21は、ウェットウェル96に排水され、これは、高さが下水管20よりも低い。別の固形物処理システムを使用するよりもむしろ、ポンプ48からの沈降した固形物、導管45および50からの泡状物、気体および浮遊性固形物、および導管80からのフィルターバックフラッシュは、ウェットウェル96への入口よりも下流の地点で、下水管20に戻される。
【0031】
図4および5を参照すると、膜分離システム100の透過水出口導管104は、入口ポート85を通って、透過水をオゾン接触容器86に供給する。容器86は、上端89に近接した透過水入口85、下端91に近接した再利用可能液状部分出口108で閉じられている。容器86は、循環出口93(これは、入口85の少し下に位置している)、循環入口95(これは、再利用可能液状部分出口108の少し上にある)、および泡状物およびオゾン出口97(これは、97の上端に近接し、そしてその容器の正常操作液体レベルよりも上にある)を含む。循環出口93は、導管74、循環ポンプ111、気体注入器ノズル70、紫外線消毒システム84および導管74を通って循環入口95にフィードバックする回路の一部をなす。気体注入器ノズル70には、オゾン発生器76によって、オゾンガスが供給される。図4を参照すると、出口ポート97からの泡状物および過剰のオゾンガスは、導管114を経由して、沈降性固形物分離器32の空気層40に移すことができる。図5を参照すると、システム62は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム112を含み、これは、透過水導管104とオゾン接触容器86との間に挿入できる。バイオフィルターシステム112が存在しているとき、この再利用可能液状部分は、水産養殖のような用途で使用できるか、または地上水源に排出でき、ここでは、水中の窒素化合物が硝化されて生化学的酸素要求量が低くくなることが重要であり得る。水産養殖用途には、その迅速な処理プロセスにより、水中の熱を維持できるようになる。適切なバックフラッシュ可能バイオフィルターシステムは、米国特許第5,232,586号および第5,445,740号(その内容は、本明細書中で参考として援用されている)に記述され、Bubble Washed Bead FiltersおよびPropeller Washed Bead Filters(Jefferson,LouisianaのAquaculture Systems Technologies L.L.C.製)が挙げられる。バイオフィルターシステム112は、導管107を通して下水管20または処理システム92にバックフラッシュされ得る。バイオフィルターシステムのバックフラッシュは、圧縮空気または電動プロペラによる重力を使用して達成され、その濾過媒体をかき混ぜ、蓄積した物質をばらばらにし得る。このバイオフィルターシステムに対するバックフラッシュの頻度は、規則正しい操作間隔で実行できるか、または供給背圧の上昇により誘発できる。
【0032】
図7〜8を参照すると、水再生利用システムは、沈降性固形物分離器32(例えば、渦巻分離器)、気体浮遊分離システム52(例えば、泡分別タンク)、フィルターシステム78(例えば、バックフラッシュ可能フィルターシステム)、消毒システム65、および固形物処理システム92(図7)または下水管20(図8)を含む。消毒システム65は、オゾン処理システム76および紫外線消毒システム84を含む。廃水21(これは、公衆衛生廃水および他の廃水を含有し得る)は、地下保存タンク22(図7)またはウェットウェル96(図8)中に集まる。地下タンク22は、潜水可能な汚水ポンプ24を含む。好ましくは、ポンプ24は、粉砕ポンプ(例えば、Montesano,WashingtonのVaughan Chopper Pumps製のチョッパーポンプ)であり、これは、廃水21中の大きい固形物をスラリーに同時に切り刻むか、または細かく砕く。このスラリーは、ポンプ上げされて、導管26を経由して、逆止め弁28を通って、沈降性固形物分離器32の入口ポート30を経て沈降性固形物分離器32に入る。
【0033】
図3、7〜8を参照すると、第一出口42は、余水路36の内容物を、流体導管51を経由して、気体浮遊分離システム52に送達する。図7〜8および9〜10を参照すると、気体浮遊分離システム52は、容器53を含み、これは、入口ポート54を通って、沈降性固形物分離器32の出力を受容する。入口ポート54は、容器53の上端55に近接している。容器53は、入口ポート54の下に、下端57に近接して、再利用可能液状部分出口ポート56を有する。気体注入ポート58は、ポート56の少し上に、下端57に近接して位置付けられ、そしてスカムオーバーフローベントポート60は、容器53の上端55に向いて位置付けられ、導管50に排出する。外壁61は、下端57および上端55を連結する。
【0034】
出口ポート56は、消毒システム65に流体連結されている。消毒システム65は、オゾン処理ゾーンを含むことができ、このゾーンでは、流体は、例えば、オゾンを含む加圧雰囲気下での噴霧として、オゾンと接触できる。この加圧雰囲気は、他のオゾンシステムに通気できる。出口ポート56は、循環ポンプ66、導管68、気体注入ノズル70および導管74を通って気体注入ポート58へとフィードバックする回路の一部をなす。導管68は、オゾン処理システム69を補給する。この浮遊分離システム用の気体(例えば、オゾン発生器76に由来のオゾンと空気との混合物)は、注入器70を補給する。導管68からの副流導管72は、ポンプ66からフィルター78(これは、バックフラッシュ可能フィルターであり得る)、流れ制御弁82および紫外線消毒システム84を通り入口ポート88を通って出力平衡タンク86まで、出力の一部を運搬する。出口90から、再利用可能液状部分が排出される。
【0035】
図9を参照すると、フィルターシステム65は、膜分離システム100を含むことができる。適切な膜分離システムは、Peapack,New JerseyのKomline−SandersonおよびEmeryville,CaliforniaのNew Logic Internationalから入手でき、例えば、米国特許第6,027,656号、第4,952,317号、第5,014,564号および第5,837,142号(各々の内容は、本明細書中で参考として援用されている)に記述されている。この膜分離システムを含むシステムは、残渣を下水管に戻して、主に工業用途(例えば、洗浄および冷却)用の微粒子物質のない水を生成できる。気体浮遊分離システム52の出口56は、ポンプ66と流体連結され、これは、膜分離システム100に出力する。バイパス弁108は、オゾン処理システム69への流れを制御し、流れ制御弁82は、膜分離システム100への流れを制御し、そして排水弁109は、下水管20への流れを制御する。膜分離システム100は、濃縮物出口106および透過水出口104の両方を有する。導管106および110は、気体注入器ノズル70を補給するために併合し、この注入器ノズルは、導管74を通って、容器53の気体入口58に流体連結されている。透過水出口は、導管104を通って、紫外線消毒システム84と出口平衡タンク86の入口ポート88とに流体連結されている。導管104はまた、排水弁105に連結されている。排水弁105および109は、それぞれ、導管107および111を通って下水管20に注ぐ。必要なとき、タンク52への導管113を通って、気体浮遊分離システム52に、洗浄液を供給できる。
【0036】
図1〜3のシステムを運転中、地下タンク22またはウェル96に入る廃水21は、ポンプ24によってポンプ上げされ、逆止め弁28を通って、ポート30を通り沈降性固形物分離器32に入り、この場所で、流れは、壁14に対して接線方向に向かい、それにより、この分離器の内容物をゆっくりと循環させる。この廃水中の浮遊性物質(例えば、脂肪、オイルおよびグリース)は、この分離器の内容物が循環するにつれて、このタンクの周囲に沿って素早く上昇し、それらを、主に、ディッププレート34と壁14との間の環状空間に捕捉させる。この廃水中の沈降性固形物(例えば、砂利、砂、石、カミソリ刃、プラスチックおよび他の異質固形状物質)は、分離器32の外周に沿って循環させることにより、この分離器の底部に落ちる。これらの沈降性固形物は、この分離器の底部に達するにつれて、そのバッフルの外側の循環している流体と中心の方の比較的に静止した液体との速度差により生じる求心力により、内向きに一掃される。バッフル38の傾斜外面に達する固形物は、徐々に、下方に滑って、このタンクの円錐底面上へと出ていく。バッフル38の下での比較的に静止した状態により生じる求心力により、沈降した固形物は、内向きに一掃され、このバッフルの下に捕捉される。懸濁していた固形物は、一旦、このバッフルの内側に捕捉されると、ゆっくりと集塊し、この底部に沈降する。沈降した固形物は、出口46を通って、この分離器を出ていく。沈降性固形物および浮遊性固形物を比較的に含まず主に溶解した固形物および懸濁した固形物を含有する液体が、環状ディッププレート36の内側で、この分離器の上部に向かって上昇し、余水路36およびポート42を通って、この分離器を出ていく。ポート46を通って出ていく成分は、ポート42を通って出ていく成分よりも多い量の沈降性固形物を含有する。
【0037】
ポート42を出ていく流体成分は、入口54で平衡現場洗浄容器52に入り、ポンプ66により容器52からポンプ上げされて、出口56を通り、導管110からフィルターシステム78に入る。フィルターシステム78の後、この流体は、導管102を通り、膜分離システム100に入る。膜分離システム100内では、この流体の一部が、膜を通り、透過水として導管104に出力されるのに対して、この流体の残りは、濃縮物として、導管106を通って、システム100を出ていく。
【0038】
流れ制御弁82、汚水ポンプ24、循環ポンプ66および沈降固形物ポンプ48が、協調した様式で機能して、その全システムにおける流体流速を制御する。通常の操作条件下では、弁82は、典型的には、容器10および52中の液体レベルが安定したままであるように、ポンプ24を通ってシステムに入る流速を調和させるように設定される。弁82を通る流速を制御する1方法は、Anaheim,CaliforniaのBermad Control Valvesから入手できるモデル700−60フロート制御弁システムにより提供されるように、容器52内でフロートパイロット弁と相互連絡することによる。給送圧(これは、弁82を通る流れを制限することにより、変えることができる)を高めることにより、この膜分離システムを通る流れが増やされる。
【0039】
透過水部分は、懸濁固形物、沈降性固形物および浮遊性固形物を実質的に含まずに、導管104を出ていく。透過水処理システム62により、引き続いた種々の処理を行うことができ、これは、生成される再利用可能液状部分に向けた最終用途に依存して、変わる。
【0040】
図7〜9のシステムを運転中、地下タンク22またはウェル96に入る廃水21は、ポンプ24によってポンプ上げされ、逆止め弁28を通って、ポート30を通り沈降性固形物分離器32に入り、この場所で、流れは、壁14に対して接線方向に向かい、それにより、この分離器の内容物をゆっくりと循環させる。この廃水中の浮遊性物質(例えば、脂肪、オイルおよびグリース)は、この分離器の内容物が循環するにつれて、このタンクの周囲に沿って素早く上昇し、それらを、主に、ディッププレート34と壁14との間の環状空間に捕捉させる。この廃水中の沈降性固形物(例えば、砂利、砂、石、カミソリ刃、プラスチックおよび他の異質固形状物質)は、分離器32の外周に沿って循環させることにより、この分離器の底部に落ちる。これらの沈降性固形物は、この分離器の底部に達するにつれて、そのバッフルの外側の循環している流体と中心の方の比較的に静止した液体との速度差により生じる求心力により、内向きに一掃される。バッフル38の傾斜外面に達する固形物は、徐々に、下方に滑って、このタンクの円錐底面上へと出ていく。バッフル38の下での比較的に静止した状態により生じる求心力により、沈降した固形物は、内向きに一掃され、このバッフルの下に捕捉される。懸濁していた固形物は、一旦、このバッフルの内側に捕捉されると、ゆっくりと集塊し、この底部に沈降する。沈降した固形物は、出口46を通って、この分離器を出ていく。沈降性固形物および浮遊性固形物を比較的に含まず主に溶解した固形物および懸濁した固形物を含有する液体が、環状ディッププレート36の内側で、この分離器の上部に向かって上昇し、余水路36およびポート42を通って、この分離器を出ていく。ポート46を通って出ていく成分は、ポート42を通って出ていく成分よりも多い量の沈降性固形物を含有する。
【0041】
ポート42を出ていく流体成分は、入口54で気体浮遊分離システム52に入ることができ、この場所で、小気泡62(例えば、空気−オゾン混合物−これは、ポート58で注入されて、分離器52の液体中で上昇する)の連続的な上昇流に遭遇する。泡62は、固形物および浮遊性物質を液体表面へと持ち上げる。この空気−オゾン泡は、この流体中の懸濁した固形物、タンパク質、オイル、洗浄剤および他の界面活性剤を表面に持ち上げ、泡の細分化により、泡とスカムとのフロス部分64を形成する。ノズル70で注入された空気にオゾンを加えることにより、消毒、臭気および色の除去、および流体中の生化学酸素要求量の低下を助けることができる。入口ポート54から出口56への液体の下向きの流れは、これらの泡の上向きの流れと対向し、液体−泡の接触の持続時間および範囲を大きくする。
【0042】
再利用可能液状部分は、精製した状態で、出口56を出ていく。この再利用可能液状部分は、懸濁した固形物、沈降性固形物および浮遊性固形物を実質的に含まず、脱臭、消毒でき、また、無着色にできる。ポンプ66からの圧力下では、この再利用可能部分の一部が、導管72により方向転換されて、バックフラッシュ可能フィルターシステム78を通り、これは、残留しているかも知れない任意のより大きな懸濁した固形物を捕捉する。フィルターシステム78からの濾液は、流れ制御弁82を通り、次いで、紫外線消毒システム84(これは、殺菌力のある照射を直接付与することにより、まだ生存しているかも知れない再利用可能液状部分中の有機体を殺す)を通る。システム84からの紫外線照射はまた、例えば、溶解したオゾンを過酸化水素および非常に反応性が高い遊離ラジカル(これは、この水をさらに消毒し、色および臭気を除去し、そして望ましくない物質を酸化する)に変換することにより、この再利用可能部分中の残留オゾンを破壊する。フィルター78からのバックフラッシュは、導管80により、固形物処理システム92に運搬され、この場所で、沈降した固形物および浮遊性固形物と、先の処理段階からの泡および気体とを合わせる。
【0043】
フィルターシステム78は、より大きな粒子(これらは、膜分離システム100の膜を損傷し得るか、そのシステムにより得られる流速を減速させ得る)を除去する。フィルターシステム78のために、数種類のフィルターシステムが選択できる。1つの好ましいシステムは、バックフラッシュ可能フィルターシステムであり、これは、複数のディスクフィルター(例えば、Kibbutz Bet Zera,Jordan Valley,IsraelのArkal Filtration Systems製のディスク濾過システム)を使用し、これらは、10ミクロン程度に小さい物質を濾過により除くことができ、複数のフィルターモジュールを使用して、連続流を提供できる。適切なフィルターシステムは、米国特許第4,655,911号に記述されており、その内容は、本明細書中で参考として援用されている。図1に描写したシステムでは、問題の微粒子物質を除去するのに、200ミクロン以下、または20ミクロン以下のフィルター多孔度が望ましい。このバックフラッシュ可能フィルターシステムは、簡単で信頼できるバックフラッシュ方法を使用でき、これは、一度に1フィルターモジュールをバックフラッシュするのに対して、バックフラッシュされないモジュールは、水を濾過するために連続的に利用できる。空気補助バックフラッシュ工程は、小容量のバックフラッシュを生じることができ、これは、このシステムのバックフラッシュ出力を低下できる。このバックフラッシュ可能フィルターシステムは、自動バックフラッシュサイクルを使用でき、これは、その構成フィルターを横切る圧力差が所定値を超えるとき、誘発される。
【0044】
固形物の沈降および気体浮遊分離(これらは、バックフラッシュ可能フィルターシステムに先立つ)により、この廃水中の沈降性固形物、浮遊している固形物および懸濁した固形物の大部分が除去され、それにより、このフィルターの負担が最小限にされ、それに対応して、必要なバックフラッシュの持続時間および頻度が最小限にされる。また、この気体浮遊分離システムでオゾンを使用するとき、フィルターシステム78中での生物学的成長を少なくできるかなくすことができる。
【0045】
流れ制御弁82、汚水ポンプ24、循環ポンプ66および沈降固形物ポンプ48が、協調した様式で機能して、その全システムを制御する。最初に運転を開始したとき、ポンプ66が、気体浮遊分離システム52に空気およびオゾンを充填するように作動され、それにより、ポンプ24を作動させないままにし弁82を閉じていずれの出力も阻止しつつ、容器53内で水を精製する。容器53の底部にある水を清浄にするのに十分な間隔を経た後、汚水ポンプ24が開始され、弁82が開かれる。このシステムにわたって所望の流速を維持するように、流速が設定される。通常の操作条件下では、弁82は、典型的には、容器10および53中の液体レベルが安定したままであるように、ポンプ24を通ってシステムに入る流速を調和させるように設定される。弁82を通る流れを制御する1方法は、Anaheim,CaliforniaのBermad Control Valvesから入手できるBermadモデル700−60フロート制御弁システムにより提供されるように、容器53内でフロートパイロット弁と相互連絡することによる。
【0046】
時間の経過と共に、容器52内の懸濁した固形物および溶解した固形物は、ますます濃縮でき、システム100の膜を汚し得る。この膜が汚れることで、その透過水流速が維持されるとき、より高い給送圧を生じ得る。外部制御システムによってより高い圧力が検出されると、所定圧力閾値に達した後、洗浄サイクルが開始され得る。この洗浄サイクル中にて、以下の順序が続き得る:(1)入口ポート54を通って容器52に入る流れは、ポンプ24を止めることにより、停止される;(2)容器52は、排水弁105を開け弁82を閉じることにより、一掃される;(3)容器52は、入力113を通って、洗浄液(例えば、熱水とアルカリ液との組合せ)で満たされる;(4)弁82が開かれ、そして105が閉じられる;(5)この洗浄液は、一定期間にわたって、膜分離システム100に通され(その一部は、透過水として出ていく)、廃棄される;そして(6)弁82が閉じられ、そして弁105が開かれて、この洗浄液を、タンク52から、弁105、導管111を通って、下水管20へとポンプ上げする。この洗浄サイクルに続いて、その起動手順は、弁105を閉じポンプ24のスイッチを入れることにより開始され、入口54を通って新しい流体をタンク52に入れ得る。
【0047】
このシステムの運転中に、容器10、32、52または53中の液体の表面上に、スカム層が成長する。スカム層は、入力ポンプ24を運転したままにしつつ、一定間隔で、弁82を定期的に閉じることにより、このシステムから一掃できる。これにより、両方の容器10、32、52または53内の液体レベルを上昇させ、最終的に、ポート44および60を通り、導管45および50を通って、固形物処理システム92(図1または7)または下水管20(図2および8)に入れる。一旦、スカム層が一掃されると、弁82は、再度開放でき、弁82により流れを調節し、その液体レベルを目標レベルに戻す。
【0048】
沈降固形物ポンプ48は、このシステムを流れる全流と共同して、定期的にオンおよびオフにされ、制御した量の固体残留物を計量して固形物処理システム92(図1または7)または下水管20(図2または8)に送る。図1または7の実施態様について、それらの固形物は、引き続いた処理が必要な容量を最小限にするために、処理前、5重量%の固形物の範囲の高い程度まで濃縮される。ポンプ48を使用して固形残留物を計量することにより、さらに高い固形物含量が達成できる。通常、排水弁47は閉じられるが、それは、素早くタンク32を排出するために開くことができる。
【0049】
濃縮物を沈降性固形物分離器32に戻すことは、その濃縮物流れ中に残っている運動エネルギーを利用して、容器10内の流れ(例えば、遠心流れ)を維持し、そしてそれにより、分離効率を改善するのを助け得る。この遠心作用は、汚水ポンプ24を停止した後でも維持でき、それにより、容器52および10を空にしつつ、容器10内の固形物を円錐底の中心部に閉じ込めるのを助ける。
【0050】
図9を参照すると、このシステムは、一定期間にわたって、まず、弁108を開くことにより作動でき、気体(例えば、空気およびオゾン)を容器53に満たし、それにより、ポート56を出ていく水を精製する。弁82および109は、この時点で閉じられ、このシステムからのいずれの出力も阻止できる。水が十分に精製されることを保証するために一定期間が経過した後、弁108が閉じられ、そして弁82が開らかれ、上記のように、その入力ポンプのものを調和させるように流れを制御できる。引き続いて、全ての流れは、膜分離システム100を通る回路に従い、副流が透過水として導管104を通ってシステムから出ていき、紫外線消毒システム84を通る。時間の経過と共に、容器53内の懸濁した固形物および溶解した固形物は、ますます濃縮でき、システム100の膜を汚し得る。この膜が汚れることで、その透過水流速を維持したとき、より高い給送圧を生じ得る。外部制御システムによってより高い圧力が検出されると、所定圧力閾値に達した後、洗浄サイクルが開始され得る。この洗浄サイクルの間、以下の順序が続き得る:(1)入口ポート54を通って容器53に入る流れは、ポンプ24を止めることにより、停止される;(2)容器53は、排水弁109を開け弁108および82を閉じることにより、一掃される;(3)容器53は、入力113を通って、洗浄液(例えば、熱水とアルカリ液との組合せ)で満たされる;(4)弁82および105が開かれる;(5)この洗浄液は、一定期間にわたって、膜分離システム100を通って循環され、その一部は、弁105を通って透過水として出ていき、下水管20に戻る;そして(6)弁82が閉じられ、そして弁109が開かれて、この洗浄液を、タンク52から、弁109、導管111を通って、下水管20へとポンプ上げする。この洗浄サイクルに続いて、その起動手順は、弁108を開き弁105および109を閉じポンプ24のスイッチを入れることにより開始され、新しい流体を、入口54を通してタンク52に入れ得る。
【0051】
膜分離システム100の分離特性は、この排水の沈降固形物、浮遊固形物および懸濁固形物の殆どが沈降性固形物分離器32および気体浮遊分離システム52で分離されたので、さらに効率的に使用できる。それに加えて、膜分離前に流れ中にオゾンを導入することにより、システム100で起こり得る生物成長(これは、その効率に悪影響を与え得る)の形成を減らすことができる。
【0052】
図10を参照すると、フィルターシステム65は、紫外線消毒システム84と組み合わせて、そのフィルター素子として、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム112を含むことができる。バイオフィルターシステム112が存在しているとき、この再利用可能液状部分は、水産養殖のような用途で使用できるか、または地上水源に排出でき、ここでは、水中の窒素化合物が硝化されて生化学的酸素要求量が低くなることが重要であり得る。水産養殖用途には、その迅速な処理プロセスにより、水中の熱を維持できるようになる。水産養殖用途には、迅速な処理プロセスによって、水中の熱が維持できる。一般に、フィルター78は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステム112で置き換えられる。オゾンは、そのバイオフィルター媒体上のバイオフィルムを破壊し得るので、注入器ノズル70を通る導管74の流れには空気だけが許容される。空気は、システム52内で浮遊分離用の気体を供給し、悪臭のひどい気体を追い出し、さらに、このバイオフィルターの好気性有機体に必要な酸素を供給する。このバイオフィルターシステムは、典型的には、オゾンに適合性ではない。適切なバックフラッシュ可能バイオフィルターシステムは、米国特許第5,232,586号および第5,445,740号(その内容は、本明細書中で参考として援用されている)に記述され、Bubble Washed Bead FiltersおよびPropeller Washed Bead Filters(Jefferson,LouisianaのAquaculture Systems Technologies L.L.C.製)が挙げられる。この流れには、オゾンが注入されないので、消毒は、紫外線消毒システム84により行われる。バイオフィルターシステムのバックフラッシュは、圧縮空気または電動プロペラによる重力を使用して達成され、その濾過媒体をかき混ぜ蓄積した物質をばらばらにし得る。このバイオフィルターシステムに対するバックフラッシュの頻度は、規則正しい操作間隔で実行できるか、または供給背圧の上昇により誘発できる。
【0053】
図4および5の透過水処理システムを運転中、オゾン接触容器86に含有される透過水は、気体注入器70および紫外線消毒システム84を通って循環され、その間、透過水には、オゾンが注入され、紫外線照射を受ける。オゾンガスは、この循環システムにより、接触容器86へと運ばれ、この場所で、上昇し、入口85から出口108へ反対方向でゆっくりと移動している新たな透過水と接触する。入口85から出口108への液体の下向き流れは、泡の上向き流れに対向して、液体−泡の接触の持続時間および程度を高める。この透過水と接触している小さいオゾン泡はその透過水中の物質を酸化し、それにより、それを消毒し、一方臭気および色を除く。紫外線照射は、その照射と溶解したオゾンとの相互作用が過酸化水素および遊離ラジカル(これらは、さらに消毒し、臭気および色を除き、溶解した望ましくない有機物質(例えば、除草剤および殺虫剤中で見られる物質)を酸化する)を作り出しつつ、直接の殺菌照射で、この透過水をさらに消毒する。
【0054】
沈降性固形物分離器32および平衡現場洗浄容器(または気体浮遊分離システム)52は、閉鎖環境を有し得る。これにより、悪臭のある気体がシステムを取り囲む環境に放出されるのを防止する。さらなる臭気抑制が、そのタンク中の上昇中の注入された泡62から容器10の空気層40または容器53の空気層41へと圧力下で放出された過剰オゾンにより、行うことができる。このオゾンはまた、容器10の空気層40に浸透できる。このオゾンはまた、相互連絡している導管および固形物処理システム92に浸透できる。このオゾン含有雰囲気は、さらに、例えば、この空気層内でH2S、メルカプタン類、および他の悪臭のひどい気体または有害な気体を酸化することにより、臭気を少なくできる。このオゾンとの化学反応は、これらの物質を脱臭し破壊するだけでなく、過剰なオゾンもまた使い尽くす。
【0055】
このシステムにより生じた再利用可能液状部分は、実質的に透明で、無色無臭で、消毒されており、懸濁固形物を含み得ない。図1または7に描写したシステムを使用して回収した再生水は、灌漑、洗浄および冷却の用途に有益な属性を有し得る。例えば、この水は、有機形態の所望植物栄養分を含有でき、これらとしては、痕跡量のミネラル、およびアンモニアや尿素のような形態の窒素が挙げられ、これらは、次いで、土壌粒子に捕捉されて、植物が利用できる硝酸塩にゆっくりと変換され得る。それに加えて、この再生水は、洗浄剤(これは、重粘土土壌をより多孔性にし得る)および過酸化水素(これは、オゾン注入により作り出され、植物の根の健康状態および活動性を向上できる)を含有し得る。
【0056】
その処理プロセスは、比較的に迅速であり得る。このシステムのサイズは、一部には、容器10、52および53の寸法により決定でき、これは、その幅よりも高さがあり得、比較的に体積が小さいものであり得る。典型的な水保持時間は、容器10内では約15分間、そして容器52または53内では10分間である。対して、生物学的処理システムは、4時間と数日間との間の水圧保持時間を有し得る。廃水は、表面タンク(これは、その廃水の熱価を維持でき、これは、その設備が加えたポンプ上げエネルギーにより補足され得る)内で、約30分で処理できる。都市の廃水は、典型的には、65〜70°Fの温度であるので、その熱は、寒い月に、温室内で放出できる。それに加えて、図1〜2、4および7〜9のシステムは、物理的分離方法を使用するので、例えば、水が必要なとき、このシステムの断続的な使用が促進できる。生物学的精製方法を用いるシステムは、物理的システムよりも安定した操作条件を必要とし得る。
【0057】
図2または8に描写したシステムは、小型であり得、非常に小さいフットプリントを有し、敷地が不足していて地価が高い開発済みの地域に配備するのに非常に実用的となる。それに加えて、これらの固形物は、下水管に戻されるので、固形物を高濃度に濃縮する必要性が少ない。従って、ポンプ48は、図1または7のシステムにおけるよりも高いディーティサイクルで作動できる。
【0058】
このシステムは、小型であり臭気や騒音の放出が少ないことから、人口の多い地域の近くに設置できる。近くに下水管がある限り、このシステムは、再生水が必要な場所(例えば、都市公園またはゴルフコース)の近くに設置できる。このシステムの属性により、より低い価格でより実用性が高い廃水再生利用が達成できる。
【0059】
図6または11を参照すると、固形物処理システム92は、地下タンク114を含み、これは、住宅廃水の処理用の浄化槽に類似し得る。タンク114は、入口ポート116、バッフル118および導管120(これは、タンクの2つの閉じ込めゾーン間にある)、および出口ポート122を有する。入口ポート116は、重力により、沈降した固形物、気体、泡状物および浮遊性固形物(これらは、このシステムの他の部分で、導管45および50から、および導管80のフィルターバックフラッシュから収集される)を受容する。タンク114の出力は、ポート122を通ってタンク22に戻るように伝達される。
【0060】
固形物処理システム92または94の操作は、浄化槽の操作と類似し得る。このシステムは、非加熱で未混合の嫌気性ダイジェスターとして作動できる。設計上、その流入液の固形分濃度は、1家族住宅用の典型的な浄化槽のものよりも50〜100倍まで高くできる。結果として、このタンク内での保持時間は、懸濁した固形物が相当な時間にわたって集塊し沈降できるように、長くできる。もし、例えば、20軒の下水管を処理するのに、1000ガロン保持の典型的な1家族用浄化槽を使用するなら、その保持時間は、約8〜16日間となる。その沈降層とスカム層との間の清浄な空間内のタンク114の液体は、浸出領域ではなくシステムのタンク22に戻すことができる。このような液体は、既に、条件的プロセスおよび無酸素プロセスの両方によって、部分的な分解を受ける。タンク114からタンク22に戻った液体中に残っている溶解した特定物質の結末は、表1で要約するように、このシステムで使用される濾過の種類に依存して、異なる。
【0061】
【表1】
容器10の空気層40または41に由来のオゾンガスは、固形物処理システム92の空気層に入って、H2S、CH4および臭気を破壊できる。従来の浄化槽と同様に、そのタンク内の粗粒子および他の不活性残渣固形物は、例えば、ポンプトラックにより、定期的に除去され廃棄できる。
【0062】
本発明の多数の実施態様が記述されている。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改良を行い得ることが分かる。例えば、都市廃水および公衆衛生廃水は、主な廃水源として供することができるものの、他の廃水源もまた適切であり、これらとしては、魚用のタンクおよび池、家畜の飼養場、食品加工工場、湖、川および小川が挙げられる。それに加えて、もし、純度の最も高い水が望ましいなら、この膜分離システムの後処理として、逆浸透法が使用できる。実施態様では、沈降固形物ポンプと併用して、グラインダーアセンブリが使用できる。さらに、他の固形物処理システム(例えば、加熱および混合嫌気性ダイジェスターまたは自熱好熱嫌気性ダイジェスター(ATAD))が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、固形物処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図2】
図2は、固形物残渣を下水管に運ぶためのリターンを含む水再生利用システムの概略図である。
【図3】
図3は、分離タンクの平面図である。
【図4】
図4は、オゾン処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図5】
図5は、透過水処理システムの概略図である。
【図6】
図6は、固形物処理システムの概略図である。
【図7】
図7は、固形物処理システムを含む水再生利用システムの概略図である。
【図8】
図8は、固形物残渣を下水管に運ぶためのリターンを含む水再生利用システムの概略図である。
【図9】
図9は、水再生利用システムの濾過部分および消毒部分の概略図であり、この濾過部分は、膜分離システムである。
【図10】
図10は、水再生利用システムの濾過部分および消毒部分の概略図であり、この濾過部分は、バックフラッシュ可能バイオフィルターシステムを含む。
【図11】
図11は、固形物処理システムの概略図である。
種々の図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。
Claims (65)
- 沈降性固形物を含有する廃水を処理して再利用可能液状部分を形成する方法であって、該方法は、以下の工程を包含する:
廃水流を第一成分および第二成分に分離する工程であって、該第一成分は、該第二成分中の沈降性固形物の量よりも多い量の沈降性固形物を含有する、工程;および
以下の工程のいずれか:
該第二成分を、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れて、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成する工程;または
該第二成分を、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用し、該第二成分を該膜の表面上で濃縮して、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成する工程。 - 前記第二成分が、該第二成分の選択成分に対して透過性の膜に適用され、該第二成分が該膜の表面上で濃縮されて、固体濃縮物および再利用可能液状部分を形成する、請求項1に記載の方法。
- 該第二成分が、気体浮遊分離システムを含む第二閉じ込めゾーンに入れられ、泡沫部分および再利用可能液状部分を形成する、請求項1に記載の方法。
- 前記分離工程が、重力により沈降性固形物を沈降させる工程を包含する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記分離工程が、さらに、分離タンクへの廃水流量により発生する力によって、沈降性固形物を沈降させる工程を包含する、請求項4に記載の方法。
- さらに、スラリー部分として前記膜から固体濃縮物を除去する工程および該スラリー部分を前記廃水流に戻す工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- さらに、前記再利用可能液状部分を消毒する工程を包含する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記消毒工程が、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露する工程を包含する、請求項7に記載の方法。
- 前記消毒工程が、前記再利用可能液状部分に化学酸化剤を混合する工程を包含する、請求項7に記載の方法。
- 前記化学酸化剤が、オゾンを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記消毒工程が、さらに、前記再利用可能液状部分を紫外線照射に曝露する工程を包含する、請求項9に記載の方法。
- さらに、前記第一成分および前記第二成分を分離する前に、前記廃水流を細かく砕く工程を包含する、請求項2に記載の方法。
- さらに、前記第二成分と前記膜との間に高い剪断力を作り出す工程を包含する、請求項2に記載の方法。
- さらに、前記第二成分を前記膜に適用する前に、該第二成分をフィルターシステムで選別する工程を包含する、請求項2に記載の方法。
- さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュする工程を包含する、請求項14に記載の方法。
- さらに、前記再利用可能液状部分を固定フィルムバイオフィルターに晒す工程を包含する、請求項2に記載の方法。
- さらに、以下の工程を包含する、請求項3に記載の方法:
気体の泡を前記気体浮遊分離システム中で前記第二成分に導入する工程;
該泡を上昇させて該第二成分中に通すのに十分な間隔にわたって、該第二成分を前記第二閉じ込めゾーン中に保持して、前記泡沫部分を形成する工程;および
該第二閉じ込めゾーンから該泡沫部分を除去して、前記再利用可能液状部分を残す工程。 - さらに、前記第一成分および前記泡沫部分を合体させて、スラリー流を形成する工程を包含する、請求項3に記載の方法。
- さらに、前記スラリー流を処理する工程を包含する、請求項18に記載の方法。
- さらに、前記再利用可能液状部分を不飽和土壌に適用する工程を包含する、請求項3に記載の方法。
- さらに、前記再利用可能液状部分をフィルターシステムに通す工程を包含する、請求項3に記載の方法。
- さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュする工程を包含する、請求項21に記載の方法。
- さらに、前記フィルターシステムをバックフラッシュして、一定容量のバックフラッシュ済物質を作出し、そして該容量のバックフラッシュ済物質を前記スラリー流と合体させる、請求項18に記載の方法。
- 前記フィルターシステムが、第三閉じ込めゾーン内に、バイオフィルムで被覆した濾過媒体を含む、請求項21に記載の方法。
- さらに、前記廃水を下水管から得る工程を包含する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- さらに、以下の工程を包含する、請求項3に記載の方法:
下水管の位置から前記廃水を得る工程;
前記第一成分および前記泡沫部分を合体して、スラリー流を形成する工程;および
前記スラリー流を該下水管に、それが得られた該位置の下流で戻す工程。 - さらに、前記スラリー流を第三閉じ込めゾーンに入れて、該スラリー流を上澄み部分および沈降部分に分離する工程を包含する、請求項18に記載の方法。
- さらに、前記上澄み部分を前記第一閉じ込めゾーンまたは前記第二閉じ込めゾーンに戻す工程を包含する、請求項27に記載の方法。
- さらに、前記上澄み部分を地下浸出領域に移す工程を包含する、請求項27に記載の方法。
- 前記気体が、オゾンを含む、請求項17に記載の方法。
- 沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置であって、該装置は、沈降性固形物分離器、分離システムおよび流体導管を含み、
該沈降性固形物分離器は、以下を含む:
容器であって、該容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している;
入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている;
第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している;および
第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している;
該分離システムは、入口および出口を有し、以下のいずれかを含む:
膜分離システムであって、ここで、該出口は、透過水出口であり、該入口および該透過水出口は、膜で分離されている;または
気体浮遊分離システムであって、ここで、該出口は、再利用可能液体部分出口部である;そして
該流体導管は、該沈降性固形物分離器の該第一出口と該分離システムの該入口とを流体連結している、
装置。 - 前記分離システムが、前記膜分離システムである、請求項31に記載の装置。
- 前記分離システムが、前記気体浮遊分離システムである、請求項31に記載の装置。
- 前記沈降性固形物分離器が、渦巻分離器である、請求項31〜33のいずれかに記載の装置。
- さらに、透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口をオゾン処理システムに流体連結している、請求項32に記載の装置。
- 前記オゾン処理システムが、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器が、透過水流動領域と流体連絡して、オゾン注入領域を有する、請求項35に記載の装置。
- さらに、オゾン輸送導管を含み、該オゾン輸送導管が、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記閉鎖オゾン処理容器を流体連結している、請求項36に記載の装置。
- さらに、透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口を紫外線消毒システムに流体連結している、請求項32に記載の装置。
- 前記オゾン処理システムが、紫外線消毒システムを含む、請求項35に記載の装置。
- さらに、前記膜分離システムの前記第一出口と流体連絡して、流動絞り弁を含む、請求項32に記載の装置。
- さらに、前記分離器容器の前記第一出口と前記膜分離システムの前記入口との間に、平衡容器を含む、請求項32に記載の装置。
- さらに、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡して、廃水ポンプを含む、請求項31〜33のいずれかに記載の装置。
- 前記廃水ポンプが、粉砕廃水ポンプである、請求項42に記載の装置。
- さらに、固定フィルムバイオフィルターシステムおよび透過水導管を含み、該透過水導管が、前記膜分離システムの前記透過水出口を該固定フィルムバイオフィルターシステムに流体連結している、請求項32に記載の装置。
- さらに、前記分離器の前記第一出口および前記膜分離システムの前記入口と流体連絡して、バックフラッシュ可能フィルターシステムを含む、請求項32に記載の装置。
- 前記バックフラッシュ可能フィルターシステムが、フィルターディスクを含む、請求項45に記載の装置。
- 前記沈降性固形物分離器が、さらに、ベントオーバーフローポートを含み、該ベントオーバーフローポートが、前記第一出口と前記容器の前記上端との間に位置している、請求項33に記載の装置。
- 請求項33に記載の装置であって、前記気体浮遊分離システムが、気体浮遊分離容器を含み、該気体浮遊分離容器が、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結しており、ここで、前記入口ポートが、該容器の該上端に近接しており、そして前記再利用可能液状部分出口ポートが、該入口ポートと該下端との間にあり、該容器が、さらに、以下を含む:
スカムオーバーフローベントポートであって、該スカムオーバーフローベントポートは、該入口ポートと該上端との間にある;および
気体注入ポートであって、該気体注入ポートは、該スカムオーバーフローベントポートと該下端との間にある、
装置。 - さらに、浄化液体導管を含み、該浄化液体導管が、前記気体浮遊分離容器の前記再利用可能液状部分出口ポートを消毒システムに流体連結している、請求項33に記載の装置。
- 前記消毒システムが、紫外線消毒システムを含む、請求項49に記載の装置。
- 前記消毒システムが、オゾン処理システムを含む、請求項49に記載の装置。
- 前記消毒システムが、さらに、オゾン処理システムを含む、請求項50に記載の装置。
- さらに、オゾン輸送導管を含み、該オゾン輸送導管が、前記沈降性固形物分離器の閉鎖環境および前記オゾン処理システムの閉鎖オゾン処理容器を流体連結している、請求項51に記載の装置。
- さらに、流動絞り弁を含み、該流動絞り弁が、前記気体浮遊分離システムの前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項33に記載の装置。
- さらに、フィルターシステムを含み、該フィルターシステムが、前記気体浮遊分離システムの前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項33に記載の装置。
- 前記フィルターシステムが、バックフラッシュ可能フィルターシステムである、請求項55に記載の装置。
- 前記スカムオーバーフローベントポートが、スラリー部分導管と流体連絡しており、該スラリー部分導管が、前記沈降性固形物分離器の前記第二出口と流体連絡している、請求項48に記載の装置。
- さらに、固形物処理システムを含み、該固形物処理システムが、入口ポートおよび出口ポートを含み、該入口ポートが、前記スラリー部分導管と流体連絡している、請求項57に記載の装置。
- 前記固形物処理システムの前記出口ポートが、前記沈降性固形物分離器の前記入口と流体連絡している、請求項58に記載の装置。
- 前記固形物処理システムの前記出口ポートが、前記気体分離器容器または前記気体浮遊分離システムの入口と流体連絡している、請求項59に記載の装置。
- さらに、膜分離システムを含み、該膜分離システムが、前記再利用可能液状部分出口ポートと流体連絡している、請求項33に記載の装置。
- 廃水を含む容器内の臭気を少なくするための方法であって、該容器の空気層にオゾンを導入する工程を包含する、方法。
- 前記オゾンが、廃水処理のオゾン処理段階に由来の余剰オゾンである、請求項62に記載の方法。
- 前記容器が、下水管または下水管の一部である、請求項62に記載の方法。
- 沈降性固形物を含有する廃水を処理するための装置であって、該装置は、渦巻分離器、オゾン処理システムおよび流体導管を含み、
該渦巻分離器は、以下を含む:
閉鎖分離器容器であって、該閉鎖分離器容器は、上端、下端および外壁を有し、該外壁は、該上端と該下端とを連結している;
入口であって、該入口は、該容器の該上端近くの該外壁を通って、部分的に接線方向に向けられている;
第一出口であって、該第一出口は、該容器の該上端に近接している;および
第二出口であって、該第二出口は、該容器の該下端に近接している;
該オゾン処理システムは、閉鎖オゾン処理容器を含み、該閉鎖オゾン処理容器は、流体入口およびオゾン注入領域を有し、該オゾン注入領域は、流体流れ領域と流体連絡している;そして
該流体導管は、該渦巻分離器の該第一出口を該オゾン処理システムの該流体入口と流体連結している、
ここで、該閉鎖分離器容器および該閉鎖オゾン処理容器は、オゾン輸送導管で流体連結されている、
装置。
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