JP2008534258A - Ｂｏｄおよび浮遊固形物を除去するための安定化凝集プロセスに活性汚泥を使用する方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

水あるいは廃水を処理して可溶性ＢＯＤと浮遊固形物の両方を除去するための方法およびシステム。同方法は安定化凝集プロセスを用い、そこで凝集剤と不溶性粒状物質を処理される水あるいは廃水に添加して、水あるいは廃水内の固形物を粒状物質の周りに凝集させて安定化フロック粒子を生成する。沈殿ゾーンでは、安定化フロック粒子は沈殿汚泥を生成し、同沈殿汚泥は清澄化された流出物から分離される。同プロセス内のある点で、活性汚泥（返送活性汚泥か混合液の形の）は安定化凝集プロセスで処理されている水あるいは廃水と混合される。活性汚泥の存在により同プロセスは可溶性ＢＯＤの除去が可能になる。

Description

（発明の分野）
本発明は、水あるいは廃水の処理に関し、より詳細にはＢＯＤおよび浮遊固形物の両方を効果的に除去する活性汚泥／安定化凝集プロセスを組み合わせた処理に関する。

（発明の背景）
水あるいは廃水の処理プロセスでは、水あるいは廃水の清澄化のために安定化凝集法が採用されることがある。安定化凝集プロセスは同プロセス内に発生した綿状に凝集した物質（フロック）をより速やかに沈殿することが可能である。安定化されたフロックのより速やかな沈殿により、清澄化装置あるいは沈殿槽でのオーバーフロー速度が非常に増加し、従って従来型の清澄化装置に比べて処理システム全体の設置面積を相当な程度減少できる。更に、安定化凝集システムでの水力学的な滞留時間が短縮されることにより、他の従来型清澄化システムに比べて同システムの運転開始期間および最適運転を達成する期間を一般的には短縮できる。

安定化凝集処理システムは、物理的／化学的な処理が採用して原水である水あるいは廃水のストリーム中に存在する粒状物質およびコロイド状固形物の大半を除去する。除去された固形物の物理的／化学的な性質により、同プロセスは多くの場合溶解した成分を除去できない。溶解したＢＯＤは水あるいは廃水処理における特別な関心事項である。溶解ＢＯＤと粒状ＢＯＤは全ＢＯＤを構成する。安定化凝集プロセスは８５％を越える割合で粒状ＢＯＤを除去できるが、溶解ＢＯＤの効果的な除去はできない。

従って、溶解ＢＯＤを効果的に除去する安定化凝集システムがこれまで要望されてきたし、今後も引き続き要望されよう。

（発明の概要）
本発明は、活性汚泥システムと安定化凝集システムの両方を採用した水あるいは廃水処理システムおよびプロセスに関する。同水あるいは廃水処理システムは、活性汚泥システムと安定化凝集システムの間をつなぐための一つあるいは複数の配管を有する。混合液あるいは返送活性汚泥の形での活性汚泥は活性汚泥システムから安定化凝集システムに送られる。これにより、同トータルシステムは溶解ＢＯＤを含むＢＯＤと浮遊固形物の除去に効果的である。

特定の一実施態様では、水あるいは廃水は活性汚泥システムに送られ、反応器内で返送活性汚泥と混合されて混合液を形成する。同活性汚泥システム内の混合液の少なくとも一部、あるいは同活性汚泥システム内の返送活性汚泥の少なくとも一部は安定化凝集システムに送られそこで処理される。
従って、活性汚泥システムにより溶解ＢＯＤが水あるいは廃水から除去され、一方安定化凝集システムにより浮遊固形物が水あるいは廃水から除去される。

他の実施態様では、活性汚泥システムと安定化凝集システムは並列して運転される。水あるいは廃水の第一の流入ストリームは活性汚泥システムに送られ、第二の流入ストリームは安定化凝集システムに送られる。しかしながら、混合液あるいは返送活性汚泥の形での活性汚泥は活性汚泥システムから第二の水あるいは廃水ストリームを受け取る混合室に送られる。ここで、水あるいは廃水は混合液あるいは返送活性汚泥と混合され、その結果生じた混合液は混合室から安定化凝集システムに送られ、そこで処理される。従って、第二の水あるいは廃水ストリーム中の溶解ＢＯＤは活性汚泥の働きにより除去され、浮遊固形物およびその他の粒状不純物は安定化凝集システムにより上記の水あるいは廃水ストリームから除去される。

本発明の他の目的および利点は、以下の記述および添付図面の参照により明らかとなろう。ここで、これらは本発明を単に例示しているに過ぎないことを理解されたい。

（図面の簡単な説明）
図１は、水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する一実施態様を模式的に示した図である。
図２は、水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する第二のプロセス実施態様を模式的に示した図である。
図３は、水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する図１のプロセスに似た他の実施態様を模式的に示した図である。
図４は、水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する図２のプロセスに似た他の実施態様を模式的に示した図である。

（プロセス及びシステムの例の説明）
本発明は水あるいは廃水を処理するための安定化凝集プロセスに関し、同プロセスでは活性汚泥を処理すべき水あるいは廃水と混合して、浮遊固形物と同様にＢＯＤ（溶解ＢＯＤを含む）を除去するように処理する。本明細書で使用される「水あるいは廃水」との各々の用語は交互に交換可能な用語であり、一方は他方を包含することを意図している。

図１〜４に示されるプロセスおよびシステムを概説する前に安定化凝集を簡単に概説することがよいことかもしれない。安定化凝集プロセスは、化学的／物理的なプロセスを包含し、そこでは微粒砂のような不溶性粒状物質の周りに浮遊固形物のような不純物が凝集して安定化したフロック粒子を形成する。沈殿プロセスにより、砂、浮遊固形物およびその他の不純物により構成される安定化したフロック粒子は沈殿槽内に沈殿し、分離した状態の清澄化された流出物を生成する。粒状物質、固形物その他の不純物を含む沈殿汚泥は分離装置に送られ、そこで粒状物質を汚泥から分離する。大半の場合、分離された粒状物質は安定化凝集プロセス内を再循環される。以下に説明するように、分離された同粒状物質は活性汚泥システムに再循環されてよいし、あるいは単に排出された後で処理を受けてもよい。

図１で説明すると、本発明のプロセスは安定化凝集システム１０に組み合わされた活性汚泥システム（破線１２で概略されている）により構成される。以下に説明するように、活性汚泥は活性汚泥システム１２から安定化凝集システム１０に移送される。

より詳細には、図１に示すように、活性汚泥システムには流入ライン１４が設置されており、これにより水あるいは廃水は反応器１６に送られてそこで処理される。反応器１６の下流側には清澄装置１８が設置されている。返送活性汚泥（ＲＡＳ）ライン２０により返送活性汚泥は清澄装置１８から反応器１６に戻される。ライン２２が反応器１６から清澄装置１８にまで延びている。清澄装置１８には、同装置から清澄化された流出物を排出するための出口ライン２４が設置されている。

活性汚泥システム１２は、好気性、無酸素性あるいは嫌気性状態、あるいはこれらの基本的な３種類の活性汚泥プロセス状態の内の２種類を組み合わせて運転するように設計されてよい。反応器１６には、典型的には１基あるいは複数基の混合器が設置されており、更に内容物を曝気するための他の手段が装備されてよい。反応器１６内の混合液を混合および／あるいは曝気するための各種の混合器あるいは曝気装置を用いてよい。典型的には、水あるいは廃水は反応器１６に送られ、そこでライン２０により清澄装置１８底部から反応器１６に移送された返送活性汚泥と混合される。水あるいは廃水の流入原水と返送活性汚泥種（反応器１６内の混合液と称される場合がある）は同混合器内に所定時間滞留して上述のように混合されることができ、好気性プロセスの場合には曝気処理を受ける。反応器１６内の混合液はライン２２により清澄装置１８に送られ、そこで活性汚泥は清澄装置底部に沈殿し、最終的にはライン２０により反応器１６に戻される。従来の方法では、返送活性汚泥の一部は消耗され得る。清澄化された流出物はライン２４により清澄装置から排出される。

図１に示すように、本処理システムは安定化凝集システム１０も包含する。ライン２６がライン２２と安定化凝集システム１０をつなぐように設置されている。従って、反応器１６からの混合液の一部はライン２６により安定化凝集システム１０に送られそこで処理される。好ましいプロセスでは、ライン２２を流れる混合液の残りの部分は清澄装置１８に送られる。ライン２６により安定化凝集システム１０に送られる混合液はそこで安定化凝集プロセスにより処理を受ける。上述したように、典型的な安定化凝集プロセスでは、凝固剤、凝集剤および不溶性の粒状物質は、水あるいは廃水（この場合には混合液の状態）と混合される。安定化凝集システム内の沈殿プロセスにより、砂、浮遊固形物およびその他の不純物により構成される安定化したフロック粒子は沈殿する。流入ライン１４に流入する水あるいは廃水は活性汚泥プロセスと安定化凝集プロセスで処理されるので、同活性汚泥は水あるいは廃水から溶解ＢＯＤを除去する効果を有し、また清澄装置１８と安定化凝集システム１０はそれらに流入する混合液を効果的に清澄化し、あるいは浮遊固形分およびその他の不純物を除去する。

図１に示す実施態様では、安定化凝集プロセスは清澄装置として働く。すなわち、活性汚泥システムの一部をなす清澄装置１８と安定化凝集システム１０は清澄化の機能を果たす。実際、清澄装置１８と安定化凝集プロセスは、流入ライン１４により活性汚泥システムに流入する水あるいは廃水を並列して清澄化する。

図１に示す一般的なシステムは多くの用途に適用できる。例示すると、図１に示されるような通常型の活性汚泥システムはそれに安定化凝集システム１０を追加することにより能力増強のために拡張できる。いくつかの活性汚泥システムでは水あるいは廃水の清澄化が同システムの能力を決定するプロセスである。従って、図１に示すような安定化凝集システムを採用することにより追加的な清澄化能力が既存の活性汚泥システムにコスト効果的に与えられる。

次に、図２は活性汚泥システムと安定化凝集システムを包含する水あるいは廃水処理のシステムあるいはプロセスの他の態様を開示している。図２に開示されるシステムは活性汚泥システム１２と安定化凝集システム１０により構成される。この場合には、２本の流入ライン５０および５２が設置されている。流入ライン５０は活性汚泥システム１２につながっており、流入ライン５２は混合室５４次いで安定化凝集システム１０につながっている。ライン５６が活性汚泥システムの反応器１６から混合室５４まで延びている。混合室５４には典型的には流入する水あるいは廃水と反応器１６からの混合液を混合するための混合器が設置される。更に、混合室５４にはその中の混合液を曝気するために通常型の曝気手段を設置してよい。ライン５６が混合室５４と安定化凝集システム１０をつないでおり、これにより混合室５４内の混合液は安定化凝集システム１０に送られる。

図２に示す実施態様では、開示されているシステムは独立して流入する２ストリームの同時処理に効果的である。流入ライン５０により流入する水あるいは廃水は通常型の活性汚泥プロセスにより処理され、次いで清澄装置１８で処理され、同装置から延びているライン２４により清澄化された流出物として排出される。流入ライン５２により流入する水あるいは廃水は混合室５４、次いで安定化凝集システム１０により処理される。返送活性汚泥（ＲＡＳ）あるいは混合液の形の活性汚泥を用いて混合室５４に流入するストリームと混合するために使用できる。ここで活性汚泥との用語は、活性汚泥システムでの返送活性汚泥（ＲＡＳ）あるいは濃縮活性汚泥（例えば典型的には清澄装置１８から反応器１６に戻される汚泥）を包含することを意味する。更に、同用語は、流入する水あるいは廃水と返送活性汚泥の混合によって得られる混合液をも包含する。両方の場合において、重要な点は活性汚泥は濃縮されたか希釈されたかにかかわらず直接的あるいは間接的に安定化凝集プロセスを包含するプロセスに使用されるという点である。

次に、図３は図１でのシステムおよびプロセスに似たシステムおよびプロセスを開示しているが、安定化凝集システム１０をより詳細に示している。反応器１６からの混合液はライン２６により安定化凝集システムに送られる。ライン２６において各種の制御が実施されてよい。例えば、ｐＨおよび濁度が測定されモニターされてよい。どのような場合でも、ライン２６から安定化凝集システム１０に送られる混合液は、同安定化凝集システムで処理される。凝集剤Ｒ１がライン２６内あるいは安定化凝集システム内のある点に添加される。インライン混合器Ｚ１（その設置は随意である）は凝集剤Ｒ１と混合液を混合する。場合によっては、安定化凝集システム１０には、凝集剤と水あるいは廃水あるいは混合液を混合する混合器を有する独立した凝集剤タンクを設置してよい。凝集剤Ｒ１は各種の組成物（例えば硫酸アルミニウムおよび塩化鉄）で構成されてよい。凝集剤の投入量は混合液の状態により大きく変化する。

参照の便のために、ライン２６により安定化凝集システム１０に送られる混合液をＱａと称する。Ｑａ流は安定化凝集システム１０に、より詳しくは同システム内の注入タンクＴ１に送られる。注入タンクＴ１内には混合器Ｍ１が設置されている。注入タンクＴ１に隣接して、あるいはそれの上側にハイドロクロンＳが設置されている。ハイドロクロンＳは、水あるいは廃水を処理して不溶性粒状物質（微粒砂）をそれを取り囲む汚泥あるいはフロックから分離するために使用される通常型の機器である。

図３に示すように、原料ライン６０がハイドロクロンＳから下方に延びている。不溶性粒状物質はハイドロクロンＳから原料ライン６０を下降して注入タンクＴ１に送られる。更に、ポリマーのような反応物を注入するための凝集剤ラインも原料ライン６０とつながっており、これにより凝集剤としてのポリマーを注入タンクＴ１かそれに隣接して設置されている熟成タンクＴ２に注入する。ポリマーＲ２は各種の組成物により構成してよい。適切なポリマーの一例としてポリアクリルアミドが挙げられる。廃水処理のための同ポリマーの注入量は一般的には２．０ｍｇ／Ｌ未満である。しかしながら、同注入量も混合液の状態や処理装置が立地する場所での規制によって変化し得る。熟成タンクＴ２と注入タンクＴ１は部分的な仕切りあるいは壁６２によって分離されている。ここで、同壁６２の下部には開口部が設けられており、それによって混合液は注入タンクＴ１から熟成タンクＴ２内へ流入できることに留意されたい。
仕切り壁１８の下部を流れるフローをＱｂと称する。

熟成タンクＴ２内には混合器Ｍ２が設置されている。図３に示すように、ポリマーＲ２（すなわち凝集剤）は注入タンクＴ１あるいは熟成タンクＴ２に注入できる。ここで、凝集剤注入ラインは仕切り壁１８の両側に沿って下方に延びていることに留意されたい。これにより、凝集剤をいずれかの側に注入できる。更に、上述したように、凝集剤としてのポリマーＲ２は不溶性粒状物質（例えば微粒砂）と結合することができ、その後原料ライン６０により注入タンクＴ１内に注入される。
熟成タンクＴ２に隣接して沈殿槽Ｔ３が設置されている。同沈殿槽Ｔ３は壁で囲われている。板状あるいはチューブ状の薄板Ｚ２の設置は随意である。薄板Ｚ２の上部には回収用樋６４が設置されているが、それの設置も随意である。沈殿槽Ｔ３内には沈殿槽スクレーパーＭ３が設置されている。図３に示すように、熟成タンクＴ２から沈殿槽Ｔ３へのフローをＱｃと称する。

沈殿槽Ｔ３はそれの底部付近に沈殿する汚泥を回収あるいは受け取るために設計あるいは採用される。沈殿槽Ｔ３の中心部付近の沈殿汚泥はライン６８によりポンプＰに送られる。本明細書内で後述するように、沈殿槽Ｔ３により回収されポンプＰに送られる沈殿汚泥は不溶性粒状物質とその周囲に凝集したフロックを含有する。沈殿汚泥はポンプＰによりライン６８を通過してハイドロクロンＳに送られる。ここで、不溶性粒状物質（典型的には微粒砂）は汚泥から分離され、ライン６０により同プロセスに再循環される。ハイドロクロンＳは固形物を含有する汚泥を分離し、同分離された汚泥をライン７０に送る。ライン７０は活性汚泥システム１２、より詳細にはそれの反応器１６にまで延びるように設置されてよい。これにより、安定化凝集システム１０で生成した沈殿汚泥を反応器に再循環することが可能になる。場合によっては、ハイドロクロンＳにより分離された沈殿汚泥は、廃水処理システムから抜き出されて更に処理されてよい。

従って、図３に示すシステムおよび方法の場合には、流入する水／廃水はライン１４により活性汚泥システム１２に送られる。反応器１６内で生成した混合液はライン２６により安定化凝集システム１０に送られそこで処理される。従って、同混合液は活性汚泥により処理され、この処理は通常の方法による流入する水あるいは廃水内のＢＯＤ濃度の減少に効果的である。更に、安定化凝集システム１０は清澄装置１８との併用により反応器１６内で生成した混合液の清澄化に効果的である。

図３に示されるようなプロセスでは、安定化凝集システム１０は混合液中に存在する全浮遊固形物（ＴＳＳ）の約９０〜１００％の除去に適していると考えられている。活性汚泥システムに原水を約９０〜１００ガロン／分（ＧＰＭ）の速度で流入させたパイロット試験では、混合液中の浮遊固体（ＭＬＳＳ）は２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌの濃度で存在した。試験結果は、安定化凝集プロセスからの流出物中のＴＳＳ濃度は０〜４ｍｇ／Ｌであった。

次に、図４は図２でのプロセスに似たプロセスを開示しているが、安定化凝集システム１０を拡大してそれの個々の部品およびそれの働きを示している。ここでは、反応器１６内からの混合液がライン５６により混合室５４に送られるか、あるいは返送活性汚泥がライン２０次いでライン５６‘により混合室５４に送られ、そこでライン５２により流入する水あるいは廃水と混合される。混合室５４に流入するのが混合液にせよ返送活性汚泥にせよ、これと流入する水あるいは廃水を混合して混合液を生成するために同混合室内には混合器あるいはその他の混合用機器が設置されている。混合室５４内で生成した混合液は直前に述べた安定化凝集システム１０に送られそこで処理される。

安定化凝集システム１０から排出される清澄化された流出物中に存在するＢＯＤはライン５２により流入する水中に存在するＢＯＤの５０％程度と考えられる。

表１，２，３，４，５および６に図４に示されるのと似たシステムおよびプロセスを使用したパイロット試験結果を載せており、全ＢＯＤ、可溶性ＢＯＤ、また可溶性ＣＯＤおよびＴＳＳの除去率の測定結果を示している。これらの表は、混合室５４に送られる混合液のＭＬＳＳおよび混合室内での接触時間を変化させた各種結果を示している。

上述したように、活性汚泥システムを併用した安定化凝集システムは、水あるいは廃水のストリームから可溶性ＢＯＤおよび浮遊固形物の除去のために使用できる。図２および４に示す実施態様では、混合液あるいは活性汚泥システムでの清澄装置から反応器に返送される活性汚泥のいずれかの使用により活性汚泥が導入できることを示している。活性汚泥との用語が使用される場合、その用語はそれの濃度にかかわらず全ての種類の活性汚泥および返送活性汚泥、更には混合液を包含する。

水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する一実施態様を模式的に示した図である。 水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する第二のプロセス実施態様を模式的に示した図である。 水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する図１のプロセスに似た他の実施態様を模式的に示した図である。 水あるいは廃水を処理するために安定化凝集と活性汚泥を使用する図２のプロセスに似た他の実施態様を模式的に示した図である。

Claims (12)

1. 以下：
   少なくとも１基の反応器、清澄装置、および混合液を生成するための返送活性汚泥を清澄装置から反応器まで移送する返送活性汚泥ラインを包含する活性汚泥システム；
   １基あるいは複数基のタンクと沈殿ゾーンを有し、活性汚泥システムとは非直列的な関係で設置されている安定化凝集システム；および
   活性汚泥システムと安定化凝集システムを連結し混合液の少なくとも一部を直接的に安定化凝集プロセスに移送するための混合液供給ライン；
   を包含する廃水処理システム。
2. 以下の工程：
   廃水を少なくとも１基の反応器と清澄装置を有する活性汚泥システムに送りそこで処理する工程；
   清澄装置から活性汚泥を反応器に戻し、そこで活性汚泥を廃水と混合して混合液を生成する工程；
   混合液の一部を活性汚泥システムに送ってそこで処理し、次いで清澄装置に送ってそこで第一の清澄化された流出物を生成する工程；
   活性汚泥システムからの他の部分の混合液を活性汚泥システムの清澄装置とは並列的な関係で設置されている安定化凝集システムに送る工程；および
   他の部分の混合液を安定化凝集システムに送ってそこで処理して第二の清澄化された流出物を生成する工程；
   を包含し、
   安定化凝集システムで処理される他の部分の混合液を構成する廃水の事実上全ては活性汚泥システムの少なくとも一部で処理された後に安定化凝集システムで処理され、また
   活性汚泥システムの清澄装置および安定化凝集システムは処理される廃水を清澄化し、そこで混合液の一部を構成する活性汚泥は、活性汚泥システムおよび安定化凝集システムの両方で処理される混合液の一部を構成する廃水から可溶性ＢＯＤの除去に効果的である、
   処理される廃水中の可溶性ＢＯＤを除去するために活性汚泥システムと安定化凝集システムを利用する廃水処理方法。
3. 安定化凝集システムで汚泥を生成し、その汚泥を同システムから活性汚泥システムに戻すことを特徴とする請求項２の方法。
4. 活性汚泥システムで生成した活性汚泥および安定化凝集システムで生成した活性汚泥の両方を活性汚泥システム内の少なくとも１基の反応器に戻し、そこで廃水と混合して混合液を生成することを特徴とする請求項３の方法。
5. 以下の工程を包含する、廃水を清澄化しそれから可溶性ＢＯＤを除去するために活性汚泥システムと安定化凝集システムを利用する廃水処理方法：
   処理される廃水の事実上全てを少なくとも１基の反応器と清澄装置を有する活性汚泥システムに送りそこで処理する工程；
   清澄装置から活性汚泥を反応器に戻し、そこで活性汚泥を廃水と混合して混合液を生成する工程；
   混合液の一部を活性汚泥システムに送ってそこで処理し、次いで清澄装置に送ってそこで第一の清澄化された流出物を生成する工程；
   活性汚泥システムからの他の部分の混合液を活性汚泥システムの清澄装置とは非直列的な関係で設置されている安定化凝集システムに送る工程；
   他の部分の混合液を安定化凝集システムで清澄化処理して第二の清澄化された流出物を生成する工程；および
   活性汚泥システムおよび安定化凝集システムの両方を通過した廃水から可溶性ＢＯＤを除去する工程。
6. 混合液の他の部分を安定化凝集システムに直接的に送ることを特徴とする請求項５の方法。
7. 混合液の他の部分が安定化凝集システムに送られる前に他の廃水と混合されないことを特徴とする請求項５の方法。
8. 活性汚泥システムから安定化凝集システムに延びる混合液ラインを設置し、混合液の他の部分を同混合液ラインにより安定化凝集システムに送ることを特徴とする請求項５の方法。
9. 処理される廃水の事実上全てを活性汚泥システムで返送活性汚泥と混合して同活性汚泥システムで混合液を生成することを特徴とする請求項５の方法。
10. 安定化凝集システムに少なくとも１基の混合タンクを設置し、混合液の他の部分を安定化凝集システムの混合タンクに直接的に送ることを特徴とする請求項５の方法。
11. 活性汚泥システムから安定化凝集システムの混合タンクに延びるラインを設置し、混合液の他の部分を活性汚泥システムから同ラインにより安定化凝集システムの混合タンクに送ることを特徴とする請求項１０の方法。
12. 活性汚泥システムの清澄装置と安定化凝集システムが並列的な関係で設置されていることを特徴とする請求項１の廃水処理システム。

Images