JP2009513328A - 水処理方法ならびに固定細菌生物処理および凝集傾斜を一体化する機構 - Google Patents

Abstract

本発明の水処理方法および機構は、前記水に含有される汚染物質の少なくとも一部を固定バイオマスによって生物処理することに存する少なくとも１つのステップであって、次のステップへその進入の前に、前記ステップの終わりに得られた生物浄化フローが２ｇ／ｌ未満のＳＳを含有するステップと、生物処理されたフローを混合エリア（２）に優先的に１０ｓ^−１〜１０００ｓ^−１の速度勾配で移動させることに存する、バラスト化フロックによる凝集傾斜を実施するための少なくとも１つの段階であって、少なくとも１種類の水より高密度の不溶性粒状化材料が注入され、混合エリア（２）から生じたフローを傾斜エリアに移すときに懸濁した物質が前記粒状化材料粒子の周囲に凝集して、粒状化材料が傾斜汚泥から抽出されるときに、混合エリア（２）でその大部分を再循環するときに、そして粒状化材料から分離された傾斜汚泥を除去するときに、浄化フローおよび粒状化材料と混合された傾斜汚泥が分離される、段階とを続けて組み合せる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水処理分野に関する。

さらに正確には、本発明は主に、固定細菌を使用する生物処理水の高速生物処理およびバラスト化フロックによる浄化を組み合せる方法に関する。
本発明は、生物処理後の浄化を必要とする、固定細菌による生物処理によって排除され得る不純物を含有するいずれの種類の水、特に例えば次のような水の処理にも、類似の用途への同等の使用に影響を及ぼすことなく使用され得る。

過剰な汚泥を生物処理水から排除するために、処理細菌が固定支持体（ローラ、プラスチックまたは無機物ライニング）または水中の回転支持体（細菌に必要な酸素を供給する回転ディスクまたはドラム）に固定されている細菌床によって処理された廃水。
生物処理水から過剰な汚泥を除去するために、汚染、特に炭素、アンモニアまたは硝酸塩汚染を処理するように設計された細菌が、通例２、３ミリメートルから２、３センチメートルの小さい単位サイズで、水の密度と同様の密度の支持体に固定されている、ＭＢＢＲ（移動床生物リアクタ）によって処理された廃水またはヒト消費用の水。
大直径材料が裏当てされたフィルタでの生物濾過によって処理された廃水またはヒト消費用の水が、生物処理水から過剰な汚泥を除去するために、処理細菌（特に炭素、アンモニアまたは硝酸塩汚染）がボール、シリンダ、パールまたは同様の支持体から構成されるフィルタ支持体基礎に固定されている過剰な生物および濾過汚泥の連続クリーニングに使用される。

現在の到達水準では、細菌床またはＭＢＢＲタイプの、連続的に作用する固定細菌を用いた生物プロセスによって産生された過剰な汚泥を含有する水は通常、１時間につき約１メートル（通常、約０．６ｍ／ｈ〜最大２ｍ／ｈ）の速度で機能する古典的な２次浄化器で浄化され、２次浄化器は、生物処理後に必要な浄化作用を達成するために大きい表面積を有することを必要としている。

最大６ｍ／ｈ以上の表面沈下速度で水を浄化するために、活性汚泥処理とバラスト化細砂フロックを用いた凝集沈下による浄化処理とを組み合せる、１９９５年１１月３日に発表された仏国特許出願第２７１９２３５号に記載された現在の到達水準の技法がある。

バラスト化フロック沈下の使用のために、この技法は、約３〜１０分の１にすでに縮小された表面範囲での沈下を達成できる生物処理法として、活性汚泥の使用を必要とする欠点を有する。

活性汚泥は複数の種類の欠点を有する。

第１に、活性汚泥は活性汚泥池での処理に必要な細菌量を維持するために、活性汚泥池からの水アウトプット中の懸濁物中で処理細菌量全体が浄化されることと、浄化汚泥の大部分が再循環されることとを必要として、このことは処理される流量に通常ほぼ匹敵する汚泥の再循環を考慮すると、流速の約２倍超の流速での沈下が必要であることを通常意味し、大型の沈下構造を構築することを必要とする。

第２に、活性汚泥の沈下性要件は、池での活性汚泥の濃度を１リットル当たり懸濁固体（ＳＳ）約３〜６ｇの値に制限することを必要とし（非常に高く経済的に非現実的な循環速度が与えられない限り、仏国特許第２７１９２３５号に従ったバラスト化フロックによる浄化の場合でも）、このことは所与の汚染流量の処理に必要な生物量を考慮すると、バイオマスが固定されているときに必要な容積と比較して大きい池容積を必要とする。

最後に、沈下される水中の乾燥物質の高い濃度（３〜６ｇ ＳＳ／ｌ）は、汚泥の再循環のためにほぼ２倍になった流速に対して高い試薬用量の利用を必要とし（しばしば凝集ポリマー１ｍｇ／ｌ超）、大量の試薬消費につながる。

本発明の主な目的は、水処理プロセスを明らかにすることによってこれらの問題を解決することであり、前記水に含有された汚染物質の少なくとも一部の少なくとも１つの固定バイオマス生物処理ステップであって、本ステップからのアウトプットで得られた生物精製フローが次のステップにインプットされる前に２ｍｇ／ｌ未満のＳＳを含有する、固定バイオマス生物処理ステップと、バラスト化フロックを用いる少なくとも１つの凝集沈下ステップであって、
生物処理フローが好ましくは１０ｓ^−１〜１０００ｓ^−１の速度勾配で混合ゾーンに移され、そこで水よりも高密度の少なくとも１つの不溶性粒状物質が注入されて、懸濁して保持され、懸濁固体の少なくとも一部が前記粒状物質の粒子の周囲で凝集されたままであり、
前記混合ゾーンからのフローアウトプットが沈下ゾーンに移されて、そこで浄化流出物が粒状物質と混合された沈下汚泥から分離されて、
前記粒状物質が沈下汚泥から抽出され、その大半が前記混合ゾーンで再循環され、
前記粒状物質から分離された沈下汚泥が抽出される、
凝集沈下ステップとを続けて含むことを特徴とする。

活性汚泥の到達水準と比較して、本発明は、固定バイオマスプロセスによって可能である高濃度のバイオマスのために小規模の生物処理を可能とするが、汚泥再循環の必要がなく、処理に必要な細菌がその支持体に固定され、これが沈下設備のサイズを第１縮小因子だけ縮小させるので、２次傾斜での処理される流量とほぼ等しい流量のみを処理する（唯一の相違はバイオマス支持体の定期的洗浄に必要な任意の再循環である）。

本発明の一変形例により、粒状物質から分離された沈下汚泥の少なくとも一部も混合ゾーンへ再循環され得る。

本発明による方法も、１５ｍ／ｈ〜１００／ｈ超の２次傾斜での高い≪ミラー≫速度（沈下面積で割った処理フロー）での処理に使用され得る。

本発明による方法は、凝集される少量のＳＳのために（わずかに過剰なバイオマス、すなわち２ｇ／ｌ未満、通常は１ｇ／ｌ未満さえの濃度が処理される必要がある）、そしてほぼ原水フローのみが処理されるという事実のために（本発明は処理される流量を２倍にする汚泥再循環を使用しない）、使用される綿状ポリマーの量を減少させることもできる。

好ましくは、前記固定バイオマス生物処理ステップは、次の生物処理の種類：細菌床、≪移動床生物リアクタ≫（ＭＢＢＲ）、バイオフィルタ、生物ディスクより選択される。

また好ましくは、前記バイオマスは次の種類、ボール、ローラ、プレート、リボン、ポールリング、ラシヒリングまたは同様の種類のリング、ディスクまたはドラム、固定型または移動型、あるいは処理水中に懸濁している支持体より選択される支持体に固定される。

有利には、第１生物処理ステップからのアウトプットで得られた生物処理フロー中のＳＳの濃度は１ｇ／ｌ未満である。

また有利には、本発明によるプロセスは、少なくとも１つの凝集試薬を前記混合ゾーンに注入することからなるステップを含む。

好ましくは、本発明によるプロセスは、少なくとも１つの凝固試薬を注入することからなる少なくとも１つのステップも含む。本凝固試薬は、混合ゾーンにおいて前記凝集試薬のインプット側に、または混合ゾーンのインプット側および／またはいずれかの汚泥再循環ループに注入され得る。

本凝固試薬は、金属塩（例えば塩化鉄または硫酸アルミニウム）の形であるか、または有機凝固剤（例えばポリＤＡＤＭＡＣ（塩化ポリジアリルジメチルアルミニウム）など）の形であり得る。

塩化第二鉄などの無機凝固試薬のこのような注入は、生物処理後にリンが減少されるのでバイオマスの増殖を妨害せずに、処理された水の含有物を１リットル当たり１ミリグラム未満の残留リンの非常に低い最終値まで低下させる。リンの除去を改善するために、そして注入された凝固試薬の使用を最適化するために、またはおそらくその消費量をなお減少させるために、汚泥の一部をインプット側または混合ゾーンでさらに再循環させることができる。

また好ましくは、前記生物処理フローの前記混合ゾーンでの滞留時間は１〜１０分間であり、好ましくは３分未満である。

本発明は、上述のプロセスの実装のために特に設計され、
少なくとも１個の生物処理リアクタを含む、固定バイオマス生物処理ゾーンと、
前記生物処理ゾーンからのアウトプットにて得られる、少なくとも１個の生物処理メインフロー到着チャネルと、水に不溶性で、水より高密度の粒状物質源に連結された少なくとも１個の２次到着チャネルと、少なくとも１個の撹拌システムとを備えた混合ゾーンと、
前記混合ゾーンから発するフローを収容して、浄化流出物抽出チャネルおよび沈下汚泥および粒状物質の混合のための抽出チャネルを備えた沈下ゾーンと、
沈下した汚泥と前記粒状物質との混合のための前記抽出チャネルと入口にて連通して、前記２次粒状物質入口チャネルおよび過剰汚泥抽出チャネルと出口にて連通する、粒状物質回復ゾーンと、
を含むことを特徴とする廃水用生物処理設備にも関する。

好ましくは、前記生物処理ゾーンは生物床、ＭＢＢＲまたはバイオフィルタタイプのものである。

また本発明の一変形例により、設備は、粒状物質から分離した汚泥の少なくとも一部を混合ゾーンに向けて再循環させる手段を含む。

また好ましくは、前記生物処理ゾーンは、ボール、ローラ、プレート、リボン、ポールリング、ラシヒリングまたは同様の種類のリング、ディスクまたはドラムより選択されるバイオマス支持体を含む。

有利には、前記混合ゾーンは、粒状物質を懸濁状態に維持できる少なくとも１個の操縦手段が位置する、少なくとも１個のタンクを含む。

また有利には、本発明による設備は、前記混合ゾーンまたは前記生物処理フロー用前記メイン入口チャネルへの、イオン性またはカチオン性ポリマーなどの少なくとも１つの凝集剤の注入手段を含む。

好ましくは、前記設備は、前記凝集剤の前記注入手段のインプット側に設けられた、金属塩または有機凝固剤などの少なくとも１つの凝固剤の注入手段を含む。

また好ましくは、前記粒状物質は４０マイクロメートル〜３００マイクロメートルの寸法を有する砂である。

本発明の一変形例により、前記沈下ゾーンはいずれの薄板も有さない。

別の変形例により、前記沈下ゾーンは薄板を有する。

本発明およびその各種の利点は、ＲＢＣ（回転生物接触装置）による生物処理ステップにバラスト化沈下凝集を組み合せた設備を図式的に示す単一図に関して与えられた、本発明の非制限的な実施形態の次の説明を読んだ後に、さらに容易に理解される。

本図に関して、処理される水は、入口１１を通じて本設備の固定培養物を有する生物処理ゾーン１を画定するタンクまで進入する。

処理バイオマスの支持体として作用する、回転する共通水平軸１２に搭載された垂直ディスクから作られる回転生物接触装置を装備した本タンクが図に示されている。しかしながら、当業者に既知のバイオマスを支持する他のいずれの方法も本発明の範囲から逸脱せずに使用され得ることに留意されたい。

生物処理に必要な空気は、支持体ディスクの回転によってバイオマスと接触させられる。

次に処理からの過剰なバイオマスのみを含有する本タンク内の生物処理フローは、懸濁固体１ｇ／ｌ未満であり、混合ゾーン２を画定するタンク内の通路２１を通過する。

本実施形態の枠組み内で、メイン生物処理入口フローを形成するこの通路２１は、混合ゾーン２を画定するタンクから、生物処理ゾーン１を画定するタンクを隔離する共通壁の単一開口まで縮小される。

混合ゾーン２を画定する本タンクはまた、スターラー２２および液体サイクロン４からの底流４１から構成される砂から構成される粒状物質の２次入口チャネルを備える。

最後にこのタンクは、凝集試薬の注入手段２４と、凝集試薬注入のインプット側に設けられた、例えば鉄またはアルミニウム塩であり得る、あるいは例えばポリＤＡＤＭＡＣなどの有機凝固剤であり得る凝固試薬の注入手段２３を備える。

この種類（好ましくは塩化第二鉄）およびその用量に応じて、凝固剤は生物処理された水中に残存するリン酸塩を除去し得ることに留意されたい。

懸濁状態のバラスト化砂フロックを含有する処理水は次に、バッフル３４を通じて沈下ゾーン３に方向付けられる。汚泥および砂の沈下混合物はこの時点でスクレーパ３１によって収集され、抽出チャネル３５を通じて液体サイクロン４へポンプで送られる。本液体サイクロン４は、粒状物質（砂）の回復ゾーンを形成し、その入口は抽出チャネル３５と連通し、その出口は２次粒状物質チャネルを形成する底流４１から構成される。

すべての砂は液体サイクロン４からの底流４１中で回収されて、汚泥の一部と共に、または汚泥の一部を含まずに混合ゾーン２へ再循環されるが、液体サイクロン処理された汚泥の大部分は回路４２を通じて汚泥処理または貯蔵エリア（図示せず）まで抽出される。粒状物質から分離した汚泥の少なくとも一部は、手段４２１を通じて混合ゾーン２に再循環され得る。

浄化された水は、シュート３３を含む抽出チャネル３２を通じて表面で沈下ゾーン３から取り出される。

説明した設備は上水を処理するために使用されてきた。使用した砂は、１３０マイクロメートルの有効直径および２．６５の実密度を有する。塩化第二鉄は、５０ｍｇのＦｅＣｌ_３／ｌの含有量で凝固剤として使用した。使用した凝集剤は、１．５ｍｇ／ｌの含有量のアニオン性凝集剤であった。８％に等しい砂／汚泥混合再循環率が、生物処理ゾーン１からの流出物アウトプットの５ｋｇ／ｍ^３に等しい砂再循環含有量で液体サイクロンに送られた。

３０ｍ／ｈに等しい沈下ゾーンのミラー沈下速度が同時に達成された。

得られた生物処理ゾーン１を画定するタンクからのアウトレットにて得られたフローは６００ｍｇ／ｌ未満のＳＳを含有していた。本設備を使用して、２０ｍｇ／ｌ未満のＳＳの処理水が得られた。

処理水１立方メートル当たり３グラム未満の非常に少量の砂の損失があった。

本明細書に記載した本発明の実施形態は、決してその範囲を縮小するものではない。

Claims (18)

1. 水処理プロセスであって、前記水に含有された汚染物質の少なくとも一部の少なくとも１つの固定バイオマス生物処理ステップであって、本ステップからのアウトプットで得られた生物精製フローが次のステップにインプットされる前に２ｍｇ／ｌ未満の懸濁固体を含有する、固定バイオマス生物処理ステップと、バラスト化フロックを用いる少なくとも１つの凝集沈下ステップであって、
   生物処理フローが好ましくは１０ｓ^−１〜１０００ｓ^−１の速度勾配で混合ゾーンに移され、そこで水よりも高密度の少なくとも１つの不溶性粒状物質が注入されて、懸濁して保持され、前記懸濁固体の少なくとも一部が前記粒状物質の粒子の周囲で凝集されたままであり、
   前記混合ゾーンからのフローアウトプットが沈下ゾーンに移されて、そこで浄化流出物が前記粒状物質と混合された沈下汚泥から分離されて、
   前記粒状物質が沈下汚泥から抽出され、その大半が前記混合ゾーンで再循環され、
   前記粒状物質から分離された沈下汚泥が抽出される、
   凝集沈下ステップとを続けて含む水処理プロセス。
2. 前記粒状物質から分離した沈下汚泥の少なくとも一部を混合ゾーンに向けて再循環させることからなるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
3. 固定バイオマスによる前記生物処理ステップが次の生物処理タイプ：細菌床、≪移動床生物リアクタ≫（ＭＢＢＲ）、バイオフィルタ、生物ディスクより選択されることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記バイオマスが次の種類、ボール、ローラ、プレート、リボン、ポールリング、ラシヒリングまたは同様の種類のリング、ディスクまたはドラム、固定型または移動型、あるいは処理水中に懸濁している支持体より選択される支持体に固定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 第１生物処理ステップからのアウトプットで得られた生物処理フロー中の懸濁固体の濃度が１ｇ／ｌ未満であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 少なくとも１つの凝集試薬を前記混合ゾーンに注入することからなるステップを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 少なくとも１つの凝固試薬を前記凝集試薬のインプット側に注入することからなる少なくとも１つのステップを含むことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
8. 前記混合ゾーンにおける前記生物処理フローの滞留時間が１〜１０分間であり、好ましくは３分間未満であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 少なくとも１個の生物処理リアクタを含む固定バイオマス生物処理ゾーン（１）と、
   前記生物処理ゾーン（１）からのアウトプットにて得られる、少なくとも１個の生物処理メインフロー到着チャネル（２１）と、水に不溶性で、水より高密度の粒状物質源に連結された少なくとも１個の２次到着チャネル（４１）と、少なくとも１個の撹拌システム（２２）とを備えた１個以上のタンクを含む混合ゾーン（２）と、
   前記混合ゾーンから発するフローを収容して、浄化流出物抽出チャネル（３２）および沈下汚泥および粒状物質の混合のための抽出チャネル（３５）を備えた沈下ゾーン（３）と、
   沈下した汚泥と粒状物質との混合物の抽出のための前記抽出チャネル（３５）と入口にて連通して、前記２次粒状物質入口チャネル（４１）および過剰汚泥抽出チャネル（４２）と出口にて連通する粒状物質回収ゾーン（４）と
   を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロセスの実施のための廃水用生物処理設備。
10. 粒状物質から分離した汚泥の少なくとも一部を混合ゾーンに向けて再循環させる手段（４２１）を含むことを特徴とする請求項９に記載の設備。
11. 前記生物処理ゾーン（１）が、生物床、ＭＢＢＲまたはバイオフィルタタイプのものであることを特徴とする請求項９または１０に記載の設備。
12. 前記生物処理ゾーン（１）が、ボール、ローラ、プレート、リボン、ポールリング、ラシヒリングまたは同様の種類のリング、ディスクまたはドラムより選択されるバイオマス支持体を含むことを特徴とする請求項１１に記載の設備。
13. 前記混合ゾーン（２）が、粒状物質を懸濁状態に維持できる少なくとも１個の撹拌手段（２２）が位置する少なくとも１個のタンクを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の設備。
14. 前記混合ゾーンまたは前記生物処理フロー用前記メイン入口チャネルへの、イオン性またはカチオン性ポリマーなどの少なくとも１つの凝集剤の注入手段（２４）を含むことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の設備。
15. 前記凝集剤の前記注入手段のインプット側に設けられた、金属塩または有機凝固剤などの少なくとも１つの凝固剤の注入手段（２３）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の設備。
16. 前記粒状物質が、４０マイクロメートル〜３００マイクロメートルの寸法を有する砂であることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の設備。
17. 前記沈下ゾーンが、いかなる薄板も有さないことを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか一項に記載の水処理用設備。
18. 前記沈下ゾーンが、薄板を有することを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか一項に記載の水処理用設備。

Images