JP2020531246A - バラスト浄化を用いた高濃度固形分を含有する水流の処理 - Google Patents

Abstract

高固形分廃水処理システムを開示する。廃水処理システムには、バラスト反応器、固液分離サブシステム、前処理サブシステム、バラスト供給サブシステム、バラスト回収サブシステムが含まれる。高固形分廃水処理システムは、反応タンク、濃縮器、フィルタープレスを含み得る。高固形分廃水処理の方法も開示する。この方法には、供給廃水を凝固剤または凝集剤と接触させ、添加廃水を濃縮し、廃水をバラストで処理し、処理済廃水を沈降させ、バラストスラッジを供給廃水、添加廃水、または処理済廃水に運ぶことが含まれる。供給廃水は、５００ｍｇ／Ｌを超える総浮遊物質を有し得る。供給廃水は無機固体を含み得る。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１７年８月１８日に出願された“ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＬＩＱＵＩＤ ＳＴＲＥＡＭＳ ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＨＩＧＨ ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮＳ ＯＦ ＳＯＬＩＤＳ ＵＳＩＮＧ ＢＡＬＬＡＳＴＥＤ ＦＬＯＣＣＵＬＡＴＩＯＮ”と題する米国仮特許出願第６２／５４７，１９３号に基づく優先権を、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張するものであり、それらの全体を参照により本明細書に援用する。

本明細書で開示する態様および実施形態は、一般に廃水処理システムに関し、より具体的には、バラストを利用して固体を処理し、処理済固体からバラストを回収する処理システムおよびその操作方法に関する。

一態様によれば、高固形分廃水処理システムが提供される。高固形分廃水処理システムは、入口及び出口を有するバラスト反応器と、バラスト反応器の出口と流体連通する入口を有する固液分離サブシステムと、高固形分廃水の供給源と流体連通する入口およびバラスト反応器の入口と流体連通する排水出口を有するバラスト反応器の上流に配置された前処理サブシステムと、バラストをバラスト反応器に送達するように構成されたバラスト供給サブシステムと、バラストフロックをバラスト反応器および前処理サブシステムの少なくとも１つに送達するように構成されたバラスト回収サブシステムと、を含んでもよい。固液分離サブシステムは、処理済廃水を固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックに分離するように構成されてもよい。前処理サブシステムは、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方を受け入れて、添加廃水を生成するように構成されてもよい。前処理サブシステムは、添加廃水を濃縮し、スラッジと排水を生成するように構成されてもよい。バラスト回収サブシステムは、固液分離サブシステムの出口からバラストフロックを受け入れ、バラストフロックをバラスト反応器および前処理サブシステムの少なくとも一方に送達するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、前処理サブシステムは、高固形分廃水の供給源と流体連通する入口を有する反応タンクと、反応タンクの下流に配置され、バラスト反応器の入口と流体連通する出口を有する濃縮器と、を備えてもよい。

廃水処理システムは、前処理サブシステムの下流に配置されたフィルタープレスをさらに備えてもよい。フィルタープレスは、スラッジを受け入れ、加圧物と濾過ケーキを生成するように構成されてもよい。前処理サブシステムは、フィルタープレスの加圧出口と流体連通する入口をさらに備えてもよい。

ある実施形態によれば、高固形分廃水の供給源は、少なくとも５００ｍｇ／Ｌの総懸濁固体量（ＴＳＳ）を含む廃水を前処理サブシステムに送達するように構成および配置されてもよい。高固形分廃水の供給源は、少なくとも２０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを含む廃水を前処理サブシステムに送達するように構成および配置されてもよい。高固形分廃水の供給源は、無機固形物を含む廃水を送達するように構成および配置されてもよい。

別の態様によれば、第１および第２の入口および出口を有するバラスト反応器と、バラスト反応器の出口に流体接続可能な入口と固形分が希薄な排水の出口と固形分が豊富なバラストフロックの出口とを有する固液分離サブシステムと、高固形分廃水の供給源に流体接続可能な第１の入口と凝固剤および凝集剤の少なくとも１つの供給源に流体接続可能な第２の入口とバラスト反応器の第１の入口に流体接続可能な排水出口とスラッジ出口とを有する前処理サブシステムと、バラスト反応器の第２の入口に流体接続可能な出口を有するバラスト供給サブシステムと、固液分離サブシステムの固形分が豊富なバラストフロック出口に流体接続可能な入口とバラスト反応器および前処理サブシステムの少なくとも１つに流体接続可能な出口とを有するバラスト回収サブシステムと、を備える高固形分廃水処理システムが提供される。

ある実施形態によれば、前処理サブシステムは、反応タンクおよび濃縮器を備えてもよい。反応タンクは、廃水源ならびに凝固剤および凝集剤の少なくとも一方の供給源に流体接続可能であってもよい。濃縮器は、反応タンクおよびバラスト反応器に流体接続可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、システムは、フィルタープレスをさらに備えてもよい。フィルタープレスは、前処理サブシステムのスラッジ出口に流体接続可能な入口、加圧出口、および濾過ケーキ出口を備えてもよい。加圧出口は、前処理サブシステムに流体接続可能であってもよい。

さらに別の態様によれば、高固形分廃水を処理する方法が提供される。この方法は、高固形分廃水源からの供給廃水を凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させて添加廃水を生成することと、添加廃水を濃縮してスラッジおよび排水を生成することと、バラストで排水を処理して処理済廃水を生成することと、処理済廃水を沈降させて固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックを生成することと、バラストフロックを供給廃水、添加廃水、排水、および処理済廃水の少なくとも１つに運ぶことと、を含んでもよい。

この方法は、スラッジを濾過して、加圧物および濾過ケーキを生成することをさらに含んでもよい。この方法は、加圧物を供給廃水に運ぶことをさらに含んでもよい。

ある実施形態によれば、この方法は、バラストフロックを供給廃水、添加廃水、および排水に運ぶことを含んでもよい。

この方法は、供給廃水を凝固剤と接触させて添加廃水を生成することにより、供給廃水を前処理することを含んでもよい。この方法は、添加廃水を凝集剤と接触させることをさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、高固形分廃水の処理は、少なくとも５００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有する廃水の処理を含んでもよい。高固形分廃水の処理は、少なくとも２０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有する廃水の処理を含んでもよい。

高固形分廃水の処理は、無機固形物を含む廃水の処理を含んでもよい。いくつかの実施形態では、高固形分廃水を処理することは、発電所、採掘作業、食品および飲料製造作業、石油またはガス生産プラント、石油またはガス生産精製所、および一般的な産業プラントからなる群から選択される工業供給源からの供給廃水と接触させることを含んでもよい。

ある実施形態によれば、供給廃水を凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させることは、前処理ユニット内に配置された反応タンク内で実行されてもよい。添加廃水の濃縮は、前処理ユニットで実行されてもよい。添加廃水の濃縮は、前処理ユニットに設置された濃縮器で実行されてもよい。添加廃水は、反応タンクから濃縮器に運ばれてもよい。

いくつかの実施形態において、バラストでの排水の処理は、バラスト反応器内で実行されてもよい。処理済廃水の沈降は、固液分離器で行われてもよい。処理済廃水は、バラスト反応器から固液分離器に運ばれてもよい。

いくつかの実施形態では、バラストフロックの運搬は、バラストフロックを反応タンク、濃縮器およびバラスト反応器の少なくとも１つに運ぶことを含んでもよい。

本開示は、前述の態様および／または実施形態のいずれか１つ以上のすべての組み合わせ、ならびに詳細な説明および実施例に記載された実施形態のいずれか１つ以上との組み合わせを企図する。

添付図面は縮尺通りに描かれることを意図したものではない。図面において、様々な図に示される同一またはほぼ同一の各要素は、同様の数字で表されている。わかりやすくするため、すべての要素がすべての図面で符号付けされているわけではない。
一実施形態による、高固形分廃水を処理するためのシステムの箱図。 一実施形態による、高固形分廃水を処理するためのシステムの一部の箱図。 一実施形態による、高固形分廃水を処理するためのシステムの一部の箱図。 一実施形態による、高固形分廃水を処理するためのシステム周りの物質収支の概略図。

ＣｏＭａｇ（Ｒ）水処理システム（ペンシルバニア州ピッツバーグ、Ｅｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ＬＬＣ）やＢｉｏＭａｇ（Ｒ）水処理システム（ペンシルバニア州ピッツバーグ、Ｅｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ＬＬＣ）などのバラスト凝集沈降プロセスは、通常、比較的低固形分の、たとえば、５００ｍｇ／Ｌ未満の総懸濁固形分量（ＴＳＳ）を含む、廃水を処理するために使用される。
一般に、５００ｍｇ／Ｌを超える廃水は、バラスト凝集システムで処理して生成水を生成する前に、過剰な懸濁物質を除去するために浄化器で前処理してもよい。ただし、このようなシステムは、２，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを超える廃水で過負荷になり得、その結果、排出要件を満たさない生成水が生成され得る。

ある実施形態によれば、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、バラスト凝集で処理する前に高固形分廃水を濃縮してスラッジを除去することを含む。したがって、たとえば２，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを超える高固形分廃水は、バラスト凝集によって処理され得る。さらに、従来のバラスト凝集システムは、バラスト凝集ユニットの下流に、固形分が豊富な流から過剰な固形物を除去し、バラストをリサイクルする、濃縮器を含んでもよい。ある実施形態によれば、本明細書に開示されるシステムは、バラスト処理の前に過剰な固形物を除去するための、バラスト凝集ユニットの上流に配置された濃縮器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、固形分に富む流を、システムの設置面積を大幅に削減する、上流の濃縮器に運んでもよい。いくつかの実施形態において、廃水処理システムは、従来の高固形分処理システムよりも最大１５％少ない添加剤、例えば凝固剤で運転することができる。

したがって、ある態様によれば、本明細書に開示される実施形態は、５００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳレベルを有する高固形分廃水を処理するために使用され得る。高固形分廃水は、工業廃水を含んでもよい。例えば、廃水を処理する方法は、発電所、鉱業操作、食品および飲料生産、石油およびガスの生産および／または精製所、一般産業プラントのうちの一つ以上からの廃棄物を含む高固形分廃水、再利用廃水または排出廃水の処理を含んでもよい。そのような廃水源は、５００ｍｇ／Ｌ以上のＴＳＳ、例えば２０００ｍｇ／Ｌ以上のＴＳＳの廃水を生成する可能性があり、従来はバラスト凝集処理システムで効果的に処理するには多すぎる固形物を有していた。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、無機固体を含む廃水を処理するために実行されてもよい。

いくつかの実施形態では、廃水処理のためのシステムおよび方法は、好気性および／または嫌気性の生物学的処理ユニットにおける、廃水の生物学的処理を伴ってもよい。生物学的処理ユニットは、廃水の総有機物含有量および／または生物化学的酸素要求量を減らすために選択してもよい。処理方法は、凝固剤を使用した凝固ユニットでの廃水の化学的処理を含んでもよい。処理方法は、凝集剤、例えばポリマーを使用した、凝集ユニット内の廃水の物理的処理を含んでもよい。これらの方法は、必要に応じて廃水から有機および／または無機汚染物質を除去するために用いてもよい。

本明細書で使用する「凝固」とは、沈降不可能な粒子が不安定化されて引き付けられ、塊を形成する化学プロセスを指す。凝固は、粒子を中和し、粒子間の反発力を減らすことで達成される化学プロセスである。凝固剤は一般に、沈降を誘発するために懸濁液の化学的性質を変化させる。凝固剤の例には、一般に、アルミニウムおよび鉄の無機塩、例えば塩化第二鉄および硫酸第二鉄が含まれる。これらの塩は一般に粒子の電荷を中和し、加水分解して粒子の不溶性沈殿物を形成する。凝固剤の他の例には、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）などの有機凝固剤が含まれる。他の凝固剤を使用してもよい。

本明細書で使用する「凝集」とは、粒子の塊が物理的に結合してより大きな粒子塊を形成し、次いで沈殿物を形成する物理的プロセスを指す。凝集は、塊化の物理的プロセスである。凝集は、物理的な攪拌、例えば混合により達成できる。必要に応じて、凝集プロセスを促進するために凝集剤を添加できる。凝集剤は一般に、沈降粒子が物理的に付着してフロックまたはフレークに成長するための基礎物を提供する。例示的な凝集剤には、例えば、ポリマー、例えば、高分子量ポリマー、中分子量ポリマー、低分子量ポリマー、およびカチオン性またはアニオン性ポリマーが含まれる。

ある処理プロセスでは、凝集剤を凝固剤と組み合わせて使用して、沈降をより速くするためにより大きな粒子を生成してもよい。例えば、沈殿不能粒子を一緒に集合させるために凝固剤を加えてもよく、凝固により形成された小さな塊を集め、より大きな塊を形成するために、凝集剤を加えてもよい。ただし、凝集剤と凝固剤を一緒に使用する必要がある。凝固剤と凝集剤は異なる条件で操作してもよい。したがって、水に凝固剤、凝集剤、またはその両方を添加するかどうかを選択する場合、処理する懸濁液の条件、たとえば、ｐＨ、温度、および成分を考慮してもよい。いくつかの実施形態では、ある処理段階で凝固剤を水に添加してもよく、別の処理段階で凝集剤を添加してもよい。

廃水処理のさまざまな方法は、処理済廃水から凝集プロセスによって形成された凝集固形物の除去をも伴ってもよい。方法はまた、処理済廃水から凝固プロセスによって形成された凝固固形物の除去をも伴ってもよい。これらの形態の生物学的、物理的および／または化学的処理は、通常、スラッジの形成をもたらす。本明細書で使用される「スラッジ」とは、廃水の処理中に副産物として生成される残留固体含有物質を指す。スラッジは、死んだ細菌と、生物学的処理の副産物とを含んでもよい。いくつかの方法では、スラッジは、沈降ユニットまたは浄化器で沈降させることにより、生物学的、物理的、および／または化学的処理を受けた後、廃水から除去される。スラッジは、濃縮ユニットで濃縮することにより、生物学的、物理的、および／または化学的処理を受けた後、廃水から除去されてもよい。

したがって、バラスト凝集沈降プロセスは、高固形分流で効果的に使用できる。このプロセスは、バラスト凝集処理の上流の単一のプロセスステップにおいて、総固形物の削減と濃縮とを提供してもよい。したがって、システム全体の足場領域を大幅に削減できる。通常、バラスト凝集沈降プロセスからの廃棄固体流を処理するために、濃縮器が使用されるものである。しかしながら、本明細書に開示されるシステムでは、濃縮器を上流に配置することができ、事前沈降および濃縮に使用することができる。

本明細書で開示される態様および実施形態は、廃水を処理するためのシステムおよび方法に関する。特定の態様によれば、廃水を処理するためのシステムが提供される。いくつかの実施形態では、システムおよび方法は、高濃度の懸濁固体を含む廃水を処理することができる。例えば、処理される廃水は、約５００ｍｇ／ＬのＴＳＳ〜約５，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有し得、いくつかの実施形態では、最大約２０〜３０ｇ／ＬのＴＳＳを有し得る。ある実施形態によれば、処理される廃水は、５００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、１，０００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、２，０００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、２，５００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、３，０００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、３，５００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、４，０００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、４，５００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳ、最大約５，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳ、または最大約３０ｇ／ＬのＴＳＳを有し得る。

本明細書に開示される高固形分廃水を処理する方法は、高固形分廃水源からの供給廃水を、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させて添加廃水を生成することと、添加廃水を濃縮してスラッジおよび排水を生成することと、バラストで排水を処理して処理済廃水を生成することと、処理済廃水を沈降させて固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックを生成することと、バラストフロックを供給廃水、添加廃水、排水、および処理済廃水のうちの少なくとも１つに運ぶことと、を含んでもよい。

本明細書で開示される高固形分廃水処理システムは、入口および出口を有するバラスト反応器と、バラスト反応器の出口と流体連通する入口を有する固液分離サブシステムと、バラスト反応器からの上流に配置され、高固形分廃水源と流体連通する入口およびバラスト反応器の入口と流体連通する排水出口を有する前処理サブシステムと、バラスト反応器にバラストを送達するように構成されたバラスト供給サブシステムと、およびバラストフロックをバラスト反応器および前処理サブシステムの少なくとも１つに送達するように構成されたバラスト回収サブシステムと、を含んでもよい。

高固形分廃水は、添加廃水を生成するために、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させてもよい。したがって、一実施形態では、図１に示すように、高固形分廃水は最初に前処理サブシステムに送られる。前処理サブシステムは、高固形分廃水から総量の固形物と汚染物質を除去するための処理操作を行ってもよい。例えば、前処理サブシステムは、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方を受け入れ、添加廃水を生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、前処理サブシステムは、供給廃水を凝固剤と結合させて、汚染物質を不安定化し化学的に結合させるように構成されてもよい。凝固剤を添加した廃水は、他の再生流と組み合わせてもよい。詳細は以下に記述する。必要に応じて、凝固剤を添加した廃水を凝集剤と組み合わせて、凝固した汚染物質を物理的に結合できる。

いくつかの実施形態では、前処理サブシステムは、吸着剤を受け入れるように構成されてもよい。吸着は、液相と固体相との界面に物質を蓄積させる物理的および化学的プロセスとして説明され得る。いくつかの実施形態によれば、吸着剤は粉末活性炭（ＰＡＣ）であってもよい。ＰＡＣは一般に多孔性の高い材料であり、汚染物質が吸着し得る大きな表面積を提供する。ＰＡＣの直径は０．１ｍｍ未満であり、見掛け密度は２０〜５０ｌｂｓ／ｆｔ^３の範囲である。ＰＡＣには、ＡＷＷＡ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗａｔｅｒ Ｗｏｒｋｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格で指定されているように、最小ヨウ素価５００を有し得る。本明細書ではＰＡＣに関して説明したが、吸着剤は、特定の廃水の処理に適した任意の吸着剤であってよい。

廃水からの総固形物除去の一部として、添加廃水を濃縮して、スラッジと排水を生成してもよい。いくつかの実施形態では、前処理サブシステムは、添加廃水を濃縮するように構成されてもよい。濃縮は、堰き止めタンクまたはスラッジ濃縮器で実行され得る。いくつかの実施形態では、重力濃縮、加圧浮上法、回転ドラム濃縮、および遠心分離のいずれか１つ以上によって、濃縮を実施してもよい。濃縮は一般に、上記のように２，０００ｍｇ／Ｌを超えるＴＳＳを有する排水を処理し得、２，０００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、たとえば５００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、４００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、３００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、２００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、１００ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、または５０ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、を有する排水を生成し得る。いくつかの実施形態において、前処理サブシステムは、１５０〜５００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有する排水と、２０，０００〜５０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有するスラッジと、を生成するように操作されてもよい。排水またはオーバーフローは、さらなる処理のためにバラスト凝集システムに送られてもよい。例えば、前処理サブシステムは、バラスト反応器の上流に流体接続されていてもよい。

いくつかの実施形態によれば、前処理サブシステムは、高固形分廃水源と流体連通する入口を有する反応タンクと、反応タンクの下流に配置されバラスト反応器の入口と流体連通する出口を有する濃縮器と、を含み得る。反応タンクは、処理されている廃水に必要な水圧滞留時間（ＨＲＴ）を有するように操作されてもよい。いくつかの実施形態では、ＨＲＴは１分から５時間であり得、例えば１０分から２時間、例えば２０分から１時間であり得る。反応タンクは、約５分、約１０分、約２０分、約３０分、約４０分、約５０分、または約１時間のＨＲＴを有するように操作されてもよい。

反応タンクと濃縮器は、複数の仕切りを備えた容器に収容されてもよい。他の実施形態では、反応タンクおよび濃縮器は複数の容器に収容されてもよい。凝固剤、凝集剤、他の添加剤、またはそれらの組み合わせを反応タンク内の廃水に添加して、固体および汚染物質の総量を除去する処理を行ってもよい。いくつかの実施形態によれば、濃縮器は、添加廃水を濃縮させ、排水およびスラッジを生成するように構成されてもよい。除去された総固形物は、濃縮器で濃縮され、下流の脱水処理に送られてもよい。したがって、濃縮器はバラスト反応器の上流に配置されてもよく、バラスト反応器の入口に排水を提供するための出口を有してもよい。

下流脱水処理は、フィルタープレスまたは他の脱水システムを備えてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、この方法は、スラッジを脱水または濾過して、加圧物および濾過ケーキを生成することをさらに含み得る。脱水システムまたはフィルタープレスは、前処理サブシステムの下流に配置され、前処理サブシステムからスラッジを受け入れて処理するように構成し得る。したがって、いくつかの実施形態では、フィルタープレスまたは他の脱水システムは、濃縮器の下流に配置され、濃縮器からスラッジを受け入れるように構成されてもよい。

この方法は、再循環のために加圧物を供給廃水に運ぶことをさらに含んでもよい。加圧物は、前処理サブシステムに再循環され、供給廃水と組み合わせられてもよい。ある実施形態では、前処理サブシステム、例えば反応タンクは、例えば、フィルタープレスと前処理サブシステムとを流体接続するように配置された再循環ラインを介して、フィルタープレスの加圧出口と流体連通する入口を有してもよい。濾過ケーキは、保管、再循環、または廃棄されてもよい。

廃水処理の方法は、排水をバラストで処理して処理済廃水を生成することを含んでもよい。したがって、廃水処理システムは、前処理サブシステムの排水出口と流体連通する入口を有するバラスト反応器を備えてもよい。バラスト反応器は、下流の処理システムと流体連通する出口をさらに有してもよい。バラスト反応器は、前処理サブシステムからの濃縮排水を処理し、処理済廃水を出口から排出するように構成されてもよい。通常、バラスト反応器では、無機汚染物質が集合して「フロック」を形成し得、「フロック」とは、懸濁粒子または固体の集合を指し、生物学的、物理的、および／または化学フロックを含み得る。集合体またはフロックに増量剤またはバラストを含浸させて、「バラストフロック」を形成し得る。フロックにバラストを含浸させると、通常、ほかの場合の沈降よりも速くフロックが沈降し、分離が容易となる。

フロックの比重の増加を促進するために、バラスト反応器に１つ以上の添加剤を導入してもよい。そのような添加剤の非限定的な例には、硫酸第二鉄などの凝固剤、アニオン性ポリマーなどの凝集剤、および粉末活性炭などの吸着剤が含まれる。バラストおよび必要に応じた１つ以上の添加剤を加えると、通常、溶解固体、コロイド状固体、粒子状固体、および微生物固体の除去が向上する。バラスト固体の沈殿と強化された沈降性は、より効率的な下流の固液分離システムを提供し得る。

いくつかの実施形態では、バラスト反応器は生物学的反応器を含んでもよい。生物学的処理ユニットまたは容器は通常、廃水の成分、たとえば有機成分を分解する、細菌を含む。生物学的処理ユニットまたは容器での生物学的処理プロセスは、廃水の総有機物含有量および／または生物学的有機物含有量を減し得る。生物学的処理プロセスは、生物学的フロックの形成をもたらし得る。

生物学的処理では、通常、排水中の汚染物質を摂取して生物学的フロックを形成する微生物を含む、曝気タンクを利用する。酸素は通常、これらの生物学的フロックの成長を促進するために曝気タンクに供給される。生物学的スラッジの微生物は、複雑な有機分子を、他の微生物によって次々に分解され得る単純な廃棄物に分解することにより、浮遊有機固体およびコロイド状有機固体を消費および消化する。曝気タンク内の微生物は、利用可能な空気と消費可能な固形物の量が許す限り成長および増殖する。排水、または場合によっては生下水と生物学的フロックの組み合わせは、一般に「混合液」として知られている。

廃水を処理する方法は、バラストフロックを処理済排水から分離することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、この方法は、処理済水を沈降させて、固形分が少ない排水および固形分が豊富なバラストフロックを生成することを含んでもよい。処理済廃水は、固液分離器で分離されてもよい。例えば、廃水処理システムは、バラスト反応器の下流に流体接続された固液分離サブシステムを備えてもよい。固液分離サブシステムは、処理済廃水を受け取り、処理済廃水を固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックに分離するように構成されてもよい。固形分が少ない排水は、使用場所または後処理システムに運ばれて、その意図された用途と一致するさらなる処理を行ってもよい。特定の実施形態によれば、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、高固形分供給廃水から３０ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、１０ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳ、または５ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳを有する、固形分が少ない排水を生成し得る。固形分が豊富なバラストフロックは、廃水処理システムで再循環するためにバラスト回収サブシステムに運ばれてもよい。いくつかの実施形態では、固形分に富むバラストフロックは、約５，０００〜２０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳ、例えば、約１０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有してもよい。

いくつかの実施形態では、固液分離サブシステムは、浄化器または他の沈降タンクを備えてもよい。固液分離システムの沈降容器または浄化器は、一般に、生物学的、物理的、および／または化学的フロック（本明細書では「フロック」と呼ばれる）および／または生物学的、物理的および／または化学的処理後の廃水からのスラッジを含む懸濁固体を除去するために使用される。フロックの密度は水の密度（１．０ｇ／ｃｍ^３）に近くてもよい。

生物学的処理の実施形態では、曝気タンクからの混合液は、浄化器または沈降タンクなどの固液分離システムに送られてもよい。分離プロセス中に、混合液中の生物学的フロックは、一般に余剰活性汚泥（ＷＡＳ）として混合液から分離され、固形物が少ない排水、または「清浄な」排水が環境に戻されるか、またはさらに下流の処理プロセスを用いて更なる処理を受ける。浄化装置内のＷＡＳは、リターン活性汚泥サブシステムにより、曝気タンクに戻され再利用されてもよい。残りの余剰スラッジは通常、混合液中の微生物の集団を制御するためにシステムから廃棄され、これはまた、活性汚泥浮遊物質（ＭＬＳＳ）とも呼ばれる。

いくつかの実施形態では、この方法は、廃水を処理するために、バラストをプロセス流、例えば前処理排水に送達することを含んでもよい。したがって、廃水処理システムは、バラスト反応器にバラストを送達するように構成されたバラスト供給サブシステムを備えてもよい。バラスト供給サブシステムは、１つ以上のソースからバラストを取得してもよい。例えば、バラスト回収サブシステム（後述）から回収されたバラストは、バラスト供給システムに送達されてもよい。さらに、新鮮なバラストまたは生のバラストがバラスト供給サブシステムによって配送され、使用されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、システムは、バラスト反応器の入口と流体連通するバラスト含浸サブシステムをさらに備えてもよい。バラスト供給サブシステムは、バラストをバラスト含浸サブシステムに供給するように構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、バラスト含浸サブシステムは、バラストを廃水混合物、例えば前処理排水に組み込み、バラスト廃水を生成し、バラスト廃水をバラスト反応器の入口に提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、バラスト供給サブシステムは、バラストを前処理サブシステム、例えば濃縮器に供給するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、バラストは、例えば金属酸化物などの磁性材料、および／または砂などのセラミック材料を含んでもよい。磁性材料はマグネタイトであってもよい。バラストは、小さな粒子の形で、または粉末として提供されてもよい。粉末の粒径は、例えば、直径約５μｍ〜約１００μｍの範囲であってもよく、平均直径は約２０μｍであってもよい。例えば、バラストの粒径は、約１００μｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、バラストの粒径は約４０μｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、バラストの粒径は約２０μｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、バラストの粒径は約８０μｍ〜約１００μｍ、約６０μｍ〜約８０μｍ、約４０μｍ〜約６０μｍの間、約２０μｍから約４０μｍ、または約１μｍ〜約２０μｍであってもよい。例えば、沈降プロセスで除去されるフロックおよび／または他の懸濁固体の性質および量に応じて、異なるサイズのバラストを異なる実施形態で利用してもよい。例えば、バラストとバラストのサイズは、フロックの性質と量に基づいて選択してもよい。バラストの利点は、一般に、液体を固体から分離する効率を高めることであり、これにより、固液分離システムで行われる清浄化の効率、および／または流体再循環における固液分離から前処理サブシステムへの下流で行われる濃縮プロセスが向上する。

バラストは、約５，０００ｍｇ／Ｌ〜１２，０００ｍｇ／Ｌの濃度で導入してもよい。たとえば、処理プロセスは、バラストの濃度が低い状態で開始し得、バラストは徐々に増加する。あるいは、処理プロセスは、バラストの高濃度で開始し得、バラストは徐々に減少する。所定の動作時間の後、システムに導入される新鮮なバラストを減らすことができ、再循環されたバラストによって処理することができる。一般に、動作中にバラストの重量の約０．２％が失われ得る。

一実施形態によれば、バラスト（本明細書では「増量剤」とも呼ばれる）は磁気バラストであってもよい。磁気バラストは不活性材料を含んでもよい。磁気バラストは、強磁性材料を含んでもよい。磁気バラストは鉄含有材料を含んでもよい。ある実施形態では、磁気バラストは酸化鉄材料を含んでもよい。例えば、磁気バラストは、マグネタイト（例えば、ウエストバージニア州ケノバのＱｕａｌｉｔｙ Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ、ＬＬＣから入手可能）を含んでもよい。マグネタイトは、生物学的、物理的、および／または化学的廃水処理方法で形成される典型的なフロックよりもはるかに高い密度、およそ５．１ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。マグネタイトは完全に酸化された鉄鉱石（Ｆｅ_３Ｏ_４）である。マグネタイトは不活性で、錆びず、化学的または生物学的フロックと反応や干渉しない。また、マグネタイトは金属に付着せず、つまり、マグネタイトは磁石に引き付けられるが、鋼管などの金属表面には取り付けられない。磁気バラストは、生物学的および化学的フロックと結合して沈降または浄化を強化し、フロックから分離し得るように磁石に引き付けることができる、粒径を有し得る。

一般に、マグネタイトバラストは、砂と異なり、マグネタイト粒子が既存のフロックに含浸することを可能にし得る。いくつかの実施形態によれば、バラスト回収サブシステムに設けられた磁気ドラムを使用して、効率的な方法で集合体を磁気バラストから分離してもよい。

本開示のいくつかの態様では、マグネタイトをバラスト材料として利用してもよいが、これらの態様は、バラストとしての使用はマグネタイトに限定されない。以下に説明するように、砂を含む他の材料を、追加的または代替的にバラスト材料として使用してもよい。バラスト材料として追加的または代替的に使用できるさらなる材料には、磁場に引き付けられる任意の材料、例えば、ニッケル、クロム、鉄、および／または様々な形態の酸化鉄を含む粒子または粉末が含まれる。

他の実施形態によれば、バラストは砂であってもよい。砂バラストシステムは、バラストを効果的に回収するために、より大きなバラストサイズを実装してもよい。例えば、砂粒子のサイズは、５０μｍ〜約２０００μｍの範囲であってもよい。砂バラストは非磁性である。砂バラストシステムおよび方法は、集合固体を砂粒子バラストから分離するために洗浄剤の使用を実施してもよい。洗浄剤の使用は、固体粒子が砂材料に付着する砂バラストの表面積の大きさに関連し得る。したがって、機械的エネルギー（すなわち、渦流パターンからのせん断力）だけでは、一般に、砂粒子の表面から集合固体を除去するには不十分であり、砂を集合固体に結合する砂粒子の表面に存在する化学結合と反応して溶解するための化学的方法が必要になり得る。ある実施形態では、集合固体は、液体サイクロン内で砂粒子の表面から除去され得る。

いくつかの実施形態によれば、この方法は、バラストフロックをバラスト回収サブシステムに通して回収バラストを生成することをさらに含んでもよい。回収されたバラストフロックは再循環され、供給廃水、添加廃水、排水、および処理済廃水の少なくとも１つに運ばれてもよい。廃水処理システムは、固液分離サブシステムの出口からバラストフロックを受け取り、水処理のさまざまな操作内でバラストを再循環するように構成されたバラスト回収サブシステムをさらに備えてもよい。バラスト回収サブシステムは、固液分離サブシステムの出口からバラストフロックを受け取り、バラストフロックを水処理システムの１つ以上のユニットまたはサブシステムに送達するように構成されてもよい。

例えば、前処理サブシステムは、固液分離サブシステムのバラストフロック出口と流体連通する入口を有してもよい。前処理サブシステムのバラスト回収入口は、配置するか、そうでなければ反応タンクまたは濃縮器に流体連通させてもよい。いくつかの実施形態では、固液分離サブシステムのバラストフロック出口は、回収されたバラストを反応タンクと濃縮器の両方に運ぶように構成されている。

さらに、バラスト反応器は、固液分離サブシステムのバラストフロック出口と流体連通する入口を有してもよい。バラスト回収サブシステムは、バラスト反応器に送達されるバラストの供給源として回収されたバラストを提供するように構成されてもよい。したがって、再循環されたバラストはバラスト反応器に送られてもよい。バラスト供給サブシステムはバラスト回収サブシステムと流体連通し、バラスト供給サブシステムは、バラスト反応器内の再循環バラストを前処理排水に含浸するように構成される。回収されたバラストを、添加廃水、前処理排水、および処理済廃水の１つ以上に含浸させてもよい。

いくつかの実施形態では、回収されたバラストフロックは再循環され、供給廃水、添加廃水、排水、および処理済廃水のそれぞれに運ばれてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、バラスト回収サブシステムは、前処理サブシステム（例えば、反応タンクおよび／または濃縮器）およびバラスト反応器のそれぞれに流体接続可能または流体接続されていてもよい。

いくつかの実施形態によれば、この方法は、バラストフロックを再循環させる前にバラストフロックを濃縮することをさらに含んでもよい。バラスト回収サブシステムはさらに、バラストフロック内のバラストから非バラスト固体を分離するように構成されてもよい。例えば、バラスト回収サブシステムは、バラストフロックを前処理サブシステムまたはバラスト反応器に通す前に、バラストフロックを非バラスト固体および／または残留廃水から分離するように構成された濃縮器、浄化器、または他の分離器を備えてもよい。

いくつかの実施形態では、例えば、バラストが磁性材料である実施形態では、バラスト回収サブシステムは磁気ドラム分離器を備えてもよい。磁気ドラム分離器は、磁石が配置されたドラムを含んでもよい。一般的に、動作中、ドラムは回転して磁気バラストを分離する。バラストとスラッジのフロックの混合物は、導管またはフィードランプを介して回転ドラムの表面に導入し得る。バラストは、例えばマグネタイトなどの磁性材料で構成されている場合は、磁石の存在により、スラッジの非磁性フロックよりも強くドラムに付着する。バラストの前に、いくつかの例では回転するドラムによって生成される向心力によって促進される、スラッジのフロックが、ドラムから落下し得る。分割羽根は、回収されたバラストとスラッジの非磁性フロックを別々の出力流に分離してもよい。

磁気分離器の別の実施形態では、バラストとスラッジのフロックとの混合物は、導管またはフィードランプによって、回転ドラムの近位およびその側部への近位に導入されてもよい。バラストは、マグネタイトなどの磁性材料で構成される場合、一般的に磁石の存在により回転ドラムに付着し、例えば、スクレーパーまたは分割羽根によって、次の方法で導管または供給ランプからの反対側で回転ドラムから取り外してもよい。一般に、スラッジの非磁性フロックは回転ドラムに付着せず、代わりに導管またはフィードランプの端から落下し得る。その結果、回収されたバラストとその他の固形物の個別流が生成される。他の分離器または分離方法を使用して、バラストフロックからバラストを回収してもよい。

本明細書で開示されるシステムおよび方法は、ｐＨ、添加剤供給速度（例えば、凝固剤、凝集剤、またはシステムへの吸着剤供給速度）、プロセス流流量、懸濁固形分の濃度ならびに／もしくは排水内または他のプロセス流内の他の汚染物質、およびスラッジのリサイクル率のうちの１つ以上を測定または監視することをさらに含んでもよい。システムは、そのようなパラメータを測定するための１つ以上のセンサーを備えてもよい。処理方法は、そこで行われる１つ以上の測定値に応じて、溶液のｐＨ、供給速度、および流量のうちの１つ以上を調整することをさらに含んでもよい。例えば、システムは、システムの動作を制御するために１つ以上のセンサーに動作可能に接続された１つ以上の制御モジュールをさらに備えてもよい。

本明細書で説明されるように、高固形分廃水処理プロセスは、複数の流れを生成するために実行されてもよい。いくつかの実施形態において、処理プロセスは、処理水流、バラスト流、および廃棄固体流を含む３つの流れを生成してもよい。３つの流は別々に生成されてもよい。いくつかの実施形態では、バラスト流は、廃水のバラスト含浸に再利用することができる。固体廃棄物流は、濃縮器または堰き止めタンクに送ることができる。濃縮器に蓄積した固形物は、脱水のためにフィルタープレスに送ることができる。いくつかの実施形態では、これらの固体はフィルタープレスに直接送られる。

図１を参照すると、第１および第２の入口（それぞれ１１２０および１１４０）および出口１１６０を有するバラスト反応器１１００と、バラスト反応器１１００の出口１１６０に流体接続可能な入口１２２０、固形分希薄排水出口１２４０および固形分豊富バラストフロック出口１２６０を有する固液分離サブシステム１２００と、高固形分廃水源１０２０に流体接続可能な第１の入口１３２０、凝固剤と凝集剤の少なくとも１つの供給源１０４０に流体接続可能な第２の入口１３２２、バラスト反応器１１００の第１の入口１１２０に流体接続可能な排出物出口１３４０およびスラッジ出口１３４２を有する前処理サブシステム１３００と、バラスト反応器１１００の第２の入口１１４０に流体接続可能な出口１５２０を有するバラスト供給サブシステム１５００と、固液分離サブシステム１２００の固形分豊富バラストフロック出口１２６０に流体接続可能な入口１６２０およびバラスト反応器１１００と前処理サブシステム１３００の少なくとも１つに流体接続可能な出口１６４０を有するバラスト回収サブシステム１６００と、を備える、高固形分廃水処理システム１０００が提供される。

ある実施形態によれば、バラスト供給サブシステム１５００は、バラスト含浸システム１５４０を備えてもよい。バラスト回収サブシステム１６００は、バラスト供給サブシステム１５００（第２の入口１１４０を介して）または第３の入口（図示せず）を通じてバラスト反応器１１００に流体接続可能であってもよい。バラスト回収サブシステム１６００は、第３の入口１３２４を介して前処理サブシステム１３００に流体接続可能であってもよい。

図２に示されるように、前処理サブシステム１３００は、反応タンク１３６０および濃縮器１３８０を備えてもよい。反応タンク１３６０は、廃水源１０２０および凝固剤と凝集剤との少なくとも一方の供給源１０４０に、例えば、それぞれ第１および第２の入口１３６２および１３６４を通って、流体接続可能であってもよい。反応タンク１３６０は、第３の入口１３６６を介してバラスト回収サブシステム１６００にさらに流体接続可能であってもよい。反応タンク１３６０および濃縮器１３８０は、反応タンク１３６０の添加廃水出口１３６８および濃縮器１３８０の添加廃水入口１３８２を介して互いに流体接続可能であってもよい。濃縮器１３８０は、排水出口１３８４およびスラッジ出口１３８６を含んでもよい。例えば、濃縮器１３８０は、排水出口１３８４を介してバラスト反応器１１００に流体接続可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、例えば、図３に示されるように、システム１０００は、脱水システム、例えばフィルタープレス１４００をさらに備えてもよい。フィルタープレス１４００は、スラッジ出口１３４２を介して前処理サブシステム１３００に流体接続可能であってもよい。フィルタープレス１４００は、濃縮器１３８０を介して、スラッジ出口１３８６を通って前処理サブシステム１３００に流体接続可能であってもよい。フィルタープレス１４００は、入口１４２０（説明したように前処理サブシステム１３００に接続可能）、加圧出口１４４０および濾過ケーキ出口１４６０を有してもよい。いくつかの実施形態では、フィルタープレス１４００は、加圧出口１４４０および第４の入口１３２６を介して前処理サブシステム１３００に流体接続可能であってもよい。いくつかの実施形態（図示せず）では、フィルタープレス１４００は、第４の入口を介して、反応タンク１３６０を通して前処理サブシステム１３００に流体接続可能であってもよい。

本明細書に記載されるシステムのいずれも、所望の廃水を処理するために必要な追加の容器、ユニット、タンク、流体ライン、またはパイプラインをさらに含んでもよい。さらに、本明細書に記載のシステムのいずれも、センサー、制御モジュール、バルブ、および／またはポンプを介して自動化または半自動化してもよい。

廃水処理システムは、図に明示的に示されていない１つ以上の追加のデバイスを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態によれば、システムは、追加のミキサー、保持タンク、生物学的処理システム用の消化槽などを含むことができる。例えば含浸サブシステム内を含む処理サブシステム内での混合、および例えば反応タンク内を含む前処理サブシステム内での混合は、機械的ミキサー、散気およびジェットミキサー／エアレーターを含む１つ以上の方法を使用して実行および達成され得る。生物学的処理ユニットでの無酸素処理および嫌気性処理は、消化槽で実行するか、水中または浮遊機械式ミキサーで混合してもよい。消化槽での好気性処理は、粗大気泡、ジェットエアレーション、または微細気泡と機械的混合の組み合わせのいずれかと、さらに組み合わせてもよい。

本開示の１つ以上のさらなる態様は、廃水処理システムにおける廃水の処理を促進する方法に関する。促進方法は、前処理ユニット内の廃水源から廃水を受け取ることと、廃水を凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させて添加廃水を生成することと、添加廃水を濃縮してスラッジおよび排水を生成することと、排水をバラスト処理ユニットに運ぶことと、バラスト処理ユニットでバラストとともに処理して処理済廃水を生成することと、処理済廃水を沈降させて清浄な排水とバラストフロックを生成することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、バラストを、例えばバラスト処理ユニット内の排水の１つに送達するように構成された、バラスト供給システムを提供することを含んでもよい。この方法は、送達されたバラストで排水にバラストを施してバラストフロックを生成することを含んでもよい。

本開示の１つ以上のさらなる態様は、高固形分廃水を処理するために廃水処理システムを後付けする方法を対象とする。本方法は、本明細書に開示されるように、無機固体を含む廃水を処理するために廃水処理システムを後付けすることを含んでもよい。この方法は、高固形分廃水から総固形物を除去するように構成された前処理ユニットに高固形分廃水源を流体接続し、前処理ユニットをバラスト処理システムに流体接続することを含んでもよい。この方法は、バラスト供給システムを提供して、バラストをバラスト処理システムに送達することを含んでもよい。この方法は、バラスト処理システムを固液分離システムに流体接続することを含んでもよい。この方法はさらに、固液分離システムを前処理システムに流体接続してバラストフロックを再循環させることを含んでもよい。いくつかの実施形態では、この方法は、バラスト処理システムを使用場所に流体接続することを含んでもよい。使用場所は、直接使用場所、保管容器、または輸送容器であり得る。

本明細書で使用される語法および用語は、説明を目的とするものであり、限定するものと見なされるべきではない。本明細書で使用される「複数」という用語は、２つ以上のアイテムまたは要素を指す。「備える」、「含む」、「保持する」、「有する」、「含有する」、および「内包」という用語は、書面による説明または特許請求の範囲などにかかわらず、無制限の用語であり、つまり、「〜を含むがこれらに限定されない」を意味する。したがって、そのような用語の使用は、その後に列挙されるアイテム、およびその同等物、ならびに追加のアイテムを包含することを意味する。請求項に関して、「〜からなる」および「実質的に〜からなる」という移行句のみが、それぞれ閉じた移行句または半閉じた移行句である。請求項要素および請求項内の同様のものを修飾するために請求項内の「第１」、「第２」、「第３」などの通常の用語を使用することは、それ自体が、あるクレーム要素の別の優先順位、穿孔関係、順序、または方法の動作が実行される時間的順序を意味しない。ただし、特定の名前を持つ１つの請求項要素を、同じ名前を有する別の要素から区別するためのラベルとしてのみ使用される（ただし、通常の用語を使用する）。

このように少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、様々な変更、修正、および改善が当業者には容易に思い浮かぶことを理解されたい。任意の実施形態で説明される任意の特徴は、他の任意の実施形態の任意の特徴に含まれるか、またはそれに代用され得る。そのような変更、修正、および改善は、本開示の一部であることが意図されており、本発明の範囲内にあることが意図されている。したがって、前述の説明および図面は単なる例である。

（実施例１：高固形分廃水処理システムの物質収支）
廃水処理のためのシステムは、図４に示される例示的な物質収支に従って動作し得る。物質収支は、従来の化学工学的手法を使用して計算された。図４に示されるように、本明細書に開示される水処理システムは、高固形分含有廃水を処理するために動作し得る。

５，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳの廃水が凝固剤と組み合わされる。この例では、廃水は５００ガロン／分（ＧＰＭ）で褐炭送達設備のサンプを流れ、Ｆｅ濃度が約５ｍｇ／Ｌの塩化第二鉄（３８ｍｇ／Ｌ ３８％ＦｅＣｌ_３、０．７６ガロン／時（ＧＰＨ）で２２８ｌｂｓ／ｄａｙ）と組み合わされる。

廃水と凝固剤は、他の再循環流とともに反応タンクに送られる。反応タンクの水圧滞留時間（ＨＲＴ）は３０分である。５４８ＧＰＭの速度で流れる４，６７８ｍｇ／ＬのＴＳＳの添加廃水は、反応タンクを出て、濃縮器に送られる。濃縮器に入る前に、添加廃水は、濃度２ｍｇ／Ｌ（０．０５５ＧＰＨで１３．２ｌｂｓ／ｄａｙｓ）のポリマー凝集剤、および０．２２ＧＰＭの速度の希釈水と混合される。濃縮器は、固形物を除去するための内部すくいを含む沈降タンクである。添加廃水は、濃縮器内で、２ｍｇ／Ｌ（２８ｌｂｓ／ｄａｙ）の濃度の追加の高分子凝集剤と０．５ＧＰＭの速度の希釈水とさらに混合される。反応タンクと濃縮器がともに前処理サブシステムを構成する。

濃縮器は、スラッジと排水を生成するように動作する。スラッジには５０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳ（５％）の濃度の総固形物が含まれ、５０ＧＰＭの速度で下流に流れる。前処理排水には１００ｍｇ／ＬのＴＳＳが含まれ、５７３ＧＰＭの速度で下流に流れる。排水はバラスト反応器（この例では、ペンシルバニア州ピッツバーグのＥｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ＬＬＣが販売するＣｏＭａｇ（Ｒ）反応タンク）に送られる。バラスト反応器に入る前に、排水は凝固剤と組み合わされる。この例では、凝固剤はＦｅが約５ｍｇ／Ｌの濃度の塩化第二鉄（３８ｍｇ／Ｌ ３８％ＦｅＣｌ３、０．８７ＧＰＨで２６２ｌｂｓ／ｄａｙ）で、１１０ｍｇ／ＬのＴＳＳの懸濁液を形成し（追加ＦｅであるＦｅ（ＯＨ）_３を生成することを想定する）、５７３ＧＰＭの速度で流れる。排水はバラスト反応器において追加のバラスト（ここではマグネタイト）で処理される。この例では、バラストはバラスト回復サブシステムから取得される。しかしながら、バラスト供給サブシステムおよび／またはバラスト含浸サブシステムから新鮮なバラストをバラスト反応器に導入してもよい。

処理済廃水はバラスト反応器を出て、固液分離サブシステム（ここでは沈降タンク）に送られる。沈降器は、４９２ＧＰＭの流量で１０ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳを有する、固形物が少ない排水を生成するように動作する。固形分が少ない排水は、生成水と見なされ得る。そうして、使用場所、保管場所、輸送場所などに配送され得る。固形分が豊富なバラストフロックは沈降タンクを出て、バラスト回収サブシステムに送られ、システム内で再循環される。

バラスト回収サブシステムは、前処理サブシステムとバラスト反応器に流体接続されてもよい。ここでは、バラスト回収サブシステムは、１０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを有するフロック（スラッジ）を６ＧＰＭの流量で反応タンクに、１０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳ（１％）を有するフロック（スラッジ）を７５ＧＰＭの流量（１５％リサイクル）で濃縮器に送達するように構成されている。バラスト回収サブシステムには、バラストを他の固体から分離するように構成された磁気ドラムが含まれている。磁気ドラムは、バラスト反応器で再利用するために、分離された固形物（スラッジ）を反応タンクおよび／または濃縮器に送達し、分離されたバラストをバラストチャンバーに送達するように配置されている。

例示的な廃水処理システムは、濃縮器の下流に配置された脱水操作部も含む。ここでは、脱水操作部はフィルタープレスである。５０，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳ（５％）の濃縮スラッジは、５０ＧＰＭの流量でフィルタープレスに送達される。フィルタープレスはスラッジを脱水し、加圧物と濾過ケーキを生成する。２００ｍｇ／ＬのＴＳＳ（３０，０４２ ｌｂｓ／ｄａｙ、２５％固形分）を有する加圧物は、４２．８ＧＰＭの流量で反応タンクに再循環され、そこで廃水供給および凝固剤、および上記のその他の再循環流と組み合わされる。

したがって、バラスト反応器で処理する前に濃縮器中の総固形物を除去することにより、５，０００ｍｇ／ＬのＴＳＳの廃水流から１０ｍｇ／Ｌ未満のＴＳＳの生成水を生成するために、ここに開示された廃水処理システムを効率的に操作できる。さらに、例示された廃水処理システムは、バラスト反応器の上流に濃縮器を配置し、システム内のさまざまな高固形分流を再循環することにより、従来のシステムよりも設置面積が小さくなる。

（実施例２：従来のシステムとバラスト固形物除去を含むシステムで使用される浄化器の比較）
本明細書に開示されているバラスト浄化器は、産業廃水を処理するための効果的なツールである。しかしながら、固形物含有量が高い廃水（固形分が２，０００ｍｇ／Ｌ超）は、バラスト浄化プロセスおよびその他の類似技術の処理を困難にする可能性がある。従来の濃縮器を使用してバラスト浄化器の前でバルク固形物を除去することにより、バラスト浄化器は非常にしっかりした処理プロセスで高品質の生成水を提供できる。

一部の固体は、排水に持ち越される可能性があり、おおよそ１００ｍｇ／Ｌとなり得る。この流は、懸濁固体、重金属、リン、および他の懸濁粒子除去のために、本明細書に開示されているバラスト浄化器によって容易に処理できる。

本明細書に開示されるバラスト浄化器は、バラストを施され、凝集した固体のより速い沈降によって、従来の浄化システムよりも小さい設置面積を有し得る。開示されたバラスト浄化装置の実施形態は、従来の浄化システムよりも多くのエネルギーを使用する可能性があるが、化学使用量は通常、従来の浄化よりも１０〜１５％低く、増加したエネルギー使用量を相殺する。本明細書に開示されているバラスト浄化器は、水質と流量の合理的な変化を受けながら、より高品質の製品水をも提供し得る。

バラスト浄化器の上流に濃縮器を含む本明細書に開示されるシステムおよび方法の実施形態で利用され得る例示的なバラスト浄化器（例えば、図１の固液分離器１２００）の特徴および動作パラメータを、以下の表１中の浄化器の上流に濃縮器を含まない従来の廃水処理システムで利用され得る浄化器の特徴および動作パラメータと比較する。表１の特徴とパラメータは、一般的な産業廃水処理の例を想定して生成された。高固形分廃水は、化学的凝固と凝集によって促進されるバルク固形物除去のために濃縮器に流れこむ。５，０００ｍｇ／Ｌの入口固形分負荷の濃縮スラッジは、適切に設計された濃縮器で５％固形分（５０，０００ｍｇ／Ｌ）相当に達するはずである。以下の表１の比較図は、コンピューターシミュレーションによって得られた予測例である。

上記の表１に示すように、本明細書で開示するシステムで利用される浄化器の設置面積は、従来の廃水処理システムで利用される浄化器と比較して、１，８００ｆｔ^２から１，３５０ｆｔ^２までサイズを縮小し得、削減率は［（１，８００−１，３５０）／１，８００］＝２５％となり得る。本明細書に開示されるシステムで利用される浄化器の水圧保持時間は、従来の廃水処理システムで利用される浄化器と比較して、約５分の１（１３８／２８＝４．９）短縮され得る。本明細書に開示されるシステムの浄化器は、従来の廃水処理システムの浄化器と比較して、例えば凝集剤または凝固剤などの化学物質を１０〜１５％少なく要することができ、より高品質の排水（３ＮＴＵ対５ＮＴＵ）を生成し得、従来の廃水処理システムに含まれる浄化器を使用した場合よりも、廃水の流れや固形物の負荷の変化により迅速に対応し得る。

当業者は、本明細書に記載のパラメータおよび構成が例示であり、実際のパラメータおよび／または構成が、開示された方法および材料が使用される特定の適用例に依存することを認識するはずである。当業者はまた、開示された特定の実施形態と同等のものを、日常的な実験のみを使用して認識または確認できるはずである。

Claims (30)

1. 高固形分廃水処理システムであって、
   入口と出口を有するバラスト反応器と、
   前記バラスト反応器の前記出口と流体連通する入口を有し、処理済廃水を固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックに分離するように構成された、固液分離サブシステムと、
   前記バラスト反応器の上流に位置し、高固形分廃水源と流体連通する入口を有し、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方を受け入れて添加廃水を生成するように構成され、さらに前記添加廃水を濃縮し、スラッジと排水とを生成するように構成され、前記バラスト反応器の入口と流体連通する排水出口を有する、前処理サブシステムと、
   前記バラスト反応器にバラストを送達するように構成されたバラスト供給サブシステムと、
   前記固液分離サブシステムの前記出口から前記バラストフロックを受け取り、前記バラストフロックを前記バラスト反応器および前記前処理サブシステムの少なくとも一方に送達するように構成された、バラスト回収サブシステムと、
   を備える、高固形分廃水処理システム。
2. 前記前処理サブシステムは、高固形分廃水源と流体連通する入口を有する反応タンクと、前記反応タンクの下流に位置し、前記バラスト反応器の前記入口と流体連通する出口を有する濃縮器と、を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記前処理サブシステムの下流に位置するフィルタープレスをさらに備え、前記フィルタープレスは、前記スラッジを受け取り、加圧物および濾過ケーキを生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記前処理サブシステムは、前記フィルタープレスの加圧出口と流体連通する入口をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記高固形分廃水源は、少なくとも５００ｍｇ／Ｌの総懸濁固形分量（ＴＳＳ）を含む廃水を、前記前処理サブシステムに送達するように構成および配置される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記高固形分廃水源は、少なくとも２０００ｍｇ／ＬのＴＳＳを含む廃水を、前記前処理サブシステムに送達するように構成および配置される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記高固形分廃水源は、無機固形物を含む廃水を送達するように構成および配置される、請求項１に記載のシステム。
8. 高固形分廃水処理システムであって、
   第１および第２の入口と出口とを有するバラスト反応器と、
   前記バラスト反応器の出口に流体接続可能な入口、固形分が少ない排水の出口、および固形分が豊富なバラストフロックの出口を有する固液分離サブシステムと、
   高固形分廃水源に流体接続可能な第１の入口、凝固剤および凝集剤の少なくとも一方の供給源に流体接続可能な第２の入口、前記バラスト反応器の前記第１の入口に流体接続可能な排水出口、およびスラッジ出口を有する前処理サブシステムと、
   生物学的反応器の第２の入口に流体接続可能な出口を有するバラスト供給サブシステムと、
   前記固液分離サブシステムの前記固形分の豊富なバラストフロックの出口に流体接続可能な入口と、前記バラスト反応器および前記前処理サブシステムの少なくとも一方に流体接続可能な出口を有するバラスト回収サブシステムと、
   を備える、高固形分廃水処理システム。
9. 前記前処理サブシステムは、反応タンクおよび濃縮器を備え、前記反応タンクは、前記廃水の供給源ならびに前記凝固剤および前記凝集剤の少なくとも一方の供給源に流体接続可能であり、前記濃縮器は、前記反応タンクと前記バラスト反応器に流体接続可能である、請求項８に記載のシステム。
10. 前記前処理サブシステムの前記スラッジ出口に流体接続可能な入口、加圧出口、および濾過ケーキ出口を有するフィルタープレスをさらに備え、前記加圧出口は前記前処理サブシステムに流体接続可能である、請求項７に記載のシステム。
11. 高固形分廃水の処理方法であって、
    高固形分廃水源からの供給廃水を凝固剤および凝集剤の少なくとも一方と接触させて、添加廃水を生成するステップと、
    前記添加廃水を濃縮してスラッジと排水を生成するステップと、
    前記排水をバラストで処理して処理済廃水を生成するステップと、
    前記処理済廃水を沈降させて、固形分が少ない排水と固形分が豊富なバラストフロックを生成するステップと、
    前記バラストフロックを、前記供給廃水、前記添加廃水、前記排水、および前記処理済廃水の少なくとも１つに運ぶステップと、
    を含む、高固形分廃水の処理方法。
12. 前記スラッジを濾過して、加圧物および濾過ケーキを生成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記加圧物を前記供給廃水に運ぶステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記バラストフロックを前記供給廃水、前記添加廃水、および前記排水に運ぶステップを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記供給廃水を前記凝固剤と接触させて前記添加廃水を生成することにより、前記供給廃水を前処理するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記添加廃水を前記凝集剤と接触させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記高固形分廃水を処理するステップは、少なくとも５００ｍｇ／Ｌの総懸濁固形分量（ＴＳＳ）を有する廃水を処理するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
18. 前記高固形分廃水を処理するステップは、少なくとも２０００ｍｇ／Ｌの総懸濁固形分量（ＴＳＳ）を有する廃水を処理することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記高固形分廃水を処理するステップは、無機固体を含む廃水を処理するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記高固形分廃水を処理するステップは、発電所、採掘作業、食品および飲料製造作業、石油またはガス生産プラント、石油またはガス精製所、および一般的な産業プラントからなる群から選択される産業供給源からの前記供給廃水と接触させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記供給廃水を、前記凝固剤および前記凝集剤の少なくとも一方と接触させることが、前処理ユニットで実施される、請求項１１に記載の方法。
22. 前記供給廃水を前記凝固剤および前記凝集剤の少なくとも一方と接触させることが、前記前処理ユニットに配置された反応タンクで実施される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記添加廃水の濃縮は、前記前処理ユニットで実行される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記添加廃水の濃縮は、前記前処理ユニット内に位置する濃縮器で実行される、請求項２３に記載の方法。
25. 前記添加廃水は、前記反応タンクから前記濃縮器に運ばれる、請求項２４に記載の方法。
26. 前記排水のバラストによる処理がバラスト反応器で実施される、請求項２５に記載の方法。
27. 前記排水は、前記濃縮器から前記バラスト反応器に運ばれる、請求項２８に記載の方法。
28. 前記処理済廃水の沈降は、固液分離器で行われる、請求項２７に記載の方法。
29. 前記処理済廃水は、前記バラスト反応器から前記固液分離器に運ばれる、請求項２８に記載の方法。
30. 前記バラストフロックを運ぶステップは、前記バラストフロックを前記反応タンク、前記濃縮器および前記バラスト反応器の少なくとも１つに運ぶステップを含む、請求項２９に記載の方法。