JP3621967B2 - 廃水浄化方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、請求項１の前提部に説明したタイプの廃水浄化方法及び装置に関するものである。
【０００２】
こうした方法及びこうした装置は、ヨーロッパ特許第０１７０３３２号により知られている。この公知の装置は、嫌気性の方法、好ましくは周知のＵＡＳＢ（逆流嫌気性汚泥ブランケット）に従って動作し、下側部分に浄化すべき廃水が流入し、上側部分から浄化された廃水が排出される容器が使用される。嫌気性微生物は、容器内で活動する。廃水の入口と浄化された廃水のためのオーバーフローパイプの間には、ガス収集器が介挿されており、該ガス収集器はフード形状で容器に重ね合わせるように配置され、その上部はパイプを介してガス／汚泥分離手段に接続される。ガスは、微生物の活動によって生成され、所謂浮揚汚泥として汚泥が浮き上がるように汚泥に付着する。浮揚汚泥はフードによって捕集されて、徐々にガスを放出して再び重くなり、所謂沈降汚泥として底部に沈降する。ペレットから放出されたガスは、フードによって捕集された自由ガス泡（ｆｒｅｅ ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅｓ）とともにパイプ内をさらに上方に上昇するので浮揚汚泥粒子と液体を浮遊させ、それらはガス／汚泥分離室で分離される。ガスは、適宜放出されるが、これとともに搬送された汚泥粒子を含む液体の方は、容器の底部に導かれた下降パイプに流入する。底部に沈降した汚泥は循環され、これによって底部の汚泥部をほぐして、流入する廃水と微生物の完全な混合性を改善するように作用する。しかしながら、水は比較的重く、浮揚ガスによって搬送される廃水の量つまりは環流された廃水の循環効率が制限される。さらに、このタイプの廃水反応器は、少なくとも１１ｍの反応器の高さが無ければ、上記の効果を得ることは出来ないことが知られている。
【０００３】
従って、本発明の目的は、構造的に簡単な手法で効率的なかきまわし及び沈降汚泥の完全な混合を達成し得る廃水の浄化方法及び装置を提供することにある。
【０００４】
上記の目的は、請求項１に記載された方法及び請求項９に記載した装置によって達成される。
【０００５】
本発明の構成によれば、従来技術とは異なり、沈降汚泥が、衝突する環流水によって間接的に移動されることはなく、上昇パイプ内に吸引されることによって直接的に移動される。これによって、著しく効率を向上させた流れ、特に沈降汚泥のほぼ全体におよぶ流れが生成され、それにより微生物が栄養物を発見できない死空間を確実に無くするか、または廃水が過度に急激に汚泥床を通って移動してしまうことによる十分に浄化されない所謂短絡流を確実に防止する。この結果、廃水反応器は、同一の性能を維持しながら構造的なサイズを大幅に減少させることが出来る。それなのに、沈降汚泥部内部に生じる乱れは、廃水自体の内部で生成されたガスの上昇作用によって達成される循環作用により生じる過度に大きな剪断力によって汚泥のペレットが破壊されるほどには大きくならない。さらに、背の高い反応器の場合、上側反応室は高濃度のペレット化された汚泥を示し、それによって効率は一層向上される。さらに、特に浮揚性の凝固物を形成するタンパク質又は澱粉質を含有する廃水の場合、浮揚性の凝固物も底部に環流される。
【０００６】
効率は、ガスの揚力が沈降汚泥を上昇させることにのみ利用されるので、請求項２の方法によりさらに向上される。
【０００７】
請求項３によって沈降汚泥はガス収集器の下側に戻されて、容器に環流される。
【０００８】
請求項４の方法によって、付加的な汚泥が搬送されることができる。例えば、浮揚性の固物を形成するタンパク質又は澱粉質を含有する廃水の場合、浮揚性の凝固物も底部に環流される。
【０００９】
請求項５の方法によって、上昇力が改善され、沈降汚泥の上昇は容器の作動と同時に開始される。
【００１０】
請求項６によれば、本発明による構成は、嫌気性及び好気性動作の組合せに適している。
【００１１】
請求項７の方法も循環作用を改善する。
【００１２】
通常、嫌気性分解プロセスは、２５℃乃至３７℃の間で最適状態を示す。本発明による流れの増加によって、反応温度を低下させることができる。請求項８によれば、本発明による方法のための最適温度は、１０℃乃至３７℃の間である。これによって、水を加熱する必要がないので、エネルギを大幅に節約することができる。
【００１３】
請求項９は、特に好適で、構造的に単純な方法を実施するための装置を示している。
【００１４】
本発明による装置の有利な改良は、請求項１０乃至１７に知ることが出来る。
【００１５】
本発明の方法を実施する発明による装置の実施例は、図より理解される。図面は、主に嫌気性の方法によって動作するＵＡＳＢ法による廃水を浄化する本発明による装置１を示しており、概略的にのみ示されている。装置１は、直立容器１９と、微生物と混在している沈降汚泥が位置する容器の底部に端部を有する廃水パイプ２を有している。廃水パイプ２には、標準的な廃水分配システムの一つを設けることが出来るが、そのシステムは示されていない。
【００１６】
複数のガス収集器３が、容器１９の水平方向に交互に配置されている。図示の実施例において、ガス収集器３は、二つの系、即ち下側の系３ａと上側の系３ｂにグループ分けされている。各ガス収集器３は、フードの最も大きな水平方向断面に向って延びる下向き開口部と、上向きテーパを有する垂直断面を有している公知のガス収集器である。しかしながら、他の形状のガス収集器を用いることも可能である。
【００１７】
下側の系３ａのガス収集器３は、そのルーフ突条１１を貫通して延びそして突条１１に気密状態で楔係合されたパイプ１８を有している。各パイプ１８は、ルーフ突条１１よりわずかに、好ましくはガス捕集フードの高さの０．１乃至０．４倍の長さ下向きにガス捕集フード内に突出するとともに、オプションとしての汚泥偏向板を設けた水平開口または口を有している。ループ突条１１の上側において、パイプ１８は、排出パイプ２０に接続された逆Ｕ字条の折り曲げ部からなるガス分離手段４を有している。逆Ｕ字状折り曲げ部からなるガス分離手段４の開口は、放出パイプ２０に接続され、放出パイプ２０の開口は上昇パイプ９に接続されており、それぞれの接続部はルーフ突条１１の下側のパイプ１８の開口よりも数センチ、好ましくは５乃至１０ｃｍの間の距離上方に位置する。下側の系３ａのすべてのガス収集器３に接続されたパイプ２０は、上昇パイプ９、即ち容器の横断面に比べて大幅に減少した横断面を持つパイプ９、に接続されており、パイプ９の下側開口は、好ましくは水平面に位置した上向き開口とされ容器１９の底部、好ましくは沈降汚泥部に位置する。上昇パイプ９は、容器１９の上方に配置されたガス／汚泥分離手段１３に上向きに延びている。ガス／汚泥分離手段１３から下降パイプ１０が容器１９に戻るように延びており、下側の系３ａの下側であって、かつ、沈降汚泥部よりわずかに上方の、上昇パイプ９の開口から離間した位置で、下向きの水平開口又は口として終端している。
【００１８】
ガス収集器３の上側の系３ｂは、標準的な要領で機能して、汚泥が浄化された廃水中に流入しないように浮揚汚泥を保持する。上側の系３ｂのガス収集器３も、ルーフ突条１１の上方で上向きに終端されたパイプ２１が設けられているが、下側の系３ａのようなＵ字形状の折り曲げ部からなるガス分離手段４は有さず、排出パイプ１２につながっており、一方この排出パイプ１２はガス／汚泥分離手段１３へと延びている。ルーフ突条１１の下側において、パイプ２１は下側の系３ａのパイプ１８と同様に構成されている。
【００１９】
上側の系３ｂの全ガス収集器３のいくつかは、パイプ１７を介して下降パイプ１０に接続することが出来る。パイプ１７は、浮揚汚泥がたまるガス収集器３の一部に位置している。
【００２０】
上側の系３ｂの上方には、容器１９内の水の上側レベルを規定し、水パイプ６に接続された浄化水のためのオーバーフローパイプ２２が位置している。ポンプ８を設けたリターンパイプ７が、前記水パイプ６からガス／汚泥分離手段１３へと延びている。第一のガスパイプ１４が、ガス／汚泥分離手段１３から延び、回収されたバイオガスを、例えばエネルギの回収等の処理を行うために放出する。ガス／汚泥分離手段からは、もう一つのガスパイプ１６が延び、ポンプ１５が配設される。ガスパイプ１６は、上昇パイプ９の下側部に接続され、このガスが環流されることによって上昇作用を促進する。
【００２１】
本発明の装置は、以下の方法に従って動作する。食品又は製紙産業からの浄化されるべき廃水、例えば有機的に高度に汚染された廃水は、廃水パイプ２を介して容器１９の下側部分にあって、微生物と混じった通常の汚泥ペレット状の沈降、汚泥層中に導入される。微生物は、廃水の有機性汚染物質を分解して、ガスを生成する。ガスは、ガス泡の状態で泡だって上昇し、汚泥ペレットに付着して、後者の重量を軽減させて上方に浮揚させる。ガス及び浮揚汚泥として上方に浮揚するガスが付着したペレットは、下側の系３ａの領域を通過してガス収集器３によって捕集される。ガスは、ガスルーフ突条１１の下側の、かつ浮揚した汚泥の層の上側のガスクッション部５に集まる。浮揚した汚泥は、徐々にガスを解放して再び降下し、沈降汚泥となる。ガスはパイプ１８を通ってＵ字形状の折り曲げ部４に至る。この折れ曲がり部からなるガス分離手段４において、ガスクッションが形成され、浮揚した汚泥の上昇及びパイプ２０への流入が防止される。この結果、ガスのみがパイプ２０を通って流通して、上昇パイプ９に流入する。上昇パイプ９内において、ガスは強力な上昇流を生成して、上昇パイプ９の底部の吸入口において負圧を発生して、この負圧がそこに存在する沈降した汚泥を吸引し、汚泥ペレットの全ての側部を廃水と接触させる底部の流れを保証し、かつ、連続的な流れを生成する。ガスと吸入された沈降汚泥は、ガス／汚泥分離手段１３で分離され、ガスは通常パイプ１４を通ってさらに処理される。搬送されてきた汚泥は、捕集され、下降パイプ１０を介して下向きに流れて容器１９に流入し、容器の下側の系３ａの下側に放出され、底部に再び沈降されて、その部位に付加的な乱れを生じさせる。汚泥がガス／汚泥分離手段１３から下降パイプ１０を通って沈澱する間に、上側の系３ｂのガス収集器３の下側で捕集された浮揚した汚泥はパイプ１７で吸入される、これは、戻された汚泥によって生成される循環作用を強化する。沈降汚泥の循環作用は、水パイプ６からのポンプ８でとりこまれ、そしてパイプ７を介してガス ／ 汚泥分離手段にポンプされることによって、そこで、汚泥を下降パイプ１０を通して有効に流す少量の浄化された廃水によっても強化される。
【００２２】
特に、装置１の起動時において、この吸入作用は、パイプ１６及びポンプ１５を介して上昇パイプ９にガス、又は空気をポンピングすることによって支持される。
【００２３】
下側の系３ａには捕集されなかったか、もしくは捕集能力を越えてそこで再び励起された浮揚した汚泥とガス泡は、上側の系３ｂに至り、ガス収集器３に捕集される。ルーフ突条１１内に捕集されたガスは、直線的な垂直パイプ２１及びパイプ１２を介してガス／汚泥分離手段１３に流入して、浮揚した汚泥層はパイプ１７を介して排出されるか、もしくはガスを放出した後、底部に再び沈降する。浄化された廃水は、オーバーフローパイプ２２に流入して、それから水パイプ６に流れる。
【００２４】
必要があれば、本発明の装置はガス／汚泥分離手段１３内に１乃至３体積％の酸素を付加することによって、付加的に好気的に動作され、例えばガス中に含まれる硫黄の生物学的酸化法を達成する。この場合、ポンプ１５及びパイプ１６を介してガスは環流されない。
【００２５】
上記に説明し、図示した実施例の変形例として、三以上のガス捕集システムを設けることが出来るか、または、浮揚汚泥を浄化水のためのオーバーフローパイプから離間するように保持することが出来るならば、容器にはガス収集系として下側の系３ａだけとしても良い。反応器の高さが非常に小さい場合、ポンプを連続的に運転して、ガスを上昇パイプに戻すことも出来る。上昇パイプは、容器の内部に延び、下降パイプを容器の外側に設けることが出来る。沈降した汚泥を上昇パイプからの分岐を通して、分離手段ではなく容器に直接流入させることも出来る。ガスのみ、もしくは主としてガスが上昇パイプに流れることが確実な場合、ガス収集器はＵ字状の折り曲げ部を省略するか、または他のガス分離手段を備えるか、もしくは上昇パイプの上流に配置したガス分離手段に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＵＡＳＢ法に従って廃水を浄化するための本発明による装置の概略図である。

Claims (17)

1. 廃水及び汚泥を受け入れる容器内の廃水をガスの発生下で浄化するために、発生ガスをガス収集器によって捕集し、上昇するこの発生ガスによってなされる循環を利用して、容器の底部に沈降した汚泥をほぐすために使用する、廃水の浄化方法であって、
   前記沈降汚泥を、上昇する発生ガスの上昇作用によって底部から吸引し、そして、容器内の廃水から隔離された状態で容器の上部へと流し、そして、廃水中に戻すことを特徴とする方法。
2. ガス収集器内でガスが、汚泥および液体から分離されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ガス収集器の下側で吸入された沈降汚泥が、廃水中に戻されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 吸入された沈降汚泥は、ガス収集器によって捕集された汚泥と共に、ガス収集器の下側の廃水中に環流されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 付加的なガスが、ガスの上昇作用を増大させるために導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. ガスを分離した後に酸素を１乃至３体積％の量で添加して、ガス中に含まれる硫黄の生物学的酸化を達成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
7. 浄化された廃水は、吸入された沈降汚泥に供給され、汚泥の循環作用を促進することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
8. 廃水の温度が、１０℃乃至３７℃の間である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 容器（１９）と、廃水入口（２）、浄化された水の出口（２２）と、容器（１９）中に配置される少なくとも一つのガス収集器（３）およびガス収集器（３）の上側部より上向きに延びるパイプ（１８）によって構成される請求項１乃至８項のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、上昇パイプ（９）が容器（１９）底部の沈降汚泥部から上方に延びており、そして、ガス収集器（３）が、ガス収集器（３）から流出するガスが前記上昇パイプ（９）内において、沈降汚泥を上昇させるガスリフタとして用いられるように、前記上昇パイプ（９）に接続されることを特徴とする廃水処理装置。
10. ガス分離手段がガス収集器（３）に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. ガス分離手段は、パイプ（１８）の実質的に逆Ｕ字状折り曲げ部（４）によって形成されて、ガス収集器（３）の外部上方に延びることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 上昇パイプ（９）は、ガス／汚泥分離手段（１３）に終端が接続され、容器内のガス収集器（３）の下側に戻る下降パイプ（１０）がガス／汚泥分離手段（１３）から延びていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載した装置。
13. ガス収集器（３）の下側部分から延びるパイプ（１７）が下降パイプ（１０）に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 容器（１９）は、上向きに延びるパイプ（１８）を設けるとともにＵ字状の折り曲げ部（４）を備えた複数のガス収集器（３）からなる第一の系（３ａ）と、前記第一の系（３ａ）の上方に設けられている複数のガス収集器からなる第二の系（３ｂ）とを備えていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. パイプ（１７）が、第二の系（３ｂ）のガス収集器（３）と下降パイプ（１０）の間に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 付加的なガス通路（１６）が、上昇パイプ（９）に接続されることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 浄化された廃水を送るためのパイプ（７）が、下降パイプ（１０）に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。

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