JP4284051B2 - 排水の生物学的浄化のための三相分離装置および設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１対の、水平長手方向に延在し、かつ、それぞれがプレート部分を有する、２つのガス収集キャップを備え、その中に入れた流体ガスおよび粒子から、分離除去を行うための三相分離装置であって、プレート部分が下方の方向に収束し、かつ、プレート部分の下端から、流体および粒子のための、長手方向に細長い、少なくとも１つの通路が出ており、その通路が、プレート部分下方の反応室を、プレート部分下方で沈降室に接続している、また、沈降室内に通じる、流体のための排出開口部を、前記少なくとも１つの通路よりも高いレベルに設けている三相分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの三相分離装置は、一般に知られている。とりわけ、欧州特許Ａ２４４０２９号、および欧州特許Ａ９４９４６３号に言及することができる。このタイプの三相分離装置は、水を生物学的に浄化する即ち水の自浄作用をおこなうための設備に広く使用されている。このような設備は、バクテリア集団層が提供されている反応器を備えている。バクテリア集団層の上方でバクテリア集団層内に開いている、浄化しようとする水の供給手段は、粒子特にバクテリア集団を沈降させ、且つ浄化された水を排出する。このような知られている設備を作動させる原理は、排水を底部から反応器内に供給すること、および、この水がバクテリア集団層を通って上方に流れ、バクテリアと接触する状態になり、分解された有機物汚濁物質が、メタンおよび二酸化炭素に変換されることである。このようにして生成されるガスは乱流を生じ、その結果として、バクテリア集団が上方へ渦を巻く。放出されたガスは、次いで排出されるために、三相分離装置のガス・キャップ下方で収集される。次いで、最初ガスに連行されたバクテリア集団の沈降が、ガス・キャップの上方で行われる。これらのバクテリア集団は、次いで、反応室中に落下して戻り、浄化された水がキャップ上に残り、その水が排出される。
【０００３】
流体およびバクテリア集団が複数のガス収集キャップの間を通過するとき、一定の流体の加速が発生し、その結果としてバクテリア集団が、その流れに抗して反応室中に沈降して戻るのが、不可能ではないにしても、困難になる。これに対抗するため、ガス・キャップは通常、できる限り離した位置とし、結局大きい隙間により、前記流体の加速が軽減される。ガス・キャップをできる限り離して置くことの不都合な点は、ガス・キャップの間からガスの気泡もまた脱出できることであり、それが再び流速が上昇する原因になり、その上、結局ガスの気泡の不十分な捕捉を引き起こす。これに対抗するため、いくつかのガス・キャップ層を設置して、上方の層にあるガス・キャップを、下方の層のガス・キャップ間の隙間に部分的に重ね合わせる。種々の態様によって、その結果比較的多数の構成成分を内蔵する構造体となり、また、比較的大量の空間を占めるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、単純化された構造のものであり、かつ比較的少ない構造材料で実施することができる改良された三相分離装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、前提部分に示したタイプ即ち型式の三相分離装置において、
・前記少なくとも１つの通路が、分離除去しようとする粒子を含有する流体のための入口通路、及び沈降室内に沈降している粒子のための出口通路を有し、
・入口通路および出口通路が、長手方向で見て、お互いの延長線内にあり、かつ・排出開口部が、長手方向で入口通路から見て、出口通路（８）と同じレベルにある沈降室（６）に開口するように、または出口通路を越えて設けられている、タイプの三相分離装置により達成される。
【０００６】
本発明による三相分離装置の場合、粒子を含有する流体の流れは、２つのガス収集キャップ間を通過し、具体的には、それらのキャップのプレート部分を通過し、その後、水平に動くことを強制される。この水平的な動きの理由は、その排出開口部を、入口通路に対して水平な方向、すなわち、長手方向にずらしてあることによる。この動きの間に、流体が流れなければならない空間、すなわち、沈降室、がより幅広になる結果として、流体の速度が低下する。より低い流速の結果として、バクテリア集団が沈降し、いくらか水平に移動した後で、出口通路を通過して、キャップの下方の位置にある反応室に戻る。
【０００７】
本発明によれば、入口通路の表面積が、出口通路の表面積よりも大きい場合に有利である。入口通路の表面積が、出口通路の表面積よりも大きくなるように選択すると、上向きの流体の流れに対して、入口通路は、出口通路よりも低い抵抗を示すであろう。その結果として、上昇する流体の流れは、自動的に入口通路を入口として選択するであろう。その結果、出口通路は、より小さい表面積の出口通路を経由して、沈降したスラッジを落下させ、反応室内に戻すことができる。
【０００８】
本発明の有利な実施形態によれば、入口通路の表面積は、出口通路の表面積よりも少なくとも３０％、例えばおよそ７０％など、好ましくは少なくとも６０％大きい。出願人は、表面積の大きさにおけるおよそ２５％の差異により、三相分離装置が、最適な形で機能しないにしても、合理的に機能すること、また、幅における差違５０％から、連行粒子に関する分離容量が良好になること、また、詳細には、およそ７０％の幅の差異により、極めて良好な結果を達成することができることを見出している。
【０００９】
さらに、出口通路を通る流体の流れが不適正になる危険性を最小限とするため、本発明により、入口通路の表面積が、出口通路の表面積の最大で５倍、好ましくは最大で３倍、の大きさであれば好ましい。このような形で、出口通路が、分離された粒子の流れを通過させるのに十分なだけ大きいことが確保され、しばしば、その中で粒子が依然として浮遊できるいくつかの流体についても、同様である。
【００１０】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、入口通路の位置で一方のプレート部分の第１の下端部に接する第１の垂直線に対して見て、他方のプレート部分が、前記第１の下端部の下側に、前記第１の垂直線を越えるまで延在している。このようにして、入口通路の下側は、プレート部分の連続する突起部により遮られ、そのため上昇するガスの気泡が、入口通路を通過するのを妨げ、または少なくともガスの気泡が通過するのがより困難になる。同一の理由で、出口通路の位置で他方のプレート部分の第２の下端部に接する第２の垂直線に対して見て、一方のプレート部分が、前記第２の下端部の下側に、前記第２の垂直線を越えるまで延在しる場合に有利である。出口部分の下側に連続しているプレート部分の一部によって出口通路を遮ることは、入口部分の下側に連続している他方のプレート部分の一部によって、下側から入口通路を遮ることと組み合わされて、入口通路および出口通路を異なった方向に開口させ（垂直線に関して）、かつ、それにより、出口通路を経由して反応室中に流れて戻る粒子が、直ちに、入口通路を通って沈降室に戻るように再連行されるのをより困難にするという、同時に達成される利点を有している。
【００１１】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、沈降室に、上方から沈降室を封鎖し、かつ、その両側における長手方向の端部で、それぞれのキャップに接合している天井を提供しており、また、天井内に排出開口部を提供しており、また、好ましくは、排出開口部の頂部を、水平方向に開口している流出開口部を有する排出キャップで覆っている。この実施形態は、好気性反応器を嫌気性反応器の頂部に置き、次いで、これらの好気性反応器および嫌気性反応器のお互いから、本三相分離装置によって、分離を行う場合に、特に有利である。
【００１２】
他の態様によれば、本発明は、本発明による三相分離装置を備えた、排水の生物学的な浄化のための設備であって、スラッジまたはグラニュールなどの、バクテリア集団の形態にある粒子の層が、反応室の底部に存在しており、かつ浄化しようとする排水の供給部が、前記層中に、または前記層の下方に開口している設備に関する。本発明による設備については、排出開口部が、特に生物学的反応器の反応室に連通している場合、特に有利である。
【００１３】
本発明は、図面に示す例示的実施形態を参照して、下記において、より詳細に説明されるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図は、三相分離装置３３を示しており、さらに図５は複式三相分離装置３３を示す。本発明による三相分離装置は、１対の、それぞれがプレート部分３および４を有する、それぞれ２つのガス収集キャップ１および２から構成される。これらのプレート部分３および４は、下方の方向に収束し、かつ、それらの下端から、２つの細長い通路７、８があり、一方の細長い通路が入口通路７であり、他方の通路が出口通路８である。入口通路７および出口通路８は、長手方向Ｌから見ると、お互いの延長部分内に位置している。長手方向Ｌを横切る方向から見ると、入口通路７の幅Ｉは、出口通路８の幅Ｅよりも大きい。入口通路７の幅Ｉは、例えば、９０ｍｍであるが、出口通路８の幅Ｅは７０ｍｍである。より明確には、この２つの通路の、幅の範囲は、４０と１２０ｍｍの間であってよい。
【００１５】
反応室５は、キャップ１および２の下方の位置にあり、沈降室６は、キャップ１および２の上方、または少なくともキャップ１と２の間、の位置にある。排出開口部９は、長手方向Ｌから見ると、出口通路８と同じ高さの沈降室６に開口しており、沈降室６の排出開口部９は、この例では、天井／ふた１０内に作られ、天井／ふた１０の２つの長手方向側は、入口通路、出口通路および排出開口部を除いて、端部隔壁３６とともに沈降室６を周囲全体から封鎖するように、両側で、キャップ１および２に接合している。排出開口部９の頂部を、水平方向に開口する流出開口部１２を有する、キャップ１１で覆っている。
【００１６】
特に図３を参照して、第１の垂直線１８に関して見ると、プレート部分４は、垂直方向に見て入口通路７と完全に重なるように、プレート部分３の下端１７の下側に、下端１７を越えるまで延在している。
【００１７】
特に図４を参照すると、プレート部分４の下端１９に接触する、第２の垂直線２０に関して、プレート部分３は、垂直方向に見て出口通路８と完全に重なるように、前記プレート部分４の前記下端１９の下側に、かつその下端１９を越えて、延在している。
【００１８】
長手方向Ｌから見ると、図示した例において、入口通路７の長さは、例えば、８５０ｍｍであり、出口通路８の長さは、例えば、６５０ｍｍである。
【００１９】
図３を参照し、かつ図１、２、および４をも参照して、本発明による三相分離装置３３の作動方式は、下記のように記述することができる：
【００２０】
反応室５は、下部反応器３２の一部を形成する。この下部反応器３２は、詳細には、アップフロー嫌気性スラッジ・ブランケット（ＵＡＳＢ）反応器である。このような反応器では、その底部にバクテリア集団の層２１があり、バクテリア集団はスラッジの形態か、または粒状の形態とすることができる。浄化しようとする排水を、水供給部２２を経由して、反応器の、この層２１中に供給する。この水は、層２１を通って、上向きの流れとして供給され、分解された有機物汚濁物質が、バクテリアと接触する状態となり、メタンおよび二酸化炭素に変換される。このようにして生成されるガスが乱流を生じ、その結果、層２１からの粒子、明確にはバクテリア集団が、上方へ渦を巻く。ガスの気泡２４は、ガス・キャップ１および２の頂部で捕捉され、そこでガス室２５を形成し、そこから、ガス排出部２６を経由してガスを排出する。依然として粒子を含有し、上昇する体積流れは、粒子が沈降室６内で沈降できるように、プレート部分３と４の間の沈降室６に入るであろう。その後に、いわゆる清浄化された水が残り、その水を、通路９を通って排出する。
【００２１】
三相分離装置３３における流体および粒子の流れの全体を、曲線状の矢印４０で示している。この矢印４０を、部分４１、部分４２、および分枝４３に小区分する。具体的には、図３を参照されたい。より詳細に考察すると、連行粒子を含有する流体の流れは、入口通路７を経由して沈降室６に入り易い。図３の矢印部分４１を参照されたい。上昇する体積流れは、入口通路７の幅Ｉが出口通路８の幅Ｅよりも広い結果として、出口通路８よりも入口通路７を選ぶ。長手方向Ｌから見ると、排出通路が入口通路７よりも、いくらかの距離だけ離れているので、沈降室６に入った体積流れは水平に動くことを強制されるが、同時に、矢の方向に矢印４１に従うと、沈降室６がより幅広になり、その結果、特にプレート部分３の上に、またプレート部分４の上にも、粒子が沈降し始め、それにより、分枝の矢印４３で示すように、出口通路８を経由して、反応室５に落下して戻ることができる。次いで、清浄化された流体の体積流れは、図４における矢印部分４２で示すように、出口通路９を経由して沈降室６から出るであろう。上記のことから明らかになるであろうように、この体積流れは、沈降室６において、一種の水平に広がるらせん状の動きを示している。
【００２２】
頂部を覆う天井プレート１０からの沈降室６は、本質的には必要ではない。図２において、例えば、オーバフロー通路またはオーバフロー端の形態における、１つまたは複数の出口通路を、入口通路からいくらか離れた位置にある、後方の端部隔壁３６に設け、それらのオーバフロー通路またはオーバフロー端を経由して、完全に、または部分的に清浄化した流体を、沈降室６から出すことができるであろうとも考えられる。しかし、上方から沈降室６を封鎖する、キャップ１１で覆った、天井プレート１０内の通路には、三相分離装置３３の頂部の上に、さらに、さらなる反応器を置くことができるという利点がある。このさらなる反応器は、例えば、下部反応器３２と全く同様に、嫌気性反応器とすることができるが、下部反応器３２が嫌気性反応器であって、この上部反応器３１を好気性反応器とすることもできる。この利点があることについての理由は、天井プレート１０、ならびに、キャップ１１で上方から覆った通路９が、上部の好気性反応器３１から、三相分離装置３３を経由して、下部嫌気性反応器３２までの、望ましくない流体の連絡を排除する点である。
【００２３】
しかし、下部反応器３２を極めて良好に好気性反応器とすることができ、そうするとこの場合、空気または酸素を、三相分離装置３３内で、流体から分離除去することもまた、明らかであろう。
【００２４】
図５は、本発明による複式三相分離装置３３を示している。この複式三相分離装置３３は、それぞれの、独自のプレート部分４を有し、プレート部分４が下部に向かって収束する分離装置に対し、いわば共通のガス・キャップ２を有している。このタイプの、複式の実施形態の場合には、選択肢は、長手方向Ｌに対し横方向に見て、換言すれば、図５における図面の平面に対し横方向に見て、入口通路か、または出口通路かいずれかを、お互いに向かって開口させることになろう。図５に示す例において、選択される選択肢は、出口通路８をお互いに向かって開口させる、換言すれば、その両方を共通キャップ２の下に開口させることである。さらに、一方の三相分離装置の入口通路７が、他方の三相分離装置の出口通路８に完全に重なること、ならびに、入口通路７の長さ（図５における図面の平面に対し直角に見て）が、いつも出口通路８の長さよりも大きいことが好ましいので、一方の三相分離装置の入口通路７もまた、他方の三相分離装置の入口通路７に部分的に重なることが明らかであろう。
【００２５】
図６は、図１の変形形態として、本発明によるさらなる三相分離装置を示している。図１および６で差異がない限り、同一の参照番号を使用してきている。図１と６の間には、２つの差異がある。第１の差異は、図６における排出キャップ５１が、図１における排出キャップ１１と、異なった方向性を有することである。流出開口部５３は、らせん様の動き４０、明確には、その部分４２、の方向において、より回転してきている。言いかえると、長手方向Ｌに対して、軸線５２は、およそ４５°など、９０°未満の角度にある。第２の差異は、第１の差異とは別個に見るべきであるが、キャップ５１の形状にある。流出キャップ５２の上面が、流出の方向へと狭くなる、詳細にはテーパがある、ように組み立てられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】分解図としての、または少なくとも分解図として示す、本発明による三相分離装置を示す透視図である。
【図２】図１において分解図として示した、本発明による三相分離装置を示す透視図である。
【図３】図１における矢印ＩＩＩに沿った断面を示す図であり、その上方に上部反応器を有し、かつその下方に下部反応器を有し、これらの反応器をも図解的に示している。
【図４】図１における矢印ＩＶに沿った断面を示す図である。
【図５】本発明による複式三相分離装置の断面図を、図解的に示す図である。
【図６】本発明によるさらなる三相分離装置の一例を、図１の変形形態として示す図である。
【符号の説明】
１、２ ガス収集キャップ
３、４ プレート部分
５ 反応室
６ 沈降室
７ 入口通路
８ 出口通路
９ 排出開口部
１０ 天井プレート
１１、５１ 排出キャップ
１２、５３ 流出開口部
１７ プレート部分３の下端
１８ 第１の垂直線
１９ プレート部分４の下端
２０ 第２の垂直線
２１ バクテリア集団
２２ 水供給部
２４ ガスの気泡
２５ ガス室
２６ ガス排出部
３１ 上部反応器
３２ 下部反応器
３３ 三相分離装置
３６ 端部隔壁
４０、４１、４２ 矢印
４３ 分枝の矢印
５２ 軸線
Ｌ 長手方向
Ｉ 入口通路７の幅
Ｅ 出口通路８の幅

Claims (9)

1. 三相分離装置（３３）であって、少なくとも１対の、水平の長手方向（Ｌ）に延在し、かつ、それぞれがプレート部分（３、４）を有する、２つのガス収集キャップ（１、２）を備え、該三相分離装置内に含まれている流体ガスおよび粒子を分離除去するための三相分離装置（３３）であり、
   プレート部分（３、４）は下方の方向に収束し、かつ、プレート部分（３、４）の下端から、流体および粒子のための、長手方向に細長い、少なくとも１つの通路（７、８）が延在し、
   該通路は、プレート部分（３、４）下方で反応室（５）を、プレート部分（３、４）上方の沈降室（６）に接続し、
   沈降室（６）内に開口している流体のための排出開口部（９）は、前記少なくとも１つの通路（７、８）よりも垂直方向において高い位置に設けられている三相分離装置において、
   前記少なくとも１つの通路は、分離除去しようとする粒子を含む流体のための入口通路（７）、ならびに、沈降室内に沈降する粒子のための出口通路（８）を有すること、
   入口通路（７）および出口通路（８）が、長手方向（Ｌ）においてお互いの延長上にあること、ならびに
   長手方向（Ｌ）において、入口通路（７）から見て、出口通路（８）と同じレベルに、または出口通路（８）を越えて、排出開口部（９）が設けられていること
   を特徴とする三相分離装置（３３）。
2. 入口通路（７）の表面積が、出口通路（８）の表面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の三相分離装置（３３）。
3. 入口通路（７）の表面積が、出口通路（８）の表面積よりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも６０％、大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三相分離装置（３３）。
4. 入口通路（７）の表面積が、出口通路（８）の表面積の最大で５倍、好ましくは最大で３倍、の大きさであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三相分離装置（３３）。
5. 入口通路（７）の位置で、一方のプレート部分（３）の第１の下端部（１７）に接する第１の垂直線（１８）に対して見て、他方のプレート部分（４）が、前記第１の下端部（１７）の下側に、前記第１の垂直線（１８）を越えるまで延在していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三相分離装置（３３）。
6. 出口通路（８）の位置で他方のプレート部分（４）の第２の下端部（１９）に接する第２の垂直線（２０）に対して見て、一方のプレート部分（３）が、前記第２の下端部（１９）の下側に、前記第２の垂直線（２０）を越えるまで延在していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三相分離装置（３３）。
7. 沈降室に、上方からこの沈降室を封鎖し、かつ、その両側における長手方向の端部で、それぞれのキャップ（３、４）に接合する天井（１０）が設けられ、天井（１０）内に排出開口部（９）が設けられ、好ましくは、排出開口部（９）の頂部は、水平方向に開口する流出開口部（１２）を有する排出キャップ（１１）で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の三相分離装置（３３）。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の三相分離装置（３３）を備えた、排水の生物学的浄化のための設備であって、バクテリア集団（２３）の形態にある粒子の層（２１）が、反応室（５）の底部に存在しており、また、浄化しようとする排水の供給部（２２）が、前記層（２１）中に、または前記層（２１）の下方に、開口している設備。
9. 排出開口部（９）が、詳細には、生物学的反応器からなる、さらなる反応室（２５）に連絡されている請求項８に記載の設備。

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