JP4484435B2 - 特に廃水処理用の懸濁液分離方法および懸濁液分離装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

（発明の技術分野）
本発明は、特に廃水処理のための懸濁液の分離方法に関し、凝集（floccurating）懸濁液は、汚泥層の流動層中での濾過により液体から分離され、上記汚泥層の流動層では、分離層から塊（flocks）が形成されるとともに、流動層は、上記液体の上昇流により維持され、懸濁した上記液体は、流動層に底部から流入し、懸濁液から開放された液体は、流動層と懸濁していない液体との間の境界面により示される汚泥層の表面上に排出される。さらに、本発明は、底部に懸濁した液体の注入口が設けられているとともに、上部に懸濁していない液体を回収するための装置が設けられた、上方に拡張された分離器を含む上記方法をおこなうための装置に関する。

（先行技術の説明）
水の精製および処理を行なう間に凝集懸濁液を分離する最も進歩した方法の一つは、汚泥層中での流動濾過である。汚泥層は、分離懸濁液の粒子の集塊（agglomeration）により形成されている流動層の塊からなる。除去される懸濁した水は、上方への流れにより汚泥層に流入する。上記流動は、流動化した状態で塊の層を維持する。流動層を通る懸濁した水の通過流動の際、懸濁液の粒子は上記塊に接触し、これに続いて上記塊への接着により懸濁液粒子の取り込みが行なわれる。上記濾過は、実質的に流入する懸濁液粒子よりも大きい塊に変換される懸濁液から水を取り除く。

流動層は、流動層と懸濁していない液体との間の上端の境界面、いわゆる汚泥層の表面を形成するとともに、分離懸濁液から開放された液体は、汚泥層表面上で回収される。境界面の直上にある液体の流動速度が、流動層を形成する分離粒子の抑制されていない沈降速度よりも低い場合には、上記境界面が定められる。懸濁液の集塊により汚泥層中に形成された塊は流入懸濁液の粒子より実質的に大きいため、上記速度は分離される懸濁液の沈殿速度を実質的に超えている。回収部の凹凸によって、塊が汚泥層から引き伸ばされるのを防ぐために、透明な液体の回収部は、汚泥層表面から十分に間隔をあけて設けられるべきである。このため、汚泥層上にある分離域中の透明な液体の層は常に必要不可欠である。

流動層は、底部から支持されている。しばしば使用される流動層の支持方法は、流動層の下の液体の迅速な流動により流動層の落下を防止することによる流体力学的な支持である。このような場合には、流動層中の液体の流動速度は、上方向に減少する。

凝集懸濁液により形成された塊を備える汚泥層は、与えられた箇所で塊の大きさを決定する動力学的平衡によって特徴付けられている。懸濁液の粒子の捕捉および集塊によって単独の塊が成長する一方で、流体力学的な力の影響のもと、大きい塊はより小さい塊に分解される。上記塊の分割のための流動層は、液体の流動に影響を与え、これにより、評価が行なわれる。

懸濁液の継続的な傍受（interception）は、塊の総容積の増加を招き、これに伴って、不必要な塊は汚泥層から除去されるべきである。それゆえ、分離された懸濁液は過剰の塊の形で汚泥層から回収される。

汚泥層には２つのタイプが知られている。１つは、完全流動化汚泥層、すなわち正確に言えば完全に流動化されている汚泥層であり、もう１つは、部分的流動化汚泥層、すなわち正確に言えば不完全に流動化されてた流動層である。これらは、汚泥層表面での液体の速度によって、または過剰な塊の回収の型により異なっている。部分的流動化汚泥層では、汚泥層表面の液体の速度は、流動化の限界よりも小さく、過剰な塊が底部から回収される。また、完全流動化汚泥層では、汚泥層表面における液体の速度は、流動化の限界を超えており、過剰の塊が汚泥層表面から回収される。

上記のことから、液体の速度は、部分的流動化汚泥層の表面における流動化限界よりも遅い傾向があり、流動化の不成功はここで起こる。塊の大きな集塊は形成されると、流動層を通って落下する。上記塊の落下は近傍で上昇液流となり、これにより、上方への流動の局部的な速度は増加し、他の区域における流動化の維持に寄与する。流動層中の上方への流動の平均的な速度は、下に向かう方向に増加するため、また、いくつかの集塊は、より迅速な流動中で分解され、上記集塊は汚泥層に戻る。しかしながら、いくつかの集塊は、流動層の下に降下し、流動層から上記集塊は除去される。あるパラメータの範囲内で、汚泥層へ流れこむ懸濁液の量と、汚泥層から落下する懸濁液の量との間で平衡が達成されており、上述の機構を経由して回収される。入り込む懸濁液の量が、落下する懸濁液の量を超えると、汚泥層の容積は増大する。また、入り込む懸濁液の量がプラントの容量を越えると、汚泥層は、例えば、溢れ出るなどして、精製された水の回収部中に押し流され出す。入り込む懸濁液の量が、落下する懸濁液の量よりも少ない場合には、汚泥層の容積は減少し、また、上記入り込む懸濁液の量が、臨界値よりも下がる場合には、汚泥層は分離器の下に落ちる。換言すれば、汚泥層は分離空間から落下する。

汚泥層中の塊の濃度は上方への流動の速度によって決まる。流動速度が低くなるほど濃度は高くなる。部分的流動化汚泥層から落下する集塊中の塊の濃度は、流動限界速度に対応する場合よりも高い。したがって、部分的流動化汚泥層から除去される分離された懸濁液の濃度は、完全流動化汚泥層から除去される懸濁液の濃度より高い。一方、しかしながら、汚泥層表面における流動速度、および、完全流動化汚泥層の水圧の性能は、部分的流動化汚泥層の水圧の性能より高い。よって、完全流動化汚泥層の使用は、希釈された懸濁液の分離に適しており、また、部分的流動化汚泥層は、濃縮された懸濁液の分離に適している。

上記の理由から、完全流動化汚泥層は、懸濁液の濃度が、通常、立方メートルあたりの乾燥質量が１／１０グラムであるような水の化学的処理に使用されている。汚泥層表面から回収される懸濁液が４倍から８倍に濃くなっている場合、汚泥層表面における液体流動の速度は、目下、時速４−４．５ｍの値であり、回収された塊は後で沈降によって２次的濃化が行なわれる。部分的流動化汚泥層は、生物汚水処理に使用可能であり、生物汚水処理では、現在、懸濁液の濃度は立方メートルあたり４から６ｋｇであり、分離された濃化懸濁液は処理過程に戻される。汚泥層表面の液体の流動速度は、目下、時速０．８から１ｍを達成しており、回収された濃化懸濁液は、１．５倍から２倍濃くなる。

すべての限界値は、言うまでもなく、パラメータの数によって決まり、特に、水温や、懸濁液の性質は、上記パラメータに顕著な影響を及ぼす。数年にわたって多くのプラントを観測することによって、これらのパラメータは、通常、１０から３０％の範囲の限界値に影響することが見出されている。

上述した汚泥層中での濾過が行なわれる分離空間は、普通、上方に広がった円錐体、ピラミッド、または角柱の形状を有しており、液体流動の速度を確実に上方向に減少させる。上記分離空間は、傾斜した壁、つまり通常５２から６０度傾斜した壁によって区切られており、一方では、塊が上記壁の上に層となって堆積することを防ぎ、他方では、汚泥層表面に十分な表面を提供する。

汚泥層用の分離器はさらに、通常、溢流トラフまたは穿孔されたチューブの形状をした、上端部に懸濁していない純粋な液体の回収用の設備を備えており、底部に分離するようにして懸濁した液体の注入口が設けられている。

上記注入口の最も簡易な解決手段は、分離空間を、生物廃水処理の場合の活性空間または化学的処理の場合の凝固空間のような別の機能空間に接続する単純な穴である。しかしながら、分離空間の壁に沿って傾斜した給水水路の形状、または分離空間の中央部を垂直に通る中央の注入パイプなどの形状をしたより複雑な解決手段もまた知られている。このような注入水路またはパイプは、別の機能空間に接続され、上記空間から、通常、懸濁した液体が、実際の分離空間への流入口の箇所に流れ落ち、上記分離空間では、液体の流動は、上方に流れる。分離空間への流入口全体の構成が、より複雑である場合には、上で述べた汚泥層の流動層の流体力学的支持部の機構に関して、分離空間への流入口の概念のもと、水平方向の表面は、穴の上の水準にあり、上記穴を通って水が分離空間への注入口に流れると理解される。完全流動化汚泥層の分離空間の上部部分には、汚泥層表面の位置の境界を定めている、分離された懸濁液の回収部が設けられており、また、部分的流動化汚泥層用に、分離された懸濁液の回収部が、分離空間への懸濁した液体の流入口の水準の下に配置されている。分離空間への上記懸濁した液体の流入口の流動通過領域は、通常、完全流動化汚泥層の分離空間の２．２から２．５％を、また、部分的流動化汚泥層の分離空間の１０から１５％を占めている。部分的流動化汚泥層における上記分離空間への流入口の流動通過領域が大きくなればなるほど、上記汚泥層によりより高濃度の懸濁液が分離されるが、下に落ちる汚泥層の限界もまた高くなる。

上に述べた原理はまた、部分的流動化汚泥層と完全流動化汚泥層との間の別の実質的な相違を明らかにする。完全流動化汚泥層中の汚泥層表面の高さは一定であり、流動通過領域または流入する懸濁液の濃度に何らかの変化があれば、回収された濃化懸濁液の濃度のみが変化する。汚泥層から塊を取り出し、また、汚泥層表面を洗浄することにより、最大限の性能を超えることは明白である。特に、部分的流動化汚泥層中では、汚泥層表面の高さは、流動通過領域の変化および流入する懸濁液の濃度の変化に伴って変化する。また、続いて起こる回収部までの汚泥層の溢流にともなって、汚泥層を精製された液体の回収水準にまで上昇させることにより、最大限の性能を超えることは明白である。

汚泥層は所定の範囲内の設定パラメータのみによって適切に機能していることが操作上の経験から示されている。通過流動が、化学的水処理に使用される完全流動化汚泥層中での既定流動実績の５０％より少ない場合には、発生する流動の外乱はより悪化する傾向があり、また、所定の時間の範囲内に機能的欠陥の発生を招く。水の生物処理に使用される、部分的流動化汚泥層の場合、活性汚泥の濃度が、立方メートルあたり１−２ｋｇより低くなると、分離空間中に汚泥層は形成されない。また、懸濁液の濃度は、上記限界値よりも低くなると、汚泥層は、分離空間の下に落ちる、すなわち、分離空間の下に沈む傾向がある。

完全流動化汚泥層の原理および対応する装置の種々の構成は、チェコ国特許明細書Ｎｏ８８６３４（Ｓ．マツクルレ、Ｖ．マツクルレ、Ｖ、ドラチェカ、Ｉ．テサリク、Ｖ．マイチャン（Ｓ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｖ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｉ．Ｔｅｓａｒｉｋ，Ｖ．Ｍｉｃａｎ）、汚泥層による水処理反応装置）および、チェコ国特許明細書Ｎｏ１２３９２９（Ｓ．マツクルレ、Ｖ．マツクルレ、Ｏ．ドラチェカ、Ｌ．パシェカ（Ｓ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｖ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｏ．Ｄｒａｃｋａ，Ｌ．Ｐａｓｅｋａ）凝固および完全に流動化された汚泥層による水処理用浄化槽）、および上記明細書に対応するカナダ特許明細書Ｎｏ７６９７６９に述べられている。分離懸濁液の自然落下により処理過程に戻る部分的流動化汚泥層は、例えば、チェコ国特許明細書Ｎｏ１５９８１１（Ｓ．マツクルレ、Ｖ．マツクルレ（Ｓ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｖ．Ｍａｃｋｒｌｅ）、有機的に汚染された液体の生物処理用モジュール装置）、また、上記明細書に対応する外国特許明細書、カナダＮｏ９２１６２６、米国明細書Ｎｏ３６２７１３６に述べられており、またチェコ国特許明細書Ｎｏ１７３８９３（Ｓ．マツクルレ、Ｖ．マツクルレ、Ｏ．ドラチェカ（Ｓ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｖ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｏ．Ｄｒａｃｋａ）、特に汚水のための生物的液体精製反応装置）、および上記明細書に対応する外国特許明細書である、カナダＮｏ１０３８０９０、ドイツＮｏ２４５６９５３、フランスＮｏ７４３９３３７および日本Ｎｏ１０４４４０５に開示されている。部分的流動化汚泥層、落下した分離懸濁液の吸引を応用する部分的流動化汚泥層は、チェコ国特許公報Ｎｏ２７５７４６（Ｓ．マツクルレ、Ｖ．マツクルレ（Ｓ．Ｍａｃｋｒｌｅ，Ｖ．Ｍａｃｋｒｌｅ）、水の生物活性処理方法および上記方法を実施するための装置）および対応する米国特許明細書Ｎｏ５０３２２７６、ＥＰ Ｎｏ３４５６６９に開示されている。

さらに、上記で説明した（汚泥層表面および汚泥層底部から）過剰な塊を回収する基本的な２つの方法に加えて、汚泥層の内部から過剰な塊を回収する既知の解決法（すなわち、特開昭５６−０１０３９４号公報（玉木幸彦／東洋技研株式会社、川崎重工業株式会社、「高度汚水処理装置」）、特開昭６１−１９２３９１号公報（北川政美、山本耕一、入谷元洋／荏原インフイルコ株式会社、「有機性汚水の処理方法及び装置」）、欧州特許第１０２３１１７号明細書）もある。詳細な検討によれば、これらの解決法は、上記で説明した基本的な方法と比べて、いかなる有利な点も有さない。反対に、十分に流動化した汚泥層と比べた不利な点は、本質的に自動なプロセスの代用品であり、外部からの制御を必要とすることである。さらに、ポンプによって回収がなされる場合（欧州特許第１０２３１１７号明細書＝国際公開第９９／１１３５３号パンフレット）、塊が壊れてしまい、回収した汚泥のさらなる濃化が困難になる。部分的に流動化した汚泥層に比べて、これらの解決法の不利な点は、回収した懸濁液の濃度が低いことにある。

（発明の要旨）
先行技術の欠点は、汚泥層から塊の形状の濃化懸濁液が流動層の領域から回収され、上方への流動の速度は基本的に上方向に減少することを特徴とする本発明の方法により実質的に除外される。

汚泥層の塊の形状の濃化された分離懸濁液は、流動層の外側の境界域から回収されるか、または、上方向の流動の速度が濃化懸濁液を回収する水準上および上記水準下の両方で減少することが好ましい。

さらに重要な点は、濃化懸濁液の回収水準の上にある汚泥層の積層は、部分的流動化汚泥層として機能し、上記部分的流動化汚泥層では、濃化懸濁液の集塊が生成した後除去されるとともに、濃化懸濁液の回収水準の下にある汚泥層の積層は、完全流動化汚泥層として機能し、完全流動化汚泥層では、液体の流動は部分的流動化汚泥層中に分配されることである。

回収された過剰の懸濁液の容積を減少させるためには、流動層から強制的に除去された分離された濃化懸濁液がさらに濃化される間に下方に移動する場合、また、流入する懸濁液の濃度が立方メートルあたりの乾燥物質１ｋｇを超える場合に、汚泥層表面のすぐ上にある、上方への水の流動速度は、時速１．６から２．２ｍの範囲であり、汚泥層への導入口における水の流動速度は、秒速２から６ｃｍの範囲であることが好ましい。回収された濃化懸濁液の容積は、汚泥層の表面上にある懸濁していない水の容積の１．５から３倍である。

上記方法を実施するための本発明の装置の対象は、分離器の容積内部は分離空間を含んでおり、分離器には、分離器への注入口の上にあり、主に分離器の外壁上、または、汚泥層表面の下に位置している少なくとも一つの回収箇所が設けられている点にある。

また、濃化懸濁液の回収箇所は、分離空間の中間部に垂直に位置し、少なくとも外壁のひとつに近接しており、また、分離器内の分離空間は、基本的に、濃化懸濁液の回収水準の上側と下側との両方で、上方向に拡張されていることが重要である。

本発明の装置の別の変形例によれば、分離器内の分離空間は、底部部分で、少なくとも一つの、少なくとも部分的に傾斜した内壁によって区切られており、外壁の底部部分と内壁との間の空間は、濃化空間を形成しているとともに、上記内壁の上端部と外壁との間の隙間は、分離空間からの濃化懸濁液の回収箇所となっている。これに伴って、上記内壁の上端部と外壁との間の隙間はまた、底部部分で濃化懸濁液を回収するための装置に設けられた濃化空間への流入口を形成していることが好ましい。

さらに、別の好適な変形例では、濃化懸濁液の回収用装置は、分離器の傾斜した外壁に隣接するように配置され、水平に配置された収集チューブによって形成されている。

分離器の傾斜した外壁は、濃化懸濁液の回収区域に角部を形成しているとともに、上記水準上にある上部部分は、上記水準の下にある底部部分よりもさらに傾斜しているという実施形態による寄与も提示されている。

濃化懸濁液の除去の実効性を考慮すると、分離器、結果的には分離空間が、収集チューブの場所で上方に急激に拡張されているとともに、ずらすようにして形成された傾斜した外壁の上部部分の方に向いている収集チューブの側面には、開口孔が設けられていることが好ましい。

本発明の装置の機能性の優れた点は、分離空間への導入口領域が、懸濁していない液体の回収水準にある分離空間表面の３％以上６％以下であるとともに、濃化懸濁液の回収水準のすぐ下にある分離空間の領域は、懸濁していない液体の回収水準における分離空間表面の２０パーセント以上であり、濃化懸濁液を除去する水準のすぐ上では、上記分離空間の領域は、懸濁していない液体の回収水準における分離空間表面の７０パーセント以下であることである。また、濃化懸濁液の回収水準と、分離空間への導入口の高さおよび懸濁していない液体の回収高さの双方との間は、垂直距離１メートル以上に維持することが好ましい。

また、分離空間への導入口の上にある濃化懸濁液の回収水準の高さは、分離空間への導入口水準の上にある懸濁していない液体の回収高さの１／４から１／３の範囲であることが重要である。

上記の意図を考慮すると、濃化懸濁液の収集チューブ、濃化懸濁液回収用の収集チューブ、懸濁していない液体回収用の収集チューブ、排出路としてはたらくチューブ、加圧空気の注入パイプ、すすぎパイプからなる群のうち少なくとも１つの機能性チューブはまた、分離空間の外壁構造の支持部材を形成していることによる寄与がある。

傾斜した外壁の上部部分の角度は５２°から６０°の範囲であり、または、傾斜した内壁の角度は５２°から６０°の範囲であるとともに、傾斜した外壁の底部部分の角度は、３０°から４０°の範囲にあることが好ましい。

本発明の方法および装置の最も本質的な利点は、分離効率の実質的な改良であり、上記利点は、濃縮懸濁液を分離する際に特に分離液の固体荷重が増加することにより可能になるとともに、部分的流動化汚泥層を使用する既知の流動濾過システムによって上記利点による効果を倍増させることができる。上記利点を利用することにより、水圧荷重の増加、または、分離容量の増加、汚泥層に流入する懸濁液の濃度の増加、および、これらの効果の最適な結合が可能になる。分離効率の量的な改良は、集積生物処理反応装置の設計における省力化に関係する生物廃水処理の活性の種類に特に寄与する。本発明の方法および装置の応用による水圧荷重の増加は、分離空間の削減を可能にする。すなわち、部分的流動化汚泥層を用いる、これまでに既知のプラントの寸法に対して、５０％まで削減することが可能である。これにより、分離器の製作にかかる経費節減のみならず、集積生物処理反応装置の必要な高さを減少させたり、反応装置中に分離器を容易に収納できるなど、製作にかかる経費節減が可能になる。また、生物処理反応装置中における活性汚泥の濃度の増加は、生物処理に必要とされる実効容積の削減にも影響を与え、これにより、反応装置全体のサイズを削減することもできる。分離器のサイズの削減、上記反応装置の作製の最適化、反応装置の寸法の最適化によって、材料の節減、製造コストや輸送コスト、設置のコストの大幅な節減が可能になる。本発明の方法および上記方法を実施する装置によるさらなる利点は、部分的流動化汚泥層の場合よりも、かなり広いパラメータの範囲内で、機能する点である。これにより、方法および装置の利用の範囲が広がるとともに、操作する際に実質的に適応性を改良することが可能になる。

（図面の簡単な説明）
本発明の４つの例示された実施形態が記載されており、図１は、本発明による装置の実施形態の第１の実施例の側面図を示し、図２は、本発明の装置の実施形態の第１の例の不等角投影図（axonometric representation）を示し、図３は、廃水の活性処理のための模範的な集積反応装置（integrated reactor）の実施形態の第１の実施例の総合図である。また、図４は、第２の模範的な実施形態の側面図で、図５は、第２の模範的な実施形態の不等角投影図である。図６は、模範的な生物処理反応装置内部の装置の第３の模範的な実施形態の側面図である。図７は、図６の模範的な実施形態の不等角投影図である。図８は、装置の第４の模範的な実施形態の側面図を示し、図９は、模範的な集積生物処理反応装置内部の第４の模範的な実施形態の不等角投影図を示している。

（発明の実施形態の例示）
完全な理解のため、装置の実施例は、一定の懸濁した活性汚泥の窒素化や脱窒素化を伴う、廃水の活性処理用の模範的な集積反応装置の構成部材として説明される。すなわち、このような模範的な集積反応装置中の装置の例は、上記処理を行なう間に生成される凝集懸濁液の分離に役立つ。実施の形態の種々の実施例で、機能的または構造的に類似している構成部材は、同じ参照番号で表わされる。

（実施例１）
本発明にかかる凝集懸濁液分離用の装置の基本部材は、円錐状容器の形をしている外壁２により区切られている、上方に拡張された円錐形状の分離器１である（図１、２参照）。分離器１の円錐体の形は、また製造上、設計上の理由から、図示されていない短い円筒状部材または逆の勾配を有するテーパ状部材も含んでいるという意味で非連続的でもある。

分離器１の内部空間は、分離空間を含んでいる。すなわち、本実施形態の実施例によれば、分離器１の内部空間は、実際には分離空間とともに内側にある。外壁２は、濃化懸濁液回収用の挿入された装置、いわゆる角張り部分にある円形に巻き付けられた収集チューブ３を含み、上記外壁２の上部部分は、円形に巻き付けられた三角形状部分の収集チューブ４の形状をした、懸濁していない液体回収用の別の装置を収納している。

分離器１、つまり、分離空間への注入口５の水準の上にある濃化懸濁液の回収水準の高さは、分離空間への注入口５の水準上にある懸濁していない液体回収水準の高さの１／４から１／３の範囲である。濃化懸濁液の回収用装置は、分離器１の中間の高さに配置することが好ましい。収集チューブ３および４は、他の部分を有していてもよく、上記形状は、好適な場合に過ぎない。

外壁２の直径の後退距離（set-back）は、下方の収集チューブ３の水準上にあるが、外壁２はまた、突如変化することのない連続的な円錐領域として設けられている。外壁２の底部部分は、導入開口部としてはたらく分離器１への注入口５によって終端が定められている。

懸濁していない液体回収用の上方の収集チューブ４は、外側の傾斜面に穴６を備え、下方の濃化懸濁液回収用の下方の収集チューブ３は、上方の水平方向側面に穴７を備えている。穿孔された両方のチューブ３および４はまた、分離器１の支持構造を形成する構成要素となっている。上方の収集チューブ４は、分離器１の水の表面１０を一定に維持するための、排水部９に接続された排出路８に通じている。下側にある収集チューブ３は、チューブ１１を経由して循環ポンプ１２に接続されている。収集チューブ４の上にある外壁２は、操作上の理由から、円筒状末端部１３のような、円錐体とは異なる別の形で終端が定められている。上記装置を操作する間、汚泥層の表面１４は、穿孔された下方の収集チューブ３と上方の収集チューブ４との間に位置している。

上で述べた、凝集懸濁液の分離の実施形態の実施例は、廃水の生物活性処理用の反応装置の一部を形成しており、本実施例によると、上記反応装置は、接続部１８を経由して連結された酸素性空間（oxic space）１６と無酸素性空間（anoxic space）１７とを形成するように分割されたタンク１５からなる。

上記接続部１８は、例えば、酸素性空間１６と無酸素性空間１７とを分離する隔壁１９の切り込み部となっている。

本実施形態の実施例によれば、反応装置の酸素性空間１６は、上記分離器１を収納しており、このため、上記分離器１の注入口５は酸素性空間１６と連結されているとともに、再循環ポンプ１２の排出口２０は、無酸素性空間１７中で開口している。分離器１への注入口５の下にあるタンク１５の底部２１は、上部部分に穴２３を有する逆円錐体２２を収納している（図３）。酸素性空間１６は加圧空気注入パイプ２５に接続された空気混合部材２４を備えているとともに（図３）、無酸素性空間１７は、廃水注入口２６と、無酸素性空間１７に垂直に配置されている２つの平行な偏向壁（deflecting wall）２８の間に向けられた撹拌器２７とを備えている。廃水注入口２６と再循環ポンプ１２の排出口２０とは、無酸素性空間１７の反対側の角部の、底部２１、またはタンク１５の中間の深さで開口するように設けられ、分離空間の接続部１８は、タンク１５の水の表面１０に近接している。

上記装置は、以下のように作動する。生物学的に活性化された汚泥からなる凝集懸濁液とともに水は注入口５を通って分離空間に流れ込む。分離空間中で、上記水は上方に流れるとともに、分離器１中の分離空間は実質的に上方向に拡張しているので、水の速度は実質的に上方向に減少する。分離空間内で、既知の過程によって汚泥層の流体層が生じ、流動する液体からの懸濁液が捕捉される。分離空間中の汚泥層の流動層は、汚泥層の表面１４を形成し、上記表面１４は、懸濁していない液体回収用の上方の収集チューブ４の水準の上にあるとともに濃化懸濁液を回収するための下方の収集チューブ３の水準の下にあり、また、汚泥層表面１４上には懸濁していない液体の層が配置されている（図１、２）。

要約すると、凝集懸濁液は、汚泥層の流動層での濾過により液体から分離され、上記塊は分離された懸濁液から形成されており、流動化は液体の上側への流動によって維持されている。懸濁した液体は、流動層に底部から流入し、懸濁液から開放された液体は、流動層と懸濁していない液体との間の境界面として示される汚泥層の表面上で回収される。汚泥層からの塊の形状の分離された濃化懸濁液は、流動層区域から回収され、流動層中の上方への流動の速度は、基本的に上方向に減少する。

濃化懸濁液の回収水準の上にある汚泥層の層は、濃化懸濁液をさらに濃縮させる部分的流動化汚泥層としてはたらく。すなわち、濃化懸濁液の集塊が形成された後回収される。濃化懸濁液の回収水準の下にある汚泥層の層は、完全流動化汚泥層としてはたらき、液体の流動は、部分的流動化汚泥層中に一律に分配される。このような分配は、流動層が浸透性環境として機能することによるもので、上記浸透性環境の抵抗により、流動、特に上方への流動は、通過流動外形全体に分配される。その結果、完全流動化汚泥層の流動層底部で、懸濁液の流動は分離空間の外形全体に分配されるため、部分的流動化汚泥層の流動層に一律に流入する。同様に、汚泥層表面１４に近接するように上記流動は領域全体に一律に分配される。

分離器１は、注入口５によって、接続部１８を経由して無酸素性空間１７に接続された酸素性空間１６と接続されており、排水部９はタンク１５全体の水の表面１０を一定に維持する。したがって、全く同容積の廃水注入口２６を通ってタンク１５に流入する液体が、タンク１５から上方の収集チューブ４、および上記収集チューブ４の穴６を通り、さらに排出路８を経由して排水部９を超えるように流れる（図３）。排出路８を通って分離空間から流れる懸濁していない水の容積をＱ₀とし、分離空間から循環ポンプ１２によって回収される濃化懸濁液の容積をＱ_sすると、注入口５を通り分離空間中に達する懸濁した水の容積は、Ｑ₀＋Ｑ_sに等しくなる。注入口５を通って分離空間に流入する水中の懸濁液の濃度をＣとし、回収される濃化懸濁液の濃度をＣ_sとすると、分離空間に達する懸濁液の容積は、Ｃ（Ｑ₀₊Ｑ_s）となり、また、分離空間から回収される懸濁液の容積はＣ_sＱ_sとなる。したがって、定常状態では、両方の容積は等しく、定常状態における回収された濃化懸濁液の濃度は、Ｃ_ss＝Ｃ（Ｑ₀＋Ｑ_s）／Ｑ_sである。回収された濃化懸濁液の濃度がＣ_ss以下である場合は、汚泥層の懸濁液の容積は増加し、このため汚泥層表面１０が上昇する。また、回収された濃化懸濁液の濃度がＣ_ss以上である場合は、汚泥層中の懸濁液の容積は少なくなり、汚泥層の表面１０は沈下する。すべての量Ｑは、１時間あたりの立方メートルのような、単位時間あたりの単位容積で示されるとともに、上記濃度は、例えば、立方メートルあたりのｋｇで示される。したがって、部分的流動化汚泥層中と同様に、汚泥層の表面１４の高さは変化し、質量平衡によって決定される。あるパラメータの範囲内で、汚泥層は自動調整された性質を有する。すなわち、回収された濃化懸濁液の濃度Ｃ_sは汚泥層の表面１４の上昇する高さに伴って増加する。これのため、ある調整された値Ｑ_sおよび与えられた値Ｑ₀により汚泥層の表面１４は自動的にＣ_s＝Ｃ_ssの条件を満たすことが可能になる水準で自動的に安定する。用いた記号は以下のように理解するべきである。
Ｃ 分離空間に流入する活性混合物中の懸濁液の濃度
Ｑ₀ 分離空間から流れ出す懸濁していない水の容積
Ｑ_s 分離空間から回収された濃化懸濁液の容積
Ｃ_s 回収された濃化懸濁液の濃度
Ｃ_ss 定常状態で回収された濃化懸濁液の濃度
これらの分離域における液体の流れは、上記分離空間の形状により、垂直上方への成分に加え、傾斜した壁の方向に向いている水平方向の成分を有する。垂直上方への成分に逆らって、上記塊は下方向に重力を受ける。これらの力を結合させることで、傾斜した壁に向かう方向に塊の生成を促進させる水平方向の力が得られる。懸濁液の濃度は傾斜した壁上で増加するため、上記壁に沿う下方への混濁流が生じる。特に、部分的流動化汚泥層では、下に落ちる塊の集塊が傾斜した壁に接触後も混濁流として継続して起こる。混濁流中の懸濁液の濃度はその後さらに２つの互いに反する効果により影響される。すなわち、一方では、重力によって、傾斜した壁に沿って流れ落ちる混濁流中で懸濁液の濃化がおこり、他方では、上方向への分離空間に向かう液体の流れの逆流が、反対に混濁流流の懸濁液を希釈する混濁流を通るように洗浄するという効果である。

汚泥層表面１４の下を、傾斜した外壁２の内側の側面に沿って下方に流れている濃化懸濁液の混濁流は、濃化懸濁液を回収するための収集チューブ３の方に下がり、そこから再循環ポンプ１２の操作によって吸出される。濃化懸濁液を回収を行なう収集パイプの穴７は、上方の側面に位置しており、収集チューブ３上の混濁流が回収される。このような構成は、濃化懸濁液の希釈を緩和させる。

汚泥層表面１４の高さにある最大の流動速度の理論的な実行可能な限界値は、およそ時速２−２．２ｍの速度、換言すれば、現在達成されている完全流動化汚泥層中の時速４−４．５ｍの速度の５０パーセントに一致し、この間に、完全流動化汚泥層は部分的流動化汚泥層に変換され始める。

上記装置を用いた実験では、収集チューブ３を通して濃化懸濁液を回収する水準の下に近接している分離空間の流動通過領域は、収集チューブ４を通して懸濁していない液体を回収する水準にある分離空間の領域の２５パーセントにのぼり、上記実験は、上記装置で汚泥層の表面１４における最大流動速度が時速１．６−１．９ｍの範囲であることを示した。この値を超える場合、汚泥層は、精製された液体の回収装置中にも溢れ出ることになる。この結果は、これまでに既知の部分的流動化汚泥層を備える設備と比較して、約２倍の実績である。上記実験は、再循環ポンプ１２により除去された濃化懸濁液の容積量が、排出路８を通して流し出される懸濁していない水の容積量の約２倍に等しければ好ましいこと、すなわち、約Ｑ_s＝２Ｑ₀であれば好ましいことを示している。

過剰の濃化懸濁液は、注入口５を通って落ちることなく、上で述べた装置の外側の境界線区域にある汚泥層から除去されるため、注入口５の流動通過領域は、部分的流動化汚泥層を備える既知の設備よりも小さく、したがって、収集チューブ３を通して濃化懸濁液を回収する水準の下の汚泥層は、完全流動化汚泥層として機能する。これにより、目下、部分的流動化汚泥層の応用の範囲を限定する、懸濁液の下方の奔流（onflow）中における汚泥層の落下の影響を抑制することができる。濃化懸濁液の回収水準の下にある汚泥層を完全流動化汚泥層として機能させることを可能にするために、汚泥層への導入口における水の流動速度は、完全流動化汚泥層の値に従うように、すなわち、１秒あたり２から６ｃｍの範囲になるようにするべきである。再循環された懸濁液の容積量および装置の出力を考慮すると、注入口５の領域を、収集チューブ４の通路を通して懸濁していない液体を回収する水準にある分離空間の領域の３パーセントより大きく６パーセントより小さくなるように、配置することが好ましい。

回収された濃化懸濁液の容積量は、汚泥層表面上で回収された懸濁していない水の容積量の１．５から３倍の範囲である。

廃水の生物活性処理用反応装置の酸素性空間１６および無酸素性空間１７では、再循環ポンプ１２により戻される活性汚泥の存在下、廃水注入口２６により反応装置にもたらされる廃水の既知の活性処理が行なわれるとともに、精製された水は、排出路８により排水部９を超えるように流し出される。廃水が、汚水のように窒素化合物を含む場合、無酸素性空間１７は、硝酸エステル（nitrate）をガス状の窒素に還元する初期段階の脱窒空間として機能する。酸素性空間１６で窒素化合物の酸化により生成した上記硝酸エステルは、再循環ポンプ１２の排出口２０を通して戻された活性化汚泥とともに、分離器１上の酸素性空間１６から流れ戻る水中の無酸素性空間１７中に戻される。上述した廃水注入口２６の構成および再循環ポンプ１２の排出口２０は、無酸素性空間１７の一部にある、撹拌器２７により誘起され偏向壁２８により水路を通して運ばれる流動にともなって、リンの生物的除去を支援する嫌気性条件を設定する。また、上記接続部１８の位置は、流入された廃水が、酸素性空間１６中に溢れ出るのに先立って無酸素性空間１７全体を確実に通過させるようにする。

電力の低下や停電などによって、上記装置の操作が妨げられた場合、汚泥層の流動化が妨げられ、汚泥層の沈殿物および沈殿した活性化汚泥は、注入口５から分離器１にかけての区域に堆積する。上記妨害が長期にわたる場合には、沈殿した活性化汚泥は、ゲル構造になることが予想され、上記ゲル構造は、注入口５の領域における栓となり、操作が再稼動された時に装置の機能の再開を阻む。このようにして加圧された水と加圧空気とは、操作の再稼動時に、逆円錐体２２に導入される。上記両方の媒体は、逆円錐体２２の上部部分に開口部２３を通して注入され、沈殿汚泥の層を破壊するとともに分離器１への注入口５の区域を洗浄する強度の乱流をもたらす。この機能に加えて、逆円錐体２２にはまた、注入口５の下のタンク１５の底部での懸濁液の沈降を妨げるための分離器１への注入口５の下の流動を導くという別の目的がある。

（実施例２）
本発明に基づいた装置の具体的な二番目の実施例は図４と図５に図示されている。分離器１は本質的には、上方向に拡張した円錐状の内壁２によって区切られている。分離器１の底部部分には、円錐上の内壁２９の空間があり、外壁２の底端に円錐状の内壁２９の底端が取り付けられている（図４）。内壁２９はまた、上方向に広げられた空間を区切り、分離空間の高さの１／２から１／３に達している。それゆえ、分離空間は、分離器１の底部部分の内壁２９と、分離空間の上部部分の外壁２によって区切られている。従って、分離空間は、分離器１の内部空間の一部であり、分離器１の内部空間は分離空間を含んでいると言える。内壁２９の上端部３０上にある外壁２は、円錐の形状であり、しかるに、上端部３０の水準の下で、上記外壁２は楕円の天蓋の形状を有しており、上記形状部分の傾斜角は５２°〜６０°から３０°〜４０°に減少している。

外壁２と内壁２９との間の領域は、懸濁液の濃化空間３１を形成しており、前記濃化空間３１は、その底部部分に、円形に巻き付けられた収集チューブ３２の形状の濃化懸濁液回収部を備える。上記収集チューブ３２は、好適には、円形部分であり、外側で外壁２の底端部と、また内側で内壁２９の底端部と接し、支持構造をも形成している。内壁２９の底端部は、分離器１の分離空間への注入口５として示される流入口を形成している。濃化懸濁液回収用の収集チューブ３２の図示されない開口部は、外壁２の底端部で機能する。収集チューブ３２は、実施例１と同様に、チューブ１１を経由して、再循環ポンプ１２と接続されている。

要約すると、分離空間の底部部分は、少なくとも一つの、少なくとも部分的に傾斜した内壁２９によって区切られ、外壁２の底部部分と、内壁２９との間の空間は、濃化空間３１を形成している。また、本実施例の環状の形状を有する内壁２９の上端部と外壁２との間の隙間、あるいは、上記隙間の領域は、分離空間から濃化懸濁液が回収される、濃化懸濁液の除去箇所となっている。上記隙間はまた、濃化空間３１への流入口を形成し、上記分離空間の底部部分には、濃化懸濁液回収用の装置が設けられている。

実施例１と同様に、外壁２の上部部分は、傾斜した内側の側面に開口部６を備える、三角形状部分の円状に巻きつられた収集チューブ４の形状をした、懸濁した液体回収用の装置を収納している。収集チューブ４は、分離器１の内部の水の一定の表面１０を維持するために排水部９が設置された排出路８と通じている。

上記装置を収納する実施例２記載の廃水の生物活性処理用の反応装置は、実施例１と同じである。実施例２によれば、上記装置は、実施例１の装置と同様にはたらくが、汚泥層の表面１４の下を傾斜した外壁２の内側の側面に沿って下方に流れる濃化懸濁液の混濁流は、上端部３０と外壁２との間の濃化空間３１の環状部を通り、内壁２９の上端部３０の水準を流れるという点でのみ異なっている。ここで、さらなる懸濁液の濃化が、収集チューブ３２の穴を通り再循環ポンプ１２により吸引される前に行なわれる。上記濃化は、分離空間に流れ込む液体の逆流の希釈の影響は濃化空間３１中で抑制されるために起こる。従って、外壁２の内側面に沿う下方への混濁流の流動中では、高濃度が優先して起こる。上記液体、つまり、濃化過程中に、混濁流から押し出される希釈された懸濁液は、傾斜した内壁２９の外側の側面に沿って上方に流れるため、上記液体は汚泥層へ戻される。このことは、傾斜した内壁２９の上端部３０上で、押し出された液体の流動が加わる、分離空間中の懸濁した液体の流動によって支持される。再循環ポンプ１２によって除去されるより高濃度の懸濁液のため、また、より高濃度であるＣｓの濃化懸濁液のために、同じ値のＱ₀およびＱ_sのもと、注入口５を通り分離空間中に流れ込む水中の懸濁液の濃度Ｃは、実施例１よりも高くなる。濃化空間３１の底部で収集チューブ３２によって吸引される濃化懸濁液のために、濃化した空間３１中の全体の流動が低下するため、こうして、懸濁液の下方への移動が支持されるとともに、上記領域における外壁２の傾斜は、分離器１の上部部分における傾斜よりも小さくなる。下方への流動の存在下、傾斜した壁に沿って凝集懸濁液を下落させた実験的経験によると、上記壁の傾斜角が３０°から４０°の場合、上記壁に懸濁液の塊の沈降は見られない。従って、濃化空間３１の底部にある外壁２の底部部分に上記傾斜角を適用することができる。

（実施例３）
本発明における装置の第３の実施例は図６と図７に図示されている。

本実施の形態は、実施例１と同様に、傾斜した外壁３３および３４によって形成された、上方へ拡張している角柱の形状をした縦長の分離器１を有しており、上記外壁３３および３４は、それぞれ中間の高さに、再循環ポンプ１２に接続された濃化懸濁液回収用の収集チューブ３５および３６を収納する。分離器１の内部空間は、分離空間である。収集チューブ３５と３６は、傾斜した外壁３３と３４の一部であり、その部分に前記チューブは取り付けられている。 収集チューブ３５と３６の場所で、外壁３３と３４の上部部分は底部に対してずらされるように形成されている。従って、分離器１、および分離空間も、この場所で急に広がっている。濃化懸濁液を回収するための収集チューブ３５および３６は、穴３７を備え、上記穴３７はずらされるように形成されている傾斜した外壁３３と３４の上部部分に向けられたチューブ３５と３６の側面に設けらている。傾斜した外壁３３と３４の底端部は、長方形状の隙間の形状をした分離器１への注入口３８を形成している。注入口３８の水準において、傾斜した外壁３３および３４は、少なくとも２列に並んだ水および空気注入用の穴４１が設けられたすすぎチューブ３９および４０を形成している。

分離器１の上部部分は、上記実施の形態と同様に、排水部９を持つ懸濁していない液体を回収するための収集チューブ４２と４３とを収納している。全ての排水部９は、液体の流出を均等に確保するために、同じ水準に調整されている。収集チューブ４２と４３には、上端部に精製した水を注入するための複数の穴４８が設けられている（図７）。傾斜した外壁３３と３４の上部部分には、加圧空気を注入するための注入パイプ４４と４５が設けられている。

外壁３３と３４の少なくとも複数の機能性チューブあるいは、全ての機能性チューブ、すなわち、懸濁液を回収するのに役に立つ収集チューブ３５と３６、懸濁していない液体を回収するための収集チューブ４２と４３、加圧空気注入チューブ４４と４５、すすぎチューブ３９と４０は傾斜内壁３３と３４の支持構造の部分を構成している。傾斜した内壁３３と３４の表面を形成している壁部材は、この支持部材と接続されている。凝集した懸濁液の分離装置の実施例は、廃水の生物活性化処理のための装置の一部であり、この実施の形態では、接続部１８を通して接続されている酸素性空間１６と無酸素性空間１７とを分けているタンク１５を含んでいる。酸素性空間１６は、分離器１に通じており、酸素性空間１６と注入領域３８とつながっている。一方、再循環ポンプ１２の排出口２０は、無酸素性空間１７中に開口している。

分離器１は、垂直方向の領域と近接している。その領域は、タンク１５を、酸素性空間１６と無酸素性空間１７と、図６または図７に図示されないタンク１５の前面壁の一部にとに分割する隔壁１９の部分により形成された垂直面で閉じられている。

傾斜した外壁３４の底端部に近接するようにして、閉鎖壁４６は、タンク１５の底部と、隔壁１９と、タンク１５の前面壁とに達するように配置されている。このようにして、右側に傾斜した外壁３４とタンク１５の壁との間の酸素性空間１６部分は閉じられているとともに、隔壁１９の接続部と導入路４７（図７）を通してのみ他の空間と接続されている。前記導入路４７は、無酸素性空間１７から最も離れた部分の閉鎖壁４６のタンク１５の底部に基本的には配置されている。上記隔壁１９は、右側に傾斜した外壁３４とともに、酸素性空間１６を、導入路４７により相互に連結された２つの部分に分割することも記載に値する。酸素性空間１６の第１の部分は、接続部１８を通して無酸素性空間１７に通じており、また、酸素性空間１６の第２の部分は、注入口３８を通して分離器１に通じている。閉鎖壁４６はまた、左側に傾斜した外壁３３に取り付けられ、このような場合、接続部１８は左側側面で機能するとともに、上記両部材は酸素性空間１６の同じ部分に配置されている。

酸素性空間１６は、さらに、加圧空気注入パイプ２５と接続された空気混合部材２４を備えている。無酸素性空間１７内の構成および設備は、前記実施例と同じである。

上記の第３の模範的な実施例の装置は上記の実施例１で述べた装置と類似しているが、閉鎖壁４６は酸素性空間１６の流動の近道を除外するという点で異なる。つまり、接続部１８通過後の活性混合物は、まず、酸素性空間１６の第１の部分を通るように流れ、そして、導入路４７の通過後にのみ、酸素性空間１６の二番目の部分から、注入口３８を通り分離部分に流れ込むという点で異なっている。他の違いは、以下の事実に基づいている。操作が妨げられると、分離器１への注入口３８の区域の洗浄は、加圧空気と加圧水をすすぎチューブ３９および４０に導入することにより行なわれ、上記両媒体を同時に導入することで、空気流がすすぎチューブ３９および４０の上部部分にある穴４１を通り、これにより、上昇パイプ３９と４０の底部部分で機能する複数の穴を通じて水が排出される。

（実施例４）
上記装置の第４の模範的な実施形態は図８および図９に図示されている。

本実施例によれば、分離器１は、実質的に、上方へ拡張された傾斜した外壁５０と５１によって区切られている。分離器１の底部部分は、実施例２と同様に、傾斜した内壁５２および５３を収納しており、上記内壁の底端部は外壁５０および５１の底端部に取り付けられている（図８）。内壁５２および５３もまた、上方へ拡張された、分離器１の高さの３分の１から２分の１の高さに達する空間を取り囲む。従って、実際に分離が起こる分離空間は、分離器１の底部部分の内壁５２および５３によって、また、分離器１の上部部分の外壁５０および５１によって区切られている。外壁５０および５１は、内壁５２および５３の上端部５４および５５の水準上で、５２°から６０°の範囲に傾斜している。内壁５２と５３の上端部５４と５５の水準下、または、おおよそ濃化懸濁液水準下で、外壁５０および５１は、３０°から４０°の範囲の傾斜角を有している。

外壁５０または５１と、内壁５２または５３との間の領域は、懸濁液の濃化空間５６を形成している、また、上記空間の底部部分には、収集チューブ５７と５８の形状をした、濃化懸濁液回収部が設けられている。内壁５２および５３の上端部５４および５５の水準にある、濃化空間５６への流入口は、二つの長方形の形状を有し、分離部分からの濃化懸濁液の回箇所となっている。

収集チューブ５７および５８はまた、外側に壁５０および５１の底端部が取り付けられるとともに、内側に内壁５２および５３の底端部が取り付けられており、支持構造としてはたらく。隔壁１９とともに内壁５２および５３の底端部と、タンク１５の前面壁とは、分離器１すなわち分離器１への注入口５９で示される長方形状の注入開口部を形成している。濃化懸濁液を回収するための収集チューブ５７と５８の開口部６０は、外壁５０と５１の底端部に近接している。実施例２と同様に、収集チューブ５７および５８は、チューブ１１を経由して再循環ポンプ１２に通じている。

実施例３と同様に、傾斜した外壁５１の底端部に隣接した閉鎖壁４６は、タンク１５の底部、隔壁１９、タンク１５の前面壁に達するように配置されて、前記閉鎖壁４６は、実施例３と同様の目的を有している。導入路４７の実施形態の目的もまた同様である。図中、よりよい位置に示すために、導入路４７および閉鎖壁４６は図９にのみ示されており、図８には図示されていない。

分離空間は上部部分に、懸濁していない液体回収用の収集チューブ６１および６２を備えている。上記収集チューブ６１および６２は上端に精製した液体を注入するための穴４８が設けられている。収集チューブ６１および６２の垂直部分（図９）は、傾斜した外壁５０および５１は屈曲された（角部を含んでいる）箇所で、精製された液体の排出チューブ６７（図８と図９）に接続されているとともに、上記排出チューブ６７は、外壁５０および５１の支持構造の一部をも形成している。精製した液体の排出チューブ６７は、分離空間からの濃化懸濁液の除去水準に配置されており、上記水準は内壁５２および５３の上端部５４および５５の水準に実質的に一致している。

収集チューブ６１および６２は、排水部６３を備えている。全ての排水部６３は、液体の流出を一定に確保するために、同じ水準に調節されている。傾斜した外壁５０および５１の上端部は、外壁５０および５１の支持部材の一部でもある、加圧空気注入用の注入パイプ６４および６５を備えている。図を理解を容易にするため、タンク１５の底部２１に近接するように、図９には図示されていない洗浄パイプ６６（図８）が配置されている。

上記模範的な実施形態にかかる凝集懸濁液分離装置を収納している廃水の生物活性処理用の例示された反応装置は、基本的に実施例３と同じである。

実施例４にかかる実施形態は、上で述べた実施例２の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、逆円錐体２２の代わりに、洗浄パイプ６６が、分離器１への注入口５９の区域を洗浄するために用いられ、上記洗浄パイプ６６は、水源および空気源と接続された後、すすぎパイプとして機能する点で異なる。他の相違点は、結果として、導入路４７を備える閉鎖壁４６が、実施例３で先述の反応装置と同様に、酸素性空間１６において流動を導くことである。

上記機能性部材に加えて、上記全ての実施例には、種々の、たいてい図示されていない、支持円柱、支持構成部材、または、さらに最新の設計部材を用いてもよい。全ての実施の形態において、分離器１の分離空間は、基本的に、濃化懸濁液の回収の水準の上および水準下の双方で、上方向に拡張されている。

本発明の方法を実施するための方法および装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の上記の基本的な実施形態の基礎に基づく、当業者にとって明らかなすべての変更をも含んでいる。上方に広がっている分離器１は、例えば、円筒状またはそれに類似の部材をも含んでいてもよく、また、連続的に広がっている必要もない。内壁２９、５２、５３もまた同様である。

機能性チューブ、特に収集チューブ３，４、３２、３５、３６、５７、５８の主要な部分は、分離器１の壁に配置されていてもよく、また、残りの部分が分離器１の内側または外側に配置されていてもよい。しかしながら、少なくとも、濃化懸濁液用の収集チューブ３、３５、３６の主要な部分は、外壁または分離空間の複数の外壁に配置されているか、あるいは、外側の境界域に配置されていることが重要である。

これに加えて、濃化懸濁液用の収集チューブ３、３５、３６は、分離部分への注入口５、３８、５９と、精製された液体の回収水準との間の高さの１／４から３／４の高さに、機能性部材とともに配置されている。上記機能性部材は、収集チューブ３、３５、３６の、濃化懸濁液が直接流入する穴７、３７が設けられている部分であると理解される。濃化空間３１および５６中の収集チューブ３２、５７、５８は、濃化懸濁液を回収するはたらきをする。上記収集チューブ３２、５７、５８は、おおよそ分離空間への注入口５、３８、５９の水準に配置されていることが好ましいが、わずかに上記水準のわずかに上または上記水準のわずかに下に収納されていてもよい。

（産業上の応用）
本発明による方法および装置は、特に、廃水処理過程における凝集懸濁液の分離を行なうためのもので、地方自治体または、大都市圏の汚水の廃水処理、および、ホテルまたは、一軒屋等の、小規模単位の汚水の廃水処理の両方に適している。上記方法および装置はまた、産業プラントや鉱山からの廃水処理、または農場の家畜の液体肥料などの、農業施設からの廃水処理にも適している。

本発明の装置の実施形態の第１の例の側面図である。 本発明の装置の実施形態の第１の例の不等角投影図である。 廃水の活性処理のための模範的な集積反応装置の実施形態の第１の例の総合図である。 本発明の第２の模範的な実施例の側面図である。 本発明の第２の模範的な実施形態の不等角投影図である。 模範的な生物処理反応装置の内部にある本発明の装置の第３の模範的な実施形態の側面図である。 図６の模範的な実施形態の不等角投影図である。 本発明の装置の第４の模範的な実施形態の側面図である。 本発明の模範的な集積生物学的反応装置の内部にある第４の模範的な実施形態の不等角投影図である。

１ 分離器
２ 分離空間の外壁
３ 濃化懸濁液回収用の角張り部分の収集チューブ
４ 懸濁していない液体回収用の三角形状部分の収集チューブ
５ 分離空間への導入口により形成された注入口
６ チューブ４の穴
７ チューブ３の穴
８ 排出路
９ 排水部
１０ 水表面
１１ パイプ
１２ 再循環ポンプ
１３ 円筒状末端部
１４ 汚泥層の表面
１５ タンク
１６ 酸素性空間
１７ 無酸素性空間
１８ 接続部
１９ 酸素性空間と無酸素性空間を分離する隔壁
２０ 再循環ポンプの排出口
２１ タンクの底部
２２ 逆円錐体
２３ 逆円錐体の開口部
２４ 空気混合部材
２５ 空気注入パイプ
２６ 廃水注入口
２７ 撹拌器
２８ 偏向壁
Ｃ 分離空間の注入口における懸濁液の濃度
Ｑ₀ 分離空間から流れ出す懸濁していない水の容積量
Ｑ_s 分離空間から回収された濃化懸濁液の容積量
Ｃ_s 回収された濃化懸濁液の濃度
Ｃ_ss 定常状態で回収された濃化懸濁液の濃度
２９ 内壁
３０ 内壁上端部
３１ 濃化空間
３２ 収集チューブ
３３ 傾斜した外壁
３４ 傾斜した外壁
３５ 収集チューブ
３６ 収集チューブ
３７ 開口部
３８ 濃化空間への注入口
３９ すすぎチューブ
４０ すすぎチューブ
４１ すすぎチューブの穴
４２ 懸濁していない液体を回収するための収集チューブ
４３ 懸濁していない液体を回収するための収集チューブ
４４ 加圧空気注入用の注入パイプ
４５ 加圧空気注入用の注入パイプ
４６ 閉鎖壁
４７ 閉鎖壁の導入路
４８ 懸濁していない液体を回収するための収集チューブの穴
５０ 外壁
５１ 外壁
５２ 内壁
５３ 内壁
５４ 内壁５２の上端部
５５ 内壁５３の上端部
５６ 濃化空間
５７ 懸濁液の収集チューブ
５８ 懸濁液の収集チューブ
５９ 分離器への注入口
６０ 収集チューブ５７と５８の開口部
６１ 懸濁していない水の収集チューブ
６２ 懸濁していない水の収集チューブ
６３ 排水部
６４ 加圧空気注入パイプ

Claims (18)

1. 特に廃水処理のための、懸濁物を分離する方法であって、
   凝集している懸濁物が、本質的に傾斜した外側の境界を有している汚泥層の流動層において濾過により液体から分離され、次いで濃化され、
   懸濁物を含んでいる液体が、流動層に底部から流入する間、流動は液体の上昇流により維持されており、
   懸濁物を含んでいない液体が、流動層と懸濁物を含んでいない液体との間の境界面として示される汚泥層の表面の上に排出され、
   濃化された懸濁物が流動層から回収され、
   流動層における上方への流動の速度は、本質的に上向きに減少し、
   過剰の、濃化された懸濁物は、流動層の、傾斜した外側の境界において、流動層の、傾斜した外側の境界に沿って落下する混濁流から回収されることを特徴とする方法。
2. 過剰の、濃化された懸濁物を回収する水準の上方では、上記流動層が、部分的に流動化されている汚泥層として形成され、該部分的に流動化されている汚泥層において、濃化された懸濁物の集塊が生成され、該集塊は、上記傾斜した外側の境界に沿って、回収されるべき箇所へ落下し、
   上記回収する水準の下方では、上記流動層が、完全に流動化されている汚泥層として形成され、該完全に流動化されている汚泥層において、懸濁物を含んでいる液体の流動は、部分的に流動化されている汚泥層に向けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 上記部分的に流動化されている汚泥層と上記完全に流動化されている汚泥層との境界において、上方への流動速度が急激に減少することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 流入する、懸濁物を含んでいる液体の濃度が、立方メートルあたりの乾燥物質１ｋｇを超えている場合、汚泥層表面のすぐ上の、上方への水の流動速度は、時速１．６から２．２メートルの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 上記懸濁物を含んでいる液体を汚泥層へ流入させる導入口における水流の速度は、秒速２から６ｃｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 濃化された懸濁物の、回収される容積は、懸濁物を含んでいない水の、汚泥層の表面上で回収される容積の１．５から３倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行するための、特に廃水処理のための、凝集している懸濁物を汚泥層の流動層における濾過により分離するための装置であって、
   傾斜した外壁（２、３３、３４、５０、５１）を有している、本質的に上方に拡張された分離器（１）を備えており、
   上記分離器（１）の容積内部は、凝集した懸濁物を分離するための分離空間を含んでおり、懸濁物を含んでいる液体の注入口（５、３８、５９）が上記分離器（１）の底部部分に設けられており、
   上記分離器（１）の上部部分に懸濁物を含んでいない液体を回収するための手段（４、４２、４３、６１、６２）が設けられており、
   操作時の分離空間には汚泥層の流動層が形成されて、精製された水が該流動層の表面（１４）より上に位置し、
   濃化した懸濁物が分離空間から回収され、
   分離器（１）への注入口（５、３８、５９）よりも上でありかつ汚泥層の表面（１４）よりも下にある、少なくとも一箇所において、分離器（１）の分離空間は、上方に急激に拡張されており、
   上記急激に拡張された箇所の水準において、傾斜した外壁（２、３３、３４、５０、５１）の１つに近接した部位には少なくとも、該傾斜した外壁に沿って混濁流として落下する、汚泥層の流動層からの、過剰の、濃化された懸濁物を、回収する箇所の少なくとも１つが、分離器（１）における分離空間内部に配置されていることを特徴とする装置。
8. 上記分離器（１）の内部の分離空間は、上記分離器（１）の底部部分において、傾斜した内壁（２９、５２、５３）の一つにより少なくとも区切られているとともに、外壁（２、５０、５１）の底部部分と内壁（２９、５２、５３）との間の空間は、懸濁物を濃化させる濃化空間（３１、５６）を形成しており、
   上記内壁（２９、５２、５３）の上端部（３０、５４、５５）と外壁（２、５１、５２）との間の隙間は、急激に拡張された箇所であるとともに、過剰の、濃化された懸濁物を分離空間から回収する箇所となっていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
9. 内壁（２９、５２、５３）の上端部（３０、５４、５５）と、外壁（２、５１、５２）との間の上記隙間は、上記濃化空間（３１、５６）への入口を形成しており、
   上記濃化空間（３１、５６）の底部部分には、過剰の、濃化された懸濁物を回収するための手段（３２、５７、５８）が設けられていることを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. 分離器（１）の傾斜した外壁（５０、５１）は、濃化された懸濁物を回収する区域に角部を含み、該角部の水準よりも上側の部分は、該水準よりも下側の部分よりも、大きく傾斜していることを特徴とする、請求項８または９記載の装置。
11. 上記濃化された懸濁物を回収するための手段が、懸濁物が回収されるべき箇所に配置されており、かつ穿孔された収集チューブ（３、３５、３６）により形成されており、
    上記場所での分離空間の急激な拡張は、外壁（２、３３、３４）をずらすように形成することにより行なわれているとともに、
    急激な拡張が形成されている場所の下方および上方の両方から収集チューブ（３、３５、３６）に連結されており、
    過剰の、濃化された懸濁物を回収するための穴（７、３７）が、ずらすように形成され傾斜している外壁（２、３３、３４）の上部部分方向を向いている収集チューブ（３、３５、３６）の側面に設けられていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
12. 懸濁物を含んでいる液体を分離空間へ注入させる注入口の領域（５、３８、５９）は、分離空間における懸濁物を含んでいない液体を回収する水準の領域の３％より大きく６％より小さいことを特徴とする、請求項７記載の装置。
13. 過剰の、濃化された懸濁物を回収する水準のすぐ下にある上記分離空間の領域は、分離空間における懸濁物を含んでいない液体を回収する水準の領域の２０パーセント以上であるとともに、過剰の、濃化された懸濁物を除去する水準のすぐ上にある上記分離空間の領域は、分離空間における上記懸濁物を含んでいない液体を回収する水準の領域の７０パーセント以下となっていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
14. 分離空間への注入口（５、３８、５９）の水準、および懸濁物を含んでいない液体を回収する水準の両方が、濃化された懸濁物を回収する水準からの垂直距離が１メートル以上であることを特徴とする、請求項７記載の装置。
15. 分離空間への注入口（５、３８、５９）の水準から、濃化された懸濁物を回収する水準までの高さは、分離空間への注入口（５、３８、５９）の水準から、懸濁物を含んでいない液体を回収する水準までの高さの１／４から１／３の範囲であることを特徴とする、請求項７記載の装置。
16. 濃化された懸濁物の収集チューブ（３、３５、３６）、濃化された懸濁物を回収するための収集チューブ（３２、５７、５８）、懸濁物を含んでいない液体を回収するための収集チューブ（４、４２、４３、６１、６２）、排出チューブ（１１、６７）、すすぎチューブ（３９、４０）からなる群のうちの少なくとも１つの機能性チューブ、または、加圧空気注入パイプ（２５、４４、４５、６４、６５）を備え、上記機能性チューブ、または、加圧空気注入パイプ（２５、４４、４５、６４、６５）は、分離空間の外壁（２、３３、３４、５０、５１）の支持構造の一部を形成していることを特徴とする、請求項７記載の装置。
17. 上記内壁（２９、５２、５３）の上端部（３０、５４、５５）の水準より上において、傾斜した外壁（２、３３、３４、５０、５１）の角度は、５２°から６０°の範囲であることを特徴とする、請求項８記載の装置。
18. 傾斜した内壁（２９、５２、５３）の角度は５２°から６０°の範囲であり、上記内壁（２９、５２、５３）の上端部（３０、５４、５５）の水準よりも下側における傾斜した外壁（２、５０、５１）の角度は３０°から４０°の範囲であることを特徴とする、請求項１０記載の装置。

Images