JP4528828B2 - 流体流動による水処理工程及び装置 - Google Patents
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Description
従って、水処理は、水質の性状と有機物、栄養物質を多様な方法で安定化させる技術及び物質の分離技術である。現在、水処理技術の多くは生物学的処理方式であり、比較的に処理費用が安い。
しかし、このような従来の生物学的水処理方式は、自然状態で微生物の有機物分解速度に依存するため、処理速度が非常に遅くて不安定である。
従って、水処理の要点は、水処理に重要な影響を与える要素を分析して、各要素が互いに作用する過程において、制限要素となる部分を制御する過程が水処理に最も重要な過程であると言える。
しかし、現在開発されている水処理装置は、水処理過程において、核心的な要素である気体伝達過程、反応過程、反応後物質分離過程の中で、殆ど反応過程にだけ偏重しているため、処理効率の向上には限界がある。
本発明の目的は、気体と液体物質の密度、粘度の特徴を利用して、物質伝達変化、反応槽の内部に空気滞留時間増加と泡及び密度が低い物質を分離する手段を装着することによって、安定的に汚廃水の処理効率を向上できる水処理装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ガイド部材を備えることによって、汚廃水と空気の溶解度を向上できる水処理装置を提供することである。
本発明の他の目的は、循環手段を更に備えることによって、反応槽内部の沈殿物を上下に循環させる水処理装置を提供することである。
本発明の他の目的は、空気排出手段を備えることによって、無酸素槽で運営できる水処理装置を提供することである。
そして、本発明の更に他の目的は、空気だけでなくオゾンなどのガスによっても密度差が発生するため、汚廃水中に含まれている異物を効果的に分離できる水処理装置を提供することである。
図1に示したように、本発明による水処理装置は、汚廃水及び空気が流入する反応槽10と、前記反応槽10の内部を上下多段に区画して流入した汚廃水及び気泡を密度順に上向きに移動させて、前記汚廃水及び気泡の接触面積を増加させて酸素溶存量を増加させることにより汚染物を分解する少なくとも一つ以上のスラッジ分離手段12と、前記反応槽10に装着されて前記スラッジ分離手段12を通過した気泡を前記反応槽10の外部に排出させる空気排出口14と、前記反応槽10に装着されて前記スラッジ分離手段12を通過して処理された汚廃水を外部に排出させる処理水排出口15と、そして前記反応槽10の下部に提供されていて、沈殿したスラッジを濃縮排出させる沈殿槽16を含む。
そして、このような汚廃水及び空気は、前記反応槽10の下部に形成される汚廃水流入管22及び酸気装置24を通して反応槽10の内部に供給される。
従って、前記送風機30によって、前記酸気装置24に注入された空気は、前記複数個のノズル28を通して汚廃水中に均一に噴射できる。
前記スラッジ分離部34は、図2乃至図5に示したように、反応槽10の内部を上下に区画しながら多数の貫通孔38が形成される少なくとも一つのプレート40と、前記プレート40の底面に下方に突出形成されて汚廃水及び空気が通過する複数個の流体移動管42と、前記流体移動管の下部に備えて汚廃水及び空気の流動性を増加させるガイド部材35を含む。
従って、前記漏斗状の流体移動管42に流入した汚廃水及び空気は、上昇することによって空気が扇状に分散して周囲のスラッジが沈殿し、前記流体移動管42の近くに溜まるのを防止できる。
そして、前記複数個の流体移動管42は、プレート40の下部に一定の長さに突出形成されるので、前記プレート40の底面にはこのような流体移動管42で囲まれた滞留空間44、46が複数形成される。
従って、反応槽10の下部から上昇した空気は、この滞留空間44、46に捕集されて、一定量以上集まると、圧力によって四方に分散して前記流体移動管42に供給される。
そして、このような複数個の流体移動管42は、プレート40に楔(くさび)などの道具を用いてパンチングすることによって形成できるが、別途に流体移動管42を形成してプレート40の開口部に溶接などの方法で一体に装着することもできる。
このようなガイド部材35は、前記流体移動管42に連結するフロアプレート36と、フロアプレート36の縁から側面方向に形成されて汚廃水及び空気をその内部に案内するエッジプレート37で構成される。
図3のように、前記フロアプレート36からは連結バー39が突出して前記流体移動管42に一体に連結される。従って、前記ガイド部材35は流体移動管42に備えられる。
この時、汚廃水及び空気が前記空間(D)を通して、ガイド部材35の内部に流入する過程において、汚廃水及び空気は、水面上部の滞留空間44、46の空気と順に接触することによって気液比を増加させて、溶解度が低い気体の溶解速度を増加させられる。
また、前記エッジプレート37の長さ(L)を適切に調節することによって、空間(D)を通して流入する汚廃水及び空気の溶解度を向上できる。
そして、前記ではスラッジ分離部34に備えられた流体移動管42の形状が傾いた形状であるが、本発明はこれに限定されるのではなく、図5(b)に示したようにスラッジ分離部34の流体移動管42が垂直状にも形成できる。
一方、前記ガイド部材35と流体移動管42を互いに連結する連結バー39は、図3に示した形状に限定されず、図4に示した鋸状43にも形成できる。
このように、流体移動管42の下部を鋸状43に形成することによって、少量の流体が連続的に移動管42を通過してガス溶解速度を向上できる。
従って、前記反応槽10から沈殿したスラッジが、前記沈殿槽16に濃縮されて、前記スラッジ排出口48を通して外部に排出される。
前記循環手段18は、配管54を含み、このような配管54から突出した上部配管50は、反応槽10内部の上部空間に連通し、中間配管52は反応槽10の中間空間に連通され、配管54の下部は、前記酸気装置24に連通する。また、前記配管54上に循環ポンプ56が配置される。
従って、前記循環ポンプ56を駆動する場合、反応槽10の上部及び下部空間に貯蔵された汚廃水或いは沈殿物が、配管54に吸入され下部空間に排出されることによって、反応槽10の上部及び下部に貯蔵された汚廃水及び沈殿物が互いに循環する。
このような循環作業を一定周期で実施することによって、各スラッジ分離部に沈殿したスラッジ中で上等水及び汚廃水を循環させる効果がある。
このような構造を有する空気排出手段20において、各々の補助配管58は、各スラッジ分離部34、32の滞留空間44、46に連通することにより、捕集された空気が前記補助配管58に移動して、主配管60を通して外部に排出する。
従って、このような空気排出手段20は、反応槽10内部の空気を外部に排出させることによって脱窒過程など無酸素化反応を実施する場合に用いられる。
つまり、図6及び図7に示したように、水処理装置70の内部には第1スラッジ分離部34及び第2スラッジ分離部32で構成されるスラッジ分離手段12が備えられる。
そして、このスラッジ分離手段12は、前記実施形態1と同様に反応槽70の内部を上下に区画しながら多数の貫通孔74が形成される少なくとも一つのプレート71と、前記プレート71の底面に下方に突出形成されて汚廃水及び空気が通過する複数個の流体移動管72で構成される。
従って、反応槽70の下部から上昇した空気は、この滞留空間73に捕集されて、一定量以上集まると、圧力によって四方に分散して前記流体移動管72に流入して上昇する。
図8にはこのようなガス注入によって、汚廃水を浄化処理する水処理装置が示されている。図示したように、前記水処理装置は、実施形態1による水処理装置と類似する構造になっており、酸気装置を通して、ガスを注入し、循環手段18(図1)に代って、循環管87を備えたことが異なる。
つまり、前記ガス注入管96を通してオゾンなどのガスが注入され、注入されたガスは空気のように上部に拡散して、第1スラッジ分離手段94及び第2スラッジ分離手段92を通して上昇し、この過程を通して、汚廃水中に含まれている異物中密度が高い異物は下部に沈殿し、相対的に密度が低い異物は上部に移動することで分離される。
従って、前記バルブ86を開放すると、沈殿槽81の汚廃水が前記循環管87を通して反応槽80に戻ると共に、下部は真空状態になって外部からガス注入管96を通して、オゾンなどのガスが反応器80の内部に簡単に流入する。
つまり、ガス注入時点は、反応器80の全体空間を汚廃水に満たした後、下部で瞬間的に過量の処理水を引き出して、循環管87を通して反応器80の上段に移動させて、この時下部が瞬間的に真空状態になって、外部のガスが簡単に流入する。
一定のガスが流入した後に循環流量を減らして続けて下向きに移送することによって、ガスと汚廃水の反応を促進させる。この時、下向きに移動する汚廃水の流速により周辺のガスが気泡状態で流入してガスの溶解度は加速化される。
このように空気だけでなくオゾンなどのガスによっても密度差が発生し、汚廃水中に含まれている異物を効果的に分離できる。
図1乃至図5に示したように、処理対象の汚廃水が汚廃水流入管22を通して、反応槽10の内部に流入し、また外部空気も酸気装置24を通して、反応槽10の内部に流入する。この時、酸気装置24が汚廃水流入管22の上部に位置することにより沈澱可能な固形物が酸気装置24から分散する空気の浮力による上昇を防止することによって、固形物の沈澱を誘導して事前に除去できる。
前記第1スラッジ分離部34に至った汚廃水は、ガイド部材35のエッジプレート37と水面の間に形成された空間(D)を通して、ガイド部材35の内部に流入する。
この時、汚廃水及び空気が前記空間(D)を通して、ガイド部材35の内部に流入する過程において、汚廃水及び空気は水面上部の滞留空間44、46の空気と順に接触することによって、気液比を増加させて溶解度が低い気体の溶解速度を増加できる。
また、前記エッジプレート37の長さ(L)を適切に調節することによって、空間(D)を通して流入する汚廃水及び空気の溶解度を向上できる。
この時、空気は浮力によって上昇し、プレート40下部に形成される滞留空間44、46に捕集される。この時、滞留空間44、46は、下方に突出された流体移動管42の最下段部位の上部に形成される。従って、汚廃水の水位は、前記流体移動管42の最下段部位と一直線上に形成される。
また、反応槽10の下部に存在する物質が上部に移動する出発点は、流体移動管42の最下段部位であるため、泡及び空気中で最も密度が高い物質と汚廃水中で密度が最も低い物質が浮力によって選別され上部に移動する。
また、空気を流入させずに汚廃水だけを注入または循環する場合には、汚廃水中で相対的に密度が低い物質が浮力によってまず移動する。
各々の密度差は、漏斗状の流体移動管42の長さと各段の水深から始まる表面張力により決定される。つまり、漏斗状の流体移動管42と水深が深くて水面が広いほど密度差が大きくなる。
従って、各段で低密度の物質が上部に位置するため、結果的に反応槽10の上段に近づくほど物質密度が低くなる物質分離が行われる。そして、下部から流入する空気量及び圧力は、一定量以上になったら各々の流体移動管42を通して均等に排出できるように誘導する。
このような過程を通して、第1スラッジ分離部34を通過した汚廃水及び空気は、第2スラッジ分離部32に到達する。そして、第2スラッジ分離部32を通過する過程において、前記のような第1スラッジ分離部34と同一過程を通すことによって、物質分離が行われる。
そして、反応槽10の最上部空間に到達した汚廃水及び空気は、各々空気流出口14及び汚廃水流出口15を通して外部に排出される。
つまり、放棄完了後、脱窒のためには、まず、反応器内に存在している空気を除去する必要があって、このために主配管60のバルブを開放することによって各スラッジ分離部34、32の滞留空間44、46に捕集された残留空気及び一部の泡を補助配管58を通して排出させる。
従って、このような空気排出過程を通して脱窒を実施した後、無酸素槽を運営するようになる。
つまり、循環手段18の循環ポンプ56を作動すると、圧力によって、配管54の上部及び中間配管50、52を通して各段の濃縮された沈殿物が吸入される。
そして、吸入された沈殿物は、配管54を通して、酸気装置24に供給されて、再び反応槽10の内部に循環する。
従って、このような循環過程を通して、汚廃水自らの移動により下段にスラッジ集中化が発生し、下段の濃縮効率の増加と同時に上、下段のスラッジ濃度差を生じさせる。また、このような過程と共に脱窒が発生し、循環は最上段から最下段または中間から最上段など多様に循環できる。
一方、処理水を反応器の上部に再び循環させて、汚廃水及び気泡を上部から下部に下降させて処理する場合には下向流式である。
第1に、反応槽内部に備えるスラッジ分離手段にガイド部材を形成することで汚廃水と空気の溶解度をより向上できる。
第2に、生物反応槽内部に多数の漏斗状流体移動管が備えられたスラッジ分離手段を提供することによって、気泡の移動距離と滞留時間を増加させて溶存酸素伝達率と攪拌効果が増大される。
第3に、反応槽内部でスラッジの密度差によって上下に分離濃縮されるため、反応器下部に益々高濃度の有機物、溶存酸素及び微生物を維持できて、汚廃水の処理時間を大幅に短縮できる。
第4に、流体流動により、スラッジ排出によるチャンネル現象を抑制できてスクレパなしに最下段部から持続的に濃縮されたスラッジを排出できる。
第5に、曝気効率を増加させるために、各段の上部に気泡が滞留するようにして気泡の滞留時間を増加させ、同時に脱窒時には気泡を排出させて簡単に無酸素状態にできるため、無酸素及び呼気状態の切り替えが容易である。
第6に、脱窒時に窒素ガス発生により突出配管周囲に窒素ガスが集まってスラッジ水面にある低濃度部分のみが上向移動する現象が起こり、低濃度の汚廃水が均等に漏斗配管を通過できて、同時に低濃度物質が固定されたスラッジ層を通過して、流体のPFR流れを誘発できて、脱窒効率を増加できる。
第7に、水処理装置の製作が簡単で、大規模水処理にも適用できて、必要敷地面積が小さくて済み、運転が容易である。
第8に、低い動力でも曝気ができる。
第9に、曝気過程において、下部から任意にスラッジを排出することによって、下段で流入廃水特性に合わせてスラッジ濃度を調整できる。
第10に、場合によって回分式(非連続式)または連続式に運転できて、高濃度難分解性廃水処理に適合する。
第11に、空気だけでなくオゾンなどのガスによっても密度差が発生するため、汚廃水中に含まれている異物を効果的に分離できる。
12 スラッジ分離手段
14 空気排出口
15 処理水排出口
16 沈殿槽
18 循環手段
20 空気排出手段
22 汚廃水流入管
24 酸気装置
28 ノズル
30 送風機
34、32 スラッジ分離部
35 ガイド部材
36 フロアプレート
37 エッジプレート
38 貫通孔
39 連結バー
40 プレート
42 流体移動管
44、46 滞留空間
54 配管
56 循環ポンプ
60 主配管
70 水処理装置
72 流体移動管
96 ガス注入管
Claims (5)
- 汚廃水流入管及び酸気装置によって、その内部に汚廃水及び空気が流入する反応槽と、
前記反応槽の内部を上下に区画し且つ多数の貫通孔が形成された、プレートと、前記プレートの底面に下方に突出形成されて汚廃水及び空気が通過するように形成された、複数個の流体移動管と、前記流体移動管の下部に備えられて、汚廃水及び空気の流動性を増加させるガイド部材とを含む、スラッジ分離手段と、
送風機によって発生された空気を前記反応槽の内部に供給するノズルを有する、酸気装置と、
前記反応槽に形成されて、前記スラッジ分離手段を通過した気泡を前記反応槽の外部に排出させる空気排出口と、
前記反応槽に形成されて、前記スラッジ分離手段を通過して処理された汚廃水を外部に排出させる処理水排出口と、そして
前記反応槽の下部に形成されて、沈殿したスラッジを濃縮排出させる沈殿槽とを含むことを特徴とする、水処理装置。 - 前記複数個の流体移動管は、下部に突出形成されることによって、これら流体移動管の間に滞留空間を形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。
- 前記ガイド部材は、前記流体移動管の下部に連結するフロアプレートと、前記フロアプレートの縁に形成されて汚廃水及び空気を案内するエッジプレートとで構成されることを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。
- 前記複数個の流体移動管は、各々上部面積が下部面積より広い漏斗状を有することを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。
- 前記反応槽の一側には更に循環手段が備えられ、前記循環手段は、配管と、前記配管上に装着される循環ポンプと、前記配管から突き出されて前記反応槽の内部の各端に連結する上部配管、中間配管及び下部配管とを含み、前記循環ポンプが駆動する場合、前記反応槽内部の各段の沈殿物が循環または下部に溜まることを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。
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