JP5500691B2 - 廃水を収容および処理するシステムと方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年１２月４日出願の米国仮特許出願第６０／９９２，１４０号の利益を主張するものである。

本発明は、合流式雨水および下水管渠システム又は下水管渠システムといった下水システムからの過剰な廃水を収容および処理するためのシステムと方法に関する。

合流式下水管渠システム、すなわち下水および流れる雨水の両方を流す下水システムは、雨水および下水管渠システムを分けることが普通になった時代以前に建造された多くの古い都市に未だ存在する。激しい豪雨の際、合流式雨水および下水管渠システムを通る下水の流れが下水処理場の処理能力を超えることがある。川、湖または海といった受水域に過剰な未処理の下水が流入するのを避けるため、過剰な雨水および汚水を合わせて収容する貯留池を作るのが一般的である。降雨事象の後、下水は下水システムに再度取り込まれ、利用可能な処理能力がある時に下水処理場で処理される。

貯留池は歴史的に見ても建設費用が高く、特に限られた土地および高地における地域では費用がかかる。多くの従来の貯留池には、貯留池の容量を超えた場合に下水を水路に排出するための実質的なポンプ設備が更に必要である。未処理の下水を水路に放流することによる健康上のリスクをなくすため、貯留池システムは、消毒薬を廃棄流のシステムに投入し、貯留池の放出から固形物ならびに浮遊物を分離するシステムを含むことができる。

建設費用を最低限に抑え、貯留池からのオーバーフローを消毒およびスクリーニングするために設計された貯留池システムの最先端技術のいくつかの例が、米国特許第６，５０３，４０４号、米国特許出願第２００６／０２７３０４６号および国際公開第２００６／１３０８５０号に示されており、総て本発明の出願人により以前に発明され、参照により本明細書に組み込まれる。これらのシステムでは、分割された垂直シャフトまたは底部で相互に連結された近接する一対の垂直シャフトにより、貯留池を通る下水の流れを非常に長い時間消毒剤と接触させることができる。貯留池のオーバーフローから固形物および浮遊物を容易に取り除くことができ、システムの設置面積が小さいため土地取得価格費用は最小限にされる。

本システムおよび方法は、一時的に下水システムの処理能力を上回る降雨事象の大部分が貯留池のオーバーフローを起こさないような大きさに作られた複数チャンバの貯留池を利用する。貯留池の第１のチャンバの後に処理剤または消毒薬が供給され、これにより貯留池から排出されるオーバーフローが好適に消毒される。降雨事象が終了後、利用可能な下水処理能力がある場合、貯留池の下水は下水システムに汲み戻される。排出されない廃水を処理するための消毒薬の使用量を最小限にするため、降雨事象の後に下水システムに戻される第１のチャンバの中身を消毒する必要をなくすべく、第２のチャンバに消毒薬が供給される。下水システムに戻される廃水を処理する消毒薬の使用量を削減することにより、操業費を減らすだけでなく、下水システムの性能を向上させ、環境への消毒薬の排出を減らす。

図１は、本発明の廃水処理システムの第１の実施形態の側面図である。 図２は、図１の処理システムの平面図である。 図３は、第２の廃水処理システムの実施形態の斜視図である。 図４は、第３の廃水処理システムの実施形態の斜視図である。

図１および図２を参照すると、廃水処理システム１０の第１の実施形態が図示されている。この処理システムは、サイアミーズ法で一般的な仕切り壁１６と共に連結される２の平行なシャフト１２および１４から構成される。過剰な下水の流れは、下水吸入口１８を通り、シャフト１２内のシステムに導入される。通常、収容シャフト１２内の下水は、消毒薬または他の化学薬品で処理されない。収容シャフト１２が一旦満たされると、未処理廃水の下水は仕切り壁１６を超えて処理シャフト１４へ流出する。処理シャフト１４には、シャフトの底部に達しない仕切り壁２０が設けられる。下水が処理シャフト１４に流入する時、適量の消毒薬のような処理剤が下水量に比例して処理剤ディスペンサ１７によって供給される。代替の処理剤は、凝集剤または凝集剤と消毒薬との組み合わせを含む。

下水の水位が処理シャフト１４の処理能力を超えた時、下水はスクリーン２２を通過し、放出口２４を通って排出される。処理シャフト１４を２の相互接続されたチャンバに分割する吊り下げられた仕切り壁２０は、Ｕ字型の流路を通って移動する、処理シャフトを通る下水の流れを引き起こす。下水はまず下方に流れ、その後仕切り壁２０の反対側を上方に流れ、これにより排出放出口２４を通って排出される前に、下水を十分に処理（消毒）すべく処理剤との十分な接触時間が維持される。重い固形物は収容シャフト１２および処理シャフト１４の底部に堆積する。仕切り壁２０はまた、浮遊物質が排出放出口２４から排出されるのも防ぐであろう。スクリーン２２は、浮遊または沈殿することにより分離されない固形物質をさらに除去する。

スクリーン２２に達する固形物質の量をさらに制限するため、任意のスキマー壁２１が収容シャフト１２の上部に設置されてもよい。スキマー壁２１は仕切り壁１６に近接して配置され、収容シャフト内で下方に比較的短い距離で延在する。スキマー壁２１は、収容シャフト１２内の浮遊固形物を保持し、処理シャフト１４に導入される浮遊廃棄物の量を著しく減らし、特に非常に高い流量で、良好に浮遊物の分離を起こす。

過剰な下水を引き起こす降雨事象が終わり、過剰な処理能力がある場合、システムに含まれる下水は徐々に下水システムに戻され、かつ廃水処理場で処理される。下水ポンプ２６と２８とが収容シャフト１２および処理シャフト１４の底部に設けられ、下水をシャフトで収集された様々な固形物および浮遊物質と共に主の下水コレクタ３０に戻す。これにより、貯留池から固形廃棄物を収集する必要がなくなる。参照により既に組み込まれた先の特許出願に記載したように、堆積した様々な固形物を押し流すために、回転式攪拌機が収容および処理シャフトの底部に設置されてもよい。

好適には、収容シャフト１２からの下水はまず、システムの外に汲み上げられる。収容シャフト１２が一旦空になると、処理シャフト１４の中身は下水コレクタ３０に戻される。この方法では、別の暴風雨といった過剰な下水が起こる事象が再度起こった場合、下水および雨水の両方が収容シャフト１２に収容され、収容シャフト１２が再度満たされるまで、さらに消毒剤を使用する必要がない。処理シャフト１４の前に収容シャフト１２を使用することで、システムの容量を増加させ、消毒薬の使用量を最小にする。

本発明の廃水処理システムは、非常に大容量のシステムを作る際に利用可能である。図１および図２に示す設計において構築されたシステムでは、当該システムの容量は１０，０００，０００ガロン超、好適には２０，０００，０００ガロン超であり、図示された実施形態の容量は約２４，０００，０００ガロンである。このシステムの容量のうち８０％超、好適に半分は収容シャフト１２にあり、残りは処理シャフト１４内にある。好適には、収容シャフト１２と処理シャフト１４のそれぞれの直径は４０フィート以上である。開示された代表的な実施形態では、それぞれのシャフトの半径は約６０フィートであり、呼び高さは約１５０フィートである。この大きさの廃水処理システムを構築する場合、地中連続壁工法を利用してシャフトの壁を形成してもよい。仕切り壁１６および２０は、地中連続壁工法を利用して設置するか、あるいは型に注入される鉄骨鉄筋コンクリートを利用してその後適所に鋳造してもよい。ここで得られるシステムは、少なくとも毎秒６００立方フィート、好適には毎秒１，０００立方フィートの流量を収容し、廃水の放出口２４に達する廃水を消毒するために、第２のコンテナに導入される処理剤との十分な接触時間を有するように構成される。

代替的に、特に直径が小さいシャフトでは、垂直地下シャフトの構築において一般的に行われるように、積み重ねた一連の鉄骨鉄筋コンクリートリングを地中に沈めることによりシャフトを構成できる。一度シャフトが適所に配置され、シャフト底部が完成すると、処理場は通常、地表の高さまたはそれより下に配置される鉄骨鉄筋コンクリートのデッキで覆われる。

図３は、収容シャフト３４と処理シャフト３６とから構成される本発明の第２の実施形態３２を図示している。これらのシャフトはほぼ垂直であり、互いに平行に間隔を置いて配置される。収容シャフト３４には、収容シャフトに連結される、下水コレクタ４０でのオーバーフローに対する吸入口３８が設けられる。収容シャフト３４は垂直な円筒形シャフトとして示されているが、本発明を実施するために他の適した収容貯留池の形状を利用することもできる。導管４２は収容シャフトの放出口と処理シャフト３６の吸入口とを提供する。処理シャフト３６には、シャフトの底部には達しないで終端する仕切り壁４４が設けられており、図１および２に図示された処理シャフト１４に類似している。スクリーン４６は、浮遊または沈殿によって分離されない固形物を収集するために仕切り壁４４の放出口側に設けられる。消毒薬ディスペンサ４８が、処理シャフトに流入する下水の流れに測定上比例する消毒薬の化学物質を投入する処理シャフト３６の吸入口に設けられる。処理シャフトには放出口５０が設けられ、これにより消毒およびスクリーニングされた処理システムからのオーバーフローが安全に排出される。

第２の実施形態の水処理システムには、過剰な水の発生が終了して処理場に追加の下水を処理する十分な容量がある場合に、収集された下水を下水コレクタ４０に戻す下水ポンプ５２および５４とが設けられる。

図４は、廃水処理システム５６の第３の実施形態を示す。この廃水処理システム５６は、未処理の下水を収容する収容貯留池５８を有する。収容貯留池５８は、下水システムのコレクタ６０からのオーバーフローに連結されている。収容貯留池が満たされると、下水は導管６２を通って収容貯留池から排出され、二重シャフト処理システム６４に流入する。二重シャフト処理システム６４は１対のシャフト６８および７０から構成され、これらは垂直であり、互いに近接して間隔をおいて配置される。シャフトは連結導管７２によって底部で連結されている。下水はシャフト６８を通ってほぼ下方に流れ、シャフト７０を通って上方に流れて、下水の管高さを実質的に一定に維持する。所望であれば、シャフト６８の直径はシャフト７０よりもさらに小さく作られてもよい。処理シャフト７０の上部には、スクリーン７４と、処理してスクリーニングされた下水のオーバーフロー放出口７６とが設けられている。システムに流入する下水量に比例して廃水の流れに消毒剤を導入するため、消毒薬ディスペンサ７８が導管６２に近接して設けられる。上記の実施形態のように、システムで収集された固形物および浮遊物と共に廃水を汲み上げて下水コレクタ６０に戻すために、各シャフトにはシャフトの最底部に下水ポンプ８０、８２および８４が設けられている。

図１および３の下水システム１０および３２のような、図４に図示されたシステム５６の実施形態は、処理シャフトに流入するよりも前に、未処理の状態で収容シャフトまたは収容貯留池に下水を収容できる。しかしながら、任意の補助消毒薬ディスペンサ７８’を介して、同様に消毒薬を収容シャフトに任意に導入することも可能である。非常に高い流速の過剰な水が予想される場合、あるいは、廃水の流速がプリセットレベルを超え、そのレベルが非常に高く、処理シャフトのみに導入される時に、消毒剤との接触時間が十分に生じない場合、消毒薬を収容シャフト３４に添加することにより、十分な消毒薬との接触が保証される。排出された廃水流量が通常の設計流量まで一旦減少すると、消毒薬がディスペンサ７８でのみ再度導入されてもよい。消毒薬が収容シャフト３４に投入されなくなった後しばらく、廃水の流れが通常レベルで続く場合、降雨事象の終了した時に収容シャフト３４には消毒薬は殆ど残らない。消毒薬の使用量を減らすために、前述の図１および３における実施形態において任意の補助消毒薬ディスペンサを利用することもできる。

本システムおよび方法は、高品質のオーバーフロー排出を維持する一方で、下水システムの作業者による消毒薬の利用を最小限にすることができる。自治体の下水システムの設計は常に妥協の連続であり、収容量と、建設および操業コストとが相反している。本発明は、必要な消毒薬の量を効果的に最小限にする一方で、合理的なコストで非常に大きい廃水貯留池を建造するのを可能にする。

本発明の複数の実施形態が図示および記載されたが、これらの実施形態は本発明に考えられる全ての形状を図示および記載することを意図していない。むしろ、本明細書に使用された用語は、限定ではなく説明の用語であり、本発明の精神および範囲を超えることなく様々な変更が実行できることを理解されたい。

Claims (18)

1. 多い降雨事象の時に発生した下水システムからの過剰な廃水を処理する廃水処理システムにおいて、当該廃水処理システムが：
   前記下水システムから超過廃水を直接受けるように構成された吸入口を有する第１の収容チャンバであって、上端部と下端部とを有しており、前記上端部はオーバーフロー放出口を有する第１の収容チャンバと；
   上端部と下端部とをそれぞれ有する第２および第３の収容チャンバであって、前記第２および第３の収容チャンバの下端部は互いに流体連通しており、前記第２の収容チャンバの前記上端部は前記第１の収容チャンバの前記オーバーフロー放出口から廃水を受けるように構成された吸入口を有し、前記第３の収容チャンバの前記上端部は廃水排出路のオーバーフロー放出口を有する第２および第３の収容チャンバと；
   前記第２および第３の収容チャンバの少なくとも一方の前記廃水に処理剤を導入する処理剤ディスペンサと；
   前記第１の収容チャンバと、前記第２および第３の収容チャンバの少なくとも一方との底部に設けられた下水ポンプと；
   前記下水ポンプと前記下水システムとを相互接続する下水管とを具えており、
   多い降雨事象の時、前記廃水が前記下水システムから前記第１の収容チャンバに流れ、前記第１の収容チャンバが満たされた場合に廃水は前記第２の収容チャンバへ流れ出て、これにより、前記廃水が前記第２の収容チャンバを通って最初に下方向に流れ、その後前記第３の収容チャンバを通って上方向に流れ、
   前記処理剤は前記廃水排出路に流入する前に前記廃水を少なくとも部分的に消毒し、
   前記多い降雨事象が終了した時、前記下水ポンプが前記第１、第２および第３の収容チャンバの廃水を前記下水システムに戻すことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、少なくとも１の前記収容チャンバの前記上端部に配置されたほぼ水平方向のスクリーン装置をさらに具えることを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムがさらに、前記廃水により運ばれた細片を捕捉するために、少なくとも１の前記収容チャンバの上端部にスキマー壁を具えていることを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記第２および第３の収容チャンバが、共通の仕切り壁により分離された１つの処理シャフト内の隣り合った部分であることを特徴とするシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記処理シャフトの直径が少なくとも４０フィートであることを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記処理シャフトが少なくとも毎秒６００立方フィートの流量を収容して前記廃水排出路に流入する前記廃水を実質的に消毒するように構成されていることを特徴とするシステム。
7. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記廃水処理システムが、少なくとも１千万ガロンの容量を有していることを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記第２および第３の収容チャンバが、導管により相互接続された、間隔を空けて隣接する２つのチャンバであること特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記第２および第３の収容チャンバが少なくとも毎秒６００立方フィートの流量を収容して前記廃水排出路に流入する前記廃水を実質的に消毒するように構成されていることを特徴とするシステム。
10. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記第１の収容チャンバが、少なくとも直径４０フィートのシャフトにより形成されることを特徴とするシステム。
11. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記廃水処理システムが、少なくとも１千万ガロンの容量を有していることを特徴とするシステム。
12. 請求項８に記載のシステムにおいて、第１の収容チャンバが、前記第２および第３の収容チャンバの合計容量の８０％以上の容量を有することを特徴とするシステム。
13. 下水システムの処理能力以上の廃水を発生させるほど多い降雨事象の時に発生する前記下水システムからの過剰な廃水を処理する方法において、当該方法が：
    第１の収容チャンバにおいて前記下水システムからの前記過剰な廃水を受け取るステップと；
    降雨事象の時に前記第１の収容チャンバが満たされた場合、廃水が第２の収容チャンバに流れ出ることを可能にするステップと；
    廃水排出放出口に達した廃水を消毒するために、前記第２の収容チャンバに達した前記廃水に処理剤を投入するステップと；
    前記降雨事象の完了時に、下水ポンプが前記第１の収容チャンバ、第２の収容チャンバおよび第３の収容チャンバの廃水を前記下水システムに戻すステップと；
    を具えており、
    前記処理剤を前記第２の収容チャンバに投入することにより、前記処理剤の量を減少させることができ、
    前記第１の収容チャンバはオーバーフロー放出口を有する上端部を具えており、
    前記第２の収容チャンバは第３の収容チャンバと連結され、上端部と流体連通している下端部とをそれぞれ有しており、前記第２の収容チャンバの前記上端部は前記第１の収容チャンバの前記オーバーフロー放出口から廃水を受けるように構成された吸入口を有し、前記第３の収容チャンバの前記上端部は廃水排出放出口を有していることを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記降雨事象の完了時、前記下水ポンプが、前記第２および第３の収容チャンバ内の処理剤が投入された廃水よりも前に、前記第１の収容チャンバ内の廃水を前記下水システムに戻すことを特徴とする方法。
15. 多い降雨事象の時に発生した下水システムからの超過廃水を処理する廃水処理システムにおいて、当該廃水処理システムが：
    前記下水システムから超過廃水を直接受けるように構成される吸入口を有する第１の収容チャンバであって、上端部と下端部とを有しており、前記上端部はオーバーフロー放出口を有する第１の収容チャンバと；
    上端部と下端部とを有する第２の処理チャンバであって、前記第１の収容チャンバの前記オーバーフロー放出口から廃水を受けるように構成される吸入口を有しており、前記上端部は廃水排出路のオーバーフロー放出口を有する第２の処理チャンバと；
    前記第２の処理チャンバの前記廃水に処理剤を導入する処理剤ディスペンサと；
    前記第１の収容チャンバまたは前記第２の収容チャンバの底部に設けられた少なくとも１の下水ポンプと；
    前記下水ポンプと前記下水システムとを相互接続する下水管とを具えており、
    多い降雨事象の時、前記廃水が前記下水システムから前記第１の収容チャンバに流れ、前記第１の収容チャンバが満たされた場合に廃水は前記第２の処理チャンバへ流れ出て、 前記処理剤は前記廃水排出路に流入する前に前記廃水を少なくとも部分的に消毒し、
    前記多い降雨事象の完了時、前記下水ポンプが前記第１の収容チャンバおよび前記第２の処理チャンバの廃水を前記下水システムに戻すことを特徴とするシステム。
16. 請求項１５に記載のシステムにおいて、１対の下水ポンプが前記第１の収容チャンバおよび前記第２の処理チャンバの底部に設けられており、前記降雨事象の完了時に、前記下水ポンプは、前記第２の収容チャンバ内の廃水よりも前に、前記第１の収容チャンバの廃水を前記下水システムに戻すことを特徴とするシステム。
17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、前記廃水処理システムが、少なくとも１千万ガロンの容量を有していることを特徴とするシステム。
18. 請求項１５に記載のシステムにおいて、前記第１の収容チャンバの前記廃水に処理剤を任意に導入する補助処理剤ディスペンサをさらに具えることを特徴とするシステム。

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