JP5989643B2 - 固体分離装置を含む浄化装置及び廃水浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体分離装置を有する浄化装置に関する。本発明はまた、廃水浄化方法に関する。生分解性成分を含む流体は廃水と見なされる。

係る固体分離装置を含む浄化装置は従来技術から知られている。一例は欧州特許出願公開第２０６５３４４Ａ１に開示されている。上向流嫌気性スラッジブランケット（ＵＡＳＢ）廃水処理は、一般的に、顆粒状嫌気性スラッジ床を含む反応容器を含む反応装置を用いるプロセスである。流入廃水は、前記床の下部に均一に分配され、前記バイオマス床を通じて上向きに流れる。前記流れは、前記液体レベルに向かって前記流れを通じて上向きの方向を見出す気体流により前記反応容器内を連続的に移動する。

前記知られた実施態様では、前記反応装置の上部近くで、三相分離装置（これはまた、気−液−固体分離装置として知られている）内又は固体分離装置内で、前記水相は、スラッジ固体及び気体から分離される。欧州特許出願公開第２０６５３４４Ａ１号は、固体収集チャンバを含む固体と気体の分離装置を開示する。前記プロセス又は反応チャンバからの流れは、前記分離装置及び前記固体収集チャンバへ入る。前記分離効率は、相対的に低乱流条件下ではより高い。これに代わる固体分離装置は、固体収集チャンバを持つ必要はなく、気泡装置及び篩い装置などとして知られている。

前記知られた実施態様では、前記固体分離装置からの固体と分離された流体は前記反応装置へ輸送されて戻され、そこで密度差により下向き流れが開始される。前記反応装置の下部部分では、前記流体は前記スラッジ又は流入物と混合される。気泡、例えば嫌気プロセスで形成される気泡により、前記流体が上向きに輸送される。この方法で、流体流れの循環が反応容器内で確立される。

固体分離装置を含む知られた浄化装置の欠点は、前記固体分離装置内で分離される流体が気体成分又は気泡を含むことであり、これが上昇して乱流を形成する、ということである。これらの気泡はまた、より重いスラッジ粒子を上方に持ち上げ、前記固体分離装置内での分離プロセスを邪魔する。この効果は、「スラッジ浮遊」又は簡単に「浮遊」として知られている。これらの欠点は、スラッジを他の液体及び気体と分離する固体分離装置の効率を制限し、かつ浄化装置の機能を制限している。

前記従来技術によると、前記反応装置内のスラッジ床は、固体収集チャンバ内の分離された粒子物質が前記液体を通ってスラッジ床に落ちることができるように前記固体分離装置よりも十分下部にあるべきである。前記スラッジ床が前記固体分離装置を効果的に囲む場合には、この落下効果は生じず、かつ前記固体分離装置は粒子物質で満たされ機能を停止することとなる。従って、知られた固体分離装置は、操作の際に前記液体及びスラッジ床のレベルに対して特有の要求があり、これが浄化装置の設計者の自由を奪うこととなる。

固体分離装置を前記反応容器の上部近くに設置することはさらに欠点となり、前記反応装置の建設を複雑なものとする。

欧州特許出願公開第０４９３７２７号は、外部パイプに接続された外部気泡分離装置を持つ機械的浄化装置と、ＵＡＳＢとの組合せについて開示する。内部的に前記浄化装置は底部で機械的分離装置を形成し、これにより粒子物質が前記機械的分離装置下部の沈降チャンバ内に沈降させることができる。前記粒子物質は、前記機械的分離装置を、反対方向、上向き方向へ横断することはできない。このシステムの欠点は、２つの別のタイプの分離装置が使用され、外部分離装置が前記反応容器を通じるパイプを必要とする、ということである。さらに、スラッジは、前記流入ラインの下部の沈降空間内に沈降し、前記スラッジはそれ以上は流入物と相互作用せず、嫌気性プロセスの効率が最大ではない。

本発明の課題は従来の浄化装置を改良することである。本発明のさらなる課題は、廃水の浄化のための改良された方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、低コスト浄化装置を提供することである。

前記課題は、廃水などの流体の浄化のための浄化装置により解決され、前記浄化装置は：
− 流体のための反応容器を含み、前記反応容器は反応チャンバと底部を持ち、
− 上端部と底端部を持つダウナーを含み、前記ダウナーの上端部は前記反応容器から流体を収集するための流体収集装置へ接続され、かつ前記ダウナーが前記流体を前記反応容器の前記底部に向かって移動させるように構成され、
− 流体から固体を分離するように構成される固体分離装置を含み、前記固体分離装置は流体を前記固体分離装置に導入するように構成される流体入口及び前記固体分離装置から分離された流体を除去するように構成される流体放出装置を含み；
前記固体分離装置の前記流体入口が前記ダウナーの底端部に接続され、及び前記固体分離装置が前記反応容器内、前記反応容器の前記底部上又は近くに配置されている。前記固体分離装置は前記反応容器内に配置され得る。前記装置は前記容器の底部に配置され、操作中に前記スラッジ床が前記固体分離装置を包み込む。

従って、一つの実施態様では前記浄化装置は反応容器、ダウナー及び固体分離装置を含む。前記反応容器は流体を含むように構成される。前記反応容器は反応チャンバの底部を含む。一つの実施態様では、前記ダウナーは、前記反応容器から流体を集めて前記流体を前記反応容器底部へ移送するように構成される。一つの実施態様では、前記固体分離装置は、流体を前記固体分離装置の固体収集チャンバ内に供給するための流体入口を含む筺体を含む。前記固体分離装置はさらに、粒子状物分離構成を含み、これは前記流体中の固体と液体物をそれぞれに分離するように構成される。一つの実施態様では、前記固体分離装置はさらに、流体、特に分離される流体を固体分離装置から除去するための流体放出装置を含み、前記流体放出装置は、前記粒子状物分離構成から下流に配置される。一つの実施態様では、前記固体分離装置は、前記反応容器の底部に配置される。さらなる実施態様では、前記固体分離装置は、前記反応容器の底部近く、例えば支持脚部で支持されるか、又は容器壁からつるされた前記反応容器のより低い部分に配置される。このことは有利に、前記ダウナーが、前記反応容器の上部部分内の前記ダウナーの上端部と前記反応容器の下部部分内の前記ダウナーの底部分とが本質的に垂直に延びることを可能とする。前記固体分離装置が前記反応容器の底部に配置される場合には、このことは有利に、前記ダウナーの上端部（流体が収集される）及び前記固体分離装置（流体が分離される）との間の高低差が最大となり得る。さらに、前記反応チャンバ又は反応容器の底部又は床上又はその近くに前記固体分離装置を配置することは、建設する上で有利とり、この理由は、表面上に前記装置を配置することは、従来技術例では必要とされるように前記装置をある高さに配置するよりも容易であるからである。固体分離装置を前記浄化装置の底部上、特に前記反応容器の底部又は床上に配置することのさらなる利点は、前記スラッジ床が沈降する領域が減少し、これにより前記反応容器の底部近くで流体とスラッジとの混合が改善される、ということである。固体分離装置を前記浄化装置のより低い部分に配置する他の利点は、前記分離される粒子状物が前記より低い部分で前記反応容器内に再導入され得る、ということである。この利点により、前記スラッジ床が前記物質を濾過することを可能にし、かつ前記物質が前記流体レベルへ即時に上昇することを防止する傾向となる。前記固体分離装置を前記容器の外部よりもむしろ内側に配置する利点は、前記固体分離装置の内部圧力と前記容器を取り囲む部分との圧力が等しいということであり、これにより圧力差を処理するために固体分離装置を強化する必要性がない、ということである。他の利点は、垂直パイプのみが必要であるということであり、また前記容器内の内側と外側を行き来する水平パイプが必要ない、ということである。垂直パイプのみ必要であるという利点は、固体が沈降することでパイプが詰まるリスクを最小化できる、ということである。

一つの実施態様では、前記固体分離装置の流体入口が前記ダウナーに接続される。前記ダウナーは、流体をより高いレベルから下方に移送することを可能とし、この実施態様により、この流体が前記固体分離装置へ供給される流体である。前記反応装置の上部近くからの流体物は、前記反応の底部近くの流体物よりも気体状の溶解（可能な）物質の比率がより低い。

発明者は次のことを洞察した、即ち、従来技術の固体分離装置が配置される前記反応装置の上部近くの流体は、前記反応装置内の平均水圧と比較してより低い水圧であり、このことは、溶解気体成分を「緩和」させて前記固体分離装置内で泡を形成させる（これは前記固体分離装置に悪い影響を与える）ということである。

より高い圧力では、液体又は流体は、より低い圧力の液体と比較して、より多くの溶解気体成分を含み得るという事実は、本発明では有利に作用する。ある高さ（前記ダウナーの上部と底部の間の高低差）から前記固体分離装置内に流体を導入することで、より低い（比率の）気体物質を含む流体が前記固体分離装置内に導入されることとなる。有利なことに、前記浮揚効果は大きく低減され、前記固体分離装置の効率を改善する。有利には、本発明は、浄化装置のモジュラー設定が可能となり、前記固体分離装置は、前記反応装置とは別に建設され販売され得る。

一つの実施態様では、前記固体分離装置は、前記分離装置から流体を除去するための流出物ラインを含む。前記流出物ラインはポンプに接続され、操作の際に前記ポンプが前記流出物ラインを通じて本質的に定常流を生成し、その結果前記固体分離装置に吸引効果を与えることとなる。前記吸引効果により、物質が前記ダウナーから前記分離装置内に一定した速度で抽出され、このことは前記固体分離装置の有利な機能である。

本発明による一つの実施態様では、前記固体分離装置は、分離される固体を受け取るように固体収集チャンバを含む。前記固体分離装置による、特に前記装置の粒子状物分離構成による前記流体から分離される固体は、前記反応装置内に再導入される前に前記固体収集チャンバ内に有利に集められ得る。

本発明による一つの実施態様では、前記ダウナーの上部と前記ダウナーの底部との間の流体圧差は、少なくとも０．５バール、好ましくは少なくとも１バールである。一つの実施態様では、前記圧力差は、少なくとも１．５バール、２バール又は２．５バールである。

本発明による一つの実施態様では、前記浄化装置は気体分離装置を含み、前記気体分離装置は前記流体収集装置に接続される流体出口を含む。有利には、前記気体分離装置（一つの実施態様では操作の際に前記浄化装置の前記流体レベル近くに配置される）は、気体物質を前記流体から除去し、さらに、前記ダウナーにより実質的に集められ前記固体分離装置へ導入される流体の気体含有量を低減する。前記気体分離装置は、運用浄化装置の前記流体表面のレベルの下に配置され得る。前記気体分離装置は、前記浄化装置のオーバーフロー装置の下に配置され得る。特に、前記流体表面の下の気体分離装置へ前記ダウナーを接続することが有利であり、というのはダウナーをオーバーフロー装置へ直接接続することは前記ダウナーへの望ましくない気体の泡を導入し得るからである。

本発明の一つの実施態様では、前記固体収集チャンバは、前記固体収集チャンバから、収集され又は受け入れられた物を除去するための手段が設けられている。積極的に収集された物質を除去することで、固体収集チャンバ、例えば固体分離装置の下部部分内のホッパー内部の固体収集チャンバは、前記固体収集チャンバから前記粒子状物分離構成への流れに干渉する粒子状物質で満たされない。前記固体収集チャンバは、前記反応チャンバ内に又はその方向に戻すための粒子状物を含む流体の１又はそれ以上の出口を含む。分離された、特に粒子状固体物質は前記反応容器内に再循環される。出口は、前記固体収集チャンバの壁に、前記固体収集チャンバから前記浄化装置の反応容器へ流体及びスラッジを除去するために開口することで形成される。

本発明の一つの実施態様では、分離された物質を除去する前記手段は、流体入口システムと流体接続される分岐区画を含む。前記分岐区画は、パイプとして形成され得るものであり、前記固体収集チャンバの内部に開口端部を持ち、ここで前記チャンバから収集された物質を取り込むことができる。

一つの実施態様では、粒子状物質は、前記固体分離装置の固体収集チャンバから、前記反応容器内へのさらなる流入物の流れ又は再利用流入物と流入物との混合物のさらなる流れにより形成される吸引効果により除去される。本発明の一つの実施態様では、前記流体入口システムは、前記分岐区画を通じて吸引効果を生じるように構成されるジェットポンプ又はノズルなどの注入部を含む。前記ジェットポンプは、パイプ区画の出口開口部として形成され得るものであり、前記パイプ区画は前記開口部の直前にくびれ部を有する。前記パイプ区画及び前記出口開口部を通じて流体が流れる場合、前記くびれ部の圧力は低下される。前記くびれ部近くの前記パイプ区画に前記分岐区画を接続することで、操作条件下での減少した圧力は吸引効果を生じ、これにより、収集された粒子状物質などの物質を前記分岐区画へ吸引する。前記物質はまた、前記注入部から前記反応チャンバ内へ放出される。

前記入口システムは、従って少なくとも２つの目的を持つ。前記入口システムは、流入物又は流入物と再利用物の混合物を前記反応チャンバへ導入し、それにより、前記出口開口部からの前記物質の移送が吸引効果を生じ、これにより、前記粒子状物分離構成により分離された粒子状物を前記固体収集チャンバから吸引する。前記固体分離装置が反応容器又は反応チャンバの内に配置される一つの実施態様では、前記粒子状物質はそれにより前記チャンバ内に導入されることとなる。有利には、前記粒子状物質の前記スラッジとの混合を最適化するために、前記粒子状物質は直接反応チャンバ内のスラッジ床内に導入され得る。かかる固体分離装置のさらなる利点は、前記吸引が十分強いものであり、反応容器の前記スラッジ床内で効果的に囲まれていても又はスラッジ面の下に埋め込まれていても、機能し得る、ということである。

前記流入物は、流体又はウオータージェットのように効果的に挙動し、前記固体分離装置の下部側近くに収集された前記粒子状物に吸引力を与えることができ、これにより前記物質を前記固体収集チャンバから除去することを助ける。収集された粒子状物を効果的に除去することにより、前記固体分離装置が前記スラッジ床に埋め込まれていても機能することとなり、前記固体分離装置を前記スラッジ床よりも高い位置に配置する必要がなくなる。一つの利点は、固体分離装置などを利用する浄化装置の建設が単純化される、ということであり、これは前記浄化装置の反応チャンバ又は反応容器が、前記スラッジ床の上の高さに固体分離装置を支持する必要がないからである。

一つの実施態様では、前記液体放出装置からの流出物の一部分は、前記反応容器内に、前記ジェットポンプの供給物として流入物と共に再導入、好ましくは再注入される。

本発明の一つの実施態様では、前記固体分離装置は、角度付き壁部を含み、これは前記反応容器の上部から底部に向かい、外側から内側に傾斜付けられている。有利には、これらの角度付き壁部は、前記反応チャンバ又は反応容器内でテント状の構造を形成し得る。前記反応チャンバの高い部分から下降するスラッジは、前記角度付き壁部を前記流入ノズルの方向に滑落し、これにより前記反応装置の底部上で混合されない領域が形成されるリスクを最小化し得る。

本発明の一つの実施態様では、前記浄化装置は複数の分離装置を含む。有利には、特に大型の反応容器のために、複数の小型の分離装置が、一つだけの大型の分離装置よりもより効果的に作用し得る。

本発明の一つの実施態様では、前記粒子状物質分離構成は、チャンネルを形成する一列の傾斜した平行板を含む。前記傾斜した平行板は、粒子状物分離構成として作用する。これらの板で形成されるチャンネルは、それらを通る流体を分離する。粒子状物質は前記平行チャンネルを下降する傾向があり、一方液体物質は前記平行チャンネルを上昇する傾向がある。本発明の一つの実施態様では、前記粒子状物質分離構成の傾斜した平行板は、前記固体収集チャンバのから前記固体分離装置の液体放出の方向に上昇する流れを生じるように構成され建設される。前記粒子状又はスラッジ状物質は前記固体収集チャンバの内に収集され、一方再利用され、浄化された液体物質は前記固体収集チャンバから、かつ最終的には前記浄化装置から前記液体放出装置を介して放出され得る。一つの実施態様では、前記固体収集チャンバは前記粒子状物質分離装置の下に配置される。この方法で、前記固体収集チャンバ内への入口流れを、前記液体放出装置の方向の出口流れの方向と対向するように方向付けされる。この結果、前記入口及び出口流れは、前記固体収集チャンバ内で循環流れとなる。

本発明の一つの実施態様では、ポンプが備えられ、流入物又は流入物と前記固体分離装置の液体放出からの流出物との混合物を前記入口システムを介して前記反応チャンバ内にポンプ輸送する。有利には、前記ポンプは、負圧を形成し、分離された粒子状物質を前記固体収集チャンバから前記反応チャンバ内に除去するために必要なウオータージェットを生じる。

前記ポンプを、平行板を含む粒子状物質分離構成と組み合わせて使用することが有利であり、というのは前記ポンプが、前記流れを、前記板上で本質的に定常速度で流すからであり、このことは前記平行板の機能上好ましい。

他の実施態様では、前記ダウナーは流体を前記容器から収集することができ、かつ部分的に前記容器の外に延びる。前記固体分離装置は、前記ダウナーの外部通路内に配置され得る。

本発明は、固体分離装置を提供し、これはこれまで説明された本発明の浄化装置で使用されるように構成される。

本発明はさらに、浄化装置を用いる廃水の流体の好気的又は嫌気的浄化のための方法を提供するものであり、前記方法は次にステップ：
− 前記浄化装置の反応チャンバからのある量の流体中の水圧を、第１の圧力値から第２の圧力値へ上昇させるステップを含み、前記第２の圧力値が前記第１の圧力値よりも高く；
− 前記流体の量から粒子状物質を分離するステップ；及び
− 前記分離された粒子状物質を前記反応チャンバへ再導入するステップ、を含む。

前記浄化装置は上で説明された浄化装置であり得る。
上で説明された固体分離装置は、液体から固体を分離するために使用され得る。固体分離装置内で生じる浮遊効果のため、粒子状液体物質に（少なくとも部分的に）分離されるべき前記流体の圧力を、分離ステップに先立って上昇させることが有利である。これにより前記固体分離装置の効率を改善する。

本発明のさらなる実施態様では、前記水圧を上昇させることは、ある量の流体を前記反応チャンバ内の第１の位置から、前記反応チャンバ内の第２のより低い位置（例えば上で説明されたダウナーを用いて）へ移送するステップを含む。一つの実施態様では、前記第２の圧力値は、前記第１の圧力値よりも、少なくとも０．５バール、好ましくは少なくとも１バール高い。

本発明の一つの実施態様では、ある量の流体内の水圧を上昇させるステップは、前記ある量の流体からある量の気体を分離するステップに先行される。前記流体から気体を少なくとも部分的に除去することで、続く粒子状物質分離ステップでの浮遊効果をさらに低減することができる。

本発明の一つの実施態様では、粒子状物質を前記反応チャンバ内に再導入するステップは、前記粒子状物質を、固体分離装置の固体収集チャンバから、前記反応チャンバ内への、さらなる流入物又は流入物と再利用物との混合物の流れにより形成される吸引効果により除去される。有利には、この手段は、新たな浄化されるべき流体物質を前記浄化装置内に導入し、かつ同時に、既に収集された粒子状物質又は前記固体分離装置から前記浄化装置の反応チャンバ内に受け入れられるべき粒子状物質を洗い流し、それによりスラッジ床を撹拌し、混合を改善する。本発明のさらなる実施態様では、粒子状物質は、前記固体分離装置の固体収集チャンバから流体ジェットにより除去される。

以下、本発明の側面は、添付の図面を参照して説明される。

図１ａは、本発明による、１つの浄化装置を模式的に示す。 図１ｂは、本発明による、１つの浄化装置を模式的に示す。 図２ａは、本発明による浄化装置の１つの固体分離装置を模式的に示す。 図２ｂは、本発明による浄化装置の１つの固体分離装置を模式的に示す。 図２ｃは、本発明による浄化装置の１つの固体分離装置を模式的に示す。 図３は、本発明による浄化装置の１つの流体収集装置及び気体分離装置を模式的に示す。 図４は、本発明による、他の流入物入口配置を模式的に示す。 図５は、本発明の他の変更例を模式的に示す。

図１ａ及び１ｂを参照して、前記浄化装置１００は反応容器１０を含む。前記反応容器１０は、入口システム３２を、前記浄化装置内に流入物を導入するために設けられ、かつ出口ライン３３を、前記浄化装置からの再利用流体又は流出物を除去するために設けられている。前記浄化装置１００はさらに、バイオガス出口ライン９４を、前記反応容器内の前記流体から分離されたバイオガスをバイオガスユニット３７へ除去するために設けられ、バイオガスユニット３７で前記バイオガスは収集され、又は利用される。

流入物源３４は、流体ラインを介して流入物ライン３１へ接続される。ポンプ３０は流入物ライン３１に接続され、及び操作の際には、流入物源３４からの流入物と前記出口ライン３３（これは流入物ライン３１と接続されている）からの流出物との混合物を、流入物ライン３１を介して前記入口システム３２へ、従って反応容器１０内へ移送させる。１つの変更実施態様では、図１には示されていないが、流入源３４は、ポンプ３４の下流で前記流入ライン３１へ接続される。

流出物パイプ２８は、流出物収集ライン５６を、前記反応装置の上部部分、操作条件では前記流体レベル近くに位置される前記脱ガス／ウオーターロック容器８１に接続する。この流出物パイプ２８及び容器８１では、前記流体は「緩和し」、溶解気体は気泡を形成し、容器８１から前記反応装置のヘッドスペース９３から排除される。容器８１は、前記結合流出物パイプ８３、８４及び３８と共にウオーターロックとして作用し（図３参照）、気体が、前記反応装置を出る流入物が、例えば流入物除去ライン８４及び３８を介して前記ヘッドスペースから収集ユニット３５’へ逃がすことを防止する。流出物は、前記反応装置から、流出物除去ライン８４及び３８を介して収集ユニット３５’へ出るようにされてもよい。前記固体分離装置２０で生成され、又はダウナー１４（以下参照）を介して導かれた気体は、前記反応装置のヘッドスペース９３にパイプ２８を介して方向付けられるが、前記容器８１は、この気体が流出物除去ライン８４に入ることを防止する。前記反応容器の上部では、バイオガス出口ライン９４が設けられ、そこでバイオガスがヘッドスペース９３からバイオガス収集ユニット３７へ入るように除去され得る。

また、調節可能弁３６を含む分岐ラインが前記出口ライン３３に接続される。開放位置で、いくらかの前記流出物が、前記分岐ラインを介して、前記流出物収集ユニット３５へ、前記出口ライン３３から運ばれる。従って、全ての流出物が前記流入物源３４からくる前記流入物と混合されるものではない。前記流入物源３４からの流入物が過剰の汚染物を含む場合（例えば、スラッジ様又は粒子物、又は生分解性成分）、前記浄化装置は最適に作用しない場合があり得る。有利には、前記流入物を、流出流体とある程度混合して希釈し、浄化装置へ最適混合物を導入する。

流出物は、従って、前記流出物パイプ２８又は出口ライン３３を介して収集ライン５６からくる前記反応装置から除去され得る。これらのいずれかの選択肢を用いる他の実施態様も可能である。さらに、流出物を前記のように流入物と混合する、又は混合しない実施態様も可能である。流出物収集ユニット３５及び３５’は単一ユニットとして実施され得る。

浄化装置の前記反応容器１０の内側は反応チャンバ１１を含む。操作条件下では、前記反応容器は、流体を含み、前記流体は、流体レベル６１を有し、かつ前記流体レベル下部でスラッジ床６０を含む。前記反応チャンバ１１では、特に前記スラッジ床６０内及び近くで、廃水が、現例示では嫌気的に、気体と、かつ比較的少量の生物的スラッジ又は粒子状物質を形成する。

前記気体、液体及び粒子物質の混合物が前記反応容器１０内に自由に流動し得る。前記流体は前記流体中での密度差で駆動され得る。低密度では表面へ上昇する。ある場合には、気体が（より重い）粒子状物質に付着し、その結果前記粒子がまた表面６１へ向かって上昇する。前記反応チャンバ１１での（生）化学反応の結果流体中で乱流が生成される。

図１に示される実施態様では、固体分離装置２０は、分離容器２５を含み、反応容器１０の内部に位置されている。パイプとして形成されたダウナー１４は、前記スラッジ床上部、前記反応チャンバ１１の上部分から、前記反応チャンバ１１の下部部分（そこで前記固体分離装置２０と接続されている）へ垂直に伸びている。前記固体分離装置２０は、例示的に前記反応容器の底部１２上に設けられている。

好ましくは、前記固体分離装置２０は前記反応容器のより低い部分に設けられるものであり、そこでは前記反応チャンバ１１のより高い部分よりもより高い圧力が得られるからである。前記固体分離装置２０は、操作条件下で、前記スラッジ床６０により完全に又は少なくとも部分的に囲まれるように位置され得る。前記固体分離装置２０は、粒子状物質分離構成２１及び固体収集チャンバ２３を含み、固体収集チャンバ２３では分離された粒子状物質が収集される。現在の例示では、前記固体収集チャンバ２３は、前記分離容器又は前記粒子状物質収集分離構成２１の下部のハウス２５の下部部分のホッパー２４の内部に設けられる。前記固体分離チャンバ２３は、前記収集された物質を前記反応チャンバ１１内に戻すための手段と共に設けられる。

種々の粒子状物質又は固体分離構成２１が当業者には利用可能である。現在の例示では、傾斜平行板（４８）に基づく物質分離構成が記載される。しかし、他の固体分離構成も、本発明により可能であり、例えば気泡構成や篩い構成である。

前記ダウナー１４の上端部９１は、前記反応チャンバ１１の上部分に設けられる流体収集装置１３へ接続される。前記浄化装置がスラッジ床と共に操作される場合には、前記上部９１及び前記流体収集装置１３は、前記スラッジ床レベル６０を超えて位置されるべきである。前記浄化装置はまた、混合モード、即ち、前記反応容器が、本質的にスラッジ床のない流体を含むモードで操作され得る。前記底端部９２及び前記固体分離装置は、スラッジ床レベルの下に設けることも可能であるが、しかし、前記浄化装置はまた、それらが前記スラッジ床レベル６０の上に設けられる場合でも同様に機能し得る。前記流体収集装置１３は、前記反応チャンバの上部部分からの流体を収集するように構成され、そこでは底部部分よりもより低い圧力であり、この流体を前記固体分離装置２０に向かって前記ダウナー１４内に移送するように構成される。この流体移送効果は、重量及び／又は前記ダウナー１４からの吸引力により得られ得る。前記流体収集装置１３に、気体分離装置４５が接続されている。前記気体分離装置４５は、前記流体レベル６１近くから流体を取り込み、気体成分を他の流体成分から分離するように構成される。前記気体物質は、前記反応装置のヘッドスペース９３へ導かれ、最後のバイオガス出口ライン９４を介して前記反応装置から除去される。

図１から３に基づき、浄化装置１００の例示的部品及び実施態様についてさらに詳細に説明する。

ダウナー１４は流体物質３９のためのパイプとして形成され、前記ダウナーは上端部９１と下端部９２を持つ。前記ダウナー１４は、流体流れを前記反応容器１０内に案内するように構成される。前記ダウナー１４は、前記容器内に流体の再循環流れを可能とするように構成される。前記流体レベル６１の近くから脱ガス流体が前記反応容器１０内のより低いレベルへ移送される。

前記ダウナー１４の底端部９２は前記固体分離装置２０の流体入口に接続される。図２ｂ又は２ｃで示されるように前記固体分離装置２０において、前記ダウナー１４は、前記分離容器２５の入口区分７２の平坦屋根部に突出する。前記現例示での固体分離装置２０の流体入口を形成する前記入口区分７２に次いで、前記分離容器２５は固体収集チャンバ２３を含み、これは現例示では、沈降区分７３内にあり、沈降区分７３は前記入口区分７２から隔壁７１で分離されており、前記隔壁は前記分離容器２５の屋根部から下方に伸びている。流体はダウナー１４から前記入口区分７２へ流入し、その後前記隔壁７１の下を前記沈降区分７３へ固体分離チャンバ２３を介して流れる。固体は沈降区分７３で分離され、固体収集チャンバ２３へ流れて戻る。

他の構成もまた可能である。前記隔壁７１はなくてもよく、その場合前記ダウナーからの流体は、前記入口区分７２から容易に前記沈降区分７３へ流れ込む。さらなる例では、前記入口区分７２はなくもよく、前記ダウナーは、前記固体分離装置２０の屋根部４０を通じて前記固体収集チャンバ２３内に突き出ている。現例示では、前記固体分離装置２０の屋根部４０は切妻屋根状であり、角度があって、水平ではなく、スラッジが屋根部に容易に沈降しない。有利には前記スラッジは前記角度のある屋根部から滑り落ちる。

図２ｂ及び２ｃでの分離容器は垂直壁部４１を持ち、これは前記屋根部４０の下に垂直に延びる。図２ｂの前記分離容器２５の下半分は角度の付いた部分２６を持ち、これは上部から下部へ向かって、前記反応容器１０の側部への傾きが付けられて伸びている。これらの角度付き壁部２６の利点は、スラッジが容易にその上に沈降せず、むしろ重力の影響で滑り落ちる、ということである。１つの有利な変法では、前記スラッジは、前記混合ノズルの方向に滑り落ちる。前記スラッジの動きは、スラッジと流入物との混合を改善し、従って嫌気性反応を改善する。図２ｃは、前記角度付き壁部２６のない例であり、従って前記分離容器２５の前記ホッパー２４と支持脚部２９が見えている。前記角度付き壁部２６のない前記変法の利点は、前記装置の土台が小さく、従って前記沈降ユニットが支える必要のある機械的負荷がより小さくなるということである。特に前記反応チャンバ１１の底部１２の上に分配される複数の固体分離装置２０を用いる実施態様では、このことは特に有利となる。従って、１つの実施態様では、２又はそれ以上の固体分離装置及びダウナーが、１つの容器１０内に配置される。

前記分離容器２５の内部では、粒子状物質分離構成２１は、主に前記垂直壁部４１で囲まれ、例示装置が、図１ｂ（側面図）、２ａ（正面図）、及び２ｂと２ｃ（斜視図）に図示される。前記ダウナー１４からの流体は、前記粒子状物質分離構成２１から上流の点で前記分離容器２５内に導入される。前記流体は、前記固体収集チャンバ２３内で導入されるか、又は前記固体収集チャンバ２３から上流であって、そこから前記固体収集チャンバ２３及び前記粒子状物質分離構成２１の方に案内される入口区分７２などの点で導入される。好ましくは、前記流体は、前記粒子状物質分離構成２１に隣接する又は下にある前記固体収集チャンバ２３内に導入される。

図１ｂの例示的粒子状物質分離構成２１は、平衡板スタック４８を含む。前記平行板４８は垂直に方向づけられた最下部部４９を持つ。現例示では、前記粒子状物質分離構成２１は、前記流体をいくらか保持する効果を有し、この流体は前記分離容器２５内に前記ダウナー１４を介して前記分離容器２５の上の前記屋根部４０の下を流れ、ここで前記流出物収集ライン５６を介して出口ライン３３へ流れることとなる。前記粒子状物質のいくらかは、前記粒子状物質分離構成２１により、前記分離容器２５の前記固体収集チャンバ２３内に戻される。

図２ａの実施態様による固体分離装置２０は、流体放出パイプ５６を含み、流体を前記分離容器２５の上部分から放出する。前記放出パイプ５６は、入口孔５７を持ち、これにより流体を前記固体分離装置２０内に前記パイプ内に流すことを可能にする。前記放出パイプ５６は前記出口ライン３３に接続される。前記固体分離装置２０から放出された流体の量は、ポンプ３０を用いて制御され、操作される。流出物パイプ２８が前記放出パイプ５６に接続され、これはまた流出物を取り去るように構成される。加えて、前記流出物パイプ２８は、前記流体の気体成分を取り出すことができ、これがなければ気体成分は前記放出パイプ５６、又は前記固体分離装置２０のいずれかに集められ得る。前記流出物パイプ２８は、流出物容器８１内に開口端部８３を持つ（図３参照）。流出物パイプ２８は、しかし、前記固体分離装置２０では気体成分を一方のみ処理する。他の構成は、排気弁又はその他の圧力緩和装置を利用することができる。既に説明されたように、流出物ライン、出口ライン３３及び流出物パイプ２８の両方が存在することは必要ない。機能性浄化装置は、これらのいずれかのライン又は両方のラインを用いることで構成され得る。

図２ａに示される前記入口システム３２は、いくつかのパイプ画分５２を含み、これらは前記流入物ライン３１から流入物を受ける。パイプ画分５２の端部には、ノズル又はジェットポンプ、又は一般的に注入部５３が設けられる。前記注入部５３の近くには、分岐画分５４が前記パイプ画分５２に接続される。前記分岐画分５４は、少なくとも部分的に、前記固体収集チャンバ２３の内部に突き出る（現例では前記ホッパー２４の内部）。前記注入部５３は、前記注入部５３を通り前記反応チャンバ１１内に流体が流れるように構成されており、吸引効果が前記分岐画分５４を通じて物質を吸引する。図２ａの例示的実施態様では、３つの分岐画分５４が設けられ、それらは固体収集チャンバ２３内の３つの位置から沈降物質を吸引し、前記物質を注入部５３を介して前記反応チャンバ１１へ戻すことが可能である。

図の例では、前記流体収集装置１３の上部の前記気体分離装置４５が、平行板４６の間に形成されている。前記平行板４６は重なり構成で位置される。前記気体分離装置４５は、棒部８０で支持され、これは前記反応容器１０の壁に接続される。前記気体分離装置４５の平行板４６は、流体が前記板の間に形成されるチャンネルを通じて流れる際に、気体成分が上方に離れ、最終的に前記反応装置のヘッドスペース９３へ、かつ最後には前記バイオガス出口ライン９４へ案内されるように構成される。

前記浄化装置の操作は以下の通りである。操作条件下で、反応チャンバ１１は流体物３９で満たされる。好ましくは、前記流体物３９の流体レベル６１は、前記流体収集装置１３のすぐ上であり、かつ前記バイオガス出口ライン９４よりもずっと下である。これにより、前記バイオガスは、前記流体物３９から出て、前記流体レベルの上の前記反応チャンバの１１の部分（ヘッドスペース９３）に集められ、その後前記バイオガス出口ライン９４を介して前記浄化装置から出る。前記反応装置の上部からの流体物は最終的には前記流体収集装置１３に集められ、流体と粒子状物を分離するために前記固体分離装置２０内に導かれる。前記流体物は嫌気性スラッジの床を含む。その比較的高い重量により、前記スラッジ物はほとんどが前記反応チャンバ１１の下部部分内に位置する。

浄化されるべき流入物、例えば工場廃水は、ポンプ３０で、前記流入物源３４から流入ライン３１を介して前記反応容器１０内に導入される。前記容器に入る前に、前記流入物は出口ライン３３からの流出物と混合される。前記混合物は、前記入口システム３２を介して前記容器に入り、ジェットポンプ又はより一般的な注入部５３を通って前記反応チャンバ１１内に流れ込む。この流入物の流れは吸引力又は吸引効果を生じ、流体、特に前記固体収集チャンバ２３内の収集された粒子状物を、前記固体収集チャンバ２３から、分岐画分５４及び注入部５３を通って前記反応チャンバ１１内に引き込む。従って、有利には、沈降物はスラッジ床に戻され、ここで嫌気性プロセスが続行され得る。このことは、たとえスラッジ床が固体収集チャンバ２３全体を効果的に囲んでいる場合でも固体収集チャンバ２３が収集された分離物で満たされることはない事を保証する。従来技術による固体分離装置は、操作条件下で収集物を除去する前記吸引効果を欠失し、スラッジ床内で又はスラッジ床の下で機能することができない。

好ましくは、前記入口システム３２は、流入物の流れが、前記粒子状物分離構成２１の近くの前記固体収集チャンバ２３の領域で乱流を生じたり又は大きく流れを邪魔したりしないように構成される。

一つの実施態様では、注入部５３のいくらか又は全てが前記角度付き壁部２６の下に設けられる。
この場合には、平行に配置された側壁部２６の下で、前記流入流れの結果としてより乱流パターンが優先される。ひとつの実施態様では、全ての注入部５３が前記角度付き壁部２６の外側であるか、又は角度付き壁部２６が全く存在しない。

流入物と、前記スラッジ床内にこのように導入される前記固体収集チャンバ２３から吸引された収集物との混合は、前記スラッジ床内で処理され得る。処理の際に気泡が形成され、気泡は、前記スラッジ床及び前記流体物から上昇していく。前記上昇する気泡はまた、スラッジ及び流体の動きを維持させる。前記流体の液体成分はまた、前記流体中のスラッジ及び粒子状物に比較して低重量により上昇する傾向がある。

液及び気体状物は、最終的に前記流体物の流体レベル６１近くに上昇する。ここでバイオガスは前記流体から、気体分離装置４５により分離され、前記バイオガスは最終的に、前記反応容器１０からバイオガス出口ライン９４を介して排出される。前記流体から前記流体表面６１を通って出た気体はまた、前記バイオガス出口ライン９４に収集される。前記現例での前記気体分離装置４５は、流体から気体を分離するための平行板４６と共に設けられる。しかし、前記流体から気体を分離するために他の手段、特に平行板を用いない手段もまた利用可能である。

ほとんど流体物を含む、反応チャンバ１１内のこの高さでの前記脱ガス流体物は前記流体収集装置１３に集められ、前記ダウナー１４を通って前記固体分離装置２０へ移動し、そこで前記分離容器２５の上部領域に入る。既に説明したように、前記分離容器２５へ入った流体は前記粒子状物分離構成２１内で分離される。前記装置は、前記分離容器２５の下部部分では、前記固体収集チャンバ２３、スラッジ及び粒子状物が集められるように、かつ前記分離容器２５の上部部分では、前記屋根部４０の下で、液体物が出口ライン３３又は２８を介して除くために集められるように操作されるように構成される。

前記浄化された流体は、前記固体収集チャンバ２３及び前記粒子状物分離構成２１を通った後流出物出口ライン３３に到達し得る。前記粒子状物分離構成２１の平行板４８を通じて前記流体の移動は一般的に上方向であり得る。前記板は、前記沈降粒子状物が、前記板表面との摩擦により、前記固体収集チャンバの２３の方向に下向きに動く傾向となり、一方で液体は前記出口ライン３３の方向に上向きに動く傾向となるように構成される。

前記流体の流入が前記入口画分７２を通ることにより、その流れは前記固体収集チャンバ２３内に連続的に動かされる。そこから、前記流体は前記粒子状物分離構成２１を通って流れ得る。前記平行板４８の間のチャンネルの底部表面に沿って前記流体が上向きに流れる際に、準層流が形成され、前記流体中の重い粒子は容易に堆積され、かつ反対方向、即ち前記固体収集チャンバの２３の方向に流れ得る。他の粒子状物分離構成２１、例えば平行板４８を用いない構成も本発明の他の実施態様で使用可能である。

例示的実施態様では、前記固体分離装置２０が前記流出物パイプ２８を通じて気体の一部分を放出することができるが、前記固体分離装置２０は特に流体から気体を分離するように構成されていない。前記固体分離装置２０の気体分離装置のないこの構成は、前記ダウナー１４が比較的低い気体含有量の流体物を供給するということから可能である。加えて、固体分離装置２０を持つ従来技術の浄化装置で知られた浮遊問題は、前記ダウナーから前記流体の低い気体含有量によりずっと低減される。

前記平行板４８間に形成されるチャンネルを通って上向きに流れる前記流体は、入口孔５７を通じて放出パイプ５６に入ることが可能である。前記放出パイプ５６は出口ライン３３及び２８に接続される。前記放出パイプ５６は、前記固体分離装置２０の液体放出を形成し、かつこの液体の一部分は前記流入部システムに再利用され得る。

前記固体収集チャンバ２３は、前記収集された粒子状物を前記チャンバから前記反応チャンバ１１へ除去するための手段と共に設けられる。現例では、この手段は、分岐区画５４により実行され、この分岐５４は前記入口システム３２の一部分であり、前記固体収集チャンバ２３から物質を吸引するように構成され、従って前記流入物ライン３１からの流入物と混合可能となり、前記反応チャンバ１１に前記注入部５３を通って入る。

他の実施態様では、前記ホッパー２４内の前記固体収集チャンバ２３は、出口スリットと共に設けられ、前記出口スリットを通じて前記収集された物質が前記ホッパー２４から出て前記角度付き壁部２６の下の混合チャンバに入ることが可能となる。この他の実施態様では、前記入口システム３２のノズル又は注入部５３はまた、前記角度付き壁部２６の下に位置され、前記混合チャンバの前記角度付き壁部２６内に設けられる出口孔の方向に向けられる。前記注入部５３の出口開口部は、前記出口孔５４からある距離離れており、それにより、前記注入部５３を出る流体は、前記出口孔５４を通って前記反応チャンバの１１に入る前に前記混合チャンバを通って前記ある距離を横切る必要がある。前記ノズル又は注入部５３は、特に、前記混合チャンバを通じる最適流れが、特に物質をその後反応チャンバ１１内に導入される前記混合チャンバから吸引するための適切な吸引効果を持って確立されるように前記出口孔５４に相対して設計され構成される。

本発明による固体分離装置２０は、従って粒子状物を液体及び、場合により、気体から分離することができ、浮遊の低減効果により改善された効率を有し、かつ前記分離された粒子状物を前記固体収集チャンバ２３から効果的に除去する構成と共に提供される。従来技術による分離装置とは対照的に、前記構成は、流体のより重い成分がより軽い成分に対して沈降するという効果に依存しない。前記ポンプ駆動構成の有利な効果は、前記固体収集チャンバ２３の粒子状物が洗い流される頻度が前記ポンプ３０を介して制御可能性があるということである。

ジェットを含む入口システム３２の代わりにまた、図４で模式的に示されるように、外部ポンプが、固体収集チャンバ２３から前記スラッジを除去するために使用され得る。このポンプの吸引ライン３３’は前記固体収集チャンバの下部分に接続され、かつ粒子物と共に水が、前記ポンプから上流又は下流で分岐された反応流入物３４と混合される。この混合された流れは、その後、ライン３１’を通じて前記反応チャンバの１１内に流入物ノズル５３’を介してポンプされる。

図５は、本発明の他の変更例を模式的に示す。
前記固体分離装置では、図５の例では、前記板の下、前記固体収集チャンバの上にガス供給システム９５が設けられる。また前記固体収集チャンバ２３の下部部分では、１又はそれ以上の気体注入装置が、蓄積されたスラッジをかき混ぜるために設けられる。前記ガス供給システムは、前記反応装置内部を浄化するためにガス源からガス（例えば窒素）を供給するように構成される。前記供給ガスは、前記固体分離装置内部に高い乱流を生じ、これにより前記粒子状物分離構成、例えば前記平行板の表面を浄化し得る。前記ガスは前記流入物パイプ２８内に収集され、ライザーとして作用し、従って気体上昇ポンプとして作用し得る。このガス上昇ポンプの吸引効果は、液体を前記脱ガスユニット４６から、前記ダウナー及び前記入口画分７２内に引き込み、かつ前記ガス供給の際の高い流速により付着スラッジが洗い流され得る。加えて、パイプなどがスラッジで詰まる場合には、この作用を介して詰まりを解消し得る。

本発明は、図で示される例示的実施態様に限定されない。当業者は、本発明の範囲から離れることなく種々の変更を適用することができる。当業者は、例示された平行板以外の粒子状物分離構成２１、例えば気泡構成又は篩い構成を適用することが可能である。加えて、前記固体分離装置２０及び／又はダウナー１４の少なくとも一部分及び／又は流入部パイプ２８が、前記反応容器１０の外側に設けられ得る。これは、有利には、前記装置の容易な点検及び清浄化を可能とする。さらに、前記ほとんどの例は嫌気性浄化に関するものではあるが、本発明はまた好気性浄化のために浄化装置に適用され得る。

Claims (12)

1. 生分解性成分を含む廃水などの流体の浄化のための浄化装置であって、当該浄化装置は：
   − 流体のための反応容器であり、当該反応容器は反応チャンバと底部を有し、運転中に前記反応チャンバはスラッジ床を有する、反応容器、
   − 外部から前記反応容器に流体を導入するための流体流入システム、
   − 上端部と底端部を有するダウナーであり、当該ダウナーの上端部は前記反応容器から流体を収集するための流体収集装置へ接続され、かつ当該ダウナーは前記流体を前記反応容器の前記底部に向かって移動させるように構成された、ダウナー、
   − 流体から固体を分離するように構成される固体分離装置であり、当該固体分離装置は流体を当該固体分離装置に導入するように構成される流体入口及び当該固体分離装置から分離された液体を除去するように構成される液体放出装置を有し、前記液体放出装置は、外部の収集ユニットに接続されている、固体分離装置、
   を有し、
   前記固体分離装置の前記流体入口は前記ダウナーの底端部に接続され、前記固体分離装置は、前記反応容器の内側かつ前記反応容器の前記底部上又は前記底部の近くに配置され、
   前記固体分離装置は固体収集チャンバを含み、前記固体収集チャンバは分離された固体を受け取るように構成され、前記固体収集チャンバは、前記固体収集チャンバから前記反応チャンバへ沈降物質を導入するための少なくとも１つの出口を含む、
   浄化装置。
2. 前記流体流入システムは、前記固体収集チャンバ及び前記反応容器に接続し、前記流体流入システムは、流入物の導入によって形成される吸引効果により、前記固体収集チャンバから固体を除去するように構成される、請求項１に記載の浄化装置。
3. 前記流体流入システムは、少なくとも部分的に前記固体収集チャンバの内部に突き出る分岐画分、及び前記流体流入システムの端部に設けられたジェットポンプ又はノズルなどの注入部を有し、前記注入部は、前記分岐画分を通じて吸引効果を生じるように構成される、請求項２に記載の浄化装置。
4. 前記液体放出装置は、流出物パイプに接続され、前記流出物パイプは、分離された液体を前記反応容器の上部部分内の脱ガス容器へ移送することにより、前記固体分離装置で生成された気体又は前記ダウナーを介して前記固体分離装置内に取り込まれた気体を、前記固体分離装置から外に除去するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の浄化装置。
5. 気体分離装置を含み、前記気体分離装置が、前記流体収集装置に接続される流体出口を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の浄化装置。
6. 前記固体分離装置が、チャンネルを形成する一列の傾斜平行板を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の浄化装置。
7. 前記傾斜平行板が、流れを、固体収集チャンバから前記固体分離装置の前記液体放出装置の方に上方向付けするように建設され構成される、請求項６に記載の浄化装置。
8. スラッジ床を有する反応チャンバを含む浄化装置を用いて、生分解性成分を含む廃水の流体を好気的に又は嫌気的に浄化する方法であり、当該方法は：
   − 外部から前記反応チャンバに流体を導入するステップ；
   − ある量の流体を、前記反応チャンバ内の第１の位置から前記反応チャンバ内のより下方の第２の位置に移送することによって、浄化装置の反応チャンバ内の前記ある量の流体中の水圧を、第１の圧力値から第２の圧力値へ上昇させるステップであり、前記第２の圧力値は前記第１の圧力値よりも高い、ステップ；
   − 前記反応チャンバ内の前記第２の位置に位置する固体分離装置内の前記ある量の流体から固体を分離するステップ；
   − 前記固体分離装置から分離された固体を前記反応チャンバへ再導入するステップ；及び
   − 外部の収集ユニットに流体を放出するステップ、
   を含む、方法。
9. 前記第２の圧力値は、前記第１の圧力値よりも、少なくとも０．５バール高い、請求項８に記載の方法。
10. ある量の流体中の水圧を上昇させる前記のステップは、前記ある量の流体からある量の気体を分離するステップに先行される、請求項８又は９のいずれか一項に記載の方法。
11. 固体を前記反応チャンバへ再導入する前記のステップは、流入物又は流入物流れと再利用流れとの混合物の、前記反応チャンバ内への更なる流れにより生じる吸引効果によって、固体分離装置の固体収集チャンバから前記固体を除去するサブステップを含む、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の浄化装置を用いる、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の方法。

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