JP6807863B2

JP6807863B2 - 生物学的汚水浄化方法

Info

Publication number: JP6807863B2
Application number: JP2017551711A
Authority: JP
Inventors: インゲルレ、クルト
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: JP2018514375A; RU2018102379A; CN107820484A; WO2016172749A1; RU2751402C2; RU2018102379A3; US10752529B2; DE112016001925T5; US20180118593A1

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、活性スラッジを使用して共同汚水または類似の汚水の生物学的浄化を実施するための方法に関する。この方法では、汚水がまず、生物学的なリン除去のためのタンク（以下、Ｐタンクと称する）に導入され、ここでＰタンクは混合することができ、そして換気することのできる活性スラッジタンク（以下、Ｂタンクと称する）に、そして少なくとも１つの沈殿および循環タンク（以下、ＳＵタンクと称する）に導入され、複数の作動サイクルが一日にわたって実行され、当該作動サイクルは、スラッジリターン（戻し）フェーズ、循環フェーズ、予沈殿フェーズおよび排出フェーズを含む（以下、Ｓフェーズ、Ｕフェーズ、ＶフェーズおよびＡフェーズとそれぞれ称する）。順次、Ｓフェーズでは濃縮された活性スラッジが連続的にＳＵタンクからＰタンクに戻され、Ｕフェーズでは活性スラッジが再び水と混合され、Ｖフェーズでは活性スラッジが沈殿され、Ａフェーズでは処理水が排出される。ＳＵタンクが複数ある場合、これらのサイクル（複数）のフェーズが、互いに対してシフトされており、Ａフェーズでは流れがＳＵタンクを通流し、他のフェーズにおいて上昇水位が与えられ（provided）、したがって汚水処理システム供給量に対応する汚水処理システム吐出量が生じる（「充満原理」"filling up"-principle）。ここでＰタンクは液圧的にＢタンクと接続されており、Ｂタンクは液圧的（hydraulically）に少なくとも１つのＳＵタンクと接続されている。さらに本発明は、この方法を実施するための装置に関するものである。

活性スラッジを用いて汚水を生物学的に浄化する方法では、汚水がまず、換気することのできる活性スラッジタンクに導入され、それから沈殿タンクに導入され、沈殿タンクで活性スラッジと処理水が分離され、分離工程の後、活性スラッジは活性スラッジタンクに戻され、そして処理水が排出される。この方法は、特許文献１から公知である。複数の作動サイクルが、沈殿タンクの中で一日にわたり実行され、これらの作動サイクルは、撹拌フェーズＵ、予沈殿フェーズＶおよび排出フェーズＡを有する。ここで撹拌フェーズでは活性スラッジが再び水と混合され、予沈殿フェーズでは活性スラッジが沈殿され、排出フェーズでは処理水が排出される。本明細書による方法によれば、浄化プロセスが生物学的ツインタンクシステム（biological twin-tank system）で実行される。すなわち活性スラッジタンクと沈殿タンクにおいて連続的流入と間欠的流出によって実行される。流出が行われない期間の間、流入の結果として水位が上昇する（「充満」原理）。この方法の請求項は、沈殿された活性スラッジが、「ツインタンクシステム」の活性スラッジタンクに、予沈殿フェーズの後かつ撹拌フェーズの前に「充満作動」により戻されるという事実と一致する。撹拌フェーズでは、Ｂタンク（活性スラッジタンク）の内容物がＳＵタンク（沈殿タンク）の内容物と、一定の乾燥物質濃度が得られるまで混合される。２つのタンクは互いに接しており、底部領域で連続的かつ液圧的に相互接続されている。（３フェーズシステム：Ｕ，Ｖ，Ａフェーズ）。

類似の方法が特許文献２から公知である。この方法では、沈殿され濃縮された活性スラッジが、Ｖフェーズの後、しかしＵフェーズ（Ｓフェーズ）の前にＳＵタンク（複数）からＢタンクに戻される。Ｓフェーズでは、濃縮されたスラッジがＳＵタンク（複数）の底部からＢタンクの上方領域に搬送され、したがってＢタンクの内容物が置き換えられ、開口部を介してタンクの中央領域に戻される。Ｕフェーズでは、ＳＵタンクの内容物がスワール(旋回、swirled）され、均質化され、その際にＢタンクを介する循環流は発生しない。Ａフェーズでは、ＢタンクからＳＵタンクへの流れが、同様に中央領域の開口部を通って存在する。ＳＵタンク（複数）での撹拌（Ｕフェーズ）は空気の吹き付けによって行われる。Ｂタンクは２つのＳＵタンクに、タンクの中央領域にある１つ以上の開口部によって連続的かつ液圧的に接続されている。（４フェーズシステム：Ｓ，Ｕ，Ｖ，Ａフェーズ；通流原理（"throughflow"-principle））。

EP 0 851 844 PCT/AT00/ 00322

本発明の目的は、冒頭部に記載した生物学的汚水浄化方法を、汚水処理プラントでの適用も可能になるように改善および／または補完することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって、およびこの方法を実施するための装置によって達成される。本発明の有利な発展形態は，従属請求項に開示されている。
本発明では以下の形態が可能である。
（形態１）汚水処理システムにおいて活性スラッジを用いて汚水の生物学的浄化を実行するための方法であって、前記汚水処理システムでは、汚水が生物学的なリン除去のためのタンク（以下、Ｐタンクと称する）に導入され、そして換気することのできる活性スラッジタンク（以下、Ｂタンクと称する）に導入され、そして少なくとも１つの沈殿および循環タンク（以下、ＳＵタンクと称する）に導入され、一日の経過にわたって複数の作動サイクルが実行され、当該複数の作動サイクルは、スラッジリターンフェーズ、循環フェーズ、予沈殿フェーズおよび排出フェーズ（以下、それぞれＳフェーズ、Ｕフェーズ、ＶフェーズおよびＡフェーズと称する）を含み、ここでＰタンクはＢタンクと液圧的に接続されており、Ｂタンクは少なくとも１つのＳＵタンクと液圧的に接続されている、方法であって、当該方法はさらに、流入物の沈殿可能な固形物質の除去、生成された一次生成物と余剰スラッジの貯蔵、および付加的なタンク（以下、Ｓタンクと称する）を使用することによる当該汚水処理システム内での水位の徐々の上昇（rising）の低減を含み、前記ＳタンクはＰタンクと１つ以上の開口部を介して液圧的に接続されており、汚水はまずＳタンに、そしてＰタンクに、次にＢタンクに、そして続いて少なくとも１つのＳＵタンクに導入され、順次、Ｓフェーズでは濃縮された活性スラッジが少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクに導入され、Ｕフェーズでは少なくとも１つのＳＵタンクの容量物が混合され、Ｖフェーズでは活性スラッジが沈殿され、そしてＡフェーズでは処理水が排出され、ＳＵタンクではこれらのサイクルが互いに対してフェーズシフトされ、流れが少なくとも１つのＳＵタンクを通ってＡフェーズにおいてのみ通流し、フェーズＳ，ＵおよびＶにおいて水位が次第に上昇され（rising）、したがって汚水処理システム供給量に対応する汚水処理システム吐出量が生じ（充満原理）、タンクの容量物は恒常的または間欠的に混合される、方法が提供される。
（形態２）２つ以上のＰタンクが使用される（カスケード効果）ことが好ましい。
（形態３）活性スラッジは、少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクへ、該少なくとも１つのＳＵタンクをＰタンクと接続するパイプを介してポンプ輸送されることが好ましい。
（形態４）Ｐタンクの容積は近似的にＶ／３であり、ＶはＳＵタンクの容積であることが好ましい。
（形態５）複数のタンクの寸法は、汚水の量および質、並びに貯蔵されたスラッジの除去に依存することが好ましい。
（形態６）余剰スラッジは、Ｐタンクの底部に対する汚水の水位（高さ）の約１／３の位置にあるエアリフトポンプによってＰタンクから取り出されることが好ましい。
（形態７）濃縮された活性スラッジは、少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクへエアリフトポンプによってポンプ輸送されることが好ましい。
（形態８）汚水処理システムの出口は、オーバフロー部を有し、Ｓフェーズでは全てのタンク内の水位が、オーバフロー部のヘッドに達するまで上昇され、処理水は、出口を介して汚水処理システムを去ることが好ましい。
（形態９）前記出口は、電気的閉鎖部を有していないが、圧縮空気による閉鎖部を有していることが好ましい。
（形態１０）Ｓ，Ｐ，ＢおよびＳＵタンクは、接続された円形または角度区画されたユニット（angled unity）を形成することが好ましい。
（形態１１）Ｓ，Ｐ，ＢおよびＳＵタンクは、接続された円形または角度区画されたユニット（angled unity）を形成するのではなく、液圧的に接続された異なる複数の単一タンク（single tanks）を形成することが好ましい。
（形態１２）Ｐタンクと少なくとも１つのＳＵタンクの混合は、粗い気泡によって行われることが好ましい。
（形態１３）Ｓタンクに貯蔵されたスラッジはそこから取り出され、真空作動されるタンクカー（バキュームカー）によって輸送されることが好ましい。
（形態１４）コンピュータ制御される電磁ベントが汚水処理システムの運転に使用されることが好ましい。
（形態１５）Ａフェーズにおいては、スラッジがシステムから出るのを防止するために、汚水処理システムの出口が閉じられることが好ましい。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明による方法は、流入物の沈殿可能な固形物質（settleable solids）を沈殿し貯蔵するためにタンク（以下、Ｓタンクと称する）を使用すること、余剰スラッジを貯蔵すること、そしてＶフェーズにおいて水位の上昇過程（rising）を低減することを特徴とする。Ｓタンクは、１つ以上の開口部を介してＰタンクと液圧的に接続されている。未処理の汚水は、まずＳタンクに、そして続いてＰタンクに導入される。ここにおいて余剰スラッジが取り出され、次いでＳタンクに導入され、Ｓフェーズでは濃縮された活性スラッジがＳＵタンクからＰタンクに導入され、Ｕフェーズでは活性スラッジが再び水と混合され、Ｖフェーズでは活性スラッジが沈殿され、そしてＡフェーズでは処理水が排出される。ここではＳＵタンクが複数の場合、これらのサイクル（すなわち、Ｓフェーズ、Ｕフェーズ、ＶフェーズおよびＡフェーズのサイクル）のフェーズが互いに対してシフトされ、流れが少なくとも１つのＳＵタンクを、Ａフェーズにおいてのみ通流し、かくて汚水処理システム供給（量）に相当する汚水処理システム吐出（量）が生じ（充満原理）、そしてここではＰタンクの容量（内容）物が恒常的または間欠的に混合される。

スペースとコストを節約するためにＳタンクは、本発明の請求項１に記載された特別の汚水処理システムに適用される。Ｓタンクを実現するための付加的な構造的コストおよびスラッジを処理システムの外部に輸送し処理するためのコストは、ろ過するためのコスト、砂チャンバおよび油脂チャンバのためのコスト、並びにより大きなＢタンクのための追加コストと比較して手ごろである。沈殿可能な固形物質の除去は、ＢＯＤ負荷を低減し、好気性スラッジ処理を必要としない。６０ｇＢＯＤ／人口当量（PE）ではなく４０ｇＢＯＤ／人口当量であり、スラッジ日齢は１８日ではなく１０日である。Ｂタンクは、Ｓタンクがない場合よりも近似的に５０％小さくなる。Ｓタンクは、同じようにしてＢタンク内の汚水の濃度を均等にする。本発明による方法は、小型の汚水処理システムにのみ適し、大型の汚水処理システムには適しない。

濃縮された活性スラッジがエアリフトポンプを使用して戻され（Ｓフェーズ）、圧縮空気が同様に少なくとも１つのＳＵタンクの内容物の混合（Ｕフェーズ）に使用される場合に、特に費用対効果が高く、エネルギーも節約される。Ｂタンクの換気のために供給される圧縮空気も、このために十分である。

種々の装置を処理された汚水の排出のために使用することができる。余剰スラッジは、好ましくはＰタンクにより受け入れられる。余剰スラッジは、Ｐタンクの容量物の混合が開始する前にＰタンクの底部から排出される。次に活性スラッジは、最大可能な程度にまで濃縮される。

カスケード効果を得るために、１つより多いＰタンク、例えば２つ以上のＰタンクを本発明による方法で設けることができる。好ましくはＰタンクの容積は近似的にＶ／３であり、ＶはＳＵタンクの容積である。

非常に低い必要エネルギーと低コストによる優れた浄化が、Ｂタンクと少なくとも１つのＳＵタンクにおける特別の水位（図１参照）の結果として、ＳおよびＵフェーズの実行のための圧縮空気の使用（同時に酸素の投入）の結果として、そして大規模な（内発的な）脱窒素の結果として達成される。

対応して本発明は、混合することができ、Ｂタンクと液圧的に接続されており、かつリン除去のためのタンク（以下、Ｐタンクと称する）と、換気することのできる活性スラッジタンク（以下、Ｂタンクと称する）と、Ｂタンクと連続的かつ液圧的に接続された少なくとも１つの沈殿および循環タンク（以下、ＳＵタンクと称する）と、を有する汚水浄化装置に関するものであり、この装置では複数の作動サイクルが一日にわたって実行される。これら複数の作動サイクルは、スラッジリターンフェーズ、循環フェーズ、予沈殿フェーズおよび排出フェーズ（以下、Ｓフェーズ、Ｕフェーズ、Ｖフェーズ、およびＡフェーズとそれぞれ称する）を含み、少なくとも１つのＳＵタンクとＰタンクは、活性スラッジを少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクに流すためにパイプによって接続されている。カスケード効果を得るために汚水浄化装置は、好ましくは１つより多いＰタンク、例えば２つ以上のＰタンクを含む。好ましくはＰタンクの容積は近似的にＶ／３であり、ＶはＳＵタンクの容積である。Ｐタンクには、汚水に濃縮した活性スラッジを恒常的または間欠的に混合するための手段が設けられており、この濃縮活性スラッジは少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクに流れる。本発明の汚水浄化装置は、ＳタンクがＰタンクと液圧的に接続されていることを特徴とする。

本発明のさらなる詳細は、本発明の例示的かつ非制限的実施形態を例として示す以下の図面から得られる。図には、一作動サイクル（図１）と一汚水処理システム（図２〜３）が示されている。

ＳＵタンクに対する一作動サイクルと、ＳＵタンクにおける関連の水位を示す図である。ここでＨ_０は、オーバフロー開始時におけるＳＵタンク内の水位を示す。図１はまた、Ｐタンクの可能な作動を示す。汚水処理システムの概略図（基本プラン）を示す。図２の汚水処理システムの垂直断面図を示す（図２のＡ−Ａ矢視断面）。

図１は、ＳＵタンクに対する作動サイクルと、ＳＵタンクにおける関連の水位を示し、ここで時間は水平方向に左から右に伸びている。個別のフェーズ、すなわちＳフェーズ、Ｕフェーズ、ＶフェーズおよびＡフェーズの経過と機能についてはすでに上で詳細に論議した。図１はまた、３つのステップを有するＰタンクの可能な作動を示し、これら３つのステップは、容量物の混合１１，沈殿可能な固形物質の沈殿１２，および余剰スラッジの排出１３である。

図２は、汚水処理システムの概略的基本プラン（ground plan）を示す。この汚水処理システムでは、以下の特徴が以下の参照符号により表される。

１ＳタンクからＰタンクへの流れ
２余剰スラッジのＰタンクからＳタンクへの流れ
３濃縮された余剰スラッジのＳＵタンクからＰタンクへの流れ
４Ｐタンク容量物のＢタンクへの流れ
５Ｂタンク容量物のＳＵタンクへの流れ
６オーバフロー部を備える出口および圧縮空気による閉鎖部
７余剰スラッジのためのエアリフトポンプ
８濃縮された活性スラッジのためのエアリフトポンプ。

図３は、（図２で矢視Ａ−Ａ間に伸びるラインに沿った）図２のシステムの垂直断面図を示す。Ｑ_ｉｎはＳタンクに導入される汚水の流れを示し、Ｑ_ｏｕｔは水処理システムから流出する処理水の流れを示す。濃縮され活性化および曝気されたスラッジが、ＳＵタンクからＰタンクへ（流れ３）エアリフトポンプ８を介して流れる。汚水を濃縮された活性スラッジ９とＰタンク内で効率的に混合するために、Ｐタンクの容量物は恒常的または間欠的に混合される。汚水とスラッジの混合物は、Ｂタンクに、そしてさらにＳＵタンクに、ＰタンクをＢタンクと接続する１つ以上の開口部（流れ４）およびＢタンクをＳＵタンクと接続する１つ以上の開口部（流れ５）を介してそれぞれ移送される。８は、Ｓフェーズを実行するためのエアリフトポンプ作動ユニットを示す。Ｐタンクの容積は近似的にＶ／３であり、ＶはＳＵタンクの容積である。ＳＵタンクは、Ｕフェーズで粗い気泡１０により混合される。

１１容量物の混合
１２沈殿可能な固形物質の沈殿
１３余剰スラッジの排出
Ｐタンク生物学的なリン除去のためのタンク
Ｂタンク換気することのできる活性スラッジタンク
ＳＵタンク沈殿および循環タンク
Ｓタンク付加的なタンク
Ｓフェーズスラッジリターン（戻し）フェーズ
Ｕフェーズ循環フェーズ
Ｖフェーズ予沈殿フェーズ
Ａフェーズ排出フェーズ
Ｑ_ｉｎＳタンクに導入される汚水の流れ
Ｑ_ｏｕｔ水処理システムから流出する処理水の流れ

Claims

汚水処理システムにおいて活性スラッジを用いて汚水の生物学的浄化を実行するための方法であって、
流入する汚水内の沈殿可能な固形物質を削減するためのタンク内へ汚水を導入し、生成された第一次余剰スラッジを貯蔵して、汚水処理システム（Ｓタンク）における水位の上昇を低減すること、
続いて、生物学的なリン除去のためのタンク（Ｐタンク）内へ汚水を導入すること、ここで、Ｐタンクの容量（内容）物が恒常的または間欠的に混合される、
続いて、換気することのできる活性スラッジタンク（Ｂタンク）内へ汚水を導入すること、
続いて、少なくとも１つの沈殿および循環タンク（ＳＵタンク）内へ汚水を導入すること、ここで、一日の経過にわたって複数の作動サイクルが実行され、当該複数の作動サイクルは、スラッジリターンフェーズ（Ｓフェーズ）、循環フェーズ（Ｕフェーズ）、予沈殿フェーズ（Ｖフェーズ）および排出フェーズ（Ａフェーズ）を含み、
ここでＰタンクはＢタンクと液圧的に接続されており、Ｂタンクは少なくとも１つのＳＵタンクと液圧的に接続されており、かつ、ＳタンクはＰタンクと１つ以上の開口部を介して液圧的に接続されており、
順次、Ｓフェーズでは濃縮された活性スラッジが少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクに導入され、Ｕフェーズでは少なくとも１つのＳＵタンクの容量物が混合され、Ｖフェーズでは活性スラッジが沈殿され、そしてＡフェーズでは処理水が排出され、
処理済汚水の流れが少なくとも１つのＳＵタンクを通ってＡフェーズにおいてのみ通流し、フェーズＳ，ＵおよびＶにおいて水位が次第に上昇され、したがって汚水処理システム供給量に対応する汚水処理システム吐出量が生じ（充満原理）、
１を上回るＳＵタンクが使用される場合に、各ＳＵタンク内で実行されるサイクルが互いに対してシフトされる、
ことを特徴とする方法。
活性スラッジは、少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクへ、該少なくとも１つのＳＵタンクをＰタンクと接続するパイプを介してポンプ輸送される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
Ｐタンクの容積は近似的にＶ／３であり、ＶはＳＵタンクの容積である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
複数のタンクの寸法は、汚水の量および質、並びに貯蔵されたスラッジの除去に基づいて選択される、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
余剰スラッジは、Ｐタンクの底部に対する汚水の水位の約１／３の位置にあるエアリフトポンプによってＰタンクから取り出される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
濃縮された活性スラッジは、少なくとも１つのＳＵタンクからＰタンクへエアリフトポンプによってポンプ輸送される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
Ｓ，Ｐ，ＢおよびＳＵタンクは、接続された円形または角度区画されたユニットを形成する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
Ｓ，Ｐ，ＢおよびＳＵタンクは、接続された円形または角度区画されたユニットを形成するのではなく、液圧的に接続された異なる複数の単一タンクを形成する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
Ｐタンクと少なくとも１つのＳＵタンクの混合は、粗い気泡によって行われる、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
Ｓタンクに貯蔵されたスラッジはそこから取り出され、真空作動されるタンクカー（バキュームカー）によって輸送される、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
コンピュータ制御される電磁ベントが、Ｂタンクの換気のために汚水処理システムの運転に使用される、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
Ａフェーズにおいては、スラッジがシステムから出るのを防止するために、汚水処理システムの処理済汚水用の出口が閉じられる、こと特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。