JP7110212B2 - 下水処理のためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、好気性モードでの粒状汚泥の使用による有機材料の化学的および生化学的酸化のためのシステムまたは装置、および方法に関する。特に、本発明は、細胞外高分子物質（ＥＰＳ：Ｅｘｔｒａ‐ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）を利用した懸濁培養好気性粒状汚泥システムを用いて水溶液中の廃水および／または有機廃棄物画分および／または任意の有機物質を分解するためのシステムおよび方法に関する。ＥＰＳは通常、浄化プラントの活性汚泥からまたは他の生物学的細胞材料の溶解から得られる。

本発明のシステムは、既存の活性汚泥浄化プラントを改変するのにも特に適する。

好気性モードでの粒状汚泥を用いた浄化プラントの研究は、主に断続モードで動作するリアクタ、いわゆる「フィルアンドドロー」リアクタに向けて、特にＧｒａｎｕｌａｒ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂａｔｃｈ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＧＳＢＲ）に向けて、大きく進歩した。

これらのリアクタは、それらの複雑な管理および完全に動作可能になるまでの長い時間によって与えられるいくつかの欠点を有する。

そのようなリアクタの別の短所は、その構造要件によって与えられる。実際、このようなリアクタは、活性汚泥がＥＰＳを産生するために最適な条件に置かれること、または細胞溶解、およびその結果生じる、科学文献によれば粒状汚泥の生成に必須の、細胞に含まれるＥＰＳの液体媒質中への放出が起こることを保証しなければならない。この目的のために、リアクタは、処理されるべき混合物中に溶解された高い値の酸素を生成すること、ならびに適切なせん断力および圧縮力を生成することができなければならない。そのような効果を得るために、背景技術のリアクタは、非常に上向きに開発されているのが不利である。採用される高さは一般に６～７メートルを超え、したがって既存の活性汚泥浄化プラントのタンクをそのような技術に変換する可能性に対応することが難しい。このような問題は、連続流の粒状汚泥を用いたリアクタのいくつかの実施形態でも共有される。後者については、プロセスの簡単かつ一定な管理を可能にするという問題はまだ解決されていない。

本発明の目的は、懸濁培養好気性粒状汚泥を用いて液体媒質中に存在する有機画分を分解するためのシステム、または装置もしくはリアクタ、および方法を提供することにより、背景技術の前述の短所を解決することである。このような粒状汚泥は、リアクタ内部の適切な濃度の細胞外高分子物質（ＥＰＳ）の生成および維持に好都合に得られる。そのような濃度の生成は、制御された様式で起こるのが好ましい。

本発明は、処理されるべき液体媒質が得られる粉砕および希釈後の有機廃棄物画分の分解にも応用可能である。

本発明は、少なくともそのような目的を、活性バイオマス、特に活性汚泥粒子を用いて下水の有機画分を分解するための装置であって、
－下水と活性バイオマスとを含むように適合された少なくとも１つのタンクと、
－下水に少なくとも部分的に浸漬されるように適合された少なくとも１つの中空構造体であって、下水を入れるための少なくとも１つの第１開口部、および下水を出すための少なくとも１つの第２開口部が提供され、少なくとも１つの第１開口部の面積と少なくとも１つの第２開口部の面積との間の比は少なくとも５：１に等しい、少なくとも１つの中空構造体と、
－少なくとも１つの構造体の内部に空気を導入するように適合された空気送達手段であって、空気送達手段が少なくとも１つの第１開口部から少なくとも１つの第２開口部への下水の流れを生成するように適合されるように、少なくとも１つの第１開口部は空気送達手段の近位にあり、少なくとも１つの第２開口部は空気送達手段から遠位にある、空気送達手段と、
を含む、装置を用いて達成する。

少なくとも１つの構造体の内部では、有機画分の超酸素化および活性バイオマスによって産生される細胞外高分子物質（ＥＰＳ）の生成、すなわち気泡の収束の結果として生じる下水の酸素化の局所的増加、したがって有機画分と局所的に交換されるより高濃度の溶存酸素が得られるのが有利である。

さらに、本発明の装置を用いて、１つ以上の第２出口開口部すなわち出口断面で下水にせん断力および圧縮力が生成される。せん断力および圧縮力は、空気送達手段によって産出される流れによって、および入口面積または断面と出口面積または断面との間での著しい減少によって主に得られる。このようなせん断力および圧縮力は、少なくとも１つの構造体に導入される空気中に存在する酸素とともに、ＥＰＳの産生に大いに好都合である。

本発明は、背景技術に対してよりコンパクトな装置を得ることを可能にするのが有利である。

本発明によれば、構造体を出る下水は通常、下水と空気との混合物であることに留意しなければならない。さらに、構造体に入る下水は、下水のみであるか、または下水と空気との混合物でありうる。前述の装置は工業プラントの一部であるのが好ましい。

本発明は、活性バイオマス、特に活性汚泥粒子を用いて流体の有機画分を分解するための方法であって、本発明による装置が提供され、本方法は、
ａ）少なくとも１つの構造体が少なくとも部分的に下水に浸漬されるように、下水をタンクに導入するステップと、
ｂ）空気送達手段を用いて第１開口部から少なくとも１つの第２開口部への下水の流れを生成するために、空気送達手段を用いて少なくとも１つの構造体の内部に空気を導入するステップと、
を含む、方法にも関する。

特に、下水の流れは、空気によって、すなわち空気送達手段から出る気泡が上ることによって産出される下水の漂流によって生成される。

本発明は、本発明による装置内に設けられるように構成された構造体にも関し、
少なくとも１つの構造体は中空であり、流体を入れるための少なくとも１つの第１開口部と、流体を出すための少なくとも１つの第２開口部とが提供され、少なくとも１つの第１開口部の面積と少なくとも１つの第２開口部の面積との間の比は少なくとも５：１に等しく、好ましくは１００：１０～１００：１の間である。

構造体はベル型であるのが好ましいがこれに限定されない。

１つの第１開口部のみと１つの第２開口部のみとが提供されるのが好ましいがこれに限定されない。あるいは、１つの第１開口部のみと２つまたは４つの第２開口部とが提供されるのが好ましいがこれに限定されない。

本発明の一態様は、本発明による装置を含む、廃水のおよび／または有機廃棄物画分のおよび／または水溶液中の任意の有機物質の処理のためのプラントに関する。

本発明の一態様によれば、懸濁培養好気性粒状汚泥システムが提供される。このような粒状汚泥の生成は、リアクタ中で連続流において、細胞外高分子物質（ＥＰＳ）の産生に好都合に、ＥＰＳを利用して得られる。バイオマスすなわちそのような粒状汚泥の粘着、層化および発達のための多孔質支持塊、特に物理的塊の使用は不要であるのが有利である。

本発明の別の態様によれば、異なる濃度のＥＰＳが達成されうる隣接する区画を含む、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、活性汚泥浄化プラントに特徴的な細菌、またはその細胞に含まれるＥＰＳの放出をもたらすその細胞溶解によるＥＰＳのより多量の産生に必要な条件を達成するために、酸素化を局所的に増加させるように気泡を集中、特に収束する機能を有する酸化タンク内部に設けられた１つ以上の構造体の利用を提供する、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。そのような構造体は、少なくとも１つの下方開口部と少なくとも１つの上方開口部とを備えたほぼベル型であるのが好ましい。多孔質または有孔散布器を含むのが好ましい空気送達手段を用いて構造体の内部に空気が吹き込まれる。この目的のために、リアクタに典型的な換気ネットワークから来る空気が運ばれてもよく、または特別な空気送達手段が提供されてもよい。

本発明の別の態様によれば、酸素化タンク内部に設けられた１つ以上のほぼ開いたベル型構造体の利用を提供し、酸化ベルの出口断面の大幅な狭小化を用いて気泡の収束の結果生じる下水酸素交換の局所的増加が達成され、そのような狭小化を用いて、バクテリア細胞によるＥＰＳの産生および放出のために、すなわち細菌の細胞溶解のためまたはストレス条件の結果生じるＥＰＳの放出の有意な増加のために、したがってその後の粒状汚泥顆粒の凝集および圧縮のために好都合な条件を達成するために必要なせん断および圧縮力が得られる、限定はされないが好ましくは連続した供給システムまたは装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、開いたベル型構造体は、下水に溶解された酸素の濃度を大きく増加させ、これにより液体混合物中のより多量のＥＰＳの放出、したがって粒状汚泥の形成をもたらすために、任意の有機画分酸化リアクタにおいて、したがって不連続供給リアクタにおいても使用されうる。

本発明の別の態様によれば、小さなサイズのプラントであっても粒状汚泥の形成にかなり好都合である、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、凝集する顕著な傾向があり、したがって粒状汚泥フロックが達する密度のおかげで液相から特に沈殿によって容易に分離可能である汚泥を産生する、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、酸化タンク内部のほぼベル型の構造体の設置を、（底に係留されるかまたは載った）固定モードと代替的に浮遊モードとの両方で提供する、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、ベル型構造体からの水－汚泥混合物の退出が、構造が提供された１つ以上の散布器を用いて起こる、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。通常、そのような散布器は、出口断面すなわち構造体の出口流量を調節するためのデバイスを含む。

本発明の別の態様によれば、より良好な汚泥沈殿特徴のおかげでリアクタ内部の高濃度の汚泥によって動作し、結果として処理量の認知可能な減少が生じる、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、リアクタ内の活性汚泥の高い含有量のおかげで高有機物負荷の入口ピークを管理することができる、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、汚泥の凝集および汚泥顆粒の形成の後に、多数の化学的および生化学的反応（例えば炭素画分酸化、硝化、脱窒）が汚泥顆粒自体の内部で、したがってリアクタ自体の内部で起こる、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、容易に自動化され、プロセスの高い簡便性を提供する、限定はされないが好ましくは連続した供給システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、ほぼベル型の構造体を使用することにより、その一部がＥＰＳの産生に必要な細胞溶解を受けるために活性汚泥浄化プラント内部の汚泥の産生が低減されうる。

本発明の別の態様によれば、ＥＰＳの産生に好都合なほぼベル型の構造体を使用することにより、機械的脱水によって汚泥脱水特徴が向上されうるため、例えば有機高分子電解質などの濃縮剤の使用が低減される。実際、存在するＥＰＳは濃縮機能を有する。

したがって、本発明は、実質的に添付の特許請求の範囲による酸化リアクタの方法およびシステムを提供する。

好気性粒状汚泥の意味は、当業者に既知である。特に、これらは高い沈殿速度が提供された大きなサイズの細菌凝集体（通常０．２～５ｍｍ）である。粒状汚泥は、例えば硝化、従属栄養、従属栄養脱窒、メタン生成、アナモックスなど基質に応じて異なるタイプでありうる。

高い沈殿速度が提供された顆粒の形成により、システム内の大量のバイオマスの維持が可能になる。

顆粒のサイズは、リアクタの動作パラメータに依存して可変であり、数百マイクロメートルから数ミリメートルに及ぶ。

好気性粒状汚泥システムは、凝集して迅速に沈殿するコンパクトな構造体を形成し、リアクタの内部に高濃度の揮発性懸濁固体を得ることを可能にし、有機物質および栄養素の同時の除去を保証するバイオマスの優れた特徴のおかげで廃水の浄化のために特に適合される。このような汚泥は、造粒によって形成される。造粒は、微生物の自己固定化により、異なる細菌種を中に含むバイオマス１グラムあたり数百万の生物を含む高密度凝集体の形成がもたらされるプロセスである。細菌が好気性顆粒を形成するためには、流体力学的せん断力を含む複数の物理的、化学的および生物学的条件の相乗的貢献が必要である。

ある条件下では、特に適切な酸素レベルが存在するときには、そのような細菌が細胞外高分子を産生し、凝集体が成長して、細胞相互作用を強化し粘着細胞の密度を高める代謝および遺伝的変化を決定する。

ＥＰＳの意味は当業者に既知である。通常、ＥＰＳは、様々な割合のタンパク質、多糖類（炭水化物）、フミン酸、核酸、脂質および糖タンパク質などのヘテロ重合体の集合である。これらの物質の一部は、疎水性であり、水から分離し、高粘度の外観で表面上に落ち着く。

微生物によって分泌される細胞外高分子は、細胞間の粘着イベントに関与し、好気性粒状汚泥の構造を強化し、長期安定性を付与するため、造粒プロセスにおいて非常に重要である。

通常、「懸濁培養」とは、細菌が粘着しうる物理的支持体の非存在下での、例えば細菌などの微生物培養を意味する。特に、砂利もプラスチック体も提供されない。したがって、懸濁培養では、汚泥が液体媒質中に懸濁される。

従属請求項は、本発明の特定の実施形態を記載する。

本発明の装置のいくつかの例示的な実施形態の詳細な説明が、添付の図面を参照して、限定ではなく説明としてここに提供される。

本発明の装置の第１実施形態による線図である。 本発明の装置の第２実施形態による線図である。 本発明の装置の変形例の線図である。 本発明の装置を具体化する処理プラントの動作ダイヤグラムの線図である。 本発明の装置の構成要素の第１実施形態による平面線図である。 本発明の装置の構成要素の第１実施形態による断面線図である。 本発明の装置の構成要素の第２実施形態による平面線図である。 本発明の装置の構成要素の第２実施形態による断面線図である。 本発明の装置の構成要素の第３実施形態による平面線図である。 本発明の装置の構成要素の第３実施形態による断面線図である。

同じ参照番号は、同じまたは類似の要素を指す。

図を参照すると、一般に、液体、特に下水の有機画分を、活性バイオマス、特に活性汚泥粒子を用いて分解するための装置であって、
－流体と前記活性バイオマスとを含む少なくとも１つのタンク１と、
－下水に少なくとも部分的に浸漬された少なくとも１つの中空構造体６、１０６、２０６であって、下水を入れるための少なくとも１つの第１開口部６１と、下水を出すための少なくとも１つの第２開口部６２とが提供され、少なくとも１つの第１開口部６１の面積と少なくとも１つの第２開口部６２の面積との間の比は少なくとも５：１であり、好ましくは１００：１０～１００：１の間である、少なくとも１つの中空構造体と、
－前記少なくとも１つの構造体６、１０６、２０６の内部に空気を導入するように適合された空気送達手段７、７０と、
を含み、
空気送達手段７、７０が前記少なくとも１つの第１開口部６１から前記少なくとも１つの第２開口部６２への下水の流れを生成するように適合されるように、前記少なくとも１つの第１開口部６１は前記空気送達手段７、７０の近位にあり、前記少なくとも１つの第２開口部６２は前記空気送達手段７、７０から遠位にある、
装置が示される。前記少なくとも１つの構造体６、１０６、２０６の内部で、気泡の収束および前記活性バイオマスによって産生される細胞外高分子物質（ＥＰＳ）の生成の結果、下水の酸素化の局所的増加が得られるのが有利である。

実際、特に前述の開口部６１、６２の間の比のおかげで、より具体的には１つ以上の第２開口部６２の近くまたは１つ以上の第２開口部６２での断面の狭小化のおかげで、空気の濃度、したがって酸素の濃度の増加が存在する。さらに、１つ以上の第２開口部６２の近くで確立される乱流運動レジームに起因して、下水がせん断力および圧縮力を受け、ＥＰＳの生成に好都合となる。

以下でさらに説明するように、空気送達手段７、７０は、１つ以上の多孔質散布器を含むのが好ましい。

第１開口部から１つ以上の第２開口部６２への下水の流れは、吹き込まれた泡が上るおかげで、したがって液体の上昇運動のおかげで得られるのが有利である。

少なくとも１つの第１開口部６１は、タンクの底に向かって面し、その近くに空気送達手段７、７０が設けられるのが好ましい。

ここで図１を参照すると、本発明の実施形態による装置が図式的に示される。本装置は、酸化タンク１またはリアクタを含む。酸化タンクは、既存のタンクを改変することで得られてもよい。

本装置またはプラントは、酸化されるべき流体、通常は粉砕および希釈後の廃水または有機廃棄物画分、または消化プロセスを受けるべき余剰汚泥すなわち余分の汚泥を含むタンク１を含む。

処理されるべき流体のための入口管２が提供され、好ましくはタンク１の片側に設けられる。処理済み流体の出口管３は、処理されるべき流体の流れを生み出し、水力短絡を回避するために、入口管２に対してタンク１の反対側に設けられるのが好ましい。

通常は、タンク１の内部に、出口管３の近位のタンク１の最終部分に設けられたデフレクタまたは隔壁４が提供される。デフレクタ４の下方端は、タンクの底から離間される。出口管３が提供されたデフレクタ４とタンクの壁３１とによって区切られた空間５５またはゾーンにおいて、主に粒状汚泥の水相からの分離が起こる。通常、デフレクタ４は、壁３１から離間されるように設けられる。さらに、タンクの底の近位のデフレクタ４の端が、タンクの底からの遠位デフレクタの端と壁３１との間の距離よりも小さい距離だけ壁３１から離間されるように、デフレクタ４が壁３１に対して傾斜されるのが好ましい。あるいは、デフレクタはタンクの底に対してほぼ直角である。デフレクタ４は、液体－空気界面に沿って、したがって表面に落ち着く傾向があるためにタンクの上方部分に集中するＥＰＳ、特に疎水性ＥＰＳの濃度がより低いタンクの下方部分で浄化された流出物の引き出しが起こることを保証する機能を有する。同時に、強いられた上昇する流れは、デフレクタ４と壁３１とによって区切られたこのような空間５５内で分離する汚泥が、出口管３に向かって生じる上昇する液体の流れに対して濾過効果を有することを保証する。

ＥＰＳは、構造体６の使用の結果生じるストレス事象および細胞溶解のおかげで産生される。

実際、本発明によれば、酸素の活性汚泥への集中的局所的伝達を可能にする手段が提供され、特に少なくとも１つの構造体６が提供される（構造体６のうちの２つが図示される）。各構造体６は中空である。特に、構造体６は、タンク１の内部の制限された容積を区切り、構造体６は、タンク１内に部分的にまたは完全に浸漬された状態で設けられる。

２つの構造体６のそれぞれは、ほぼベル型である。構造体６は、タンク１内に部分的に浸漬され、好ましくは構造体６の上部に設けられた１つ以上のフロータ６０の存在のおかげで、浮遊状態に維持される。あるいは、構造体は固定位置にあり、好ましくは締結手段、例えば締結構造体によってタンクの底に締結される。構造体がタンクの底に締結されるときには、各構造体の下方端はタンクの底壁から離間される。図示されない変形例によれば、構造体は、１つ以上の支持構造体によって支持されて懸架される。構造体６の側壁６７は、流体を入れるための入口開口部６１を区切る。開口部６１は、構造体６の側壁６７の下方端によって区切られるのが好ましい。入口開口部６１は、タンクの底に向かって面する。

本実施形態では、流体を出すための、少なくとも２つの管、好ましくは４つの管６５が提供される。管は構造体６の内部と連通し、管の各端は、流体のための、特に空気／液体混合物すなわち空気／下水混合物のためのそれぞれの出口開口部６２を区切る。管６５は、ベル６の側壁６７に対して横方向に、例えば直交して延びるのが好ましい。

ベル６の形状は、流体入口開口部６１の面積が各流体出口開口部６２の面積よりも、または流体出口開口部６２の面積の合計よりもはるかに大きいようになっている。好ましくは、入口開口部６１の断面の面積と各出口開口部６２の断面の面積との間の、または入口開口部６１の断面の面積と出口開口部６２の面積の合計との間の比は、少なくとも５：１であり、好ましくは酸化要件に応じて１００：１０～１００：１の間である。

さらに、ベル６とも呼称されるほぼベル型の構造体６は、タンク１の部分的に図示された空気送達システム７に配管を用いて接続されたタンクの下方部分に配置された空気送達要素７０、例えば多孔質散布器によってタンク内に送達された空気を運びうる。空気は、当業者に既知の手段によってタンク１に含まれる流体に導入されうることに留意しなければならない。

限定ではなく説明のみを目的として、より大きな調節可能性を許容するために、各ベル６は、内部に、好ましくはベル６に締結されて、空気送達システム７に接続されうる１つ以上の空気散布器７０を含みうる。一般に、ベル６は、少なくとも１つの送達要素７０または散布器が各単一のベル６に、好ましくはその内部に提供されるように設けられるのが好ましい。

この配設の結果、散布器７０がベル６の内部に水と空気との混合物を生み出し、この混合物が図に示すように例えばほぼ底から上方への開口部６１から開口部６２への流れを生み出しながらベル６を通過する。

ベルの浮遊設置の場合には、ベル６の上方部分に浮遊体６０が提供され、ベル６を浮遊状態で（すなわちタンク１の底から離して）支持するように適合される。同様に、タンク１内のベル６の垂直方向の配置を保証するために、バラスト体６３がベル６の下方部分に提供されるのが好ましい。

ここで図２を参照すると、本発明の別の実施形態による装置が図式的に示される。本装置は、酸化タンク１またはリアクタを含む。図の明確のために、同じ部分は同じ名前を有し、その詳細な説明は以前に与えられ、本実施形態でも有効であるため、ここでは省略される。

この図に示す実施形態は、タンク１内に設けられた１つ以上の中間隔壁または壁１０（図にはそのうちの１つのみを示す）を提供する点で前の実施形態とは異なる。隔壁１０は、その下方部分に通過間隙が提供される、または換言すれば、各隔壁１０の下方端はタンクの底から離間される。隔壁１０は、タンクの底にほぼ垂直な方向に延びるように向けられるのが好ましい。各隔壁１０の下方端とタンクの底壁との間の距離は、通常はシステムの水力流に基づいて識別され、１０ｃｍ～１．５ｍの間で変動する。説明のみを目的として、各隔壁１０はタンクの２つの対向する壁に締結される。

この隔壁１０の配設の結果、隔壁およびタンク１の壁によって区切られた空間が、相互に連通する一連の区画を画成する。図２に示される実施形態では、隔壁１０が１つだけ提供される。ＥＰＳの疎水性成分の異なる濃度の結果として生じる混合物の粘度は、様々な区画内で異なる濃度値をとりうる。混合物の酸素濃度および粘度は、入口管２から出口管３に向かう方向に減少するのが好ましい。各区画は少なくとも１つのベル６を含むのが好ましい。例えば、各区画は１つ以上のベル６を含みうる。したがって、異なる濃度のＥＰＳを特徴とする、隔壁１０によって画成される一連の区画が達成される。

そのような効果を高めるために、図２Ａの変形例に示すように、これらの区画のうちの１つ以上に、より軽いためおよび疎水性であるために処理されるべき混合物の表面の近くにまたは表面に位置するより軽い汚泥および疎水性ＥＰＳを再循環させるための配管５０が存在しうる。

特に、配管５０は、混合物の表面からより軽い汚泥および／または疎水性ＥＰＳを内部に導くように設けられた入口セクションまたは開口部５１を含む。特に、入口開口部５１は上方を向き、配管５０の端は流体の自由表面の下にある。配管５０は、配管５０の入口セクション５１が提供された区画に対して水力的観点から上流の区画に流れ込む。

再循環は、通常は、配管５０の上昇ライン部、すなわち流体が上方に向かう箇所の空気入口点または開口部５２での空気の吹き込みの後に生み出される減圧によって行われる。特に、管５３は、空気入口点５２で配管５０を空気送達システム７０に接続する。

好ましくは、図１、図２および図２Ａの実施形態では、タンク１の最終部分（すなわち水力循環の下流）に、装置の動作中に部分的静止状態であるゾーン５５が存在し、その中で沈殿および濾過による汚泥相からの液相の分離、ならびにリアクタを出る水力流を物理的に濾過することができる粒状汚泥５の流体層の形成が起こる。

そのようなゾーン５５は、下方開口部を区切るデフレクタ４とタンクの壁３１とによって区切られるのが好ましい。隔壁は、タンクの底に対してほぼ直角であるかまたは傾斜されうる。これにより、ＥＰＳは自然にまたは気泡によって生じた浮揚の後にタンクのまたはそのようなデフレクタ４が配置された区画の上方部分に落ち着く傾向があるため、粒状汚泥層は排水の濾過を保証するだけでなく、タンク内のＥＰＳのより高い永続性を保証する。特に、ＥＰＳの疎水性成分はタンクの上方部分に落ち着く。

デフレクタ４および流体粒状汚泥５床の存在は、細胞溶解ステップ中に形成された浮遊物質および「灰」をタンク内に保持することも可能にし、それらが流出物中で出口管３に向かって漂流させられるのを防ぐ。それらの浮揚も、タンク内部の微小気泡の送達によって促進される。

ここで図３を参照すると、本発明による１つ以上の装置を具体化する浄化プラントのレイアウトが、説明のために図式的に示される。

図において破線で示されるプラントの処理部分またはセクションは、本発明の装置を具体化することによりプラントに改変を加えた結果としてこれらが省略される可能性を示す。

実際、本発明の装置の高い酸化潜在力を前提とすれば、タンク１の上流の一次沈殿槽の存在は必要ない。さらに、汚泥顆粒自体の内部で硝化および脱窒を行う粒状汚泥の能力を前提とすれば、脱窒区画の存在はもはや必要ない可能性がある。

既存の活性汚泥浄化プラント内で本発明の装置を具体化する場合には、タンク１自体の内部で沈殿が行われうる。タンク１の下流の二次沈殿槽は必要ない可能性がある。ここで図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、酸化ベル６の第１実施形態が図式的に示される。

一般に、本発明によれば、ベル６は、液体の入口断面６１または入口開口部６１の面積と出口断面６２または出口開口部６２の面積と間の比が、必要な酸化潜在力に応じて好ましくは１００：１～１００：１０まで変動しうるのが好ましい。合計出口表面は、開口部６２の面積の和によって与えられる。

本実施形態によれば、水－空気混合物の出口管６５内に直接位置するそれぞれの調節デバイス６４（以下でより詳細に説明する）を用いて前述の面積減少率を変動させる可能性が提供される。そのような調節デバイス６４は、好ましくは、各管６５の内部断面を変動させることにより動作する。したがって、前述の面積間の比は、少なくとも５：１のまま、好ましくは限界１００：１～１００：１０の間で変動させられうる。

あるいは、ベルの上部に取り付けられた単一の集中調節デバイス（これらの図には示されない）を用いて同じ結果が得られてもよい。あるいは、散布器（単数または複数）７０内に吹き込まれる空気の流量を調節することにより、類似の結果が得られてもよい。

より詳細には、ベル６は、液体を入れるための開口部６１（入口断面）を区切る、円形であるのが好ましい下方縁を有する。ベル６を安定させるためのバラスト６３が縁に締結される。そのような場合には、通常は、ベル６の上部部分に締結された少なくとも１つのフロータ要素６０が提供される。

通常は、フロータ６０は、特にその開発時にベル６が部分的または全体的に沈められるように配設および構成され、管６５は好ましくは流体の自由表面の下に位置するようにされる（図１および図２を参照）。当業者は、そのような結果を得るためのフロータの特徴および位置を判断できることに留意しなければならない。

通常、ベルの下方端は、タンクの底から３０ｃｍ～１ｍの間の距離に設けられる。下方断面６１でのベルの内径Ｄは、タンクのサイズおよび浄化されるべき下水の特徴に依存する。

下方断面６１でのベル６の内径は、０．５ｍ～５ｍの間であるのが好ましい。ベル６の上部部分には、それぞれの開口部６２を区切る少なくとも１つの出口管６５が提供される。例えば、２つまたは４つの出口管６５が提供されうる。各出口管６５は、断面６１の内径よりも小さい内径を有するベルの上部部分から分岐する。

各出口管６５は、ベル６の側壁６７から、それぞれのベル６の垂直軸Ｘにほぼ直角な方向に延びるのが好ましい。

４つの出口管６５が提供されるときには、これらはほぼ十字を形成するように２つずつ揃えられるのが好ましい。各出口管６５およびそれぞれの開口部６２の内径Ｄは、５～２０ｃｍの間であるのが好ましい。

各出口管６５のアーチ背面は、タンク内の液体の自由表面の下に、液体の自由表面から５～１００ｃｍの距離に設けられるのが好ましい。

この場合、２つまたは４つの出口開口部６２が提供され、合計出口表面は、前述の流量調節を作動させるために作製された任意の狭窄を除いた各出口断面６２の面積の和によって与えられる。

本実施形態によれば、ベル６は浮遊するように構成される。あるいは、ベルはタンクの底に載るかまたはタンクの底に係留されるようにしてもよい。そのような場合には、ベルは特別な支持ベースを提供しうる（図示せず）。

ここで図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、酸化ベル１０６の第２実施形態が図式的に示される。

図の明確のために、同じ部分は同じ名前を有し、それらの詳細な説明は以前に与えられているためここでは省略する。

本実施形態によれば、ベル１０６には、出る流量の調節のためのデバイス、すなわち前の実施形態のデバイス６４がない。特に、ベル１０６は、一定であるものとして、すなわち動作中に変動不可能であるものとして確立される、水－空気混合物の入口６１と出口６２との断面比を有する。所与のプラントの動作要件によれば、下水の入口６１および出口６２の表面の間のこのような比は、ベル６を建築するステップの間に確立され、少なくとも５：１である、または換言すれば第１開口部６１の面積は、第２開口部６２の面積よりも少なくとも５倍大きい。第１開口部６１の面積と第２開口部６２の面積との間の比は、必要な酸化潜在力にしたがって１００：１～１００：１０の間であるのが好ましい。

この場合、ベルの超酸化潜在力は、散布器（単数または複数）７０によって吹き込まれる空気の量を変動させることによって調節されうる。システムの動作のために、出口管６５は液体の自由表面の下に位置するのが好ましく（図１および２）、流れをベル１０６から離れるように運ぶことにより混合物の混合を促進する機能を有する。

ベルの前述の実施形態のように、ベルの下方端は、タンクの底から３０ｃｍ～１ｍの間の距離に設けられるのが好ましい。下方断面６１でのベル１０６の内径Ｄは、タンクのサイズおよび浄化されるべき下水の特徴に依存する。下方断面６１でのベル６の内径Ｄは、０．５ｍ～５ｍの間であるのが好ましい。ベル１０６の上部部分には、それぞれの開口部６２を区切る混合物の少なくとも１つの出口管６５が提供される。例えば、２つまたは４つの出口管６５が提供されうる。各出口管６５は、断面６１の内径よりも小さい内径を有するベルの上部部分から分岐する。各出口管６５は、それぞれのベル６の垂直軸Ｘにほぼ直角な方向に延びるのが好ましい。４つの出口管６５が提供されるときには、これらはほぼ十字を形成するように２つずつ揃えられるのが好ましい。各出口管６５の内径Ｄは、５～２０ｃｍの間であるのが好ましい。

合計出口表面は、開口部６２の面積の和によって与えられる。

本実施形態でも、浮遊応用例が図示されるが、代替的にベルはタンクの底に載り、専用の支持ベースが提供されてもよい。

ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、酸化ベル２０６の第３実施形態が図式的に示される。

図の明確のために、同じ部分は同じ名前を有し、それらの詳細な説明は以前に与えられているためここでは省略する。

本実施形態によれば、ベルは前述の出口管を有しない。ベル２０６には、下方開口部６１に対向する開口部６２’が提供される。特に、開口部６２’を区切るベルの上方縁は、下方開口部６１を区切るベル２０６の下方縁の内径Ｄよりも小さい内径を有する。

前述の実施形態と同様に、この実施形態も、液体の入口断面６１と出口断面６２との間の比が少なくとも５：１、好ましくは１００：１～１００：１０の間であるようになっている。

動作のために、水／空気混合物の上方出口表面６２は、この場合にも、混合物の自由表面の下に位置するのが好ましい。この場合、ベルの超酸化潜在力は、散布器（単数または複数）７０によって吹き込まれる空気の量を変動させることによって調節されうる。

図は、浮遊応用例を示す。代替的に、ベルは特別な支持ベース（図示せず）を用いてタンクの底に載っていてもよい。説明はベル型構造体を特に参照して行われているが、構造体は、例えば円錐台のような異なる形状を有してもよいことに留意しなければならない。

利点
本発明のシステムは多数の利点を有する。

１つの有利な態様によれば、低減されたエネルギーコストおよび活性汚泥と浄化水との間の分離の速さを特徴とする懸濁培養好気性粒状汚泥システムを用いて有機物質が水溶液中で分解されうる。

別の有利な態様によれば、本システムは、既存の活性汚泥浄化プラントを改変するために容易に適合されうる。

別の有利な態様によれば、有機廃棄物画分の低コスト酸化のための水相システムが構築されうる。

別の有利な態様によれば、有機起源の強汚濁下水の化学的および生化学的酸化が許容されうる。

別の有利な態様によれば、相当な局所化された酸化潜在力と同時に低減されたエネルギー消費で動作することが可能でありうる。

別の有利な態様によれば、断続「フィルアンドドロー」モードの代わりに連続供給リアクタで動作し、タンク内のＥＰＳの濃度を制御して最適範囲内に維持し、そのような範囲を下回るときにその産生を活性化することが可能でありうる。

別の有利な態様によれば、活性汚泥浄化プラントの酸化タンクの内部または同じプラントの汚泥の好気性消化タンクの内部で余剰汚泥がＥＰＳに変換されうる。

別の有利な態様によれば、汚泥のフロック化、したがって濃縮生成物の使用の低減に好都合なＥＰＳの存在のおかげで、活性汚泥浄化プラントの余剰汚泥に、より良好な機械的脱水条件が提供されうる。

Claims (12)

1. 活性バイオマスまたは活性汚泥粒子を用いて下水の有機画分を分解するための装置であって、
   －前記下水および前記活性バイオマスを含むように適合された少なくとも１つのタンク（１）と、
   －前記下水に少なくとも部分的に浸漬されるように適合された少なくとも１つの中空構造体（６、１０６、２０６）であって、前記下水を入れるための少なくとも１つの第１開口部（６１）、および前記下水を出すための少なくとも１つの第２開口部（６２）が提供され、前記少なくとも１つの第１開口部（６１）の面積は、前記少なくとも１つの第２開口部（６２）の面積よりも少なくとも５倍大きい、少なくとも１つの中空構造体と、
   －前記少なくとも１つの中空構造体（６、１０６、２０６）の内部に空気を導入するように適合された空気送達手段（７、７０）と、
   を含み、
   前記空気送達手段（７、７０）が前記少なくとも１つの第１開口部（６１）から前記少なくとも１つの第２開口部（６２）への下水の流れを生成するように適合されるように、前記少なくとも１つの第１開口部（６１）は前記空気送達手段（７、７０）の近位にあり、前記少なくとも１つの第２開口部（６２）は前記空気送達手段（７、７０）から遠位にあり、
   前記少なくとも１つの中空構造体（６、１０６、２０６）は、前記少なくとも１つの中空構造体（６、１０６、２０６）を前記下水中に浮遊させるように構成された浮遊体（６０）を含む、
   装置。
2. 前記少なくとも１つの中空構造体（６、１０６、２０６）はベル型である、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの第１開口部（６１）の面積と前記少なくとも１つの第２開口部（６２）の面積との間の比は、１００：１０～１００：１の間である、請求項１または２に記載の装置。
4. 複数の第２開口部（６２）が提供されるときには、前記少なくとも１つの第１開口部（６１）の面積は、前記第２開口部（６２）の面積の和よりも少なくとも５倍大きく、前記少なくとも１つの第１開口部（６１）の面積と、前記第２開口部（６２）の面積の和との間の比は、１００：１０～１００：１の間である、請求項１または２に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）は側壁を有し、前記少なくとも１つの第１開口部（６１）は前記側壁の下方端によって区切られる、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）の前記側壁の上方端によって区切られた第２開口部（６２）が提供される、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）の前記側壁から横方向に延びる少なくとも１つの出口管（６５）が提供され、前記少なくとも１つの出口管（６５）は、前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）の内部と連通し、第２開口部（６２）を区切る、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
8. 少なくとも２つの出口管（６５）が提供され、前記少なくとも２つの出口管（６５）の各々は、それぞれの第２開口部（６２）を区切る、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）には、前記少なくとも１つの第２開口部（６２）から出る前記下水の流量を調節するように構成された流量調節手段（６４）が提供される、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記第１開口部（６１）は、前記構造体の残部よりも大きい内径を有する構造体部分によって区切られる、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記下水に少なくとも部分的に浸漬され、前記タンク（１）を相互に連通する区画に分割する、少なくとも１つの隔壁（１０）が提供され、流体を１つの区画から別の区画に再循環させるための少なくとも１つの配管（５）が提供される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 活性バイオマスまたは活性汚泥粒子を用いて下水の有機画分を分解するための方法であって、請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置が提供され、
    前記方法は、
    ａ）前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）が少なくとも部分的に前記下水に浸漬されるように、前記下水を前記タンク（１）に導入するステップと、
    ｂ）前記空気送達手段（７、７０）を用いて前記第１開口部（６１）から前記少なくとも１つの第２開口部（６２）への下水の流れを生成するために、前記空気送達手段（７、７０）を用いて前記少なくとも１つの構造体（６、１０６、２０６）の内部に空気を導入するステップと、
    を含む、方法。

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