JPH0131438B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 廃水入口、清澄器への出口、返送汚泥入口、
および底、相対する側壁および実質的に均一な横
断面積を有する無端水路からなり、従属栄養好気
性微生物、従属栄養通性微生物および自家栄養微
生物を包含する細菌フロツクを含有する循環混合
物が、かかるフロツクを懸濁状態に維持するのに
十分な循環速度で並進的に循環し、該フロツクは
廃水入口を通つて該水路に入る廃水を、混合物懸
濁固形物0.4536Kg（１ポンド）当たり５日間の生
化学的酸素要求量0.004536Kg〜1.13398Kg（0.01〜
2.5ポンド）の栄養物対微生物の重量比の栄養物
源として利用する閉循環路酸化溝において、無端
水路内のすべての混合液に、循環路流動サイクル
あたり少なくとも１回、反覆的好気性処理を加え
る流動制御装置を有し、かつ Ａ 該底および該側壁に密封的に取付けられ、該
無端水路を横切つて配置されて混合液および無
端水路を吸込み側水路内の上流液と吐出し側水
路内の下流液と分割する障壁； Ｂ 下降流インペラ、該インペラの上方に配置さ
れかつ該上流液と流動連結している朝顔形吸込
み口、該インペラの近くに配置された気泡をつ
くるための空気分散装置、および該インペラと
該空気分散装置を取囲む下向き吸込み管からな
る軸流ポンプ； Ｃ 該軸流ポンプを、該上流液と流動連結して設
置するための取付け装置； Ｄ 該空気分散装置、圧縮空気源および圧縮空気
を圧縮空気源から空気分散装置へ動かすための
送出し装置からなる、液・空気の混合物をつく
るための曝気装置；および Ｅ 該下向き吸込み管を吐出し側水路中に連結す
る吐出しダクトを有し、これにより軸流ポンプ
および曝気装置の運転が (1) すべての混合液を強制的に吐出しダクトを
通し、 (2) 吐出しダクト内で液・空気の混合物をつく
り、 (3) 液・空気の混合物から酸素をすべての混合
液に移動させて曝気された混合液を下流液と
して形成させ、 (4) 曝気された混合液が吸込み側水路に戻つて
混合するのを完全に阻止し、 (5) 上流液を溶存酸素約0.1mg／もしくはそ
れ以下の無酸素レベルに制御することがで
き、 (6) 吐出しダクトの朝顔形吸込み口と吐出し端
部との間で酸素を移動させるための対数平均
推進力を増加させ、これにより混合物液中に
所定量の酸素を溶解するのに必要なエネルギ
ーを減少させかつ酸素移動効率を増加させ、
無端水路内ですべての混合液に対し反覆好気
性処理を加え、混合液を細菌フロツクを懸濁
状態に維持するのに十分な循環速度で並進的
に循環させる ことを特徴とする改良酸化溝。 ２ 障壁装置が台形横断面を有し、グナイト層で
覆われた土の障壁である、請求の範囲第１項記載
の改良酸化溝。 ３ 流動制御装置が、相並んだ少なくとも２つの
軸流ポンプ、少なくとも２つの取付け装置、少な
くとも２つの曝気装置および少なくとも２つの吐
出しダクトからなる、請求の範囲第１項記載の改
良酸化溝。 ４ 吐出しダクトが吐出し側水路に向かつて収斂
する、請求の範囲第３項記載の改良酸化溝。 ５ 吐出しダクトが障壁の近くを無端水路の底よ
りも大きい深さで通り、これによつて液・空気の
混合物に効し、底における水圧よりも大きい圧力
が発生する、請求の範囲第１項記載の改良酸化
溝。 ６ 吐出しダクトが下向き吸込み管に流動連結さ
れ、下向きに選択された深さに達し、下流方向に
選択された距離湾曲し、上向きに吐出し側水路内
の吐出し点に達する、請求の範囲第５項記載の改
良酸化溝。 ７ 吐出しダクトが吐出し側水路内の混合液の流
動方向に、吐出しダクト内で実質的にすべての反
覆的好気性処理が、該水路の深さに相応する圧力
よりも大きい選択された水圧下に起きる十分な距
離延びている、請求の範囲第６項記載の改良酸化
溝。 ８ 吐出しダクトが下向きに吸込み管に連結せる
湾曲吐出し区間、該湾曲吐出し区間に連結せる第
１の直線区間、該第１の直線区間に連結せる上向
き吸込み区間、該上向き吸込み区間に連結せる第
２の直線区間、および該第２の直線区間に連結し
かつ吐出し側水路中に配置された終端ダクトから
なる、請求の範囲第６項記載の改良酸化溝。 ９ 空気分散装置が少なくとも１つの空気分散リ
ングからなる、請求の範囲第８項記載の改良酸化
溝。 １０ 空気分散装置が第１の分散リングと第２の
分散リングからなり、これらが下向き吸込み管を
通る混合液の流れを横切つて配置されている、請
求の範囲第９項記載の改良酸化溝。 １１ 曝気装置が、BOD負荷が非常に大きい場
合および吐出しダクト曝気を流量考慮のためポン
プ曝気に代えて、吐出しダクトを通る上向き並進
運動の速度を、下降流インペラのポンプ効果に加
えて空気揚水ポンプ効果によつて増加させること
が望ましい場合補助的空気を得るため、吐出しダ
クト内に配置された分散管からなる、請求の範囲
第８項記載の改良酸化溝。 １２ 分散管が吐出しダクト内に横に配置されて
いる、請求の範囲第１１項記載の改良酸化溝。 １３ 分散液が、吐出しダクトに密封的に取付け
られたケーシング管内に取外し可能に取付けられ
ている、請求の範囲第１１項記載の改良酸化溝。 １４ ケーシング管の第１の直線区間に取付けら
れている、請求の範囲第１２項記載の改良酸化
溝。 １５ ケーシング管が上向き吸込み区間に取付け
られている、請求の範囲第１３項記載の改良酸化
溝。 １６ 複数の分散管が複数のケーシング管内に取
外し可能に取付けられ、１つのケーシング管が第
１の直線区間に取付けられ、他方のケーシング管
が上向き吸込み区間に取付けられている、請求の
範囲第１３項記載の改良酸化溝。 １７ 廃水の連続流を多量の循環混合液に連続的
に混合することによつて該廃水の連続流を好気性
処理するための活性汚泥法であつて、該混合液は (a) 少なくとも部分的に細菌フロツクとして存在
する従属栄養好気性微生物、従属栄養通性微生
物および独立栄養微生物を包含するバイオマス
を含有し、かつこれら微生物に対して上記廃水
は、混合液懸濁固形物１部あたり５日間の生化
学的酸素要求量が0.01〜2.5部の範囲にわたつ
て変化する栄養物対微生物の重量比の栄養源で
あり、 (b) 混合液は酸化溝の環状水路内を、該水路内で
清澄ゾーンによる中断しない状態の懸濁液中に
該フロツクを維持するのに十分な循環速度で並
進的に流れ、 (c) 混合液は、その一部を沈降した汚泥から清澄
化された液を分離するための沈降装置に連続的
に排出することにより減少させ、かつ (d) 沈降した汚泥の少なくとも一部を該水路に連
続的に戻すことによつて増加させ、混合液と供
給廃水および空気の混合は酸化溝の循環サイク
ルあたり少なくとも１回起きるようにする方法
において、 Ａ 混合液および水路を吸込み側水路内の上流
液と吐出し側水路内の下流液とに分割するた
めの、該水路内に配置された障壁装置を設
け； Ｂ 上流液を下流液に連結する吐出しダクトを
設け； Ｃ すべての上流液を吐出しダクトを通つて吸
込み側水路から吐出し側水路に圧送するため
のポンプ装置を設け； Ｄ 吐出しダクトを通るすべての吸込み液に圧
縮空気を導入するための曝気装置を設け；か
つ Ｅ 該ポンプ装置と曝気装置とを、 (1) すべての混合液を吐出しダクトを通つて
強制的に循環させるため、 (2) 吐出しダクト内に液・空気混合物を形成
させるため、 (3) 液・空気混合物から酸素をすべての混合
液に移動させて、曝気された混合液を下流
液として形成させるため、 (4) 吸込み側水路への曝気された混合液の戻
り混合を完全に阻止するため、および (5) 吐出しダクトの吸込み側端部と吐出し側
端部との間の対数平均推進力を増加させ、
これによつて所定量の酸素を混合液に溶解
するのに必要なエネルギーを減少させ、か
つ酸素移動効率を増加させ、無端水路内で
のすべての混合液に対する反覆的好気性処
理を加え、混合液を、細菌フロツクを懸濁
状態に維持するのに十分な循環速度で並進
的に循環させるために操作することを特徴
とする改良活性汚泥法。 １８ 栄養物対微生物の比が0.01〜0.2の範囲で
変化し、混合液は少なくとも3000mg／の混合液
懸濁固形物を有し、これにより酸化溝は拡張曝気
システムとして働く、請求の範囲第１７項記載の
改良活性汚泥法。 １９ 沈殿した汚泥の戻り部分が吐出しダクトの
吸込み端に入る、請求の範囲第１７項記載の改良
活性汚泥法。 ２０ 吐出しダクトの少なくとも一部が、吐出し
側水路の深さよりも大きい深さである、請求の範
囲第１７項記載の改良活性汚泥法。 ２１ 吐出しダクトが大きい深さで、実質的にす
べての反覆的好気性処理が吐出し側ダクト内でか
つ吐出し側水路の深さに相当する圧力よりも大き
い選択された水圧下に起きるのに十分な距離拡張
されている、請求の範囲第２０項記載の改良活性
汚泥法。 ２２ ポンプ装置が、実質的にすべての細菌フロ
ツクを小さい粒子に剪断するための剪断型ポンプ
装置である、請求の範囲第１７項記載の改良活性
汚泥法。 ２３ 吐出しダクト内に付加的に剪断装置が設け
られている、請求の範囲第２２項記載の改良活性
汚泥法。 ２４ ポンプ装置が、下降流インペラ、該インペ
ラの上方に配置されかつ上流液と流動連結せる朝
顔形吸込み口、気泡をつくりかつ液・空気混合物
を形成するための空気分散装置、および該インペ
ラと空気分散装置を取囲む下向き吸込み管からな
り、朝顔形吸込み口を下向き吸込み管とが吐出し
ダクトの吸込み端として連結されている、請求の
範囲第１９項記載の改良活性汚泥法。 ２５ 空気分散装置が、下向き吸込み管内の下降
流インペラの下方に配置されている少なくとも１
個の分散リングからなる、請求の範囲第２４項記
載の改良活性汚泥法。 ２６ 複数のポンプ装置、曝気装置および吐出し
ダクトが設けられていて、曝気装置はさらに吐出
しダクト内に取外し可能に配置された少なくとも
１つの分散管を有する、請求の範囲第２５項記載
の改良活性汚泥法。 ２７ 各分散リングおよび各分散管に供給される
圧縮空気の割合を変えることによつて、吐出しダ
クト内の流速を少なくとも50％変える、請求の範
囲第２６項記載の改良活性汚泥法。 ２８ 酸化溝が、 Ａ 水路内に廃水の硝化および脱硝の組合わせ処
理のための好気性ゾーンおよび無酸素ゾーンを
生成させるため； Ｂ 好気性ゾーンおよび無酸素ゾーンの長さを季
節の温度変化によつて変えるために操作しう
る、請求の範囲第２７項記載の改良活性汚泥
法。 ２９ 酸化溝が、 (a) インペラの単独かまたは平行な運転、 (b) インペラの速度、 (c) 圧縮空気の総量および (d) 分散リングおよび分散管の間の圧縮空気の割
合を変えることによつて選択的に操作でき、こ
れによつて (1) 速度は0.1524ｍ／sec（0.5ft／sec）から
少なくとも0.9144ｍ／sec（3.0ft／sec）の範
囲にわたつて可変であつて、吐出しダクトか
らの選択された溶存酸素出力を維持するか、
もしくは (2) 溶存酸素出力が可溶であつて、選択された
速度を維持するか、または (3) 速度と溶存酸素出力との双方が任意所望の
組合わせで可変であり、すべてのタービンを
一定速度で運転する、請求の範囲第２８項記
載の改良活性汚泥法。 ３０ 廃水の連続流を無酸素ゾーン内の水路およ
び吸込み側水路の上流に、無酸素ゾーンに存在
し、酸素源として硝酸塩酸素を利用しかつエネル
ギー源として硫化水素を使用する特定の微生物
が、脱硝を最大にし、遊離の溶存酸素が硫化水素
の化学的および生物学的酸化のために消費される
のを最小にすることができ、これにより遊離の溶
存酸素は、廃水の連続流中に存在する硫化水素の
酸化のために循環混合液中で利用しうる硝酸塩酸
素を利用することによつて、生物学的BOD除去
および硝化のために最大限に使用できるようにす
るために送出する、請求の範囲第２９項記載の改
良活性汚泥法。 ３１ 無酸素ゾーンが溶存酸素約0.1mg／もし
くはそれ以下の無酸素レベルである、請求の範囲
第３０項記載の改良活性汚泥法。 技術分野 本発明はガス・液体接触装置および液体処理シ
ステムにおけるこのような装置の使用に関する。
さらに、本発明は連続する工程においてくり返さ
れかつ延長される空気・液体接触を必要とする酸
素吸収法に関する。殊に本発明は、酸化溝
（oxidation ditch）のような環状水路型の好気性
浄化システム内で下水のような排水を曝気圧送す
る方法および装置に関する。 背景技術 この出願は、1979年１月19日に提出された、ジ
ヨン・ハーガー・レイド（John Hager Reid）
の“好気性下水処理用流動制御装置および方法
（flow control apparatus and method for
aercbic sewage treatment）”なる題目の米国特
許分類番号第649995号の一部継続出願である。 普通好気性方法と称される多数の液体処理方法
は、都市下水、缶詰工場廃水、酪農場廃水、肉処
理場廃水等のような廃水を処理するために細菌お
よび他の微生物を溶存酸素とともに供給する。 このような好気性方法は、普通微生物（ビオマ
スもしくは活性汚泥と称される）を濃縮しかつ活
性化し、この汚泥を循環させ微生物に栄養物を供
給する流入排水と混合することによつて促進され
る。廃水の好気性処理のための活性汚泥法は、次
の２つの主要な発展、即ち垂直流動曝気たまり池
および循環流動酸化溝を有する。 垂直流動曝気たまり池は特色として、米国特許
第3479017号に記載されているような2.0mg／の
均一な溶存酸素含量を生じる曝気装置を使用す
る、「水および廃水工学（Water ＆ Wastes
Engineering）」、（1975年９月）第76〜79頁に記
載されているように、垂直に取付けられ液体の表
面に配置された１個または多数のインペラ型曝気
装置を用いて大規模に曝気される。このようなイ
ンペラ曝気装置は、しばしば、たまり池（basin）
内で部分的もしくは完全にたまり池の底に延びる
吸込み管の上方開放端部に取付けられているの
で、曝気装置は液体を、12.19ｍ（40ft）までの
深さを有するたまり池の底からより有効に揚水
し、またり池の表面全体に分散させることがで
き、これによつて広い面積にわたる垂直循環を改
良する。直径2.74ｍ（9ft）のインペラを低速回
転する減速ギヤ装置が設けられている場合、1.59
KgO₂／0.75kw／hr（3.5lbs／hp／hr）の酸素移動
効率が達成された。 従前の酸化溝法において、オランダ国特許第
87500号は、下水に酸素を添下しかつ下水を、卵
子形に設計された溝内で閉環状循環路で一定時間
流動させるためのブラシ面を有する水平に取付け
られたロータを記載し、次いで液は沈降により澄
明にされ、過剰の汚泥は除去される。下水に酸素
を添加し、酸化溝中で循環流循環を惹起する方向
での次の発展において、米国特許第3336016号は
Ｓ字形ダクトを記載し、米国特許第3510110号は
縦の仕切りとそれに隣接する垂直に配置された表
面曝気装置との組合わせを記載し、かつ米国特許
第3846292号は複数の液面下エジエクタ曝気装置
を記載している。 最後に、米国特許第3900394号は、一端もしく
は両端にインペラ形曝気装置を有する循環路流動
酸化溝中で実施される下水浄化法を記載し、該方
法は流入する下水の連続的曝気、好気性分解およ
びその酸素含量の消耗、酸素欠乏細菌への付加的
下水の導入、および同時に付加的下水の好気性分
野および脱硝（細菌が硝酸塩を破壊）からなる。 循環路流動酸化溝は、プラグフローで作業する
完全な混合システムである。これは、スペース、
コストおよび方法の設計要件により、0.01〜5.0
の可能な範囲にわたつて変化する栄養物対微生物
の比（Ｆ／Ｍ）で汚泥を循環させて作業するよう
に設計することができる。0.01〜0.2の低いＦ／
Ｍ比で作業する場合には、少量の汚泥を生じる拡
張曝気システムである。0.2〜0.5の中間のＦ／Ｍ
比で作業する場合には、普通のシステムである。
0.5〜2.5の高いＦ／Ｍ比で作業する場合には、大
量の汚泥を生じる高率活性汚泥システムである。
さらに、2.5以上のＦ／Ｍ比を有する、汚泥を循
環させない活性化ラグーン（池）として作業する
こともできる。酸化溝も、これら３つのシステム
全部が表わす広いＦ／Ｍ範囲に変化可能で、高率
活性汚泥システムとして作業を開始する場合には
汚泥が形成せず、徐々に循環汚泥が形成して3000
mg／の混合液懸濁固形物含量（MLSS）にな
り、ここで一般に拡張曝気がはじまるものと考え
ることができる。 そこで、卵子形のトラツクおよび複数の環状又
は無端の水路のような種々の深さおよび種々の設
計の循環路流動酸化溝内で使用する３つの主要な
型の曝気装置が存在する。これらは次のとおりで
ある： (1) 水平軸の表面曝気装置 (2) 垂直軸に表面曝気装置 (3) 渦流ジエツト型水面下曝気装置 水中表面曝気装置は２つの基本型がある： (1) 約37.29〜44.74kw（約50〜60馬力）の最大入
力を有する、イリノイ州バートレツト在レーク
サイドエクイツプメント社（Lake side
Equipment corporation）およびアラバマ州バ
ーミンガム在パサバント社（Passavant
Corporation）により製作されたもののような
ブラシ、ケージもしくはロータ曝気装置。 (2) ウイスコンシン州バークシヤー在エンバツク
ス社（Envirex、Incorporated）により製作さ
れたもののような曝気円板。 それぞれの型は、空気から混合液に、酸素0.91
〜1.47kt／軸0.75kw／hr（酸素２〜3.25lbs／軸馬
力／hr）を移動させる。 低速表面曝気装置は、基本酸化溝の改良形とし
て、オランダ国アメルスフールト在ドワルス・ヘ
ーデリツク ベルハイ（Dwars、Heederik
verhey）によつて開発されたカルーセル
（Carrousel）として公知の環状水路設計で使用さ
れる。それぞれの曝気装置は、水路内で均一な乱
流、つまり縦方向とらせん形との両方の流れを発
生させるための曝気装置に接近して置かれた中央
の仕切りを有する深い水路の円形端部に垂直に設
置される。このような表面曝気装置は、空気から
混合液にO₂1.36〜1.81Kg／0.75kw／hr（３〜
4lbs／hp／hr）を移動する。 渦流ジエツトシステムは、空気噴射ヘツドが、
O₂1.36〜1.81Kg／0.75kw／tr（３〜4lbs／hp／hr）
の酸素移動効率で推進および高率曝気を得るため
に深さ6.1ｍ（20ft）の水路の床近くに設置され
ている、ハウデイル インダストリイのペンバー
シイ工場（Penberthy Division of Houdaille
Industries）ににより販売されている深水路噴射
曝気装置として公知である。 エネルギーを保存し、酸化溝中で必要とされる
曝気装置の費用および数を最小にするためには、
もつと大きい移動効率が要求される。 空気で水を酸化する場合、必要な駆動力は、水
中の溶存酸素含量が増加するにつれて非線型に増
加する。従つて、液体・ガス接触の繁度は、種々
の溶存酸素含量を有する液部分が混合して直ちに
均一な平均酸素含量が生じるにせよ極めて重要で
ある。殊に、はじめ溶存酸素が零の液体部分がと
きどき空気のような気体を含有する場合、該液は
最初酸素を非常に急速に吸収するが、その後次第
に遅くなる。垂直な循環は若干の曝気された水
を、曝気装置の吸込み口へ直接に戻して混合させ
る。こうして、既に曝気された水を再曝気するこ
とによつてエネルギが浪費される。その結果、垂
直循環および乱流混合を最小にするためおよび液
体とガスとを簡単に接触させるための方法および
手段に対する要求が存在する。 表面曝気装置を用いるこれら従来のシステム
は、一般にエーロゾル噴霧およびミスチング、冷
天候時の凍結の問題、酸素要求量による混合およ
び消費エネルギの依存性、過剰騒音、液高変化に
よる消費電力の依存性、および液高変化を補償す
るため曝気装置を浮遊させる必要性の欠点があ
る。渦流ジエツトシステムは、深い水路の底で空
気を導入するため高いフアン圧を必要とし、混合
液を強性的に水中ジエツトを通過もしくは噴射さ
せるため複数の循環ポンプの運転および維持を必
要とする。 これらの問題は、液面下曝気を得るための水中
タービンを使用することによつて最小にするかも
しくは除去することができるが、酸化溝中に水中
タービンを設置するために利用でき、従つてプラ
グフローを発生させることができ、水路速度を正
確に制御することができ、再混合を回避すること
ができかつ完全な混合を達成することのできるよ
うな手段は存在しない。 気泡から混合液中、従つて微生物中への酸素の
物質移動を容易ならしめるために、従前の比較的
静かな環境を回避し、その代わりに酸化溝内で細
菌フロツク全部を、例えば混合液全部を剪断型ポ
ンプ装置もしくは気泡分割および混合装置に、循
環路流動サイクルにつき少なくとも１回強制通過
させることによつて小さい粒子に剪断する手段を
設けるのが望ましい。しかし、従前には、混合液
全部をかかる装置のいずれかに通すことを必要と
する手段は存在しない。 さらに、細菌の活性は、循環路流動サイクル当
たり少なくとも１回混合液の溶存酸素含量を増加
させることにより、例えば気泡−混合液の混合物
に対して酸化溝の水路内の水圧よりも大きい圧力
を発生させることによつて高めることができる。
またしても、酸化溝に対するかかる実際的手段は
存在しない。 発明の開示 従つて、本発明の目的は、酸化溝内に水中ター
ビンを設置するための手段を提供することであ
る。 また、垂直循環を阻止し、曝気した液を酸化溝
内の水中タービンの吐出し口からその吸込み口へ
逆混合するための手段を提供することも１つの目
的である。 さらに、返送汚泥、供給廃水および空気を、酸
化溝内の水中タービンの吸込み口で完全に混合す
るための手段を提供することも１つの目的であ
る。 なおまた、曝気した液の逆混合なしに、酸化溝
内に設置された水中タービンの吐出し口からその
吸込み口まで、酸化溝の水路内の流速を正確に制
御するための手段を提供することも同様に１つの
目的である。 水中タービンによつて送られる液体および空気
に対し、酸化溝中の水路の底における水圧よりも
大きい圧力を発生させるための手段を提供するこ
とももう１つの目的である。 さらにもう１つの目的は、液体・空気の混合物
に対し発生させた、酸化溝中の水路の底における
水圧よりも大きい圧力を、選択された距離およ
び／または選択された時間維持するための手段を
設けることである。 付加的な目的は、液体・空気の混合物に対し発
生させた、酸化溝中の水路の底における水圧より
も大きい圧力を、酸化溝の全好気性部分を通じて
維持するための手段を提供することである。 もう１つの付加的な目的は、酸化溝内の混合液
全部を、細菌フロツクを小さい粒子に剪断するた
めの剪断装置に、サイクル当たり少なくとも１
回、連続的に強制通過させる手段を提供すること
である。 さらに、可変流速制御を提供して、溝速度を広
い範囲にわたりかつ可変曝気装置とは独立に制御
することができ、従つて吐出される液の溶存酸素
含量を広い範囲にわたり、酸化溝中の流量と独立
に変えることのできるようにすることも１つの目
的である。 さらに、従属栄養好気性細菌および従属栄養通
性（脱硝）細菌および自家栄養細菌（硝化）の相
対的集団を、酸化溝の作業が季節の温度変化に応
答する程度に調節および制御するため、酸化溝の
水路内の好気性ゾーンおよび無酸素ゾーンの長さ
を制御するための手段を提供することも１つの目
的である。 これらの目的および本発明の原理による装置お
よび方法を記載するが、該装置は水中タービン、
該タービンの取付装置、圧縮空気用供給装置、戻
り汚泥用供給装置、原廃水用供給装置、(a)障壁装
置の上流側で水中タービンの吸込み口に全混合液
を強制通過させるため、(b)曝気された液の再混合
およびタービン吸込み口への垂直循環を阻止する
ためおよび(c)障壁装置の下流側にすべての曝気さ
れた液をためるための障壁装置、およびタービン
から障壁装置の下流側への、有利に酸化溝水路の
床よりも深い個所で、障壁装置の近くを通る吐出
しダクトを備えている。この吐出しダクトは、タ
ービンに連結された曲線の吐出し区間、曲線の吐
出し区間に連結された最初の直線区間、直線区間
に連続された上向き吸込み区間、上向き吸込み区
間に連結された第２の直線区間、および第２の直
線区間に連結されかつ障壁装置の下流側に配置さ
れた終端ダクトを有する。 吐出しダクトはその長さの選択された部分を通
して、米国特許第3782664号；同第3635444号；同
第3643927号；同第3664638号；同第3751009号；
同第3733057号；同第3643927号；および同第
37924300号に記載されている構造のような気泡分
割および混合装置、もしくは米国特許第3358749
号；同第3394924号；および同第3406948号に記載
されている構造体のような界面発生器を有してい
てもよい。また、吐出しダクトは流動方向に、溝
の実質的にすべての好気活性が吐出しダクト内で
生起する十分な距離延びかつ水路の深さに相応す
る圧力よりも大きい選択された水圧下にあつても
よい。 用語「酸化溝」は一般に、混合液が水平に設置
された、ケージロータおよびデスクロータのよう
な表面曝気装置によつて連続的に循環させられる
比較的浅い卵子形の水たまりに対して使用され、
環状水路および無端水路のような他の用語は一般
に、混合液が隣接する壁と、隣接する水路部分の
間の連結部を提供する半円筒形末端部材とを有す
る相接する複数の水路部分を通つて前後に移動す
る深い水たまりに対して使用される。しかしなが
ら、用語「酸化溝」は、円形、卵子形もしくは任
意形態に湾曲せる浅い水たまりと深い水たまりの
双方を包含する一般的用語として使用される。 かかる閉循環路の酸化溝においては、本発明
は、酸化溝の水路内のすべての混合液に反覆好気
性処理を加える、少なくとも１つの流動制御装置
を有する。流動制御装置は、酸化溝の側壁に密封
的に取付けられていて、混合液を吸込み側水路内
の上流液と吐出し側水路内の下流液とに分割す
る。また、流動制御装置は、少なくとも１個の水
中タービンを有し、該タービンは上流液を受取つ
て下流方向に圧送するために配置されている。そ
れぞれの水中タービンは、酸化溝の底および／ま
たは側壁および／または障壁に取付けられてい
て、モータ、減速装置、タービンシヤフト、ター
ビン羽根、少なくとも１個の空気分散リングおよ
び羽根を取囲む下向き吸込み管を有する。 吐出しダクトは下向きに湾曲し、上向きに吐出
し側水路内の吐出し点に達する。有利に、吐出し
ダクトは、吸込み側水路もしくは吐出し側水路の
いずれよりも大きい深さに達する。 本発明の流動制御装置は、混合液流動速度およ
び混合液曝気の別個の制御を備えている。この作
業特徴は、タービンの圧送容量が、空気分散リン
グに導入される空気量の変化によつて僅かな程度
に減少するにすぎずかつ吐出しダクトの任意区間
に圧縮空気を導入することによつて著しく増加す
るので可能である。分散リングに導入される空気
と吐出しダクトに導入される空気との比率を選択
的に変えることによつて流量は少なくとも50％変
えることができ、かつ(a)タービンの運転を単独又
は並行して、(b)タービンの速度、(c)空気の全量お
よび(d)分散リングと吐出しダクトとの間の空気の
比率を変えることによつて、流量を0.15ｍ／sec
（0.5ft／sec）ないし少なくとも0.91ｍ／sec
（3.0ft／sec）の範囲にわたり、所望の溶存酸素
（D.O）出力を維持して変えるか、もしくはD.O
出力を所望の流量を維持して変えるか、又は全部
のタービンを一定速度で運転し双方の特性を任意
所望の組合わせで変えることが容易に可能であ
る。 この可能性の１つの成果は、酸化溝内の好気性
ゾーンと無酸素ゾーンの長さを、特に季節の温度
変化により所望どおりに変えることができること
である。例えば流量を一定に維持し、D.O濃度を
減少させると、好気性ゾーンは短くなり、無酸素
ゾーンは長くなつて、混合液は相応に時機に適し
た好気性／無酸素の比に対する好気性条件および
無酸素条件を受ける。例えばD.Oレベルを一定に
維持して流量を増加させると、好気性ゾーンが同
じ時間、大きい距離を通じて維持されるので、残
りの小さい距離が無酸素状態にある。こうして、
時機に適した好気性／無酸素の比が増加する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の理解を良好ならしめるもの
で、第１図は島と二段タービン流動制御装置とを
有し、横に１個の直線水路が配置されている本発
明による卵子形酸化溝の平面図であり、第２図は
ほぼ中央の水路で取つた、第１図の矢印２−２の
方向に見た正面断面図であり、第３図はタービン
および水路に向かつて、第１図の矢印３−３の方
向に見た第１図に示した酸化溝の正面断面図であ
り、第４図は横の直線水路が配置されている三段
タービン流動制御装置を有する、第１図の溝と同
様の酸化溝の一部分の平面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図〜第３図に示したような本発明の流動制
御装置２０は、横に島１１、内側の縁１２および
外側の縁１４を有する酸化溝１０の水路を備えて
いる。このような水路は床又は底１５、傾斜せる
内壁面１６および傾斜せる外壁面１８を有する。 流動制御装置２０は、障壁２２、一対のタービ
ン２８および３０、（これは有利に低速で、垂直
に設置された電気で駆動されるタービンである）
およびそれぞれの吐出しダクト２９および６０を
有する。障壁２２は頂部２３、上流側壁２４、下
流側壁２５および一対の手すり２６を有する。適
当に障壁２２は、その露出面がグナイト層で覆わ
れている土の小段である。 タービン３０は、第２図に明瞭に認められるよ
うに、モータ３１、それに連結せる減速機３２、
垂直に配置されたシヤフト３３、シヤフトの底端
部におけるインペラ羽根３５、同軸に配置された
スラツプリング３６、スラツプリング３６がゆる
く嵌つている揺れ止めシリンダ３７、羽根３５の
上方に配置された朝顔形吸込み口３８、および羽
根３５、スラツプリング３６および揺れ止めシリ
ンダ３７を取囲む下向き吸出し管３９を有する。 タービン３８および３０は通路４３および一対
の手すり４１によつて連結されている。タービン
３０は柱４２上に配置されていて、垂直に配置さ
れたデイフユーザ４７および水平に配置されたバ
フル揺れ止めリング４５を備えている。タービン
羽根３５に面している空気孔を有する空気分散リ
ング５３は、タービン羽根の近くに取付けられ、
空気送出し管５２に連結されている。空気送出し
管５１はタービン２８に連結されている。 第１図に示したように、原料（廃水）供給管５
６は、無酸素送出し管５７および両方のタービン
２８，３０を備えるタービン送出し管５８に連結
されている。第２図に認められるように、廃水管
５８は弁５９によつて制御される。 返送汚泥管５４は同様に２つのタービン２８，
３０を備えている。第２図に認められるように、
タービン３０への送出し管５４は弁５５によつて
制御される。周知のように、混合液の一部は連続
的に清澄器８３に流入し、ここから清澄化された
液および沈殿した汚泥の流れ８５は廃棄される。
すべての清澄化された液および汚泥の一部は処理
場へ送られ、残りの汚泥は返送汚泥管５４を通つ
てタービン２８，３０に流れる。 障壁２２は水路の側壁１６と１８および床１５
に密封的に取付けられ、水路中に配置されて、吸
込み側水路７５と吐出し側水路７７とに分割す
る。第２図に認められるように、この水路中で混
合液は高さの範囲４４（高い液面４８から低い液
面４９に）にわたつて変化することができ、従つ
て常に朝顔形吸込み部３８のための少なくとも最
小の浸水深さ４６（キヤビテーシヨンを阻止する
に必要な深さ）が存在する。 タービン３０の吐出しダクト６０は下向き吸込
み管３９に連結され、下前方で障壁２２の近くで
湾曲し、再び上向きに湾曲して吐出し側水路７７
に移行し、ここで吐出しダクト２９とともに軽度
に収斂する。吐出しダクト６０は、下向きの吸込
み管３９に連結せる湾曲吐出し区間６１、該区間
６１に連結されかつ水平に配置されている第１の
直線区間６３、この直線区間６３に連結された湾
曲せる上向き吸込み区間６５、区間６５に連結さ
れた第２の直線区間６７、および区間６７に連結
されかつ下向きに湾曲せる終端ダクト６９を有す
るので、曝気された混合液と空気の吐出しは大体
において吐出し側水路７７の床１５に平行であ
り、従つて常に乱流状態にある。 吐出しダクト６０（一般に吐出しダクト２９と
全く同様である）は、複数の直線区間６３の間挿
によりおよび／または区間６５，６９の曲率角の
減少および複数の直線区間６７の間挿によつて容
易に所望程度に延長することができる。 さらに、液への酸素移動効率は、特に細菌が溶
存酸素を吸収する場合、直線区間６３，６７中に
複数の気泡分割装置を設置して、新しい界面を連
続的かつ迅速に生成させることによつて高めるこ
とができ、空気は大きい気泡に集合するのが阻止
され、その代わりに小さい気泡に分割され、個々
の細菌および細菌フロツクを取囲む液膜は薄くな
り、これにより液から細菌中への酸素移動が高め
られる。第２図にダクト６０につき示したよう
に、付加的な圧縮空気を吐出しダクト２９および
６０に送出することができ、第２図では補助的空
気送出し管７１は、弁７２により制御されて、空
気を第１直線区間６３にある分配管７６に送出
し、補助的空気送出し管７３は、弁７４により制
御されて、空気を第２の直線区間６７にある分配
管７８に送出する。管５１と５２の弁（図面に示
されてない）および弁７２と７４を選択的に調節
することによつて、吐出しダクト２９と６０を通
る流量および混合液の曝気を選択的に制御するこ
とができ、これによつて曝気ゾーン７９の長さ、
従つて時機に適した好気性／無酸素の比が変わ
る。この方法は、温度、PH、BODおよび窒素負
荷を変える点で有用である。 本発明の流動制御装置は任意所望の寸法のもの
であつてもよく、かつ第４図に３段タービン装置
につき説明したように、若干数のタービンを相並
んで有していてもよい。酸化溝１００の側壁１０
９および床１０１を有する直線水路において、側
壁１０９はさらに遠く離れて急勾配になつて、吸
込み側水路１０５のより広い床を規定し、該吸込
み側水路は障壁９１、タービン９７および吐出し
ダクト９６を有する流動制御装置９０によつて吐
出し側水路１０７から分離されている。障壁９１
は頂部９３、障壁９５および下流側底縁９４を有
する。吐出し側水路１０７は、徐々に収斂し次第
に小さい勾配で傾斜して普通の水路幅の水路床に
規定する側壁１１３を有する。第１図の清澄器８
３を類似の清澄器９９は混合液の連続流を受取
り、沈殿した汚泥および清澄化された液の流れ
（図示されていない）を吐出する。 本発明の流動制御装置における使用に望ましい
水中タービンは、高性能インペラ、インペラの直
下に取付けられた分配リングを備え、双方が垂直
に配置されかつ比較的短い吸込み管によつて取囲
まれている、ニユーヨーク、ロチエスター在ミキ
シングエクイツプメントカンパニー（Mixing
Equipment Company）社によつて製作されてい
る軸流シリーズDATエアレータである。このよ
うな水中タービンは、有利に吸込み側水路内でそ
の下位水面の水面下の選択された距離に設置され
ているが、タービンの吸込み口が常に吸込み側水
路を流動連通していて、十分な吸込み口水頭にさ
らされている場合には、障壁自体、島もしくは外
側壁に満足に取付けることができる。 終端ダクト６９の端部にインペラを有する常用
の上昇流型の水中タービンも適当であるが、この
型のものは有利に、その吸込み口が吐出しダクト
の終端に連結されている吐出し側水路中に設置さ
れて、混合液を（押すよりもむしろ）吐出しダク
トを通して吸込み側水路から吐出し側水路中へ引
込む。分配装置は、下向き吸込み管（吸込み側水
路内）中および／または第１の直線区間および／
またはインペラの真下のような、吐出しダクト内
の他の個所に取付けることもできる。 他の吸込み型曝気装置は、吐出しダクトの終端
に連結されている上向き吸込み管の頂部に配置さ
れていてもよい表面曝気装置である。該表面曝気
装置は、有利に吐出し側水路内に浮遊支持されて
いる。また第１の分散装置は吐出しダクト内に配
置して第１曝気に供給することもできる。 これら任意の装置は、混合液を吐出しダクト２
９，６０，９７を通り、ポンプ装置をそれぞれ連
結する水路に沿つて運動させる満足なポンプ装置
であり、吐出しダクトは吸込み側水路７５，１０
５と吐出し側水路７７，１０７との間の連結を生
じる。さらに、吐出しダクトの入口端における下
降流型水中タービンは、上昇流型水中タービンも
しくはその出口端における表面曝気装置のいずれ
かと組合わせることができ、分散装置は付加的に
吐出しダクト内に取付けることもでき、その結果
空気がタービンのいずれかもしくは双方に導入さ
れる場合には、３つもしくはむしろ４つの多数の
曝気個所が生じる。このような組合わせの利点
は、加圧下での微生物の反応速度が利用され、こ
れによつて溝の好気性部分を著しく短くすること
ができることである。 吸込み側水路から吐出し側水路へ圧送される混
合液に空気を導入するための曝気装置は、圧縮空
気源、気泡をつくるための分散装置、および圧縮
空気をブロワもしくは空気圧縮機のような圧縮空
気源から分散装置へ移動させるための送出し装置
を有する。 第２図にインペラもしくはタービン羽根の近く
に示された分散装置は、第１の分散リング５３ａ
および第２の分散リング５３ｂとからなり、双方
は各分散リング５３ａ，５３ｂ用の別個の弁（図
面に図示されていない）を備える送出し管５２に
よつて圧縮空気が供給される。各リングは、半径
方向に整列された５つの分散フインガを有し、こ
れらは角度をなして（つまり心違いに）配置され
ているので、第１のフインガと第２のフインガは
垂直に整列されていない。低いかないしは適度の
BOD負荷では、分散装置５３ａ，５３ｂは上方
もしくは第１リング５３ａのみを使用して操作さ
れる。高いBOD負荷では、双方のリング５３ａ，
５３ｂが有利に使用される。 BOD負荷が非常に高い場合、もしくは吐出し
ダクト曝気を流量考察のためタービン曝気に代え
るのが望ましい場合に、第１の直線区間６３およ
び湾曲上向き吸込み区間それぞれにおける分散管
７６，７８を、弁７２，７４を調節することによ
つて利用し、該弁が選択的に圧縮空気（図面に図
示されてない）を補助的空気送出し管７１，７
３、従つて分散管７６，７８中へ供給する。気泡
として遊離される圧縮空気は、吐出しダクト２
９，６０を通つて掃引されて比較的低密度の混合
物を形成するので、区間６３，６５，６７および
ダクト６９を通る上向き並進運動は、水中タービ
ンプロペラの圧送効果に加えて働く気泡ポンプ効
果によつて著しく増加する。 分散管７６，７８およびそれぞれの空気送出し
管７１，７３は、それぞれのケーシング管６６，
６８内に取外し可能に設置され、これらケーシン
グ管は第２図に示したように溶接によつて吐出し
ダクト６０に密封的に取付けられている。空気送
出し管７１，７３は有利に直線管であり、分散管
７６，７８は吐出しダクト６０内に横に配置され
ていてもよい。混合液は、ケーシング６６，６８
と空気送出し管７１，７３との間の環状間〓内
を、酸化溝０の水路７５，７７におけるように上
昇してほぼ水面４９に達する。分散管７６，７８
の１つが閉塞するかもしくは保守を必要とする場
合には、その送出し管の頂部における結合部を開
いて、アセンブリから分散管を清掃するためその
ケーシングを取去ることができる。 空気圧縮機による消費エネルギを保存する装置
として、各吐出しダクト６９に付加的な再湾曲ダ
クトを連結し、次いで第３の直線区間、他の湾曲
区間、最も深い所にある第４の直線区間、もう１
つの曲線区間、第５の直線区間および床１５の丁
度上方にある、吐出し側水路７７中の終端部とし
ての最後の曲線区間を連結することによつてＷ字
形にすることもできる。有利に、障壁２２は十分
に広くされていて、頂部２３は“Ｗ”の中心もし
くは山部で存在するダクト６９の上方に延びる
が、管７１，７３のような空気送出し管はそれよ
りも短く、ダクト６９内の分散管７６，７８のよ
うな分散管に終わり、ケーシング７６，７８と同
様のケーシング内に取外し可能に取付けられてい
る。 “Ｗ”の中央ポンプに圧縮空気を圧送するのに
僅かな圧力を必要とするにすぎないので、エネル
ギが保存される。また、圧力下の付加的距離は、
細菌フロツクによる溶存酸素の長時間利用を可能
にし、圧縮空気から混合液へ移動する酸素の二次
的供給を可能にする。 第１図において、好気性ゾーン８６はタービン
２８，３０から、15.24〜30.48ｍ（50〜100ft）の
ような短い距離、それから下流方向に延びてい
る。この比較的短い好気性ゾーンは、有利に0.5
〜0.7の範囲内の比較的高いＦ／Ｍ値を有する、
全面的酸素欠乏法条件を提供する。 湾曲部をめぐる区間８７は、酸化溝１の水路中
の好気活性の付加的長さを表わす。ゾーン８６＋
ゾーン８７の合計距離は、0.2〜0.5の範囲内の低
いＦ／Ｍ値とともに妥当な溶存酸素量を指示す
る。この結合距離を水路に沿つた残りの距離によ
つて割ると、脱硝側に著しく偏倚せる、時間に対
する好気性／無酸素の比が生じる。 溝１０の反対側で下流にある区間８８は、なお
付加的な好気活性を示す。ゾーン８６＋ゾーン８
７＋ゾーン８８の合計距離は、混合液用流路に導
入される最適溶存酸素量を指示する。この合計距
離を、タービン２８，３０への水路に沿つた残り
距離によつて割ると、一般に組合わせ硝化および
脱硝に対して理想的な時機に適した好気性／無酸
素の比が生じる。 さらに、入つて来る廃水供給量が導管５７によ
り、丁度戻り湾曲部で水路の床１５の上方に添加
された場合、有機栄養源は循環する混合液中に存
在する従属栄養性通性脱窒素細菌に対し最大にな
る。これに加え、含有機質BOD減少のため循環
する混合液中で利用しうる硝酸塩酸素は、できる
限り十分に利用される。さらに重要なことは、循
環する混合液中で利用しうる硝酸塩酸素は嫌気性
酸化池流出液のような供給廃水中に存在する硫化
水素の酸化のために利用できる。このような利用
は、戻り湾曲部の無酸素環境中に存在する特定の
脱窒素細菌によつて行われる。これらの細菌は、
硝酸塩の酸素をその酸素源として利用し、硫化水
素をその栄養もしくはエネルギ源として利用す
る。 このような利用によつて、嫌気性ラグーンまた
は酸化池からの排水供給物中の硫化水素は脱窒を
最大にするためおよび硫化水素の化学的および生
物学的酸化のため溶存酸素の消費を最小にするた
めに使用され、これにより遊離の溶存酸素を最大
限度に生物学的BOD除去および硝化のために使
用することができる。 入口管もしくは入口流拡散器または分散管を、
当然乱流が起きる戻り湾曲部の床１５の丁度上方
もしくは床に沿つて配置すると、硫化水素が混合
液と混合し、それが大気中へ逃れる見込みを最小
にするチヤンスが高くなる。 第２図の考察により、高い水位４８は低い水位
４９から高さ４４だけ相違し、低い水位４８はイ
ンペラ３５から最小の浸水深さ４６だけ上方にあ
り、この浸水深さ下にタービン２８，３０はキヤ
ビテーシヨンなしに運転することができる。 本発明の酸化溝中では、障壁２２，９１は想定
されるように堤防としては働かず、その代わりに
水中タービン２８，３０，９７のポンプ作用およ
びポンプ容量を制御し、管理するために使用され
るので、圧送される混合液を溝の水路の一部（つ
まり吐出し側水路７７，１０７）にためることが
でき、これにより混合液を所望程度に迅速に圧送
するのに必要な程度の大きい水頭を作ることがで
きることにより、酸化溝の水路内の所望の流動速
度をつくる。 また障壁２２，９１は曝気された混合液の逆混
合を完全に阻止し、これによつて (1) 水中タービン２８，３０，９６および吐出し
ダクト２９，６０，９７の吸込み口と吐出し口
との間の対数平均推進力が増加し、これにより
混合液に所定量の酸素を溶解するのに必要なエ
ネルギが減少し、酸素移動効率が増加し、かつ (2) 混合液の短絡を、水路の他の部分におけるよ
どみ区域とともに阻止する。 エネルギの観点からは、静的揚力に抗して圧送
するために実質的に何の入力も使用されない。そ
の代わりに実質的に全部の入力が、(1)溝１０の水
路の壁１６，１８および床１５を通る循環流によ
つて生じる水力摩擦；(2)水路湾曲部における水乱
流；および(3)分散リング５３ａ，５３ｂ、吐出し
ダクト２９，６０の湾曲区間６１，６５，６９お
よび直線区間５３，６７によつてつくられる水力
摩擦によつて惹起される動的損失を克服するため
に使用される。 また、混合液は酸化溝の水路をめぐる距離の一
部のみを押されるかもしくは推進されるものと信
じられ、次いで残り距離を水中タービン２８，３
０，９７の吸込み口まで引かれる。 下向きの吸込み型水中タービン曝気装置は、廃
水の処理のための酸化溝法において使用するため
の次の方法制御利点を提供する：酸素供給および
混合の独立制御；酸素要求量に適合するための消
費エネルギの容易な制御；エーロゾル噴霧なくか
つ霧発生が最小；ロータ曝気装置、ブラシ曝気装
置、デスク曝気装置および酸化溝中で現在使用さ
れる他の表面曝気装置を用いた場合に生じるよう
な冷天候作業中の凍結の問題なし；最小の騒音；
消費エネルギに対する液面変化の最小効果；およ
び浮遊装置の必要なしに酸化溝中の液面変化に対
する容易な補償。 本発明は、添付図面に関し次の実施例の研究に
よつて十分に理解することができる。 例 １ 第１図〜第３図に示したような酸化溝を、家禽
処理プラントにより生じた生廃水の前処理および
流動均等化のために使用される嫌気性ラグーンか
らの廃水流出液を処理するために設計しかつ構成
した。この嫌気性流出液は次の特性を有すること
を確認した： 生物化学的酸素要求量 BOD(5)＝800mg／ 全懸濁固形物 TSS ＝304 アンモニアの窒素 ＝40mg／ 全キールダール窒素 TKN ＝62mg／ PH ＝6.4 全 燐 ＝６〜20mg／ 嫌気性ラグーン流出液の１日の平均流量は、１
日あたり836557.93／day（221000ガロン／day）
（0.221百万ガロン／day−MGD）であることが確
認された（１週間は７日、１日は24時間）。 酸化溝中への最大平均BOD(5)負荷は次のとお
り計算された（mg／＝ｎ／million＃）：
（0.221MGD）（8.34＃／gal）（800mg／）＝1475
＃BOD(5)／dayただしgal＝3.79である。 酸化溝中への最大平均TKN負荷は次のとおり
計算された： （0.221）（8.34）（62mg／）＝114＃／day 最大硝化度のために操作される拡張曝気法に対
する方法条件もしくは野外条件における最大酸素
要求量は、設計換算率1.4＃酸素／＃BOD(5)＋4.5
＃酸素／＃TKNを適用したものと仮定して次の
とおり計算された：1.4（1.475）＋4.5（114）＝2.578
＃酸素／day。 方法から標準への設計換算率1.6と仮定して、
標準状態（20℃、１気圧、溶存酸素零）で要求さ
れる酸素は、次のとおり計算された：1.6×2.578
＝4.125＃酸素／day； 4.125＃酸素／day／24hr／day＝172＃酸素／hr この全酸素要求量を満足するために２つの下向
き吸込み水中タービンが必要であると仮定すれ
ば、各タービンは86＃酸素／hrを供給すべきであ
る。 水中タービン製作業者は29.83kw（40馬力）の
２個のタービンを選択し、各タービンは11.19kw
（15馬力）のブロワで、各タービンインペラの真
下に配置された空気分散アセンブリに約6031.33
（約213scfm）を供給することを推奨した。 酸化溝の容積は、高い水位において、水路中の
混合液懸濁固形物（MLSS）6000mg／の場合、
栄養物対微生物の比（Ｆ／Ｍ）0.033（0.01〜2.0の
可能な範囲外）を維持することが可能であるよう
に、次のとおり計算された： 1.475＃BOD(5)／day／（8.34）（6000＃MLSS／ミリオン
＃混合液）［0.033＃BOD(5)／＃MLSS ＝3293237.1（0.87百万ガロン） 3406797（＝120304ft³）の溝容積が選択さ
れ、容積負荷は次のとおり計算された： 1.475＃BOD(5)／day／120.3×28316.1 ＝12.25＃BOD(5)／28316.1 次に、酸化溝用の越流装置は、溝の作業水位を
溝中で2271198〜3406797（600000ガロンの
900000ガロン）の間の容積を制御するために調節
することができるように設計された。 次に水路横断面の寸法を、タービン製作業者の
概算、即ち29.83kw（40馬力）のタービンは約
176017.85／min（＝103.65ft³／sec）を圧送する
という概算を用いて定めた。 双方２個のタービンを用い、高水位運転で0.30
ｍ／sec（1.0ft／sec）の所望の循環速度を使用す
る場合、水路の横断面積は18.58m²（200ft²）であ
ると定められた：5869.93／18.58m²＝0.32ｍ／
sec（207.3cfs／200ft²＝1.04fps）。 次に水路を、第３図に認められるように台形横
断面（長方形、正方形、円形、玉子形もしくは他
の形に代えることもできるが）でこの流量を得る
ように設計した。 次いで、酸化溝中の水路の長さを計算した： 3406540.09／18.58m²＝183.34ｍ（120304ft³／
200ft²＝601.5ft）。 土の障壁２２の幅に対する補償のため、溝に
6.1ｍ（20ft）の距離を加えて189.43ｍ（621.5ft）
を得た。次いで、壁摩擦によつて生じた水路中の
損失水頭を、開放水路流動に対するマニング
（Mnning）の式によつて計算した（グナイトコ
ンクリートライナに対しｎ＝0.03およびＲ＝面
積／湿つた周辺部＝200／38.19＝5.24）：損失水
頭［（速度×ｎ）／（1.49×R^0.67）］²＝0.00005ｍ／
ｍ溝。損失水頭＝（601.5）（0.00005）＝0.89cm
（0.029ft）。 ２つの湾曲部の周りの流動撹乱によつて惹起さ
れる付加的損失水頭を計算した： 湾曲部損失水頭＝２（V²／２ｇ）＝1.02cm （0.0336ft） 全損失水頭はこれらの損失の和であつて1.91cm
（0.06ft）に等しい。 各29.83kw（40馬力）のタービンは0.75ｍ
（2.45ft）の全発生水頭において176017.85／
min（46500ｇ／min）の流動を生じる。一般に、
この作業水頭に0.02ｍ（0.06ft）を加えると、水
中タービンのポンプ容量に対し著しい効果がある
ので、0.30ｍ／sec（1.0fps）の最小平均速度を維
持するために溝横断面を変える必要はない。 この処理は、BOD(5)を20mg／より以下に減
少させ、TSSを20mg／より以下に減少させ、
アンモニア窒素を２mg／より以下に減少させか
つPHを６〜９に減少させることを意図する。 例 ２ 例１の溝と類似であるがこれよりも小さい酸化
溝を、学校からの廃水流出液（下水）を処理する
ために設計し、構成した。この流出液は次の特性
を有していた： 生化学的酸素要求量 BOD(5) ＝200〜250mg／ 全懸濁固形物 TSS ＝200〜250mg／ アンモニアの窒素 ＝15〜25mg／ 全キールダール窒素 （TKN） ＝20〜30mg／ PH ＝7.0 全 燐 ＝６〜20mg／ １日の平均流量は、普通の家庭廃水の１日の流
動サイクルによれば0.21・10⁶（0.55MCD）（１
週間は７日）であつた。例１の方法による計算は
次の結果を与えた（各範囲の高い数値を使用）：
115＃BOD(5)／day；13.8＃TKN；標準条件にお
いて要求される酸素357＃／day；タービン１個
あたりの酸素15＃／hr（7.46kw（10馬力）の水中
タービン１個が必要）；空気30scfm（1.49kw（２馬
力）のブロワ１個が必要）；4000mg／
MLSS；高水位において264973.1（70000ガロ
ン）（＝9357ft³）、低水位において189266.5
（50000ガロン）；容積負荷12.3＃BOD(5)／28316.1
；タービン圧送量28389.98／min（7500ｇpm
もしくは16.7cfs）；水路中の流速0.34ｍ／sec
（1.11fps）；流動面積1.38m²（15ft²）；溝の長さ
190.2ｍ（624ft）、障壁の幅3.05ｍ（10ft）；およ
び水路の損失水頭6.35cm（2.50in）＋湾曲部の損失
水頭1.17cm（0.46in）（＝全損失水頭7.62cm
（3.0in）、これがタービンの圧送容量を約27254.38
／min（7200ｇpmもしくは16.05cfs）に減少し、
水路中の流速0.33ｍ（1.07fps）を惹起する）。 例 ３ 汚泥なしの廃水を用いて71日の連続作業後、例
１の酸化溝を溶存酸素につき分析した。吐出し側
水路中のダクト２９，６０の末端部で、溶存酸素
（D.O.）は0.6mg／であり；タービン２８，３０
から15.24ｍ／sec（50ft）下流ではD.O.は0.3mg／
であり、島の反対側の水路中ではD.O.は0.1
mg／であつた。糸状菌の発育は存在しなかつた
が、清澄器からの流出液は、消費されなかつた有
機栄養物を表わす懸濁せるコロイド状物質のため
曇つていた。一般に、この酸化溝は酸素および微
生物が不十分であると思われた。 例 ４ 例１の酸化溝を、流れ分割ユニツト８３、従つ
て１対のホツパー清澄器の１つへ越流する混合液
を導管８５により吐出させ、80日間汚泥なしの廃
水で作業した。嫌気性流出液および清澄器越流の
複合物試験から次のデータが得られた：

【表】 これらの結果は、溝１０中の作業水位が2.59ｍ
（8.5ft）であり、２個のタービンを運転し、それ
ぞれのタービンの下方で空気約6441.91ｍ／min
（227.5scfm）を噴射する場合、標準条件で酸素少
なくとも3175.14Kg／day（700001bs／day）もし
くは酸素少なくとも132.45Kg／hr（292lbs／hr）
の酸素要求量に相当する。これらの酸素移動の結
果は、タービンの製造業者により予想されたもの
よりも約70％大きい。 例 ５ 例１の酸化溝中で使用した水中タービンの製造
業者は、6116.28／min（216scfm）（標準ft³／
min）の推奨される空気供給量は最大空気供給量
の約80％であり、タービンはフラツデイングなし
に運転することができるので、フラツデイング速
度は各タービンにつき7645.35／min（270scfm）
であると述べていた。 タービン２８（１速）およびタービン３０（２
速）はそれぞれ0.49Kg／cm²（7.0psig）で6597.65
／min（233scfm）を送出しうる別個の容積型ブ
ロワに連結されていた。しかしながら、ブロワは
その合した出力をいずれかのタービンの近くの上
方分散リング（第２図の５３ａ）に送出するため
に連結されていてもよい。 単一の分散リングの不適当な寸法によつて惹起
される摩擦のために、12175.92〜13025.41／
min（430〜460scfm）をいずれかのタービンの流
路に送出することができ、これはタービンの製作
業者により推奨されるフラツデイング点空気供給
量よりも約65％大きいかもしくは作業空気供給量
よりも約111％大きいと評価された。 例１の酸化溝は、2.29ｍ（7.5ft）（タービンイ
ンペラの浸水度1.47ｍ（58in））ないし3.20ｍ
（10.5ft）（タービンインペラの浸水度2.39ｍ
（94in））に可変である作業深さを有する。深さ
2.59ｍ（8.5ft）では、双方のブロワから約
12883.83／ｍ（455scfm）がタービン２８（単
速度式）の下方分散リングから噴射され、タービ
ン３０（二速度式）は最高速度で、但し気体供給
なしに運転する。タービン２８のフラツデイング
が起き、空気弁はタービンが噴射される空気を処
理できるようになるまで閉じることができること
が予想された。しかしながら、タービン２８のフ
ラツデイングはなかつた。 例 ６ 例１の酸化溝中の２速度式タービン３０をと
め、酸化溝循環速度を約0.61ｍ／sec（2fps）か
ら、タービン２８が単独で維持しうる約0.30ｍ／
sec（1fps）に低下させた。双方のブロワからのす
べての空気をタービン２８の上方分散リングを通
して噴射し、溝の深さなお2.59ｍ（8.5ft）で、フ
ラツデイングなしに運転しかつ１〜１ 1/2時間）
継続し、テストを中断した。 例 ７ 例１の酸化溝中の単速度式タービン２８と２速
度式タービン３０の双方を運転し（タービン３０
は最高速度で）、溝の速度を約0.61ｍ／sec（2fps）
（深さ2.59ｍ（8.5ft））に増加させ、双方のブロワ
からのすべての圧縮空気供給量（12883.83／
min（455scfm））を２速度式タービン３０のイン
ペラの下方へ噴射した。溢汪しなかつた。 例 ８ 単速度式タービン２８をとめた。溝の速度が約
0.30ｍ／sec（1fps）に低下した後、すべての空気
を再び、2.59ｍ（8.5ft）の作業深さで最高速度で
運転する２速度式タービン３０のインペラの下方
へ噴射させた。これらの条件下で約７分後、ター
ビン３０は溢汪したかまたは揚水を停止した。 例 ９ 作業水位2.44ｍ（8.0ft）で例１の酸化溝を用
い、すべての空気（12883.83／min（455scfm））
をタービン２８に供給し、タービン３０は最高速
度で運転したが空気を供給しなかつた。タービン
２８は溢汪した。2.59ｍ（8.5ft）での他の成功し
た実験（つまり例６および７の実験）を企てた
が、それぞれの事例においてフラツデイングが起
きた。 例 10 例１の酸化溝中の水位に約2.97ｍ（9.75ft）に
高めた（浸水度1.63ｍ（64in））。 2.59ｍ（8.5ft）での成功したすべての実験は容
易に再現された。さらに、すべての空気12883.83
／min（455scfm）を２速度式タービン３０（最
高速度で運転）に供給し、タービン２８を停止
し、溝速度約1fps（従つて深さを除き例８の再現）
を用いると、タービン３０は溢汪しない。 例 11 各タービン２８，３０を例１の酸化溝１０の水
路中での流動速度約0.61ｍ／sec（2fps）をつくる
ために運転した。圧縮空気約13025.41／min
（460scfm）を、各タービンの双方の分散リング
５３ａ，５３ｂによつてタービン羽根３５の下方
へ分散させた。どちらも溢汪せず、清澄器の流出
液は澄明であり、すべての有機栄養物が消費され
たことを指示する。 これらの実施態様および原理の無数の変化、変
更、応用および拡張を、本発明の思想および範囲
から逸脱することなしに行うことができることは
当業者に自明であるので、かかる範囲として明記
されかつ保護することの望ましい範囲は定められ
かつ本発明は次の請求の範囲によつて制限される
にすぎない。