JPH04271898A

JPH04271898A - 廃水の処理方法

Info

Publication number: JPH04271898A
Application number: JP3288150A
Authority: JP
Inventors: Denys A Wickens; デニィーズ・ウィッケンズ; Mervyn Ross Ogston; マーヴィン・ロス・オウグストン; Brian Jordayne Johnson; ブライアン・ジーダイン・ジョンソン
Original assignee: Commonwealth Industrial Gases Ltd
Current assignee: Commonwealth Industrial Gases Ltd
Priority date: 1990-11-02
Filing date: 1991-11-02
Publication date: 1992-09-28
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: CA2054823A1; EP0486199A1; CA2054823C; NZ240445A; JP3251962B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃水の処理に関し、特に
エネルギー効率が良く、変動流の状態で、かつ設計能力
以上の効果をもって廃水を処理する方法に関する。

【０００２】本発明は第一に、有機的に汚染された液体
相、特に油性の廃水及び汚水の処理に用いるものとして
開発された。それについては、本出願に関する説明の部
分で後述する。しかし、本発明の利用分野はそのような
特定のものに限定されるのではなく、他のタイプの水性
廃物流、例えば酸化可能な無機物質を含有する浸出物、
流出物、及びそれらの流れのようなものの処理に利用す
ることもできる。

【０００３】

【従来の技術】これまでのところ、廃水の二次的な処理
は、活性スラッジプロセスまたはその他の類似の方法に
よって達成された。処理すべき廃水の流れと含有物の両
者が大きく変動するために、異なる段階の処理が比較的
独立した方法で行われてきた。その結果、実質的に過剰
な物質が、特に流れが最大になるときに未処理状態で残
る。このような物質は一般に未処理のままで残る。さら
に、そのような変動は、そのような処理によって一次固
体とともに生成する、一般に　”スラッジ　”と呼ばれ
る大量のバイオマスによって起こる。

【０００４】この問題は、一般に最大能力が得られるよ
うに設計された廃水処理プラントでさらに大きなものと
なる。廃水の供給が日周期的、季節的及び特別な因子に
よって増大するとき、廃水量の連続的増加あるいは汚染
物質の集中によって、プラントは過負荷状態となる。そ
のようなシステムにおける汚染物質の処理についての限
定因子は曝気システムの酸素移送能力であることが、一
般に知られている。というのは、酸素の暴露時間は処理
プラントの水圧特性によって設定され、そのような特性
は、汚染物質を効果的に処理するための酸素の必要度合
いにかかわらず、流れによってのみ影響されるからであ
る。

【０００５】さらに特定の環境下では、廃水の過剰な流
れによる処理システムの過負荷問題を改善するために、
大きな貯蔵タンク、すなわち　”ラグーン（ｌａｇｏｏ
ｎｓ）”が用いられる。しかし、空間が貴重な都市環境
においては、この代替方法を常に採用できるとは限らな
い。

【０００６】以前、曝気のために酸素が用いられた場合
の保留時間を短くするために、新しく特別に設計された
タンクが用いられた。しかし上述したように、これはし
ばしば高価なものとなる。現存するタンクの取り替えは
、最良の場合でも困難で費用がかかる。

【０００７】曝気能力の限界を克服するために、米国特
許　４，１６３，７１２号で開示されているような方法
によって廃水に補助酸素を供給することができる。この
技術では、離れた場所で発生させた酸素をプラントへ移
送するために、液体の生成、貯蔵および移送と相俟って
、費用がかなりかかる。

【０００８】また、上述の費用の低減を期待して、酸素
をその場で生成させることも行われた。しかしこれは、
空気から酸素を製造する大きな資本金のいる方法であり
、最大設計能力になるべく近い能力で稼動する機械が必
要となる。そのような機械は、廃水の流れと成分の大き
な日周期的及び季節的変動があるために、酸素の供給の
ためにはあまり適していない。そのようなその場での方
法は経済上は実際的でないけれども、汚染の効果的なコ
ントロールが可能である。

【０００９】さらに、そのような廃水処理のための酸素
供給源として酸素富化されていない空気を用いる場合、
窒素の分圧が酸素の分圧よりもずっと大きい。その結果
、比較的少ない量の酸素だけが溶液に吸収され、廃水は
過剰に泡立ってしまう。それに対して、効率的な方法で
実質的に純粋な酸素を用いた場合、二酸化炭素の除去量
が少なくなり、酸性度が高くなってしまう。

【００１０】

【発明の要約】本発明は、先行技術における少なくとも
一つの欠陥を克服するか、あるいは改善するものである
。

【００１１】本発明は好気性消化作用によって廃水を処
理する方法を提供するものであり、その方法は：前記廃
水に酸素含有量が少なくとも５０％の第一の流体を導入
し、それによって、選択された基礎負荷好気性消化能力
を与え；そして、前記廃水に第二の流体を導入して付加
的な変動負荷好気性消化能力を与え、それによって、前
記基礎負荷能力と前記変動負荷能力の総計が、選択され
た総計好気性消化能力となるようにする；ことからなる
。

【００１２】選択された総計好気性消化能力は、ピーク
負荷と一致する許容能力を与えるように選ばれるのが好
ましい。これは例えば、ピーク酸素要求量の９５百分位
数を満足するのに十分な能力として選択することができ
る。

【００１３】第一の流体は、廃水の処理と関連してその
場で生成されるのが好ましい。

【００１４】また、第一の流体は実質的に酸素あるいは
酸素富化した空気であるのが好ましく、それは通常の酸
素溶解器によって廃水中に導入される。第二の流体は空
気であるが、それは通常の手段によって導入されるのが
好ましく、そのような手段は、圧縮とそれに続く拡散、
あるいは機械的手段もしくはそれら両手段を含む。

【００１５】好ましい形においては、第一の流体は少な
くとも７０％の濃度の酸素を含み、それは圧力変動式吸
収法かまたは極低温法によって生成される。第二の流体
は実質的に空気であるが、それによって廃水中に十分な
量の窒素が導入され、廃水からの二酸化炭素の除去が可
能となるかあるいは促進される。第二の流体を導入する
ための通常の方法の使用によって、この効果はさらに高
まると考えられる。また、実質的に純粋な酸素の代わり
に酸素富化した空気を用いることによって、この除去を
行うこともできる。

【００１６】また、処理された廃水は、溶存酸素量の第
一信号指示体として、試料採取されるのが好ましい。空
気圧縮手段または溶解手段は、廃水中の設定した溶存酸
素濃度を維持するために、第一信号に応答させる。

【００１７】酸素溶解器は７０％以上、好ましくは９０
％以上の酸素移送効率を通常もたらす装置であればどの
ようなものでもよく、そのような装置には、超微細バブ
ルディフューザー（ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ｂｕｂｂｌｅ
　ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ）、逆式コーン（ｉｎｖｅｒｔｅ
ｄ　ｃｏｎｅｓ）、包囲式ウォーターフォール（ｅｎｃ
ｌｏｓｅｄ　ｗａｔｅｒｆａｌｌｓ）、および静止ミキ
サー（ｓｔａｔｉｃ　ｍｉｘｅｒｓ）が含まれる。

【００１８】本発明の第二の態様によれば、廃水から生
成されたスラッジを処理する方法が提供され、その方法
は：スラッジを上述の好気性消化作用によって処理し；
前記廃水に通常の方法で嫌気性の消化作用を適用して、
それによって、この後続の消化作用で抽出されたメタン
を圧縮手段への供給燃料とし；中央データプロセスユニ
ットからの前記廃水とスラッジの流れの移送をコントロ
ールして、それによって、前記処理を、下記の廃水条件
が変動する間の実な動的平衡状態に維持する；ことを含
む。

【００１９】１．廃水流入システムの量、２．流入廃水
の成分、３．溶存酸素量、温度、生物学的酸素要求量、
ｐＨ、処理される廃水の関連する流量、および、４．日
周期的及び季節的条件によって予期された流入量と、各
々の処理工程の間の予期されたリードタイムと、これら
のリードタイムと流れの傾向の間の関係とについて、予
め得られたデータ。

【００２０】中央プロセスユニットは、予め設定したバ
ルブ、ポンプ、圧縮手段、およびその他の機械装置のう
ちの一つ又はそれらの組み合わせの状態を表示する信号
に応答するものであるのが、好ましい。

【００２１】廃水から得られたメタンは、前述の処理を
通じて漸増する際に、圧縮手段への供給燃料として捕集
され利用されるのが好ましい。メタンの量は、バルブに
よって捕集位置と燃焼位置の間で適切に調整される。そ
のバルブは中央データプロセスユニットに接続されてい
るのが好ましい。

【００２２】

【実施例】図１において、廃水の流れが適当な通路１を
通って曝気タンク２に流入している。この廃水の一部分
は主流から除去され、ポンプ４を通って酸素溶解器３に
入る。次いで、酸素富化した空気が、ここで引用するこ
とによって組み込まれている米国特許　４，１６３，７
１２号に記載されているビオトックス（ＶＩＴＯＸ：商
標）注入システムを用いて溶解される。純粋な酸素を用
いることもできると考えられる。

【００２３】溶解工程に続いて、廃水は出口５を通して
主流に再注入され、予定した溶存酸素量となる。そして
その流れは、懸濁している固体を維持するために撹拌さ
れる。

【００２４】酸素溶解器３には酸素富化した空気が供給
されるが、この場合、酸素濃度は６０％よりも大きく、
好ましくは８０％よりも大きく、さらに好ましくは９０
％よりも大きい。酸素の純度が上記範囲にあるとき、空
気から溶解する酸素を導入する方がエネルギー効率が良
い。さらに、酸素の純度が８０％〜９５％であるとき、
エネルギー効率はＣＯ２の効果的な除去を継続して行い
うるほどになる。

【００２５】上述の酸素純度の値は、３．２　ｋｇ／ｋ
Ｗ−ｈｒに達する実質的に純粋な酸素を溶解するシステ
ムを用いたエネルギー消費に基づいている。機械的な限
界のために、いかなる純度の低下も増加した気体の負荷
によって調整することはできず、エネルギー損失は　ｋ
ｇ／ｋＷ−ｈｒベースで直線的に増加する。この値は空
気分離のエネルギー損失を与えるために　ｋＷ−ｈｒ／
ｋｇに変換される（０．３１０　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇ，Ｐ
ＳＡベース）。溶解の９０％移送効率を考慮にいれると
、エネルギー損失は　０．９で割ることによって増加す
る。エネルギー損失が１　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇよりも高く
なるとき、酸素富化した空気は空気よりも高価なものと
なる。いくつかのレベルの酸素純度についての計算値を、表１
に示す。

【００２６】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　表　１　　　　酸　　素　　　　　　　　　　　　　　溶解量
　　　　　　　　　　　　　　全エネルギー　　　　　
　％　　　　　　　　　ｋｇ／ｋＷ−ｈｒ　　　　　ｋ
Ｗ−ｈｒ／ｋｇ　　　　　　　　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇ　　
　　　　　１００　　　　　　　　　　　３．２０　　
　　　　　　０．３１３　　　　　　　　　　　０．６
９６　　　　　　９３　　　　　　　　　　　２．９８
　　　　　　　　０．３３６　　　　　　　　　　　０
．７２２　　　　　　９０　　　　　　　　　　　２．
８８　　　　　　　　０．３４７　　　　　　　　　　
　０．７３４　　　　　　８０　　　　　　　　　　　
２．５６　　　　　　　　０．３９１　　　　　　　　
　　　０．７８３　　　　　　７０　　　　　　　　　
　　２．２４　　　　　　　　０．４４６　　　　　　
　　　　　０．８４４　　　　　　６０　　　　　　　
　　　　１．９２　　　　　　　　０．５２１　　　　
　　　　　　　０．９２７　　　　　　５０　　　　　
　　　　　　１．６０　　　　　　　　０．６２５　　
　　　　　　　　　１．０４３酸素は、圧力変動式吸収
法（ＰＳＡ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｗｉｎｇ　ａｂｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ）によって作動する分離器
６から供給される。しかし、要求される酸素純度によっ
ては低温手段あるいはその他の適当な手段を用いること
もできるだろう。ＰＳＡシステムを用いるのは、実質的
に約９５％までの純度の酸素を生成する場合に限られる
。実際の限界は９３％である。しかし、低温システムに
よれば９８％までの純度が得られる。

【００２７】空気分離器は、最大効率が得られるように
その最大速度かそれに近い速度で、実質的に一定の速度
で運転される。これによって、基礎負荷好気性消化能力
を与えるために予定した容量の酸素が、廃水に与えられ
る。

【００２８】計測器７は、廃水中の溶存酸素量を指示す
る信号を送る。予定した容量を越える過剰な廃水が処理
プロセスに流入することによってこの溶存酸素量が予定
したレベルよりも低下した場合、空気圧縮機８が信号に
応答して、溶存酸素量が回復するようにコントロールさ
れた速度で、空気を廃水に供給するだろう。

【００２９】明らかに、空気分離装置を最大速度近くで
運転することによって、高い効率が達成される。効率は
、廃水のその後の処理で生成されるメタンによる圧縮機
８への燃料供給と、分離器６への空気供給によっても、
増大する。

【００３０】そのようなレベルで作動する空気分離器６
を用いることによって、液化した供給源から得られる実
質的に純粋な酸素を導入する他の方法よりも、一般に費
用が少なくなる。液体酸素を用いることによって、関連
する液化、処理、移送および変換コストが必要となる。

【００３１】二酸化炭素の適切な除去を行うためには、
空気を全溶存酸素の少なくとも３．３％、好ましくは　
７．２〜１２％供給するべきである。これは、１日に１
トンの炭素質汚染物質（ＢＯＤ）を酸化するシステムか
らＣＯ２を除去するのに最低３　ｋＷの曝気が必要であ
ることを示す実験データに基づいている。

【００３２】この好ましい態様においては、富化した空
気中の酸素量は約８０％であり、また廃水から有意な量
の二酸化炭素を除去するのに役立つ十分な量の窒素を含
む。これによってスラッジの呼吸作用が加速され、廃水
が接触するタンク、パイプ、その他の固定構造物の過度
の腐食が防止される。

【００３３】現存する処理プラントを、本発明によって
改良することができる。その場合、（経済性を考慮して
）そのような処理プラントにおける空気分離ユニットの
大きさは、９５百分位数のピーク要求量から現存する曝
気システムの能力を差し引くことによって、決定される
。

【００３４】貯蔵している液体酸素の能力−−計画した
あるいは未計画のメンテナンスに対処するために通常取
っておく−−を、もっと高い百分位数の要求量に対処す
る場合に、その改良したシステムの能力を高めるのに容
易に利用することができる。

【００３５】従来の曝気システムと酸素供給システムは
、日周期のあるいは合理的に予知可能なピーク要求量に
対して、調整を行う必要がある。これは一般に、日周期
のピーク要求量の少なくとも９５百分位数になるように
設定される。さらに、後に出力を低下させることによっ
て損失を計算する際の基礎となるものは、（ファンや圧
縮機のような）両空気移送装置であり、（真空ポンプの
ような）分子篩式再生装置を先行技術の負荷／非負荷装
置を用いて、次の式に従って出力低下させることができ
る：実出力消費量＝（０．２＋０．８＊分数スループット）
＊（定格出力消費量）低温空気分離プラントの場合、水
分を含んだ蒸留コラムを維持するために、わずかにおよ
そ５０％の能力まで出力低下させることができる。

【００３６】先行技術でカバーされているタンク純粋酸
素プロセスにおいては、酸素発生器は２０％以上、その
時間の約８０％以下の能力で運転しなければならない。そのシステムにおける溶解システムの出力低下は、懸濁
している生物固体を維持する必要があるために、実行す
ることができない。

【００３７】先行技術の空気システムにおいても同様で
あるが、気体を純化する費用はかからない。種々のこと
を考慮すると、そのようなシステムの出力低下の限界に
よって、１タンク容積当たり約　２５　Ｗ／ｍ３の出力
の消失が生じる。離れた場所で製造した液体生成物から
蒸発した酸素を導入して補った先行技術の空気システム
においては、（システムの酸素部分についての）出力低
下の利点は、この形での酸素の高い損失に見合わない。

【００３８】以下の実施例は本発明の利点を証明するの
に役立つ。

【００３９】実施例　１３００　ｋＷの１００％出力において１時間当たり３０
０　ｋｇの溶存酸素が空気から供給されるように最初に
設計され、表２に示す日周期流動特性を有する廃水処理
プラントが、最初の設計能力以上の総流量の増加に対処
できるように改良される。本発明を先行技術と比較した
結果を要約したものを、表３に示す。必要なデータは、
炭素質汚染物質の除去のための酸素要求量（ＢＯＤ）と
アンモニアの窒素への酸化のための酸化要求量（ＮＯＤ
）の各々の酸素要求量を計算するのに用いられる影響種
の強度として、ＢＯＤを２４０　ｍｇ／ｌ　とし、また
アンモニアの濃度を３５　ｍｇ／ｌとすることによって
、計算された。ＢＯＤは生物性酸素要求量であり、ＮＯ
Ｄは窒素性酸素要求量である。

【００４０】ＢＯＤ酸素要求量（ｌｂ／ｈｒ）＝　　　　　　　　　　［流量（１０００，０００ガロン
／日）×ＢＯＤ（ｍｇ／ｌ）×　８．３４］／　２４Ｎ
ＯＤ酸素要求量（ｌｂ／ｈｒ）＝　　［流量（１０００，０００ガロン／日）×アンモニ
ア（ｍｇ／ｌ）×　８．３４　×　１．４］／　２４　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表　２：流量と
要求量のプロフィール一日の　　流量　　　　　　流量　　　　　　Ｓｔｄ．
Ｄｅｖ．９５ｐｃｔ　　　　　　　　　　平均要求量時
間　　　　ｍ３／日　　　　（ｍｇｄ）　　　　（ｍｇ
ｄ）　　（ｍｇｄ）　　（ｌｂ／ｈｒ，ＢＯＤ）　　（
ＢＯＤ＋ＮＯＤ）深夜　　　　４２６００　　　　１１．２７　　　　　
　　　１．１４　　　　１３．８　　　　　　　　９４
０　　　　　　　　　　　１１３２０１：００　　　３
９６９０　　　　１０．５０　　　　　　　　１．３２
　　　　１２．０　　　　　　　　８７６　　　　　　
　　　　　１０５４０２：００　　　３６６７０　　　
　　９．７０　　　　　　　　１．６８　　　　１１．
５　　　　　　　　８０９　　　　　　　　　　　　９
７４０３：００　　　３３２６０　　　　　８．８０　
　　　　　　　１．９２　　　　１０．０　　　　　　
　　７３４　　　　　　　　　　　　８８４０４：００
　　　２９８６０　　　　　７．９０　　　　　　　　
２．０８　　　　　９．５　　　　　　　　６６６　　
　　　　　　　　　　７９３０５：００　　　２７１４
０　　　　　７．１８　　　　　　　　１．９７　　　
　　８．４　　　　　　　　５９９　　　　　　　　　
　　　７２１０６：００　　　２５６３０　　　　　６
．７８　　　　　　　　１．８７　　　　　８．５　　
　　　　　　５６５　　　　　　　　　　　　６８１０
７：００　　　２６２７０　　　　　６．９５　　　　
　　　　１．９９　　　　１０．５　　　　　　　　５
８０　　　　　　　　　　　　６９８０８：００　　　
３０２４０　　　　　８．００　　　　　　　　１．８
７　　　　１１．５　　　　　　　　６６７　　　　　
　　　　　　　８０３０９：００　　　３４７４０　　
　　　９．１９　　　　　　　　２．４２　　　　１４
．５　　　　　　　　７６６　　　　　　　　　　　　
９２３１０：００　　　４４９１０　　　　１１．８８
　　　　　　　　２．４５　　　　１５．１　　　　　
　　　９９１　　　　　　　　　　　１１９３１１：０
０　　　５１３７０　　　　１３．５９　　　　　　　
　１．４５　　　　１５．７　　　　　　　１１３３　
　　　　　　　　　　１３６４正午　　　　５０６１０
　　　　１３．３９　　　　　　　　１．１４　　　　
１６．０　　　　　　　１１１７　　　　　　　　　　
　１３４４１３：００　　　５５６８０　　　　１４．
７３　＊　　　　　　１．８１　　　　１７．０　　　
　　　　１２２８　　　　　　　　　　　１４７９１４
：００　　　４９７８０　　　　１３．１７　　　　　
　　　１．６３　　　　１６．５　　　　　　　１０９
８　　　　　　　　　　　１３２３１５：００　　　４
７６５０　　　　１２．５８　　　　　　　　１．６０
　　　　１６．０　　　　　　　１０４９　　　　　　
　　　　　１２６３１６：００　　　４５５９０　　　
　１２．０６　　　　　　　　１．２８　　　　１５．
０　　　　　　　１００６　　　　　　　　　　　１２
１１１７：００　　　４４２６０　　　　１１．７１　
　　　　　　　１．２７　　　　１４．２　　　　　　
　　９７７　　　　　　　　　　　１１７６１８：００
　　　４３７３０　　　　１１．５７　　　　　　　　
１．２２　　　　１４．０　　　　　　　　９６５　　
　　　　　　　　　１１６２１９：００　　　４３８９
０　　　　１１．６１　　　　　　　　１．１１　　　
　１４．０　　　　　　　　９６８　　　　　　　　　
　　１１６６２０：００　　　４４４２０　　　　１１
．７５　　　　　　　　１．１４　　　　１３．８　　
　　　　　　９８０　　　　　　　　　　　１１８０２
１：００　　　４５１７０　　　　１１．９５　　　　
　　　　０．９６　　　　１３．７　　　　　　　　９
９７　　　　　　　　　　　１２００２２：００　　　
４５３２０　　　　１１．９９　　　　　　　　０．９
９　　　　１３．７　　　　　　　　９９５　　　　　
　　　　　　１２０４２３：００　　　４５２１０　　
　　１１．９６　　　　　　　　１．１２　　　　１４
．５　　　　　　　　９９７　　　　　　　　　　　１
２０１＊バー・スクリーン洗浄によって機械的にひずめ
られた値、ピーク要求量の計算のために１４：００の値
を用いた。

【００４１】流量が１日の時間単位で与えられるとき、
時間を移行させるのに２４の因子が導入される。例えば
、表２によれば、１３：００における１４．７３　ｍｇ
ｄ　の流量から、要求量は（１４．７３　×　２４０　
×　８．３４）／２４＝１２２８　ｌｂ／ｈｒと変換さ
れる。

【００４２】オプションの１は、酸素システムを付加し
た効果を示し、このシステムの酸素供給能力に現存の空
気システムの能力の半分を加えることによって、１日当
たり１６．５×１０６ガロンの９５百分位数流量に基づ
いて、１３７６　ｌｂ／ｈｒすなわち　６２５　ｋｇ／
ｈｒの１４：００ピーク要求量の９５百分位数流量での
要求量を満足することができることを示す。このオプシ
ョンについて、その場での酸素の生成と溶解システムは
最大能力で運転される。空気システムは２つの送風器か
らなり、１つ又は２つの送風器のうち最も費用のかから
ないものを用いた出力低下モード、あるいはそれらの１
つ又は両者を補助酸素で置き換えた出力低下モードで運
転される。酸素システムは出力低下を行わずに連続的に
運転され、一方空気システムは要求量に達するまで出力
低下状態で運転される。

【００４３】　　　　　　　　　表　３：ＢＯＤ改良プラントについ
ての全エネルギー損失オプション　　設計ベース　　　　　　　　　　　　損
失（ｋＷ−ｈｒ）　　最大供給速度（ｋｇ／ｈｒ）　　
　　１　　　　Ｏ２＋半分の空気＝　　　　　　　　　
　９５百分位数のピーク　　　　　　　　　　７，４０
０　　　　　　　　　　　　　　７６０　　　　２　　
　　Ｏ２＋空気＝　　　　　　　　　　平均ピーク要求量　　　　　　　
　　　　　８，４００　　　　　　　　　　　　　　５
１５　　　　３　　　　空気＋補助Ｏ２　　　　　　　
　　　　　　　１０，３６０　　　　　　　　　　　　
　　７６０　　　　４　　　　ＵＮＯＸ　９５％のピー
ク　　　　　　　　　　　７，６２０　　　　　　　　
　　　　　　６２５　　　　５　　　　Ｏ２＋半分の空
気　　　　　　　　　　＝９５百分位数のピーク　　　　
　　　　　　（いくぶんの出力低下）　　　　　　６，
２６０　　　　　　　　　　　　　　７６０１３：００
と０２：００の両者において、その場での酸素システム
は空気の分離と生じた酸素の溶解を行うために　２０６
　ｋＷ−ｈｒを消費する。それは　７１５　ｌｂ（３２
５　ｋｇ）の要求量に相当する。１３：００において、
空気システムは要求量の残り（５１３　ｌｂ；　２３３
　ｋｇ）を供給する。それは２４６　ｋＷ−ｈｒを消費
するが、それは８２％の最大出力を必要とする７８％の
最大空気能力から計算される。（出力＝２０％＋７８＊
０．８％＝８２％）。次に、１３：００での全出力は　
２０６＋２４６＝４５２　ｋＷ−ｈｒとなる。

【００４４】０２：００において、空気システムは　８
０９−７１５＝９４　ｌｂ　（４３　ｋｇ）の分解酸素
を供給する必要があるだろう。これはその定格能力の１
４％であり、その定格出力の３１％を消費する。これは
　２．２３　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇとなり、補助酸素システ
ムに割り当てられる値である　１．３１３　ｋＷ−ｈｒ
／ｋｇよりも大きい。

【００４５】従って補助酸素が用いられ、この場合の損
失は　４３×１．３１３　ｋＷ−ｈｒすなわち　５５　
ｋＷ−ｈｒとなる。すなわち、０２：００でのトータル
は　２０６＋５５＝２６１　ｋＷ−ｈｒである。

【００４６】その他の時間でのエネルギー損失の値も、
同様の方法で計算できる。そのような損失の一日の合計
は、表４で損失の項目に示してある。

【００４７】オプション２は酸素システムの付加を含み
、それは既存の空気システムと共に用いて、１４：００
での　１１３３　ｌｂ　すなわち　５１５　ｋｇ　の平
均要求量を満足する。これは１３：００での要求量より
も少ないが、しかしバー・スクリーンを洗浄することに
よって生じる流量測定の遺物による損害は被らない。こ
のオプションは、オプション１で選んだベースよりも資
本金が低くて済む。要求量がその場でのシステムより大
きいが不十分なときに空気システムを始動させるために
、あるいはピークの時間において平均要求量が超えると
き、補助（液体貯蔵）酸素システムへの切り替えが行わ
れる。酸素システムは出力低下させずに連続して運転す
る。空気システムは要求量に達するまで出力低下して運
転する。

【００４８】１３：００と０２：００の両者において、
その場での酸素システムは空気の分離と生じた酸素の溶
解を行うために　１４０　ｋＷ−ｈｒを消費する。それ
は　４８６　ｌｂ（２２１　ｋｇ）の要求量に相当する
。１３：００において、空気システムによって要求量の
残り（７４２ｌｂ；３３７　ｋｇ）を供給することが試
みられる。最大能力において、空気システムは　６６０
ｌｂ（３００　ｋｇ）を供給する。それは　３００　ｋ
Ｗ−ｈｒを消費するが、それは１００％の出力を必要と
する１００％の最大能力から計算される。要求量の残り
（８４　ｌｂ；　３８　ｋｇ）は　１．３１３　ｋＷ−
ｈｒ／ｋｇに等価なエネルギー損失での補助酸素、すな
わち　３８×１．３１３＝　５０　ｋＷ−ｈｒに相当す
る。これは１３：００において　１４０＋３００＋５０
＝　４９０　ｋＷ−ｈｒのトータルを与える。

【００４９】０２：００において、空気システムは（８
０９−４８６ｌｂ）すなわち　３２３　ｌｂ　（１４７
　ｋｇ）の分解酸素を供給する必要があるだろう。これ
はその定格能力の４９％であり、その定格出力の５９％
を消費する。これは　１．２１　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇとな
り、補助酸素システムに割り当てられる値である　１．
３１３　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇよりも小さい。空気システム
は　３００×０．５９　＝　１７７　ｋＷ−ｈｒを消費
する。すなわち、０２：００でのトータルは　１４０＋
１７７＝　３１７　ｋＷ−ｈｒである。

【００５０】オプション３は先行技術の溶液であり、ま
た日平均要求量（　９００　ｌｂ／ｈｒ，　４０９　ｋ
ｇ／ｈｒ）に対応可能であるように既存の空気システム
を改良したものを含む。補助（液体貯蔵）酸素システム
が、要求量に対応させるために付加される。空気システ
ムは可能な場合は常に出力低下して運転される。補助シ
ステムの出力低下は０〜１００％である。

【００５１】１３：００において要求量は１２２８　ｌ
ｂ（５５８　ｋｇ）であるが、そのうちの　３３８　ｌ
ｂ（１５４ｋｇ）は空気システムによっては得られず、
１．３１３　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇに等価な損失において、
すなわち　２０２　ｋＷ−ｈｒにおいて１５４　ｋｇ　
の補助酸素を供給しなければならない。１３：００にお
いてトータルで　４０９＋２０２＝　６１１　ｋＷ−ｈ
ｒ必要である。０２：００において要求量は　８０９　
ｌｂ（３６８　ｋｇ）である。９２％の出力引き出し率
において９０％まで出力低下させた空気システムは　４
０９×０．９２　＝　２７６　ｋＷ−ｈｒを消費するだ
ろう。０２：００でのトータルは　３７６　ｋＷ−ｈｒ
である。

【００５２】オプション４は、先行技術のＵＮＯＸすな
わちＯＡＳＥＳプロセスの変換を含む。そのようなプロ
セスにおいて、混合構成要素と溶解構成要素はピーク要
求量に対応させるに十分な酸素を溶解するのに必要な出
力によって設定されるが、そのピーク要求量は本実施例
の場合、１４：００ピーク値（１３７６　ｌｂ／ｈｒす
なわち　６２５　ｋｇ／ｈｒ）の９５百分位数値である
。混合した曝気容器の内容物と懸濁している生物質固体
を維持する能力を劣化させずに、この値からさらに出力
低下させることはできない。

【００５３】この実施例の場合、混合／溶解の出力要求
量は１７９　ｋＷである。酸素生成システムは、式に従
って　１７５ｋＷを用いて　６２５　ｋｇ／ｈｒの最大
値から出力低下させる。

【００５４】１３：００において酸素システムは、その
最大出力の９３％を用いて、その能力の９１％に相当す
る　１２２８　ｌｂ（５５８　ｋｇ）を生成する。すな
わちそれは、１７５×０．９３＝１６３ｋＷ−ｈｒであ
り、１３：００においてトータル　１７９＋１６３＝３
４２　ｋＷ−ｈｒを与える。

【００５５】０２：００において酸素システムは、その
最大出力の６８％を用いて、その能力の６０％に相当す
る　８０９　ｌｂ（５５８　ｋｇ）を生成する。すなわ
ちそれは、１７５×０．６８＝１１９　ｋＷ−ｈｒであ
り、０２：００におけるトータルは　１７９＋１１９＝
２９８　ｋＷ−ｈｒである。

【００５６】オプション５はオプション１と同様である
が、異なる点は、システムの酸素要素の出力低下に対し
て余分の許容が行われることである。

【００５７】酸素溶解システムは５つの個別のユニット
（ポンプ）からなり、要求量が総量の８０％、６０％等
以下に低下したときに、それらを一つずつ停止させるこ
とによって出力低下させることができる。この出力低下
能力はこの実施例においては吸い上げ損失にはほとんど
影響しないが、しかし、それが貯蔵酸素と共に用いられ
たときと同じような方法で出力低下させたかのようにシ
ステムを扱うことによって出力低下するという、非現実
的に高い仮定が避けられるようなものである。

【００５８】空気システムは２つの送風機からなり、そ
のうち一つだけが５０％以下の空気が必要なときに用い
られる。補助（液体貯蔵）酸素は、その次の結果が２つ
の送風機をちょうど５０％を越える出力低下で運転する
よりも費用が安い場合に、用いられる。

【００５９】１３：００において酸素システムは、トー
タルで　２０６　ｋＷとなる５つのポンプを全部用いて
いる。酸素システムは　４８３　ｌｂ（２１９　ｋｇ）
の酸素を配送する。空気システムは残りの要求量である
　７４５　ｌｂ（２３３　ｋｇ）のすべてを供給するが
、その場合、両方の送風機をその最大値の７８％まで出
力低下させ、最大出力の８２％、すなわち３００×０．
８２＝　２４６　ｋＷ　を消費する。一つの送風機を最
大能力で運転し、補助（液体貯蔵）酸素との差を調整す
る別の方法は、２５９　ｋＷ−ｈｒだけわずかに費用が
高くなる。１３：００におけるトータルは　２０６＋２
４６＝４５２　ｋＷ−ｈｒである。（オプション１と同じ）。０２：００においてもシステ
ムは、オプション１における場合と同じである。

【００６０】０４：００と０８：００の間では酸素供給
システムは出力低下モードで運転する。０６：００にお
いては酸素溶解システムも出力低下させる。

【００６１】実施例　２実施例１と同じ流量を提供するが、しかし　４１０　ｋ
ｇ／ｈｒ　の酸素移送能力を有する（すなわちその最初
の設計範囲において過負荷されていない）処理プラント
が、炭素質ＢＯＤ除去用から生物学的窒素除去用を含む
ものへ改良される。これを行うために、当技術分野で知
られているように、プラントの５０％が実質的な無酸素
運転に転換され、バイオマス濃度が、これに対処できる
ように、またスラッジの寿命を増大させ、プラントの特
別の負荷（１ｋｇ　のバイオマス１日当たりの　ｋｇ汚
染物質）を低減させるために、調整される。これらのこ
とすべてが、安定した硝化作用を保証する。溶解酸素の
ためのプラントのコントロール地点が、同じ理由で１ｐ
ｐｍ　から２　ｐｐｍ　へ再設定される。

【００６２】本発明を先行技術と比較して結果を要約し
たものを、表４に示す。先行技術の変換タンク純酸素シ
ステムは、部分的な無酸素モードで運転することはでき
ず、比較から排除されている。

【００６３】　　　　　　　表　４：窒素除去用に改良されたプラン
トの全エネルギー損失オプション　　システム　　　　　　　　　　　　設計
ベース　　　　　　　　　　損失（ｋＷ−ｈｒ／ｄａｙ
）　　　　１　　　　　　本発明　　　　　　　　　　Ｏ
２：ピーク流量の平均　　　　　　　　８，４３６　　
　　２　　　　　　本発明　　　　　　　　　　Ｏ２：
２４時間平均流量　　　　　　　　　　８，７５０　　
　　３　　　　　　空気＋供給Ｏ２　　　空気：２４時
間平均流量　　　　　　　　１４，４６２オプション１
を用いるとき、酸素システムは、（ａ）　瞬間的な溶解
酸素の供給が２倍になるが、しかし運転時間が半分にな
るように、あるいは　（ｂ）プラントのタンクの容量の
半分にすべての酸素が添加されるように、設計される。酸素システムは平均ピーク要求量に適応するような規模
である。従って空気システムはまれにしか用いない。

【００６４】空気システムと酸素システムの両者を出力
低下させることができる。　　酸素溶解システムは５つ
の個別のユニット（ポンプ）からなるものであったと考
えられ、要求量が総量の８０％、６０％等以下に低下し
たときに、それらを一つずつ停止させることによって出
力低下させることができる。（この出力低下能力はこの
場合、前に実施例１のオプション５で用いた場合よりも
、吸い上げ損失に対してずっと大きな影響を及ぼす）。この形においては、それが貯蔵酸素と共に用いられたと
きと同じような方法で出力低下させたかのようにシステ
ムを扱うことによって出力低下するという、非現実的に
高い仮定が避けられるようにする。空気システムは２つ
の送風器からなるものであったと考えられ、５０％以下
の空気が必要となったときに、そのうちの一つだけが用
いられただろう。ちょうど５０％を越える出力低下で２
つの送風器を運転するよりも正味の結果が費用的に安く
なる場合に、補助（液体貯蔵）酸素が用いられる。

【００６５】この実施例に関するエネルギー損失を示す
ために、１３：００と０２：００における値が計算され
るが、しかしその他の時間における値も同様に計算され
、一日のトータルのエネルギー損失を与えるために合計
される。

【００６６】１３：００において、要求量は　１４７９
　ｌｂ（６７２　ｋｇ）である。純酸素システムは最大
で運転していて、３５９　ｋＷ　を引き出す。溶解につ
いては　１８６　ｋＷ、空気分離については　１７３　
ｋＷである。それは　１３０７　ｌｂ（５９４　ｋｇ）
を移送する。

【００６７】残り（１６８　ｌｂ，　７６　ｋｇ）は既
存の空気システムによって供給される。２　ｐｐｍの溶
存酸素において、その能力は　４１０　ｋＷにおいて　
４１０　ｋｇ／ｈｒから　３６４　ｋｇ／ｈｒへ低下す
る。それが２つの送風器（各々　２０５　ｋＷ）からな
ると仮定して、この要求量について使用する一つの送風
器の必要な供給出力低下は　７６／１８２＝４２％であ
る。出力の引き出しは、定格　２０５　ｋＷの　５３％
、すなわち　１０９　ｋＷである。すなわち、トータル
は　１８６＋１７３＋１０９　ｋＷ＝４６８　ｋＷ　で
ある。

【００６８】０２：００において、要求量は　９７４　
ｌｂ／ｈｒ（４４３　ｋｇ／ｈｒ）、すなわち最大能力
の　７５％である。使用するポンプの数は（５個から）
４個に減らされ、溶解損失は　２０％削減されて　１４
９　ｋＷとなる。酸素供給システムは、その定格酸素量
の７５％を供給するために、その定格出力の　８０％、
すなわち　１３８　ｋＷを引き出す。トータルは（１８
６×０．８）＋１３８＝２８７　ｋＷ　である。

【００６９】オプション２はオプション１と同様である
が、しかし酸素システムの大きさは日平均要求量（１０
８５　ｌｂ，　４９３　ｋｇ）に基づく。要求量の残り
は空気システムを用いてつくられる。

【００７０】１３：００において要求量の最初の　１０
８５　ｌｂ（４９３　ｋｇ）は、溶解のために　１５４
　ｋＷを用い、空気の分離のために　１４４　ｋＷを用
いて、酸素システムによって供給される。要求量の残り
（３９４　ｌｂ，　１７９　ｋｇ）は空気システムによ
って満たされる。これは、その最大移送量の　９８％で
運転される１個の送風器であり、９９％の出力（２０２
　ｋＷ）を引き出し、トータルは　１５４＋１４４＋２
０２＝５００　ｋＷ　となる。

【００７１】０２：００において、要求量は　９７４　
ｌｂ（４４３ｋｇ）であり、それは酸素システムについ
ての定格出力の　９０％である（ポンプの一つを停止さ
せるには不十分な低減）。溶解損失は　１５４　ｋＷに
留まり、空気分離損失は最大値の　９２％、すなわち　
１３２　ｋＷへ低減される。トータルは　１５４＋１３
２＝２８６　ｋＷ　である。

【００７２】オプション３は先行技術に近いもので、日
平均要求量のための空気ベースシステムの設計であり、
ピークシェービング（ｐｅａｋ　ｓｈａｖｉｎｇ）のた
めの（液体貯蔵）酸素を用いる。空気ベースシステムの
出力低下を伴う。

【００７３】１３：００において空気システムは　１０
８５　ｌｂ（４９２　ｋｇ）の溶解酸素を供給するため
に、最大能力で運転される。残り（３９４　ｌｂ，１７
９　ｋｇ）は、１．３１３　ｋＷ−ｈｒ／ｋｇの等価エ
ネルギー損失において、（液体貯蔵）酸素から供給され
る。トータルは　５５４＋１７９×１．３１３＝７８９
　ｋＷ　である。

【００７４】０２：００において、要求量は　９７４　
ｌｂ（４４３ｋｇ）であり、それは空気システムについ
ての定格出力の　９０％であるが、最大出力の　９２％
を引き出す。トータルは　５５４×０．９２＝５１０　
ｋＷ　である。

【００７５】実施例　３機械作用を発生させるためのスラッジ消化性気体の使用
を説明するために、実施例１のオプション１と５を再稼
働させる。そのような作用は、圧縮空気を拡散器へ送る
ために行われる。空気は、（ａ）　酸素要求量を低減す
るためと、（ｂ）　ｐＨを中性付近に安定させる目的で
二酸化炭素を除去するためと、（ｃ）（プラントの拡散
器によって詰まりが防止されはするが）常に最低流量を
維持するために、有益に使用される。結果を表５に示す
。

【００７６】　　　　　　　表　５：スラッジのエネルギーを回収し
た後の全エネルギー損失システム　　　　　　　　　　　　　　　　前のエネル
ギー損失　　　　　　　　　　後のエネルギー損失表３
，オプション１　　　　　　　　　　　　７４００　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６９０
０表３，オプション５　　　　　　　　　　　　６２６
０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
５７６０本発明の別の態様によれば、図２に示すように
、廃水は好気性消化作用を施すために、パイプ１０によ
って複数の大きなコンクリート製またはスチール製の貯
蔵器１１の中に送られる。各々の貯蔵器に入る廃水の流
量は、各々のバルブ１２によって調節される。

【００７７】上述の方法によって好気性消化作用と安定
化を行った後、スラッジはさらにパイプ１４を通って嫌
気性消化作用のための密閉した貯蔵器１５へ入る。好気
性消化作用を行った物質の流出速度は、各々のバルブ１
６によって適当に調節される。密閉した貯蔵器への流入
は各々、バルブ１７によって調節される。

【００７８】嫌気性消化作用を受けるとき廃水はメタン
を発生するが、それは適当なパイプ１９を通して空気圧
縮手段２０と２１のための燃料として使用するために集
められる。示されたバルブのすべてが中央制御され、シ
ステム内を動的平衡に設定することを可能にするが、こ
の場合、様々な段階を通るスラッジの漸進的な進行のた
めに許容が与えられるだろう。好ましい態様においては
、複数の個別の加圧ガマによって廃水流入量の大きな変
動が可能となる。

【００７９】バルブ２４と組み合わせたパイプ２３は、
貯蔵器１５からの浄化された排出物の通路となる。バル
ブ２４も同様に中央制御され、それによって、様々な処
理段階の間の廃水の相互依存流入が可能となる。

【００８０】酸素富化した空気は、ユニット２５による
圧力変動式吸収法によって生成される。このユニットは
その最大能力付近で連続的に稼働するので、効率は最大
となる。ユニット２５は複数の空気分離ユニットを含む
ので、システムに流入する廃水の量に応じてこれらの分
離ユニットを選択的に作動させ、またその後、酸素富化
した空気の基礎的供給量を変化させることが可能である
。この態様は出力低下（ｔｕｒｎ−ｄｏｗｎ）として知ら
れる。受け入れる廃水とそれから発生するスラッジの日
変動が調整される場合、補助空気の動的制御と結び付い
たこの態様は、運転コストを低減させる効果を有する。

【００８１】空気または酸素富化した空気の流量は、パ
イプ２７とバルブ２８によって制御される。そのような
気体の供給源と行き先の両方とも、中央制御ユニットに
よって変えることができ、また調節することができる。

【００８２】このプロセスは図３のフローチャートで表
される。

【００８３】図４において、中央データプロセスユニッ
トへの入力とそれからの出力の各々が、ブロック図で示
されている。そのような情報の組み合わせによって、処
理プロセス全体にわたって廃水の流れのコントロールを
行うことが可能となる。さらに、入力の容積によって、
関連するすべての装置、たとえば空気圧縮機の効率的な
コントロールが可能となると考えられる。

【００８４】上述の実施例によって、本発明に従って運
転するとき、処理プラントの効率は実質的に改善される
ことは明らかである。

【００８５】本発明を特定の実施例について説明したが
、当分野の熟練者であれば本発明を他の多くの形に具体
化できるだろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一態様によって処理される廃
水の流れの概略図である。

【図２】図２は、本発明の第二の態様によって廃水が処
理されるときの物質の流れを表すダイヤグラムである。

【図３】図３は、図２に示した物質の流れの処理を表す
フローチャートである。

【図４】図４は、中央プロセスユニットと、応答する入
力、および調整可能な出力を表すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】好気性消化作用によって廃水を処理する方
法であって、その方法は：前記廃水に酸素含有量が少な
くとも５０％の第一の流体を導入し、それによって、選
択された基礎負荷好気性消化能力を与え；そして、前記
廃水に第二の流体を導入して付加的な変動負荷好気性消
化能力を与え、それによって、前記基礎負荷能力と前記
変動負荷能力の総計が、選択された総計好気性消化能力
となるようにする；ことを含む方法。
【請求項２】前記総計好気性消化能力は、ピーク負荷に
見合う許容能力を与えるように選択される、請求項１に
記載の方法。
【請求項３】総計能力はピーク酸素要求量の９５百分位
数を満足する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記総計好気性消化能力は、平均流量に見
合う許容能力を与えるように選択される、請求項１に記
載の方法。
【請求項５】前記第一の流体は少なくとも６０％の酸素
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記第一の流体は８０％〜９５％の酸素を
含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記第一の流体は少なくとも９５％の酸素
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】前記第一の流体は前記廃水処理と関連して
その場で製造される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】前記第一の流体は酸素あるいは酸素富化し
た空気である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記第一の流体は圧力変動式吸収法ある
いは極低温法によって製造される、請求項９に記載の方
法。
【請求項１１】前記第二の流体は空気である、請求項８
に記載の方法。
【請求項１２】前記酸素は複数の個別の溶解ユニットに
よって前記廃水中に導入され、前記ユニットを前記基礎
負荷を設定するために選択的に作動させる、請求項１に
記載の方法。
【請求項１３】炭素質汚染物質の除去のための既存の廃
水処理プラントの能力を増大させるために使用される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】前記廃水から生物学的窒素及び／又は燐
が除去されるように、既存の処理プラントを改良するた
めに使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】前記廃水に嫌気性処理または無酸素処理
を施す、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記第一の流体を実質的に一定の最大速
度で供給し、前記第二の流体の供給を処理する廃水の酸
素要求量に応じて変化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】前記第一の流体を、複数の予定した速度
のうちの一つで前記廃水に選択的に供給する、請求項１
６に記載の方法。
【請求項１８】好気性消化作用が行われる間に前記廃水
から得られたスラッジに嫌気性消化作用を施す、請求項
１に記載の方法。
【請求項１９】前記第二の流体の少なくともいくぶんか
を、前記嫌気性消化作用による生成物から回収した出力
を用いて圧縮させた空気によって得る、請求項１８に記
載の方法。
【請求項２０】廃水から生成されたスラッジを処理する
方法であって、その方法は：スラッジを請求項１に記載
した好気性消化作用によって処理し；前記廃水に嫌気性
消化作用を適用して、それによって、この後続の消化作
用で抽出されたメタンを圧縮手段への供給燃料とし；中
央プロセスユニットからの前記廃水とスラッジの移送を
コントロールして、それによって、前記処理を、下記の
うちの一つ又は組み合わせを含む廃水条件が変動する間
の実質的な動的平衡状態に維持する；ことを含む。（１
）　処理される廃水の量、（２）　処理される廃水の成
分、（３）　溶存酸素量、温度、生物学的酸素要求量、
ｐＨ、処理される廃水の関連する流量、および、（４）
　各々の処理工程の間の予期されたリードタイムと、こ
れらのリードタイムと流れの傾向の間の関係とについて
、予め得られたデータ。
【請求項２１】前記中央プロセスユニットは、予め設定
したバルブ、ポンプ、圧縮手段、およびその他の機械装
置のうちの一つ又はそれらの組み合わせの状態を表示す
る信号に応答するものである、請求項２０に記載の方法
。