JPS6139879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固形分−液体分離方法に関する。本発
明は、特に、生物学的に分解しうる物を含む液
体、殊に生物学的に分離しうる廃棄物を含む液体
（以下、下水と称する）を処理するための方法に
関する。本明細書において、「下水」なる用語
は、あらゆる種類の生物学的に分解しうる家庭廃
棄物および工業廃棄物、例えば通常の家庭廃棄
物、農場、食品工業で生ずる排出液およびその他
の同様な廃棄物を生ずる工業の排出液を包含する
ものとする。

下水処理に一般的に使用される方法は、本質的
には大きな懸濁固形分を除去するためのスクリー
ニングおよび沈降分離のごとき物理的方法による
第一次処理とそれに続く溶解物およびより小さな
懸濁物を除去するための生物学的方法による第二
次処理とからなる。本発明が下水の処理に用いら
れる限りにおいては、本発明は上記の第二次処理
段階に関する。

下水の第二次処理においては、下水から懸濁固
形分を除去するため、および生物性凝集スラツジ
の分離と濃縮のために浮上分離（flotation）法を
使用する。最近の浮上分離法の実際では、浮上分
離設備の主要な構成部分は、加圧ポンプ、空気注
入装置、保留タンクおよび浮上分離ユニツトであ
る。下水、また処理済清澄排水の一部分を、充分
な空気の存在下で大気圧下の条件に対して過飽和
となるように加圧する。この過飽和液体にかけた
圧力が開放される時（この放圧操作を大気圧にお
ける下水との混合と組合せてもよい）、微小な気
泡が液体中に生ずる。懸濁固形分はこれらの微小
気泡によつて浮上せしめられる。これらの微小気
泡は固形分粒子に付着していることもあり、発生
後付着して固形分粒子内に捕捉されることもあ
る。かような空気−固形分混合物は液面へ上昇し
そこですくい取られる。清澄液体は液面下から除
去される。

現在の浮上分離では、固形分−液体混合物の過
飽和を行なうのに、特殊ポンプ、空気射出手段お
よび加圧タンク又は容器が必要である。

本発明によれば、少なくとも２本の実質的に鉛
直なダクトを有し且つ該ダクトがそれらの上部と
下部で相互に連通している循環系中を、固形分−
液体混合物を該ダクトの一方の中を下方へそして
該ダクトの他方の中を上方へ流れるように循環せ
しめ、該混合物に気体を供給して少なくともその
一部を溶解せしめ、そして溶解気体を含有する該
混合物の一部を該循環系に連結した浮上分離室内
へ送り、該混合物の静流体圧を減少せしめつつ該
浮上分離室中を上方へ流動させて溶液中から気体
を生成せしめて気泡を形成させ、かくして形成さ
れた気泡を該混合物中に存在する固形分粒子に付
着せしめて該固形分粒子を該混合物の液体の上面
に運び、且つ該浮上分離室の上部の断面積をその
下部の断面積よりも充分大きなものに構成してそ
の上部で該混合物の乱流又は強い剪断流が実質的
に発生しないようにすることを特徴とする固形分
−液体分離方法が提供される。

本発明の固形分−液体分離方法に引続いて、液
体の上面に運ばれた固形分とその下方の清澄液と
を別々に除去することができる。

本発明の固形分−液体分離方法に用いる浮上分
離室はその全長の大部分にわたつて円筒形の導管
であり、溶解気体を含む固形分−液体混合物が浮
上分離室の下端部または下端部付近に位置する一
またはそれ以上の開口を介して浮上分離室に供給
されるのが好ましい。該導管はその上端部におい
て、該導管の断面積よりも大きな断面積のタンク
または類似容器に開口している（浮上分離室の上
部をなすタンクまたは容器は、普通、液溜と称さ
れる）。この液溜（以下、浮上分離液溜と称する
ことがある）において、分離された固形分は、清
澄液体の上面へ浮上し、そして分離された固形分
と清澄液体は浮上分離液溜から別々に除去され
る。

浮上分離室へ固形分−液体混合物を供給するた
めのいずれの開口にも、適当な形態のトラツプを
設け、混合物中に存在する過剰寸法の気泡が浮上
分離室に入り浮上分離室内の流れを乱すのを防ぐ
ようにするのが好ましい。適当な形態のトラツプ
は混合物が浮上分離室に入る際にその混合物を先
ず最初に下方向へ流すような形態のものである。
トラツプは、浮上分離室の壁に固定され、開口の
浮上分離室側で浮上分離室壁面に対してある角度
で浮上分離室中へ突き出ている板状体であつてよ
い。そのような板状体を数枚組合せてルーバー構
造とすることもできる。トラツプもしくはルーバ
ーを通過する混合物の流速は気泡（過剰寸法）の
上昇速度よりも小であり、適切には10cm／秒以下
であり、そのような速度では直径１mm以上の気泡
がトラツプ内またはルーバーのスロツト内の下向
流帯域へ全く移動しえないようにしうる。好まし
くは、トラツプまたはルーバーを通過する混合物
の流速は、５cm／秒未満である。

浮上分離を効率よく行うためには、すなわち液
体から固形分を実質上完全に分離するためには、
浮上分離室の上部（液溜）に強い乱流または剪断
流が生じてはならない。というのは、そのような
乱流または剪断流は固形分のフロツクを分離が困
難である微細な粒子に分散する傾向を有するから
である。このために、浮上分離室からの過剰寸法
の既発生気泡の排除が行なわれる。また浮上分離
室の上部で乱流および剪断流が生ずるのを防ぐた
めに、特に浮上分離室の上部での液体の上昇流の
平均速度を低く、好ましくは0.3ｍ／秒以下、特
に0.1ｍ／秒以下に、維持することが好ましい。

浮上分離室の深さは、20ｍ〜40ｍであるのが好
ましい。前記の好ましい速度では、浮上分離室の
導管内の上昇液体混合物の滞留時間は約60から約
1000秒間程の長時間になることもありうる。また
浮上分離室上部液溜中の滞留時間は例えば約20分
から約２時間又はそれ以上となることもありう
る。

本発明の固形分−液体分離方法は、下水の生物
学的処理、特に曝気工程において液体流出物から
凝集スラツジ粒子を分離するのに有用である。本
発明の固形分−液体分離方法は消化段階にも有用
である。下水の生物学的処理に使用する場合、気
体は、酸素含有気体、すなわち分子状酸素または
分子状酸素含有気体混合物例えば空気である。

特開昭50−31662号公開公報（英国特許第
1473665号、米国特許出願第467511号に対応）に
は、上部および下部において相互に連通した下向
流室（以下、ダウンカマーと称する）と上向流室
（以下、ライザーと称する）を有する循環系と、
ダウンカマー中の液体に対して気体を供給するた
めの手段とを備えた、液体を循環させるための装
置が記載されている。この装置は、下水の生物学
的処理における曝気および／または消化工程で使
用することができ、下水は循環系中を循環され、
下水がダウンカマー中を通過する際に酸素含有気
体が供給される。

本発明は上記特開昭50−31662号公開公報に記
載された装置と、そしてまた同公開公報に記載さ
れた下水処理法と、組合せて用いることができ
る。本発明を上記装置と組合せて用いる場合に
は、浮上分離室をライザーに連結し、ライザー内
を上方向へ流れる固形分−液体混合物（例えば下
水）の一部分を浮上分離室へ流入せしめる。

以下本明細書では、本発明を上記特開昭50−
31662号公開公報記載の装置と組合せかつ下水処
理法に関して説明する。しかし本発明はそのよう
な装置との組合せ使用に限定されるものでなく、
下水処理以外の固形分−液体分離にも使用しうる
ものであることは明らかである。

実質的に鉛直なダクトから構成されるダウンカ
マーおよびライザーは任意の断面形状例えば円筒
形または半円筒形のものであつてもよい。両者は
互いに離して配置してよいが、好ましくは単一の
構造体（好ましく円筒形）の内部を一またはそれ
以上の隔壁で分離して形成するか、あるいは構造
体としての外管の内側に配置した管体をダウンカ
マーとし、両管体間の空隙をライザーとする単一
構造としてもよい。極めて多くの幾何学的配置が
可能である。かような循環系は複数のライザーお
よびダウンカマーを有していてもよい。浮上分離
室は、ライザーの壁に設けた一またはそれ以上の
開口を介してそれが連結されたライザーの上部に
隣接して配置されるのが好ましい。各開口には、
ライザー中を上方向へ移動している気泡が浮上分
離室に入るのを防止するためのトラツプが備えら
れる。

浮上分離室がライザーの上部へ挿入された垂直
なダクトまたは管体であることも、適切な幾何学
的配置であり、この目的のためにライザーの上部
を拡大することもある。従つてこのような場合に
は、ライザーが浮上分離室を取り囲むようにな
る。そのときライザーと浮上分離室との間の連結
は、浮上分離室の壁に設けた気泡トラツプ付の開
口によつてなされる。この場合ライザーを貫通し
ている一またはそれ以上の外部への連結部を設け
て浮上分離室から液体と浮上分離された固形分を
引き出す。

適切には第一次処理後の下水を、循環系の脱気
（gas−disengagement）部をなすタンクまたは類
似容器（普通、「液溜」と称されるタイプのも
の）内へ移す。ダウンカマーとライザーは、この
脱気液溜の底部まで延びている。浮上分離室は適
切にはライザーの上部に隣接して配置され、前述
のごとく、その上部が脱気液留に隣接して配置さ
れた浮上分離液溜を形成する。別法として、浮上
分離室はライザーの上部から離れる方向に上方に
傾斜したある角度で延び、そしてその上部が必要
な距離だけ離して脱気液溜に連結した浮上分離液
溜を形成するようになすこともできる。浮上分離
液溜内の液体の表面へ上昇する固形分は、適当な
手段、例えばスクレーパーで捕集して脱気液溜へ
戻し、かくして循環系へ戻してもよい。清澄排水
液は浮上分離液溜を出て、下水処理の別の工程へ
送られる。液溜が地面または地下に位置している
ときには、循環系および浮上分離室を含む構造物
は、地中へ向けて延びているシヤフト（竪坑）好
ましくは円筒体で浮上分離室用の側枝シヤフトを
有するものである。このシヤフトは液溜から離れ
た位置で地中へ延びていてよいが、好ましくは液
溜の下にあり、ライザーおよびダウンカマーの両
者の上端部が脱気液溜内へ開口し、そして浮上分
離室の上部が浮上分離液溜を形成している。

適切にはライザーとダウンカマーは、脱気液溜
中の下水の液面より下方へ鉛直に少なくとも40ｍ
にわたつて延びているが、好ましくは80ｍまたは
それ以上、特に150〜250ｍにわたつて下方へ延び
ている。浮上分離室の深さは、好ましくは、20〜
40ｍである。浮上分離室の導管断面積とライザー
の断面積との比は、循環系内における処理時間に
よつて大幅に異なり、0.01のような小さな値また
は2.0のような大きな値になることがある。容易
に分解しうる排出液については、この比は普通
0.25〜2.0になる。

適宜の循環手段を用いて循環系中で下水を循環
させることができる。循環系中へ酸素含有気体を
注入することによつて循環を生じさせることは極
めて適切である。

本発明の固形分−液体分離方法においては、浮
上分離室の導管内で液体混合物の静流体圧が連続
的に比較的に速かに低下することにより小気泡が
形成され、他方、浮上分離室上部液溜内において
は該液体混合物の上昇流速が遥かに低下し且つそ
の圧力低下も緩慢となり、その結果極めて低度の
剪断流が乱流しか形成されないため、該浮上分離
室中では気泡はフロツクに付着したままそれから
離れずに緩やかに生長し、固形分の分離が好適に
行われる。

かくして、本発明によれば、下水処理におい
て、分裂しやすい凝集スラツジに高剪断力を与え
て分離が困難な微細粒子に分散させることがない
から、清澄排出液でなくて下水流そのものを加圧
下から放圧してフロツクの分離を行うことができ
る。

下水処理における使用で、本発明によれば大部
分のスラツジを沈降することなく再循環させるこ
とが可能であり、嫌気タンクにおける長い滞留時
間を回避することができる。これによつて高度の
下水処理がなされる。特別な圧縮室および放圧系
の必要なく浮上分離が達成される。

以下、本発明を添付図面によつて説明する。

第１図は、酸素含有気体を装置内へ注入するこ
とによつて液体の循環を達成する、本発明の方法
を実施するための装置の一態様の縦断面図であ
る。

第２図は、液体を機械的手段によつて循環させ
る、本発明の方法を実施するための装置の別の態
様の縦断面図である。

第３図は、第２図の装置の変形例の縦断面図で
あるが、酸素含有気体を装置中へ注入することに
よつて液体を循環させ（第１図の装置のよう
に）、そして浮上分離室をライザーに対して上方
向へ傾斜したある角度で配置した例を示すもので
ある。

第３Ａ図は、第３図のＣ−Ｃ線における平面図
である。

第１図の装置は、脱気液溜１を有し、その下に
深いシヤフト２が地中へ延びて、ライザー３とダ
ウンカマー４とを有している。ライザー３とダウ
ンカマー４は隔壁５によつて相互に分離されてい
る。ライザー３とダウンカマー４は、脱気液溜１
内のそれらの上端部と隔壁５の下のシヤフト２の
下端部で相互に連通している。脱気液溜１内で適
切な流動パターンを達成するために、ダウンカマ
ー４の上端部６（シヤフト２の壁と隔壁５の延長
部により形成されている）は脱気液溜の底面より
も上方へ延びていて、流動指向手段（flow−
directing means）７を有している。ライザー３
は開口８を介して浮上分離室９と連通している。
浮上分離室の深さはシヤフト２の深さよりも小さ
い。その上部で浮上分離室９は、脱気液溜１に隣
接して位置する浮上分離液溜１０となつている。
開口８にはトラツプ１１が備えられている。酸素
含有気体はスパージヤー１２および１３によつて
それぞれライザー３とダウンカマー４中へ注入さ
れうる。

第２図に示した装置は、第１図の装置と同様
に、脱気液溜１と、その下の地中へ延び且つ隔壁
５で分離されたライザー３およびダウンカマー４
を含んでいる深いシヤフト２とを有する。ライザ
ー３は、トラツプ１１を設けた開口８を介して、
浮上分離室９と連通しており、浮上分離室９の上
部は脱気液溜１に隣接して位置する浮上分離液溜
１０となつている。ライザー３とダウンカマー４
は、脱気液溜１内のそれらの上端部とシヤフト２
の下端部とにおいて相互に連通している。しかし
第２図の装置においては、ダウンカマー４はライ
ザー３内に実質的に同軸状に配置され、脱気液溜
１の上方まで延びている。隔壁５の上端部は折曲
げられて導管１４と脚部１５（すなわち隔壁５の
上端部）を形成しており、導管１４と脚部１５は
逆Ｕ字形をなしている。液体は装置内を脚部１５
内のプロペラー１６によつて機械的に循環させら
れ、酸素含有気体は、ダウンカマー４の上端部に
位置したスパージヤー１７によつて液体中へ注入
される。

本発明の方法は、下水の第二次処理の曝気およ
び消化工程に使用しうる。曝気工程における本発
明の方法の使用を以下に説明する。好気消化工程
の操作方法は同様である。

本発明の方法を曝気工程に使用する場合、第一
次処理をして大きい又は重い処理しえない固形物
を除去し、次いで場合によつては第一次沈降処理
をした後の下水を、脱気液溜１に開口した導入溝
（図示せず）によつて脱気液溜１へ入れる（例え
ば第２図の装置の脚部１５の開口端付近の点
で）。液体と活性スラツジとは他の溝（図示せ
ず）によつて脱気液溜１を去り（この溝は液溜内
の液面Ａ−Ａより下の位置にあり、導入溝からあ
る距離だけ離れている）、そして沈降タンク（ま
たは溜）に移る。液体は、浮上分離液溜１０の液
面Ｂ−Ｂより下で浮上分離液溜１０から外へ開口
している溝１８（第３図にのみ図示）によつて装
置を去る。

第１図の装置はコンプレツサーからスパージヤ
ー１２を通してライザー３中で空気を注入するこ
とによつて始動される。この空気注入によつてラ
イザー３の上部がエア・リフト・ポンプとして作
用し、第１図に矢印で示した方向に下水が装置内
を循環し始める。流速が予め定めた最適値に達し
たとき、スパージヤー１３を通してダウンカマー
４中への空気注入を開始し、そして漸次増加す
る。好ましくは、ダウンカマー内の液体速度が増
大するにつれて、注入空気の増加を段階的に行な
う。循環系が定常状態で作動しているときには、
空気の全部またはほとんどをダウンカマー４中へ
注入する。

第２図の装置では、液体循環はプロペラー１６
によつて機械的に達成され、空気はスパージヤー
１７を通してダウンカマーの上部へ引込まれる。

第１および２図に示した両装置態様において、
ダウンカマー中に注入される気泡は循環下水によ
つて迅速に下方へより高圧のレベル（水位）に運
ばれ、気泡の寸法は小さくなる。深く沈めた装置
の下方のレベルでは、究極的には多くの気泡は完
全に下水中へ吸収されることになる。ライザー中
を下水が上昇するにつれて、気泡はまず再び出現
し、そしてその寸法が増大する。ライザー３中を
上方へ流れる下水の一部は開口８を通つて浮上分
離室９内へ移る。トラツプ１１は、下水が開口８
に達するときに既に存在する大きな気泡が浮上分
離室９へ入つてその内の流れを乱すのを防止す
る。浮上分離室内で小さな気泡が下水中に生じ、
これらの気泡は下水中の固形分に付着して、浮上
分離液溜１０内の液面までその固形分を一緒に運
びながら上昇する。かくして下水中の固形分は空
気の浮上によつて浮上分離液溜１０内の液面まで
運ばれる。浮上分離液溜１０から液体は装置を
（第３図に示した溝１８に沿つて）出るが、固形
分は液面から掻集されて脱気液溜１へ戻される
（第３図に示したスクレーパー１９によつて）。

第３および３Ａ図の装置は、第１図のもののい
くつかの特徴と第２図のもののいくつかの特徴と
を具体化したものである。第３図の装置は、スパ
ージヤー１２および１３によつて酸素含有気体を
装置内へ注入することによつて装置内で液体を循
環させる点で第１図の装置と類似している。他
方、ダウンカマー４（管状隔壁５によつて規定さ
れている）がライザー３（管状の深いシヤフト２
によつて規定されている）内に同軸状に配置され
ている点で第２図の装置と類似している。その他
のほとんどの観点において、第３図の装置は第１
および２図の装置と極めて類似し、そして同様に
機能する。主たる例外は、浮上分離室がライザー
３に隣接して垂直に配置されずに、ライザー３か
ら上方へ外側に向けて傾斜していることである。
浮上分離室９の上部は浮上分離液溜１０であつ
て、この浮上分離液溜１０の底から清澄排出液が
出口溝１８を通して沈降溜（図示せず）へ導か
れ、浮上分離液溜１０の上部から浮上固形分がス
クレーパー１９によつて除かれ、脱気液溜１へ戻
される。簡明のためにスクレーパー１９は両液溜
１および１０の間の領域のみをカバーするように
示してあるけれども、実際にはスクレーパーは浮
上分離液溜１０の固形分の実質上全部にわたつ
て、そして脱気液溜１上の少なくとも一部にわた
つて延びているものであることは明らかである。

ライザー３から浮上分離室９への開口８にはト
ラツプ１１が設けられ、さらにそれに加えて、ル
ーバー２０が設けられている。ルーバー２０はラ
イザー３から浮上分離室９内に向つて下方へ傾斜
し、開口８を通る流れを下方向にせしめる。浮上
分離室９の導管からその上部の浮上分離液溜１０
への実際の移動は孔２１を通して行なわれる。孔
２１の半分は半筒形管２２に開口し、半筒形管２
２によつて固形物が浮上分離液溜１０の上面へ直
接浮上せしめられ、孔２１の他の半分は清澄液体
を浮上分離室９の導管からその上部の浮上分離液
溜１０の底部へ直接に移動させる。清澄液体は浮
上分離液溜１０の底部から出口溝１８を通つて外
へ出る。

尚、特許請求の範囲記載の本発明の方法の好適
実施態様を挙げれば次の通りである。

(1) 液体の上面に運ばれた固形分粒子とその下方
の清澄液とを装置から別々に除去すること、 (2) 該気体が酸素含有気体であること、 (3) 下方へ流れる混合物に該気体を供給して少な
くともその一部を溶解せしめること、 (4) 該循環系の少なくとも一方のダクト中に気体
を射出することによつて該固形分−液体混合物
の循環を達成すること、 (5) 機械的な手段によつて該固形分−液体混合物
の循環を達成すること。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、本発明の方法
を実施するための装置態様例を示す縦断面図であ
る。第３Ａ図は第３図の線Ｃ−Ｃにおける断面図
である。 １：脱気液溜、２：シヤフト、３：ライザー、
４：ダウンカマー、５：隔壁、８：開口、９：浮
上分離室、１０：浮上分離液溜、１１：トラツ
プ、１２，１３：スパージヤー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２本の実質的に鉛直なダクトを有
   し且つ該ダクトがそれらの上部と下部で相互に連
   通している循環系中を、固形分−液体混合物を該
   ダクトの一方の中を下方へそして該ダクトの他方
   の中を上方へ流れるように循環せしめ、該混合物
   に気体を供給して少なくともその一部を溶解せし
   め、そして溶解気体を含有する該混合物の一部を
   該循環系に連結した浮上分離室内へ送り、該混合
   物の静流体圧を減少せしめつつ該浮上分離室中を
   上方へ流動させて溶液中から気体を生成せしめて
   気泡を形成させ、かくして形成された気泡を該混
   合物中に存在する固形分粒子に付着せしめて該固
   形分粒子を該混合物の液体の上面に運び、且つ該
   浮上分離室の上部の断面積をその下部の断面積よ
   りも充分大きなものに構成してその上部で該混合
   物の乱流又は強い剪断流が実質的に発生しないよ
   うにすることを特徴とする固形分−液体分離方
   法。