JPS63501935A - 廃水処理のための遠心式酸素処理器と装置系 - Google Patents

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】 廃水処理のだめの遠心式酸素処理器と装置系発明の背景 下水などの廃水や微生物によシ分解される物質を加圧状態で空気又は酸素で処理 することは画業技術分野で知られている。

かかる処理は本願の共同発明者であるドナルド　エムスチア７　ス（Ｄｏｎａｌ ｄ　Ｍ、　５ｔｅａｒｎｓ　）に１９６９年１１月１１Ｅ−付された特許第３， ４７７，５８１号に開示されているように加圧状態において行われる。

この特許第３，４７７，５８１号の方法は、下水ならびにその他廃水の処理にお ける一つの進歩なるも、１つ又は複数個の比較的大型の圧力タンクを必要とする ものであり、個々の処理装置や小規模地域社会のだめの装置など普通腐敗性のタ ンクなどを用いるような装置には好適なものではない。

特許第３，４７７，５８１号に開示せる排水の加圧によシ使用酸素の吸収率が増 大するものであるが、下水による酸素吸収は同かつ複雑にしてわずられしい工程 であシ、大容量型の閉塞タンクを必要とじバッチ式１程と見做される。

酸素吸収は指数が１より大きい圧力の指数画数である点が立証されている。この 関係は本願の基礎の一部である。

発明の要約 本発明は、４．２ｍから５．４７７１（１４フイートから１８フイート）の液高 さを有するエアレーションタンクの使用で通常得られる面接触に匹敵する面接触 を廃水及び空気又は酸素成分の多いガスの混合物におけるガス相と液相との間に 得るような斬新な拡散装置を提供する。この斬新な拡散装置によシ僅か０．９　 ｍ　（３フイート）の液レベルで効果的に作動する能力と、０．９７７１（３フ イート）から３０７７１（Ｉ　Ｄｏフィート）を超すにいたるまでさまざまな液 高さで作動する能力とが提供される。この２段の斬新な拡散装置は、排水入口と ガス入口と第２段加圧静圧的拡散器を設けた閉塞チャンバよりなる遠心力式第１ 段水中作動型機械的拡散器を個別に若しくは一連状に使用することにより液柱の 高さによシ通常発生する圧力の効果を克服する。第２段拡散器の構成デザインは 、使用条件に基づく確定的作動圧の選択をともなう遠心力型拡散器の閉塞チャン バ内に０．３５　ｋｌｉ’　／　ｃＴＬ２から２−１　ｋｇ／ｃＴＬ２（５ｐｓ ｉから３０　ｐｓｉ　）の好適圧力範囲を得る背圧を発生するのに十分な液圧流 に対する抵抗の必要に基づいている。遠心力型第１段の機械的拡散器の機械的構 成デザインについては別の機械的な米国特願が適用されるので単に知識として上 記適用が伴う。本発明による拡散装置は、物理的サイズが標準の水中作動式の凹 み羽根車廃水・・イドロリツクポンプのサイズに匹敵するので重力収集式マンホ ール、ポンプ揚水ステーションの湿性排水坑及び強制式主伝達パイプ配管系にお けるエアレーション要求に簡単に適合させることができる。

本発明の目的とする所は、廃棄物の無気分解を禁止するのに十分な溶解酸素のレ ベルを維持する液の高さに対してこれを考慮することなしに任意タイプの廃水に おける必要なガスの混合を提供するポンプ結合の拡散装置の提供ならびに廃水処 理プラントの負荷を低減せしめその能力を増大させるよう行われる廃棄物の予備 処理の提供にある。

本発明のもう１つの目的は、０．９７７１（３フイート）といった低い廃水レベ ルで十分な酸素移送を提供し、更に０．９　ｍ　（ろフィート）と３０７７１（ １００フイート）の間におけるさまざまな廃水レベルにおいて十分な酸素移送を 連続して行えるような拡散兼混合装置の提供にある。これによシ、現行設備にお ける殆ど一定せる作動レベルの代りにさまざまな液レベルで作動する廃水処理設 備の斬新な作動装置が得られる。この能力によシ現行及び将来の廃水処理施設の 性能が非常に増大する。

本発明の更にもう１つの目的とする所は、廃水の収集や輸送及び処理の各装置に おけるにおいや腐食や爆発の危険という問題を無気分解の除去により無くすこと にある。

更に別の目的は、現存の廃水の収集、輸送、処理の設備に僅かな修正を加えるだ けで設置できるよう十分小型に製造のできる効果的な拡散混合装置の提供にある 。

本発明の方法ならびに装置に係る上記ならびにその他の諸口的及び利点について は、添付図面及び図示実施例参照の下における下記詳細説明より明白にされる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理による下水処理のためのタンク内におかれた下水処理装置 の一例を示す側面図、第２図はモータ、インペラ、コレクタ及びコレクタへの入 口を断面にして示し又、コレクタからの一連の背圧を示した断面図、 第３図は第１図の線ｍ−ｍによる部分断面図、第４図はくぼみ型インペラ、関連 コレクタならびにインペラへの酸化ガスの入口が下水及び酸化ガスがインペラで コレクタに吸引される入口を取り囲む所を示す拡大断面図、 第５図は第３図の線Ｖ−Ｖによる横断面図、第６図は第５図同様の断面図にして 酸化ガス及び廃棄ノズルの変更実施例を示し、 第７図はコレクタからの背圧発生出口の変形例を示す垂直縦断面図、 第８図は重力式収集装置のマンホール内におかれた「ノズル箱」を備えた遠心式 酸素処理器の概略断面図、第９図は水中作動型ポンプ又は湿性排水坑・乾性排水 状タイプのいずれかの廃水ポンプ揚水ステーションにおかれた補助式「ノズル箱 」若しくは典型的補助式静圧拡散背圧装置のいずれかを備えた遠心式酸素処理器 の概略断面図、 第１０図は湿性排水坑・乾燥排水状ポンプステーション、伝達配管系エアレーシ ョン装置、処理設備等化装置若しくはその他パイプラインエアレーションのだめ の応用条件に用いるだめパイプライン設備に設置される補助的静圧背圧拡散器を 備えだ乾性排水坑遠心式酸素処理器の概略上面図である。

好適実施例の説明 第１図において、本発明を実施せる下水処理設備の′　一部を構成する槽が示さ れている。

この設備には、微生物によシ分解可能の下水の処理装置に通常用いられるタンク と同様のもので第２図に示す如き酸素処理器１２を有する普通のタンク１０が含 まれる。参照番号１４に一括して示した空気などの酸化ガスの供給源はそのコン トロール装置と一緒にタンクのトップ上方に設けられ、第２図には環状の入口取 付具として示せる入口取付具１５に接続されており、この取付具は一連の不規則 な開口又は孔のものでも良い。酸素処理器の水没深さはごく僅かであり、最小の 水レベルは第１図及び第２図の点線に示されコレクタ１７の入口の丁度下にある レベルＡにおかれる。

タンク底部よシ１．８７７Ｌ（６フイート）程上方のレベルＢが普通のレベルで ある。然しなから、水及び下水は９ｍ（３０フイート）を超えてはならず、最大 の水没深さはガスのためのベンチュリ入口及び処理物質のだめの吸入ヘッドの狭 さく部の構成デザインにより左右されるものである。

入口１５には、下水その他機生物によシ分解可能の廃棄物のだめの入口開口１９ を取り囲むベンチュリ状入口開口の環状狭さく部が含まれる。低い流体レベルの 場合、ベンチュリの狭さく部を通る空気導引はペルヌイの定理によシ発生する狭 さく部における圧力低下による。然しなから、速度ヘッド（■２／２Ｉ）は入口 に空気を引き入れるため水没深さを超えねばならぬ。

設置は酸素処理器の水没深さを大きくする必要が々いように設計されるので空気 の速度ヘッドは単にこの水没深さを打負かすのに十分なもので良い。

酸素処理器１２は元来コレクタをインペラに対して不整合にしたうず巻きインペ ラを備えた不整合型の遠心力式ポンプである。ポンプ自体はパレットヘンジエン ス社（Ｂａｒｒｅｔｔ　Ｈａｅｎｊｅｎｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）の製造に係る型 式のもので良く、図示形態のものはポンプ室がインペラに対して整合しているパ レットヘンジエンス社のＶＮＲ型凹みインペラポンプと同じものである。然し、 その他のポンプを用いても良い。

一般に云うと、コレクタ横断面積は特殊インペラに通常必要とされるものよシ少 なくとも２０％大きい。

この不整合によシ、ポンプはそのもっとも効果的な流量の１５チと６０％の間の 流量で吐出する。

酸素を含有する空気やその他ガスが環状ベンチュリの狭さく部における圧力低下 によシ入口１５を通じコレクタ１７に吸引される。空気の速度ヘッド（７２７２ ｇ）は入口の水没深さを超えねばならぬものの、この速度ヘッドは水没深さに打 勝つのに十分なものであシさえすれば良い。空気又は酸素が下水入口の周シの入 口に押し込まれる所では水没制限は不要である。

ケーシング又はコレクタ１７は普通のポンプケーシングに対し極端に大きく、入 口と出口はその相互作用でケーシング内に背圧を発生せしめる。本文後段で更に 明らかにされるように入口における吸引ならびにケーシング内における圧力によ シ微生物による分解可能の廃棄物による迅速な酸素吸収率がもたらされる。

次に酸素処理器の一般構造について述べると、ポンプは第２図にモータ２７の直 接駆動による垂直軸線ポンプで水中に没しておかれた時効果的に作動する型式の ポンプとして示されている。モータには、ハウジング内に適宜支承され摩耗プレ ート３０を貫通してコレクタ１７の上方部分に延びる軸２９が設けられている。

うす巻き型インペラ２１は軸２９の下端にキー止めその他で固定され螺合しイン ペラのノ・プ３２に係合するナツト３１によシ軸２９に固着されている。

第２図及び第６図に示すように、インペラ２１には外周リム３４が形成され、こ のリムに対し内方又は上方に凹み、ハブ３１よりリムにかけて延び第２図でハブ 及びリムと一体成形状態に示された羽根３３のだめの空間が形成されている。イ ンペラの背面とリムと摩耗オレート３０の環状延長部との間又ハブ３２の上方延 長部と摩耗プレートとの間に空隙が形成されインペラ潤滑を不要ならしめ束縛を 防止する。空気逃がし孔３５が特定のインペラ羽根３３の基部よシ延びインペラ の空気による束縛を防止しておシ、この逃がし孔３５はハウジングの開口３５ａ を介して大気中に通じている。

既述の如く、コレクタへの入口１５は微生物による一分解可能の廃棄物のだめの 入口取付具３９のフランジ３７に固定されこれよシ垂れ下がる環状の入口取付具 ３６の形態をとる。従って空気又は酸素はインペラ２１の回転入口と同軸の軸線 にそいコレクタ１７の内部に流入する際混合する。環状の空気入口取付具４０の 外面壁４３は取付具４２の外面壁と協働してベンチュリ形態のものとして示され 廃棄物入口通路に開口しており、取付具４０の外面壁の１つと共にコレクタ１７ 及びインペラ２１で発生するりす巻きへの入口３９内でかつこれと同軸線状に形 成された取付具３９へのベンチュリ状入口を形成している。

第２図及び第４図に示す如く、入口部材３６にはコレクタ１７への流体の流入軸 線の直径方向に入口ボート４７が内部に延びて設けられている。このポート４７ にはカップラ４９が螺子込まれである。カッシラ４９の両端はねじが切られてい る。このカップラのポート４７と反対側の端部にはエルボ５１がねじ込まれ、空 気又は酸素のための入ロパイゾ５２に接続しておシ、これらは酸素若しくは空気 の使用いかんによシ加圧状態にしたシ非加圧状態にする。

第５図はインペラ２１で発生するりす巻きの中心と整列しコレクタ１７の底部よ シ下方に通じるよう示された入口部ν３９へ流れる空気又は酸素のだめの同軸状 開口の横断面を示している。環状人口１５と下水など、微生物により分解可能の 物質のだめの入口との間に形成された環状入口通路を通ずるベンチュリ型の空気 又は酸素の流入によシうす巻きインペラ２１で発生する乱流ならびにシリーズ配 置のノズル４４及び４５で発生する背圧によシ最大量の酸素吸収が達成される。

若干個数のノズルがシリーズ配置で示され、最大粒子サイズ取扱い能力を達成し それぞれのノズルの追加の圧力降下が利用される。此は特に大型サイズの固体を 送る必要のある小型ユニットに対し望ましい。非常に小さいユニットに対しては ３個のノズルをシリーズ配置で使用する必要があり、他方大型ユニットの場合に は１つのノズルで連光な背圧が得られ、最大サイズの必要固形物を送るのに十分 大きい出口径が得られる。

同軸状ノズル１９及び１５は環状の収束形細孔溝を形成する必要はなく、その代 シに一連の細孔溝を使用し微生物によシ分解可能な物質を入口通路３９に流入せ しめインペラ２１の回転軸線と同軸の軸線にそいコレクタ１７内へ流入させ空気 又は酸素との乱流及び混合を行う点理解されねばならぬ。第６図はコレクタへ流 入する空気又は酸素のだめの別形態のノズル開口としての環状の細溝孔５６を示 している。細溝孔は第６図に示すようなもので良い。然しなから、溝孔の長さは 変わっても良くその縁部は一緒になって円形の孔を形成しても良い点理解せねば ならぬ。

既述の如く、コレクタ内における空気及び微生物による分解可能の物質のだめの 最大保留時間は、コレクタをインペラに対し不整合に構成しノズル４４及び４５ を通じ又はノズル箱４６を介してコレクタに背圧をかげることによシ達成される 。出口通路５３がコレクタの内方壁から出てコレクタ１７の外面壁を超えて延び る。出口通路５３は参照番号５５に示したように外端をフランジにしかつ第４図 に示すように粒子通過を可能ならしめるのに十分大きい収束形吐出端を有する背 圧ノズル４４に通じている。ノズル４４及び４５は径をおとした放出オリフィス を有しかつ互いに協力し単にノズル箱４６内に背圧を発生せしめるのみならず、 粒子通過のだめの最大ノズルサイズを提供している。

第４図及び第５図に示す如く、ノズル箱４６には内部環状フランジ６１がノズル ４４の環状フランジ６２に接している。キャップねじ６３その他の締付具がフラ ンジ５６．６２及び６１をコレクタから出口に固定している。必要とあらば適宜 装置（図示省略）を設けてフランジ６２をフランジ５６Ｖｃがつフランジ６１を フランジ６２にシールしても良い。然し、各フランジが適正に互いに接触しキャ ップねじ６３をきつく締め上げて各フランジを互に堅（係合せしめた場合にはシ ール構成は不要である。

シリーズ配置の２つの収束形ノズルを設けたノズル箱４６の形態をした背圧又は 圧力分解装置を示せるも、コレクタの出口にその仕様式による圧力分解装置で代 用しても良い点理解さるべきである。かがる圧力分解装置の一例は第７図に示す ように細長く拡大径のタンク６６がコレクタ１７に適宜固定した出口取付具６７ に接続され、内部仕切シ板６９及び７０が間隔をおいて設けられ、出入口ノズル ７１及び６８ならびてその収束形出口端と協力してコレクタ内に背圧を発生せし め吐出前の流出物の圧力を拡散させる。

第１図と第２図及び第４図に示せる酸素処理器１２はコレクタ１７の環状フラン ジ７２に接触する環状リング７１で形成したスタンド７０より垂直に延びるよう 支持されている。リング７１はコレクタ１７の内壁の放射状内方に延び入口取付 具１９をコレクタの入口３９に係合せしめて固定し又このリングをコレクタ１７ のフランジ７２に固定させる働きを行う。リング７１は第６図及び第４図で外方 に拡がり下端を開口せる矩形状地面係合ベース７３に固定せる脚を設けて示され ている。ベース７３は矩形状でガくても良く間隔をおいた地面係合光て板の形態 のものでも良いが、安定上矩形状ベースが望ましい。酸素処理器はベース上に取 付けずに処理タンクの壁に固定させ、特殊処理装置に望ましく若しくは要求され るその他任意の形態のベース上にこれを取付けても良い。

既述の如く、第１図には本発明実施の簡単な装置例が示されている。装置には、 第２図から第７図に図解せるものと同様の酸素処理器１２が含まれている。第１ 図において、破線Ａは酸素処理器が有効に作動する最小水レベルを示している。

然しなから、水レベルは駆動モータを含めた酸素処理器を水没せしめても良く、 水レベルが高ければ高い程酸素処理器の水没深さに打勝つのに要する空気又は酸 素の速度ヘッドが大きくなるものである。大抵の場合、空気又は酸素の速度ヘッ ドは単に水没深さに打勝つだけの大きさのもので良（、装置系はこの低い水レベ ルにおいて効果的に実施される。

７９は圧力空気又は酸素の供給源を示す。空気を使用した場合、その供給源は当 業者には周知の従って本文では図示説明を省く適宜コントロール装置により制御 されるニアコンプレッサで良い。

生物分解性のある物質のだめの入口バイブ８０がタンク１０内に導かれている。

生物分解性のある物質はノズル１９のようなインペラ２１の回転軸線と直接整列 せるベンチュリ状ノズルを介して酸素処理器のコレクタに流入するのが好ましい 。既述の如く、酸素又は空気の供給は、生物分解性のある物質の入口１９の外側 の周りに延びる環状ノズルによシ行われ、コレクタに対する空気及び酸素の循環 を実施する。此によシ酸素及び生物分解性物のコレクタ１７内への攪拌が発生し 、シリーズに配置されノズル箱４６に出入するように設けられたノズル４４及び ４５で発生する背圧に促進されインペラに対するコ゛　レクタの不整合に帰因し て通常のポンプで得られるよシも長い時間にわたり更に攪拌される。

上述の如きコレクタ１７へ通ずる下水及び空気又は酸素の流入構成及びインペラ ３１のうす巻きで行われる攪拌ならびにノズル箱４日及びノズル４５．４６によ シ発生する背圧により、酸素又は空気の下水への完全な混合が従来可能であると 考えられた時間より蓬かに短少な時間で達成される。その結果、空気中の酸素と の反応によシノズル箱よシ吐出される流出物はその温度ならびに圧力が飽和レベ ルかそれに近いものとなる。実際には容器内の大気圧については過飽和となる。

その場合、酸素は通常の飽和レベルに達するまで放出される。

然しなから、生の下水及び流出物は空気又は酸素が酸素処理器に流入するにつれ 流出物がタンクの底部近くの壁を貫通して通じるパイプ８１を通してかつ適宜パ ルプ（図示省略）のコントロールの下に安全にタンク１０から吐出される状態に なるまで酸素処理器に再循環され、パルプの作動は処理中の物質への酸素吸収を 示す普通様式の酸素濃度探針８１又はその他タイプの工程需要コントロール装置 にしてこれらは任意の周知の様式のもので本文には説明を省くようなものにより 制御される。従って、酸素処理器は所定の酸素濃度レベルによジスタートしたシ 停止されたシ若しくは酸素濃度を所定範囲に保つようコントロールされた状態の 下で空気又は酸素を導入することにょシ連続的に作動される。

本発明の酸素処理器の場合、酸素吸収率は圧力を受けて線型ではなく指数函数的 に増加する。装置は又、バッチ式ではなく連続式の保持時間増大を可能ならしめ 、酸素処理効率を実質的に向上させる。

第８図及び第９図には、ノズル箱又は補助の静背圧マンホール１３０又はポンプ ステーション湿性排水状１３２内における配置に要する残余の構成部品と組合わ せてそれぞれ示されている。低ガス量使用に対してはノズル箱だけが必要である 。高ガス量条件の場合には、適宜サイズ及び構成デデインの補助静背圧拡散具が 必要である。遠心式酸素処理装置１２０には、コントロールパネル１２１と、電 気ケーブルとガス管１３３と、コントロール配線組立体１２２と摺動レール装着 具１２３と、遠心式酸素処理器１２６と、拡散装置１１０と再循環配分具１２８ が含まれ゛る。遠心式酸素処理器［１ｔ１２０は戸外設置のだめのステンレス鋼 キャビネットに取付けた電流及びガス流量コントロール装置の組合せよシなって いる。必要電力はコントロールパネル１２１への２３０／４６０ボルトの供給で ある。

吸引空気流又は加圧濃縮酸素送シ流に対してコン）。

−ルパネルには空気流量コントロールバルブ及び流量計が含まれる。圧縮空気系 に対しては、コントロールキャビネットには小量の空気要求に対する電動モータ 駆動のニアコンプレッサが含まれる。コントロールパネル１２１は加圧ガス送シ 方式の場合マンホールから最大１５７７Ｌ（５０フイート）離して配置すること ができるが、精密な吸入全気送シコントロールの場合には３ｍ（１０フイート） 以内に配置する必要がちる。吸入空気方式の場合、コントロールパネルを必要と される３ｍ（１０フイート）以内に配置が不可能なときには別の送シ・コントロ ール系を利用できる。この場合、遠心式酸素処理器の構造に用いられる水中モー タには、一端をインペラに接続し反対端をモータハウジングに取付けられ若しく はモータハウジングの一部に構成できる低圧遠心式ニアコンプレッサに直接接続 した両端形成のモータ軸構成を設けることができる。この低圧遠心式コンプレッ サには、マンホール又は下水だめ内の腐水状態レベル上方に延びる吸出し管が設 げられる。

遠心式コンプレッサの能力は必要条件に適用される遠心式、酸素処理器のサイズ の最大ガス取扱い能力に釣合わされる。これによシコントロールキャビネットの 位置に対するいかなる制限も取除かれる。コントロールパネル１２１とマンホー ル１３０との間の接続は、電カケーブルとガス流チューブと、マンホール１３０ 内におかれた溶解酸素探査針１２５からの信号に基づいて遠心式酸素処理器１２ ６及びガス送シ１２２の両方をスタートかつ停止させるためのコントロール配線 １２２より構成することができる。溶解酸素探査針１２５は、溶解酸素の品質を 測定するよシ高価な探査針を使用できるが単に溶解酸素の有無に応答しさえすれ ば良い。遠心式酸素処理器組立体は、マンホール又は湿性井戸の平坦底部上に装 着したシ若しくはマンホール又は湿性井戸の垂直側面に取付けた摺動レール上に 装着することができる。遠心式酸素処理器組立体には、補助拡散具１１０と再循 環配分具１２８とが処理器の吐出側に直接取付けられて設けられている。このた め要員がマンホール又は湿性井戸内に入らずに組立体の取外しができるようにな っている。

第１０図において、湿性排水坑・乾性排水坑ポンプステーション内に設置された 補助靜背圧拡散具とポンプブースタステーションにおける若しくは追加の酸素濃 度を長いパイプラインに添加する目的で強制式主要トランスミッション装置系に そった単一部材としての伝達配管系の概略図が示されている。これによシ、パイ プライン中に廃水を長時間にわたり露出する間然気性の汚水分解が防止される。

非水中型遠心式酸素処理器を必要とするこの種装置系のその他応用は廃水処理プ ラン等化装置系と主要エアレーション装置系と廃水を囲む配管を設けるその他の 要求分野である。非水没型の応用の場合、垂直設置の遠心式酸素処理器組立体１ ２０は、配管やバルブ、モータスタータのだめのコントロールパネル１２１及び ガス送シコントロール装置、電気配線１５１、空気コンプレッサ装置系１４０更 に必要とあらば貯蔵タンク１４１等を含む全必要部品を完備して滑シ板装着１３ １で完全に工場内で組立てられ、従って設置には、単に電力供給１５０と、吸引 ライン１４２及び戻シライン１４３の配管装置系への接続と溶解酸素探査針１２ ５の適宜位置における配置だけが必要である。補助静背圧拡散具１１０は必要ガ ス量いかんにより遠心式酸素処理器の吐出側か配管装置系に配置することができ る。湿性排水坑・乾性排水坑ポンプステーションの物理的サイズの大きな差異に よｐＢＯＤ負荷変化及び酸素要求を遂げるその他装置、異なったサイズの補助静 背圧拡散具に結合される異なったサイズ及び性能の遠心式酸素処理器が必要とな る。

湿性排水坑のエアレーション必要条件以外に遠心式酸素処理器装置系はポンプス テーション内に設置しそのポンプステーションの吐出パイプライン内に溶解酸素 レベルを得ることができる。長いパイプライン系及び長時間の廃水貯蔵を伴うパ イプラインに対しては、追加の乾性排水坑型の遠心式酸素処理器装置系をパイプ ラインにそい間隔をおいて設置し、酸化還元工程に使用された溶解酸素の交換を 行い従って無気性の汚水分解を防止することができる。パイプライン装置系は「 側流」の流れを必要とし、即ちパイプライン中の全流量の一部パーセントの分を 遠心式酸素処理装置系内に分は入れ次いで完全に閉ざされた装置系でパイプライ ンに戻す。この「側流」の戻した部分はパイプラインの全流量と混合され、パイ プラインにおける溶解酸素レベルを元に戻し無気性の汚水分解の考えられる作用 を除く。酸素条件に基づき圧縮空気や酸素成分の多いガス、又は純粋酸素ガスの 送入が必要となる。廃水処理プラントにおいては、水没型か若しくは乾性・湿性 の遠心式酸素処理器装置系のいずれかで解決のできる低液レベルならびに可変レ ベルにおける高能率酸素移送に対する若干の必要条件がある。

これらの適用には、ヘッドボソクスエアレーションと、遮弊チャンバ下水だめ、 砂除去装置系、等化タンり内におけるエアレーション及び混合、第一次エアレー ジョン、第二次エアレーション、溶解空気浮遊・分離装置系、通気性の泥分解装 直系、流出物のだめの第、二次エアレーション装置系、流出物貯蔵タンクのだめ のエアレーション装置系ならびに固体濃縮装置系からのろ過液・濃縮物のエアレ ーションなどが含まれる。

遠心式酸素処理諸装置系によシ、すべての現存し新しく製作された重力回収装置 系、ポンプステーション湿性井戸穴ならびに強制式主要トランス−ミッション装 置系の廃水予備処理施設への高能率低コストによシ転換方法が提供され、従って 戻水処理プラントの高価な高級化や拡張、又は構成の必要性を除去若しくは大幅 に低減させる。遠心式酸素処理諸装置系は、収集装置系、ポンプステーション乾 性排水状及び強制式主要伝達装置系にわたり処理工程を開始継続可能ならしめる ことにより現存及び将来設置の処理プラントの運転を促進し強化する。又、処理 プラントに対する流入廃水中の好気性バクテリヤの集中を維持し、それによシ嫌 気性廃水の「スラッグ」がプラントに流入するのが防止され、第一次エアレージ ョン装置系に対し過剰酸素の要求を課す点で処理プラント運転上有利である。廃 水の収集及び伝達装置系における全保留時問いかんによりこの遠心式酸素処理装 置系によシ予備処理により２０から５０チだけプラント能力が増加する。

予備処理によシ、単に追加の液圧負荷を提供する構造上の負荷を低減することに よるだけでなく次の如き方法で処理プラントに対し正味追加された能力が得られ る。予備処理は多量の酸素不足分の補給の必要性をなくす。又、溶解酸素の安定 した濃度が得られ、これによシ処理能力基準を向上し好気性生物による処理工程 に対する予言不可能にして変わシ易く受け入れ難いショック負荷を除去すること によシブラント性能の向上を得る好気性バクテリアの最大濃度が可能になる。

遠心式酸素処理諸装置系により得られる同様に重要な利点は、廃水装置系の収集 、伝達処理の各設備のすべてにわたシ臭いの問題や腐食破壊ならびに爆発危険の 原因を除去する点にある。この利点によシ、初期の高製作コストと人員や資材に 対する損害の可能性ならびに配管やパルプ、ポンプ、モータ、その低電気装置に 対する必要修理の高保守コストが低減される。

遠心式酸素処理諸装置系によシ、酸素を濃縮含有のものか純粋酸素のいずれかで 廃水プラントへ送るのに使用した場合本質的なコスト節約が得られる。このコス ト節約は、遠心式酸素処理器へのガス送りの精密なコントロール装置系と、詰ま シ塞ぎの恐れのないガス送シ装置系のオンオフ作動と、容器づめの加工状態の下 におけるガス相から液相への分散ならびに補助拡散装置系を組合わせた遠心式酸 素処理器によるガス相の液相への超微細な分散に帰因する酸素の一段と効率的な 使用によシ得られる。

液とガス相の混合物の吐出液圧速度とエアレーション装置系内の最下位点におけ る混合物の導入との組合せに基づいて遠心式酸素処理器は液相における溶解酸素 の急速交換に必要なガス相の接触時間の大きな向上を提供する。水中における酸 素の溶解度が非常に低いので好気性バクテリアに対する溶解酸素の実際の酸素移 送は搬送中のガス相の酸素からの溶解酸素を再供給するエアレーション装置系の 能力により制限される。

遠心式酸素処理器は超微細ガス分散と、ユニットによシ吐出される液内における ガス分散の完全な混合と、遠心式酸素処理器の吐出物とエアレーションタンクの 残りの含有物との誘導速度混合を提供し、吐出物をエアレーション容器の底部に 向ける。これらの要因の組合せはタンク底部から有機質固体を浮遊する能力と結 合されて高能率酸素移送率及び高価な酸素成分の多いガス又は純粋酸素のガス供 給の有効なコスト利用を得る上の総ての要因である。

遠心式酸素処理諸装置系は廃水施設の収集、伝達及び処理装置系における嫌気性 生物による分解を除去する能力により、危険にして高価な塩素ガス又は高価なオ ゾンを使用する香コントロール装置の必要性を除くことができる。必要な化学製 品のコストと、化学製品の使用に要する設備の高コストと、それに伴う必要な安 全装置系と、これら危険な装置系をモニタするのに要する労力賃を除くことによ り、遠心式酸素処理器は米国−国でｓ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏドルを超え るものと見積もられる廃水施設の作動における節約を提供する。

遠心式酸素処理諸装置系は、廃水施設の収集、伝達及び処理の各装置系における 嫌気性生物による分解を除外する能力によシ、水又は水蒸気に接触した時硫酸の 希薄溶液を形成するような硫化水素ガスの自由な発生をストップさせることがで きる。これは配管系、ポンプステーションならびに処理設備における金属部品や 電気部品の配置個所のいかんに係らず発生する広範な腐食の主要原因である。

硫化水素ガスはすべての電気部品に入シ込み低湿度においてさえ硫酸を形成し、 この設備を加速度的に破壊する結果となる。米国では、主としてこの加速的破壊 による交換のだめの労力及び資材のコストならびに維持コストは年間１億ドルを 超えるものと見積もられる。

遠心式酸素処理諸装置系は、廃水施設の収集、伝達及び処理の各装置系における 嫌気性生物による分解を除去する能力によシ、廃水装置系におけるメタンガスの 自由な発生の直接結果となる爆発危険の問題を除くことができる。この酸素を失 った大気及び若しくは爆発性大気はこれら装置系を運転せねばならぬ人ならびに 施設に近接して住む人々に対し常時存在する危険を作り出している。これらの危 険に対する保護に要する余分のコストは米国−国で年間２５．、ＯＯＯ，０００ ）”ルを超えるものと見積もられている。

すべての廃水処理プラントで発生する急激な波動的負荷によシ、性能条件を平均 毎日当りの流量条件を２５０チも増加させこの要因に適応するよう液圧設計要素 を考慮する必要がある。この急激な波動的負荷が２４時間運転期間内に平均時間 にして６時間発生するので処理プラントの性能はこのサージ圧的負荷を受けねば ならぬエアレーション装置系のサイズに影響されかつこれにより制限される。現 在の設計様式の下では、第−次及び第二次のエアレーション装置系は一定レベル で運転し従って一日当り２．３回発生する２−り流量を取扱うことができない。

遠心式酸素処理詰装置系が０．９　ｍ　（３フイート）程度の低い最小レベルで かつ９０ｍ（１０ｎフイート）マでのすべてのレベルで運転できるよう設計する ことによシ、廃水処理プラントの設計ならびに運転の両者における完全に新しい 考え方が役立つものである。処理プラントへの流入の低流量期間中のポンプ停止 の使用により、プラントの性能は、処理プラントの第−次及び第二次のエアレー ションユニットに遠心式酸素処理詰装置系の使用により大幅に増大できる。本発 明の請求の主張点は、現存及び今後設置する処理プラントの性能をエアレーショ ン装置系に変更を加えるだけで２５から１００％だけ増大する遠心式酸素処理詰 装置系の能力にある。

遠心式酸素処理詰装置系により、０．９ｍ（３フイート）の低さのレベルからろ ０７７１（Ｉ　ＤＯフィート）までの種々レベルで運転できる能力のだめに処理 プラント流量等化装置系の設計及び運転上の同じ利点が得られる。現行設計によ る流量均等化装置系の場合、その保持容量の５０係以上はタンク底部近くの空気 配管上に取付けた固定位置多重オリフィスの使用によシ使用可能ではない。

固定又は浮遊式の機械的エアレーション装置系の使用によシ、インペラの固定位 置若しくはインペラ分散及び流れパターンの制限と結合せる限られた垂直行程の ため均等タンク内の全容積の５０チ未湾の利用が得られる。遠心式酸素処理詰装 置系の使用によシ現存又は将来設置の流量均等化タンクの性能が２５％から１０ ０％増加し同かつ酸素の高移送量が維持される。

遠心式酸素処理詰装置系により、処理プラントの流入構成のヘッドボックスへの 空気、濃縮酸素又は純粋酸素の送入を行い高能率の高速エアレーションが得られ 、従って香りのコントロール及び砂除去前における流入量の予備エアレーション が得られる。本発明のこの特徴は、再び０．９　ｍ　（３フイート）もの低いレ ベルならびに９０ｍ（１００フイート）未満のあらゆるレベルの液レベルで作動 でき他方効果的な酸素移送率を得るような遠心式酸素処理器の能力に基づいてい る。

廃水からの大型サイズの固形物の除去装置例えば定行式バースクリーンや固定バ ースクリーン、回転型バースクリーン装置は、嫌気性生物による分解を受けその 結果腐食、においや爆発ガどの危険をはらむ低液高さの排水だめを有している。

低レベルならびにさまざまな液レベルで作動する遠心式酸素処理詰装置系はその 高酸素移送率と相まって廃水処理プラントの大型固形物除去装置系内におけるに おい、腐食及び爆発などの危険の除去のための方法装置を提供する。本発明によ シ、廃水処理プラントにおける大型固形物の除去に要する装置系内の現存しかつ 将来起こるかおシや腐食及び爆発などの問題を解決する方法装置が提供される。

廃水処理プラントにおける非有機質の小型固形物の除去装置は通常「砂片収集装 置系」と呼ばれる。砂片収集装置系においては、大型固形物除去装置系に見られ るものと同じ問題が伴っている。これは、廃水の流体混合物、非有機質固形物及 び有機固形物を含む下水だめや砂片除去装装置系の収集部材内で有機物が非有機 固形物と混合するからである。これによシ砂片除去装置におけるにおいや腐食及 び爆発危険を伴う有機物の　”嫌気性分解のだめの優れた条件が得られる。０． ９　ｍ（６フイート）もの低さの液レベルで作動し種々の液レベルでも作動し、 あらゆる条件の下で酸素を効果的に移送し、「空気束縛」を伴うことなくコレク タ又は下水だまり内における標準の遠心式ポンプの運転を可能ならしめるような ガス流コントロールを提供する遠心式酸素処理詰装置系の能力による。本発明に 廃水処理プラントの砂片収集装置系の現行及び将来の設計における問題を解決す る方法装置を提供する。

廃水処理プラントにおける第−次及び第二次のエアレーション装置系には流入廃 水流中の有機物のコントロールされた酸化の装置が設けられている。この酸化反 応効率の向上のため、有機固形物と好気性バクテリアの濃縮体の混合物である「 戻り活性化された泥沈積物」が第一次エアレージョンタンクに戻され、流入廃水 装置系における好気性バクテリアの濃度を増す。普通のインペラ型遠心式ポンプ の代シに遠心式酸素処理詰装置系の使用によシ「戻り活性化された泥沈積物」に はエアレーションタンクに流入する前に高い酸素濃度を与え、それによシ溶解酸 素の痕かに高い効率を得、第−次及び第二次のエアレーションタンクの最初の部 分における高い率の酸素需要を低下せしめ、戻しスラッジの遠心式ポンプを不要 ならしめ、エアレーションタンク内圧おける酸化の全効率を増加することができ る。遠心式酸素処理詰装置系によシ廃水処理に任意タイプの活性化スラッジプロ セスを用いる処理プラントの性能が非常に増大することは本発明の主張する点で ある。

第−次及び第二次のエアレーションタンクの設計は、現在エアレーションの装置 により又設備の設置場所の　。

融通性の欠除によシ課せられる限定と共に制限されている。現在のエアレーショ ン装置によりもたらされる　−その他の設計問題は、形成される混合作用と、ガ スを真だした廃水の流れの向きをきめる（単一パターンの配分の場合を除く）装 置の硬直性ならびに透導流の原、　理による作動に帰因する全タンクを通ずる低 酸素移送率などにある。これらは過去及び将来の第−次及び第二次のエアレーシ ョンタンクの設計における制限の全部である。低い液レベルや色々な液レベルで 運転しガスを満たした廃水混合物の任意方向における吐出を得る遠心式酸素処理 器装置系の能力は、新しい廃水処理プラントのよシコスト効率の良い構造ならび に現存プラントの低コストによ゛る高効率の装置系への転換のだめの多くの完全 に斬新な設計上の可能性を開くものでアル。エアレーションタンク内に配置され る一群の遠心式酸素処理器によシ固定せるパターンではないガスを溝だした廃水 の需要の方向づけを提供する能力で現在利用できるエアレーション設備の場合同 様エアレーションタンク効率の大きな増加が得られる。エアレーションタンクの 構成及び変更に対して斬新にして効果的な設計上の可能性が得られその結果播か に低いイニシャルコスト及び高い運転効率がもたらされることが本発明の主張点 である。

廃水処理プラントにおいて、小型固形物除去の現在の方法は溶解空気浮遊・分離 装置系の利用によるものである。これらの装置系は、固定オリフィス型拡散装置 系の使用によシ圧縮空気をポンプ吐出の再循環流内に分散する。オリフィスのつ まシを最小におさえるため、オリフィスのサイズは再循環廃水流内の固形物通過 のため十分大・きくなげればならぬ。この条件の結果として不十分なガス分散が もたらされる。空気拡散は固定オリフィス拡散具の小サイズの開口にょシ行われ るので、高作動圧が必要とされる。遠心式酸素処理器によシ現在の装置系よシ低 い圧力で高効率のガス分散が得られ従って廃水処理プラントの浮遊・分離装置系 における電力使用のコスト節約ならびに溶解され運ばれる空気のよシ高い効率が 得られることが本発明の主張点である。

廃水処理プラントにおける好気性スラッジ分解装置系の使用は、詰まシ問題を伴 うことなく運転のスタート・ストップができ、分解タンクの底部のエアレーショ ン及び混合を提供し、色々な液高さで作動ができ、好気性細菌プロセスを用いた スラッジの分解に要する効果的な酸素移送度を提供するような適当なエアレーシ ョン装置系の欠除により非常に制限されている。一般のスラッジ分解の方法は副 産物として生成されるメタンガスによる嫌気性プロセスである。嫌気性分解プロ セスの問題は、プロセスが腐食及びにおいの問題を伴う硫化水素ならびに合成有 様質のメルカプタンを発生する点にある。多くの場合、生成メタンガスの価値で は生成される副産物の問題を補償しないので、実行可能の好気性分解プロセスの 利用性によシ廃水処理プラントの設計ならびに運転におけるオプションが得られ る。詰まシの恐れなくスタート・ストップ作動で酸素需要によシ運転し、０．９ ｍ（３フイート）の低い液レベルで作動し、最大９０ｍ（１００フイート）の各 種レベルで作動し、高酸素移送効率を提供できるような好気性スラッジ分解のだ めのエアレーション装置系を提供し、スラッジのだめの好気性分解プロセスを嫌 気性分解プロセスに対する実行し得る代りのものとして利用できるものにする。

廃水流出物を現存する水供給源に処置することにからまる現在の制限によシ流出 物の進歩せる処理及び再使用が廃水処理プラントにおける設計ならびに運転上の 主要な考察点である。現在の予見し得る淡水不足ならびに潅慨用に水を利用する 必要性によシ、再使用のだめの廃水流出物の進歩せる処理の開発への新しい刺激 が提供されている。廃水流出物の再使用のだめには、流出物に十分な溶解酸素濃 度を含有せしめ流出物にまだ残っている小量の有機物のいかなる嫌気性分解の可 能性もこれを除くことが必要である。

遠心式酸素処理器装置系が低液レベルで又さまざまな液高さで作動し、十分なコ ントロールで流出物ポンプステーション湿性排水坑内における使用を可能ならし めるその能力によシ、流出物再使用装置系における溶解酸素レベルを上げる方法 装置を提供することが本発明の主張点である。

流出物の再使用の場合、２４時間運転サイクルの間廃水処理プラントの受領する 大きく変動する流量のため流出物の貯蔵の必要性は明白である。均等に高度に処 理された廃水の貯蔵タンクは小型粘着性固形物の沈殿を受ける貯蔵タンクの底部 における好気性条件を維持するよう溶解酸素の添加を必要とする。遠心式酸素処 理器装置系によシ所要の低レベルエアレーションと貯蔵タンクの底部を横切る再 循環流出物の指向性吐出が得られ、すべての貯蔵タンクに必要なさまざまな液レ ベル運転における効果的な酸素移送率を得ることができることが本発明の主張点 である。

戻水処理プラントの固形物濃縮装置系は、低い高さのコレクタタンクと、固形物 濃縮装置からの流出物よシ水分を除くの：に必要な受領下水だめとを含有してい る。これらのコレクタタンク及び下水ためは溶解酸素が無いとにおいの発生源と なりプラント要員ならびに処理プラント近（に居住し又はプラントに近づく人々 にとって安全上の関心事となる。これらコレクタ及びタンクのエアレーションは 、現在のエアレーション設備では可能ではない。低レベルのエアレーションと、 変化する液レベルにおける運転と、遠心式ポンプに関連する運転の制御性に対す る能力によシ上記の諸問題の解決が得られることが本発明の主張点である。

ここで指摘したい点は、使用せる酸素処理器の形態は処理条件に応じて変えられ るものであシ１図示の特別例の処理器に限られるものではない。本文に図示解説 せる原理の下に製作されるように微生物で分解される液中で空気又は酸素を攪拌 し吸収せしめるさまざまな様式の酸素処理器が本発明の本旨及び新新な考え方の 範囲を離脱せずに達成できるものである。

ＦＩＧ、２ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．生物分解性のある廃物による酸素吸収を連続作動で実施するための装置にし て、うず巻きタイプのインペラを有するポンプと、該インペラを回転駆動するた めの装置と、前記インペラを包囲し該インペラに対し不整合になつた比較的大容 積のチヤンバを作り出すコレクタと、前記インペラの軸方向に前記コレクタ内へ 通ずる生物分解性のある廃物のための流入口と、該生物分解性のある廃物のため の流入口の周りに延びる空気吸入流入口とを包含し、前記２つの流入口は前記イ ンペラにより作り出されるうず巻きと協動して前記コレクタに入る空気と生物分 解性のある廃材との撹拌を実施し、更に、前記コレクタから導かれ内部に背圧を 発生し前記流入口及びインペラと協動し生物分解性のある廃物による酸素の完全 吸収を吐出以前に実施する背圧出口を包含する、生物分解性のある廃物による酸 素吸収を連続作動で実施するための装置。
2. ２．脊圧出口はシリーズ配列になり粒子の通過を可能ならしめる直径をもつ２つ の背圧ノズルを有する請求の範囲第１項による装置。
3. ３．生物分解性のある廃物のための処理装置系にして、くぼみうず巻き型のイン ペラと、該インペラを回転駆動するための装置と、前記インペラと共にポンプ室 を形成するコレクタと、前記インペラのうず巻きに対し軸方向に整列して前記コ レクタに流入する空気及び生物分解性のある廃物のための流入口と、前記コレク タから導かれ該コレクタの加圧ならびに生物分解性のある廃物の引込みの遅れを 増加するための背圧発生の出口との設置を特徴とする生物分解性のある廃物のた めの処理装置系。
4. ４．出口はシリーズ配列になり粒子の通過を可能ならしめる直径をもつ少なくと も２つの背圧ノズルを有する請求の範囲第３項による処理装置系。
5. ５．コレクタから導かれる吐出部にはコレクタとの間にじゃま板が設けられる請 求の範囲第４項による処理装置系。
6. ６．生物分解性のある廃物を有機的に減らすための酸素処理器にして、インペラ ベーンをくぼみ部分に有するくぼみ型インペラを有するポンプと、前記インペラ の周りに延びるコレクタと、該コレクタを閉じる装置と、前記コレクタ内に通じ 前記インペラにより発生するうず巻き内で生物分解性のある廃物の空気との混合 を実施する同軸状の流入口と、前記コレクタから通じ該コレクタを加圧するため の背圧発生出口とを包含し、前記インペラ及びコレクタは協動して前記酸素処理 器内における生物分解性のある廃物の保留時間を増加する生物分解性のある廃物 を有機的に減らすための酸素処理器。
7. ７．空気孔が前記インペラのくぼみ部分を貫通し該インペラの空気束縛を防止す る請求の範囲第６項による酸素処理器。
8. ８．生物分解性のある廃物のための流入口をめぐる空気のための流入口がうず巻 きインペラにより発生する乱流により最大の酸素吸収を達成するための同軸状ペ ンチユリ型式ノズルであり、もくろまれた最大水没深さにより空気を吸引するよ う設計される請求の範囲第６項による酸素処理器。
9. ９．前記コレクタからシリーズ配列で導かれ該コレクタを加圧する少なくとも２ つの背圧発生ノズルを有する請求の範囲第８項による酸素処理器。
10. １０．前記出口は一連のじゃま板を有する請求の範囲第８項による酸素処理器。
11. １１．生物分解性のある廃物に対する酸素吸収率を増加するための連続的加圧に よる方法にして・酸化ガスを混入した生物分解性廃物を収集するための収集及び 撹拌の領域を確立し、ガス及び生物分解性のある廃物を収集及び撹拌の領域に同 一軸線にそつて引き入れ、圧力域を確立し、ガス及び廃物を収集及び撹拌の領域 に引き入れる際これらを活発に混合し、次いでガス吸収率を増加するよう収集領 域内における圧力を増加する吐出領域を確立する諸段階を包含する連続的加圧に よる方法。
12. １２．廃水装置系のための静圧的拡散具及びポンプの装置系にして、 入口と、出口と、空所と、空気又は酸素に富んだガスを得るための少なくともじ ゃま板装置を備えたポデーを有する拡散具を有し、 前記じゃま板装置と前記ボデーと前記入口と前記出口は前記ボデー内により高い 圧力と乱流を得べく配置構成されより多くの酸素の富んだガスを得る、廃水装置 系のための静圧的拡散具及びボンブの装置系。