JPS6143120B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、固液混合物を処理して浮上およ
び／または沈降による分離さらには固体の循環も
行う装置に関している。

本発明の固液混合物の処理法は、１個またはそ
れ以上の室を有する循環系において、混合物を一
方の部分では下向けにそして他の部分では上向き
に流し、ガスを混合物好ましくは下向流中に供給
し一部を溶解させ、混合物の一部（好ましくは上
向流の一部）を浮上および／または沈降により混
合物の液体から固体を分離させる分離室に通す型
のものである。

本発明の固液混合物の処理装置は、１つまたは
それ以上の室を有する循環系、固液混合物を一方
の部分では下向きに他の部分では上向きに循環さ
せる手段、ガスを混合物に、好ましくは下向流中
に供給する手段、及び混合物、好ましくは上向流
の一部がそこへ流入して固液分離されるように循
環系に接続されている分離室よりなる型のもので
ある。

このような装置は廃水の処理に特に応用でき、
“廃水”とは生物学的に分解できる家庭および産
業廃棄物の任意のタイプを含有する水で、例えば
通常の家庭廃水、農場、食品工場および他の産業
で作られる排出物である。

廃水処理に一般に用いられる方法は、物理方法
による一次処理および生物学的方法による二次処
理よりなつている。廃水処理に関する限り、この
発明は二次処理工程に関している。

活性汚泥法として公知の廃水の二次処理中に、
廃水は曝気されその後液体から汚泥固形分の一部
または全部の分離が行われる。分離工程から分離
した固形分の少なくとも一部は通常の曝気工程に
返送して活性固形分の濃度を処理するために維持
するようにする。従来の廃水処理では、分離固形
分の曝気工程への返送はポンプで機械的に行わ
れ、分離が浮上および沈降の両者によるときは少
なくとも２台のポンプが必要となり、故障の危険
および定常的補修のコストを要する。

本発明によれば、ダウンカマー及びライザーを
有しダウンカマーとライザーがそれらの上端部及
び下端部で互いに連通している循環系の中を廃水
及び汚泥固形物を含む液体を循環させ、気体を循
環系に供給しその際気体の少くとも一部はダウン
カマーへ供給し気体がダウンカマーを流下してい
る液体により運搬され少くともその気体の一部が
液体中に溶解するようにし、液体の一部の流れの
方向を循環系から分離室へ転換し、分離室では汚
泥固形物混合物が液体から浮上及び／又は沈降に
より分離され、この分離された汚泥固形物混合物
の少くとも一部が循環系へ返送される活性汚泥法
による廃水処理法において、分離された汚泥固形
物混合物の密度とライザー中の液体の密度との間
の密度差に基づく静水頭が汚泥固形物混合物を循
環系へ返送する駆動力となるような点で、汚泥固
形物混合物がライザーに返送されることを特徴と
する上記廃水処理方法が提供される。

この発明の方法の操業に際しては、ガス（通
常、好気性処理に用いる空気）を混合物に供給
し、好ましくはガスの少くとも一部を下向流中に
供給する。循環を起こさせるために、始動的には
ガスをライザー中に供給するのが通常であるが、
定常的運転中には実質上または完全に中止でき
る。

流れの方向を分離室へと転換して固液混合物
は、好適には循環系中の方向転換した混合物と方
向転換しない混合物との静水力学的圧力差によ
り、分離室へ送り込まれる。

循環系の上部の混合物は多数の泡を含むが分離
室内の泡は少しであるので、上部の混合物の比重
は分理室内のものより低くこの結果循環系の混合
物のレベルは分離室内のレベルより相当高くな
る。このことはさらに詳しく後述する。

固液混合物の比較的固形分に富む部分は殆んど
気泡を含有せず、循環系の、気泡が存在するよう
に水路設計がなされている部分の固液混合物より
も密度が大である。比較的固形分に富む混合物
を、循環系の、方向転換した混合物の取入れ地点
よりも低い水位に供給するようにして、この密度
差を利用するのが好ましい。この形態の操作は分
離した固体を分離室から循環系へ返送するのに殊
に好適である。

分離室に入る混合物が泡を殆んど含まぬように
するために、分離室の方へ水流の方向を転換した
固液混合物の部分は、上向流から取り出し、次い
で下方向に方向転換し、取出し位置での気泡の上
昇速度よりも低い流速にするのが好ましい。この
ようにする手段については後述する。

本発明により、ダウンカマー及びライザーを有
しダウンカマーとライザーがそれらの上端部及び
下端部で互いに連通している循環系、 気体を循環系に供給し、その際この気体の少く
とも一部はダウンカマーへ供給し循環系を循環し
ておりかつ廃水と汚泥固形物を含有する液体によ
り気体が運搬され液体がダウンカマーを流下する
につれて少くともその気体の一部がその液体中に
溶解するようにする手段、 液体の一部の流れを循環系から浮上及び／又は
沈降により汚泥固形物混合物と液体とを分離する
ための室へ転換させる手段、並びに 分離された汚泥固形物混合物の少くとも一部を
循環系へ返送する手段を有する活性汚泥法による
廃水処理装置において、分離された汚泥固形物混
合物の密度とライザー中の液体の密度との間の密
度差に基づく静水頭が汚泥固形物混合物を循環系
へ返送する駆動力となるような点で、汚泥固形物
混合物がライザーに返送されるように構成されて
いることを特徴とする上記廃水処理装置が提供さ
れる。

好ましい装置では、精製液体（即ち固体を含ま
ぬもの）、沈降高固形分混合物および浮上高固形
分混合物用の出口を分離室に設ける。分離室で分
離した２つの高固形分混合物は、高固形分混合物
供給点を通つて返還するのが好ましい。

この発明の好ましい装置は、この発明方法の好
ましい態様を実施するための手段を有する。この
発明の装置は、特願昭51−39160号記載の発明、
即ち少なくとも２個の堅型ダクトがその上部およ
び下部で相互に連通していて一方の部分を固液混
合物を下向きに他方の部分において上向きに流し
て循環させ、ガスを好ましくは下向混合物に供給
し少なくとも一部を溶解させ、溶解ガスを含む上
向流の一部を循環系と連結した浮上分離室に送
り、浮上分離室では静水圧を徐々に混合物が上方
に流れるにつれて低下させてガスを溶液から解放
して混合物中に存在する固体粒子に附着した気泡
を形成し気泡は混合物の液体上部に固体粒子を選
び、好ましくは液体上部に選ばれた固体粒子およ
び下方の清澄化液体を浮上分離室から別々に除去
することよりなる固液分離法と一緒に用いるのに
適している。

特願昭51−39160号には、浮上分離室を連結し
た循環系よりなる固液分離装置も記載され、循環
系は上部および下部で連通している少なくとも２
個の実質上堅型のダクト、系の一方の部分を固液
混合物を下向きに他の部分は上向きに流すように
系で固液混合物を循環する手段およびガスを混合
物に好ましくは系中で下向流循環混合物に供給す
る手段よりなり、浮上分離室は溶解ガス含有上向
流混合物の一部は浮上分離室に流れ込んでその中
を上方に流れるように循環に接続され、好ましく
は浮上分離室は液体上部から固体粒子を除去する
手段および清澄化液体を取り出す手段を備えてい
る。

特開昭50−31662号公報には、上端および下端
で相互に連通している下向流室ダウンカマーと称
す）および上向流室（ライザーと称す）、ダウン
カマー中の液体にガスを供給する手段よりなる液
体循環装置が記載されている。この装置は、廃水
をダウンカマー／ライザー系を循環させダウンカ
マーを通過するとき酸素含有ガスを供給して、廃
水の生物学的処理の曝気および／または消化段階
で用いられる。この発明がこの装置を循環系とし
て用い廃液処理を行うとき、分離室をライザーに
適当に連結しライザーを上に流れる廃水のような
固液混合物の一部を分離室に流入させる。

第４図を参照してこの発明の原理を説明する。
メーンパイプ２５には気泡が存在する固液混合物
の上向流が含有され、サイドループ２２は開口２
３および２４でメーンパイプ２５と連結してい
る。固液混合物は上方開口２３よりサイドループ
２２に入り、上方開口より狭い下方開口２４より
メーンパイプに戻つている。

Ｈ；開口２４と２３との間の有効水頭差、 ｈ；２４と２３との間の高度差、 ｇ；重力加速度、 Ｅ；２４と２３との間のメーンパイプ２５の平均
空間率、 Ａ；開口２４の面積、 Ｂ；開口２３の面積、 ｕ；開口２４を通る流速、 ｗ；開口２３を通る流速、 ｓ；開口２３のレベルでメーンパイプ２５中の気
泡上昇速度、 とすると、次の関係が成立する。

Ｈ＝Eh Au＝Bw ｕ＝√2（但しループ２２での摩擦は無視し、
そして、ｕをｗより大ならしめるべく開口する２
４を開口２３より狭くしたと仮定する） この系をｗがｓより小さくして操業すれば、気
泡はメーンパイプ２５からサイドループ２２には
入らない。この発明の方法および装置では、分離
室に延びる導管中の混合物の流れは、混合物が系
から分離室に延びる導管に下向きに流れるレベル
で系中の気泡上昇速度より大きな流れの速度より
小さいよう設計する。

分離室は、特願昭51−39160の浮上分離室に分
離固体再循環手段を備えたものが好ましい。分離
室は、その長さの大部分にわたつて特開昭50−
31662号公報に記載された装置のライザーの内側
に、又は該ライザーに隣接して設けるのが好まし
い。固液混合物は浮上分離室の下端またはその近
くで好適には気泡が偶発的に浮上分離室に入るの
を防止するトラツプをそれぞれ取付けた複数の開
口を通して入れるのが好ましい。浮上分離室の上
部は広くして浮上液溜を作るのが好ましい。浮上
した固形分はこの液溜で清澄化液体の頂部に上昇
するが、一方沈下する固形分は底部に行く。清澄
化された液は浮上液溜から流出される。この発明
の装置では、浮上した固形分および好ましくは沈
下する固形分も循環系に返送する導管を設けるの
が好ましい。浮上および沈下した固形分は別には
循環系に入るが、好ましくは両者を運ぶ導管は系
の外側で結合して全部の返送固形分が同一レベル
で循環系に入る。固形分を運ぶ導管は、ライザー
中に懸吊したパイプが便利である。

返送固形分を、所望の再循環割合を達成する静
水頭差Ｈのために、固液混合物が循環系を離れる
点より充分に下のレベルで系に再導入される。

この発明の方法および装置の操業において、分
離室へ延びる導管中への液体流速は10cm/sec以
下、好ましくは５cm/sec以下が適当である。適当
なトラツプおよび覆い手段を用いたときは、10
cm/sec以下の速度で直径１mm以上の気泡が分離室
に入らない。液体を分離室に偏流させるレベルで
のレイザー中の混合物の空間率は５〜25%v/v、
好ましくは10〜20%v/vが適当である。浮上分離
室での液体の上向流の速度は0.3ｍ／秒以下、特
に0.1ｍ／秒以下が適当である。したがつて、20
〜40ｍの範囲の深さを有する分離室を用いて、そ
の中を上昇する混合物の滞留時間は平均して少な
くとも60秒で400秒を越えることができ、例えば
1000秒またはそれ以上である。

ライザーおよびダウンカマーの深さは、循環系
の頂部での液面レベル以下、即ちガス分離液溜
（図では符号１）以下が少なくとも40ｍが適当で
ある。好ましい深度は、必要とされる酸素移動速
度として測定される処理量、特に流体力学上の摩
擦を決定するシヤフトの直径寸法に左右される。
シヤフトの直径２〜３ｍに対する適当な深さは、
少なくとも80ｍであり、直径５ｍ以上の大型シヤ
フトでは150〜250ｍである。分離室の断面積対ラ
イザーの断面積の比は、循環系で要する処理時間
に左右され、一般に0.01ないし2.0であるが易分
解性排出物では0.25ないし2.0の範囲が普通であ
る。

この発明は廃水処理においてエアリフトポンプ
を用いて、液体および／または汚泥の浮上液溜お
よび沈降液溜への及びそれからの補助的移動を行
う。エアリフトポンプによる上記の移動は、水深
の差によつて増加せしめられた循環系の空隙率が
水頭による駆動力の供給源となるように、循環系
の流れを、深さの異る２つ又はそれ以上の開口か
ら流出させることにより達成される。したがつ
て、機械的ポンプの使用に伴う困難性は避けられ
る。

廃水処理に用いたときのこの発明を図面で説明
する。

第１図に示した装置は、ガス分離液溜１を有
し、これには廃水導管（図示せず）を設けその下
方に延びる深いシヤフトを有しかつ隔壁４で規定
されるダウンカマー２およびライザー３を有して
いる。ダウンカマー２およびライザー３は、その
上端部はガス分離液溜１において、その下端部は
隔壁４の下端の下方にある開口５を通して、それ
ぞれ連通している。酸素含有ガスは、スパージヤ
ー６および７からそれぞれダウンカマー２および
ライザー３に注入される。ライザー３の上部端
は、ライザー内に位置し隔壁９によりガス分離液
溜１と分離している分離室８を形成する。分離室
８は、トラツプ１０を形成する多数の開口を介し
てライザー３を連通している。分離室８の上部端
はガス分離液溜１の側部でそれよりも下のレベル
で分離液溜１１を形成する。分離液溜１１から落
下する汚泥の返送パイプ１２および浮上汚泥の返
送パイプ１３は、分離室８の下端より下方の壁に
ある開口１４および１５からライザー３に連通し
ている。分離液溜１１からの液体取出しパイプ１
６は処理装置の次の工程と連結している。

第２図に示す装置は、第１図のものとは汚泥循
環システムの細部で相違している。第２図では分
離室８は、ライザーの側部の代りにほぼ中央内部
に長さに沿つて設けられる。落下固形分返送パイ
プ１２および浮上固形分返送パイプ１３はライザ
ーの外側で相互に結合し、得られる結合固形分の
返送パイプ１７は、ライザーの外壁の開口１８を
通つてライザーに入りその中に懸吊されている。
返送パイプ１７は上部延長部１９を有して何らか
の閉塞の除去を容易にする。この構造は第１図の
ものよりも小型であり、シヤフトを地上レベル以
下にしたとき構築には少量の掘削でよい。

第３図に示すトラツプは、循環孔２０は３列に
なつており、各列にはスカート２１を有してい
る。この分離室に設けたトラツプで、もし孔１９
を通るライザー３からの液体の流れが比較的遅い
ときは、ライザーを上昇する液体中の気泡はトラ
ツプをかすめて通り過ぎ分離室８には入らない。

第１図および第２図に示した装置では、スパー
ジヤー７からライザー３にコンプツサーより空気
を注入して始動する。これはライザー３の上部は
エアリフトポンプとして作動し、第１図に矢印で
示した方向に装置を廃水が循環を開始する。流速
が所定の最小値に達したとき、スパージヤー６か
らダウンカマー２への空気注入を開始し徐々に増
加する。これは段階的に行うのが好ましい。循環
系が定常的に作動しているときは、空気の全部ま
たは大部分はダウンカマー２に注入する。

ダウンカマーに注入した気泡は、循環廃水で急
速に下方に高圧のレベルに運ばれ気泡サイズは減
少する。最終的には下の方のレベルで多数の気泡
は完全に廃水に吸収される。廃水がライザーを上
昇するにつれ、気泡がまず再現しそのサイズを大
きくしていく。ライザー３を上昇する廃水の一部
は、トラツプ１０から分離室８に通過する。トラ
ツプ１０は、分離室８の下端に廃水が到達したと
き、既に存在する大きな気泡が分離室へ進入して
その中の流れを乱すのを防止する。分離室８で
は、小さな気泡を廃水中に形成し、固体粒子に附
着し固体粒子を一緒に運びながら液溜１１の液体
表面に上昇する。しがつて廃液中の固形物は空気
浮上により液溜１１の液面に運ばれる。

液溜１１から液体は液体取出しパイプ１６に沿
つて廃水処理装置全体の次の段階に送り、そこで
例えば脱ガスおよび最終沈降によりさらに処理す
る。汚泥は浮上汚泥返送パイプ１３または沈下汚
泥迫送パイプ１２に送られ、次の処理のためにラ
イザー３に返送する。

この発明の装置の操業に関し、 第１図では Ｂ；トラツプ１０の開口の合計面積、 Ａ；開口１４および１５の合計面積、 H₁；トラツプ１０と開口１４（沈下固形分用）
との間の静水圧着、 H₂；トラツプ１０と開口１５（浮上固形分用）
との間の静水圧差であり、第２図では、 Ｈ；トラツプ１０と返送パイプ１７との間の静水
圧差、 である。

この装置の両形態では、返送パイプを通る流れ
は、気泡上昇速度を越えることなくトラツプ１０
の開口を通つて分離室８に通過する液体量を越え
ることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の１つの態様を示す図
であり、第２図は簡易化した装置を示し、ライザ
ーの上部および附属する浮上、沈降循環部のみを
示している。第３図は、第１〜２図に用いる大き
な気泡が浮上分離室に入るのを防止するトラツプ
を示し、第４図はメーンパイプとサイドループと
の関係を説明する図である。 １：ガス分離液溜、２：ダウンカマー、３：ラ
イザー、４：隔壁、５：開口、６，７；スパージ
ヤー、８：分離室、９：隔壁、１０：トラツプ、
１１：分離液溜、１２：沈下汚泥返送パイプ、１
３：浮上汚泥返送パイプ、２１：スカート、２
２：サイドループ、２３，２４：開口、２５：メ
ーンパイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダウンカマー及びライザーを有しダウンカマ
   ーとライザーがそれらの上端部及び下端部で互い
   に連通している循環系、 気体を循環系に供給し、その際この気体の少な
   くとも一部はダウンカマーへ供給し循環系を循環
   しておりかつ廃水と汚泥固形物を含有する液体に
   より基体が運搬され液体がダウンカマーを流下す
   るにつれて少なくともその気体の一部がその液体
   中に溶解するようにする手段、 液体の一部の流れを循環系から浮上及び／又は
   沈降により汚泥固形物混合物と液体とを分離する
   ための室へ方向転換させる手段、並びに 分離された汚泥固形物混合物の少なくとも一部
   を循環系へ返送する手段を有する活性汚泥法によ
   る廃水処理装置において、分離された汚泥固形物
   混合物の密度とライザー中の液体の密度との間の
   密度差に基づく静水頭が汚泥固形物混合物を循環
   系へ返送する駆動力となるような点で、汚泥固形
   物混合物がライザーに返送されるように構成され
   ていることを特徴とする上記廃水処理装置。