JPS6055199B2 - 汚水処理方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は汚水処理方法および装置に関し、さらにく
わしくいうと、汚水中の有機成分を好気で分解し、その
結果生成する硝酸塩類をその元素に分離することによる
汚水処理の方法およびその方法を実施するための装置に
関するものである。

活性スラッジ法は汚水中の大寸法で重質物質をスクリ
ーニングおよび／または重力沈殿によつて除去したあと
に残留する微粒状物質、コロイド状物質、および、有機
化合物を取除くものである。これらの残留物質は一般に
炭水化物、セルローズおよびその誘導体、蛋白質、アミ
ン類、アンモニア、鉱物質、および、これら物質をたべ
て生命を維持している微生物ならびに原生動物類を含む
。このような汚水に化学的および／または生物学的反応
を起させる酸素あるいは空気の存在下で攪拌による酸素
化処理を施すと、反応によつて、汚物粒子はスラッジ凝
集物を形成し、この凝集物は容易に沈殿し、かつ、微生
物生命およびその他の微小有機生命体を成長ならびに繁
殖させる。スラッジ凝集物はこのようにして汚水中に含
まれる有機物質を活性的に吸収、酸化し、それによつて
有機物質は二酸化炭素、溶解性生成物、および、沈殿容
易な生成物とに分解する。同様にして、この処理を充分
時間をかけて行うと、汚水中のアンモニア分が硝酸塩類
と水素イオンとに分解する。さらに、凝集物が沈殿する
につれて、汚水中に懸濁している固形物質のほとんどす
べて、および、コロイド状の固形物質の大部分がこの凝
集物とともに沈降する。この１活性化したスラツジョは
回収スラッジの一部を処理すべき汚水に戻すことによつ
て継続的に維持される。この活性スラッジを分離して新
たに処理すべき汚水に還流してさらに曝気処理を行えば
、汚水を連続して浄化でき、この生の汚水中に存在する
有機物の生化学的酸素要求量（Ｂ．Ｏ．Ｄ）のすくなく
とも９０％が除去される。活性化した凝集汚物が沈澱し
たあとに残る水は隣接する河川や用水路に安心して排出
できる。この活性スラッジ法およびこの方法を実施する
ための装置の詳しい記載は１９５俳７月２４日発行の米
国特許第２６８４９４１号明細書を参照するとよい。し
かしながら、ここで注意すべきことは、浄化処理後排出
される流出汚水には、なお、（アンモニアの分解から生
ずる）可溶性の窒素化合物や、燐酸塩類などが含まれて
いるということである。これらの物質を湖や河川に排出
することは藻やその他の水中植物を生長促進させること
になり、ひいては、河川中の酸素含有量を低下させて水
質汚濁を招く等、望ましくない現象を生じさせる。窒素
化合物を除去することは既存の活性スラッジ法には一般
的にはなかつたことである。しかしながら、このような
潜在的汚染物質を除去しようとする場合には、一般的に
、活性スラッジが酸素欠乏雰囲気中に保持され、このス
ラッジ中に存在する微生物が硝酸塩類を分解し、それに
よつて生ずる酸素を消費するような外部脱硝用貯槽の使
用に依存してきた。しかしながら、このような方法は場
所と時間を喰い、費用もかかる割には効率が悪く、この
活性スラッジ法で生成する硝酸塩のわずか５０〜６０％
しか除去されないのである。以上のようなことから、こ
の発明の第１の目的は改良された汚水浄化方法を提供す
ることにある。第２の目的は独特の脱硝技術（窒素化合
物の除去）を提供することにある。

第３の目的は汚水浄化のために活性スラッジ法と関連さ
せてこの脱硝技術を利用することにある。

第４の目的は汚物含有液体の好気分解および脱硝処理を
組合わせて、かつ、連続して行うことにある。

第５の目的は活性スラッジ流出物の汚染作用を実質的に
除去してしまうことにある。

上記の目的にしたがつて、本発明者は、浄化処理によつ
て生ずる流出水の汚染作用をほとんど取去り、また、従
来の脱硝技術に内在していた困難をほとんど解消するよ
うな高能率の浄化および脱硝処理法を見出した。

したがつて、この発明の脱硝工程は、処理すべき生の汚
水を有気分解が完了し、ほぼ無酸素状態の汚物含有液体
貯槽に加えることを含んでいる。活性スラッジ含有液体
中の微生物はこのようにして該微生物と反応するが、酸
素を要求する別の有機物をもつている。自己の酸素要求
を満たすため、該微生物は汚物含有液体中に溶解してい
る硝酸塩化合物に作用して、該化合物の分解によつて生
ずる酸素を消費する。この処理を連続的に行つて、上記
汚物含有液体中の固形物質を除去すると、得られる流出
液体中の該汚物含有液体中でアンモニアの好気分解によ
り生成した上記硝酸塩化合物の含有量は約１０％以下と
なる。上述の処理方法を実施するために提供される装置
は取入れ手段を設けた曝気処理用の貯槽と、すくなくと
も一の攪拌手段と、取出し手段とを含む。この装置を構
成するにあたつて必要不可欠のことは、取入れ手段が攪
拌手段から充分隔離されて配置され、そうすることによ
り、汚物含有液体の好気分解と酸素含有量の実質な低減
を達成するのに十分な時間を与えることである。同様に
、取入れ手段は次期曝気点から充分に隔離して配置し、
汚物含有液体に新たな気曝を行う前に該液体に顕著な脱
硝処理を施せるようにしなくてはならない。以上を達成
するため、この発明は冒頭の特許請求の範囲で定義し、
かつ、この明細書で詳細に説明するような汚水処理方法
と装置を提案するものであり、以下添付の図面によつて
記述する。

第２図を参照すると、図示されたこの発明に使用する典
型的な装置は取入れ手段１２を取りつけた曝気用貯槽１
０を含んでいる。この曝気用貯槽１０は隔壁１４により
２区間１６，１８に分割される。（図では、これら２区
間は同じ大きさに分割されているが、かならずしもそう
である必要はない）なお、これら２区間は区域２０，２
２と連通している。攪拌手段２４は、上記曝気用貯槽に
とりつけられ、一般に該区域２０と連通している。この
攪拌手段２４は汚物含有液体表面上部の空気あるいは酸
素を該液体中に強く攪拌しながら供給してこれに曝気処
理を施す一方、該曝気用貯槽内の該汚物含有液体をスラ
ッジ沈澱がほとんど起らないよう運動状態に保つておく
役目をする。このような攪拌手段は当業者には公知のも
ので、実際に装置の設計施工をする者は水平型であれ、
垂直型であれ、特定のシステムに最適の攪拌装置を任意
に選択することができる。攪拌手段の汚物含有液体中に
おける攪拌速度および深度もまた最適の曝気条件を達成
するために変化させることができる。

さらに、垂直に配置した攪拌手段は、回転速度を低減し
、かつ、攪拌プロペラーの浸漬深度を低下させるだけで
ミキサー兼推進手段に変換させることができる。取入れ
手段１２の貯槽１０における位置は、元来、該取入れ手
段１２と該攪拌手段２４との間の相対距離に存在してい
る。

したがつて、流れの方向における攪拌手段２４と取入れ
手段１２との間の距離は汚物含有液体の実質的な有気分
解を可能にするとともに、該汚物含有液体の酸素含有量
がほとんど低減する点まで、該好気分解を継続させ得る
に充分なものでなければならない。同様に、取入れ手段
１２と脱硝工程が行われる貯槽１０の区間内にある攪拌
手段２４間の距離は、つぎの曝気操作が始まる前に実質
的な量の脱硝工程をおこなわせるに充分なものでなけれ
ばならない。本発明の目的を達成するためには、取入れ
手段１２と攪拌手段２４との間の距離は、該手段２４に
おける連続的な曝気処理がーサイクルを終えるさいに汚
水が流れる距離の少なくとも１０％、換言すれば流れの
方向からみた（ａ）攪拌手段２４／取入れ手段１２間の
距離と（ｂ）取入れ手段１２／攪拌手段１２間の距離の
合計の少なくとも１０％でなければならない。取出し手
段２６に対する取入れ手段１２の位置の重要性は低いが
、未処理の汚水が排出される結果生じるプロセス異常を
回避するため、取出し手段２６の直前かこれに隣接する
以外の位置に配置するのが好ましい。事実、貯槽１０内
の他の位置も、該取入れ手段１２と該攪拌手段２４間に
規定された距離要件を充足するものであればよい。連通
区域２２には、所望の場合は、液体の流れの方向および
流れの均一性を制御するための液流調整器隔壁２８を取
りつけてもよい。

取出し手段２６は、循環する汚物含有液体表面上あるい
は表面下で、沈殿装置３０に通じている。

沈殿装置３０は第１と第２の沈殿タンクと、汚泥かきよ
せ機（クラリフアイヤー）および／または余剰スラツジ
シツクナー、などを包含させてもよい。汚水から得られ
る活性スラッジは沈殿装置３０内て重力により沈澱する
一方、浄化処理された浄化水は該沈殿装置３０の出口端
から溢流し、隣接する流れの中に直接排出されるか、ま
たは、第２の沈殿槽（図示せず）中でさらに化学的に処
理され、浄化され、かつ、殺菌消毒される。懸濁物質中
のスラッジで該沈殿装置３０の底部に．沈殿するものは
その全部を抜き取るか、または、その全部あるいは大部
分を管３４を経由して還流させて貯槽１０に戻しその中
に含まれている汚物含有液体と混合する。余剰スラッジ
は溝３２を経由して余剰スラツジシツクナー３６まで流
れ、そノのあとで除去される。第１図について記載した
処理工程を第２図に示した装置に関係づけてみると、生
の未処理汚物含有液体、すなわち、汚水中のより重い物
質を取除いたあとに残る汚物と水の混合物、は取入れ手
段１２を経由して曝気用貯槽１０内に流入する。

汚物含有液体は該貯槽内で水平動状態に保持され、ひき
つづいて、攪拌手段２４と接触状態にされ、それによつ
て該液体には曝気処理が行われ、かつ、該貯槽内で水平
動を続ける。その後に生ずる好気分解は上記汚水中に含
まれる有機化合物を可溶性の固体、沈殿可能な固体、水
、および、炭酸ガスに分解することを包含する。該処理
のこの面は追加の微生物生長のための第一次エネルギー
源を提供する役目をする。引続き微生物による処理を行
うとアンモニア分が硝酸塩に変り、溶解窒素化合物とし
て該汚物含有液体中に残る。上述の処理に用いる微生物
は該液体中に懸濁するほとんどすべての固形分から生ず
るスラッジ凝集物に付着する。沈殿装置３０では、これ
ら凝集物がスラッジとして沈殿し、ポンプで貯槽１０に
送り返えされることにより、平均令が３０日から４０日
の微生物を供給する。該好気分解は、上記の曝気を行つ
た汚物含有液体中の酸素分がほぼなくなる時点まで続け
られる。

取入れ手段１２からは、未処理の汚物含有液体が、運動
状態にある上記の汚物含有液体中に新たに導入されて、
脱硝処理を開始するようにする。このようにして、汚物
含有液体を新たに追加した時点での該貯槽中の状態、つ
まり、追加の有機物質の存在と、酸素の実質的な不存在
は、上記の曝気処理を行つた汚物含有液体中の微生物に
とつては理想的なものであり、該液体中の硝酸塩化合物
をそれぞれの元素成分に分解することによつて微生物の
酸素要件を満足させるのである。分解．により生成した
酸素は、新たに導入された汚物含有液体の好気分解をお
こなうよう微生物が消費する。より有効な脱硝処理が水
温約４５゜Ｆ以上に保持することによつて得られること
にも注意されたい。該好気分解と脱硝の周期は連続して
進行し、それにより、各周期において、有機物の量の減
少、該貯槽内の酸素富有区域でのアンモニアから硝酸塩
への変換、および、該貯槽の酸素欠乏区域での硝酸塩の
除去が起る。

該汚物含有液体が該貯槽に停留する平均長はその貯槽の
容積と、新たに加えられる汚物含有液体が貯槽に入つて
、そこから流出する量によつてきまる。実質的な分解な
らびに脱硝処理はおよそ２４！＠間の滞留時間があれば
達成されるが、滞留時間をこれより長くとつたり短かく
とつたりすることも実際に処理を行う者の判断で決定し
て差支えない。たとえば、汚水の流出容量が２Ｓｆ間の
貯槽の場合、追加の汚水をこの貯槽に流入させると平均
令が約２僻間の処理済液体が排出されることになる。こ
の期間中に、汚水は排出されるまでの間に５０ないし１
００周期程度の好気分解、ならびに、脱硝を完了するこ
とになる。さらに、排出される汚物含有液体の量と割合
は一般”に新たに導入する汚物含有液体の量と割合に対
応する。ここで留意すべきことは、排出された流出液体
中には、一般に、この発明の処理方法によつて除去され
た液体中のアンモニアが有気分解をおこして生成した硝
酸塩濃度のすくなくとも約９０％が含まれていることで
ある。

新たに追加された汚物含有液体が気曝を受けるたびごと
に追加の硝酸塩が生成する一方、このような新たに追加
された汚物含有液体の量が、該貯槽中に存在する汚物含
有液体の全量に比して僅かなものであるという事実は、
大低の場合、流出液体中の硝酸塩含有量は該液体中で生
成される初期の硝酸塩含有量の約１０％を超えるもので
はないということを保証する。この発明の方法による別
の利点として注目すべきことは、硝酸が生成しないため
、通常、脱硝にともなうＰＨ準位の減少がないというこ
とである。したがつて、酸性を示すＰＨ準位で発生する
可溶性の燐酸カルシウム錯塩の生成はこの発明による装
置では最低限に押さえられ、それにより、流出液体中よ
りもスラッジ中により多量の燐酸塩が存在することが確
実となる。燐酸塩のこのような分布は、流出液体中に燐
酸塩が存在しないことにより該流出液体の汚染作用が逓
減するので望ましいものとなる。したがつて、鉄の塩類
、塩化物、その他の凝集剤を二次沈殿装置に加えること
により達成される後殺菌処理の段階でより多量の燐酸塩
とコロイド状固体が除去可能な状態となり、貯槽に二次
スラッジを戻さなくてもよくなる。第２図の装置の改変
型を第３図に示す。

この変形例では、連面区域２２に混合および推進手段３
８が取りつけられていること以外は、第２図の装置の構
造と全く同一である。推進手段３８は貯槽１０ですでに
流動している汚水と新たに導入された汚水とを混合し、
かつ、貯槽内のスラッジをほとんど沈殿させず、また、
上記汚物含有液体の曝気処理も行わずに、該液体を運動
状態に保持する役目をする。該推進手段３８は追加の曝
気源ではないから、取入れ手段１２と攪拌手段２４間の
相対的な距離は第２図の装置に関して述べたと同じであ
る。推進手段３８は、攪拌手段２４と同等の二次攪拌手
段とおきかえてもよく、それによつて、二つの攪拌手段
２４，３８と一つの取入れ手段１２を備えた装置を提供
する。

したがつて、汚水は該貯槽１０中で一回転する間に二つ
の有気分解区域と、一つの脱硝区域に出くわすことにな
る。附加的に曝気を行うにあたつては、この第２の曝気
点３８と取入れ手段１２間の距離は該汚物含有液体が実
質的に分解し、かつ、酸素欠乏奪を行うのに充分なもの
でなくてはならず、他方、上記取入れ手段１２と攪拌手
段２４間の距離は該汚物含有液体が適切な脱硝を行える
に充分なもの、つまり、攪拌手段２８と攪拌手段２４間
の距離のすくなくとも１０％、であることが必須である
。さらに、これらの攪拌手段のいずれか一方、あるいは
、双方は改造可能なユニットであり、実施者の望むとこ
ろにしたがつて、推進兼混合手段として、また、気曝手
段として交互に作用できるものである。この発明の装置
の別の変形例を第４図に示す。この装置は、貯槽４０、
区域４８，５０と連通する区間４４，４６を画定する隔
壁４２、取出し手段６０、ならびに、スラッジ戻し管６
４と余剰スラッジ溝６６を備えた沈殿装置６２を含む。
この装置の基本的な相違点は２つの取入れ手段５２，５
４と、２つの攪拌手段５６，５８を含み、それらが先に
のべた寸法関係を示すようたがいに配置されていること
である。このように、攪拌手段５６と取入れ手段５４間
の距離、ならびに、攪拌手段５８と取入れ手段５２間の
距離は、それぞれ、該汚水の実質的な有気分解ならびに
実質的な酸素欠乏を可能とするに充分なものである。同
様に、取入れ手段５４と攪拌手段５８間の距離、ならび
に、取入れ手段５２と攪拌手段５６との間の距離は、そ
れぞれ、該汚物含有液体をさらに曝気処理するに先立つ
て実質的な脱硝処理を行うことを可能とするに充分なも
のである。後者の距離は、おのおの、上記攪拌手段５６
および５８間の距離のすくなくとも１０％とする。この
発明の方法は、第４図の装置についてのべたように、汚
物含有液体の一回転について、好気分解と脱硝処理の２
サイクルよりなるものである。

したがつて、汚水は取入れ手段５４より入り、攪拌手段
５８により運動状態に保持されて、曝気処理され、該攪
拌手段５８と取入れ手段５２間の貯槽区域で有気分解お
よび酸素欠乏を受け、さらに取入れ手段５２で導入され
た生の追加汚水と混合し、該取入れ手段５２と攪拌手段
５６間にある区域で脱硝処理を受け、攪拌手段５６でさ
らに曝気処理され、該攪拌手段５６と取入れ手段５４間
でさらに好気分解を受け、取入れ手段５４で導入された
生の汚水と混合し、かつ、さらに脱硝処理を受けるので
ある。この周期が連続的に進行する。処理された汚水の
排出は全体の処理中における適宜な時期に開始される。
もちろん、別の変形も以上のべたこの発明の装置によつ
て行うことができる。

たとえば、隔壁を設けないで液体を単一方向に流す貯槽
を好ましい隔壁付き貯槽のかわりに使用してもよい。同
様に、多重区間に分割した貯槽、あるいは、たくさんの
曝気用貯槽を直列に連絡し、単一で二重の役目をする区
間を設けた曝気用貯槽のかわりに使用してもよい。該曝
気用貯槽には、該貯槽内の異つた位置に載置可能な任意
の数の攪拌兼推進手段と、任意の数の取入れ手段、およ
び、取出し手段とを取りつけることができるが、有気分
解ならびに脱硝処理に必要とされる距離だけは維持しな
ければならない。さらに、取入れ手段は前記曝気処理さ
れた汚物含有液体の流れの方向に未処理液体を注入する
ように配置してもよい。このようにして、貯槽内の汚物
含有液体の移動に対して大きな起動力が与えられる。他
方、流れの方向に抗して注入を行うと、循環している液
体中で生の汚水を効率よく攪拌し、かつ、より迅速に混
合できるという効果がある。また、汚物含有液体の曝気
量を増加し、その流れ運動および方向づけを助けるため
に、該攪拌手段に隣接した貯槽内、および／または、隔
壁を施した区間の連通する区域内にバッフル（邪魔板）
を配置させてもよい。さらに、該貯槽は、処理速度を上
げ、かつ、より冷たい温度で操作する場合に適宜な速度
を維持するためにヒーターおよび／または断熱カバーを
設けてもよい。第３図に示した装置を使用してこの発明
の処理を行う特定の例によれば、汚物含有液体を、単一
水平型で７５０フィートの密閉環状通路を備え、攪拌手
段と推進手段を設け、かつ、最低速度０．８ないし１．
０ｆｔ／秒で移動するよう構成された貯槽内に導入した
。

曝気処理装置により、馬力あたり約２ないし４ボンド量
の酸素を汚水中に強く攪拌しながら供給した。この通気
処理装置によつて供給された酸素は液体中の微生物によ
り８ないし１２分間でほぼ消費されたことが分つた。酸
素がほぼ費消しつくされた所で、追加の汚物含有液体を
導入して脱硝反応を行つた。この汚物含有液体は、その
うち、混合され、かつ、混合兼推進装置によつて連続運
動を与えられた。この汚物含有液体が連続して有気分解
ならびに脱硝処理を行つている貯槽内に滞留する時間は
平均２４Ｔｆ間と見積られる。該汚物含有液体から除去
した約５０％の固形物質を沈殿、還流させた後の流出液
体を分析したところ、この汚物含有液体中で生成する硝
酸塩化合物含有量の約９０％以上が該処理工程中で除去
されることが示された。以上を要約すると、この発明は
効率のよい汚水処理方法、ならびに、連続操作ができる
とともに、汚水中の有機物質を最高程度まで分解し、か
つ、通常、河川等に排出される潜在的な汚染物質をほと
んど除去することのできる装置を提供するものである。

以上、この発明を特定の態様について記載してきたが、
発明の精神とその範囲を逸脱しない限り各種の改変が可
能であることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にしたがつて処理汚水がたどる経路お
よび遭遇する処理工程を示すフローシート、第２図，第
３図、および、第４図はこの発明で使用する典型的な概
略平面図で、その構成要素、および、それらの相関関係
を示すものである。 図面中、１０，４０は曝気用貯槽、１２，５２，５４は
取入れ手段、１４，４２は隔壁、２０，４８は連通区域
、２２，５０は連通区域、２４，５６，５８は攪拌手段
、２６，６０は取出し手段、２８はバッフル、３０，６
２は沈殿装置、３２，６６は余剰スラッジ溝、３４，６
４はスラッジ戻し管、３８は攪拌兼推進手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単一水平型の密閉環状道路を備えた貯槽内に生の汚
   物含有液体を注入し、少なくとも約２４ｃｍ／秒の速度
   で前記通路に該液体を循環させて、懸濁しているスラッ
   ジを実質的に沈降させないようにし、前記通路内で該液
   体に曝気処理を施して該汚水の好気分解と該液体におけ
   る硝酸塩化合物の形成を促進させ、曝気処理した液体を
   、該液体が生の汚水を注入する時点で実質的に酸素欠乏
   状態となるまで前記分解が進行する第１の距離だけ前記
   通路の周りに循環させ、硝酸塩化合物と生の汚物を含む
   液体を、該液体が前記通路において次の曝気処理点に達
   するまで該液体中で脱硝処理が進行する第２の距離だけ
   前記通路の周りに循環させ、処理済の液体を生の汚物含
   有液体の注入量に近似した量で連続的に除去して、その
   中に含まれる循環液体を浄化し、スラッジを沈降させ、
   その結果生じる浄化された流出液体を排出させ、かつ該
   沈降スラッジの少なくとも一部を戻す工程からなり、前
   記第２の距離が前記第１と第２の距離の総計の少なくと
   も約１０％で、そして前記貯槽内における該液体の平均
   滞留時間が少なくとも約２４時間であることを特徴とす
   る連続活性化スラッジによる汚水処理方法。 ２ 処理する汚物含有液体を導入するための取入れ手段
   を有し、その長手方向に隔壁で分割された少なくとも２
   区間を形成し、前記隔壁により分割された区間と連通し
   て該液体を循環させるための連通区域と、前記取入れ手
   段から充分隔壁されて配置され該液体を運動状態に保持
   して曝気させるための少なくとも一の撹拌手段とを設け
   た該液体の曝気処理用貯槽と、前記曝気処理用貯槽の一
   部に設けられた取出し手段と、この取出し手段と連通し
   ているスラッジ沈澱装置と、前記沈澱装置とスラッジ溝
   により連通する余剰スラッジシックナーと、余剰スラッ
   ジの一部を循環している汚物含有液体中に戻すためのス
   ラッジ戻し手段とを含み、前記取入れ手段から前記攪拌
   手段に至る流れの方向における距離は、前記処理すべき
   汚物含有液体が移動する全距離の少なくとも１０％程度
   であることを特徴とする連続汚水処理装置。