JP2000512545A - 汚濁廃水の浄化用反応槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 汚濁廃水が流入する槽本体（１，１００）には、槽底の近くに槽底に平行に多数のキャビテーション酸化器（５，６，１１）が設けられている。酸化器は３種類あり、第１（５）は循環水と空気を噴射し、第２（６）は水と槽の上部から吸引した空気、汚泥及び気泡を噴射する。この２種類は共に槽内の廃水に乱流（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）を発生する。第３（１１）は廃水に他の乱流を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 汚濁廃水の浄化用反応槽 本発明は汚濁廃水の浄化用反応槽に関し、特に、産業廃水や生活廃水を物理的 、化学的、生物学的に浄化する強制循環型の反応槽である。 従来の技術は、空気及び／又は酸素を使用する生物学的反応槽からなるもので あるが、以下にその一例を第１図を参照して詳しく説明する。図の記号は次の通 りである。 Ｅ ： 浄化する廃水の流入 Ｎ ： 中和槽 ＣＨ： 中和剤の投入 Ｖ１： 均質化槽 Ｖ２： 生物学的反応槽 Ｖ３： 汚泥分離槽 Ａ ： 空気又は酸素 ＲＦ： 循環汚泥 ＦＳ： 廃棄汚泥 空気又は酸素の供給は、以下の方法の何れかによって行われる。 １）槽Ｖ１及び槽Ｖ２の底面に均一に配置された多孔板又は多孔管に、圧縮した 空気又は酸素を供給する方法。 ２）槽Ｖ１及び槽Ｖ２の底面に幾つかのノズルを配置し、ポンプを使用してベン チュリ効果によって空気又は酸素を吸引する方法。 ３）槽Ｖ１及び槽Ｖ２の水面に回転翼を設け、水を掻き揚げると共に大気中に噴 霧し、落下の際に空気と接触させる方法。 従来技術の欠点は以下の通りである。 何れも、薬品を使用する中和処理を含めると、少なくとも３つの槽を必要とする 。 １）の方法は、例えば３０μ乃至２５０μの多孔性を備えた多孔板又は多孔管 を用いて圧縮した空気又は酸素を水中に供給する必要があるが、発生した微細気 泡は膨張して気液接触面積が減少し、上記の多孔性を維持することができない。 ２）の方法は、例えば４０〜８０ｍｍの大きな噴水孔を備えたベンチュリ型の ノズルで、およそ１．５〜２Ｋｇ／ｃｍ²の水圧で使用するが、この噴水孔はキ ャビテーション状態にはならないので、気液接触面積を大きくすることができな い。エジェクタ内に吸込まれた空気又は酸素は、期待する程には水中に細かく混 合されないのである。 ３）の方法は、水が遠心羽根車によって１〜２ｍ掻き揚げると共に大気中に放 出されるが、表面張力を破ってキャビテーションを起こすにはエネルギが不足し 、この場合も充分な気液接触面積を得ることができない。 上記３つの処理方法は、何れも汚泥の浮上分離を同時に行うことはできず、汚 泥の再混合が行われるのみである。 上記３つの方法は気液接触面積が不充分であるため、ｐＨ値を自然回復するこ とができない。また、無機還元物質に起因する毒性を顕著に削減することもでき ない。（この化学反応は酸素分子の溶解が充分な場合に起こる）。 また、廃水の処理で発生する廃棄汚泥（ＦＳ）の処理も問題である。 均質化槽及び生物学的反応槽における実行時間は、前記２槽の容積と浄化する 廃水の流量との比によって実質的に限定される。 本発明は上記の問題点を解決したもので、請求項１に示す特徴を有する廃水浄 化用の反応槽であり、内部にイタリア特許第１１４７２６４号（Ambrogio AFFRI ）に示される、又はこれと同等の多数の酸化器を備えている。（以下これを、キ ャビテーション酸化器又は単に酸化器という。）この酸化器は、廃水全体に対し て空気と水を循環するものであり、槽内の廃水に槽の周辺に沿った第１の対流を 起こすように配置される。即ち、長方形、正方形又は多角形の槽では、多数の酸 化器が槽底に平行に、同一の方向に向けて配置される。また好ましくは、槽底に 平行な対称軸によって２つのグループに区分し、一つのグループでは酸化器を一 定の方向に向けると共に他のグループは逆方向に向け、共に槽底に平行に配置す る。円形の槽においては、酸化器を槽円周の複数の接線に対して平行となるよう に配置する。 このようにキャビテーション酸化器を使用するのは、酸化器内部の水と空気が 混合する部分おいて、液体の流出状態を大気圧よりも低い圧力とすること、即ち 、流れる液体の全エネルギが全て運動エネルギとなる状態にすることを意図して いるからである。 本発明の反応槽は上記のように配置された酸化器を備えた強制循環型の反応槽 であり、酸化器は後述するように第１の酸化器と第２の酸化器に区別される。ま た同時に、この反応槽は廃水が槽の上下方向に循環する第２の対流を発生し、こ れに３つの層が形成される。即ち、上から順に、汚泥及び気泡からなる第１層、 反応浮上層となる第２層、及び浄化された清澄水の第３層である。第１の酸化器 は、槽底の近くにおいて、槽底に平行な一つ又は複数の平面上に均一に配置され 、第２層と第３層との境界を形成する。一方、第２の酸化器は、上記と同じ一つ 又は複数の平面上ではあるが、槽底の一部のみに配置される。 上記の酸化器の配置は、酸化器から流出する空気と水の混合物による推力を利 用して、槽内液の第２層に全体的な循環を作ることを目的としている。浄化され る汚水は槽の一端から流入し、浄化されて他端から流出する。第２層を循環する 循環水は、ポンプによって吸引され、水の供給管及び分配配管を経て第１の酸化 器に圧力を持って供給される。第１の酸化器は全て、供給された圧力水をノズル から流出することにより、第１層の水面上に延長された第１の管を通して大気を 吸引する。第２の酸化器は、第１層の中に開口した管を通して、空気、汚泥及び 気泡の混合物を吸引する。 酸化器が配置された水平面のうち、最上部の平面が第２層と第３層との境界と なる。廃水中の有機性汚濁物質によって自然発生する活性汚泥を、反応浮上層の 中で分離すると共に懸濁状態に保持するために、上記水平面上における第１の酸 化器の配置は、流出する空気による浮上効果を発揮できる個数（１ｍ²当りの酸 化器の個数）でなければならない。このように酸化器を配置することによって、 酸化器が置かれた最上段の水平面から流出する液の流れに対して第１の酸化器か ら流出する空気が常に横切って流れる。酸化器は全ての点を埋め尽くしてはいな いが、第２層全体がこの様な状態となる。これによって浮上効果が得られ、高濃 度の有機物を含む第２層の液と、低濃度の有機物を残した第３層の液とに、確実 に分離することができる。 浮上効果により第１層には、空気、汚泥及び気泡が形成される。そして、これ らは第２の管を通して吸引され、第２の酸化器を通過することのより、第２層の 液体バイオマスに、汚泥及び気泡の第１の部分循環を形成する。 同様にして、上端が第２層に開口し下端が第３層に開口した第３の管が設けら れ、前記ポンプは、ここから浄化された水を吸引してバイオマスの流れを作るの で、反応浮上層に第２の循環が形成される。この第３の管には、循環する液体バ イオマスの量を調節するためにバルブが設けられている。 この反応槽には、補助酸化器を設けてもよい。補助酸化器は、筒状のカラーで 覆われており、第２層に開口した第４の管に連通しているので、ベンチュリ効果 によってバイオマスの第３の循環を形成する。 更にこの反応槽は、処理する廃水の汚濁が高負荷となり、水面の汚泥と気泡が 非常に多くなって処理できない場合に備えて、表面掻き取り装置を設けてもよい 。 本発明の主な長所は以下の通りである。 従来の技術では、異なる操作要素ごとに分けて複数の槽で処理していたが、本 発明は全ての操作を単一のコンパクトな装置で行うので、狭い設置場所でも使用 することができる。 酸化器を通過する水の循環は、処理する廃水の汚濁の程度に応じて、反応槽に 流入する廃水量の何倍もの量をポンプで循環するので、気液接触時間が増加する 。この接触時間は、槽の容積と処理する廃水の量（ｍ³／ｈ）との比を用いて、 次式で示される。 ｔ＝(Ｒ／Ｅ)(Ｖ／Ｅ)＋(Ｖ／Ｅ) ここにおいて、 ｔ ： 接触時間 （ｈ） Ｒ ： ポンプの流量 （ｍ³／ｈ） Ｅ ： 汚水の流量 （ｍ³／ｈ） Ｖ ： 槽の容積 （ｍ³） 例えば、（Ｒ／Ｅ）＝２、（Ｖ／Ｅ）＝２４の場合には、 ｔ＝４８＋２４＝７２時間 となる。 空気圧縮機と多孔板を備えた従来型の槽では、ｔ値は単にＶ／Ｅ＝２４時間で ある。従って、この例では、本発明は従来の技術における通常の値（２４時間） に対して３倍の接触時間が達成される。 このような酸化器の配置は、吸引された空気がキャビテーションの状態になる ので、酸化器の推力によって起こされる廃水の循環流平面に対して、流れの全体 に空気による微細な酸素の拡散を引き起こす。 酸素の微細な拡散は、反応層において生物学的反応（従来技術のＶ２工程）を 維持するだけでなく、酸化器内及び反応浮上層において、酸化物の削減及び自然 中和反応（従来技術のＮ及びＣＨ工程）を促進する。 更に、これは反応浮上層においてコロイド状粒子の浮上分離を高める。 また、同層における汚泥及び気泡の濃縮機能、或はアンモニアガス及び揮発性 物質の抽出機能を奏する。 清澄層は、従来技術のＶ３工程に代わるものである。 反応槽の外部ではなく内部において、第２の管によって汚泥と気泡の循環が行 われ、また、第３の管とポンプによって汚泥の循環が行われる。 何れの場合も、汚泥は第２層と第３層との分離面に配置された酸化器を通過す る。 副生した汚泥を使用しないで浄化できることも重要な点である。これは、浄化 の様々な工程で要求される設備を小さくすることができると共に、最終的に発生 する全汚泥量を最低限にすることができる。 実験の結果、本反応槽の簡潔な構成と多機能性は、廃水中の有毒物質をほぼ完 全に除去し、微生物の生存に適した環境を安定して保護することが確認された。 更に本反応槽は、処理排水中に含まれると同様に有毒物質となる着色成分や界面 活性剤を浮上効果によって分離し、削減する性能を示した。従来知られた技術に は、これほど明確な性能を提示したものはない。本発明の反応槽で処理された水 は、性状が非常に安定しており、更に高度な処理を行った場合に匹敵する優れた 水質を提供する。 以下に、図を参照して、本発明を実施例により更に詳しく説明する。 第１図は、従来の技術と本発明との違いを明確にするために参照する。 これらの図において、 第１図はブロック図、 第２図は第１の平面図、 第３図は軸方向の断面図、 第４図は第２の平面図、 第５図は詳細図、 第６図はグラフ、 第７図は第３の平面図、 第８図は軸に垂直な断面図である。 第１図は、この説明の冒頭で既に説明した。 第２図及び第３図は、共に実容量２０００ｍ３の長方形の反応槽を示す。 処理する汚濁廃水はダクト２から反応槽に流入し、浄化された後垂直管Ｔ１及 びダクト３から流出する。槽本体１の底に近い水平面４には、軸を槽底に平行に して８８個の第１の酸化器５が槽の長手方向の軸Ｉ−Ｉの両側に均一に設置され ている。一方の側の４４個の酸化器は、矢印Ｆ１に示されるように図の右側に向 かって、他方の側の４４個は、矢印Ｆ２に示されるように左側に向かって配置さ れている。同様にして１２個の第２の酸化器６が設けられており、６個が右側に 向けられ、６個が左側に向けられている。前記酸化器５及び６には、ポンプ８に よりダクト及び分配配管７を通して加圧された水が供給される。このポンプは、 流量１００ｍ³／ｈ、吐出圧８０ｍであり、消費動力は２８ｋＷである。第１の 酸化器５は、大気を吸引するために、それぞれ槽の水面より上に開口した第１の 垂直管Ｔ２に連通している。一方、第２の酸化器６は第１層中に開口した第２の 管Ｔ３に連通しており、空気、汚泥及び気泡の混合物を吸引して槽の第２層に汚 泥と気泡の部分循環を起こす（矢印Ｆ３少なくとも１個の第３の管Ｔ４が、上部 を第２層の上部に開口し下部を第３層に開口して設けられている。ダクトＤ１で 浄化された水を吸引し、ダクトＤ２及び分配配管７に従って各酸化器を通して第 ２層に戻す。この第３の管には調節弁１０が設けられている。４個の補助酸化器 １１が、槽の長手方向の軸に対して夫々一方の側に右向きに２個、他方の側に左 向きに２個、反応槽の左側の方に設けられている。補助酸化器は、分配配管７に よって水が供給されると共に、第２層の上部に開口した第４の管Ｔ５に連通した カラーで覆われており、ベンチュリ効果によってバイオマスの第２の循環を起こ すようになっている（第５図の詳細参照）。 第４図は、円形平面の槽本体１００における、酸化器５、６及び１１の配置を 示している。これらの酸化器は、分配配管７０によって水が供給され、槽の円周 の接線に平行な方向に向けられている。この反応槽も、第２図及び第３図で説明 したのと同様に、ダクト３、ダクトＤ１、ダクトＤ２、ポンプ８、垂直管Ｔ１、 第１の管Ｔ２、第２の管Ｔ３、第３の管Ｔ４、第４の管Ｔ５が設けられており、 汚水全体は矢印Ｆで示すように旋回運動をする。 第５図は補助酸化器１１を示し、引用特許に示された酸化器５を備えているが 、口方向に延長してカラー４０が設けられている。このカラーは、第４の管Ｔ５ を通して第２層から水と汚泥を吸引する効果を起こす。その上流では酸化器５が 、Ａ部で分配配管７及びノズル５０を通して第３層からの圧力を持った循環水を 受け入れ、これによりＢ部で第２の管Ｔ３を通して第１層からの空気、汚泥及び 気泡を受け入れる。Ｒ１は大きな接触面積を持つ激しい乱流域を、Ｒ２は空気と 水との混合物生成域を示す。管Ｔ３及び管Ｔ５を接続部分とは連通していないこ とを示す。 第６図は実験に基づく酸化器の特性曲線であり、槽本体１に供給される酸素量 が０．３２４×１００個＝３２．４Ｋｇ酸素／時間となることを示す。 汚水はダクト２から平均流量３５ｍ³／ｈで槽本体に入る。 汚水の性状は次の通りである。 化学的酸素要求量（ＣＯＤ） ＝ １３５０ｍｇ／ｌ 界面活性剤 ＝ １５０ｍｇ／ｌ （９５％非イオン＋５％陰イオン） 硫化物＋亜硫酸塩 ＝ １００ｍｇ／ｌ ｐＨ ＝ ４〜４．５ 次式で計算される接触時間ｔで酸素との接触を行った。 ｔ＝(Ｒ／Ｅ)×(Ｖ／Ｅ)＋Ｖ／Ｅ ＝(１００／３５）×（２０００／３５）＋（２０００／３５）＝２２０時間 このとき、ダクト３（第２図及び第３図）での排出水の性状は次の通りである 。 化学的酸素要求量（ＣＯＤ） ＝ ５９０ｍｇ／ｌ 界面活性剤 ＝ ２０ｍｇ／ｌ 硫化物＋亜硫酸塩 ＝ トレース ｐＨ ＝ ６．６〜６．８ 従って、次の実行性能が結論される。 １．酸素要求量の低減率：（１３５０−５９０）／１３５０×１００＝５６． ２９％ ２．界面活性剤の低減率：（１５０−２０）／１５０×１００＝８６．６６％ ３．硫化物＋亜硫酸塩（毒性物質）の低減率：９９．９％ ４．供給酸素の利用率：（０．７６×３５）／３２．４×１００＝８２％ ５．化学物質を添加しないｐＨ値の自然回復：４〜４．５から６．６〜６．８ へ 第７図及び第８図は、過剰な汚泥及び気泡を除去する装置を示す。槽の水面上 で、アーム２０が矢印Ｆの方向に回転し、汚泥及び気泡を押してホッパ２１に落 とし込む。そして、遠心吸引器２２が汚泥及び気泡を吸い込み、表面張力を破壊 して液体の状態で排出槽２３に排出する。この装置は、回転アームに代えて、汚 泥及び気泡をかき集めてホッパに押込むのに適当な他の手段に置き換えることが できる。例えば、複数の羽根を備えた回転体を水面に接するように回転させる手 段や、或は圧縮空気を槽の縁に平行にホッパに向かって噴出させる手段等である 。ポンプ２４は、液状となった汚泥を反応槽の第２層に循環するために用いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．汚濁廃水を受け入れて浄化する槽本体（１，１００）、 該槽本体（１，１００）の底面に近接した少なくとも１つの平面（４）上に 水平に配置され、加圧された循環水（７）が供給される多数のキャビテーシ ョン酸化器（５，６） 及び前記循環水（７）を供給するポンプ（８）とで構成され、 前記酸化器（５，６）は、水及び空気を噴出する第１の酸化器（５）と、 水及び前記槽の上層部から吸引した空気を含んだ汚泥及び気泡を噴出する 第２の酸化器（６）とからなり、 前記酸化器（５，６）は、槽本体（１，１００）の側壁にほぼ平行な第１の 対流（Ｆ１，Ｆ２）と、槽本体の垂直面に沿った第２の対流（Ｆ３，Ｆ４） とを引き起こすように配置され、 槽内全体に液の循環を起こすと共に、３つの層を形成し、 最上の第１層には汚泥及び気泡を伴った空気が集められ、 中間の第２層は反応及び浮上を行う層であり、 前記平面（４）より下の第３層は浄化水を集める層であり、 前記ポンプ（８）は、前記第３層内の領域（９）から浄化された水を吸引し て前記第２層に返送すると共に、 下端が前記の領域（９）に開口すると共に上端が第２層に開口した少なくと も１つの管（Ｔ４）を設けることにより前記第２層内にバイオマスの第２の 部分循環を起こす、 ことを特徴とする汚濁廃水の浄化用反応槽。 ２．前記ポンプ（８）の流量が、槽本体（１，１００）に供給される汚濁廃水の 流量に対して２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の反応槽。 ３．水平断面が長方形、正方形又は多角形である槽本体（１）の内部に、全ての 酸化器が同一の方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項１記 載の反応槽。 ４．水平断面が長方形、正方形又は多角形である槽本体（１）の内部に配置する 多数の酸化器が、槽の底面に平行な対称軸（Ｉ−Ｉ）によって２つのグルー プに分割され、第１のグループの酸化器は一つの方向（Ｆ１）に向けられ、 第２のグループの酸化器は反対の方向（Ｆ２）に向けられることを特徴とす る請求項１記載の反応槽。 ５．水平断面が円形の槽本体（１００）の内部に、酸化器（５，６，１１）が槽 円周の複数の接線に平行な向きに配置されていることを特徴とする請求項１ 記載の反応槽。 ６．カラー（４０）で覆われた補助酸化器（１１）を備え、前記第２の管（Ｔ３ ）及び前記第４の管（Ｔ５）に連通してベンチュリ効果により、第２層内に バイオマスの第３の部分循環を形成することを特徴とする請求項１記載の反 応槽。 ７．水平面上の第１の酸化器（５）の配置が、有機性汚濁物質によって自然発生 する活性汚泥を、第２層内で分離すると共に懸濁状態に保持する浮上効果を 発揮するために充分な個数を備え、補助酸化器（１１）の配置が、処理する 廃水の流量に比例して液状バイオマスを循環するのに充分な個数備えている ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の反応槽。 ８．全ての第１の酸化器（５）が、受け入れた圧力水をノズルから排出すること により、第１層の水面以上に延長された第１の管（Ｔ２）を通して大気を吸 引し、全ての第２の酸化器（６）が、第１層内に開口した第２の管（Ｔ３） を通して、空気、汚泥及び気泡の混合物を吸引することを特徴とする請求項 １記載の反応槽。 ９．過剰な汚泥及び気泡を、第１層の表面からかき集めると共にホッパ（２１） に移送する回収手段（２０）と、汚泥及び気泡を吸い込むと共に表面張力を 破壊して液体の状態で排出槽（２３）に排出する遠心吸引器（２２）とを備 えたことを特徴とする請求項１記載の反応槽。 10．ポンプ（２４）により、前記排出槽（２３）から反応槽の第２層に汚泥及び 気泡を移送することを特徴とする請求項９記載の反応槽。