JP2010515567A - 活性汚泥処理を促進するシステム及び方法 - Google Patents

活性汚泥処理を促進するシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

少なくとも一の曝気槽サブシステムと、増量剤添着サブシステムと、少なくとも一の曝気槽サブシステムから下流側に配置された凝集剤注入ポートと、少なくとも一の清澄器と、返送活性汚泥サブシステムと、増量剤回収サブシステムと、排出サブシステムと、を含む活性汚泥処理を促進するシステム。

Description

本発明は、活性汚泥処理を促進するシステム及び方法に関する。
[関連出願]
本出願は、「廃水の生物化学的処理方法」という名称で２００７年１月９日付け出願の米国仮出願第６０／８７９，３７３号の利益及び優先権を主張しており、また「廃水の高度生物化学的処理方法」という名称で２００７年９月７日付け出願の米国仮出願第６０／９９４，５５３号の利益及び優先権を主張しており、この両者はともに、ここに参照により組み込まれる。
地方自治体及び工業の廃水の処理施設は、一次、二次及び三次の廃水処理のプロセスを含むことが多く、浮遊物質、生分解性有機物、リン、窒素、微生物学的汚染物質などのような汚染物質を取り除いて、きれいな廃水を得ている。きれいな廃水は、一般的に、厳しい地方、州及び連邦の規定により、課せられている。
一次処理プロセスは、スクリーン、沈砂池、及び／又は一次清澄器を含むことが多く、大きな物質及び他の浮遊物質を取り除いて、一次廃水を提供している。活性汚泥は二次プロセスの一種であり、それは曝気槽を利用し、それは微生物の大きな集団を含み、それは一次廃水中の汚染物質を取り込んで、生物の「フロック」を作る。酸素は通常、曝気槽に供給されて、これらの生物フロックの成長を促進する。一次廃水、又は、場合によっては生汚水と、生物フロックとの組合せは通常、混合液として知られている。混合液中の微生物の集団又は集合は、混合液浮遊物質（ＭＬＳＳ）と呼ばれることが多い。
曝気槽での十分な処理の後、混合液中の生物フロックは、その後は、通常、二次清澄器に送られ、ここでは、混合液から生物フロックを遠心分離して、二次廃水及び沈殿汚泥を得ている。二次廃水、又は「きれいな」廃水は、環境に排出したり、又は、追加の三次処理を行うことができる。二次清澄器内の沈殿汚泥の大部分は通常、返送活性汚泥サブシステムにより、曝気槽に循環される。その残りの、余剰汚泥は、そのシステムから排出されて、混合液浮遊物質の濃度を制御している。
しかしながら、生物フロックは、水よりもやや重いだけであり、非常にゆっくりと沈殿するので、二次清澄器内にて混合液から生物フロックを分離するのは困難である。その結果、一般的な活性汚泥処理の二次清澄器は、二次処理として活性汚泥を利用した多くの廃水処理では、ボトルネックとなっている。したがって、二次清澄器内における混合液からの生物フロックの難しい固体分離ステップは典型的な速度制限プロセスであり、それは、さまざまな要因、中でも生物フロックの比重又は密度によって制御される。さらに、一般的な活性汚泥処理では、二次清澄器内における固体分離は、多様な沈殿問題、とりわけ、糸状生物の異常繁殖、粘性バルキング、ズーグレア微生物又は細胞外多糖類物質の異常繁殖、ピンフロック（pin floc）、ストラグラーフロック（straggler floc）、二次清澄器に取り込まれた過剰な固形物、過剰な二次清澄器表面の越流率などにより生じる多くの種類の沈殿問題のため、信頼性が低いことが多い。
したがって、本発明の目的は、活性汚泥処理を促進するシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、二次清澄器内における生物フロックの沈殿速度を速めるようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、二次清澄器内における生物フロックの遅い沈殿速度に関係する問題を解消するようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、活性汚泥システムの能力を向上するようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水から汚染物質を効率的に取り除くようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、経済的なシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、より信頼性を高めるようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、よりロバストなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水からの汚染物質の除去を促進するようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水からの浮遊物質の除去を促進するようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、ＭＬＳＳ濃度を高くして、能力を向上することのできるようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水の流れ及び／又は負荷を増やして、能力を向上することのできるようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、ＭＬＳＳ濃度を高くして、混合液中のアンモニアの硝化を促進することのできるようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水からの窒素の除去を促進するようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、廃水からのリンの除去を促進するようなシステム及び方法を提供することにある
本発明のさらなる目的は、活性汚泥システムの標準設置面積を減らすようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、活性汚泥システムの設置費及び土地要件を減らすようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、より小型の曝気槽及び清澄器の利用を可能にするようなシステム及び方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、高品質の二次廃水を提供することのできるシステム及び方法を提供することにある。本発明のさらなる目的は、高品質の二次廃水が、廃水に関する地方、州、及び連邦の規定を満たすことのできるシステム及び方法を提供することにある。
しかしながら、主題発明は、他の実施形態において、これらの目的の全てを達成する必要がなく、また、これの請求の範囲は、これらの目的を達成可能な構造又は方法に限定されるべきではない。
本発明は、活性汚泥処理を促進するシステムであって、少なくとも一の曝気層を含み、廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に供給して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進することを特徴とする。増量剤添着サブシステムは、添着槽を含み、混合液、未使用増量剤、及び再生された増量剤を混合して、混合液中を浮遊している生物フロックに増量剤を添着して、増量された生物フロックを作る。増量剤注入ポートは、曝気層から下流側に位置し、凝集剤を混合液中に導入し、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、増量された生物フロック有する、非添着生物フロック及び／又は部分添着生物フロックの凝集をもたらす。少なくとも一の清澄器は、混合液中から、増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得る。返送活性汚泥サブシステムは、沈殿汚泥の大部分を曝気槽に循環する。増量剤回収サブシステムは、残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行って、そこから増量剤を回収して、増量剤を増量剤添着サブシステムに再導入する。排出サブシステムは、増量剤回収サブシステムの残存沈殿汚泥を排出して、混合液中の微生物群を制御する。
一実施形態において、混合のための混合槽エネルギーは、約１．５ＨＰ／１００ｆｔ３〜約１００／１０００ｆｔ３の範囲内とすることができる。増量剤添着サブシステムは、貯留サブシステムを含み、未使用増量剤を貯留すると共に、未使用増量剤を混合槽に供給することができる。活性汚泥システムの能力は、排出サブシステムにより排出される沈殿汚泥の量を減らすことによって、曝気槽内の混合液浮遊物質濃度を高くすることにより、向上することができる。排出サブシステムにより排出される沈殿汚泥の量を減らして、混合液浮遊物質の濃度を高くし、混合液中のアンモニアの硝化を促進することができる。硝化は、曝気槽内に導入される溶存酸素の量を増やすことにより、促進することができる。曝気槽は、混合液から窒素を除去するように構成された少なくとも一の無酸素領域を含むことができる。曝気槽は、混合液からリンを除去するように構成された少なくとも一の嫌気性領域を含むことができる。凝固剤は、曝気槽、添着槽、又は、凝集剤注入ポートに加えられて、リンを沈降及び／又は凝固により除去することができる。増量剤は、磁鉄鉱を含むことができる。凝集剤は、カチオン性及び／又はアニオン性のポリマーを含むことができる。混合液に対する増量剤の比率は、約１：５〜１よりも大とすることができる。増量剤回収サブシステムは、インラインせん断ミキサーを含み、増量剤から生物フロックを分離することができる。増量剤回収サブシステムは、シングルパス湿式ドラム磁選機を含み、増量剤を残存沈殿汚泥から回収すると共に、回収された増量剤を添着槽に導入することができる。二次廃水は、約３０ｍｇ／Ｌよりも低い全浮遊物質濃度を有することができる。増量剤添着サブシステムは、混合液を、曝気層から、添着槽に供給すると共に、増量された生物フロックを曝気層に返送することができる。増量剤添着サブシステムは、曝気層から下流側及び二次清澄器よりも前に位置させることができる。
本発明はまた、活性汚泥処理を促進するシステムであって、少なくとも一の曝気槽を含み、廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進することを特徴とする。添着サブシステムは、添着槽を含み、混合液、未使用の磁気分離可能無機物、及び再生された磁気分離可能無機物を混合して、磁気分離可能無機物を、混合液中を浮遊している生物フロックに添着して、増量された生物フロックを作る。曝気層から下流側に配置された凝集剤注入ポートは、凝集剤を混合液中に導入し、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、増量された生物フロックを有する、非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす。少なくとも一の清澄器は、混合液から、増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得る。返送活性汚泥サブシステムは、沈殿汚泥の大部分を曝気槽に循環する。回収サブシステムは、残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行って、そこから磁気分離可能無機物の回収を行って、磁気分離可能無機物を、磁気分離可能無機物添着サブシステムに再導入する。排出サブシステムは、磁気分離可能無機物回収サブシステムの残存汚泥を排出して、混合液中の微生物群を制御する。
一実施形態において、前記磁気分離可能無機物は、磁鉄鉱を含む。
本発明はさらに、活性汚泥処理を促進するシステムであって、少なくとも一の曝気槽を含み、廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進することを特徴とする。増量剤添着サブシステムは、曝気層から下流側に位置し、添着槽を含み、混合液、未使用増量剤、及び再生された増量剤を混合して、増量剤を、混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを形成する。凝集剤注入ポートは、曝気層から下流側に位置し、凝集剤を混合液中に導入し、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的注入生物フロックの凝集をもたらす。少なくとも一の清澄器は、混合液から、増量された生物フロックの分離及び収集をして、二次廃水及び沈殿汚泥を得る。増量剤回収サブシステムは、残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行って、そこから増量剤の回収を行って、増量剤を、増量剤添着サブシステムに再導入する。排出サブシステムは、増量剤回収サブシステムの残存汚泥を排出して、混合液中の微生物群を制御する。本発明はまた、活性汚泥処理を促進するシステムであって、少なくとも一の曝気槽を含み、廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進することを特徴とする。増量剤添着サブシステムは、添着槽を含み、混合液、未使用増量剤、及び再生された増量剤を混合して、増量剤を、混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作る。凝集剤注入ポートは、曝気槽から下流側に位置し、凝集剤を混合液中に導入し、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、増量された生物フロックを有する、非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす。
本発明は、さらに、活性汚泥処理を促進する方法であって、本方法は、ステップ：
ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、活性汚泥浮遊物濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと、
ｂ）増量剤を、混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと、
ｃ）凝集剤を混合液に導入して、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと、
ｄ）少なくとも一の二次清澄器にて、混合液から、増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得るステップと、
ｅ）沈殿汚泥の大部分を、ステップa）に循環するステップと、
ｆ）残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、そこから増量剤を回収して、増量剤をステップｂ）に再導入するステップと、及び、
ｇ）ステップｆ）における残存沈殿汚泥を排出して、混合液中の微生物群を制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
一実施形態において、混合液及び生物フロックを所定のエネルギーレベルで混合することにより、増量剤を、ステップｂ）における生物フロック中に添着することができる。混合エネルギーは、約１．５ＨＰ／１０００ｆｔ３〜約１００ＨＰ／１０００ｆｔ３の範囲内とすることができる。活性汚泥処理の能力は、ステップｆ）及びｇ）において除去される沈殿汚泥の量を減らすことによって、ステップａ）での混合液浮遊物濃度を高くすることにより、向上することができる。混合液中のアンモニアの硝化は、ステップｆ）及びｇ）において除去される沈殿汚泥の量を減らすことによって、混合液浮遊物濃度を高くすることにより、促進することができる。硝化は、ステップａ）において混合液中に導入される酸素の量を増やすことにより、促進することができる。混合液からの窒素の除去は、少なくとも一の無酸素領域を利用することにより、促進することができる。沈殿汚泥からのリンの除去は、少なくとも一の嫌気性領域を利用することにより、促進することができる。本方法は、さらに、凝固剤を加えるステップを含み、リンを沈降により及び／又は凝固により除去することができる。増量剤は、磁鉄鉱を含むことができる。凝集剤は、カチオン性及び／又はアニオン性のポリマーを含むことができる。混合液に対する前記増量剤の比率は、約１：５〜１よりも大とすることができる。本方法は、さらに、シングルパス湿式ドラム磁選機を利用することにより、ステップｆ）のせん断された沈殿汚泥から増量剤を分離するステップを含むことができる。二次廃水は、約３０ｍｇ／Ｌよりも低い全浮遊物濃度を有することができる。本発明はまた、活性汚泥処理を促進する方法であって、本方法は、
ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと、
ｂ）磁気分離可能無機物を、混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと、
ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと、
ｄ）少なくとも一の清澄器にて前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得るステップと、
ｅ）前記沈殿汚泥の大部分をステップａ）に循環するステップと、
ｆ）前記残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、そこから前記磁気分離可能無機物の回収を行って、前記磁気分離可能無機物を、ステップｂ）に再導入するステップと、及び
ｇ）ステップｆ）における前記残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の前記微生物群を制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記磁気分離可能無機物は、磁鉄鉱を含むことができる。
本発明は、さらに、活性汚泥処理を促進する方法であって、本方法は、
ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと、
ｂ）増量剤を、前記混合液中を浮遊する前記生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと、
ｃ）凝集剤を前記混合液中に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量されたフロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと、
ｄ）少なくとも一の二次清澄器内にて前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得るステップと、
ｅ）残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共にそこから前記増量剤の回収を行って、前記増量剤をステップｂ）に再導入するステップと、
ｆ）ステップｅ）での残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
本発明はまた、活性汚泥処理を促進する方法であって、本方法は、
ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと、
ｂ）増量剤を、前記混合液中を浮遊する前記生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと、
ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと、
を含むことを特徴とする。
他の目的、特徴、及び利点は、以下の好適な実施形態及び添付図面の記載に基づき、当業者が考え着くであろう。
本発明の活性汚泥処理を促進するシステムの一実施形態の三次元図である。 本発明に従って生物フロックに添着された増量剤の一例を示す三次元図である。 図１に示した増量剤回収システムと共に用いられるインラインせん断ミキサーの一実施形態の概略的な側面図である。 図３Ａに示したインラインせん断ミキサーの概略的な上面図である。 窒素を除去するように構成された無酸素領域とリンを除去するように構成された嫌気性領域とを含む図１に示した曝気槽の一実施形態の概略的なブロック図である。 本発明の活性汚泥処理を促進するシステムの、別の実施形態の概略的なブロック図である。 本発明の活性汚泥処理を促進するシステムの、また別の実施形態の概略的なブロック図である。 本発明の活性汚泥処理を促進する方法の主要ステップを示す、概略的なブロック図である。
以下に記載された好適な実施形態又は各実施形態以外に、本発明はさまざまな方法で、他の実施形態、及び、実施又は想等を可能にする。したがって、本発明は、その適用において、以下の記載又は図面の記載において説明された構成及び構成部材の配置の詳細に、限定されるべきものでないことが理解される。もし、一の実施形態のみがここに記載されていても、これのクレームは、その実施形態に限定されるものではない。さらに、これのクレームは、特定の排除、限定、又は放棄を現す明確かつ説得力のある証拠がない限り、限定的に解釈されるべきものではない。
図１には本発明の活性汚泥処理を促進するシステム１０の一実施形態が示されている。システム１０は、少なくとも一の曝気槽１２を含み、それは、ライン１６を介して、廃水（一次廃水）１４の流れを受け入れる。曝気槽１２は、溶存酸素１８を、外気２２にさらされたライン２０から、微生物群に導入して、混合液浮遊物質（ＭＬＳＳ）濃度、例えば、約８０００ｍｇ／Ｌ、又は、当業者には周知のＭＬＳＳ濃度と同様な濃度により規定される混合液２４（廃水１４と生物フロック２３との組合せ）中にて生物フロック２３の成長を促進する。
システム１０はまた、添着槽２８とミキサー３０とを有する増量剤添着サブシステム２６を含み、それは、混合液２４を曝気槽１２からライン３２を介して受け入れている。添着槽２８はまた、３３で示される未使用増量剤を、例えば供給ホッパー３４からライン３６を介して受け入れており、また３８で示される再生増量剤を増量剤回収サブシステム７４（後述する）から受け入れている。増量剤添着サブシステム２６は、混合液２４、未使用増量剤、及び再生増量剤を添着槽２８内で混合して、混合液２４中を浮遊している生物フロック２３に増量剤を添着して、増量された生物フロックを作っている。一実施形態において、ミキサー３０は、約１．５ＨＰ／１０００ｆｔ３〜約１００ＨＰ／１０００ｆｔ３の範囲内の混合エネルギー、例えば、約２５ＨＰ／１０００ｆｔ３、又は、増量剤を、混合液２４中を浮遊している生物フロック２３中に添着して、増量された生物フロックを作るのに十分な同様の混合エネルギーを利用している。増量された生物フロックは、その後、ライン３７を介して曝気槽１２に送られる。一実施例において、増量剤は、磁鉄鉱、又は、当業者に周知の、生物フロック密度を高める任意の同種の増量剤又は磁気分離可能無機物とすることができる。以下に、より詳しく説明されるように、増量された生物フロックを作ることにより、生物フロック２３の密度を高くすることは、二次清澄器４６内にて生物フロックの迅速な沈殿を促進する。図２は、生物フロック２３中に添着されて、増量された生物フロック２５を作る、増量剤４０の一実施例を示す。
システム１０は、図１はまた、曝気槽１２から下流側に位置する凝集剤注入ポート４２を含み、それは、凝集剤４４を、ライン３５内の混合液２４中に導入する。凝集剤４４は、二次清澄器４６内にて、混合液２４中を浮遊する増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、二次清澄器４６にて、増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的生物フロックの凝集をもたらす。一実施形態において、凝集剤４４は、登録商標ドルーフロック(Drewfloc)2270（アシュランドケミカル、ニュージャージ）のような、カチオン性又はアニオン性のポリマー、又は、当業者に周知の任意の同種のポリマーとすることができる。
増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的注入フロックの凝集は、増量された生物フロックをより大きくして、清澄器４６の沈殿領域６４にて、増量された生物フロックの迅速な沈殿をもたらす。凝集剤４４はまた、増量された生物フロックのサイズを小さく且つ密度を高くすることにより、清澄器４６の肥厚領域６６にて、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進する。これは、増量された生物フロック間にチャネルを作り、それは、清澄器４６の底部６９で水を清澄器４６の上部７１に向けて流すと共に、増量された生物フロックを、二次清澄器４６の肥厚領域６６にて、底部６９に向けて流して、肥厚プロセスを促進する。
二次清澄器４６は、レーキ又はサイフォンのサブシステム６７を使って、混合液から、増量された生物フロックの分離及び収集を行って、ライン５２内には二次又はきれいな廃水５０を、また清澄器４６の底部６９には沈殿汚泥５４をもたらしている。増量された生物フロックは、非添着生物フロックよりも大きな比重、例えば、約２．５を有するので、それらは、二次清澄器４６内にて、一般的な活性汚泥処理システムにおいて利用される非添着生物フロックよりも早く沈殿する。したがって、二次清澄器４６は、効率的かつ十分に、増量された生物フロックを、混合液中から分離して、二次廃水５０を得ている。その結果、システム１０の混合液２４から、増量された生物フロックを分離するのに必要な時間は、一般的な活性汚泥処理と比較すると、短縮される。これは、廃水１４を処理するシステム１０の能力を向上している。したがって、システム１０は、一般的な活性汚泥処理システムよりも、より効率的、十分、信頼性が高く、コスト効果、及びロバストとなる。さらに、清澄器４６及び／又は曝気槽１２のサイズは、小型化することができ、システム１０は、より小さな設置面積で、同じ量の廃水を処理することができる。これは、システム１０の導入コスト及び土地条件を減らす。加えて、背景技術の欄で説明したような、二次清澄器内にて混合液から生物フロックを分離する処理に関する問題は、軽減される。
システム１０は好ましくは返送活性汚泥サブシステム７０を含み、それは二次清澄器４２内の沈殿汚泥５４の大部分を、ポンプ４７を使用して、ライン７２を介して曝気槽１２へ循環する。
システム１０は理想的には増量剤回収サブシステム７４を含み、それは、曝気槽１２に送られなかった残存沈殿汚泥を、ライン７４を介して受け入れて、増量剤を沈殿汚泥から回収すると共に、３８で示されるように、増量剤を増量剤添着サブシステム２６に再導入する。一設計において、増量剤回収サブシステム７４はインラインせん断ミキサー７８を含み、それは、ライン７６内の残存沈殿汚泥をせん断して、ライン７６内の沈殿汚泥中の増量剤を、混合液から分離する。図３Ａは、インラインせん断ミキサー７８の一実施例の側面図を示し、それは、回転子８０と固定子８２とを含む。せん断ミキサー７８は、回転子８０と固定子８２との間に精密嵌合が生じるように設計されている。動作中、回転子８０は、例えば約１０，０００ｒｐｍを超える高速で、図３Ｂ中、８３方向に、駆動されている。その結果、ライン７６内の残存沈殿汚泥中の生物フロックから、増量剤を分離するせん断効果であり、増量剤回収サブシステム７４による増量剤回収を容易化する。
増量剤回収サブシステム７４は、シングルパス湿式ドラム磁選機８０、図１、を含むことができ、それはインラインせん断ミキサー７８により処理された残存沈殿汚泥から、分離された増量剤を、回収すると共に、３８で示されるような、回収された増量剤を、増量剤添着サブシステム２６内に再導入する。シングルパス湿式ドラム磁選機８０のさらなる詳細はまた、これの一以上の発明者による、「湿式ドラム磁選機のための流体シーリングシステム」という名称で２００７年８月１５日付け出願の同時継続出願第１１／８９３，３５０号に開示されており、参照することにより、ここに折り込まれるものである。
システム１０はまた、好ましくは排出サブシステム８２を含み、それは、湿式ドラム磁選機８０により通常処理された、増量剤回収サブシステム７４の残存沈殿汚泥を排出して、曝気槽１２内の混合液２４中の微生物群を制御する。
廃水１４を処理するシステム１０の能力は、排出サブシステム８２により排出される沈殿汚泥の量を減らすことによって、曝気槽１２内のＭＬＳＳ濃度を高くすることにより、向上することができる。排出サブシステム８２により排出される沈殿汚泥の量はまた、減らされて、曝気槽１２内のＭＬＳＳの濃度を高くして、混合液２４中のアンモニアの硝化を促進することができる。硝化処理はまた、ライン２０を介して、曝気槽１２に導入される溶存酸素の量を増やすことにより、さらに促進することができる。
図４では同様の部品には同様の符号が付されており、曝気槽１２’は、混合液２４から窒素を除去するように構成されたミキサー８３を有する無酸素領域８４を含むことができる。本実施例において、循環ライン１００は、ライン３５に接続され、矢印１０１で示されるように、混合液２４を無酸素領域８４に循環する。曝気槽１２はまた、ミキサー８７を有する嫌気性領域８６を含み、混合液２４からリンを除去するように構成されている。本実施例において、返送活性汚泥サブシステム７０のライン７２は、沈殿汚泥を嫌気性領域８４へ循環する。多くの他の可能な生物養分除去構成は、当業者に知られているように、利用することができる。
一実施形態において、凝固剤８８は、図１中、９０で示されるように、曝気槽１２に加えることができ、当業者に知られているように、混合液２４からリンを、沈降及び／又は凝固により、除去する。他の設計において、凝固剤８８は、９２で示されるように、凝集剤注入ポート４２に加えることができ、リンを、沈降及び／又は凝固により、除去する。また別の実施例において、凝固剤８８は、９４で示されるように、添着槽２８に加えることができ、リンを、沈降及び／又は凝固により、除去する。
一実施形態において、増量剤、例えば磁鉄鉱、又は業者には周知の同様の材料の、混合液２４に対する比率は、約１．５〜１．０よりも大きい。一実施例において、二次廃水５０は、３０ｍｇ／Ｌよりも低い浮遊物質濃度を有し、それは、二次廃水５０に関する、地方、州、及び連邦のガイドラインを満足することができる。
図１を参照して上述したように、システム１０は、増量剤添着サブシステム２６を含み、それは混合液を曝気槽１２からライン３２を介して受け入れると共に、増量された生物フロックを、ライン３７を介して曝気槽内に供給するが、これは、本発明に必要な限定ではない。別の実施形態において、図５では同様の部材には同様の符号が付されており、増量剤添着サブシステム２６ａは、混合液２４を曝気槽１２からライン３２を介して受け入れると共に、増量添着サブシステム２６ａにより処理された、増量された生物フロックを、ライン３７を介して、曝気槽１２と二次清澄器１２との間のライン３５に供給する。
他の設計において、図６では同様の部品には同様の符号が付されており、システム１０ａは、曝気槽１２と二次清澄器４６との間に配置された増量剤添着サブシステム２６ｂを含む。本実施例において、廃水１４は、流入廃水１４中に高濃度の生分解性有機物質を有するビール製造システム又は同様の製造システムからのものである場合がある。この設計において、システム１０ａは、流入有機物の除去によって十分な有機体が成長して、混合液２４中に適切な個体数の微生物を維持するので、図１及び図５に示されたような返送活性汚泥サブシステム７０を必要としない。
本発明の活性汚泥処理を促進する方法は、好ましくは、ステップ：
廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質の濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進する、ステップａ）２００；
図７、増量剤を、混合液中を浮遊している生物フロックに添着して、増量された生物フロックを作る、ステップｂ）２０２；
凝集剤を混合液に導入して、増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進して、増量された生物フロックを有する、非添着生物フロック及び／又は部分的添着フロックの凝集をもたらす、ステップｃ）２０４；
少なくとも一の清澄器にて、混合液から生物フロックの分離及び収集をして、二次廃水及び沈殿汚泥を得る、ステップｄ）２０６；
沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、そこから増量剤を回収して、増量剤をステップｂ）２０２に再導入する、ステップｆ）２０８；及び、
ステップｆ）２０８の残存沈殿汚泥を排出して、混合液中の個体数を制御する、ステップｇ）２１０、
を含む。ステップ２００〜２１０の作用については、図１〜６を参照して上に詳細に説明されている。
一実施形態において、本方法は、ステップｆ）２０８及びステップｇ）２１０において除去される沈殿汚泥の量を減らすことによって、ステップａ）２００における混合液浮遊物質の濃度を高くすることにより、活性汚泥処理能力を向上するステップを含むことができる。混合液中のアンモニアの硝化は、ステップｆ）２０８及びステップｇ）２１０において除去される沈殿汚泥の量を減らすことによって、混合液浮遊物質の濃度を高くすることにより、促進することができる。硝化は、ステップａ）２００において混合液に導入される酸素の量を増やすことにより、促進することができる。混合液からの窒素の除去は、ステップａ）２００における少なくとも一の無酸素領域を利用することにより促進することができる。沈殿汚泥からのリンの除去は、ステップａ）２００における少なくとも一の嫌気性領域を利用することにより促進することができる。
活性汚泥処理を促進する本方法はまた、凝固剤を加えるステップを含み、リンを、沈降により及び／又は凝固により除去することができる。活性汚泥処理を促進する本方法は、増量剤を利用することができ、それは、当業者に周知の、磁鉄鉱又は同様の増量剤又は磁気分離可能無機物を含む。本方法は凝集剤を利用することができ、それは、カチオン性及び／又はアニオン性のポリマーを含む。一実施例において、混合液に対する増量剤の比率は、約１．５〜１．０よりも大とすることができる。活性汚泥処理を促進するこの方法はまた、シングルパス湿式ドラム磁選機、例えば湿式ドラム磁選機８０、図１、を利用することにより、ステップｆ）２０８のせん断された沈殿汚泥から、増量剤を分離するステップを含むことができる。一実施形態において、二次廃水は、約３０ｍｇ／Ｌよりも低い全浮遊物質濃度を有することができる。
本発明の特定の特徴は、いくつかの図面には示され、他の図面には示されていないが、これは、単に便宜上のものであり、特徴のそれぞれは、本発明にかかる他の特徴の何れか又は全てと組み合わせることができる。ここに使われた用語、「含む」、「備える」、「有する」、及び「伴う」は、広義かつ包括的に解釈されるべきものであり、いかなる物理的相互接続にも限定されるものではない。さらに、主題出願に記載されたいかなる実施形態も、唯一可能な実施形態として扱われるべきではない。他の実施形態は、当業者が考え着き得るものであり、以下の特許請求の範囲内にある。
加えて、本特許の特許出願の審査の間に提示されたいかなる補正も、出願された際の出願書類中に提示されているいずれのクレーム要素の放棄ともならず：当業者には全ての可能な均等物を文字通りに包含する請求項を作成することは合理的には期待され得ず、多くの均等物は補正の時点では予期不能であり、かつ、（もしあるなら）何が放棄されるべきかの公正な解釈を超えており、補正の基本となる理論的根拠は多くの均等物との弱い関係以上の何者をも持たず、及び／又は、補正されたいずれかのクレーム要素に対する特定の実体のない差し替えを記載することを出願人が期待され得ない多くの他の理由がある。
１０・・・活性汚泥処理を促進するシステム
１２・・・曝気槽
２６・・・増量剤添着サブシステム
４２・・・凝集剤注入ポート
４６・・・二次清澄器（清澄器）
７０・・・返送活性汚泥サブシステム
７４・・・増量剤回収サブシステム
８２・・・排出サブシステム

Claims (41)

  1. 廃水の流れを受け入れると共に溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質の濃度により規定される混合液内にて生物フロックの成長を促進する少なくとも一の曝気槽と、
    添着槽を含み、前記混合液、未使用増量剤、及び再生された増量剤を混合して、前記増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロックに添着して、増量された生物フロックを作る増量剤添着サブシステムと、
    前記曝気槽から下流側に設けられ、凝集剤を前記混合液に導入し、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進し、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす凝集剤注入ポートと、
    前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得る少なくとも一の清澄器と、
    前記沈殿汚泥の大部分を前記曝気槽に返送する返送活性汚泥サブシステムと、
    前記残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行って、前記残存沈殿汚泥から前記増量剤の回収を行って、前記増量剤を前記増剤量添着システムに再導入する増量剤回収サブシステムと、
    前記増量剤回収サブシステムの残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を制御する排出サブシステムと、
    を備えた活性汚泥処理を促進するシステム。
  2. 前記混合槽エネルギーは、約１．５ＨＰ／１０００ｆｔ３〜約１００ＨＰ／１０００ｆｔ３の範囲内である請求項１に記載のシステム。
  3. 前記増量剤添着サブシステムは、貯留サブシステムを含み、前記未使用増量剤を貯留すると共に、前記未使用増量剤を前記混合槽に供給する請求項１に記載のシステム。
  4. 前記システムの能力は、前記排出サブシステムにより排出される前記沈殿汚泥の量を減らすことによって、前記曝気槽内の混合液浮遊物質の濃度を高くすることにより、向上される請求項１に記載のシステム。
  5. 前記排出サブシステムにより排出される前記沈殿汚泥の量が減らされて、前記混合液浮遊物質の濃度を高くし、前記混合液中のアンモニアの硝化を促進する請求項１に記載のシステム。
  6. 前記硝化は、前記曝気槽内に導入される溶存酸素の量を増やすことにより、促進される請求項５に記載のシステム。
  7. 前記曝気槽は、窒素を前記混合液から除去するように構成された少なくとも一の無酸素領域を含む請求項６に記載のシステム。
  8. 前記曝気槽は、リンを前記沈殿汚泥から除去するように構成された少なくとも一の嫌気性領域を含む請求項７に記載のシステム。
  9. 凝固剤が前記曝気槽に加えられ、リンを沈降及び／又は凝固により除去する請求項１に記載のシステム。
  10. 凝固剤が前記添着槽に加えられ、リンを沈降及び／又は凝固により除去する請求項１に記載のシステム。
  11. 凝集剤が前記凝固剤注入ポートに加えられ、リンを沈降及び／又は凝固により除去する請求項１に記載のシステム。
  12. 前記増量剤は、磁鉄鉱を含む請求項１に記載のシステム。
  13. 前記凝集剤は、カチオン性及び／又はアニオン性のポリマーを含む請求項１に記載のシステム。
  14. 前記混合液に対する前記増量剤の比率は、約１：５〜１よりも大である請求項１に記載のシステム。
  15. 前記増量剤回収サブシステムは、インラインせん断ミキサーを含み、前記生物フロックを前記増量剤から分離する請求項１に記載のシステム。
  16. 前記増量剤回収サブシステムは、シングルパス湿式ドラム磁選機を含み、前記増量剤を前記残存凝固汚泥から回収すると共に、前記回収された増量剤を前記添着槽中に再導入する請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記二次廃水は、約３０ｍｇ／Ｌよりも低い全浮遊物質濃度を有する請求項１に記載のシステム。
  18. 前記増量剤添着サブシステムは、前記混合液を前記曝気槽から前記添着槽に供給すると共に、前記増量された生物フロックを前記曝気層に返送する請求項１に記載のシステム。
  19. 前記増量剤添着サブシステムは、前記曝気槽から下流側に且つ前記二次清澄器の前に、配置されている請求項１に記載のシステム。
  20. 廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質の濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進する少なくとも一の曝気層と、
    添着槽を含み、前記混合液、未使用の磁気分離可能無機物、及び再生された磁気分離可能無機物を混合して、前記磁気分離可能無機物を、前記混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作る増量剤添着サブシステムと、
    前記曝気槽から下流側に設けられ、凝集剤を前記混合液に導入し、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす凝集剤注入ポートと、
    前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得る少なくとも一の清澄器と、
    前記沈殿汚泥の大部分を前記曝気槽に返送させる返送活性汚泥サブシステムと、
    残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共にそこから前記磁気分離可能無機物を回収し、前記磁気分離可能無機物を、前記磁気分離可能無機物添着サブシステムに再導入する回収サブシステムと、
    前記磁気分離可能無機物回収サブシステムの前記残存汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を回収する排出サブシステムと、
    を備えた活性汚泥処理を促進するシステム。
  21. 前記磁気分離可能無機物は、磁鉄鉱を含む請求項２０に記載のシステム。
  22. 廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質の濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進する少なくとも一の曝気層と、
    前記曝気槽から下流側に設けられ、添着槽を含み、前記混合液、未使用増量剤、及び再生増量剤を混合して、前記増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作る増量剤添着サブシステムと、
    前記曝気槽から下流側に設けられ、凝集剤を前記混合液中に導入し、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす凝集剤注入ポートと、
    前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得る少なくとも一の清澄器と、
    前記残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行い、そこから前記増量剤を回収し、前記増量剤を前記増剤量添着サブシステムに再導入する増量剤回収サブシステムと、
    前記増量剤回収サブシステムの残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群の制御を行う排出サブシステムと、
    を備えた活性汚泥処理を促進するシステム。
  23. 廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質の濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進する少なくとも一の曝気層と、
    添着槽を含み、前記混合液、未使用増量剤、及び再生増量剤を混合して、前記増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作る増量剤添着サブシステムと、
    前記曝気槽から下流側に設けられ、凝集剤を前記混合液中に導入し、前記増量された生物フロックの沈殿及び肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらす凝集剤注入ポートと、
    を備えた活性汚泥処理を促進するシステム。
  24. 活性汚泥処理を促進する方法であって、
    ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと；
    ｂ）増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと；
    ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び／又は肥厚を促進して、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと；
    ｄ）少なくとも一の二次清澄器にて前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得るステップと；
    ｅ）前記沈殿汚泥の大部分をステップａ）に循環するステップと；
    ｆ）前記残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、そこから前記増量剤の回収を行って、前記増量剤をステップｂ）に再導入するステップと；
    ｇ）ステップｆ）における残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を制御するステップと；
    を備えた方法。
  25. 前記増量剤は、前記混合液及び前記生物フロックを所定のエネルギーレベルで混合することにより、ステップｂ）における前記生物フロック中に添着される請求項２４に記載の方法。
  26. 前記混合エネルギーは、約１．５ＨＰ／１０００ｆｔ３〜約１００ＨＰ／１０００ｆｔ３の範囲内である請求項２５に記載の方法。
  27. 前記活性汚泥処理能力は、ステップｆ）及びｇ）において除去される前記沈殿汚泥の量を減らすことによって、ステップａ）における前記混合液浮遊物質の濃度を高くすることにより、向上される請求項２４に記載の方法。
  28. 前記混合液中のアンモニアの硝化は、ステップｆ）及びｇ）において除去される前記沈殿汚泥の量を減らすことによって、前記混合液浮遊物質の濃度を高くすることにより、促進される請求項２４に記載の方法。
  29. 前記硝化は、ステップａ）における前記混合液に導入される酸素の量を増やすことにより促進される請求項２８に記載のシステム。
  30. 前記混合液からの窒素の除去は、少なくとも一の無酸素領域を利用することにより促進される請求項２９に記載の方法。
  31. 前記汚泥からのリンの除去は、少なくとも一の嫌気性領域を利用することにより促進される請求項３０に記載の方法。
  32. 沈降により及び／又は凝固によりリンを除去する凝固剤を加えるステップをさらに含む請求項２４に記載の方法。
  33. 前記増量剤は、磁鉄鉱を含む請求項２４に記載の方法。
  34. 前記凝集剤は、カチオン性及び／又はアニオン性のポリマーを含む請求項２４に記載の方法。
  35. 前記混合液に対する増量剤の比率は、約１：５〜１よりも大である請求項２４に記載の方法。
  36. シングルパス湿式ドラム磁選機を利用することにより、ステップｆ）の前記せん断された沈殿汚泥から、前記増量剤を分離するステップをさらに含む請求項２４に記載の方法。
  37. 前記二次廃水は、約３０ｍｇ／Ｌよりも低い全浮遊物質濃度を有する請求項２４に記載のシステム。
  38. 活性汚泥処理を促進する方法であって、
    ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと；
    ｂ）磁気分離可能無機物を、前記混合液中を浮遊している生物フロック中に添着して、増量された生物フロックを作るステップと；
    ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び／又は肥厚を促進して、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと；
    ｄ）少なくとも一の二次清澄器にて前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥を得るステップと；
    ｅ）前記沈殿汚泥の大部分をステップａ）に循環するステップと；
    ｆ）前記残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、そこから前記磁気分離可能無機物の回収を行って、前記磁気分離可能無機物をステップｂ）に再導入するステップと；
    ｇ）ステップｆ）の残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を制御するステップと；
    を備えた方法。
  39. 前記磁気分離可能無機物は、磁鉄鉱を含む請求項３８に記載の方法。
  40. 活性汚泥処理を促進する方法であって、
    ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと；
    ｂ）増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロックに添着して、増量された生物フロックを作るステップと；
    ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び／又は肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと；
    ｄ）少なくとも一の二次清澄器にて前記混合液から前記増量された生物フロックの分離及び収集を行って、二次廃水及び沈殿汚泥をもたらすステップと；
    ｅ）残存沈殿汚泥の除去及びせん断を行うと共に、前記残存沈殿汚泥から増量剤を回収して、前記増量剤をステップｂ）に再導入するステップと；
    ｆ）ステップｅ）における残存沈殿汚泥を排出して、前記混合液中の微生物群を制御するステップと；
    を備えた方法。
  41. 活性汚泥処理を促進する方法であって、
    ａ）廃水の流れを受け入れると共に、溶存酸素を微生物群に導入して、混合液浮遊物質濃度により規定される混合液中にて生物フロックの成長を促進するステップと；
    ｂ）増量剤を、前記混合液中を浮遊している生物フロックに添着して、増量された生物フロックを作るステップと；
    ｃ）凝集剤を前記混合液に導入して、前記増量された生物フロックの沈殿及び／又は肥厚を促進すると共に、前記増量された生物フロックを有する非添着生物フロック及び／又は部分的添着生物フロックの凝集をもたらすステップと；
    を備えた方法。
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