JP6271559B2 - スクリーンを用いた水処理用の方法及び装置 - Google Patents

Description

本出願は、2012年9月21日に出願された米国特許仮出願番号61/703,844の利点を主張するものである。米国特許仮出願番号61/703,844の全ての開示が、参照によって本願に組み込まれる。

排水のスクリーニングは、排水処理工場における一般的な処理方法である。排水スクリーンは、回収及び廃棄する大きいまたは不活性な固形物を除去するために、１世紀以上の間用いられてきた。このような残骸を除去するための排水のスクリーニングは、下流のプロセスをそれらの物質から保護するため、通常、上流のプロセスで行われる。最近になって、スクリーンが、不活性な物質を選択及び除去するために、活性汚泥プロセスの中で用いられて来ている。

特許文献１、２、３及び４は、活性汚泥から不活性な物質を除去するためのこのコンセプトのバリエーション及び膜型バイオリアクターを論じており、すなわち、好ましくない固形物の選択が、適用される。活性汚泥プロセスにおけるスクリーンの第二の利用法は、清澄器を膜またはスクリーンで置き換えることにより、最終清澄工程をスクリーンと置き換え、活性フロックを留保して曝気槽へ返送することである。これらの適用は、固系物−液体分離用のフィルタースクリーン及び膜として見なされている。後者の適用の一例は、特許文献５、及び、非特許文献１から３に記述されるプロセスである。スクリーンの他の利用は、特許文献６、及び、固形物−液体分離装置に負荷をかける固形物を低減するために、活性汚泥プロセスにおいて曝気槽と固形物−液体分離装置との間にスクリーンが位置する、非特許文献４に記載されている。固形物−液体分離装置は、清澄器またはフィルター膜であってもよい。

まとめると、ごみを処分し、清澄器を置き換え、または、固形物−液体分離装置への負荷を低減するために、活性汚泥プロセスにおいて、スクリーンが用いられて来た。これらの先行開示プロセスは、固形物の「選択」と「留保」双方のために、または、適切な構造の生物学的固形物を合成し、構成物質を除去するための反応の制御に関連する活性汚泥の性能を向上するために、スクリーンを用いていない。

活性汚泥プロセスの現在の運用の欠点は、汚泥滞留時間が、活性汚泥中のすべての部分に対して同じであることである。この欠点は、例えば、より長い汚泥滞留時間のためにバイオフィルム上に有機体を留保するための樹脂媒体を使用することにより、解決されている。特許文献７及び８を参照。他の選択肢は、比重に基づいて固形物を識別可能なサイクロンの利用を含む（特許文献９）。これらのプロセスは、サイズ、圧縮率、または、スクリーニングに関するせん断特性に基づく汚泥滞留時間の増加を選択しない。

開示される実施形態は、粒子状の構成物質を留保するためのスクリーンを用いた、そのサイズ及び圧縮率に基づく、選択プロセスを含む。特に、スクリーンは、活性汚泥プロセスにおいて、特定の種類の固形成分を「取り出し」「留保する」ために利用され、留保された固形成分は、プロセスの性能を向上する。物質の選択及び留保による、サイズ、圧縮率、及びせん断抵抗が特定の範囲の活性汚泥の固形成分を取り出すこの能力は、本発明の実施形態の主要な特徴である。本発明は、異なる固形物分に対して異なる固形物滞留時間（SRT）で運用される活性汚泥システムをもたらし、成長の遅い有機体を、成長の速い有機体またはそれらの集合体と競って定着可能とする。より厳密な粒子の分離を達成することによって、例えば、成長の速いまたは表在性のバイオマスを成長の遅い集合体の表面から削ぎ取ることにより、または、より圧縮性の高いバイオマスから圧縮性の低いバイオマスを抽出及び留保するための圧力を用いることによって、異なる固形物滞留時間を長期間維持するために、物理的な力（せん断／接線応力、及び／または、法線応力）は増大される。

本発明は、排水に関連する利用に限定される必要はない。ここで記述される装置及び方法は、排水以外の水の処理に関連して利用されてもよい。例えば、本装置及び方法は、農業排水から栄養素を除去するために、及び／または、固形廃棄物の工程から浸出水を処理するために、家畜の糞尿を処理するために、養殖システムから水を処理するために、また、嫌気性消化プロセスから消化物または汚泥を処理するために、また、地下水汚染に対処するために、飲料水を処理するために、また、有害廃棄物を処理するために、用いられてもよい。

４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 ４つの異なる角度で粒子に圧力をかけるスクリーン洗浄を含む、一実施形態に従うスクリーニング装置を示す。 一実施形態に従う活性汚泥プロセスの方法を示すフローチャートである。 一実施形態に従う活性汚泥プロセスの他の方法を示すフローチャートである。 一実施形態に従う活性汚泥プロセスの他の方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従う、サイズに基づき粒状体を留保するスクリーンの効果を表すデータを示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う、サイズに基づくスクリーンの選択による、特定の有機体の固形物滞留時間の効果的な分離を表すデータを示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う、真空スクリーニングによるあるサイズの非圧縮性物質の選択的な留保を示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う、サイズに基づくスクリーンの選択に加えてせん断を適用することにより、選択されない特定の有機体が増加することを示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う、サイズに基づくスクリーンの選択に加えてせん断を適用することにより、選択されない特定の有機体が増加することを示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う、異なる動作の粒子を区別するための、色の強度の利用を示す。 本発明の一実施形態に従う、異なる動作の粒子を区別するための、色の強度の利用を示す。 本発明の一実施形態に従う、異なる動作の粒子を区別するための、色の強度の利用を示す。 スクリーンへの暴露周波数に基づく粒子の分布の選択を表すデータを示すグラフである。

スクリーニング装置の説明：開示される実施形態は、活性汚泥プロセス等の排水処理プロセスにおいて、粒子サイズ、圧縮比、及び／またはせん断に基づいて、粒子を選択し留保するための、スクリーンを提供する。留保される粒子のサイズは、10−10,000ミクロンのサイズ範囲（より好ましくは、10から2,000ミクロンの範囲、さらにより好ましくは100から2,000ミクロンの範囲）の、スクリーンのメッシュのサイズに依存する。メッシュサイズに基づいて、より大きいサイズの粒状体が、より小さいサイズのフロックまたは粒状体と共に、留保可能である。サイズによる留保に加えて、圧縮性または非圧縮性の物質を選択的に留保する能力は、洗浄量または速度、適用される真空または垂直に適用される力に依存する。物質のせん断は、適用される法線応力の量に依存する。洗浄時に圧縮性の物質がスクリーンを通過する傾向が高い程、せん断力の適用時にスクリーンは、粒子を摩耗する。適用されるせん断強度及び時間または周波数に応じて、団粒の表面は削り取られ、全体の粒子サイズは縮小し、せん断抵抗の低い粒子はバラバラになり、洗い流される。従って、図１ａ、図１ｂ、図１ｃ及び図１ｄに示すような、スクリーンの適用に関連する、せん断力（通常接線方向）及び圧縮力（通常垂直方向）またはこれらの力の組み合わせは、より密度の高いまたは固形の構造を有する、適切なサイズの団粒サイズを選択する（例えば、成長の遅いバイオマスの粒状体は、通常、成長の速い凝縮型のバイオマスに比べて、よりせん断抵抗が高く、圧縮性が低い）。また、せん断の適用は、これらのより密度の高い団粒の拡散抵抗を低減し、より活性表面が大きいより小さい粒子をもたらす。これは、スプレーバーからの圧力水頭等の、スクリーンの流れ方向における正圧、または、真空ポンプにより生じる吸引ヘッド等の負圧の圧力等を適用することによって、スクリーニング中に粒子を圧縮する装置の利用により、付加的に達成されてもよい。他のバリエーションでは、有機体の選択を最適化するために、暴露されるせん断速度または時間、粒子の圧縮、または、SRTが、分光光度計または有機体の選択を最適化する他の光学的なアプローチ等の分析機器からの検出値に応じて、手動で、及び／または、自動で調整されてもよい。

図１ａ〜図１ｄは、スクリーニング装置１０の一実施形態の４つの透視図を示している。これらの図で示すように、スクリーニング装置１０は、内部の粒子／固形物分離器２を介して、流入する排水流１を処理し、廃棄物の構成物質を選別して廃棄物流３とし、留保されるべき廃棄物の構成物質４を、排水流１の構成物質から分離する。排水流１は、プロセスから排除される必要のあるより大きいごみまたは粒状体を除去するために、スクリーニング装置１０に流入する前に、事前にスクリーニングされてもよい。スクリーン２の利用は、遮蔽される構成物質４の汚泥滞留時間を増し、より大きい生物学的な粒子に対して選択的な圧力を提供し、従って、遮蔽されない（通過する）構成物質（廃棄物流３）の汚泥滞留時間から遮蔽される構成物質４の汚泥滞留時間を分離する。この汚泥滞留時間の分離は、遮蔽される構成物質４のさらなる反応時間を許す。スクリーニング効果は、遮蔽される構成物質４の汚泥滞留時間を増加または減少するために校正されてもよい。気体、液体、真空、または、物質のある組み合わせを用いたさらなるスクリーン洗浄５が、スクリーニングプロセスにおいてさらなるアシストを行うために、付加されてもよい。スクリーン洗浄５は、限定されることはないが、垂直軸（図１ａ）に沿った、スクリーンに対して垂直な角度での（図１ｂ）、または、水平軸に沿った（図１ｃ）、あるいは、スクリーンに対して平行な（図１ｄ）、様々な異なる方法で、スクリーン２に対して実施可能であり、汚泥滞留時間に異なって作用する。

活性汚泥プロセスにおけるスクリーン装置：開示する実施形態のスクリーンは、排水、または、内部副流等からの他の液体の処理に用いられるバイオリアクターからなる活性汚泥システムにおいて利用可能である。バイオリアクターは、バイオマスの回収または除去のための、浄化器、向流式粒状リアクター、膜、フィルター、気泡浮上分離装置、または、他の分離装置を含む、分離装置に接続される。図２は、一実施形態に従う典型的な活性汚泥プロセスの方法を示すフローチャートである。排水流１１が、任意の第一の分離器１２に流入する。余剰な排水１３は、プロセスから排出され、排水流１４が、バイオリアクター１５に流入する。バイオリアクター１５を出た後に、排水流１６は、他の分離器１７に流入する。分離器１７は、例えば、浄化器、向流式粒状リアクター、膜、フィルター、気泡浮上分離装置であってもよい。従って、残存する排水流１８は、活性汚泥１９から分離され、その一部は、残存する余剰な汚泥がシステムを出る際に、効率的にシステムからより多くを処理するために、バイオリアクター１５に回収２０される。

図３は、一実施形態による、活性汚泥プロセスの他の方法を示すフローチャートである。図３の実施形態は、図２のものと類似するが（類似する構成要素は同一に符号を与えられ、再度説明しない）、バイオリアクター１５からの混合液用のさらなる経路２２を含み、この混合液は、システム内で回収される透明な排水流２４とシステムを出る余剰流２５とに分離される前に、スクリーニング装置２３により処理される。排水流２４の一部は、廃棄（２６）されてもよい。廃棄（２６）される排水流２４の量は、スクリーニング装置２３により留保される物質の汚泥滞留時間を制御するために、調整可能に制御される。スクリーニング装置２３は、連続するバッチ配置でバイオリアクター１５に一体化されてもよく、図３に示すように、バイオリアクター１５から分離されてもよい。分離は、重力または浮遊により、行うことができる。システムの汚泥滞留時間は、図１ａ〜図１ｄに示す分離装置と類似し得る分離装置から連続的にまたは周期的に除去される、余剰な汚泥の量に依存する。余剰な汚泥の除去の増加は、汚泥滞留時間を減少し、逆もまた同様である。

図４は、一実施形態による、活性汚泥プロセスの他の方法を示すフローチャートである。図４に示すように、スクリーニング装置２３は、（図３に示すような）バイオリアクター１５からのさらなる経路に代わり、余剰汚泥１９の回収システムのラインに（バイオマス沈下／浮遊装置に並列または直列に）備えられる。余剰な汚泥の除去は、バイオリアクター１５に続く分離器１７で直接行うことができる。この場合、スクリーンは、バイオリアクターからの、このさらなる余剰汚泥１９の回収システムに配置可能である。図３に示す装置のように、スクリーニング装置２３からの排水流２４の一部が、廃棄（２６）される。図４の装置において廃棄（２６）される排水流２４の量は、スクリーニング装置２３により留保される物質の汚泥滞留時間を制御するために、調整可能に制御され得る。

粒状体の選択方法：ここで説明されるさらなる特徴は、スクリーンの上限及び下限のメッシュサイズに基づいて、フロックまたは粒状体を留保する。特定の粒状体／粒子のサイズの範囲は、より大きいメッシュサイズのスクリーンにおいて非常に大きい粒状体またはごみを捨てることにより、保たれてもよく、それに続き、より小さいメッシュのスクリーンにおいて、非常に小さい粒状体が通過可能とされる。従って、単一のスクリーン、または、直列の複数のスクリーンが、所望のサイズの固形物分の選択的な残留及び／または通過のために利用され得る。機能的には、より大きいサイズの粒子が（ストーキアン沈降に基づいて）より速く沈降し、分離装置において、物質の迅速な除去を許可する。沈降速度の増加は、この増加が、活性汚泥プロセスの設備稼働率を上げ得るため、処理工場に有利である。また、スクリーンは、活性汚泥タンクに通常存在するより拡散性の高い凝集剤分に比べてより大きい粒状の団粒において、反応を管理するための選択プロセスの手助けとなる。また、より大きい団粒は、より小さいフロックには存在しない、共存または共生の組織構造を可能とする。図５は、一実施形態に従う、サイズに基づいて粒状体を留保するスクリーンの効果を表すデータを示す。この例では、212 μmのスクリーンが、嫌気性のアンモニウム酸化（アナモックスまたはAnAOB）細菌粒状体の選択及び留保に用いられた。図５におけるグラフは、212 μmより大きい粒状体のAnAOB活性保持の効果を示している。また、選択は、粒子サイズに加えて、せん断抵抗に基づいてもよい。開示する方法の一実施形態では、選択効果を改善し、せん断抵抗のより大きい固形物分の拡散抵抗を低減するために、さらなるせん断応力が、スクリーンの境界面の操作（例えば、スクリーンのエッジへの機械的な力の適用による、ドラムスクリーンの振動または回転）により、または、液体（例えば、スプレーバーが、スクリーンの前面または後面に配置されてもよい）により、適用される。

生物学的な活性物質を選択、留保、または生物学的に増強する方法：細菌または他の微小生物は、独立した、好気性、無酸素性または嫌気性の粒状体、または、好気性、無酸素性または嫌気性の粒状体の組み合わせを形成し得る。これらの粒状体は、スクリーンにより、活性汚泥プロセス内で、選択及び留保可能である。例えば、図６に示すように、成長の遅いAnAOB粒状体または無機栄養好気性粒状体の、選択及び留保が、スクリーンを用いて実施可能である。また、これらの濃縮され留保された有機体または逆に通過した有機体は、他の処理プロセスに対して、必要に応じて、生物学的に増強可能である。図６は、サイズに基づくスクリーン選択による、特定の有機体の汚泥滞留時間の効果的な分離を表すデータを示している。この例では、212 μmのメッシュサイズのスクリーンでの、サイズ選択に基づくアナモックス（AnAOB）粒状体の効果的な留保が示される。また、より小さい（＜212μm、混合液有機態浮遊物質（VSS）分の32%を占める）粒子に育つ不要な亜硝酸酸化細菌（NOB）は、選択的に洗い流された。好気性のアンモニウム酸化細菌（AerAOB）は、より大きい粒子サイズとより小さい粒子サイズの双方で発見された。従って、このスクリーンの選択は、異なる有機体に対して、この場合は、AnAOB、AerAOB、及び、NOBに対して、異なる汚泥滞留時間（SRT）を可能とした。図６において、AnAOB、AerAOB、及び、NOBの微生物活性度は、混合液、留保分、及び、廃棄分のそれぞれに対して、それぞれ、柱Ａ、Ｂ及びＣで表わされる。

化学的な反応物質を選択及び留保する方法：活性汚泥に化学的な反応物質を添加する必要が、時として存在する。例えば、活性炭、イオン交換樹脂、または、金属／非金属触媒が、排水または活性汚泥からの水溶性の微視的成分またはイオンの吸着、処理、反応、または、取り出しのために、添加されてもよい。これらの化学的な反応物質は、活性汚泥または他の処理タンクに添加されてもよい。活性炭、触媒及びイオン交換樹脂等の、後続する物質の選択的な留保または除去が、スクリーンを用いることにより、促進可能である。例えば、エストロゲン化合物または薬剤等の汚染が、留保される活性炭を通じて、選択的に除去可能である。また、アンモニウムまたはリン酸イオンを除去するために、イオン交換樹脂を用いることもできる。活性汚泥の物理的特性を改善するために（例えば、沈降性を改善するために）、他の不活性物質を利用することもでき、続いて、スクリーンを用いて選択的に留保される。

サイズ、圧縮比、及び、せん断に基づくSRT選択のための装置：真空スクリーン、ロータリー／ドラムスクリーン、ステップスクリーン、振動スクリーン、または、静止スクリーンを含むが限定されない、幾つかのタイプのスクリーンが、開示される実施形態における利用に対して、利用可能である。図７は、真空スクリーンによる、あるサイズの非圧縮性の物質の、選択的な留保を示す。この例では、フロックに育った有機体（圧縮性の物質）が、サイズ及び圧縮率に基づくスクリーンの選択により、より効果的に洗い出され（混合液VSSの32%に比べて62%）、この場合、これは、212 μmのスクリーンでの真空スクリーニングにより行われた。図７は、図６に示されるサイズのみに基づく選択性の低さに比べた、サイズ及び圧縮率に基づくAerAOBフロックのより多くの洗い出しを示している。この方法は、圧縮性のフロックのSRTと非圧縮性の粒状体のSRTとの間の、より明確な分離を許可する。図７において、AerAOB及びNOBの微生物活性度は、混合液、非圧縮性の留保分、及び、廃棄分のそれぞれに対して、それぞれ、柱Ｂ及びＣで表わされる。

図８Ａ及び図８Ｂは、粒状体の表面に成長する不要な細菌を物理的に除去する、粒状体の表面へのせん断力の適用のデータを示している。この例では、AerAOB/NOB層によりカバーされるアナモックス粒状体を含む留保分（212 μm）に、せん断力が適用された。212 μmのスクリーンにより留保された粒子へのせん断の適用により、AerAOB及びNOB層は、効果的に剥ぎ取り可能である。その効果は、適用されるせん断力に比例した。これは、サイズ及び圧縮率に基づく選択と組み合わせたせん断の適用が、粒状体の組成の制御と、それらの特定の留保とを共に可能とし得ることを示した。留保されるバイオマスは、それぞれ635 s^-1及び1099 s^-1でのせん断の適用により、74%から72%に、剥ぎ取りなしの状況に対しては56%に、低減する。図８Ａにおいて、サイズのみに基づくスクリーニング、第一のせん断を伴うスクリーニング、及び、第二のせん断を伴うスクリーニングの、AerAOB活性度が、混合液、留保分、及び、廃棄分のそれぞれに対して、それぞれ柱Ａ、Ｂ及びＣで表わされる。図８Ｂにおいて、サイズのみに基づくスクリーニング、第一のせん断を伴うスクリーニング、及び、第二のせん断を伴うスクリーニングの、NOB活性度が、混合液、留保分、及び、廃棄分のそれぞれに対して、それぞれ柱Ａ、Ｂ及びＣで表わされる。

サイズ、せん断、圧縮率、及び、SRTを制御及び調整する装置：開示する実施形態におけるスクリーンの利用は、さらなる処理時間を提供するために明確に選択された、取り出された物質の汚泥滞留時間を増やし調整するために、特に役立つ。スクリーニングされる物質のタイプを調整するために、分析及び制御が用いられ得る。図９は、異なる性能の粒子を区別するための、カラー強度の利用を示す。この例では、赤色の強度（図９Ａ）、緑色の強度（図９Ｂ）、及び、青色の強度（図９Ｃ）が、AerAOB/NOB層（通常茶色）でカバーされたアナモックス粒状体（通常明るい赤色）を含む留保分と、900秒で1099 s^-1のせん断速度の適用後の留保分とで測定された。せん断力は、赤色の強度を著しく増大可能であり、これは、AerAOB/NOB活性度のより多くの損失に関係し得る（図８参照）。緑色及び青色の強度曲線においても、強度のズレが観察された。従って、制御アルゴリズムは、適用されるせん断及び圧縮率を調整するために、開発されても良い。

図１０は、スクリーンを通じた排出による、ある粒子の分布の選択が、スクリーンへの暴露周波数に依存することを示している。この例では、212 μmのスクリーンへの汚泥のより頻繁な暴露、すなわち、低いSRT（12日）での運用が、スクリーンのメッシュサイズ回りの粒子の分布を選択した。長いSRT（30-69日）、従って、スクリーンへの暴露頻度が低い運転は、より大きいサイズの粒子を許可し、スクリーンサイズより小さい粒子は、より効果的に洗い出された。従って、制御アルゴリズムは、スクリーニング周波数またはプロセスのSRTを調整するために、開発されても良い。

要約すると、サイズ、せん断、圧縮率及びSRTに基づく、選択、留保、検出及び制御のためのスクリーニング装置が、記載されている。粒状体、生物起源の有機体、及び、化学反応物質の選択法が、スクリーニング装置の主要な特徴と考えられる。また、スクリーンの留保分または通過分の生物学的な増強も、提案されている。図示される装置及び方法は、一実施形態として、活性汚泥システムに適用されてもよい。

本発明は、廃水を処理するための、活性汚泥システム１００（図１ａ）（または、他の適切なシステム）内での、粒子の選択及び留保のための装置に関する。本発明の一態様によれば、この装置は、入力流１から粒子を選択するために、10ミクロンから10,000ミクロンまでの範囲のメッシュサイズを適用する、分類用のスクリーン２を有する。入力流１は、タンク１０２からの混合液、主たる固形物−液体分離器１０４からの固形物回収流、または、抽出された廃棄−固形物流であってもよい。運転中、選択された粒子４（例えば、留保された粒状体）が、装置の上流部分、例えばタンク１０２、主たる固形物−液体分離器１０４、または、廃棄−固形物流へ返送されることにより回収される。しかしながら、必要であれば、選択された粒子４の一部（すなわち、留保分の一部）は、選択される粒子の汚泥滞留時間を制御するために排出されてもよい。従って、スクリーニング装置により留保される分の一部は、部分的または全体的に、上流部分へ返送される。その分が部分的にのみ上流部分に返送される場合、返送されない物質は、排出されてもよい（図３及び図４の２６）。

必要であれば、装置は、スクリーン２の上流側に配置され、スクリーニング中に正圧５を粒子に適用することにより、粒子を圧縮する、装置１４４（図１ｂ）を備えてもよい。この装置１４４は、例えば、スプレーバーに接続される圧力ヘッドであってもよい。また、必要であれば、装置は、スクリーン２の下流側に配置され、スクリーニング中に負圧１０８を粒子に適用することにより、スクリーン２の上流側に位置する粒子を圧縮する、装置１０６（図１ｅ）を備えてもよい。この装置１０６は、吸引ヘッドであってもよく、真空１０８が、適切な真空ポンプにより生じてもよい。

必要であれば、装置は、スクリーニング中に粒子にせん断力を適用するメカニズムを備えてもよい。せん断力は、振動スクリーンの周期的な振動動作により、または、回転ドラムスクリーンの回転動作により、または、スクリーン２の上流の分離混合せん断装置により、あるいは、濾過流１のスクリーン２へのより頻繁な回収により、生じてもよい。図１ａ、図１ｂに示すスクリーン２は、例えば、振動スクリーンまたは回転ドラムスクリーンであってもよい。スクリーン２の上流に配置される分離混合装置１１０が、図１ｆに概略的に示される。

本発明の他の態様によれば、スクリーニングされる物質のせん断抵抗に基づいて、好ましい選択が行われる。この態様によれば、物質のよりせん断抵抗の高い部分が留保（４）され、暴露されるせん断速度または時間は、有機体または粒子の選択を最適化するために、分析または検出機器１２０を用いて、手動または自動で制御される。運転中、分光光度計であってもよい機器１２０は、信号１２２を制御装置１２４に送り、制御装置１２４の出力が、有機体または粒子の選択を最適化するために、オペレーターにより利用されてもよい。選択される有機体または粒子は、スクリーニングされる構成成分４であってもよい。選択されない有機体または粒子は、廃棄流３に流入してもよい。分析または検出機器１２０は、本出願において説明され示されるあらゆるスクリーニング装置と共に利用されてもよい。分析または検出機器１２０は、各スクリーンの上流（すなわち、留保側）または下流（通過側）に配置可能されてもよい。

本発明の他の態様によれば、装置は、スクリーン２の上流側での物質の圧縮率に基づく好ましい選択のために構成されてもよい。この態様によれば、圧縮率の低い分が留保（４）され、粒子の圧縮は、有機体または粒子の選択を最適化するために、制御装置１２４と協働する、分析または検出機器１２０を用いて、手動または自動で制御される。また、同様に、スクリ−ンサイズの調整は、分析機器を用いて調整可能であり、選択される有機体または粒子は、スクリーニングされる構成物質４であってもよい。選択されない有機体または粒子は、廃棄流３に流入してもよい。

また、本発明は、複数の汚泥滞留時間を維持するために、複数の固形物分を分離する装置に関する。この装置は、分類用のスクリーン２を用いて所望の閾値を超える汚泥滞留時間を有する固形物分を好ましくは選択し、他の固形物−液体分離器を用いてより短い汚泥滞留時間を有する固形物分を維持するように、構成されてもよい。本発明のこの態様によれば、留保される汚泥分及び通過する汚泥分は、選択される固形物の汚泥滞留時間を調整するために、最小で0重量%から最大で100重量%に調整される相対比を有してもよい。汚泥滞留時間の調整は、より長い汚泥滞留時間及び／またはより短い汚泥滞留時間に対して、それぞれ、分類用のスクリーンのサイズの交換及び／または固形物−液体分離器の交換を含んでもよい。汚泥滞留時間の調整は、スクリーンの孔のサイズの調整、または、スクリーンへの、せん断、圧縮、真空、振動、及び／または、他の機械的な力の適用の調整を含んでもよい。また、汚泥滞留時間は、有機体または粒子の選択を最適にするために、制御装置１２４と協働する分析または検出機器１２０の検出値に応じて、手動で、または、自動で、調整されてもよい。

一実施形態によれば、スクリーン２は、必要であれば改良された沈降特性を示し得る粒状固形物の一部または全部を選択してもよく、一方、同じスクリーン２は、非粒状固形物の一部または全部の通過を許可する。必要であれば、より大きいサイズが留保され、より小さいサイズの固形物分が通過するように、粒子サイズに基づいて、好ましい選択が行われる。他の実施形態によれば、圧縮性またはせん断抵抗に基づいて、好ましい選択が行われ、圧縮性の低い固形物分またはより高いせん断抵抗の固形物分が留保（４）される。

本発明の他の態様によれば、選択効果を改善し、より高いせん断抵抗の固形物分の拡散抵抗を低減するために、さらなるせん断応力（または力）が、スクリーンの境界の操作により、または、液体５により、適用されてもよい。

本発明の他の態様によれば、図１ｇに概略的に示すように、一連のスクリーン２、２´が、選択のための上限及び下限サイズ範囲を選ぶために用いられる。この態様によれば、上限サイズ範囲以上で、下限サイズ範囲以下の粒子サイズは通過する（すなわち、選択されない）。図示される実施形態（図１ｇ）では、第一のスクリーン２´が、上限サイズ範囲を有し、第二のスクリーン２が、下限サイズ範囲を有してもよい。第一のスクリーン２´により留保される固形物分２００は、廃棄流３に流入する。第二のスクリーン２により留保される固形物分２０２は、留保流４に流入する。第二のスクリーン２により留保されない固形物分２０４は、廃棄流３に流入する。

必要であれば、留保される汚泥分２００、２０２、と、通過する汚泥分２０４との相対比は、最小で0重量%から最大で100重量%まで調整可能である。この調整は、選択される固形物の汚泥滞留時間を調整するために用いられてもよい。

上述した方法は、凝集剤または分散固形物を含む、非粒状固形物に適用されてもよく、粒状固形物は、好気性、無酸素性または嫌気性、あるいは、これらの条件の組み合わせ下で、選択され留保されてもよい。

本発明の一態様によれば、分類用のスクリーン２は、混合液、返送汚泥、または廃棄汚泥を含む生物学的な排水処理システムの任意の箇所で、反応炉（混合液）または回収流（RAS）から直接取られる廃棄汚泥流１に適用されてもよい。また、留保される固形物またはスクリーン２を通過する固形物は、他のプロセスにおいて生物学的に増強されてもよい。

スクリーニングされた固形物４は、生物起源であってもよい。それらは、例えば、嫌気性のアンモニア酸化有機体またはメタン生成有機体等の成長の遅い有機体、好気性有機体または無酸素有機体、及び／または、空気または他の物質への暴露に基づき特化分を成長させるために共生共存できる有機体で構成される。本発明の一態様によれば、成長の速い有機体の汚泥滞留時間に対して成長の遅い有機体の汚泥滞留時間を制御可能に増やすために、成長の遅い有機体は、一つ以上のスクリーンで留保され、活性汚泥プロセスの上流部位に部分的または全体的に返送されることが好ましい。

本発明の他の態様によれば、スクリーニングされた固形物４は、化学的な反応特性を有してもよい。スクリーニングされた固形物４は、樹脂、吸着剤、または、触媒の形であってもよく、それらは、汚染を除去するために用いられてもよい。

本発明の他の態様によれば、汚泥滞留時間の調整は、より長い汚泥滞留時間及び／またはより短い汚泥滞留時間それぞれに対して、分類用のスクリーンのサイズ、及び／または、固形物−液体分離器の交換を必要とする。

本発明は、上述され、図に示された、構造、方法、及び、手段に限定されない。本発明は、別途明記する特許請求の範囲により規定される。

米国特許番号4,541,933 米国特許番号5,824,222 米国特許番号6,814,868 米国特許番号7,569,147 米国特許番号6,821,425 米国特許番号3,959,124 米国特許番号5,458,779 米国特許番号7,854,843 米国特許出願公開2011/0198284 A1

Kiso等による2005年の科学文献 Tewari等による2010年の科学文献 Ren等による2010年の科学文献 Hernandez等による2002年の科学文献

Claims (14)

1. 粒子を選択し留保する装置であって、前記装置は、
   バイオリアクタータンクと、
   スクリーニング装置であって、前記バイオリアクタータンクの下流側に設けられ、10−5,000ミクロンの範囲でメッシュサイズを適用する、前記バイオリアクタータンクの混合液から粒子を選択するためのスクリーンを含むスクリーニング装置と、
   主たる固形物−液体分離器からの、または、抽出された廃棄物−固形物流からの、固形物の回収流と、
   スクリーニング中に正圧または負圧を印加することにより粒子を圧縮する装置と、
   を含み、
   好ましい選択が圧縮率またはせん断抵抗に基づいて前記スクリーニング装置内において行われ、圧縮率が低い部分またはせん断抵抗が高い部分は前記スクリーンを通過せずに前記スクリーニング装置に留保され、他方、圧縮率が高い部分またはせん断抵抗が低い部分は前記スクリーンを通過して前記スクリーニング装置に留保されず、
   前記装置が、前記スクリーンを通過しない前記部分の少なくとも一部を、粒子を選択し留保するための前記スクリーニング装置の上流側に位置する廃水処理システムの一部に返送するように構成されている、装置。
2. 振動スクリーンの使用時には前記スクリーンの周期的な振動動作により、
   回転ドラムスクリーン使用時には回転動作により、または、
   前記スクリーンの上流の分離混合せん断装置により、あるいは、
   前記スクリーンへのろ過流の回収の増加により、
   前記粒子にせん断応力（力）を適用するメカニズムをさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記スクリーンにより留保される有機体または粒子の選択を最適化するために、暴露されるせん断速度または時間が、分析または検出機器を用いて、手動でまたは自動で制御される、請求項１に記載の装置。
4. 前記スクリーンにより留保される有機体または粒子の選択を最適化するために、粒子の圧縮率が、分析または検出機器を用いて、手動でまたは自動で制御される、請求項１に記載の装置。
5. 前記スクリーンは、必要であれば改善された沈降特性を示し得る粒状固形物の一部または全部を選択し、同じ前記スクリーンが、他の非粒状固形物の一部または全部の通過を許可する、請求項１に記載の装置。
6. 留保された粒子の上限及び下限サイズ範囲を選ぶための一連のスクリーンをさらに含む、請求項１に記載の装置。
7. 粒状固形物が、好気性、無酸素性または嫌気性、あるいは、これらの条件の組み合わせ下で、選択及び留保され、非粒状固形物が、凝集剤または分散固形物を含む、請求項１に記載の装置。
8. 留保された粒子または前記スクリーンを通過した部分が、生物学的に増強される、請求項１に記載の装置。
9. 留保された粒子が、生物起源であり、嫌気性のアンモニア酸化有機体またはメタン生成有機体等の成長の遅い有機体、好気性有機体または無酸素有機体、空気または他の物質への暴露に基づき特化分を成長させるために共生共存できる有機体を含む、請求項１に記載の装置。
10. 留保された粒子が、化学的な反応特性を有し、汚染を除去するための、樹脂、吸着剤、または、触媒の形である、請求項１に記載の装置。
11. 廃水を処理する活性汚泥システムであって、前記活性汚泥システムが、請求項１に記載の装置を含む活性汚泥システム。
12. 留保された粒子が有機体または反応物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. スクリーニング中に正圧または負圧を印加することにより粒子を圧縮する前記装置が、前記スクリーンの上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. スクリーニング中に正圧または負圧を印加することにより粒子を圧縮する前記装置が、前記スクリーンの下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。