JPH06507573A - 液体処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■賄 本発明は、懸濁物を含む液体、例えば下水を処理する方法、およびそのような液 体の処理に用いられる装置に関する。より特定すると、本発明は、現在入手可能 な下水処理技術に代わる、簡単で比較的安価な技術に関するものであるが、これ に限定されるものではない。

下水は、家庭および工業廃水を表す一般的な語である。このような廃水は、一般 に粒状の有機および無機物質（例えば懸濁固体）を含み、微生物の含有率が高い ことが多い。更に、工業上の過程および家庭からの様々な不純物と共にリン酸塩 、硝酸塩などの他の成分も、溶液中にまたはコロイド（非常に小さな沈澱不可能 な粒子）として存在し得る。

下水処理の目的は、望ましくない成分を取り除いて、得られた排出物が例えば海 または川に安全に廃棄し得るようにするために、廃水を清浄化することである。

特に、下水中の分解性有機物質を除去することは重要である。なぜなら、このよ うな有機物質は、残留して好気性細菌により分解されると、それが排出される水 の中の生物の生命を支えるために必要な酸素の量を大幅に減少させるからである 。明かな環境上の理由により、下水から病原性の微生物を取り除くこともまた、 非常に望まれる。

このように環境を考慮した結果、下水処理プラントから最終的に排出される排出 物に関して関連する責任当局が設けている純度の規定は、ますます厳しいものに なりつつある。欧州においては、Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｍｍ１ｓｓ−ｆａｎ　 （欧州委員会）が、下水処理工場からの最終排出物に含まれる懸濁固体および細 菌性（および場合によってはウィルス性）物質の含有率、および得られた排出物 の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）に対してより高い基準を設けたか、あるいは設 けようとしている。英国のＮａｔｉｏｎａｌ　Ｒｉｖｅｒｓ　Ａｕｔｈｏｒｉｔ ｙ（ＮＲＡ）　（国立河用局）もまた、厳しい目標を設け、基準に合わない場合 は法的手続きにより重い罰金を課すとしている。米国における基準も同様に厳し い。

従来の下水処理においては、流入する下水は初期スクリーニングにかけられ、グ リッドが単離される。その後、一連の段階を経て清浄化された排出物となる。典 型的には、段階は以下のようなものである： （ｉ）第１次沈澱 （ｉｆ）生物学的処理 （ｆｉｔ）第２次沈澱 （ｉｖ）第３次沈澱および／または （Ｖ）第３次処理 典型的には、第１次沈澱ではすべての大きな固体および一部の微小な固体が下水 から取り除かれるが、通常、物質の細菌性、コロイド状、または分解成分が減少 することはない。

従って、この物質は、生物学的処理およびそれに続く第２次設定の段階に進み、 排出物から沈澱可能な固体および酸化可能な有機物質が取り除かれる。この段階 において通常排出物が廃棄される。典型的には、下水工場の排出物は、ｌｏｏｍ ｌにつき、１０６大腸菌性生物を含んでいる。しかし、現行の基準の中には更に 第３次処理により廃水中の更なる汚染物、例えばアンモニアまたは窒素およびリ ン酸塩の別の形態の除去を必要とするものもある。細菌含有率を減少するために 、通常塩素のような殺菌剤が用いられるが、これらは排出物が排出される水に対 して２次的な有害な影響を与える。

現行の沈澱技術の別の不利な点（細菌の含有レベルを実質的に減少できないこと とは別に）は、非常に遅くて、その結果適度な速度の流れを処理するにも極端に 大きな鉢が必要であるということである。

下水の化学的処理はよく知られている。特に、下水の安定化および濾過前のスラ ッジの状態を凝固させるためのものとして石灰が知られている。石灰は、他の凝 集剤／凝固剤と共に用いられ得る。更に、金属凝固剤、例えばアルミニウムおよ び鉄化合物は、廃水処理に広（用いられている。更に、飲料水および家庭用水用 に処理された水の質を同上させるために、高分子電解質（カチオン、アニオン、 または非イオン）がよく用いられる。

「流体力学」的セパレータとして知られるセパレータは、低エネルギー装置であ り、懸濁固体物質を含む液体を円筒状の容器内で種かに回転させることにより、 固体物質が重力により基部に落下して、装置の複雑な流パターンにより引き起こ される内方付勢効果により中央下部の流出口に同かう流れができるという原理に 基づいて動作する。装置は、液体／固体混合物からの固体物質をよりよく沈澱さ せるのに適していることが知られている。従って、このような装置は、流入する 未処理の下水から硬質のグリッドを単離させる下水処理に用いられてきた。硬質 のグリッドが取り除かれた下水は、その後、従来の下水処理工場に運ばれる。こ れらはまた、従来の下水処理工場の上流で「ストーム水過剰」として用いられ、 下水処理工場が過剰水に対応できないストーム状態において大量の汚染物が確実 に液体から単離されるようにする。このようなセパレータはまた、カナダのＧａ ｎｄｅｒという町からの希釈下水を塩化鉄の添加により処理して受容可能な排出 物を生成するためにも用いられてきた。このタイプの「流体力学的」セパレータ は、例えば我々の英国特許明細書第２０８２９４１号（米国特許第４４５１３６ ６号に対応）および第２１５８７４１号（米国特許第４７４７９６２号に対応） に記載され、クレームされている。

本発明の根拠は、上記した一般的なタイプのセパレータは、これを２台前後に並 べて作動し、好適には２段階の化学的処理を経た場合、即時廃棄可能な最終排出 物を生成するために用いられ得るという発見である。最も驚くべきことは、この ような構造から得られる排出物の細菌の含有率が大幅に減少していることである 。これは、下水からの排出物中の細菌コロニーが通常しつこく残留すること、お よび標準の技術を用いて良質の排出物を生成するために通常必要な装置の複雑性 を考えると、最も予期されないことである。

このように、本発明の第１の局面によると、以下の工程を含む、懸濁固体を保持 する液体を処理する方法が提供される。

（ｉ）該液体を第１次処理容器に導入し、該液体中における懸濁固体を凝集させ ることにより、該液体が該第１次容器に残留を許可される時間内に如何なる実質 的な度合いにも沈澱可能でない凝集物を生成する工程と、 （ｉｉ）該凝集物を含む水性成分を該第１次処理容器から、沈澱可能な性質を有 する凝集物を生成する第２次処理容器に移動させる工程と、 （ｆｉｔ）該第２次容器において該凝集物を重力下で沈澱させ、元の液体に比べ て懸濁固体の濃度が実質的に減少した水性成分を回収する工程。

該第１次容器において該液体が、該第１次容器の垂直軸回りを循環する低エネル ギー循環流を含む流れパターンに曝されて、それにより元の液体から、懸濁固体 を含む実質的に沈澱不可能な凝集物を生成するための条件が供給され、該第２次 容器において、該第１次処理容器からの水性成分が、該第２次容器の垂直軸回り を循環する低エネルギー循環流を含む流れパターンに曝されて、それにより急速 に凝集物を生成して急速に沈澱させるための条件が供給される。

本発明の第２の局面によると、以下の工程を含む、懸濁固体を保持する液体を処 理する方法が提供される。

（ｉ）該液体を第１次処理容器に導入し、該容器の中央垂直軸回りに低エネルギ ー循環流を起こし、外側の比較的速い循環領域と内側の比較的遅い循環領域との 間において、循環液体の変形領域を確立し、該循環流のパターンと該確立した変 形領域とが、該液体が該第１次容器に残留を許可される時間内に如何なる実質的 な度合いにも沈澱可能でない凝集物を生成するために該容器中において該懸濁固 体を凝集させるための条件を供給する工程と、 （ｉｉ）該沈澱不可能な凝集物を含む水性成分を該第１次処理容器から円筒状の 第２次処理容器に移動させ、そこにおいて該水性成分の、該容器の中央垂直軸回 りにおける低エネルギー循環を起こし、外側の比較的速い循環領域と内側の比較 的遅い循環領域との間において、循環液体の変形領域を確立し、該循環流のパタ ーンと該確立した変形領域とが、沈澱可能な性質を有する凝集物を生成するため に元々該第１次容器において生成された該凝集物を更に凝集させるための条件を 供給する工程と、 （ｉｉｆ）該第２次容器において該凝集物を重力下で沈澱させ、元の下水に比べ て懸濁固体の濃度が実質的に減少した水性成分を回収する工程。

本発明の好適な実施態様において、懸濁固体を含む液体は、液体下水である。本 発明は、液体下水を処理するために用いられる場合、元の下水に比べて実質的に 減少した細菌の含有量を有する最終排出物を形成することが判明している。

第１次および第２次容器において主に用いられる流れパターンは、我々の英国特 許第２０８２９４１号（米国特許第４４５１３６６号に対応）において最初に記 載したセパレータ装置において確立され、更に我々の欧州特許第０１６２６５０ 号（米国特許第４７４７９６２号に対応）において記載したものであり得る。こ れらのセパレータ装置は実質的に、円筒状の外壁と一端に基部とを有する容器を 含む。（容器の上部は開または閉状態であり得る。

）容器内に本体が設けられ、本体が基部とともに、外壁から距離を隔てた環状開 口部を規定する。環状開口部は好適には、中央垂直軸から半径の約０．４倍の距 離と０．　５倍の距離との間にあるべきである。本体は、容器の中実軸に整合し た逆円錐形であり得る。円錐は中空であっても内部が充填されていてもよく、円 錐中を軸に沿って延びる中央開口部が設けられ得る。更に、容器の上部領域には 、容器の外壁から距離を隔て、容器内において下方に突出した環状ディッププレ ートもまた設けられている。容器の上部領域にはまた、容器から流出口への液体 の直接の軸方向の流れを不明確にする、軸方向に設けられたの水平整流部材が設 けられている。これらの特徴を有するセパレータ装置において、容器中の液体が 容器の垂直軸回りに循環すると、複雑な流パターンが確立される。

この流れパターンは、装置がセパレータモードである場合は固体の効率的な単離 に不可欠であるが、更に、液体中に保持されている沈澱不可能な物質をより凝集 させるということが判明している。確立された複雑な流れパターンは、簡潔化さ れて容器の中央垂直軸回りの循環流として表される。循環流は、外側の比較的速 い流と内側の比較的遅い流とに分割され、これら２つの領域の間の変形領域が、 環状ディッププレートの下端と環状開口部の口を規定する本体の端部とにより確 立される。容器内におけるエネルギー損失のために、流れ速度は、容器の基部に 近づ（に従って減少する。

本発明の基本的原理は、２段階処理において、下水のような液体から沈澱不可能 な物質を凝集して除去することである。

第１の段階において、下水中の微細な懸濁物質が凝集されて粒径１００μｍまで のいわゆる「ピン凝集物」となる。「ピン凝集物」は、液体が第１次容器内に残 留することを許可される時間内には沈澱不可能であるが、第２次容器において固 体物質が高密度の沈澱可能な形態（例えば、粒径１ｍｍ以上の凝集物）に凝集さ れることを可能にする。２つの段階が実行される条件は非常に重要である。なぜ なら、（ａ）容器における凝集物の初期形成およびそれに続く発展が比較的速く 起こる（容器が比較的小型であり得ることを確実にするために）こと、および（ ｂ）凝集物が一旦形成された後、破壊または分解されないことが重要だからであ る。これらの基準は、明かな矛盾を呈する。なぜなら、凝集物を急速に形成する ために必要な条件（下水を徹底的混合すること）は、凝集物を機械的に破壊する ことにつながるからである。特に、粒子性の物質の凝集物が、変形領域と連結さ れた循環液体流を有する容器中でうまく発展し得るということは、確立された実 例に反する。なぜなら、変形領域は、凝集物の形成を促進するのではなく、凝集 物を分解するためのものであるからである。

従って、本発明によると、液体下水の沈澱不可能な成分が急速に沈澱可能な凝集 物に形成されて受容可能な排出物となり得るということは最も驚くべきことであ る。

理論に縛られなければ、第１次および第２次容器中で確立された変形領域が粒子 性物質の懸濁物を混合するために理想的な環境を提供し、それによって下水中の 粒子が互いに穏やかに接近して凝集物が急速に形成されると現在考えられている 。驚（べきことに、凝集物は認識可能な程度には分解されず、第１次容器におい ては懸濁物のままであり、第２次容器においてその基部に沈澱して除去される。

本明細書において用いられる用語「懸濁固体」は、コロイド状粒子だけでなく、 液体中の他のより大きな粒子も含む。

第１次および第２次処理容器の各々において、「凝集」という工程が起こり、こ れにより、液体下水（または第２次容器の場合は第１次容器からの排出物）中の 粒子は、集まって凝集物を形成する。第１次容器において、凝集は「凝固」の結 果起こる。「凝固」は、安定したコロイド中に存在するＤＬ　Ｖ　Ｏ（Ｄｅｒｊ ａｇｕｉｎ、　Ｌａｎｄａｕ、　Ｖｅｒｉｖｅｒｙおよび０ｖｅｒｂｅａｋ）　 エネルギー障壁が実際に排除されたとき、または不安定化したときに起こる。こ の過程が一旦起こると、粒子間の互いに引き付けられる力に対する障壁はなくな り、これにより、まず小数のコロイドの凝集物が形成される。これらは急速に架 橋されて、微凝集物を形成し、それが次に（そして所定時間後に）目に見える凝 集物になる。凝集物形成のこの過程はまた「凝集」とも呼ばれる。第２次容器に おいて、第１次容器内で生成された沈澱不可能な凝集物は、強力な凝集剤を用い て凝集され、高密度の沈澱可能な凝集物となる。

第１次容器において生成される凝集物は、上記したように、液体が容器内に残留 を許可される時間内には如何なる実質的な度合いにも沈澱不可能である。典型的 には、この時間は３０分未満である。第１次容器において生成された凝集物は、 静止状態で数時間放置されれば、沈澱してスラッジとなり得るということを付は 足しておく。このような沈澱の能力は、凝集物が実質的な度合いまで沈澱可能で あるというを意味しない。また、第１次容器に流入した液体下水は、沈澱可能な 非コロイド性物質を含み得る。この物質は、容器内で沈澱可能であり、この段階 で下水から除去される。

第２次処理容器において生成された凝集物は、沈澱可能な性質を有する。ここに おいて、「沈澱可能な性質」とは、凝集物が重力下において比較的急速に（例え ば数分、例えば３０分のうちに）沈澱できることを意味する。第２次容器内の状 態は、凝集物が急速に、例えば３０分内に生成されるようなものであるべきであ る。

第２次容器からの最終排出物においては、懸濁固体の濃度が実質的に減少してい る。最終排出物は、有機固体物質を小量含んでいても受容可能であることを理解 されたい。更に場合によっては、有機物質を小量含む最終排出物を生成すること が望ましいこともある。例えば、最終排出物に更なる生物学的処理が施されるな ら、生物学的処理のための生物としての有機物質が必要とされる。従って、本発 明の口約のためには、懸濁固体の濃度は好適には少なくとも６０％、さらに好適 には少なくとも９０％減少されることが望まれる。元の下水のＢＯＤ含有率もま た、好適には少なくとも５０％、より好適には少なくとも８０％減少されること が望まれる。場合によっては、最終排出物に実質的に懸濁固体が含まれるべきで ない、すなわち、水性成分に如何なる沈澱可能な物質も如何なるコロイド状（沈 澱不可能な）成分も含まれるべきでないこともこともある。また、元の下水の細 菌の含有率も好適には少なくとも５０％、より好適には少なくとも２〜３桁下ま で（すなわち、９９％または９９．９％）減少されることが望まれる。

第１次および第２次容器内で起こる循環流は、「低エネルギー」性である。この 点に関して、回転エネルギーは、固体の如何なる単離も遠心力下において（すな わち、水平成分による）ではなく、重力下において（すなわち、垂直に）起こる ほど低くなければならない。このような流れは、低エネルギー性であるが、目に は比較的速（見えるかもしれない（容器の周縁部において、液体は０．１ｍ／Ｓ までの角速度を有し得るが、このような流は、粒子を実質的に外方に移動させる には十分でない。英国特許第２０８２９４１号に記載されたタイプの装置を用い て粒子を外方に移動させるためには、容器内にトロイド（ｔｏｒｒｏｉｄａｌ） 復流（循環流ではない）を起こすことが必要である。

本発明の好適な実施態様によると、第１次処理容器またはその上流において水性 下水に凝固剤が添着され、その後、凝固剤を添加された下水に、第１次処理容器 において処理が施される。凝固剤の使用は、凝集の開始／凝集物の生成を補助す る。

更に、第２次処理容器における凝集条件は、第１次処理容器からの水性成分に凝 集剤を添加することにより向上されることが好適である。凝集剤の添加は、第２ 次容器口体にお０て、または第１次容器と第２次容器との間の段階、例えば第１ 次容器の流出口において実行される。凝集剤の使用は、第２次処理容器における 沈澱可能な性質を有する高密度の凝集物の生成を促進する。

凝固剤は、コロイドサイズの粒（または０．　１〜１０μｍの範囲の粒径を有す る混濁粒子）を結合させるために第１次容器またはその上流で添加され、次に結 合した粒子がより大きな凝集物を形成する。第１次容器において沈澱可能な凝集 物が生成されることは必要ではなく、従ってこの容器にお０ては、強力な凝集剤 を、高密度な沈澱可能な凝集物を非常ζこ急速に形成するために効果的な量で使 用すべきではなｔ）。

第１次容器に導入された液体下水において、コロイドサイズの粒子は、その動電 学的電荷に強く影響される。各コロイド状粒子は、同様な電荷を保持し、これに より隣合う粒子カタ互いに反発しあって効果的な凝集を妨げる。その結果、電荷 を帯びたコロイドは別々のまま残り、分散し、懸濁物となる。

しかし、電荷が大幅に減少すれば（または排除されれば）、粒子は自由に衝突し 結合して、まず小さな群を形成し、その後、より大きな凝集を形成する。本発明 によると、一旦粒子が集まって小さな凝集（沈澱不可能）を形成すると、懸濁物 は、更なる処理のために第２次処理容器に移動する。

本発明において、第１次容器における凝集の効果的な開始は、電荷を帯びた凝固 剤がコロイド状粒子の表面に吸収される、電荷の中和過程において実施される。

このような電荷の中和だけでは、必ずしも高密度の沈澱可能な凝集物を生成する ことはできず、従って本発明に特に適している。いくつかの凝固剤はまた、懸濁 粒子が蓄積するための核を形成することにより凝集を補助する。本発明による処 理の第１段階における使用に適した凝固剤の例は、無機凝固剤（例えば、Ｆｅ３ ＋またはＡ１３＋塩、例えば、硫酸鉄、塩化鉄、アルミニウム、塩化ポリアルミ ニウム）または低分子量（すなわち、架橋なしの）カチオンポリマー（例えば、 約２００．０００までの分子量を有する）である。市場入手可能な適したカチオ ン凝固剤は、Ｎａ１ｆｌｏｃ　Ｌｉｍ１ｔｅｄによりＵｌｔｒｉＯｎ　１０、Ｕ ｌｔｒｉｏｎ　８１０９　Ｗ、　Ｕｌｔｒｉｏｎ８１０５、またはＵｌｔｒｉｏ ｎ　２０の名で販売されているものである。

１種類より多い凝固剤の混合物は、他の成分、例えば凝集物の生成に参加して凝 集物に体積および質量とともに凝集のためのより多数の核を与えるｗｅｉｇｈｔ ｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　（質量剤）とともに用いられ得る。適切な質量剤の例は、 石膏およびベントナイト粘度（コロイド状物質）である。鉄塩（例えば塩化鉄ま たは硫酸鉄）、アルミニウム（硫酸アルミニウム）および石膏（例えば英国特許 第２１５７２７８号を参照のこと）のスラリーを含む凝固剤を用いて有用な結果 が得られている。

概して、凝固剤として用いられる物質は、強力な凝集剤ではなく、従って下水中 の懸濁固体の急速な凝集にはつながらない。むしろ、凝固剤は、下水中のほとん どの微細な懸濁固体を含む実質的に沈澱不可能な凝集物の生成につながる。凝固 材の添加率は、実際に使用される化学物質および存在する活性剤の量により様々 である。正確な必要量は当業者により経験的に決定されなければならないが、５ ０から２５００ｍｇ／リットルの量で使用され得ることが判明している。

凝固剤添加段階における更なる要素は、下水が過剰に導入されないことである。

過剰に導入されると、コロイド上の電荷を反転し、元の電荷とは極性が反対の電 荷を有するコロイドとして再度分散する。凝固剤が非常に低い分子量を有するカ チオンポリマーであるときには、これは重要である。

理想的には、第１次容器における下水の処理に続いて、小さな沈澱不可能な凝集 物（ピン凝集物または微小凝集物）中に結合された元のコロイド状物質をすべて 含む水性成分が、更なる処理のために第２次容器に移動して、清浄化された排出 物を生成する。第２次容器において、第１次容器からの小さな微小凝集物を凝集 するために、強力な凝集剤が用いられる。このような強力な凝集剤は、粒子を集 めてより大きな凝集物にするために粒子を「架橋」することのできる有機高分子 電解質の類であり得る。一般に、これらの高分子電解質は、中〜高分子量（すな わち、平均２００．０００より多い）を有し、非イオン、アニオン、またはカチ オンである。

非イオン高分子電解質は、非常に低い電荷密度を有するポリマーである。典型的 な例は、ポリアクリルアミドであり、凝集は架橋を介して達成される。アニオン 高分子電解質は、マイナスの電荷を帯びたポリマーであり、様々な電荷密度のも のがある。中（らいの電荷密度を有するものが通常有用である。アニオン高分子 電解質は、通常、固体を凝集するための架橋に用いられ、非常に高い分子量（例 えばｉｏ、　０００．０００以上）を有する、アクリルアミドをベースにしたア ニオンは、特に効果的である。カチオン高分子電解質は、プラスの電荷を帯びた ポリマーであり、様々な類、電荷密度、および分子量のものがある。動作モード は、実質的に、架橋と電荷中和の両方を介する。

本発明における使用に適した有機高分子電解質の例は、Ｎａ１ｆｌｏｃ　Ｌｉｍ ｆｔｅｄが販売する、カチオン高分子電解液である、Ｎａ１ｆｌｏｃ　４７６２ −ＦＣ，およびアニオン高分子電解液である、Ｎａ１ｆ１ｏｃ　６２Ｓなどであ る。その他に適したものとしては、Ａｌ　１　ｉ　ｅｄＣｏｌｌｏｉｄｓ　Ｌｉ ｍ１ｔｅｄから自由流粒状粉として販売されているＭａｇｎａｆｌｏｃ　１０１ １として知られるアニオン凝集剤、およびこれもＡ１１ｉｅｄ　Ｃｏ１１ｏｉｄ ｓ　Ｌｉｍ１ｔｅｄからき自流粒状粉として販売されているカチオン凝集剤であ るＺｅｔａｇ　９２がある。凝集剤の添加率は、活性剤の０．２５ｐｐｍから５ ｐｐｍまでであり得る。

凝集剤の実際の選択および量は、元のコロイド状粒子上の電荷がどの程度変更さ れたかということ、および処理される下水によって様々である。

本発明による方法に用いられる化学的処理の詳細は、処理される下水によって異 なる。従って、化学的処理の詳細は各場所によって経験的に決定することが必要 である。これは、懸濁固体のタイプおよび量などの下水の特性、酸度またはアル カリ度、細菌による汚染のレベル、などがすべて、化学物質の選択に影響を与え るからである。従って、本発明による方法においては、特定の下水の処理のため の化学物質の最も適した組合せをまず決定し、その条件が変化して化学物質の添 加量の変更が必要でないかどうかを定期的にチェックすることが必要である。こ れらのテストは、簡単な「ジャー」テスト（凝固剤混合テスト）であり得、この テストにおいては、下水の一連のサンプルに、ある範囲の化学物質を異なった添 加量で添加することにより処理する。サンプルを攪拌し、その後、放置する。一 定時間の後、上澄の色と濁度とを調べる。

「ジャー」テストの原理は、当業者にはよく知られている。

本発明が作用するメカニズムは現在のところ、完全にはわかっていない。しかし 、第１次沈澱容器において生成された凝集物が、細菌およびその他の溶解汚染物 を水相から吸収するためのサポートとして作用すると理論付けられる。その後、 これらの凝集物は、第２次沈澱容器内で急速に凝集し、容器の基部に沈澱して、 細菌が水相に戻る機会を得る前に除去される。現在のところ、我々の英国特許明 細書第２０１１２９４１号にまず記載された原理に基づいて動作するセパレータ を用いて第２次沈澱容器において急速に凝集物が沈澱することは、特に重要であ ると考えられている。この理由のために、本発明の第１の局面による方法に用い られる第２次処理容器は、液体懸濁物の水相から沈澱可能な固体物質を急速に除 去することのできる別の装置に置換され得ると考えられる。

各装置への下水の流れ速度および各容器の容量は、液体が各容器内に存在する平 均時間が、時間単位ではなく分単位であるように選択されるべきである。現在の ところ、液体が第１の容器に存在する時間は１０分まで、好適には３〜４分であ り、第２の容器に存在する時間は３０分までがよいとされている。

本発明の別の局面によると、同じ種類の、互いに連結された２つの低エネルギー セパレータを含む下水処理装置であって、 （ａ）円筒状の外壁および一端に基部を有する容器と、（ｂ）該容器内に設けら れて該基部とともに該外壁から距離を隔てた環状開口部を規定する本体部と、 （ｃ）懸濁固体を含む液体を該容器に導入する流入口と、（ｄ）該容器から液相 を除去するために該容器の上部領域に設けられた流入口と、 （ｅ）該容器内の流れパターンを確立するために、該容器の上部領域に該容器の 該外壁から距離を隔てて設けられた環状ディッププレートと、 （ｆ）該液体および該懸濁固体の該容器内における循環流を促進する手段であっ て、このような回転は十分に低エネルギーであるため、該容器内の該液体の固体 成分の如何なる単離もが主に重力により起こる、手段と、 を含み、 該容器の部材がこのように構成されているため、外側の比較的速い循環領域と内 側の比較的遅い循環領域との間において、循環液体の変形領域が形成され、該容 器の該基部に蓄積した固体を該環状開口部に向けて内方に付勢する効果が発生し 、 容器のうちの一方が、第１次処理容器を構成し、他方が、第２次処理容器を構成 し、該第１次処理容器の流出口が、該第２次処理容器の流入口に連通する、下水 処理装置が提供される。

装置は更に、第１次セパレータの上流に位置する凝固剤添加装置と、２つのセパ レータの間に位置する凝集剤添加装置とを更に含み得る。

更に各セパレータは、その上部領域において、容器の軸回りに対称的に整合され て設けられ、容器から流出口への直接の軸方向の液体流を不明確にする、水平整 流プレートを含む。

このような低エネルギーセパレータは、我々の英国特許明細書第２０８２９４１ 号に記載されている。

使用される低エネルギーセパレータは、容器内の液体の回転運動を引き起こす、 または促進するように、容器内に付勢液体を導入する部材を含み得る。これは、 第２次処理容器に特に適している。原理は、我々の英国特許明細書第２１５８７ ４１号に記載されている。

下水に対する凝固剤の添加は、徹底的な混合がなされた場合、促進される。本発 明の好適な実施態様において、凝固剤は、ポルテックスバルブとして知られる装 置により下水に添加される。ポルテックスバルブは、部材を動かすことなく液体 流を規則化する装置である。ポルテックスバルブは、その後側軸方同壁に開口部 があり、バルブの軸における渦に化学物質が直接添加されるならば、化学物質を 下水に混合するために特に有用であることが判明している。このことは、十分な 混合は行われるが過剰な混合は回避されるということを確実にする。

凝集剤は、凝集剤添加装置により、第１次セパレータからの排出物に添加される 。化学物質の添加を良好にモニターすることを確実にするために、メータ、また は他の測定装置が、凝固剤添加点のすぐ下流に設けられ得るか、および／または 、導入される化学物質の濃度を調整するために、凝集剤添加点と後退または前進 メカニズムとが用いられ得る。

更なる利点は、第２次処理容器において処理され（そして活性凝固剤を含む）液 体から除去された固体の一部をリサイクルして凝集の開始のための核を供給する ことにより達成される。環境によっては、！２次処理容器における処理の後、回 収されたスラッジをすべてリサイクルすることが可能である。スラッジ中の固体 はすでに凝集されているため、第１次処理容器内に沈澱され、そこから除去され て廃棄される。これにより、第２次処理容器から下流のスラッジウェルが省略さ れることを可能にする。

緊急用バイパスという特徴を有するポルテックスバルブに関する我々の英国特許 明細書第２２１０９９５号および米国特許第４２０６７８３号を参照されたい。

これらの書類は、本発明において用いられるポルテックスバルブに特に関連して はいないが、ポルテックスバルブの一般的な特性およびそれらが動作する原理を 示している。

本発明のより良い理解のため、および本発明がどのような効果をもたらすかを示 すために、図面を参照して実施例を説明する。

図１および図２は各々、本発明による下水処理装置の模式的平面図および側面図 である。

図３は、スラッジウェル（図１では簡潔化のため省略）の側面図である。

図４および図５は、図１および図２に示す装置の第１次および第２次処理容器の 内部構造を示す。

図１〜図３に示すように、下水処理装置は、細長い排水溜め２を有する円筒状の 第１次沈澱容器１、下部流出バイブ３、および円筒状の第２次沈澱容器５に直接 連通する上部流出バイブ４を含む。第２次容器５は、下部流出バイブロおよび清 浄化された排出物を取り除（ための上部流出ロアを有する。

第２次容器５の下部流出バイブロは、スラッジウェル−８（図２には完全に示し ていないが、図３に単独で示す）に連通し、スラッジウェル８は、スラッジ流出 口９および上澄流出口１０を有する。第１次容器１には、導管１１を介して処理 すべき下水が流入する。下水には、凝固剤添加装置１２より凝固剤が添加される 。凝固剤添加装置１２の上流側には、流入口１４を介してポンプ（図示せず）に より下水が流入するヘッダタンク１３が設けられている。ヘッダタンク１３は、 導管１５を介して凝固剤添加装置１２と連通ずる。

図示する第１次沈澱装置１は、我々の英国特許第２０８２９４１号に記載され、 図示されているタイプの低エネルギーセパレータである。図示する第２次沈澱容 器５は、我々の英国特許第２１５８７４１号に記載され、図示されている、付勢 液体導入用の低エネルギーセパレータである（但し、付加されたエネルギーボー トは図示する装置においては用いられていない）。

セパレータ５の基部に蓄積された固体は、定期的に、例えばハンドル１８によっ て制御されるバルブを開けることにより、スラッジウェル８に引き込まれる。

使用時は、処理すべき下水は、吸引口１４を介してヘッダタンク１３にポンプで 送られる。ヘッダタンク１３から、下水は導管１５を介して添加装置１２に送ら れ、そこにおいて下水に凝固剤が添加される。ここから、凝固剤を添加された下 水は、導管１１を介して第１次沈澱容器１に送られ、そこにおいて回転または還 流状に流れる。この容器１において、下水中に沈澱した微細な固体の凝集が始ま る。グリッドおよび有機物質の大きな塊のような、いくつかの固体物質は、容器 １の基部において重力により細長い排水溜め２に沈澱し、これが流出バイブ３に より除去される。有機物質の水性懸濁物および実質的に沈澱不可能な凝集物は、 流出バイブ４を介して第２次処理容器５に送られる。第１次容器１の出口におい て、懸濁物には第２の化学物質、今回は凝集剤が、凝集剤添加装置１９により添 加される。凝集剤を添加された懸濁物は、容器４内で還流し、固体物質が重力に より、広く用いられ我々の英国特許明細書第２０８２９４１号に記載されている 流れパターンで沈澱し、流出バイブロを介してスラッジウェル７に送られる。清 浄化された排出物は、上部流出ロアを介して第２次容器５の上部領域から取り除 かれる。

スラッジは、スラッジ流出口９を介してスラッジウェル８から排出され得、他方 、上澄流出口１０を介して如何なる上澄も除去され得る。

第１次セパレータ１の内部構造を図４に示す。セパレータは、外壁３１と基部３ ２とを有する円筒状のチャンバ３０を含む。排水溜め２が容器１の底部に設けら れて容器１に流入する混合液から単離された固体物質を収集するようになってい る。チャンバ３０内に逆円錐形の部材３３が支持され、逆円錐形の部材３３は、 基部３２とともに環状ギャップ３５を規定する周縁部３４を有する。円錐形の部 材３３は、柱部３６により支持されており、柱部３６は水平整流プレート３７を も支持する。容器内において、環状ディッププレート３８が、下方に突出してい る。容器の上部は、中央開口部を有する蓋３９により部分的に囲まれ、蓋の内部 周縁の端部は、上方に折り曲げられている。液体は、バイブライン４２の開口部 である流入口４１を介して容器１に流入する。固体物質は、排出口３を介して排 水溜めから除去され得、液相は、排出口１４を介して除去され得る。

第２次処理容器５は、第１次処理容器１に構造的に類似しており、同様の部分に は同様の参照符号（ａを追加して）付す。但し、基部に蓄積された固体物質を排 出するための下部排出口６および分類済みの液相を排出するための上部排出ロア はこの限りではない。

第２次処理容器５は、容器５内における液体の回転運動を促進して基部に固体物 質が蓄積することなく排出バイブロからスラッジウェル８に向かって内方に付勢 されることを確実にするための付勢液体を導入するための流入口１６を含む。

第２次容器５はまた、容器から液体を除去するための流入口１７を含み、これを 介して除去された液体はその後、ポンプ（図示せず）により付勢されて流入口１ ６を介して付勢液体として容器４に戻る。この装置はまた、流入口１６を介して 付勢液体を流入する可能性を利用することなく作動され得る０エネルギーに関す る更なる特徴が用いられた場合も、本装置の動作は、単離が主に重力の影響下に おいて起こるという点で低エネルギー型である。

第１次および第２次処理容器の両方を用いる場合、液相が流入口４１（４１ａ） を介して容器に流入し、それにより、容器１（５）内の液体の低エネルギー環流 を引き起こす。セパレータの部材の内部構成は、容器内の複雑な流れパターンを 確立することを補助する。すなわち、円錐形部材の下部周縁部３４　（３４ａ） とディッププレート３８（３８ａ）の底部端部との間において、変形領域が確立 される。複雑な流れパターンにより、容器内の固体物質が重力下において沈澱し 、且つ、この物質が環状開口部３５（３５ａ）を介して排水溜め２に付勢される 。固体物質は、排水溜め２から下部排出口３（６）を介して排出され得る。水相 は、水平整流部３７（３７ａ）とディッププレート３８　（３８ａ）との間の隙 間を通過し、そこから容器ｌの上部領域に入って排出口１４（７）を介して容器 から出る。

第１次処理容器に流入する水相は、凝固剤を添加された未処理の下水（これより グリッドおよびその他の大きな固体がスクリーニングにかけられる）である。第 １次容器においては固体が沈澱して収集されることは意図していないが、凝固剤 が添加されるためにこの容器内における凝集が開始される。

沈澱する固体は、比較的高い沈澱速度を有し、直ちに基部に沈澱して排水溜め２ に付勢される。水性下水中の固体物質（例えばコロイド状物質）の大半は、排出 口１４（７）を介して容器から流出し、そこから、流入口４１（４１ａ）を介し て第２次処理容器に流入する。第１次処理容器と第２次処理容器との間において 、第１次容器から流出した、部分的に処理された下水に凝集剤が添加されて第１ 次処理容器中に大きな凝集物を急速に生成する。これらの大きな凝集物は、重力 下において基部３２ａに沈澱し、そこから排水溜め２ａに付勢されて排出される 。水相は、流出ロアを介して容器５の上部領域から排出される。この水相は、如 何なる懸濁固体をも含まず、更に細菌含有レベルも非常に低い。

図１および図２に示す下水処理装置を用いて下水を処理し、その性能を評価した 。用いられた凝固剤は、一般に水処理に用いられる鉄／アルミニウム／石膏の混 合物であった。この化学物質を凝固剤添加装置１２で下水流に導入した。用いら れた凝集剤は、Ａ１１ｉｅｄ　Ｃｏ１１ｏｉｄｓ　Ｌ４ｍｉｔｅｄ製造のＺｅｔ ａｇ　９２であった。溶剤を用いて低粘度の溶液を生成し、２５００　ｍｇ／ｌ の濃度を選択した。凝集剤添加装置１５においては、１００〜２００　ｍｌ／分 の範囲の容積添加率を用いた。

８％Ａｌ２Ｏ３を含むアルミニウムを用いてもテストを行った。

プラントを下水で満たし、流速度を設定した。最初の１時間の間に、添加を開始 し、１．　５〜２時間後に、分類された排出物を排出口６から取り出し、化学物 質および細菌の含有率を分析した。得られたテストを表１に示す。懸濁固体のお よびＢＯＤの除去率は高いが、他方、含有細菌の除去率（全Ｃｏ１１．　Ｅ、　 Ｃｏ１１およびＦ、　Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）は極度に高イ。コノコとは、 本発明による下水処理装置が、極度に清浄された排出物を生成することができ、 含有固体および細菌の除去のために更なる処理をすることなく排出するために適 していることを証明する。

（以下余白） １％　＋６　＜−ＰＩ　Ｆｌ　Ｆｌ −＠　彎−＋ｍ＋＋ｏロロト Ｊ！！　飄　°　・　°パ°゛　ω す＼−Ｎ　Ｎ　Ｎ−ｍ　＋Ｉ　Ｎ　ｓｄｋフロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、 　ＮｉＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　ＮＯ，ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、　ＳＥ 、　ＵＳ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．懸濁固体を保持する液体を処理する方法であって、（ｉ）該液体を第１次処 理容器に導入し、該液体中における懸濁固体を凝集させることにより、該液体が 該第１次容器に残留を許可される時間内に如何なる実質的な度合いにも沈澱可能 でない凝集物を生成する工程と、 （ｉｉ）該凝集物を含む水性成分を該第１次処理容器から、沈澱可能な性質を有 する凝集物を生成する第２次処理容器に移動させる工程と、 （ｉｉｉ）該第２次容器において該凝集物を重力下で沈澱させ、元の液体に比べ て懸濁固体の濃度が実質的に減少した水性成分を回収する工程と、 を含み、該第１次容器において該液体が、該第１次容器の垂直軸回りを循環する 低エネルギー循環流を含む流れパターンに曝されて、それにより元の液体から、 懸濁固体を含む実質的に沈澱不可能な凝集物を生成するための条件が供給され、 該第２次容器において、該第１次処理容器からの水性成分が、該第２次容器の垂 直軸回りを循環する低エネルギー循環流を含む流れパターンに曝されて、それに より急速に凝集物を生成して急速に沈澱させるための条件が供給される、方法。
2. ２．懸濁固体を保持する液体を処理する方法であって、（ｉ）該液体を第１次処 理容器に導入し、該容器の中央垂直軸回りに低エネルギー循環流を起こし、外側 の比較的速い循環領域と内側の比較的遅い循環領域との間において、循環液体の 変形領域を確立し、該循環流のパターンと該確立した変形領域とが、該液体が該 第１次容器に残留を許可される時間内に如何なる実質的な度合いにも沈澱可能で ない凝集物を生成するために該容器中において該懸濁固体を凝集させるための条 件を供給する工程と、 （ｉｉ）該沈澱不可能な凝集物を含む水性成分を該第１次処理容器から円筒状の 第２次処理容器に移動させ、そこにおいて該水性成分の、該容器の中央垂直軸回 りにおける低エネルギー循環を起こし、外側の比較的速い循環領域と内側の比較 的遅い循環領域との間において、循環液体の変形領域を確立し、該循環流のパタ ーンと該確立した変形領域とが、沈澱可能な性質を有する凝集物を生成するため に元々該第１次容器において生成された該凝集物を更に凝集させるための条件を 供給する工程と、 （ｉｉｉ）該第２次容器において該凝集物を重力下で沈澱させ、元の下水に比べ て懸濁固体の濃度が実質的に減少した水性成分を回収する工程と、 を含む方法。
3. ３．前記第１次処理容器またはその上流において、前記懸濁固体を含む前記液体 に凝固剤を添加し、その後、該凝固剤を添加された下水を該第１次処理容器中で 処理する、請求項１または２に記載の方法。
4. ４．前記第２次処理容器における凝集条件を、前記第１次処理容器からの前記水 性成分に凝集剤を添加することにより向上させる、請求項３に記載の方法。
5. ５．前記第１次処理容器中で用いられる凝固剤が、無機凝固剤（例えば、Ｆｅ３ ＋またはＡｌ３＋塩（例えば、硫酸鉄、塩化鉄、アルミニウム、塩化ポリアルミ ニウム）または低分子量（すなわち、架橋なしの）カチオンポリマー（例えば、 約２００，０００までの分子量を有する）である、請求項４に記載の方法。
6. ６．粒子を大きな凝集物中で結合させるために、凝集剤が、粒子間の架橋をする ことができる有機高分子電解質、例えば、中〜高分子量（すなわち、平均２００ ，０００より高い）を有する高分子電解質の類から選択される、請求項４または ５に記載の方法。
7. ７．同じ種類の、互いに連結された２つの低エネルギーセパレータを含む下水処 理装置であって、（ａ）円筒状の外壁および一端に基部を有する容器と、（ｂ） 該容器内に設けられて該基部とともに該外壁から距離を隔てた環状開口部を規定 する本体部と、 （ｃ）懸濁固体を含む液体を該容器に導入する流入口と、（ｄ）該容器から液相 を除去するために該容器の上部領域に設けられた流入口と、 （ｅ）該容器内の流れパターンを確立するために、該容器の上部領域に該容器の 該外壁から距離を隔てて設けられた環状ディッププレートと、 （ｆ）該液体および該懸濁固体の該容器内における循環流を促進する手段であっ て、このような回転は十分に低エネルギーであるため、該容器内の該液体の固体 成分の如何なる単離もが主に重力により起こる、手段と、 を含み、 該容器の部材がこのように構成されているため、外側の比較的速い循環領域と内 側の比較的遅い循環領域との間において、循環液体の変形領域が形成され、該容 器の該基部に蓄積した固体を該環状開口部に向けて内方に付勢する効果が発生し 、 容器のうちの一方が、第１次処理容器を構成し、他方が、第２次処理容器を構成 し、該第１次処理容器の流出口が、該第２次処理容器の流入口に連通する、下水 処理装置。
8. ８．第１次セパレータの上流に位置する凝固剤添加装置と、２つのセパレータの 間に位置する凝集剤添加装置とを更に含む、請求項７に記載の下水処理装置。