(57)【要約】下水を生物学的に浄化する方法であり、前記方法は、ａ）H2S及び他のガスを取り除くために、かつ水から殺菌剤を除去するためにエアレーションする工程、ｂ）有機物を分解する工程、ｃ）汚泥を沈殿させる工程、ｄ）浄化する工程、及びｅ）硝化する工程に続いて、完全に二次沈殿する工程を包む。本方法は、プラント、好ましくは“浸漬式・エアレーション式バイオフィルタープラント（immersed aerated bio filter plant）”の型式の小型浄化プラントで下水設備と接続せずに家庭からの下水を浄化するために実施する。前記プラントは、エアレーション沈殿槽（１）、有機物分解ユニット（２）、一次汚泥沈殿ユニット（５）、硝化ユニット（８）及び完全汚泥沈殿ユニット（５’）を備える。前記一次沈殿ユニットは、エアレーションを行う装置を備える。このようにして、下水中のアンモニア又はアンモニウム含量の官庁当局が規定した限度をはるかに下回った状態を保つことができるほど、硝化を大幅に改善することができる。【選択図】図１
2005500906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水を生物学的に浄化する方法であり、前記方法は：
ａ）有機物を分解する工程；
ｂ）汚泥を沈殿させる工程；
ｃ）浄化する工程；及び
ｄ）硝化する工程
の後で、完全に二次浄化する工程を含み、
前記方法は、工程ａ）の前に、
ａ０）H2S及び他のガスを取り除くために、かつ水から殺菌剤を除去するために、エアレーションする工程
を含むことを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
前記エアレーションを、１分間当たり、容器の容量100リットル当たり、10から100リットルまでの空気流を生ずるディフューザーを用いて一次沈殿槽内で行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
堆積させることによって、前記汚泥の沈殿を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
下水を生物学的に浄化するためのプラントであり、前記プラントは、有機物分解ユニット、一次汚泥沈殿ユニット、硝化ユニット及び完全汚泥沈殿ユニットを備えており、前記プラントは、これらのユニットの前にエアレーション一次沈殿ユニットを備えることを特徴とする、前記プラント。
【請求項５】
前記一次沈殿ユニットは、エアレーションを行うための装置を備えることを特徴とする、請求項４記載のプラント。
【請求項６】
前記プラントは、エアレーション一次沈殿槽（１）、浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）（３）を有する一次チャンバー（２）を備える小型浄化プラントであり、前記バイオフィルターは、フィルターユニットの下に配置されているディフューザー（４）によってエアレーションされ、前記プラントは、一次沈殿槽（１）にポンプシステム、好ましくは空輸ポンプ（６）を用いて汚泥を返送しながら、生物処理から前記汚泥を回収する沈殿槽（５）をさらに備え、前記プラントは、縦型沈殿槽（７）、二次チャンバー（８）をさらに備え、該二次チャンバー（８）は、一次チャンバー（２）と同様に、フィルターユニットの下に配置されているディフューザー（４’）によってエアレーションされる浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）（３’）を備え、前記プラントは、浄化された水が出口を通して容器に排出される二次沈殿槽（９）も備えることを特徴とする、請求項４記載のプラント。
【請求項７】
請求項６記載のプラントで使用する円形の形状又は縁取られた（edged）形状を有するエアレーション一次沈殿槽であり、前記槽は隔壁によって分割され、パイプ又は同様の装置は底部にまで及ばず、ディフューザー又はその種の他のものは、空気の入口を設けるために底部に配置され、前記槽は、好ましくは50リットルから25立方メートルの間の容量を有することを特徴とする、前記エアレーション一次沈殿槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水を生物学的に浄化する方法及び該方法に従って用いるプラントに関する。本発明におけるプラントは、詳細には“浸漬式・エアレーション式バイオフィルタープラント（immersed aerated bio filter plant）”の型式の小型浄化プラントであり、沈殿チャンバーによって分割される２以上の区域で有機物の分解とアンモニウム又はアンモニアの分解を行うことを特徴とし、前記プラントは、エアレーション一次沈殿槽備えることを特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの個人の家庭は、公共下水設備及び関連した浄化プラントに接続されず、下水を処理するために様々な種類の小型浄化プラントを使用している。当該小型浄化プラントは、多くの場合、低温での嫌気的発酵を用いる簡単な“腐敗槽”であり、該腐敗槽は、処理が遅く、その出口が、多くの場合、汚水溜め、すなわち水が徐々に周囲の土の層へ浸透する特殊な型の容器になる。デンマークにおいて、年間を通じての使用に適した300,000以上の家が腐敗槽のみで下水を処理している。しかしながら、プラントは、“浸漬式・エアレーション式バイオフィルタープラント（immersed aerated bio filter plant）”の型式のものであってもよく、その別の型式のものが市場でいくつか入手できる。後者の型式のものは全部、単一の区域で生物処理をすべて行い、その結果操作が実用的でないものとなり、時に効率が大幅に変動することとなるという特徴を持つ。特に、浄化した下水の硝化、すなわち有機的な浄化の増大に必要な条件を満たすことは多くの場合不可能である。
【０００３】
上述したことは、硝化独立栄養細菌が、常に従属栄養細菌、すなわち有機物を炭素源として用いる細菌と競合するという事実と、それ故に前記独立栄養細菌は、前記従属栄養細菌よりもかなり遅く成長する、すなわち収量定数（yield constant）がはるかに低いことで、半減期が長くなるので、生き残るのが困難であるという事実によるものである。前記従属栄養細菌は、前記硝化細菌よりもエネルギー単位当たりの汚泥を約１０倍多く生産する。さらに、この汚泥は空間の多くを占め、空間の競合をさらに増大させる。
【０００４】
バイオフィルターを通じて水の流れを観察すると、従属栄養細菌が、フィルターの入口にコロニーを形成する最初の細菌である。硝化細菌のために空間が残されているか否かは、バイオフィルターの入口における有機物の濃度次第である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、生物学的に下水を浄化する方法において、硝化工程から有機物を分解する工程を切り離すことによって、硝化細菌に対する条件を改善することができるという前提に基づいている。H2S及び他のガスを取り除くために同時に予備的にエアレーションすることで、生物学的な処理工程における下水の浄化の改善を得ることができる。多くの場合、腐敗槽の無酸素区域内で形成されるガスは、下水の生物学的な浄化を阻害する効果がある。本発明における方法をパイロットスケールで行う場合、pH値は、予備的なエアレーションを行う際に、プラント全体に渡って予想どおりに硝化により低下するよりもむしろ増加するという結果になる。そのような処理は、酸がエアレーション処理によって取り除かれるという事実と、前記酸がH2Sであるという事実によってのみ説明できる。したがって、水からH2Sを少なくとも部分的に取り除く後の段階で生物活性の改善が得られる。したがって、水にエアレーションして、それによってH2S及び他のガスを取り除くことによって、小型浄化プラントの生物の区域における下水の浄化の改善を得ることができる。さらに、家庭から排出された下水中に存在する多くの殺菌剤、すなわちクロリン、アセトンなどを除去することができ、それによってシステムの細菌のフローラは緩やかに処理され、その結果有効な状態を保つ。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、下水を生物学的に浄化する方法に関し、前記方法は：
ａ）有機物を分解する工程；
ｂ）汚泥を沈殿させる工程；
ｃ）浄化する工程；及び
ｄ）硝化する工程
に続いて、完全に二次浄化する工程を含み、
また本発明における方法は、工程ａ）の前に、
ａ０）H2S及び他のガスを取り除くために、かつ水から殺菌剤を除去するためにエアレーションする工程
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
原則として、下水の生物学的な浄化をいくつかの工程に分けることは既知であり、例えば“Spildevandsrensning, biologisk og kemisk”（下水の生物学的及び化学的浄化）2. edition, Polyteknisk Forlag, 1992, pages 202-204を参照されたい。そのような手法は、米国特許第3,764,523号及び欧州特許出願第0,002,008号にも開示されており、両者は、下水を生物学的に浄化する方法に関するものである。これらの方法には、有機物を分解する工程、汚泥を沈殿させる工程、硝化する工程及び完全に二次沈殿させる工程が含まれている。しかしながら、このようなBODを有する下水を処理する既知の方法は、小型浄化プラントに関するものではなく、反対に都市の浄化プラントなどの大型プラントに関するものであり、水の量が非常に多いので、小型のプラントとは問題が一般的に異なる。
【０００８】
また、実際に生物学的に浄化する前に、浄化する下水を一次沈殿槽内でエアレーションすることも基本的には既知となっている。
【０００９】
しかしながら、本発明における方法は、H2S及び他のガスを取り除くために、かつ水から殺菌剤を除去するために、予備的にエアレーションする工程が含まれる点について既知の方法と異なり、浄化された下水中のアンモニア又はアンモニウム量の官庁当局が規定する限度（デンマークの限度は、5.0mg/リットル）をはるかに下回ることができるほど大幅に硝化を改善できるという驚くべきものであり、かつ予期しないものであった。
【００１０】
本発明は、さらにプラントに関し、詳細には前記方法に従って用いる“浸漬式・エアレーション式バイオフィルタープラント（immersed aerated bio filter plant）”型式の小型浄化プラントに関する。本プラントは、エアレーション一次沈殿ユニット、有機物分解ユニット、硝化ユニット及び完全汚泥沈殿ユニットを備える。前記一次沈殿ユニットは、エアレーションを行う装置を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
特に好ましい実施態様において、本発明におけるプラントは、浸漬式バイオフィルタープラント（immersed bio filter plant）と呼ばれる型式の小型浄化プラントであり、本発明の好ましい実施態様では、前記プラントは、5から30の間の人口当量（population equivalents、PE）の容量を有する。当該プラントでは、沈殿チャンバーによって生物の区域は分割され、切り離されて、有機物を分解する工程及び汚泥を沈殿させる工程に続く、いわば“硝化細菌自身の”バイオフィルター区域を硝化細菌に与えるので浄化処理が非常に確実なものとなる。このようにして、次のチャンバーの入口における有機物の濃度が大きく減少する。結果として、プラント内の条件の大幅な改善が得られ、それによって浄化がさらに改善し、効率的になる。
【００１２】
本発明の好ましい小型浄化プラントの構造を図に示す。図より、前記プラントは、エアレーション一次沈殿槽１と、浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）３を有する一次チャンバー２を備える。このバイオフィルターを、フィルターユニットの下に配置されているディフューザー４を用いてエアレーションする。同時に、前記ディフューザーは、下水とフィルターの膜上の細菌が接触するようにフィルターを通じて下水の循環をもたらす。沈殿槽５は、生物処理からの汚泥を回収する。この汚泥を、ポンプシステム、好ましくは空輸ポンプ６を用いて一次沈殿槽１に返送する。
【００１３】
次に、一部が浄化された下水を、縦型沈殿槽７を通して二次チャンバー８へ運ぶ。一次チャンバー２のように、このチャンバー８は、フィルターユニットの下に配置されているディフューザー４’によってエアレーションされる浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）３’のみならず汚泥を回収する沈殿槽５’を備える。
【００１４】
水の量が少ないので、かつ汚泥が硝化工程に運ばれてはならないので、一次沈殿槽５内で中間沈殿を行うことが重要である。
【００１５】
次に、浄化された下水を、二次沈殿槽９と出口を通して容器に運ぶ。
【００１６】
図に示した実施態様は、一体化したユニットを備えるように一体化されている。しかしながら、一体化することができ、かつ個別に置換することができるいくつかの別個のユニットのプラントを構築することもできる。本実施態様は、プラントの個々の区域を置換するか、又は簡単かつ便利な方法でプラントを拡大することができ、例えば人口当量（PE）をより多くするという方法で、容量を増加する必要性を満たすことができる。その利点は明らかである。
【００１７】
プラント内の個々の槽は、プラスチック、金属、ガラス繊維、コンクリート又は他の種類の材料から作製することができる。好ましい小型浄化プラントに接続して用いる槽の典型的な容量は、50リットルから25m3の間である。槽の内部は、浄化区域と沈殿区域に隔壁１０によって分割され、パイプ又はその種の他の装置は、浄化区域がバイオフィルター３を備える槽の底部にまで及ばない。槽の底部には、ディフューザー４又はその種の他の装置を、槽内に入っている下水に供給する空気を行き渡らせるために配置する。
【００１８】
そのような個々の槽は、リンの沈殿に用いる沈殿化学薬品と浄化プラントの生物区域の接触を避けるために生物学的浄化からリンの除去を切り離すのに好都合なので、リンを沈殿させるためにも用いることもできる。
【００１９】
エアレーション一次沈殿層１の目的は、腐敗槽の無酸素区域などで生成されるガスは下水の生物学的浄化を阻害する効果があるので、このようなガスをストリッピングによって除去することにある。そのようなガスを取り除く場合、小型浄化プラントの生物区域で下水の浄化の十分な改善が得られる。さらに、前述したように、家庭からの下水中に存在し、除去しない場合、後の生物学的浄化工程で細菌を強く阻害する効果がある多くの殺菌剤、すなわちクロリン、アセトンなどを除去することができる。
【００２０】
一次沈殿槽１は、円形の形状又は縁取られた（edged）形状などのいずれの形状のものであってもよく、プラスチック、金属、ガラス繊維、コンクリート又は他の種類の材料から作製することができる。上記好ましい小型浄化プラントに接続して用いる前記槽の典型的な容量は、50リットルから25m3の間である。槽の内部は、隔壁によって分割され、パイプ又はその種の他の装置は槽の底部まで及ばない。槽の底部には、ディフューザー又はその種の他の装置を、槽内に入っている下水に供給する空気を行き渡らせるために配置する。
【００２１】
典型的には、前記ディフューザー４は、1分間当たり、100リットルの容器の容量当たり、空気量が10から100リットルの間である空気を生じる。
【００２２】
浄化する下水、例えば腐敗槽から得られる下水を、前記槽のチャンバーのうちの一つの最上部にある開口部を通して運ぶ。エアレーション後、下水を、さらに小型浄化プラントの一次チャンバー２に、その最上部の開口部を通して運ぶ。沈殿槽５内で、堆積させることによって汚泥を沈殿させ、その後、汚泥を、前述したようにポンプによって一次沈殿槽１に返送する。
【００２３】
前記エアレーション一次沈殿槽は、浸透プラント（percolation plants）、生物学的なサンドフィルター（biological sand filters）、ウィロー浄化プラント（willow purification plants）などの他の種類の生物学的浄化プラントと共に用いることもできる。
【００２４】
本発明を以下の実施例でさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００２５】
図に示す小型浄化プラントで一次沈殿槽１がないものを、腐敗槽からの下水を浄化するために、2001年9月4日、すなわち0日目に備え付けた。14日間の調整時間を経た後に測定したところ、以下の結果を示した（アンモニウム、COD及びBI5の全ての測定値をmg/リットルで記載した）。
【００２６】
【表１】
2005500906.tif 000003
【００２７】
上記の測定の後、エアレーション・ウェル（aeration well）を、24日目、すなわち2001年9月28日に腐敗槽と入口の間に備え付けた。このエアレーション・ウェル（aeration well）は、1分間当たり40リットルの空気を供給する送風機によってエアレーションされる275リットルの容量を有する槽であった。次に、2001年10月3日、すなわち30日目に測定して以下の結果を得た。
【００２８】
【表２】
2005500906.tif 000004
【００２９】
2001年10月5日、すなわち32日目に、エアレーション・ウェル（aeration well）の前後で硫化物の含量を測定した。その結果、腐敗槽では23.4mg/l、入口では0.987mg/lを記録した。
【００３０】
次に、水のサンプルを腐敗槽、中間沈殿槽及び出口から回収した。以下の結果を記録した。
【００３１】
【表３】
2005500906.tif 000005
【００３２】
36日目、すなわち2001年10月9日のBI5値は6.1であった。その限度は10.0であった。
【００３３】
最後に、40、42及び44日目、すなわち2001年10月13、15及び17日に以下の結果を記録した。
【００３４】
【表４】
2005500906.tif 000006
【００３５】
43日目の全日にわたって、プラントを設置する家庭を13人で訪れ、プラントの能力に悪影響を与えることなく長時間にわたってプラントを取り付けた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の好ましい小型浄化プラントの構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい小型浄化プラントに接続して用いる個々の槽の内部を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エアレーション一次沈殿槽
２  一次チャンバー
３  浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）
４  ディフューザー
５  沈殿槽
６  空輸ポンプ
７  縦型沈殿槽
８  二次チャンバー
９  二次沈殿槽
１０  隔壁
１’  エアレーション一次沈殿槽
２’  一次チャンバー
３’  浸漬式バイオフィルター（immersed bio filter）
４’  ディフューザー
５’  沈殿槽
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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