(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を処理する方法であって、
処理装置に廃水を給送する工程と、
前記処理装置によって固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する工程と、
前記処理によって生成された前記固液混合物を前記処理装置から比重分離装置に対して流出させる工程と、
前記比重分離装置によって前記固液混合物中の粒子を分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離する工程と、
前記分離された固体をリサイクル流として前記比重分離装置から前記処理装置に対して流出させる工程と
前記固液混合物における残留溶液を廃水流として前記比重分離装置から流出させる工程と
を有する方法。
【請求項２】
廃水を処理する方法であって、
処理装置に廃水を給送する工程と、
前記処理装置によって固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する工程と、
前記処理によって生成された前記固液混合物を前記処理装置から比重分離装置に対して流出させる工程と、
前記比重分離装置によって前記固液混合物中の粒子を分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離する工程と、
前記分離された固体をリサイクル流として前記比重分離装置から前記処理装置に対して流出させる工程と、
前記固液混合物における残留溶液を廃水流として前記比重分離装置から流出させ、固体処理を行う工程と
を有し、
前記固体処理は、前記廃水流の濃縮処理および脱水処理のうちの少なくとも１つを含むものである、
方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記リサイクル流は前記処理装置に返送されるものである方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記廃水流は、所定の沈降特性および濾過特性を有する固体、または膜汚染の可能性を有する固体を含むものである方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記生物処理は、
浮遊生物型活性汚泥処理（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、
粒状汚泥処理、
統合された固定膜活性汚泥処理（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｉｘｅｄ−ｆｉｌｍ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、
生物学的栄養塩除去処理、
好気性消化処理、または
嫌気性消化処理、
を有するものである方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記生物処理は連続的な固液分離処理を有するものである方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記処理装置は膜分離装置を有するものである方法。
【請求項８】
廃水を処理する方法であって、
処理装置に廃水を給送する工程と、
前記処理装置によって固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する工程と、
前記処理によって生成された前記固液混合物を前記処理装置から流出させる工程と、
前記固液混合物を比重分離装置に給送する工程と、
前記比重分離装置によって前記固液混合物中の粒子を分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離する工程と、
前記分離された固体をリサイクル流として前記比重分離装置から前記処理装置に対して流出させる工程と
を有し、
前記比重分離装置は、前記固体を前記固液混合物から分離するサイクロンを有するものである、
方法。
【請求項９】
廃水を処理する方法であって、
処理装置に廃水を給送する工程と、
前記処理装置によって固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する工程と、
前記処理によって生成された前記固液混合物を前記処理装置から流出させる工程と、
前記固液混合物を比重分離装置に給送する工程と、
前記比重分離装置によって前記固液混合物中の粒子を分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離する工程と、
前記分離された固体をリサイクル流として前記比重分離装置から前記処理装置に対して流出させる工程と
を有し、
前記比重分離装置は、前記固体を前記固液混合物から分離する遠心分離機を有するものである、
方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記比重分離装置内の水面積負荷率は、前記比重分離装置内での前記固体の滞留時間が増加するように調整されるものである方法。
【請求項１１】
請求項８記載の方法において、前記固液混合物を前記比重分離装置に給送する工程は、さらに、
前記固液混合物を前記処理装置から分離装置に給送する工程と、
前記分離装置によって前記固液混合物を底流（ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ）および流出水に分離する工程と、
前記分離された底流を前記分離装置から前記比重分離装置に給送する工程と、
を有するものである方法。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、さらに、
前記固液混合物の速度を前記サイクロン内で調整することで前記固液混合物から前記固体を分離する工程を有するものである方法。
【請求項１３】
請求項８記載の方法において、さらに、
前記サイクロン内の水面積負荷率を調整することで前記固液混合物から前記固体を分離する工程を有するものである方法。
【請求項１４】
廃水を処理する装置であって、
流入口と流出口とを有する処理装置であって、当該流入口を通して前記廃水を受け取り、固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する処理装置と、
流入口と、廃水流流出口と、リサイクル流流出口とを有する比重分離装置であって、当該流入口を通して前記固液混合物を受け取り、前記固液混合物中の粒子を分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離するように構成されているものである、前記比重分離装置と
を有し、
前記比重分離装置の前記リサイクル流流出口は前記処理装置の前記流入口に連結され、それにより、前記分離された固体が前記処理装置に給送されるものであり、
前記比重分離装置の前記廃水流流出口は固体処理を行う装置と連結されており、当該固体処理は、前記固液混合物における残留溶液の濃縮処理および脱水処理のうちの少なくとも１つを含むものである、
装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、前記比重分離装置の前記流入口は、前記処理装置の前記流出口に連結されているものである装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の装置において、さらに、前記処理装置の前記流出口に連結された流入口と、前記比重分離装置の前記流入口に連結された底流流出口とを有する分離装置を有し、当該分離装置は、前記処理装置からの前記固液混合物を底流（ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ）および流出水に分離するように構成されており、前記底流は、前記分離装置の前記底流流出口を通して前記比重分離装置に給送されるものである装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の装置において、前記生物処理は、
浮遊生物型活性汚泥処理、
粒状汚泥処理、
統合された固定膜活性汚泥処理、
生物学的栄養塩除去処理、
好気性消化処理、または
嫌気性消化処理
を有するものである装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の装置において、前記処理装置はバイオリアクタを有するものである装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、前記バイオリアクタは連続的な固液分離処理を実施するものである装置。
【請求項２０】
請求項１４記載の装置において、前記比重分離装置はサイクロンを有するものである装置。
【請求項２１】
請求項１４記載の装置において、前記比重分離装置は遠心分離機を有するものである装置。
【請求項２２】
請求項２０記載の装置において、前記比重分離装置内の水面積負荷率は、前記比重分離装置内での前記固体の滞留時間が増加するように調整されるものである装置。
【請求項２３】
請求項１４記載の装置において、前記比重分離装置内のオーバフロー速度（ｏｖｅｒｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）が調整されることで前記固体が前記固液混合物から分離されるものである装置。
【請求項２４】
請求項１４記載の装置において、前記比重分離装置内の水面積負荷率が調整されることで前記固体が前記固液混合物から分離されるものである装置。
【請求項２５】
廃水を処理する方法であって、
廃水供給源から廃水を受け取る工程と、
固液混合物を生成し、生物処理を前記廃水に対して実施する工程と、
前記固液混合物中の粒子を重量に基づいて分別して前記固液混合物から１００ｍＬ／ｇ未満の汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を分離する工程と、
前記分離された固体をリサイクル流として処理装置に供給し、前記廃水供給源から受け取ったさらなる廃水と共に、前記リサイクル流をさらに処理する工程と、
前記固液混合物における残留溶液を廃水流として固体処理を行う装置に供給する工程であって、当該固体処理は、前記固液混合物における前記残留溶液の濃縮処理および脱水処理のうちの少なくとも１つを含むものである、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年１１月２７日に出願した「重量選別を用いる廃水処理方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）」と題する米国特許仮出願番号第６１／７３０，１９６号に対する優先権を主張するものであり、参照することにより全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、廃水処理方法および装置に関し、特に重量選別を用いて廃水処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
活性汚泥処理に伴って固体を除去するために通常、比重分離が利用される。固体の沈降を改良するために、方法論が開発されている。この方法論を適用して、膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）による処理において膜汚染を減少させる、若しくは膜拡散器汚染を減少させることも可能である。現在、沈降性の高い固体を選別する方法が３つある。第１の方法は活性汚泥処理に含まれるもので、例えば、好気性で無酸素性、または嫌気性の領域または選別装置を用いて沈降性の高い固体を選別し、それによって沈降を改良する方法である。しかしながら、このような選別装置の利用は賛否両論があり、常に効果があるとは限らない。
【０００４】
第２の方法は、リアクタ内でのせん断／撹拌を利用して、沈降性の高い粒状固体を選別する。この選別もまた、主流固液比重分離装置における汚泥のオーバーフロー速度（ｏｖｅｒｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）が増大する結果となる。この選別工程は、段階的で冗漫な場合が多く、選別装置が主流工程に関連するので、許可要件を満たすことに関連する問題が結果的に発生する。大抵の場合、回分式活性汚泥処理のみは、可撓性によりオーバーフロー速度を徐々に増加し変更することが可能である。
【０００５】
第３の方法は、多くの場合、「分類選別装置」を用いてリアクタの表面で泡および固体を収集して「表面廃棄」することにより、沈降性の低い泡や取り込まれた固体を選別して廃棄する工程を含む。この方法は、最初は泡を減少させるためのものであったが、これらの沈降が遅い固体がリアクタの表面近くに溜まる傾向があるため、沈降が遅い固体を選択的に洗い流す。従って、この方法は、沈降性の高い固体のみを保留し、それによって沈降性の低い固体を除外する際に有用となり得る方法を提供するが、沈降する固体を選別する際の使用が制限される可能性がある。この方法を実現する際に、沈降特性の改良が一致しない場合が多い。その理由として、沈降性の低い固体が、例えば、分類器の表面の除去速度を超える速度で生成される場合、汚泥内に保留され残存することになる。
【０００６】
廃水から固体を選別して分離するために現在使用されている方法の欠点を持たない廃水処理方法および装置に対する必要性が存在する。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）  米国特許出願公開第２００７／００００８３６号明細書
（特許文献２）  米国特許出願公開第２０１０／０１７０８４５号明細書
（特許文献３）  米国特許出願公開第２０１２／００４８８０２号明細書
（特許文献４）  米国特許出願公開第２００５／００８７４８０号明細書
（特許文献５）  特開２００１―０９６２９７号公報
（特許文献６）  欧州特許出願公開第１６３４８５４号明細書
（特許文献７）  欧州特許出願公開第１６３４８５５号明細書
（非特許文献）
（非特許文献１）  Ｗｅｔｔ  ｅｔ．ａｌ．，"Ｓｙｎｔｒｏｐｈｙ  ｏｆ  ａｅｒｏｂｉｃ  ａｎｄ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ａｍｍｏｎｉａ  ｏｘｉｄｉｓｅｒｓ"２０１０  ｐ１９１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の一観点によれば、優れた沈降特性を有する固体を選別して保留（ｒｅｔａｉｎ）するための方法を提供する。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本方法は、廃水に対して生物学的処理工程を実施する処理装置の流入口に前記廃水を給送する工程と、前記処理装置の流出口において、処理済み廃水を流出する工程と、前記処理済み廃水を優れた沈降特性を有する固体を選別する重量選別装置の流入口に給送する工程と、前記重量選別装置の第１の流出口においてリサイクル流を流出する工程とを有する。
【０００９】
前記方法はさらに、前記重量選別装置の第２の流出口において廃棄流を流出し、固体処理を行う工程を有し、前記固体処理は濃縮処理、安定処理、調整処理および脱水処理のうちの少なくとも１つを含んでもよい。前記廃棄流が拒否され、前記リサイクル流が前記処理装置に返送されてもよい。前記廃棄流は、沈降および濾過特性が低い固体、または膜汚染の可能性が高い固体を有する場合がある。
【００１０】
前記方法は、さらに、前記重量選別装置の前記第１の流出口から前記処理装置に前記リサイクル流を供給する工程を有してもよい。前記リサイクル流は、優れた沈降特性を有する固体を含んでもよい。
【００１１】
前記処理工程は、浮遊生物型活性汚泥処理（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、粒状汚泥処理、統合された固定膜活性汚泥処理、生物学的栄養塩除去処理、好気性消化処理、または嫌気性消化処理を有してもよい。
【００１２】
前記処理工程が、生物学的処理工程を有してもよい。前記生物学的処理工程は連続的な固液分離処理を有してもよい。
【００１３】
前記処理装置は膜分離装置を有してもよい。
【００１４】
前記処理装置は、前記廃水を加速し、前記廃水にせん断力を加え、沈降および濾過特性の低い固体から沈降特性が高い固体を分離するサイクロンを有してもよい。
【００１５】
前記処理装置は、遠心力およびせん断力を加え、前記廃水内の沈降および濾過特性が低い固体から沈降特性が高い固体を分離する遠心分離機を有してもよい。
【００１６】
前記サイクロンの給送速度および形状は、前記サイクロン内の前記廃水の速度を調整するように構成されてもよく、それにより、より大きいまたはより高密度の固体が選別されるか、若しくは、前記サイクロン内での分離のために利用可能な時間が増加する。
【００１７】
前記処理済み廃水を前記重量選別装置の流入口に給送する工程は、前記処理済み廃水を底流（ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ）および流出水に分離する分離装置の流入口に前記処理済み廃水を給送する工程と、前記分離装置から前記底流を受け取る工程と、沈降特性が優れた固体を前記底流から重量選別し、前記リサイクル流を前記第１の流出口に供給する工程とを有してもよい。
【００１８】
前記方法は、さらに、所定のサイズまたは密度の固体が保留されるように、前記廃水の速度を前記サイクロン内で制御する工程を有してもよい。
【００１９】
前記方法は、さらに、水量負荷速度を制御して、所定のサイズまたは密度の沈降固体を選別する工程を有してもよい。
【００２０】
本開示のさらなる観点によれば、沈降特性の優れた固体を選別して保留する装置が提供される。前記装置は、流入口と流出口とを有し、処理工程を実施するように構成された処理装置と、流入口と、廃水流流出口と、リサイクル流流出口とを有する重量選別装置とを有し、前記重量選別装置の前記リサイクル流流出口は前記処理装置の前記流入口に連結されている。
【００２１】
前記重量選別装置の前記流入口は、前記処理装置の前記流出口に連結されてもよい。
【００２２】
前記重量選別装置の前記流入口は、分離装置の底流流出口に連結されてもよい。
【００２３】
前記重量選別装置の前記リサイクル流流出口はリサイクル流を前記処理装置に供給してもよく、前記リサイクル流は沈降特性の優れた固体を有してもよい。
【００２４】
前記処理工程は、浮遊生物型活性汚泥処理、粒状処理、統合された固定膜活性汚泥処理（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｉｘｅｄ−ｆｉｌｍ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、生物学的栄養塩除去処理（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｉｘｅｄ−ｆｉｌｍ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、好気性消化処理または嫌気性消化処理を有してもよい。
【００２５】
処理装置が、バイオリアクタ処理を有してもよい。前記バイオリアクタ処理は連続的な固液分離処理を有してもよい。
【００２６】
前記処理装置は、前記廃水を加速し、前記廃水にせん断力を加え、沈降および濾過特性が低い固体から沈降特性が高い固体を分離するサイクロンを有してもよい。
【００２７】
前記処理装置は、遠心力およびせん断力を加え、前記廃水内の沈降および濾過特性が低い固体から沈降特性が高い固体を分離する遠心分離機を有してもよい。
【００２８】
前記サイクロンの給送速度および形状は、前記サイクロン内の前記廃水の速度を調整するように構成されてもよく、それにより、より大きいまたはより高密度の固体が選別されるか、若しくは前記サイクロン内での分離のために利用可能な時間が増加する。
【００２９】
前記装置は、さらに、流入口が前記処理装置の前記流出口に連結された分離装置を有してもよい。
【００３０】
前記サイクロンは前記廃水の速度を制御してオーバーフロー速度（ｏｖｅｒｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）を調整してもよく、それにより、所定のサイズまたは密度の沈降固体が保留される。
【００３１】
前記サイクロンは水量負荷速度を制御して、所定のサイズまたは密度の沈降固体を選別してもよい。
【００３２】
本開示のさらなる実施例によれば、沈降特性の優れた固体を選別して保留する方法が提供され、前記方法は、廃水供給源から廃水を受け取る工程と、前記廃水を処理して処理済み廃水を提供する工程と、前記処理済み廃水から沈降特性を有する固体を重量選別する工程と、前記選別された固体を処理装置に供給し、前記廃水供給源から受け取られたさらなる廃水と共に、前記選別された固体をさらに処理する工程とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本開示をさらに理解するために含まれる添付図面は、本明細書の一部に組み込まれ、またこの一部を構成し、本開示の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本開示の原理を説明するものである。本開示の根本的理解に必要と思われるよりも詳細な本開示の構造上の詳細と、本開示が実施され得る様々な方法とを示すための試みは、なされていない。
【図１】図１は、浄化装置の底流から取られた廃水流を介して汚泥の廃棄が行われる活性汚泥処理の一例を示す。
【図２】図２は、本開示の原理に従った活性汚泥処理の一例を示し、廃水流がリアクタタンクから直接に取られ、重量選別装置に与えられ、より稠密で大きい粒子がリアクタに戻され、廃棄固体を表す、より軽質の留分がシステムから取られる図である。
【図３】図３は、本開示の原理に従った活性汚泥処理を示し、廃水流が浄化装置の底流から取られ、重量選別装置に与えられ、大きく、より稠密な粒子がリアクタに戻され、廃棄固体を表す、より軽質の留分がシステムから取られる図である。
【図４】図４は、汚泥沈降特性の典型的劣化を、図２または図３の活性汚泥処理の改良された沈降性能と比較するグラフを示す。
【図５】図５は、本開示の原理に従って、典型的システム内の１個の処理レーンでの汚泥沈降特性の劣化を平行レーンの改良された沈降性能とを比較するグラフを示す。
【図６】図６は、本開示の原理に従って、活性汚泥処理に対する汚泥容量指数（ＳＶＩ）対時間の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本開示ならびにその様々な特徴および有益な詳細は、添付図面で述べられ且つ例示され、またはそのいずれかであり、以下の説明で詳しく述べられた非限定的実施形態および実施例を参照してより十分に説明される。図面に例示された特徴は、必ずしも原寸に比例して描かれる必要はなく、たとえここで明白に述べられなくても、当業者が認識するように一実施形態の特徴が他の実施形態と共に採用され得ることが注目されるべきである。周知のコンポーネントおよび処理技術の説明は、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないように、省略することも可能である。ここで使用する実施例は、本開示が実施可能な方法を理解するのを容易にし、さらに当業者が本開示の実施形態を実施出来るように単に意図されているに過ぎない。従って、ここでの実施例および実施形態は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。さらに、同じ参照符号は、いくつかの図を通じて同じ部品を表すことが注目される。
【００３５】
本開示で使用する用語「含む」、「有する」およびその変形は、別段の指示が明示的になされていない限り、「含むが限定されない」の意味である。
【００３６】
本開示で使用する用語「１つの」、「１つの」および「その」は、別段の指示が明示的になされていない限り、「１つもしくはそれ以上」の意味である。
【００３７】
「処理工程」、「方法工程」等を順に述べてもよいが、このような処理および方法は、別の順で機能するように構成することも可能である。換言すれば、説明可能な工程の順序は、工程がその順で実施されるという要件を必ずしも示すわけではない。ここで述べる処理または方法の工程は、いずれかの実際的な順序で実施することも可能である。さらに、いくつかの工程を同時に実施することも可能である。
【００３８】
１つの装置または物品についてここで述べる際に、１つの装置または物品の代わりに、２つ以上の装置または物品を使用することも可能であることが容易に明らかとなるであろう。同様に、２つ以上の装置または物品についてここで述べる場合、２つ以上の装置または物品の代わりに１つの装置または物品を使用することも可能であることが容易に明らかとなるであろう。装置の機能性または特徴は、このような機能性または特徴を有するものとして明白には述べられていない１つもしくはそれ以上の他の装置によって代わりに実施することも可能である。
【００３９】
図１は、活性汚泥処理およびその活性汚泥処理を実施するためのシステム１００の一例を示す。システム１００は、前処理を含んでもよく、さらに棒篩２と、粗粒除去器（図示せず）と、前処理チャンバ３と、流入水ポンプ（図示せず）とを含んでもよい。システム１００は、一次分離装置５と、処理装置６と、二次分離装置９とをさらに含むことも可能である。システム１００は、例えば下水道等の外部源（図示せず）から廃水１を受け取り、例えば棒篩２を含むことも可能である前処理段階において廃水１を処理して、カン、ラグ、スティック、プラスチックパケット等のより大きい物体を廃水１から除去することも可能である。前処理段階はまた、前処理チャンバ３を含むことも可能であり、この前処理チャンバ３は、入って来る廃水１の速度を調整して、例えば、砂、粗粒、石、割れたガラス等の沈降を許容するための、例えば砂または粗粒チャンバを含むことも可能である。前処理チャンバ３は、例えば、砂または粗粒チャネルと取り替えることも可能である。前処理段階は、例えば、脂肪やグリース等を除去するための小型タンクをさらに含むことも可能である。
【００４０】
前処理段階に続いて、溜まった固体を含有する余分の廃水を含む残りの固液混合物４Ａは、重力沈降のための一次分離装置５に送ることも可能である。一次分離装置５は、タンク（例えば、浄化タンク、沈澱タンク等）を含むことも可能であり、このタンクは、例えば、矩形、円錐形、円形、楕円形等、様々な形状のうちの１つを有することが可能である。一次分離装置５は、固体除去を改良するために、化学的またはバラストの材料を添加することも可能である。一次分離装置５は、より重い固体を固液混合物４Ａから沈降させる。その結果生じる底流８Ａは、当業者に既知であるように、一次分離装置５から排出され、例えば、濃縮処理、安定処理、調整処理、脱水処理、汚泥処理等のさらなる処理のための固体処理工程に送ることも可能である。
【００４１】
可溶性の有機および無機汚染物質と粒状物質とを含有する、結果的に生じる固液混合物４Ｂは、その後、処理装置６に送ることも可能である。処理装置６は、バイオリアクタを含んでもよい。処理装置６は、エアレーションタンク（図示せず）と、生きている好気性および通性細菌とを含んでもよい。空気を混合物４Ｂに添加して、処理装置６内の（好気性細菌が成長する）生体反応工程を促進させることも可能である。好気性細菌は、溶存酸素の存在下で、有機物を消化することになる。
【００４２】
処理装置６は、比較的純粋な水を有機物と細菌との懸濁液から分離するための膜モジュール（図示せず）をさらに含んでもよい。膜モジュールが処理装置６に含まれる場合、分離装置９は、システム２００（図２に示す）および３００（図３に示す）から除外してもよい。好気性細菌および膜モジュールは、膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）において連続的に動作するように設定可能である。例えば、固液混合物はまずバイオリアクタを通過して流れてもよく、反応が完了するのに必要な期間、保留してもよく、その後、膜モジュールを通過して流れてもよい。
【００４３】
固液混合物４Ｂに空気を供給可能ないずれかの既知の方法によって、空気を処理装置６に加えることも可能である。共通の方法は、ＥＰＤＭとポリウレタンとを含有する穴の開いた可撓性膜材料から構成された微細な気泡拡散器（図示せず）に圧縮空気を加えることである。処理装置６は、混合溶液４Ｃとして一般に知られている酸素化した固液混合物を排出し、その後、二次分離装置９に送られる。
【００４４】
二次分離装置９は、固液混合物４Ｃを分離し、底流４Ｆを生成し、これはその後、分離された汚泥７の一部としてリサイクルされ、バイオリアクタ６に戻され、流出水１０として浄化した廃水となることも可能である。底流バイオマス８Ｂ（または混合溶液）の一部は、当業者に既知であるように、当該処理により廃棄され、例えば、濃縮処理、安定処理、調整処理、脱水処理、汚泥処理等のさらなる処理のための固体処理工程に送られてもよい。
【００４５】
あるいは、処理装置６は、（二次分離装置９の代わりに）処理装置６におけるスラリーにおいて懸濁可能な膜（図示せず）を含んでもよく、これは、適切に分割されて正確な気流を達成し、必要な汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を与える速度で、処理装置６の基部から過剰に引き出される場合もある。
【００４６】
処理装置６の代わりに、またはそれに加えて、システム２００が、技術において既知であるように、例えば、粒状汚泥処理、統合された固定膜活性汚泥処理、関連の循環を伴う様々な嫌気性、無酸素性および好気性領域を用いる生物学的栄養塩除去処理、好気性消化処理、嫌気性消化処理等を含んでもよいことが注目される。
【００４７】
図２は、本開示の原理に従って構成された活性汚泥処理を実施するためのシステム２００の一例を示す。システム２００は、システム１００と同じ構成であってもよい。システム２００は、サイクロン（図示せず）、液体サイクロン（図示せず）、遠心分離機（図示せず）、沈澱タンク（図示せず）、沈澱筒（図示せず）、フィルタ（図示せず）等を含んでもよい。システム１００内のコンポーネントに追加して、システム２００は、重量選別型分離装置１１を含む。システム２００は、例えば混合液（または酸素化固液混合物４Ｄ）からの直接廃棄によって重量選別装置１１における重量選別により、沈降性の高い固体に対する選別能力を有する。沈降性の高い固体は、例えば、１２０ｍＬ／ｇ未満、好ましくは１００ｍＬ／ｇ未満、若しくは１００ｍＬ／ｇの汚泥容量指数（ＳＶＩ）を示す固体を含んでもよい。
【００４８】
重量選別装置１１は、例えば、浄化装置、沈降タンク、サイクロン、液体サイクロン、遠心分離機等を含んでもよい。重量選別型分離装置１１は、流入口と、廃水流流出口およびリサイクル流流出口を備える複数個の流出口とを含んでもよい。重量選別型分離装置１１は、その流入口において酸素化固液混合物または混合液４Ｄを処理装置６の流出口から受け取るように位置決めされてもよい。あるいは（またはさらに）、流れ４Ｃは重量選別装置１１に流入口してもよい。動作中、重量選別装置１１は、混合物４Ｄ内の粒子を分類、分離および選別またはそのいずれかであってもよく、この混合物４Ｄは、例えば、粒子の流体抵抗に対する求心力の比率に基づいて液体または液固懸濁液を含んでもよい。重量選別装置１１は、沈降性の高い固体を混合物４Ｄから分離し、そのリサイクル流流出口において固体を底流４Ｅとして流出してもよく、その底流４Ｅは、さらなる処理（例えばバイオ反応、消化等）のために処理装置６に送り戻されてもよい。重量選別装置１１は、その廃水流流出口において残りの液体／液体―懸濁液を廃水流８Ｃとして流出してもよく、その廃水流８Ｃは、ＭＢＲ膜汚染を引き起こし、廃水１０内に濁りを発生させ、膜空気拡散器汚染を誘発する可能性を有し、例えば、汚泥処理や脱水等のさらなる処理のためのシステムから流出することも可能である、より小さい粒子およびコロイドを含有してもよい。
【００４９】
図３は、本開示の原理に従って構成された活性汚泥処理を実施するためのシステム３００のさらに他の例を示す。システム３００は、システム１００と同じ構成を含んでもよい。システム１００におけるコンポーネントに加えて、システム３００は、重量選別装置１１を含んでもよく、この重量選別装置１１は、その流入口において、二次分離装置９の流出口から底流４Ｆを受け取るように位置決めしてもよい。システム３００は、例えばより濃縮された返送汚泥７からの直接廃棄によって、重量選別装置１１における重量選別により、沈降性の高い固体を選別する能力を有する。
【００５０】
重量選別装置１１は、底流４Ｆを処理して、より重い固体を液固混合物から分離し、より重い固体をリサイクル流流出口において底流４Ｅとして、また重量選別装置１１の廃水流流出口において結果的に生じるオーバフロー８Ｃを流出してもよい。オーバフロー８Ｃは、例えば、安定処理、脱水処理等のさらなる処理のための固体処理工程に送ってもよい。底流４Ｅは、分離された汚泥７と共に、リサイクルされ、さらなる処理のために処理装置６に戻されてもよい。
【００５１】
本開示の他の局面によれば、汚泥の一部（または全部）が、二次分離装置９の底流から直接に廃棄されてもよく、これは図面には示されていない。
【００５２】
重量選別装置１１は、液固混合物から固体を選別して分離するための１つもしくはそれ以上の比重分離装置を含んでもよく、この比重分離装置は、例えば、沈降タンク、沈降筒、サイクロン、液体サイクロン、遠心分離機等を含んでもよい。重量選別装置１１において、浮上速度とも呼ばれるオーバーフロー速度を、沈降性の高い固体を溶液（または汚泥）から選別する際にパラメータとして使用可能である。このオーバーフロー速度は、沈降性の高い固体を単に保留しながら、沈降性の低い固体の廃棄を増大するように調整可能である。オーバーフロー速度が増加すると、滞留時間が固体を適切に分類するには不十分である場合、ある一定の地点に到達するまで、沈降性の高い固体に対する選別が促進されることになる。重量選別装置の目標オーバーフロー速度が、プロセスの望ましいＳＲＴ、およびバイオマスの特定マスをシステムから除去するための関連のニーズを基準にしなければならない。特定のオーバーフロー速度は、使用する特定の装置に適合させなければならないが、一般に二次分離処理７のオーバーフロー速度の１０ないし１００倍であると予期される。
【００５３】
液体サイクロン分離が圧力下で行われ、圧力降下を分離のためのエネルギ源として使用することも可能である。従って、重量選別装置１１が液体サイクロンを含む場合、液体サイクロンは、液体サイクロン内で接線方向に流入する液固混合物を給送して、高半径方向速度となるように流入口が位置決めされるように構成するべきである。さらに液体サイクロンは、テーパ形状である。それ故に、スピン運動が開始され、流体の加速度が液体サイクロンのテーパ形状に起因する場合もある。これによって、例えば、フィラメントの破壊または間隙水もしくは結合水の変位量等の作用によって粒子の沈降特性を改良するせん断力を生じる。初期速度およびサイクロンの直径（サイズ）またはそのいずれかを変化させて、望ましい固相率の異なる分離速度を選別することになるか、または逆に望ましくないオーバフローが生じる場合がある。
【００５４】
例えば、１対の液体サイクロンは、システム２００（または３００）の廃棄汚泥ラインに設置され、各々が例えば約２０ｍ３／ｈｒの廃棄速度に対して構成されてもよい。圧力は、例えば約１．７バールに設定することも可能である。オンライン圧力センサ（図示せず）は、システム２００（または３００）に含まれてもよく、これは、例えばポンプ（図示せず）の周波数駆動装置に対する制御信号を送ることも可能であり、この周波数駆動装置もまた、システム２００（または３００）に含まれてもよい。システム２００（または３００）内の底流用ローノズルは、例えば、約２５ｍｍの直径を有し、それによって、閉塞に対する深刻度の尤度を低減することも可能である。図４は、本例のためのＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）対時間を示す図である。
【００５５】
他の実施例によれば、システム２００（または３００）内に複数個のサイクロン（例えば、７個のサイクロンを１組とする）が設置されてもよい。各サイクロンは、５ｍ３／ｈｒの流量に対して構成してもよい。圧力は、例えば、約２．１バールに設定してもよく、底流用ノズルの直径は、例えば、約２２ｍｍに設定してもよい。システム２００（または３００）は、サイクロンが目詰まりしないように、例えば約５ｍｍの幅の１つもしくはそれ以上の直列式ふるいを含んでもよい。図６は、本例のためのＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）対時間を示す図である。
【００５６】
遠心分離は、デカンタ式遠心分離機を用いて行われる場合が多く、この場合、遠心分離機の毎分回転数（例えば、５００ないし５０００ｒｐｍの範囲）が増加することにより、重力が増加し、それによって沈降速度が増加する。従って、重量選別装置１１がボール部、スクロール部、ポンド部を有する遠心分離機を含む場合、その遠心分離機は、重量選別装置１１における液固混合物を、例えば沈降タンク内で発生する可能性がある重力に対して何度も露呈することが可能である。遠心分離機におけるボールと遠心分離機スクロールとの間の非常に小さい差分ｒｐｍ（例えば、通常は１ないし１０ｒｐｍの範囲）を用いて、遠心分離機のオーバフローポンド部において排出される、より沈降性の低い固体から、より沈降性の高い固体を分離することが可能である。従って、水面積負荷率、遠心分離機の回転速度、ボール／スクロール差分ｒｐｍを制御して、これらの所定閾値間速度を管理することにより、より大きく且つより多くの、またはそのいずれかの高密度の固体の選別を制御することが可能になる。例えば、水面積負荷率またはボール／スクロール差分ｒｐｍが増加すると、より大きく且つより多くの、またはそのいずれかの高密度の固体の選別が改良可能となり、一方、これらの速度が減少すると、重量測定分離に対して利用可能な滞留時間の延長を助長する場合があり、均衡の取れた速度を用いて、処理を管理することが可能となる。ポンド部における固体が廃棄され、より重いスクロールされた固体が保留され、処理装置６に返送可能である。
【００５７】
重量選別装置１１の重要な特性とは、急激なオーバーフロー速度を用いて固体廃棄流に関連する別個の設備内に、沈降性の高い固体を保留する能力である。これらの沈降性の高い固体は、より稠密であり且つより大きいという傾向があり、より高い沈降は、重量選別装置１１における材料の迅速な除去を許容するストキアン（Ｓｔｏｋｉａｎ）沈降に基づくものである。別の重要な特性とは、ＭＢＲ膜汚染および流出水１０内の濁りまたはそのいずれかを発生し、例えば処理装置６における膜空気拡散器汚染を誘発する可能性を有する、より小さい粒子およびコロイドを液体／液固混合物から選択的に除去することである。
【００５８】
米国特許出願公開番号第ＵＳ２０１３／０００１１６０号は、アンモニア含有廃水をバイオ浄化する方法を開示しており、ここでその全体が本明細書に組み込まれている。開示された方法は、低成長嫌気性アンモニア酸化細菌（ＡＮＡＭＭＯＸ）を含有する重い汚泥相を軽い汚泥相から（例えば液体サイクロン、遠心分離機または沈澱を用いて）重量測定分離し、軽い汚泥相をガス発生用消化装置に給送しながら、重い汚泥相をアンモニア含有廃水を処理する好気性リアクタに戻す工程を提供する。
【００５９】
図４ないし図６は、本開示の原理を実現することに起因する汚泥沈降特性の改良を示し、システム２００（図２に示す）または３００（図３に示す）の実現化を含む。汚泥容量指数（ＳＶＩ）は、１グラムの固体に対して正規化されたテストシリンダにおいて３０分間で沈降した汚泥ブランケットの容量を表し、沈降性の標準測定値である。多くの場合、１５０ｍＬ／ｇよりも大きいＳＶＩは汚泥の低い沈降性のインジケータであり、１２０ｍＬ／ｇ未満の、また好ましくは１００ｍＬ／ｇ未満、若しくは１００ｍＬ／ｇのＳＶＩは、高い沈降性のインジケータである。汚泥の沈降性は、活性汚泥プラントにおいて動作可能な最大混合液固動作を決定する。多くの十分に動作する処理プラントでさえ、沈降性能は、例えば一般に冬季の最後で、その年のある一定期間、低減する傾向がある。
【００６０】
図４ないし図６に見られるように、重量選別装置１１を使用することにより、例えば、１２０ｍＬ／ｇ未満、また好ましくは約１００ｍＬ／ｇ未満、若しくは１００ｍＬ／ｇの優れた沈降性が提供され且つ維持される。
【００６１】
図４は、システム１００の処理における汚泥沈降特性の劣化をシステム２００および３００の活性汚泥処理の改良された沈降性能と比較するグラフを示す。本グラフは、本開示の原理に従って重量選別装置１１を実現するという利点を実証している。特に、本グラフは、システム２００（または３００）を用いる沈降特性の、重量選別装置１１を含まないシステム１００（図１に示す）を用いる沈降特性との比較を例示する。特に、本グラフは、上記で注目したように、１対のサイクロンがシステムの廃棄汚泥ラインに設置される場合およびサイクロンが各々、２５ｍｍの直径の底流用ノズルを用いて、１．７バールの圧力で２０ｍ３／ｈｒの廃棄速度に対して設計される場合の結果を表示する。
【００６２】
図４では、本グラフは、３年間の冬季から春季（例えば１２月１日から５月３０日まで）の間、システムにおける汚泥沈降特性の劣化を比較する。グラフから分かるように、ＳＶＩは冬季の最後で約１９０ｍＬ／ｇまでのレベルに到達したが、ＳＶＩに対する同期間、改良された沈降特性は、システム２００（または３００）を用いると、１００ｍＬ／ｇ未満のままであった。
【００６３】
図５および図６は、典型的システムにおける１個の処理レーンでの汚泥沈降特性の劣化を、システム２００（または３００）内の平行レーンの改良された沈降性能と比較するグラフを示す。特に、本グラフは、７個のサイクロンの組が設置され、各々が５ｍ３／ｈｒの流量に対して設計されているＷＷＴＰグラーネルランド（Ｇｌａｒｎｅｒｌａｎｄ）プラントにおけるフルスケールパイロットテストの結果を表示する。設計圧力は、２．１バールに設定され、底流用フローノズルの直径は、１２ｍｍに設定された。サイクロンが目詰まりしないように、幅５ｍｍの直列式ふるいを設置した。この結果は、１個の液体処理レーンでの汚泥沈降特性の劣化（９００ｍｌ／ｇを超えるＳＶＩ）の、実験期間の平行レーンの改良された沈降特性（ＳＶＩは１００ｍＬ／ｇ辺りで一定のままである）との比較を示す。ＷＷＴＰグラーネルランドでは、性能比較がより直接的であるように思われ、この場合、一方の処理トレーンが重量選別装置を用いずに動作され、他方の平行トレーンは、同期間、システム２００（または３００）において見られるように、重量選別装置を用いて動作された。
【００６４】
図６において、本グラフはまた、１対のサイクロンが、各々２０ｍ３／ｈｒの廃棄に対して設計された廃棄汚泥ラインに設置されたＷＷＴＰストラス（Ｓｔｒａｓｓ）プラントでのテストの結果を表示する。設計圧力は、１．７バールに設定され、オンライン圧力センサが、システム内で使用するポンプの周波数駆動装置に対する制御信号を送るために含まれた。２５ｍｍの直径という底流用ノズルのサイズのため、目詰まりに対する脆弱性は観察されなかった。
【００６５】
図４ないし図６から明らかであるように、システム２００（または３００）内に重量選別装置１１を適用することにより、他の方法で発生し、動作上の問題や、設計の際の障害をもたらすであろう沈降性能の劣化を軽減することが可能である。
【００６６】
活性汚泥処理は、廃水を処理するために使用可能なバイオリアクタを含んでもよい。活性汚泥処理は、廃水を処理するための別の処理、例えば、粒状処理、統合された固定膜活性汚泥処理、好気性消化処理、嫌気性消化処理等をさらに含んでもよい。これらの処理のいずれかは、リサイクルまたはバイオマスの除去のための重量測定分離を利用して、分離装置に接続可能である。
【００６７】
本開示は、例示の実施形態に関して述べられたが、本開示が、添付の特許請求の範囲の精神および範囲を変更して実施することが可能であることを当業者は認識するであろう。これらの実施例は、単に例示のものであり、本開示の全ての可能な設計、実施形態、応用または変更の網羅的リストを意味するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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