(57)【要約】下水処理システム（１０）の下水処理施設（１４）の上流の下水配管系統（１６）において下水の前処理を行う方法及び装置（３２）は、下水配管系統（１６）の未処理下水源と下水処理施設（１４）との間でサイト（２０）を選択し、選択したサイト（２０）に生物学的活性促進剤の供給源（３４）を設け、選択したサイト（２０）においてその供給源（３４）から促進剤を未処理下水（Ｓ）に導入して、下水（Ｓ）を下水処理施設（１４）の上流の配管系統（１６）において未処理状態から前処理状態に変換する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理システムの下水処理施設の上流の配管系統において下水を前処理する方法であって、
ａ）下水処理システムの未処理下水源と下水処理施設との間の配管系統においてサイトを選択し、
ｂ）選択したサイトに生物学的活性促進剤の供給源を設け、
ｃ）選択したサイトにおいて生物学的活性促進剤の供給源から未処理下水の流れの中に促進剤を導入することにより、下水処理施設の上流の配管系統において下水を未処理状態から前処理状態に変化させるステップより成る下水の前処理方法。
【請求項２】
選択したサイトは、下水配管系統における下水ポンプサイトである請求項１の方法。
【請求項３】
選択したサイトは、下水配管系統における未処理下水一時収集サイトである請求項１の方法。
【請求項４】
促進剤の供給源を設けるステップは、選択したサイトにおいて促進剤の発生器と注入器とを提供するステップを含む請求項１の方法。
【請求項５】
促進剤は、下水の流れを嫌気性から好気性状態に変化させる酸素を含んだガスである請求項１の方法。
【請求項６】
促進剤は、下水の流れに含まれるバクテリアを枯渇させるオゾンを含むガスである請求項１の方法。
【請求項７】
促進剤は、下水の流れにおいて微生物活性を増加させる酵素である請求項１の方法。
【請求項８】
促進剤の導入は、選択したサイトの配管系統のパイプに介在する混合装置を用い、サイトで供給源から促進剤を受けて下水の流れと混合することにより行われる請求項１の方法。
【請求項９】
選択したサイトは、下水の配管系統のポンプサイトである請求項１の方法。
【請求項１０】
ポンプサイトはポンプを具備し、ポンプサイトのポンプの上流か下流で促進剤が下水の流れと混合される請求項９の方法。
【請求項１１】
下水処理システムの下水処理施設の上流の配管系統において下水の前処理を行う装置であって、
ａ）下水処理システムの未処理下水源と下水処理施設との間の下水配管系統において選択したサイトと、
ｂ）選択したサイトに設けた生物学的活性促進剤の供給源と、
ｃ）選択したサイトで供給源から生物学的活性促進剤を未処理下水の流れに導入することにより、下水を下水処理施設の上流の配管系統において未処理状態から前処理状態に変換させる手段とより成る下水の前処理装置。
【請求項１２】
選択したサイトは、下水配管系統における下水ポンプサイトである請求項１１の装置。
【請求項１３】
選択したサイトは、下水配管系統における未処理下水一時収集サイトである請求項１１の装置。
【請求項１４】
促進剤は、下水の流れを嫌気性から好気性状態に変化させる酸素を含んだガスである請求項１１の装置。
【請求項１５】
促進剤は、下水の流れに含まれるバクテリアを枯渇させるオゾンを含むガスである請求項１１の装置。
【請求項１６】
促進剤は、下水の流れにおいて微生物活性を増加させる酵素である請求項１１の装置。
【請求項１７】
促進剤を導入する手段は、
選択したサイトの促進剤発生器と、
選択したサイトの配管系統に介在し、選択したサイトで促進剤発生器から促進剤を受けて下水の流れに混合する混合装置とより成る請求項１１の装置。
【請求項１８】
選択したサイトは、下水の配管系統のポンプサイトである請求項１７の装置。
【請求項１９】
ポンプサイトはポンプを具備し、ポンプサイトのポンプの上流で促進剤が下水の流れと混合される請求項１８の装置。
【請求項２０】
ポンプサイトはポンプを具備し、ポンプサイトのポンプの下流で促進剤が下水の流れと混合される請求項１８の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術的分野】
本発明は、一般的に、下水処理に関し、さらに詳細には、都市下水処理システムにおける都市下水処理施設の上流のサイトで下水の前処理を行う方法及び装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
都市の下水（以下において、「廃水」も含む）システム、集水システム、移送システム及び処理システム（以下において、「下水処理システム」と呼ぶ）は、相互接続された配管の大規模ネットワークである。都市下水処理システムは、その拡張性及び地形的分布により、下水の流れが常に重力により移送されるとは限らない。そのため、下水の流れをシステムの高い点あるいは都市下水処理施設へ引き上げるために、配管系統の一部にポンプサイトが必要となる。
【０００３】
ポンプサイトは、住宅地の開発、集合住宅の開発または商業オフィス施設の開発のようなプロジェクトの集水ポイントに設けられる。これらの開発地域から集められた未処理下水は、ポンプサイトにより圧力幹線を介して高い点に圧送され、そこから重力により都市下水処理施設へ流れて処理される。ポンプサイトは、地形的分布により、下水を重力だけではもはや下水処理施設に移送できない配管系統のポイントに設けられることもある。ポンプサイトは通常、配管系統上流のネットワークから未処理下水を受けて蓄積する集水池と、下水を集水池から圧力幹線を介して高いポイントに圧送する機械式ポンプとを使用する。未処理下水は、この高いポイントから重力により下水処理施設へ流れ、そこで処理される。典型的な都市の下水処理施設の下水配管系統は、未処理下水の流れが下水処理施設に到達できるようにするために多数のポンプサイトを備えている。
【０００４】
臭気の抑制は、都市下水システムの下水配管系統において主要な問題と考えられている。下水における臭気発生化合物の大部分は、下水中に見られる、有機物質、硫黄及び窒素を消費する嫌気性（空気なし）生物学的活性源が発生させる。有機物の臭気は通常、有機物質を分解して種々の無臭のガスを形成する生物学的活性により生じるものである。
【０００５】
都市の下水処理施設において、下水は、清澄、空気混和及び殺菌プロセスにより処理するのが一般的である。処理プロセスにおける主要な添加剤は、下水中の有機物を生物学的に分解するための酸素または空気であり、電力によりポンプとコンプレッサとを作動して酸素または空気が運ばれ混合される。
【０００６】
都市下水処理システムの需要は、住居及び商業地区開発の広がりにより、ますます増加しつつあるが、その需要を満たすためにはさらに資本を投下する必要がある。しかしながら、都市の財源は通常、手数料と税金であり、現在の運転コストをまかなうための必要経費がかなりのものであるため、さらなる資本投下への財政的手当ては不充分であることが多い。これらの問題に対処する種々の提案の代表的な例が、Ｋｏｖａｒｉｋの米国特許第３，８７５，０５１号、Ｃａｒｎａｈａｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許第４，９１９，８１４号、Ｗｉｃｋｅｎｓ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，３３２，５０２号及びＣｏｕｔｕｒｅ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，８０７，４８４号に記載されている。しかしながら、これらの提案は何れも、新たな有意な資本投下を必要とせずに、都市下水処理システムを改善できる効果的なアプローチを提示しているとは思えない。
【０００７】
従って、都市下水処理システムに関連して、最小の資本投下で、かかるシステムの容量を増加させる技術革新への要望がある。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、上記需要を充足するように設計された、都市下水処理施設の上流のサイトで下水の前処理を行う方法及び装置を提供する。本発明の下水前処理法及び装置により実施される方式によると、都市下水処理システムの下水処理施設の上流の配管系統の予め選択したサイトにおいて未処理下水の流れに生物学的活性促進剤を導入することにより、下水の流れの少なくとも一部を、下水処理施設に到達するまでに前処理する。本発明の方法及び装置は、さらに詳しくは、既存のポンプサイトを用いて、未処理下水の流れに促進剤を添加する便利な場所を提供するものである。促進剤は、下水の流れを嫌気性状態から好気性状態に変換する酸素か、または下水の流れに存在するバクテリアを枯渇させる酸素でよい。酸素を添加すると、硫化水素（臭気）が消滅し、下水処理施設の有機物含有量が減少する。酸素により促進される生物学的活性は、下水配管系統の温度が通常は下水処理施設の温度よりも高いためさらに促進される。このため、高い生物学的効率が得られる。本発明の方法及び装置によると、下水処理施設の容量を大きな資本投下を必要とせずに、有意に増加させることができる。
【０００９】
従って、本発明は、下水処理システムの下水処理施設の上流の配管系統において下水を前処理する方法であって、ａ）下水処理システムの未処理下水源と下水処理施設との間の配管系統においてサイトを選択し、ｂ）選択したサイトに生物学的活性促進剤の供給源を設け、ｃ）選択したサイトにおいて生物学的活性促進剤の供給源から未処理下水の流れの中に促進剤を導入することにより、下水処理施設の上流の配管系統において下水を未処理状態から前処理状態に変化させるステップより成る下水の前処理方法に係わる。
【００１０】
本発明はまた、下水処理システムの下水処理施設の上流の配管系統において下水の前処理を行う装置であって、ａ）下水処理システムの未処理下水源と下水処理施設との間の下水配管系統において選択したサイトと、ｂ）選択したサイトに設けた生物学的活性促進剤の供給源と、ｃ）選択したサイトで供給源から生物学的活性促進剤を未処理下水の流れに導入することにより、下水を下水処理施設の上流の配管系統において未処理状態から前処理状態に変換させる手段とより成る下水の前処理装置に係わる。
【００１１】
前処理方法と装置の両方において、導入する促進剤は、下水の流れを嫌気性から好気性に変化させる酸素を含んだガス、下水の流れに含まれるバクテリアを枯渇させるオゾンを含んだガス、または下水の流れの微生物活性を増加させる酵素である。選択するサイトは、下水の集水サイトまたは配管系統のポンプサイトである。促進剤は、選択したサイトの配管系統に設ける促進剤発生器と混合装置を用いて導入することが可能であり、この混合装置は促進剤発生器から導入された促進剤を受けてそのサイトの下水の流れと混合する。選択するサイトがポンプサイトである場合、促進剤は、ポンプサイトのポンプの上流または下流の何れかで下水の流れと混合される。
【００１２】
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、本発明の実施例を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めば当業者に明らかになるであろう。
【００１３】
【好ましい実施例の発明の最適実施態様】
以下の詳細な説明において、同一参照番号は、いくつかの図面に亘って同一または対応部分を示す。
【００１４】
図面、特に図１を参照して、該図は、総括的に１０で示す既存のまたは新しい都市下水システムの一部を単純化したものである。下水処理システム１０には、住居用または商業用ビル１２のような未処理下水の多数の発生源があり、これらは下水配管系統１６により都市下水処理施設１４に相互接続されている。地上より低いか高い所にある下水配管系統１６は、基本的に、配管ネットワーク１８と、ビル１２からの未処理状態の下水を受けて、これを蓄積あるいは集水し、下水処理施設１４へ移送するポンプサイト２０を有する。図２及び３にさらに示すように、ポンプサイト２０は、ハウジング２２と、ハウジング２２の１つの区画室に設けた水溜め２４と、ハウジング２２の別の区画室に設けた主圧力ポンプ２６と、下水の流れＳをパイプの外部ネットワーク１８から水溜め２４に移送し、また下水の流れを主圧力ポンプ２６から配管１８のネットワークに戻すために、ハウジング２２の対向端部に設けた、入力及び出力配管部分２８、３０と、出力配管部分３０に設けた圧力調整器３１とを含む。
【００１５】
図２を参照して、該図は、総括的に３２で示す本発明の下水前処理装置の第１の実施例の概略図であり、ポンプサイト２０に設けた生物学的活性促進剤の供給源３４が、導管３６を介して出力配管部分３０及び噴射器３８に流れ連通関係に接続されている。濃縮酸素ガスが用いる場合、供給源３４は、周囲空気から高濃度の酸素を発生させるように作動可能な酸素発生器４０と、酸素発生器４０と導管３６との間に直列に接続され、ガスを貯蔵した後、噴射器３８へ供給して主圧力ポンプ２６の下流で未処理下水の流れに該ガスを噴射する酸素ガス貯蔵ユニット４２とを有する。また、出力配管系統３０の主圧力ポンプ２６と噴射器３８の下流には、酸素のような導入促進剤を下水の流れと混合する混合装置４４が介在している。このようにして、下水の前処理は、ポンプサイト２０にある供給源３４、噴射器３８及び混合装置４６により、システム１０の下水処理施設１４の上流の下水配管系統１６で行われる。周囲空気または酵素を濃縮酸素の代わりに用いる場合、発生器４０及び貯蔵ユニット４２を省略することができる。従って、導入促進剤は、下水の流れを嫌気性から好気性に変化させる酸素を含んだガス、又は下水の流れに含まれるバクテリアを枯渇させるオゾンを含んだガス、若しくは下水の流れの微生物活性を増加させる酵素でよい。ポンプサイトの代わりに、選択サイト２０として、配管系統中の水溜め２４のような下水集水サイトを選択してもよい。サイト２０がポンプサイトである場合、促進剤は主圧力ポンプ２６の上流または下流の何れかで下水の流れと混合すればよい。
【００１６】
図３を参照して、該図は、本発明の下水前処理装置３２Ａの第２の実施例の概略図である。図３の前処理装置３２Ａは、図２の装置３２とほぼ同じである。主な相違点は、促進剤の供給源３４に接続された噴射器３８が、混合装置４４、水溜め２４、及び促進剤の下水の流れへの注入後水溜め２４へ再循環させる別の圧力ポンプ４６に直列に接続されていることである。従って、下水の前処理は主圧力ポンプ２６の上流で行われ、このポンプが水溜め２４から少なくとも部分的に前処理された下水を汲み出す。
【００１７】
従って、図３の下水前処理装置３２Ａは、図２の下水前処理装置３２を多少改造したものである。しかしながら、改造装置３２Ａは、下水処理施設１４の上流で下水を前処理状態にして下水の「分解」を開始させ、それにより下水処理施設１４へ運ばれる有機物の総含有量またはスラッジを減少させて、その容量を増加させると言う全体的目的を装置３２と共有する。含有有機物の減少量は、供給される酸素の量に依存する。完全に変換するためには、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）１キログラムにつき約１．４キログラムの酸素が必要である。
【００１８】
高濃度の酸素を含むガスの方が、未処理下水の流れと混合して最適の前処理を行う上でより理想的なガスであるが、周囲空気により下水の前処理を行うこともできる。酸素供給源として周囲空気を用いる場合、典型的な周囲空気の酸素含有量が約２１％に過ぎず、残りが窒素のような他のガスであるため、同じ結果を得るには、多量の周囲空気を下水の流れと混合することが必要となる。周囲空気を用いて完全な変換を行う場合、濃縮酸素ガスを用いる場合と同じ結果を得るには、ＢＯＤ１キログラムにつき約６．６６キログラムの周囲空気が必要とされる。従って、下水の流れに濃縮酸素ガスを供給する際の高いコストを考慮すると、濃縮酸素ガスの代わりに周囲空気を用い、配管系統により多くの前処理ユニットを設ける方が受け入れ易い。
【００１９】
本発明及びその利点は上記説明から明らかであり、本発明の精神及び範囲を逸脱せず、あるいはその重要な利点の全てを犠牲にせずに、種々の変形例及び設計変更が可能であり、上述した例は単なる、好ましいまたは例示的な実施例にすぎないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術の都市下水処理システムの一部を示す単純な概略図である。
【図２】
図２は、図１の下水処理施設に組み込まれた本発明の下水前処理装置の第１の実施例を示す概略図である。
【図３】
図３は、本発明の下水前処理装置の第２の実施例を示す概略図である。
【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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