(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解性有機物を含む流体水性廃棄物流を処理する方法であって、
前記水性廃棄物流を、バイオマスを含む流体を含んだバイオリアクタに供給するステップと、
前記バイオリアクタにおいて本質的に嫌気性条件下で前記生分解性有機物を前記バイオマスと反応させ、もってメタンを発生させるステップと、
流体の第１の流れを前記バイオリアクタから取り出し、前記第１の流れを膜濾過ユニットへの供給流（濾過供給流）に使用し、前記膜濾過ユニットにおいて前記供給流が濾過にかけられ、もって透過液流及び保持液流を作り出すステップと、
前記保持液流を完全又は部分的に前記バイオリアクタに戻すステップと、
流体の第２の流れを汚泥処理ユニットへの供給流として前記バイオリアクタから取り出すステップであって、前記汚泥処理ユニットが、前記バイオリアクタの外に位置していても、前記バイオリアクタに統合されていてもよく、前記第２の流れを前記汚泥処理ユニットに供給する前に凝集添加剤若しくは凝固添加剤が前記第２の流れに加えられるか、又は凝集添加剤若しくは凝固添加剤が前記汚泥処理ユニットの内部に加えられ、もって、前記流れの中の有機物が凝集又は凝固し、前記汚泥処理ユニットにおいて、流体の前記第２の流れが、前記第２の流れよりも有機物含有量が多い第３の流れと、前記第２の流れよりも有機物含有量が少ない第４の流れとに分離される、ステップと、
典型的には、前記膜濾過ユニットに供給されることになる前記第４の流れを完全に又はその一部を、前記膜濾過ユニットに供給されることになる前記第１の流れと混合した後、前記第４の流れを完全又は部分的に前記膜濾過ユニットの前記供給流に使用するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
生分解性有機物を含む流体水性廃棄物流を処理する方法であって、
前記水性廃棄物流を、バイオマスを含む流体を含むバイオリアクタに供給するステップと、
前記バイオリアクタにおいて本質的に嫌気性条件下で前記生分解性有機物を前記バイオマスと反応させ、もってメタンを発生させるステップと、
流体の第１の流れを前記バイオリアクタから取り出し、前記第１の流れを膜濾過ユニットへの供給流（濾過供給流）に使用し、前記膜濾過ユニットにおいて前記供給流が濾過にかけられ、もって透過液流及び保持液流を作り出すステップと、
前記保持液流を完全又は部分的に前記バイオリアクタに戻すステップと、
流体の第２の流れを汚泥処理ユニットへの供給流として前記バイオリアクタから取り出すステップであって、前記汚泥処理ユニットが、前記バイオリアクタの外に位置していても、前記バイオリアクタに統合されていてもよく、前記第２の流れを前記汚泥処理ユニットに供給する前に凝集添加剤若しくは凝固添加剤が前記第２の流れに加えられるか、又は凝集添加剤若しくは凝固添加剤が前記汚泥処理ユニットの内部に加えられ、もって、前記流れの中の有機物が凝集又は凝固し、前記汚泥処理ユニットにおいて、流体の前記第２の流れが、前記第２の流れよりも有機物含有量が多い第３の流れと、前記第２の流れよりも有機物含有量が少ない第４の流れとに分離される、ステップと、
前記第４の流れを完全又は部分的に前記バイオリアクタに供給するステップと
を含む、方法。
【請求項３】
前記第２の流れが前記第３の流れと前記第４の流れに分離され、もって、前記第２の流れの中の２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及び微粒子有機物の含有量よりも、２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物の含有量が少ない第４の流れを得る、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第４の流れの中の２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物の前記含有量が、１０ｇＣＯＤ／ｌ未満である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記膜濾過ユニットへの前記供給流（濾過供給流）の中の２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物の前記含有量が、１２ｇＣＯＤ／ｌ未満である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記濾過供給流の中の１．６μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物の含有量が、９ｇＣＯＤ／ｌ未満である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記汚泥処理ユニットが、サイクロン、スクリュープレス機、ｖｏｒａｘｉａｌ分離機、ドラムスクリーン、沈澱器、デカンタ、電気脱水デバイス、電気浸透デバイス、電気凝固デバイス、及び、前記バイオリアクタよりも少ない全微粒子固形物含有量で動作させられる追加のバイオリアクタの群から選択される１つ又は複数のデバイスを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物が凝集又は凝固して、２０μｍを超えるサイズの凝塊又は凝集塊を形成し、前記凝塊又は凝集塊が分離デバイスで除去される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
凝集添加剤又は凝固添加剤が前記第４の流れに加えられ、もって、前記流れの中の有機物が凝集又は凝固し、前記凝塊又は凝集塊が分離デバイスで除去される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の流れ又は前記第４の流れが吸着処理を受け、有機物が吸着剤に吸着され、続いて前記流れから分離される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記膜濾過ユニットへ向かう前記供給流（濾過供給流）の中の全懸濁固形物の重量濃度が、５〜５０ｇ／ｌである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記濾過供給流は、全懸濁固形物（ｇＴＳＳ／ｌで表される）に対する２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物（ｇＣＯＤ／ｌで表される）の重量比が、０．８未満である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
濾過にかけられた前記供給流の中の全懸濁固形物含有量が、前記バイオリアクタにおける全平均懸濁固形物含有量と比較して、少なくとも２重量％減少している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記バイオリアクタにおける前記全平均懸濁固形物に対する、濾過にかけられた前記供給流の中の２０μｍ未満サイズの溶解性有機物及びコロイド状有機物の全含有量（ｇＣＯＤで表される）の比が、０．４以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記バイオリアクタが混合反応器であり、前記混合反応器が、上部ゾーン、中間ゾーン及び下部ゾーンを含む層状流体ゾーンを備えた反応器である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記膜濾過ユニットが、クロスフロー膜濾過ユニットである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
バイオリアクタ（５）と、前記バイオリアクタからの流体流（第２の流れ）を、前記バイオリアクタからの前記流体流よりも有機物含有量が多い流れ（第３の流れ）と、前記バイオリアクタからの前記流体流よりも有機物含有量が少ない流れ（第４の流れ）とに分離するのに適した汚泥処理ユニット（６）と、膜濾過ユニット（７）とを備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法の実施に適した設備であって、
前記バイオリアクタ（５）が、流体廃棄物流用の入口（８、８ａ）、流体流用の出口（１２、１２ａ、１２ｂ）及びガス用の出口（１１）を備え、
前記汚泥処理ユニット（６）が、前記バイオリアクタ（５）から出てくる流体用の入口（１３）を備え、前記入口（１３）が、流体を前記バイオリアクタ（５）から前記汚泥処理ユニット（６）に輸送するための導管（２）を介して、前記バイオリアクタの流体用の前記出口（１２、１２ａ、１２ｂ）に接続されており、
前記汚泥処理ユニット（６）が、前記第４の流れ用の出口（１４）、及び前記第３の流れ用の出口（１５）を備え、
前記設備は、前記バイオリアクタ（５）および前記汚泥処理ユニット（６）の間に設けられ、前記バイオリアクタから始められる前記流体に凝集添加剤若しくは凝固添加剤を加えることを可能にするように適合され、そのように処理された流体を前記汚泥処理ユニットに更に供給する凝集添加剤／凝固添加剤処理の為のユニットを更に備え、
前記膜濾過ユニット（７）が流体用の入口（１６）を備え、前記入口（１６）が、流体を前記バイオリアクタ（５）から前記膜濾過ユニット（７）に輸送するための導管（１）を介して、前記バイオリアクタからの流体用の前記出口（１２、１２ａ）に接続されており、
前記膜濾過ユニット（７）が、透過水用の出口（１８）及び濃縮水用の出口（１７）を備え、前記膜濾過ユニット（７）の濃縮水用の前記出口（１７）が、膜濾過ユニット（７）からの前記濃縮水を前記バイオリアクタ（５）に戻すための再循環導管（９）に接続されており、
前記第４の流れ用の前記出口（１４）が、前記第４の流れを、入口（１６）を介して濾過供給流（ＦＦ）として前記濾過ユニットに導入するための導管（４、４ａ）と接続されており、及び／又は前記第４の流れ用の前記出口（１４）が、前記バイオリアクタへの同じ入口（８）若しくは別個の入口（８ｂ）を介して第４の流れを前記バイオリアクタに再循環させるための導管（４、４ｂ）に接続されている、設備。
【請求項１８】
前記設備から汚泥を抜き出すための汚泥出口（３ｂ、１０３）が設けられている、請求項１７に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体水性廃棄物流を処理する方法及び流体水性廃棄物流の処理に適した設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物流の生物学的処理は、活性バイオマス（細菌）を使用して、廃棄物流、たとえば廃水流中の生分解性汚染物（生分解性有機物）を分解する。
【０００３】
いわゆる嫌気性処理（無酸素下）において、一般に当技術分野で知られている嫌気性細菌の共同体は、汚染物を実質的にメタン及び二酸化炭素に変換し、これが最終的にバイオガスになる。嫌気性条件下において、典型的には廃棄物内の生分解性物質のごく一部のみが細菌の成長のために細菌によって使用されるので、過剰な汚泥（細菌の成長による新たなバイオマス（細菌））の生成は一般に比較的少ない。
【０００４】
生分解性有機物の変換は、バイオマス、廃棄物流からの未反応の固形物及び無機反応生成物を含む水性懸濁液（スラリー又は汚泥）を含有するバイオリアクタにおいて実施されるのが適切である。
【０００５】
そのようなバイオマス、未反応の固形物及び微粒子無機反応生成物は、バイオリアクタから取り出される流体から、濾過、たとえば膜濾過によって分離することができる。膜は、廃棄物水処理プロセスからの流出物の品質を向上させ、プラントフットプリントを減少させ、有機物負荷を増加させるために、廃棄物流の生物学的嫌気性処理と組み合わせて使用することができる。膜分離ユニットに結合された生物反応器は、一般に膜バイオリアクタと呼ぶ。
【０００６】
しかしながら、膜バイオリアクタの有機物負荷率（反応器容積につき時間単位当たりに消化されるＣＯＤの質量、たとえばｋｇＣＯＤ／ｍ３日）は、特に、適用可能な透過流束及び膜ファウリングの強さのために、通常は膜ユニットの動作及び濾過能力によって制限される。生物学的プロセスは、高すぎる汚泥（バイオマス）濃度で進められた場合、膜表面における高い濃度分極効果につながり、それによってケーキ層の抵抗が大きくなり、したがって、膜透過流束の減少又は高い動作圧を招く。さらに、高い固形分で動作するためには、膜表面においてより高いせん断応力がかけられなければならず、これは動作コストの増加を招く。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００４０３０４８２号は、廃棄物、特に液体肥料を発酵させる方法に関し、この方法では、バイオリアクタから取り出される流れが固形物と液体の事前分離工程にかけられ、流れの懸濁固形物含有量が減少する。それが終わってから、液体流の残りが限外濾過及び逆浸透にかけられる。除去された固形物はバイオリアクタに戻される。
【０００８】
国際公開第２００５／０５８７６４号パンフレットは、有機廃棄物液体の嫌気性消化のための装置に関する。装置は、消化槽に戻される消化された汚泥を濃縮させるための濃縮器（２）を備える。消化された汚泥を濃縮するための濃縮器（２）は、消化された汚泥を固形物と液体に分離して汚泥を濃縮することができるのであれば、いかなるものでもよい。特定の実施形態（図２）では、装置は、消化槽からの消化された汚泥を処理するための遠心分離濃化マシン（７）も備える。このマシンでは、消化された汚泥に含まれる鉱物成分が優先的に濃縮される。それにより、鉱物成分がシステムから優先的に放出され、それによって鉱物の固形物の蓄積を防ぐことができる。特に、国際公開第２００５／０５８７６４号パンフレットは遠心分離技術の使用に言及し、鉱物含有量（すなわち無機含有量）が優先的に濃縮及び放出されることを述べているので、供給流が消化槽から取り出され、その供給流が、前記供給流よりも有機物含有量が多い流れと、第２の流れよりも有機物含有量が少ない別の流れとに分離され、後者が完全又は部分的に消化槽に供給される方法で使用するための装置をこの文書の図２が開示していないことは明らかである。
【０００９】
国際公開第２０１１／１３０９２号パンフレットにおいて、固形分が、頂部部分及び底部部分の固形分に比べて比較的低い層状バイオリアクタの中央部分から流出物を取り出すことによって、膜のファウリングを低下させることが提案されている。したがって、あまり濃縮されていない流れ（濾過供給流）を膜分離ユニットに供給しながら、より高い固形分が反応器において維持される。時間の経過に伴って、これにより、膜システムエネルギー入力単位当たりの極力高い膜透過流束速度が上がることになろう。国際公開第２０１１／１３０９２号パンフレットはまた、バイオリアクタからの流れが、重い固形物流と、バイオマスを含む軽い固形物流とに分離されるサイクロンなどの分離機も利用する。バイオマス（有機物）を含む軽い方の固形物流は、少なくとも部分的にバイオリアクタに戻される。したがって、この流れが、分離機に供給される流れよりも高い有機物含有量を有するには明らかである。
【００１０】
上記の従来技術、特に国際公開第２０１１／１３０９２号パンフレットは、たとえばファウリング傾向の低減、濾過ユニットを動作させるために必要なエネルギーの低下、及び／又は膜洗浄サイクルの回数減少の点で、膜バイオリアクタを動作させる従来の方法に勝る利点を提供し得るが、膜バイオリアクタにおいて廃棄物流を処理するための代替又は改良された方法及び設備が引き続き求められている。
【００１１】
特に、膜バイオリアクタの全体的なエネルギー消費の低減、膜のファウリングの減少、膜の耐用期間の延長、膜バイオリアクタの可用性（洗浄又は部品交換のために停止する間の時間）の増大、膜に対する透過流束の上昇、バイオリアクタ性能の改良、処理能力の増大、処理効率の増加、全体的な設備投資（Ｃａｐｅｘ）の低減、全体的な運用維持費（Ｏｐｅｘ）の低減といった側面のうちの１つ又は複数に関して有利な方法を求める要求が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、そのような代替の方法又は設備、特に本明細書において言及する利点のうちのいずれかをもたらす方法又は設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、ある種の固形物関連パラメータが極めて関連性のあることを理解した。
【００１４】
特に、本発明者らは、有機物を含む廃棄物流を処理する方法を実施するときに問題を引き起こすか、又はその一因となること、特に、膜濾過中に問題を引き起こすか、又はその一因となることについて、有機物の特定の部分が関連していることを理解した。
【００１５】
特に、本発明者らは、濾過供給流内で、比較的小さな有機粒子、たとえばコロイド、及び溶解性有機分子が、絶対項で、及び／又は濾過供給流内の全固形分に対して比較的多くないとき、利点をもたらすことを理解した。
【００１６】
本発明者らは、特にこのことが、バイオリアクタで処理された流体の第１の流れを膜濾過ユニットに導くステップと、バイオリアクタで処理されているか、又は処理された流体の第２の流れを汚泥処理ユニット内に導くステップであって、そこで第２の流れが少なくとも２つの流れ（第３の流れと第４の流れ）に分離されるステップとをそれぞれが含むいくつかの代替の方法において実現され得ることを理解した。第３の流れは、典型的には、第２の流れの流体と比べて固形物含有量が増加している濃縮された汚泥であり、第４の流れは通常、水性の液体であり、典型的には固形物の含有量が減少しており、特に、比較的小さな有機粒子及び溶解性有機化合物の含有量も減少している。本発明者らは、この第４の流れを（部分的若しくは完全に）バイオリアクタに戻すことによって、又はこの第４の流れを（部分的若しくは完全に）濾過ユニット内に導くこと（典型的には第１の流れとの混合後）によって、既に示したような１つ又は複数の問題が克服されるか、又は少なくとも軽減されるように、濾過供給流及び／又はバイオリアクタ内の流体の濾過性特性を向上させられることを理解した。特に、本発明者らは、したがって、より濾過しやすい濾過供給流が得られることを見いだした。
【００１７】
したがって、本発明は、生分解性有機物を含む流体水性廃棄物流を処理する方法に関し、この方法は、
水性廃棄物流を、バイオマスを含む流体を含んだバイオリアクタに供給するステップと、
バイオリアクタにおいて本質的に嫌気性条件下で生分解性有機物をバイオマスと反応させるステップと、
流体の第１の流れをバイオリアクタから取り出し、第１の流れを膜濾過ユニットへの供給流（濾過供給流）として使用し、膜濾過ユニットにおいて前記供給流が濾過にかけられ、もって透過液流及び保持液流を作り出すステップと、
保持液流を完全又は部分的にバイオリアクタに戻すステップと、
流体の第２の流れを汚泥処理ユニットへの供給流としてバイオリアクタから取り出すステップであって、汚泥処理ユニットが、バイオリアクタの外に位置していても、バイオリアクタに統合されていてもよく、汚泥処理ユニットにおいて、流体の第２の流れが、第２の流れと比べて有機物含有量が増加している第３の流れと、第２の流れと比べて有機物含有量が減少している第４の流れとに処理及び分離される、ステップと、
第４の流れを完全又は部分的に膜濾過ユニットの供給流に使用するステップとを含む。濾過供給流に使用される第４の流れ（の一部）は、典型的には膜濾過ユニットに供給されることになる第１の流れと混合される。
【００１８】
さらに、本発明は、生分解性有機物を含む流体水性廃棄物流を処理する方法に関し、この方法は、
水性廃棄物流を、バイオマスを含む流体を含むバイオリアクタに供給するステップと、
バイオリアクタにおいて本質的に嫌気性条件下で生分解性有機物をバイオマスと反応させるステップと、
流体の第１の流れをバイオリアクタから取り出し、第１の流れを膜濾過ユニットへの供給流（濾過供給流）として使用し、膜濾過ユニットにおいて前記供給流が濾過にかけられ、もって透過液流及び保持液流を作り出すステップと、
保持液流を完全又は部分的にバイオリアクタに戻すステップと、
流体の第２の流れを汚泥処理ユニットへの供給流としてバイオリアクタから取り出すステップであって、汚泥処理ユニットが、バイオリアクタの外に位置していても、バイオリアクタに統合されていてもよく、汚泥処理ユニットにおいて、流体の第２の流れが、第２の流れと比べて有機物含有量が増加している第３の流れと、第２の流れと比べて有機物含有量が減少している第４の流れとに処理及び分離される、ステップと、
第４の流れを完全又は部分的にバイオリアクタに供給するステップとを含む。
【００１９】
さらに、本発明は、前記請求項のいずれか一項に記載の方法の実施に適した設備に関し、この設備は、バイオリアクタ（５）と、バイオリアクタからの流体供給流（第２の流れ）を処理し、供給流と比較して有機物含有量が増加している流れ（第３の流れ）と、供給流と比較して有機物含有量が減少している流れ（第４の流れ）とを作り出すのに適した汚泥処理ユニット（６）と、膜濾過ユニット（７）とを備え、
バイオリアクタ（５）が、流体廃棄物流用の入口（８、８ａ）、流体流用の出口（１２、１２ａ、１２ｂ）及びガス用の出口（１１）を備え、
汚泥処理ユニット（６）が、バイオリアクタ（５）から出てくる流体用の入口（１３）を備え、入口（１３）が、流体をバイオリアクタ（５）から汚泥処理ユニット（６）に輸送できるような形で、導管（２）を介して、バイオリアクタの流体用の出口（１２、１２ａ、１２ｂ）に接続されており、
汚泥処理ユニット（６）が、第４の流れ用の出口（１４）、及び第３の流れ用の出口（１５）を備え、
膜濾過ユニット（７）が流体用の入口（１６）を備え、入口（１６）が、バイオリアクタからの流体について、導管（１）を介して、流体をバイオリアクタ（５）から膜濾過ユニット（７）に輸送できるような形で、出口（１２、１２ａ）に接続されており、
膜濾過ユニット（７）が、透過水用の出口（１８）及び濃縮水用の出口（１７）を備え、膜濾過ユニット（７）の濃縮水用の出口（１７）が、膜濾過ユニット（７）からの濃縮水をバイオリアクタ（５）に戻すことができるような形で、再循環導管（９）に接続されており、
汚泥処理ユニットの第４の流れ用の出口（１４）が、第４の流れを、好ましくは流体用の出口（１２、１２ａ）を介してバイオリアクタから取り出された流体と混合した後に、入口（１６）を介して濾過供給流（ＦＦ）として濾過ユニットに導入することができるような形で、導管（４、４ａ）と接続されており、及び／又は汚泥処理ユニットの第４の流れ用の出口（１４）が、バイオリアクタへの同じ入口（８）又は別個の入口（８ｂ）を介して第４の流れをバイオリアクタに再循環させることができるような形で、導管（４、４ｂ）に接続されている。通常、本発明による設備は、汚泥を抜き出すための汚泥出口（３ｂ、１０３）が設けられている。これは、バイオリアクタ又は設備の別の部分において望ましい（一定の）バイオマス濃度を維持するために有利である。
【００２０】
本発明のある方法では、膜濾過ユニットからの透過水は、通常、流出物として放出されるか、又はそれ自体が知られている方法で、濾過ユニットの下流でさらなる処理を受けてもよい。特定の実施形態において、メタンは流出物から回収される。これにより、温室効果ガスであるメタンの大気中への放出が減少する。これは安全上の理由からも望ましいことがある。メタンを回収するための適切な方法は、国際出願ＰＣＴ／ＮＬ２０１１／０５０８４０に記載されている。
【００２１】
有機物（炭水化物、脂肪、タンパク質、さらには合成化学物質などの生物学的物質を含み得る）の嫌気性変換の中で、一般に、メタン（バイオガス）が生成される。メタンは、それ自体が知られている方法でさらに処理され得る。たとえば、メタンは、場合により精製後に、エネルギー源として使用され得る。
【００２２】
さらに、有機物の一部はバイオマス（細菌）に変換されてもよい。本方法の中で形成されたバイオマスは通常、過剰な汚泥と呼ぶ。第３の流れは通常、全体的又は部分的に放出される。これによって、粒子、特にバイオマスの不要な蓄積が回避される。代替として、又はこれに加えて、放出はバイオリアクタから直接行われてもよい。
【００２３】
バイオリアクタからの放出された第３の流れ又は放出された流体は、汚泥処理ユニットの下流において、それ自体が知られている方法でさらなる処理を受けてもよい。たとえば、捨てる前に脱水されてもよい。原則として第３の流れの一部をバイオリアクタに戻すことも可能である。特に、設備内における有機物／バイオマスの許容できない蓄積が問題となり得る場合、過剰な汚泥（有機物／バイオマスを含む）がバイオリアクタから放出されてもよい。
【００２４】
本発明は、膜バイオリアクタの全体的なエネルギー消費の低減、膜のファウリングの減少、膜の耐用期間の延長、膜バイオリアクタの可用性（洗浄又は部品交換のために停止する間の時間）の増大、膜に対する透過流束の上昇、バイオリアクタ性能の改良、処理能力の増大、処理効率の増加、全体的なＣａｐｅｘの低減、全体的なＯｐｅｘ（エネルギー、化学物質に関して）の低減といった利点のうちの１つ又は複数を提供するのが有利である。
【００２５】
本発明による方法を実施することによって、膜ファウリングを制御しながら、膜バイオリアクタを満足な有機物負荷率（ｋｇＣＯＤ／ｍ３日）、好ましくは上昇した有機物負荷率で動作させることが特に可能である。
【００２６】
さらに、この方法は、第２の流れが汚泥処理ユニットにおける処理を受けない方法と比較して、蓄積の回避又は無機粒子などの嫌気性細菌によって分解可能でない固形物の含有量の低減に寄与することもできる。特に、少なくとも２重量％重量、好ましくは少なくとも１０重量％、特に２０〜９０重量％、特に３０〜５０重量％の減少が実現可能であると考えられる。
【００２７】
従来技術によるプロセスにおいては、比較的小さな微粒子有機物及び溶解性有機物対全懸濁固形物（ＴＳＳ）粒子の重量対重量比（ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳで表すことができる）が比較的大きい供給流を膜濾過ユニットに供給すると、化学洗浄及び逆洗の頻度の増加やより大きいクロスフロー速度（動作コストを増加させる）での動作など、特別な措置を講じない限り、膜ファウリングの増加を招く恐れがあると本発明者らは特に考えている。
【００２８】
さらに、従来技術で講じられる措置は、少なくとも一部の状況において、比較的小さなサイズの余分な有機粒子（コロイド状固形物など）及び比較的大きい溶解性有機分子（存在する場合、溶解性生体高分子など）の形成の一因となることがあり（高い応力と大きい粒子及び細菌の分解による）、それによって、そのような措置の有利な効果が減少する恐れがあると本発明者らは考えている。そのような有機粒子及び溶解性有機分子の濃度が比較的高いと、本発明による（方法を実施するための）設備の可用性の低下又はさらには膜の耐用期間の短縮を招く恐れがある（膜の多孔性構造に入り込み、そこで詰まることがあるため）。
【００２９】
特に、大きさが２０μｍ未満の有機溶解性物質及びコロイド状物質の存在は、膜ファウリングなどの不利な影響の一因となり得ると本発明者らは考えている。
【００３０】
そのような不利な影響は、本発明による方法において回避できるか、又は少なくとも減少させられることが企図されている。
【００３１】
さらに、本発明による方法は、フィルタ膜への供給流に存在する鉱物粒子（たとえばストルーブ石）によって少なくとも部分的に生じ得る、膜の閉塞又はフィルタ膜への付着のリスク又は程度に関して有利であることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による方法が実施できる、本発明による設備を示す概略図である。
【図２】本発明による方法が実施できる、本発明による設備を示す概略図である。
【図３】本発明のさらに別の設備を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１及び図２は、本発明による方法が実施できる、本発明による設備を概略的に示す。
【００３４】
本明細書で使用される用語「又は」は、別段の指定がなければ「及び／又は」として定義する。
【００３５】
本明細書で使用される用語「ａ」又は「ａｎ」は、別段の指定がなければ「少なくとも１つ」として定義する。
【００３６】
単数形の名詞（たとえば、ある化合物、一添加剤など）に言及するとき、複数が除外されないことを意図している。
【００３７】
本明細書で使用される「生分解性有機物」は、反応器中、本質的に嫌気性条件下において、バイオマスによって、特にバイオマス又はメタンに変換され得る有機物である。
【００３８】
本明細書で使用される「有機物」は、ＩＳＯ６０６０：１９８９に記載されているように、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）検査によって決定され得る、化学的に酸化できる任意の有機物である。有機物の含有量は、一般に、ｇＣＯＤ、すなわち有機物の酸化のために使用される酸素のグラム数で表される。
【００３９】
有機物含有量（濃度）は、別段の指定がなければ、ｇＣＯＤ／ｌとして表される、体積単位当たりの有機物の量である。
【００４０】
流体中の「全固形物」（ＴＳ）は、水以外の流体の構成要素からなる。全固形物中の有機物の割合は、ＣＯＤ検査によって求めることができる。実用上は、以下の「燃焼試験」も通常適切である。既知の量の流体を恒量となるまで１０５℃で乾燥させ、乾燥した試料の重量を求める。残っている重量が全固形物（ＴＳ）である。したがって、ＴＳ測定量は有機物に加えて無機物も含み得る。無機物から有機物を区別するために、サンプルを５５０℃で燃焼させ、有機物を燃焼させると、残ったサンプルは１つ又は複数の無機物のみになる。燃焼試験は通常、ＣＯＤ検査の実用的な代替法である。流体中の「全懸濁固形物」（ＴＳＳ）は、１．６μｍフィルタを使用して流体の既知の重量又は体積を濾過し（全量濾過）、濃縮水を取り出し、濃縮水を蒸留水で洗浄し、洗浄した濃縮水を乾燥させ、残った乾燥重量を求めることによって得られる流体の固形物部分からなる。したがって、ＴＳＳは、有機物に加えて無機物も含み得る。無機物から有機物を区別するために、サンプルを５５０℃で燃焼させ、すべての有機物を燃焼させると、残りのサンプルは無機物だけになる。燃焼試験は通常、ＣＯＤ検査の実用的な代替法である。
【００４１】
画定された体積（たとえば、方法が実施される設備のユニット、特にバイオリアクタ内の）における物質の平均含有量は、物質の全体量を、画定された体積で除算したものであり、たとえばバイオリアクタ内の平均全固形物含有量は、固形物の全重量をバイオリアクタ内の流体の体積で除算したものである。
【００４２】
用語「コロイド」は、本明細書においては、１７５００Ｇでの遠心分離後に流体相に残り（通常、２０μｍ未満の粒子）、濾過されたときに０．４５μｍのフィルタを通過しない物質に使用される。
【００４３】
用語「溶解性物」又は「溶解性物質」は、濾液の一部として０．４５μｍフィルタを通過する水以外の物質に使用される。溶解性有機物含有量は、０．４５μｍフィルタを通る濾液のＣＯＤ濃度を測定することによって求められる。
【００４４】
用語「全微粒子固形物」又は「全粒子」は、「溶解性物質」の定義に入らないすべての固形物、すなわち粒子サイズが０．４５μｍ以上の固形物に使用される。
【００４５】
本明細書で使用される「濾過供給流」（図面中のＦＦ）は、膜濾過ユニットにおいて濾過にかけられる流体流である。濾過供給流は通常、第１の流れを含む。さらに、有利な一実施形態において、濾過供給流は第４の流れ（又はその一部）を含み、第４の流れは、第４の流れが濾過供給流に使用される実施形態において、濾過に先立って通常は第１の流れと混合される。
【００４６】
処理対象の廃棄物流は、原則として、嫌気性条件下で生分解性の有機物を含む任意の廃棄物水流であり得る。特に、廃棄物流は、一般廃水流、工業廃水流、下水流、発酵過程で生じる廃棄物水流（残った発酵ブロスなど）、水性スラリー及び水性汚泥の群から選択され得る。
【００４７】
バイオリアクタは、それ自体が知られている方法で動作させることができる。通常、少なくとも本発明による処理中、バイオリアクタ内の平均全懸濁固形物含有量（ＴＳＳ）は、少なくとも５ｇ／ｌ、特に８〜６０ｇ／ｌ、特に８〜４５ｇ／ｌ、特に１０〜３５ｇ／ｌである。上で述べたような１つ又は複数の利点を維持しながら、本発明による方法が、全固形物の比較的高い濃度、特に全懸濁固形物の比較的高い濃度において実施できることは、具体的な利点である。平均ＴＳＳは、少なくとも１５ｇ／ｌ、特に少なくとも２０ｇ／ｌ、少なくとも２５ｇ／ｌ又は少なくとも３０ｇ／ｌであるのが好ましい。
【００４８】
バイオリアクタは特に混合反応器であってもよい。
【００４９】
特定の実施形態において、反応器は、上部ゾーン、中間ゾーン及び下部ゾーンを含む層状流体ゾーン（領域）を備えた反応器、典型的には混合反応器である。そのような反応器は、たとえば、特に図１、及びパラグラフ［００２０］〜［００２３］を参照することにより内容が組み込まれる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／３２２９３の開示に基づいていてもよい。上部ゾーンから中間ゾーン、下部ゾーンへ進むにつれて固形物含有量は、定量的（異なるＴＳＳ含有量）及び／又は定性的に（重い／軽い固形物の割合の差、粗い／細かい固形物の割合の差）変化する。特に、第１のゾーンは、第２のゾーンに比べて、重い固形物（高い密度の固形物）の濃度が比較的高く、軽い固形物（低い密度固形物）の濃度が比較的低くてもよい。特に、反応器は、以下のように層化するように設計されている：比較的重く、比較的大きい固形物は反応器の下部ゾーン（底部部分）に沈降する傾向がある。比較的細かい固形物又は比較的軽い固形物は、上部ゾーン（頂部部分又はその近く）に浮遊する傾向がある。反応器の中間のゾーンは、以下の基準のうちの少なくとも１つを満たすのが好ましい：
中間のゾーンは、少なくとも底部ゾーンより、また場合により上部ゾーンよりもＴＳＳが（適度に）少なく、
反応器の中間のゾーンは、上部ゾーンよりも、細かい固形物及び／又は軽い固形物が（適度に）少なく、
反応器の中間のゾーンは、底部ゾーンよりも、粗い固形物及び／又は細かい固形物が（適度に）少ない。用語「重い」と「細かい」、「軽い」と「粗い」は、本実施形態及び本出願の全体的な開示においては明らかな比較の用語である。
【００５０】
汚泥処理ユニットは、固形物を含む流体を、固形物含有量が減少した部分と、固形物含有量が豊富な部分とに分離することに使用される、それ自体が知られているデバイスから選択されてもよい。汚泥処理ユニットは、サイクロン、特にハイドロサイクロン、スクリュープレス機、ｖｏｒａｘｉａｌ分離機、ドラムスクリーン、沈澱器、デカンタ、電気脱水デバイス、電気浸透デバイス、電気凝固デバイス、及び第１のバイオリアクタよりも少ない全微粒子固形物含有量で動作させられるさらに別のバイオリアクタの群から特に選択されてもよい。したがって、汚泥処理デバイスにおける処理が含み得る、流れを固形物含有量が減少した部分と固形物含有量が豊富な部分とに分離することは、サイクロン分離、特にハイドロサイクロン分離、スクリュープレス、ｖｏｒａｘｉａｌ分離、ドラムスクリーン分離、沈降分離、デカンティング、電気脱水、電気浸透、電気凝固、及び第１のバイオリアクタよりも少ない全微粒子固形物含有量で動作させられるバイオリアクタにおける特に嫌気性条件下での有機物の変換の群から特に選択される。汚泥処理ユニットのうちの１つ又は複数は、コロイド状物質、特に有機コロイド状物質を除去するように構成されているのが好ましい。
【００５１】
有利な一実施形態において、凝集添加剤又は凝固添加剤が第２の流れに加えられてから、その流れを汚泥処理ユニット又は汚泥処理ユニットの内部に供給することによって、流れの中の有機物は凝集又は凝固する。さらなる有利な一実施形態において、凝集添加剤又は凝固添加剤が第４の流れに加えられた後で、第４の流れを、凝固凝集した粒子を除去するための工程にかけるのが好ましい。凝固添加剤又は凝集添加剤及び適切な条件は、それ自体が当技術分野で知られている。適切な凝固／凝集添加剤の例は、無機金属塩凝固剤、たとえば塩化鉄、酸化物／水酸化物系の凝固剤、たとえば石灰、及び高分子凝固剤／凝集剤、たとえば高分子電解質である。そのような処理は特に、溶解性有機物と小さな粒子状物質の含有量を減少させるのに有利である。凝固又は凝集が実施されることによって、大きさが２０μｍ未満の有機物及びコロイド状有機物が凝集するか、又は大きさが２０μｍを超える凝固粒子（凝塊若しくは凝集塊）が形成されるのが好ましい。
【００５２】
さらに、有機物質、特にコロイド状物質を除去するために吸着剤の使用が行われてもよい。吸着剤の例には、活性炭及び吸着樹脂、たとえばイオン交換樹脂がある。有機物が付着した吸着剤は次いで、それ自体が知られている方法で、たとえばドラムスクリーンを使用して適切に除去できる。吸着剤による処理は特に、第４の流れ（汚泥処理ユニット６で得られた）又は第２の流れを処理するのに適している。
【００５３】
膜濾過ユニットは、当技術分野で知られている膜濾過器、たとえば、廃棄物水流が加えられた嫌気性バイオリアクタから取り出された流体を処理するための当技術分野で知られているものから選択されてもよい。通常、濾過膜は精密濾過用の膜又は限外濾過用の膜である。孔サイズは、必要に応じて選ばれてもよい。孔サイズの下限は、たとえば約０．０１μｍ程度の低さであってもよい。孔サイズは、０．０３〜０．８μｍの範囲、特に０．１〜０．５μｍの範囲にあるのが好ましい。特に、膜濾過ユニットは、管状濾過膜、（平らな）シート濾過膜又は中空糸濾過膜を備えていてもよい。適切な膜は、概して当技術分野で知られている。特に適切なものはクロスフロー膜濾過ユニットである。クロスフロー膜濾過ユニットは、通常、少なくとも０．２ｍ／秒の平均クロスフロー速度で動作させられる。クロスフロー膜濾過ユニットは、５ｍ／秒以下の平均クロスフロー速度、特に０．５〜２．５ｍ／秒以下の平均クロスフロー速度で動作させられるのが好ましい。クロスフローは通常、ポンプ、ガスリフト技術又はその２つの組み合わせを使用して発生させられる。バイオガスは、ガスリフト技術として管状フィルタ膜に注入されるのが有利である。これは膜ファウリングを制御するために有利である。典型的には、クロスフロー速度は、クロスフローを発生させるためにガスリフト技術のみを使用するとき、約１ｍ／秒以下である。
【００５４】
膜濾過ユニットは濃縮水用の出口を備える。この出口は、典型的には、濃縮水をバイオリアクタに戻すための再循環導管を備える再循環ループの一部である。再循環流を容易にするためのガスリフトは、再循環ループに設けられていてもよい。再循環ループは、濃縮水の一部を直接的に濾過ユニットに戻すことによってバイオリアクタを迂回するためのショートカット導管を備えていてもよい。
【００５５】
特定の実施形態において、膜濾過ユニットは、濾過供給流が導入される膜槽を備え、膜槽は、濾過されることになる流体及び濾過されることになる流体に浸漬される平らなシート膜又は中空糸膜を含む。この場合、バイオガスは、濾過中に膜を洗浄するのに用いられるのが好ましい。
【００５６】
特定の実施形態において、膜濾過ユニットはバイオリアクタ内に浸漬させられる。この場合、第４の流れは典型的には反応器に戻される。
【００５７】
本発明によれば、バイオリアクタから取り出された流体の一部分（第１の流れ）は、汚泥処理ユニットを迂回し、膜濾過ユニットにおいて濾過される供給流に使用される。したがって、第１の流れは、ＴＳ含有量が固形物の除去によって（大幅に）減少させられる事前分離工程を受けずに、膜濾過ユニットにおいて濾過される供給流に使用されるのが特徴である。通常、第１の流れは濾過ユニットに直接的に供給されるか、又は第１の流れは水若しくは第１の流れよりもＴＳ含有量が少ない水性の液体で希釈され、次いで、固形物が流れから除去される分離工程を受けずに濾過ユニットに導入される。
【００５８】
バイオリアクタから取り出された流体の別の部分（第２の流れ）は、汚泥処理ユニットの処理を受ける。
【００５９】
汚泥処理ユニットからの流れのうちの１つ（第４の流れ）はバイオリアクタに戻されるか、又は膜濾過ユニットにおいて濾過される供給流にも使用される。
【００６０】
バイオリアクタから取り出された流体流の一部について汚泥処理ユニットにおける処理を省くことは、特に、比較的収容能力の低い汚泥処理ユニット（したがって比較的小さなユニット）を用いて良好な結果が実現できる点において、バイオリアクタから取り出された流体のすべてを汚泥処理ユニットにおける処理にかけることに比べて利点をもたらす。
【００６１】
流れ（の測定体積）の全重量の重量百分率としての、第４の流れの水含有量は、バイオリアクタ内の流体及び第１の流れの水含有量と比較して概して高い。原則として、第４の流れは、少なくとも微粒子有機物を本質的に含まなくてもよく、さらには粒子状物質を本質的に含まなくてもよいが、本方法は、粒子状物質、特に微粒子有機物が有意な濃度で存在したまま実施することもできる。したがって、第４の流れにおける有機物含有量は概して、反応器における平均有機物含有量及び第１の流れにおける有機物含有量よりも少ない。特に、溶解性有機物及び比較的小さな粒子（コロイド状粒子など）の含有量もまた減少させられる。これにより、第４の流れは概して、第１の流れと混合することによって濾過供給流を作り出すときに希釈水として、又はバイオリアクタにおける流体のための希釈水として使用され得る。したがって、本発明による方法は、外部の希釈水供給源なしで適切に実施することができる。希釈水としての第４の流れの両方の使用は、膜濾過に関して利点に貢献し得ることが企図されている。たとえば、本発明による方法において、第４の流れを含んだバイオリアクタの有機コロイド状及び溶解性物質が減少すると、通常、第１の流れにおける有機溶解性有機物と小さな微粒子有機物の含有量に望ましい効果ももたらされる。バイオマス濃度は、必要に応じて第３の流れの一部を循環させることによって反応器内において維持される。
【００６２】
必要に応じて、第４の流れは、たとえばコロイドが吸着されるコロイド吸着剤を使用して第４の流れにおけるコロイド含有量を減少させるためのさらに別の工程、又はコロイド含有量が、より大きな（非コロイド状）粒子への凝固若しくは凝集工程、次いで分離工程により減少させられる工程にかけられる。第４の流れに凝固剤又は凝集剤を使用することは、特に、第４の流れ（の一部）がバイオリアクタに戻される一実施形態において有利であると考えられる。バイオリアクタに（過剰な）凝集剤又は凝固剤を入れると、バイオリアクタ内のコロイド含有量を減少させるのに役立つことがあることが企図されている。第４の流れを、溶解した有機物への有機コロイド状粒子の可溶化に寄与する電気処理又はオゾン処理などの１つ又は複数の他の処理にかけることもできる。
【００６３】
第１及び／又は第２の流れは、ＴＳＳ含有量又は粒子サイズが２０μｍ未満の有機溶解性物質及びコロイド状物質の含有量が反応器中の平均含有量と比べて比較的低い反応器の部分から取り出せるのが有利である。
【００６４】
第１の流れ対第２の流れの比は、本明細書において以下でさらに詳細に説明するように、通常、濾過供給流又はバイオリアクタ内の流体に、所望の含有量の全固形物、所望の含有量の全懸濁固形物、所望の含有量の全微粒子固形物、所望の含有量の大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物と微粒子有機物、又はある割合のこれらのパラメータのうちの任意のものをもたらすように選ばれる。
【００６５】
第１の流れ対第２の流れの比（体積／体積）は、通常、１：２〜５０：１、特に、少なくとも１：１、特に少なくとも４：１、たとえば約７：３以上の範囲である。特定の一実施形態において、比は１９：１以下である。好ましい比は、有機物関連パラメータ、たとえば第１の流れの中のＴＳＳ又は全溶解性及び小さな微粒子含有量（大きさ２０μｍ未満）並びに濾過供給流の中の所望の有機物関連パラメータに依存する。
【００６６】
本発明のある方法においては、第２の流れが第３の流れと第４の流れに分離され、それによって、第２の流れにおける大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物とコロイド状有機物の含有量より少ない、大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物とコロイド状有機物の含有量を有する第４の流れを得るのが有利である。前記減少は特に０．１〜９０％の範囲内、特に０．１〜３０％の範囲内であり得る。好ましい実施形態において、前記減少は少なくとも１％、特に少なくとも５％である。
【００６７】
これは特に、第２の流れを凝固／凝集工程にかけた後、その流れを、大きさによる分離工程、たとえば濾過工程、デカンテーション、遠心分離、沈降分離、ハイドロサイクロンにおける処理にかけることによって実現され得る。
【００６８】
第２の流れを、電気脱水、又は電気凝固を使用して水を有機物から分離させる分離工程にかけることも可能である。
【００６９】
得られた第４の流れは、濾過供給流として第１の流れと合わせて使用するのが特に適切である。
【００７０】
通常、第４の流れにおける大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物とコロイド状有機物の含有量は、１２ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に１０ｇＣＯＤ／ｌ以下、好ましくは５ｇＣＯＤ／ｌ以下、より好ましくは３ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に１ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に０．５ＣＯＤｇ／ｌ未満である。第４の流れは、本質的に有機物を含まないこともある。実際上は、第４の流れは、たとえば約０．０１ｇＣＯＤ／ｌ以上、特に約０．１ｇＣＯＤ／ｌ以上の大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物と微粒子有機物を依然として含み得る。
【００７１】
ある有利な方法では、大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物と有機微粒子物質の全含有量は、バイオリアクタ内の全平均懸濁固形物含有量と比較して、少なくとも２重量％、好ましくは少なくとも１０重量％、特に２０〜９０重量％減少する。
【００７２】
濾過供給流における全懸濁固形物（ＴＳＳ）の重量濃度は通常５〜５０ｇ／ｌであるが、これは、濾過供給流におけるＴＳＳ含有量が、バイオリアクタ内の平均ＴＳＳ含有量より通常少ないのが条件である。濾過供給流におけるＴＳＳ濃度は、３５ｇ／ｌ以下であるのが好ましく、より好ましくは３０ｇ／ｌ以下、又は２５ｇ／ｌ以下である。特に支流膜フィルタについては、濃度は１５〜２５ｇ／ｌであるのが好ましい。浸漬した膜については、濃度は５〜１５ｇ／ｌの範囲で選ぶことができるのが有利である。
【００７３】
膜濾過ユニットへの濾過供給流（濾過供給流、第１の流れと、場合により第４の流れ又はその一部）における大きさが未満２０μｍの溶解性有機物とコロイド状有機物の含有量は、好ましくは１２ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に１０ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に５ｇＣＯＤ／ｌ以下、特に１ｇＣＯＤ／ｌ以下である。下限は特に重要ではない。含有量は、たとえば約０．１ｇ／ｌ以上であり得る。
【００７４】
濾過供給流における大きさが２０μｍ未満の溶解性有機物とコロイド状有機物の全含有量（ｇＣＯＤ／ｌ）対、バイオリアクタ内の全平均懸濁固形物含有量（ｇ／ｌ）の比は、通常、最大で０．４０ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ、好ましくは０．１〜０．３０ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ、特に０．５〜０．１５ＣＯＤ／ｇＴＳＳである。
【００７５】
特定の実施形態では、濾過供給流における大きさが１．６μｍ未満の溶解性有機物と微粒子有機物の含有量は比較的少なく、特にその含有量は、９ｇＣＯＤ／ｌ未満、好ましくは４ｇＣＯＤ／ｌ未満、特に０．９ｇＣＯＤ／ｌ以下である。有機物のこの部分は、特にフィルタ膜のファウリングなどの望ましくない効果の一因となることが考えられる。
【００７６】
有利な方法では、膜ユニットへ向かう濾過供給流は、ｇＣＯＤ／ｌで表される大きさが未満２０μｍの溶解性有機物とコロイド状有機物対全懸濁固形物（ｇＴＳＳ／ｌで表される）の重量対重量比が、０．８０ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ未満、特に０．５０ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ未満である。この比は０以上であり、実際上は、この比は通常０．００１以上、特に０．００５以上である。支流濾過膜については、前記比が０．５０ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ未満又は０．２５ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ未満となるのが特に有利であり得る。浸漬した膜については、前記比が０．７５ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ又は０．５ｇＣＯＤ／ｇＴＳＳ未満となるのが有利であり得る。
【００７７】
本発明による方法は、本発明による設備で適切に実施される。図１はそのような設備を概略的に示す。ポンプ、弁などの標準的なものは図示していない。当業者は、共有されている一般知識及び本明細書において開示された情報に基づいて、ポンプ、弁などの標準的なものが必要とされるか又は所望される場所を確定することができよう。
【００７８】
設備は、バイオリアクタ（５）、バイオリアクタからの流体流（第２の流れ）を、有機物が集中した流れ（第３の流れ）と、有機物をあまり含まない流れ（第４の流れ）とに分離するのに適した汚泥処理ユニット（６）、及び膜濾過ユニット（７）を備える。
【００７９】
バイオリアクタは、廃棄物水流の嫌気性処理に適した任意のタイプのバイオリアクタであってもよい。バイオリアクタは、流体流（第１及び第２の流れ）用の少なくとも１つ出口（１２、１２ａ、１２ｂ）を備える。バイオガス用の出口（１１）も典型的には存在する。図１には廃棄物流体流用の入口（８、８ａ）も示してある。他の流れ、たとえば汚泥処理ユニット（６）からの第４の流れや、膜濾過ユニット（７）からの濃縮水再循環には、この入口が使用されてもよいし、別個の入口が設けられてもよい。また、（バイオ）ガス用の出口（１１）も設けられている。バイオガスは、それ自体が知られている方法でさらに処理（たとえば燃焼、精製）されてもよい。
【００８０】
汚泥処理ユニット（６）は、バイオリアクタ（５）から出てくる流体用の入口（１３）を備え、この入口（１３）は、導管（２）を介して、流体をバイオリアクタ（５）から汚泥処理ユニット（６）に輸送できるような形で、バイオリアクタの流体用の出口（１２、１２ａ、１２ｂ）に接続されている。
【００８１】
汚泥処理ユニット（６））は第４の流れ用の出口（１４）、及び第３の流れ用の出口（１５）を備える。
【００８２】
膜フィルタユニット（７）は流体用の入口（１６）を備え、この入口（１６）は、バイオリアクタからの流体について、導管（１）を介して、流体をバイオリアクタ（５）からフィルタユニット（７）に輸送できるような形で、出口（１２、１２ａ）に接続されている。
【００８３】
膜濾過ユニット（７）は透過水用の出口（１８）及び濃縮水用の出口（１７）を備え、濾過ユニット（７）の濃縮水用の出口（１７）は、濾過ユニット（７）からの濃縮水をバイオリアクタ（５）に戻すことができるような形で、再循環導管（９）に接続されている。必要に応じて、濃縮水を直接的に濾過ユニットに戻せるようにするための迂回路（１９）が設けられてもよい。すべての濃縮水が反応器に戻されてもよい。ただし、濃縮水の一部を第１の流れ／濾過供給流に入れるための再循環部を設備に設けることもできる。また、濃縮水を捨てるための手段が設けられてもよい。
【００８４】
図１では、汚泥処理ユニットの第４の流れ用の出口（１４）は、第４の流れを、好ましくは流体用の出口（１２、１２ａ）を介してバイオリアクタから取り出された流体と混合した後に、入口（１６）を介して濾過供給流（ＦＦ）として濾過ユニットに導入することができるような形で、導管（４、４ａ）と接続されている。場合により、汚泥処理ユニットの第４の流れ用の出口（１４）は、バイオリアクタへの同じ入口（８）又は別個の入口（８ｂ）を介して第４の流れをバイオリアクタに再循環させることができるような形で、導管（４、４ｂ）とも接続されている。
【００８５】
汚泥処理ユニットからの第３の流れ用の出口（１５）は、設備からの第３の流れ（３、３ｂ）を捨てるために使用されてもよいし、再循環導管（３ａ）が、バイオリアクタの第３の流れ用に設けられていてもよい。少なくとも後者の場合、バイオリアクタは通常、必要に応じてバイオマスの許容できない蓄積を防ぐために、含有物（過剰な汚泥）をバイオリアクタから捨てるための出口を備える。この出口は図１には図示していない。
【００８６】
図２は本発明の別の設備を示す。この設備は図１に示した設備にほとんどが対応する。本実施形態において、汚泥処理ユニットの第４の流れ用の出口（１４）は、第４の流れを廃棄物流（８）としてバイオリアクタへの同じ入口又は別個の入口（８ｂ）を介してバイオリアクタに循環させることができるような形で、導管（４、４ｂ）と接続されている。
【００８７】
図３は本発明のさらに別の設備を示す。
【００８８】
設備は、追加の処理ユニット（図示せず）、たとえば上記のような凝固凝集処理用のユニットをさらに備えていてもよい。そのようなユニットは、バイオリアクタ（５）と汚泥処理ユニット（６）の間に設けられ、凝固凝集剤を第２の流れに加えられるようにし、さらに、そうして処理された第２の流れを、第３の流れ及び第４の流れが作り出される汚泥処理ユニットに供給できるように構成されているのが有利である。
【００８９】
図１及び図２において、汚泥処理ユニットはバイオリアクタの外の外部装置である。汚泥処理ユニットがバイオリアクタに統合された設備を使用することも可能である。そのような実施形態では、バイオリアクタの流体は、バイオリアクタの内部の汚泥処理ユニットにおける分離工程にかけられ、そこで流体は第３の流れと第４の流れに分離され、第４の流れは、溶解性有機物質及び小さな有機粒子（大きさが２０μｍ未満の粒子）対全懸濁固形物の重量対重量比が、汚泥処理ユニットに導入された流体（第２の流れ）に比べて低下しており、第４の流れは、溶解性有機物質及び小さな有機粒子（大きさが２０μｍ未満の粒子）対第１の流れの全懸濁固形物の重量対重量比を低下させるために（完全又は部分的に）使用される。第３の流れ（濃縮された汚泥）は通常、放出されるか、又はバイオリアクタに戻される。第４の流れは、典型的には全懸濁固形分が減少している。また、コロイド状及び溶解性（有機物）の含有量も概して減少している。第４の流れは、第１の流れの全懸濁固形分を低下させるために完全又は部分的に使用されるのが有利である。残りの部分は通常バイオリアクタに戻される。バイオリアクタに統合できる汚泥処理ユニットの一例は沈澱器デバイスである。
【００９０】
図３は、図１と図２の実施形態を合わせたものを示し、「１０２」は、汚泥処理ユニット１０６（図２のユニット６参照）への第２の流れ用の導管を表し、「１０３」は、図２における第３の流れ用の導管３に対応し、「１０４ａ」は、図２における第４の流れ用の導管４に対応する。項目１０８ｂ及び１１３〜１１５はそれぞれ図２の項目８ｂ及び１３〜１５に対応する。
【００９１】
次に本発明を以下の例によって図示する。
比較例
比較実験として、バイオリアクタに、バイオエタノール工場から得た小麦希薄蒸留廃液を連続的に供給した。バイオリアクタは１０Ｌの嫌気性消化装置であった。反応器を中温条件（３７℃±０．５）下で動作させ、バイオガスを連続的に生成させた。反応器からの第１の流れを支流管状クロスフロー限外濾過膜に送った。クロスフロー速度を一定に維持し、膜を濾過／逆洗モードで動作させた。膜によって澄んだ流出物（透過水）の回収が可能になり、濃縮水は反応器に再循環させた。反応器内に懸濁固形物が過剰に蓄積するのを避けるために、汚泥（流れ２）を毎日取り出した。反応器をこの構成で４か月の間動作させた。
【００９２】
実施例１
第２の流れの汚泥処理（ユニット６）が凝固／凝集工程を含み、それによって凝集した汚泥を得る、図２に基づくシステムを構成した。この汚泥を、フィルタ（０．３００ｍｍ）によって、濃縮された汚泥（第３の流れ）と液体流（第４の流れ）に分離した。全懸濁固形物及びコロイド状物質が少なく、さらに第２の流れよりも有機物含有量が少ない第４の流れを反応器に戻した。
【００９３】
この実験では、基準の段階と同じ生物学的動作条件を使用した。
【００９４】
比較例及び実施例１の両方で、標準特性及び汚泥濾過性特性を確認した。結果を以下の表に示す。
【表１】
0006047809.tif 000002
ＴＳＳ：全懸濁固形物
ＴＣＯＤ：全ＣＯＤ濃度（化学的酸素要求量）
ＣＣＯＤ：溶解性＆コロイド状ＣＯＤ（化学的酸素要求量）
ＳＣＯＤ：溶解性ＣＯＤ（化学的酸素要求量）
ＳＣＲ：０．５バール下で測定したケーキ比抵抗（ＮＦ  ＥＮ  １４７０１−０２によって測定）
ＣＳＴ：Ｔｒｉｔｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｔｄ型３０４Ｍで測定した毛管吸引時間
【００９５】
結果は、実施例１と比較例の両方のＴＳＳ濃度は類似していたが、実施例１においては、コロイド状有機物含有量（ＣＣＯＤ）濃度の低下と、溶解性有機物（ＳＣＯＤ）濃度の低下とが実現されたことを示している。ＣＣＯＤ濃度の低下は汚泥濾過性特性に直接的な影響を及ぼしており、実施例１については以下が観察された：
毛管吸引時間の短縮（この値は、液体部分がフィルタ内で１ｃｍの距離を拡散及び進行するのに要する時間に対応する）：液体部分は、比較例よりも第１の実験中の方が容易に膜内で拡散する。
ケーキ比抵抗値の低下（この値は、濾過中に形成されたケーキの抵抗に対応する）。したがって、濾過中に形成されたケーキを通過するのがより容易である
【００９６】
連続動作の間、比較例及び実施例１の両方に同じ膜部分を使用した。しかしながら、これまでの膜履歴の影響なく両方のケースの膜性能を比較するために、限界透過流束の測定を新たな膜部分に行った。限界透過流束の測定によって、膜が動作できる最適透過流束の決定が可能になった：透過流束は、不安定な膜間圧力（高いファウリング特性）が認められるまで段階的に上昇させる。結果は、比較例の間、約１３Ｌ／ｈ／ｍ２の動作透過流束が維持でき、実施例１では、１６Ｌ／ｈ／ｍ２の動作透過流束が維持できることを示した。これは、本発明による方法において濾過性能の向上が実現されること、及び反応器の動作に必要な膜の表面積とエネルギーが減少することを明らかに示している。
【００９７】
実施例２
実施例２は、図１に基づく実施形態、すなわち第４の流れを濾過ユニットの供給する実施形態の技術的効果を示すために用いる。実施例１と同じ汚泥処理を使用した。
【００９８】
汚泥（第２の流れ参照）をＡｎＭＢＲパイロットプラントから得た。有機物含有量の減少した液体（第４の流れ参照）を（実施例１と同様に）この汚泥から生成し、次いで液体を、規定の比に従って未処理の汚泥（第１の流れ参照）と混合し、フィルタ（濾過供給流）に供給した。次いでこの混合物の濾過性特性を決定し、最初の汚泥（バイオリアクタ由来）と比較した。
【００９９】
濾過性特性は、バイオリアクタからの未処理の汚泥及び混合物（バイオリアクタからの汚泥８４％＋第４の流れ１６％）について決定した。結果を以下の表に示す。
【表２】
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【０１００】
結果は、バイオリアクタからの汚泥を第４の流れと混合することで、混合物中のＴＳＳ及びコロイド状ＣＯＤの減少がもたらされることを明らかに示している。この減少の結果、混合物がより通過しやすくなることを示す３０．９％のＣＳＴ減少が実現された。
【０１０１】
次いで、バイオリアクタからの未処理の汚泥、及び汚泥と第４の流れの混合物で限界透過流束の測定を行った。限界透過流束の測定は、洗浄後に同じ膜で行った。結果は、汚泥と第４の流れの混合物についての限界透過流束の測定が良好であること（１２Ｌ．ｈ−１．ｍ−２から１４Ｌ．ｈ−１ｍ−２へ）を示した。
【０１０２】
これらの結果は、より良い膜性能を実現するためには、濾過膜の前に、バイオリアクタからの汚泥を、本発明に従って得られた有機物含有量の減少した水性の液体と混合することが有益であることを裏づけている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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