(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．易生物分解性の化学的酸素要求量（ＲＢＣＯＤ）を含有する都市廃水であって、平均して前記ＲＢＣＯＤの５０％超が、揮発性の脂肪酸及びアルコール、とは異なる化合物を含むような都市廃水を処理ゾーンに誘導する工程と、
ｂ．前記廃水から汚染物を除去することによって前記処理ゾーンで前記廃水を生物学的に処理し、バイオマスを生成する工程と、
ｃ．前記バイオマスのポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）蓄積能力を、
ｉ．前記バイオマスを交互に繰り返される飽食条件及び飢餓条件に曝露することと、
ｉｉ．前記バイオマスを飢餓条件に曝露した後に、前記バイオマスを前記都市廃水中の前記ＲＢＣＯＤに曝露することにより、０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎを超える平均の量当たりピーク飽食ＲＢＣＯＤ供給速度と組み合わせて５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ｍｉｎを超える平均のピーク飽食刺激性ＲＢＣＯＤ供給速度を加えることによって、選択された期間の間前記バイオマスを飽食条件に曝露することにより前記バイオマスを飽食期に入るように刺激することと、
によって強化する工程と、
を含むことを特徴とする都市廃水の処理方法。
【請求項２】
前記バイオマスを飽食期に入るように刺激することが、飽食条件の間に前記バイオマスが利用できるＲＢＣＯＤのピーク濃度が平均して１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ〜２０００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌとなることを達成することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイオマスを刺激することが、前記バイオマスの現存最大呼吸量の少なくとも４０％であるピーク呼吸量に前記バイオマスを到達させる飽食条件へと前記バイオマスを刺激することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理ゾーンに流入都市廃水流を導く工程と、
前記バイオマスの少なくとも一部を再循環させ、前記再循環されたバイオマスと前記流入廃水を混合する工程と、
バイオマスの再循環速度を、（１）オンライン監視により判定された前記流入廃水の水質、又は（２）誘導されたバイオマス呼吸量、に基づかせる工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バイオマスの前記ＰＨＡ蓄積能力を強化する工程が、
ａ．飽食条件の間に前記バイオマスが利用できるＲＢＣＯＤの平均ピーク濃度を１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ〜２０００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌに維持することと、
ｂ．２ｋｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｍ３／日以上の容積有機負荷速度を含む廃水を提供することと、
ｃ．バイオマスを前記廃水から分離し、該分離されたバイオマスを再循環させ、再循環されたバイオマスに対する廃水の容積混合比が約０．１から約５．０となるように前記バイオマスを流入廃水と混合することと、
ｄ．前記バイオマスの固形物滞留時間を４日間未満に維持することと、
のうちの２つ以上をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
揮発性の脂肪酸及びアルコールが５０％以下であるＲＢＣＯＤを含む流入廃水を廃水処理システムへと誘導する工程と、
前記廃水を生物学的に処理し、前記廃水から汚染物を除去し、及びバイオマスを生成する工程と、
前記処理後に、前記バイオマスを前記廃水から分離し、及び前記バイオマスを再循環させる工程と、
前記再循環されたバイオマスに対する前記流入廃水の容積混合比が０．１から５．０となるように、前記再循環されたバイオマスを前記流入廃水と混合する工程と、
前記処理、前記再循環、及び前記混合中に、
（１）少なくとも１回、前記バイオマスが飽食条件にさらされる前に飢餓条件にさらされるように、前記廃水処理システム内で前記バイオマスを交互に繰り返される飽食条件及び飢餓条件にさらすことと、
（２）前記バイオマスの現存最大呼吸量の少なくとも４０％であるピーク呼吸量に前記バイオマスを到達させる飽食条件へと前記バイオマスを刺激することと、
によって前記バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化する工程と、
を含むことを特徴とする流入廃水の処理方法。
【請求項７】
前記廃水を生物学的に処理する工程はバイオマスを生成し、前記バイオマスにおけるＰＨＡ蓄積能力が、汚泥滞留時間及びＲＢＣＯＤ負荷を制御することによってさらに強化されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バイオマスを混合液のピークＲＢＣＯＤ濃度が少なくとも１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌである飽食条件にさらすことによって、前記バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ＲＢＣＯＤに基づく容積有機負荷速度が２ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ３／日以上であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記バイオマスの前記ＰＨＡ蓄積能力を強化する工程が、
ａ．飽食条件の間に前記バイオマスが利用できるＲＢＣＯＤの平均ピーク濃度を１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ〜２０００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌに維持することと、
ｂ．２ｋｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｍ３／日以上の容積有機負荷速度を含む廃水を提供することと、
ｃ．バイオマスを前記廃水から分離し、該分離されたバイオマスを再循環させ、再循環されたバイオマスに対する廃水の容積混合比が約０．１から約５．０となるように前記バイオマスを流入廃水と混合することと、
ｄ．前記バイオマスの固形物滞留時間を４日間未満に維持することと、
のうちの２つ以上をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的廃水処理システム及びプロセス、より詳しくは、ポリ水酸化アルカノエート（ＰＨＡ）を蓄積することが可能なバイオマスを生成する生物学的廃水処理システム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
生活廃水は、主に住宅地及び商業地域から出ている。公共施設及び娯楽施設も、この廃水をもたらす発生源である。生活廃水の有機含有量は、一次沈殿の後には、多くの場合、１００から９００の範囲、及び確実に１０００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ未満である。より高い濃度の都市廃水が発生している場合、都市処理施設は、生活廃水に加えて地域の産業活動からのさらなる有機負荷を受けている可能性がある。
【０００３】
一次処理された廃水の有機含有量のかなりの部分は溶解しておらず、そのために自然では粒子状であるとみなされている。一次流出水の溶解部分は、通常、易生物分解性化学的酸素要求量（ＲＢＣＯＤ）を含有する。生物学的に活性な環境で十分な時間が与えられると、粒子状部分の一部もＲＢＣＯＤに加水分解される。
【０００４】
都市廃水中の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の生物学的除去はバイオマスを生成し、無駄なバイオマスは、世界中で固形廃棄物処分の問題になっている。廃棄処分を必要とするバイオマスの量を軽減する最新技術の方法は、エネルギー源へ変換することができるバイオガスを生成する、バイオマスの嫌気消化によるものである。
【０００５】
科学者及び研究者は、廃水を生物学的に処理する過程で生成されるバイオマスの有益で価値ある使用を特定しようと試みるために、多くの時間及び労力を費やしている。廃水処理で生成されるバイオマスは、ＰＨＡを蓄積する能力を有することが知られている。ＰＨＡは、バイオマスから回収し、多くの興味深く実際的な用途で使用することができる、商品価値のある生分解性プラスチックに変換することができるバイオポリマーである。
【０００６】
通常の生物学的廃水処理法はバイオマスを生成し、生成されたバイオマスは、最小限のレベルのＰＨＡを蓄積する多少の能力を通常含む。しかし、これらのＰＨＡの潜在レベルは、バイオマスを収穫してそこからＰＨＡを抽出することを経済的に可能にするのに不十分である。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、廃水から汚染物を除去するだけでなく、ＰＨＡを蓄積する強化された能力を有するバイオマスを生成することも目指した生物学的廃水処理のシステム及びプロセスの必要性がある。
【０００８】
本発明は、生物学的に廃水を処理して、廃水から汚染物を除去する方法に関する。廃水を処理する過程で、バイオマスが生成される。廃水から汚染物を除去することに加えて、本発明のプロセス又は方法は、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力（ＰＡＰ）を強化することを伴う。
【０００９】
ＰＡＰを強化するために生物学的廃水処理システムで採用することができるいくつかのプロセスが、本明細書で議論される。例えば、強化されたＰＨＡ蓄積能力は、バイオマスを飽食及び飢餓条件に曝露させ、バイオマスを飢餓条件に曝露させた後に、０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ＭＩＮを超える平均の量当たりピークＲＢＣＯＤ供給速度と組み合わせて５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ＭＩＮを超える平均のピーク刺激性ＲＢＣＯＤ供給速度を加えることによって、選択された期間の間バイオマスを飽食条件に曝露させることによってバイオマスを飽食期に入るように刺激することによって、実現することができる。別の例では、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力は、バイオマスの現存最大呼吸量の４０％を超えるピーク呼吸量にバイオマスを到達させる飽食条件にバイオマスをさらすことによって強化される。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与することができる他のプロセス又は工程が、本明細書で議論される。例えば、バイオマスにさらされるＲＢＣＯＤの容積有機負荷速度を制御又は操作することで、ＰＨＡを蓄積するバイオマスの能力に影響を与えることができる。さらに、生物学的廃水処理プロセスでは、濃厚になったバイオマス混合液は一般的に再循環され、新鮮な流入廃水と混合される。バイオマス混合液の容積再循環速度も、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化においてかなりの役割を演ずることができる。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与することができるプロセスパラメーターの別の例は、比較的短い固形物滞留時間を維持することである。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するために使用することができるこれら及び他の発見は、本明細書でさらに詳細に議論される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】生成されるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するように設計されている生物学的廃水処理システムの概略図である。
【図２】同じバイオマスの２つの高倍率の画像を示す図であるが、右の画像はナイルブルー染色を受け、これはバイオマス中の細菌の大部分がＰＨＡを貯蔵する収容能力を有することを示す。
【図３】図１に示す廃水処理システムの２つの異なる場所である期間にわたって採取されたバイオマス中のＰＨＡ含有量を示すグラフである。
【図４】ＰＨＡとしてのバイオマスの割合対蓄積時間をプロットするグラフであり、オンデマンド栄養供給制御に基づくパイロットスケールの呼吸を伴う流加バッチ式反応器で発酵畜産流出水を用いるＰＨＡのその蓄積を一般に表す。
【図５】バイオマスＰＨＡ含有量の割合対蓄積時間を示すグラフであり、実験室規模のバイオリアクターに接種するために用いた一般的に低いＰＡＰを有するバイオマスの結果を示す。
【図６】低レベルのＰＡＰから、中レベルのＰＡＰ、及び中高レベルのＰＡＰまでのＰＡＰ範囲を代表する活性汚泥混合液の３つの供給源のＲＢＣＯＤ−アセテート濃度の関数としての、誘導された、量当たりの酸素摂取速度（ＳＯＵＲｉ）を示すグラフである。
【図７】それぞれの都市廃水に順化（ａｃｃｌｉｍａｔｅ）させた活性汚泥の流入廃水と混合液との混合比の関数としての、誘導された、量当たりの酸素摂取速度（ＳＯＵＲｉ）を示すグラフである。
【図８】ＲＢＣＯＤを処理する活性汚泥プロセスの模式図であり、これはプロセスで生成されるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するための基本原理を採用する。
【図９】ＲＢＣＯＤを処理するためのバイオフィルムプロセスを採用する生物学的廃水処理プロセスの模式図であり、このプロセスは、生成されるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するための原理を採用する。
【図１０Ａ】、
【図１０Ｂ】廃水中のＲＢＣＯＤを処理するための半連続流入水流浮遊バイオマス増殖プロセスの場合のための、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化することに関する、本発明の原理を適用する生物学的廃水処理プロセスの概略図である。
【図１１】都市廃水を用い、高度一次処理を含む、ＰＡＰを有するバイオマスの生成のための全体的なプロセススキームの模式図である。
【図１２】都市廃水を用い、高速ＲＢＣＯＤ除去の間にコロイド性有機物質を除去するために接触安定化技術を適用する、ＰＡＰを有するバイオマスの生成のための全体的なプロセススキームの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
生物学的処理に向けられる都市廃水は、浮遊有機物及び溶解有機物を一般的に含む。有機物の溶解部分は通常、生物学的に分解可能であり、多くの場合５００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ以下の濃度である。このＣＯＤ（化学的酸素要求量）の大部分は、易生物分解性（ＲＢＣＯＤ）とみなすことができる。本発明のプロセスは、都市廃水のＲＢＣＯＤの処理からのバイオマスの生成に関し、ここで、生成されるバイオマスは、ＰＨＡの蓄積のために強化された能力を示す。前述のように、ＰＨＡは、バイオマスから回収し、多くの興味深く実際的な応用領域のために商品価値のある生分解性プラスチックに変換することができるバイオポリマーである。ＰＨＡの蓄積のための強化された能力とは、別のプロセスで、及び制御された方法で利用できる他のＲＢＣＯＤ供給源にバイオマスを与えたときに、ＰＨＡとしての最終的な有機重量の３５％を超えて、好ましくは５０％を超えてＰＨＡを貯蔵するバイオマスの収容能力を指す。懸濁増殖システムの混合液中のバイオマス濃度は、多くの場合、確立された方法によって、全懸濁固形物（ＴＳＳ）として、及び揮発性懸濁固形物（ＶＳＳ）としてのバイオマスの有機構成成分として、評価される。したがって、活性汚泥中のＰＨＡレベルは、ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＴＳＳとして、より好ましくはｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳとして表すことができる。例えば、活性汚泥バイオマスの灰分が１０％であるならば、本発明の方法を適用することによって、およそ３２％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＴＳＳを超える、好ましくは４５％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＴＳＳを超えるＰＨＡ蓄積能力（ＰＡＰ）が達成される。
【００１２】
バイオマスでＰＡＰを刺激する一方法は、別個の周期の飽食及び飢餓条件にバイオマスを曝露させることによる。基本的に、飽食及び飢餓条件にバイオマスを曝露させることは、動的な有機炭素基質供給条件にバイオマスを曝露させることを伴う。これらの条件下では、有機炭素基質は、実質的な基質利用可能性（飽食条件）の期間及び基質欠乏（飢餓条件）の期間が交互に起こることを促進するような方法で供給される。飽食条件下では、バイオマスはＲＢＣＯＤを取り込んで、飢餓条件下での増殖及び維持のための以降の利用のためにＰＨＡの形でそれらのかなりの部分を貯蔵する。ＰＨＡのこの貯蔵及び利用は、バイオマスが繰り返しさらされる飽食及び飢餓の周期の結果としてのＰＨＡの代謝回転である。ＰＡＰでのバイオマスの強化にもかかわらず、廃水処理の間のバイオマス中の計測可能なＰＨＡレベルは、現存のバイオマスの最大のＰＨＡ蓄積能力のほんの一部である可能性がある。
【００１３】
廃水中のＲＢＣＯＤは、飽食条件の下ではバイオマスによって消費される。飽食条件の下でバイオマスがＲＢＣＯＤを消費する結果、廃水のＲＢＣＯＤ濃度が低減するとともに廃水は効果的に処理される。バイオマスのための飽食条件を達成するために、ある時点で十分に高いＲＢＣＯＤ濃度にバイオマスを曝露させるような方法で、流入ＲＢＣＯＤは混合液中の懸濁バイオマスと、又はバイオフィルムとしてのバイオマスと合わされる。飢餓の後にピーク刺激性飽食ＲＢＣＯＤ条件が繰り返し加えられ、平均して達成されるならば、バイオマスのＰＡＰを強化するような選択圧がかけられる。平均ピーク飽食刺激性濃度は、全体の廃水汚染物濃度をバイオマスに抑制性であると判定されたレベル未満のレベルに維持しつつ、１０ｍｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｌを超えるべきであるが、好ましくは１００ｍｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｌを超えるべきである。用語「ピーク濃度」は、選択された時間中に飽食ゾーンにある最大ＲＢＣＯＤ濃度を意味する。特定のいくつかの時間でピーク濃度を平均することによって、平均ピーク濃度が判定される。一次処理又は高度一次処理が流入廃水に適用されるならば、一次固形物は側流で発酵させることができ、そのためにこの発酵工程によって放出されるＲＢＣＯＤは、飽食応答を補充するために用いることができる。
【００１４】
バイオマスのための飢餓条件は、主廃水流への側流により達成することができ、それによって、バイオマスが無視可能なＲＢＣＯＤしか利用できない環境に置かれる間に、飽食の間にＲＢＣＯＤ消費によりバイオマスに貯蔵されたＰＨＡはそれ自体少なくとも一部消費される。強化されたＰＡＰで生成されるバイオマスは、廃水処理プロセスから集められ、廃棄汚泥処理プロセスに誘導される。業界では、このバイオマス収集は「廃棄」と呼ばれ、活性汚泥プロセスにおいては、廃棄活性汚泥と叫ばれる。当面の目的のために、及び本発明の目的のための我々の廃棄汚泥管理業務の一部として、この廃棄バイオマスに、好ましくはその能力の範囲までＰＨＡを蓄積させ、この蓄積されたＰＨＡは、付加価値製品としてその後回収される。ＰＨＡ蓄積及び回収による汚泥処理は、廃棄処分を必要とする廃棄汚泥残留物の最終質量をかなり低減する代替機会を提示する。
【００１５】
本発明は、都市廃水の処理の結果としてのＰＨＡ産生バイオマスの強化及び生成の方法又はプロセスに関する。廃水中の有機汚染物の濃度は、多くの場合、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）で評価される。より高いＣＯＤは、廃水のより高いレベルの有機汚染を反映する。本発明の目的は、廃水処理の間のバイオマスでのＰＨＡ代謝回転を刺激するために、そのような廃水中の低濃度の可溶性易生物分解性化学的酸素要求量（ＲＢＣＯＤ）を利用することである。そうすることにおいて、ＰＨＡ生産能力でバイオマスを強化することに加えて、ＰＨＡ蓄積動態を、今日都市廃水処理からの有機炭素除去から生成されるバイオマスで通常予想されるものより有意に高いレベルまで向上させることが可能である。それにより、特定の種類のＰＨＡを生成するためにより特別に必要とされるかもしれない他の有機供給原料の利用可能性を考慮して、都市廃水処理プロセスから収集されるバイオマスをバイオポリマーを生成するために利用することができる。
【００１６】
一実施形態では、本方法は、商業的により興味深くなる量及び速度でのＰＨＡバイオポリマーの蓄積のために、収集された廃水処理バイオマスを活用する。ＰＨＡの蓄積及び回収の経済的実行可能性は、以下によって向上する：
１．ＰＨＡ蓄積能力のための強化された収容能力を示すバイオマスの増殖を助長すること。収集されたバイオマスで到達することができるＰＨＡ含有量がより大きいほど、ＰＨＡ精製プロセスはより生産的及び効率的になる。単位抽出容量につきより多くのＰＨＡが回収される。バイオマスに蓄積されたＰＨＡの程度に比例して抽出効率が上昇することを、経験が示している。
２．ＰＨＡ蓄積のための最大収容能力を比較的短い期間で達成することができるように、バイオマスのＰＨＡ蓄積速度を操作すること。ＰＨＡ蓄積の動態がより大きいほど、蓄積ユニットのプロセスはより生産的及び効率的になる。所与時間について単位容量につき、より多くのＰＨＡを生成することができる。
【００１７】
本発明は、これらの因子の両方について、廃水改善のサービスに直接に結びつくバイオポリマーの生成プロセスのためのますますより実用的で経済的に実行可能な基盤を達成する包括的な手段に向けて対処する（実施例１１及び１２を参照）。都市廃水を処理するバイオマスからのバイオポリマー生成を成功させる実際的な解決法は、廃棄処分を必要とする廃棄汚泥の低減のための方法に並行してつなげることができるので望ましい。地方自治体の処理場から出る汚泥の廃棄処分と関連する問題点は、世界中の水道事業の政府組織及び専門家によって全世界で認知されている。
【００１８】
ＰＡＰを有するバイオマス生成を目標に、又は以降のＰＨＡの蓄積及び回収を目標に供給される有機炭素源は、１つ１つ独立して考慮する必要がある。ＰＨＡ生成について強化されるバイオマスの混合培養に焦点を当てた学術的研究では、バイオマス生成プロセス及びＰＨＡ蓄積プロセスの両方のための主要な有機炭素源として、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）を用いることが一般的になっている。ＶＦＡはＲＢＣＯＤの１つの例であり、活性汚泥などの混合培養システムでの強化バイオマス生成及びＰＨＡ蓄積のための基本的な開発に関する科学的な調査のために最もしばしば適用されるＲＢＣＯＤである。しかし、実際の適用では、ＣＯＤをＶＦＡに変換するプロセスは、プロセスの資本及び運営費用を増加させる発酵ユニットプロセスを必要とする可能性がある。ＶＦＡは酸であり、したがって発酵ユニットプロセスは、発酵廃水のｐＨを制御するために高価な化学物質添加を必要とする可能性がある。都市廃水処理場は、大容量の低濃度廃水を毎日処理する。したがって、ＶＦＡへの廃水ＣＯＤの変換のために必要な滞留時間を達成するために反応器の追加の大容量が必要である場合には、主流に対する発酵プロセスは経済的に魅力的でないかもしれない。したがって、ＶＦＡが重要であり、しばしば実際のＰＨＡ蓄積工程で用いられる主要なＲＢＣＯＤ供給源であるとみなすことができるが、それよりもＶＦＡとしてＲＢＣＯＤに依存せずに以降のＰＨＡ蓄積のために必要とされるバイオマスを生成することができるならば、実用上及び経済的に有利になることができる。理想的には、介在する前処理工程があるとしてもわずかな負荷で、ＰＡＰを有するバイオマスの生成のために流入可溶性有機物を活用したいであろう。
【００１９】
提示される方法又はプロセスの明示的適用は、都市廃水を処理するために用いられるバイオマスからのＰＨＡ生成の経済的実行可能性をかなり向上させる。その延長で、本発明の実行は、都市廃水処理基盤をさらに開発し、そうすることで全体の汚泥生成をより少なくするという長期目標に向けたさらなる前進を達成するために用いることができる。
【００２０】
本発明のプロセスは、都市廃水からの有機炭素除去からのバイオマスのより選択的な生成に関する。バイオマスは、ＰＨＡ蓄積能力の機能的特質で強化される。１つの目的は、付加価値製品としてのＰＨＡの生成及び回収を可能にする、商業的に実行可能なプロセスでのこの蓄積能力の利用のためにＰＡＰを得ることに向けられる。ＰＨＡの生成及び回収のプロセス工程は、エネルギー生成の役目及び廃棄バイオマスの廃棄処分を軽減する役目をさらにすることができる。
【００２１】
問題点は、この目的への既知の実用上の限界に対処することである；都市廃水の処理時に得られた開放式混合培養中のＰＡＰのレベルが一般に不十分であるとこれまでみなされ、蓄積動態は遅いことが見出されている。これらの限界を克服する戦略が開発されており、以下のものが含まれる：
・ＲＢＣＯＤ供給に関する動的な条件にバイオマスを曝露させること。
・プロセスでの量、濃度、速度、時間及び／又は場所に関してバイオマスのためのＲＢＣＯＤ有機負荷の条件を規定すること。
・揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）及びアルコールであると限定されていないＲＢＣＯＤ供給源を用いてＰＡＰについてバイオマスを強化すること。
・低い汚泥滞留時間を適用することによってバイオマスの収量を増加させること。
・連続的又は逐次的バッチ反応器構成で作動する既存の処理基盤にプロセスを適合させるために融通性を確立すること。
・懸濁液（すなわち活性汚泥）又はバイオフィルム（すなわち接触回転板処理装置又は移動床バイオリアクター）で生成されるバイオマスで作動する既存の処理基盤にプロセスを適合させるために融通性を確立すること。
【００２２】
活性汚泥は、生物学的廃水処理のための広く使われているプロセスである。活性汚泥のバイオマスに存在する細菌種はＰＨＡを生成することができることが知られている。これらの細菌によるＰＨＡ生成は、廃水有機物の取り込み、変換及びＰＨＡとしての貯蔵を伴う。この代謝過程は活性汚泥で周知であり、最先端プロセスモデルに含まれる。それでも、現在まで、報告されているＰＨＡ蓄積能力は、低有機濃度都市廃水を処理するために一般に用いられる活性汚泥では低い。この低い蓄積能力は、ＶＦＡをかなりの部分含むＲＢＣＯＤを有するより高い濃度の産業廃水を用いてＰＡＰについて強化されている活性汚泥の能力とは、相対的である。都市廃水を処理する活性汚泥については、３０％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＴＳＳの最大含有量が、日本の４つの異なる都市廃水処理場からの１８個の活性汚泥試料によるバッチＰＨＡ蓄積試験で報告されている（Ｔａｋａｂａｔａｋｅ  Ｈ、Ｓａｔｏｈ  Ｈ、Ｍｉｎｏ  Ｔ、Ｍａｔｓｕｏ  Ｔ、２００２年、ＰＨＡ（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｏｆ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｔｒｅａｔｉｎｇ  ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｗａｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ４５（１２）：１１９〜１２６頁。）。同様に、ＰＨＡ生産菌の増殖を有利にすることが知られている嫌気−好気交互の条件下で稼働させた実験室規模の反応器で都市廃水を処理したとき、およそ２０％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＴＳＳの含有量が得られた（Ｃｈｕａ  ＡＳＭ、Ｔａｋａｂａｔａｋｅ  Ｈ、Ｓａｔｏｈ  Ｈ、Ｍｉｎｏ  Ｔ、２００３年、Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅｓ（ＰＨＡ）ｂｙ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｔｒｅａｔｉｎｇ  ｍｕｎｉｃｉｐａｌ  ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ：ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｐＨ、ｓｌｕｄｇｅ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ（ＳＲＴ）、ａｎｄ  ａｃｅｔａｔｅ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｉｎｆｌｕｅｎｔ．Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ３７（１５）：３６０２〜３６１１頁。）。
【００２３】
乾燥バイオマスのＰＨＡ含有量は、下流処理でのポリマー回収の効率に、及び消費されるＲＢＣＯＤに関する全ポリマー収量に影響を及ぼすので、ＰＨＡの商業生産で重要な技術的及び経済的因子である。さらに、より速いＰＨＡ蓄積は、プロセスの容積生産性にポジフィブな影響を及ぼす。したがって、バイオマスの優れた蓄積速度及び向上したＰＨＡ蓄積能力の両方を促進する活性汚泥のＰＡＰ強化を刺激する方向で条件を選択することが好ましい。廃水処理要件と直接に組み合わせてこれらの強化目標を達成することが有利である。
【００２４】
ＲＢＣＯＤ負荷、汚泥滞留時間及び飽食−飢餓刺激に十分注意を払うことにより、地方自治体の生物学的処理プロセスは、２４時間のバッチ蓄積実験で３７（３３）から５１（４６）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ（ＴＳＳ）の範囲のＰＨＡを蓄積する活性汚泥バイオマスを生成するように運転することができることが発見された（実施例１〜実施例３）。さらに、驚くべきことに、ＶＦＡ及びアルコール含有量が無視できるＲＢＣＯＤを含有する低濃度都市廃水の生物学的処理が、ＰＡＰを有するバイオマスの強化を促進することができることが見出された。
【００２５】
上記のように、飽食及び飢餓条件は、プロセスでの時間又は場所の関数としてバイオマスに課すことができるだけでなく、毎日の有機負荷速度の経時的流入変動であってもよく、両方の場合に活性汚泥又はバイオフィルムバイオマスが、平均して、より少ないＲＢＣＯＤ供給の期間と交互に繰り返し起こる、より高いＲＢＣＯＤ供給の期間を経験する。研究及び特許文献で以前に明確にされていないことは、ＲＢＣＯＤの特徴を日常的に明らかにするのが困難及び高価である場合があり、ＲＢＣＯＤが信頼できないレベルのＶＦＡ及びアルコール含有量としばしば一緒に存在する都市廃水を伴う場合に飽食条件に適用すべき操作基準である。
【００２６】
ＶＦＡは、ＰＨＡ生成のために好都合の基質である。この種のＲＢＣＯＤは、活性汚泥などの微生物の混合培養によってＰＨＡに変換される有機化合物の主要なグループとみなされている。さらに、好適に順応させた混合培養はアルコールをＰＨＡに変換することができることを、科学文献は明らかにしている（Ｂｅｃｃａｒｉ  Ｍ、Ｂｅｒｔｉｎ  Ｌ、Ｄｉｏｎｉｓｉ  Ｄ、Ｆａｖａ  Ｆ、Ｌａｍｐｉｓ  Ｓ、Ｍａｊｏｎｅ  Ｍ、Ｖａｌｅｎｔｉｎｏ  Ｆ、Ｖａｌｌｉｎｉ  Ｇ、Ｖｉｌｌａｎｏ  Ｍ、２００９年、Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ  ｏｌｉｖｅ  ｏｉｌ  ｍｉｌｌ  ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ  ａｓ  ａ  ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  ｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ−ａｅｒｏｂｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ８４（６）：９０１〜９０８頁。）。都市廃水のＲＢＣＯＤ中のＶＦＡ及びアルコール部分は、中程度から非常に低い（＜１０〜３０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ）濃度までしばしば変動することがあり、これらの低い濃度は、都市廃水生物学的処理施設から廃棄される活性汚泥からのＰＨＡ生産能力を高めることに対する技術的な障害と見られている（Ｃｈｕａら、２００３年）。
【００２７】
さらに、都市廃水処理施設に向けられるＲＢＣＯＤの化学的組成は特異的に制御されないので、流入水に到達するＲＢＣＯＤの種類に敏感ではない、ＰＡＰを有するバイオマスの生成のためのプロセスを設計することができることは、実際的な利点である。この目的のために、ＲＢＣＯＤ一般、より具体的には無視できる量のＶＦＡ及びアルコールを含有するＲＢＣＯＤを、バイオマスのＰＨＡ貯蔵応答に寄与させることができることが発見された。この知見は、バイオマスのＰＡＰでの強化が、廃水生物学的処理事業の副産物として達成することができることを意味する（実施例１）。有機負荷及び飽食シミュレーション条件のためのプロセス設計に注意を払うことによって、都市廃水ＲＢＣＯＤの生物学的処理は、強化されたＰＡＰ及び蓄積動態の両方を有するバイオマスを生成するように活用することができる（実施例５）。このように都市廃水処理場は、汚染制御のために、ならびにＰＨＡ生成を並行して促進する機能的バイオマスの供給源として、及び残留汚泥管理のための魅力的な代替戦略として稼働させることができる。
【００２８】
低い汚泥滞留時間（ＳＲＴ）と組み合わせた都市廃水ＲＢＣＯＤの有機負荷速度は、有意なレベルのＶＦＡ又はアルコールを含有しないＲＢＣＯＤに対して、活性汚泥におけるＰＡＰの強化を刺激する。さらに、バイオマスでの現存のＰＨＡ蓄積動態を向上させていくことに向けて、ＲＢＣＯＤによる飽食の適用が重要であることを知見は示唆する（実施例５）。この目的のために、ＲＢＣＯＤを含有する流入廃水と飢餓条件から解かれたバイオマスの混合において、より高い現存バイオマス飽食呼吸量を誘導することが好ましい。飽食のためのバイオマス負荷の目的は、ＰＨＡの代謝回転を刺激することである。バイオマスが十分に高い濃度のＲＢＣＯＤによって誘導されるならば、ＰＨＡ蓄積のための飽食応答は刺激される。そのような刺激のためのより低い閾値は、バイオマス酸素摂取速度を計測するための単純な標準方法で容易に決定される（実施例６及び実施例７）。そのような確立された方法に従って（Ａｒｃｈｉｂａｌｄ  Ｆ、Ｍｅｔｈｏｔ  Ｍ、Ｙｏｕｎｇ  Ｆ及びＰａｉｃｅ  Ｍ、２００１年、Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  ｒａｐｉｄｌｙ  ｍｏｎｉｔｏｒ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｈｅａｌｔｈ  ａｎｄ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、Ｗａｔ．Ｒｅｓ．３５（１９）：２５４３〜２５５３頁。）、参照ＲＢＣＯＤにより、有意な飽食刺激がおよそ１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌによって達成されることが観察された。バイオマスの呼吸量は、ＲＢＣＯＤ濃度の増加に比例して最大限界まで増加する。バイオマスの呼吸応答のためのこの最大限界は変化することがあるが、一般に、およそ１００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ以上のＲＢＣＯＤ濃度で最大呼吸能力に到達することが観察された。ＰＡＰの増加に比例して、バイオマスの最大呼吸速度が一般的に高くなることも観察された。
【００２９】
少なくとも１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌの誘導性飽食ＲＢＣＯＤ濃度を確保するために監視することは、日常のプロセス操作では簡単でないかもしれない。ＲＢＣＯＤは速やかに生分解されるので、飽食環境でのＲＢＣＯＤの定量化のための信頼できる試料採取、保存及び分析は難題である。しかし、平均流入廃水ＲＢＣＯＤ濃度の特徴が明らかにされる場合には、飢餓条件から飽食条件のゾーンに導かれるバイオマスへの最小限の量当たり供給速度を確保することによって、飽食刺激性条件をプロセス設計において確立することができる。飽食刺激性供給速度は、プロセス飽食ゾーンの容量で割った流入水ＲＢＣＯＤ質量流量（ｍｇ−ＣＯＤ／ｍｉｎ）によって推定される（ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ｍｉｎ）。刺激性の量当たり供給速度は、プロセス飽食ゾーンのバイオマスの質量で割った流入水ＲＢＣＯＤ質量流量によって推定される（ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎ）。用語「平均ピーク供給速度」又は「平均ピーク飽食刺激性ＲＢＣＯＤ供給速度」が本明細書で用いられる。「ピーク供給速度」は、１つの曝露時間の間にバイオマスが飽食条件にさらされる最大供給速度を意味する。バイオマスは飽食条件と飢餓条件に交互にさらされるので、バイオマスは多数の別々の期間の飽食条件に曝露させられることになる。平均ピーク供給速度は、バイオマスが飽食条件にさらされる場合、又はそのときの、様々な期間のピーク供給速度の平均である。
【００３０】
０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎの量当たりＲＢＣＯＤ供給速度をもたらす８ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ｍｉｎの平均刺激性飽食ＲＢＣＯＤ供給速度が、ＰＡＰの強化に十分であったことが分かった（実施例５）。
【００３１】
ＲＢＣＯＤ濃度又は量当たり供給速度は、バイオマスで少なくとも平均して十分な飽食応答を確保するために設計条件及び操作条件を確立するための基準を提供する。しかし、現場では、流入廃水によって飽食に追い込まれるときには、バイオマスで誘導される呼吸量を評価することがより好ましい場合がある。呼吸量評価は、刺激されているバイオマス呼吸の現存能力に基づいてプロセス制御を確立するために用いられる（実施例６及び実施例７）。プロセスでのバイオマスは、飢餓条件にさらされた後に飽食呼吸に追い込まれる。例えば、処理流出水から分離及び濃縮されたバイオマスは、十分な飢餓曝露が与えられると、飽食ゾーンへ再循環される。流入廃水とバイオマスを含有する再循環された混合液との最初の混合は、流入水のＲＢＣＯＤ濃度を希釈する。再循環混合液容積流量で割った廃水流入水容積流量は、バイオマスが最初に曝露させられる飽食ＲＢＣＯＤ濃度を推定することができる混合比を定義する。あるいは、所与の混合比について達成されるバイオマスの一部の呼吸能力を、直接測定から確立することができる（実施例７）。
【００３２】
一部の廃水は、バイオマスに抑制的な物質を含有することがある。したがって、これらの物質がより高い濃度で存在することが許されるならば、ＲＢＣＯＤ刺激性濃度は、バイオマスの健康に負に影響する可能性のある他の廃水中汚染物の考慮なしに決めることはできない（実施例７）。再循環バイオマスに対する流入廃水のより高い容積混合比が、必ずしもより良いとは限らない。したがって、例えば異常流入事象によるショック負荷及びプロセス混乱条件からプロセスを先見的に保護することは興味深い。ＲＢＣＯＤの流入水質は、日ごとに、又は季節的に変化する可能性がある。したがって、飽食刺激のために最適な状況をもたらすバイオマスに及ぼす流入混合希釈液の影響は、グラブサンプル調査から、又はより好ましくはオンライン監視によって日常的に評価することが好ましい。流入廃水の水質及び濃度のオンライン監視は、例えば、走査分光法を使用する市販機器によって達成することができる。好気的飽食条件については、バイオマスによって誘導された飽食呼吸の後に、最初の廃水バイオマス混合ゾーンへ運ばれる懸濁固形物濃度の評価とともに、オンラインの溶存酸素測定の監視を続けることができる（実施例８）。
【００３３】
実際的な適用では、飽食刺激のための再循環されるバイオマス及び廃水流入水に最適な容積混合比に関して、プロセスを設計及び制御するために、ＲＢＣＯＤ濃度、量当たり供給速度及び／又はバイオマス呼吸を用いることができる。飽食呼吸応答を達成するための実際的な手法は、希釈度、及び流入廃水ＲＢＣＯＤと飢餓から導かれるバイオマスとを一緒にするために適用される方法への注意を必要とする。希釈比の適する範囲についての実際的な制約は、廃水の名目ＲＢＣＯＤ濃度、及び流入廃水流に向けられかつ混合される前にバイオマス流が濃縮される程度によって影響される。
【００３４】
一般に、飽食条件は、好気的であるか、無酸素性であるか、嫌気的である環境で確立することができる。好気的飽食が適用されるならば、溶存酸素レベルは、バイオマスが示す収容能力を有する好気的飽食代謝活性の能力を限定しないことが好ましい。ＲＢＣＯＤの生分解性のために、流入廃水と再循環バイオマス流とを混合することによって達成されるピークの刺激性ＲＢＣＯＤ濃度と近い関係にバイオマス飽食代謝反応を追い込むことが好ましい。流入廃水とバイオマスとの制御された混合によって飽食条件を確立するならば、溶存酸素レベルは、混合場所の間際に十分な量で存在する必要がある。流入廃水及び再循環活性汚泥中の溶存酸素レベルはしばしば激減するので、混合する前のこれらの流水の片方又は両方の再曝気は、合成流と混合されるバイオマスで可能な限り直接的に代謝反応を可能にする（実施例８）。
【００３５】
明確に定義された「飽食」呼吸と組み合わせた低汚泥滞留時間（ＳＲＴ）は、ＰＨＡ生成の目的及び都市廃水ＲＢＣＯＤの生物学的処理の目的の両方に関する理由のために、全体の実際的及び経済的なプロセス実行可能性に有益性をもたらす：
・低下したＳＲＴは、ＲＢＣＯＤでのバイオマス収量を増加させる。増加したバイオマス収量は、引き続いて起こるＰＨＡ生成のために必要とされるＲＢＣＯＤの利用可能な供給が与えられると、都市廃水処理施設からのより多くのＰＡＰを有するバイオマスがより多くの質量のＰＨＡを供給するので、最終的により多くのＰＨＡの生成を可能にする。バイオマスのより高い収量は、ＲＢＣＯＤ処理の間に窒素及びリンなどのより多くの栄養素が廃水から除去されることも意味する。
・低下したＳＲＴによるバイオマス生成は、低下したレベルの不活性有機懸濁固形物を有するバイオマスを生成する。バイオマス中の低下したレベルの不活性固形物は、廃水処理プロセスから収集されるバイオマス１キロあたりのより活性なＰＨＡ生産バイオマスで以降の蓄積プロセスを強化する。
【００３６】
全体のプロセス質量均衡に影響を及ぼす１つの技術は、一次処理の間の高度粒子分離による。流入廃水有機物のかなりの部分は、粒子状及びコロイド状の物質として存在する。廃水処理プロセスの前端でそのような粒子状物質を除去する有効な戦略は、バイオマスへのこの粒子状物質の寄与を軽減する。この軽減は、飽食後のよりストリンジェントな飢餓環境の形成に寄与することができる。ＲＢＣＯＤのみによるバイオマスの増殖は、バイオマス中の無関係な有機固形物の減少のために、及びＰＨＡ生産菌を促進するための環境的選択圧を増加させることに関して、より高いレベルの強化を促進することができる。除去された加水分解性粒子状固形物は、側流でＶＦＡへと発酵され、かつ飽食反応器に制御されて添加されるならば、強化のための有機物の供給源として用いることができる。流入水基質へのそのようなＶＦＡ補充は、増加したレベルのＰＡＰ強化を促進することができる。それにもかかわらず、そのＶＦＡ含有量に配慮せずに流入廃水中のＲＢＣＯＤを基にしてバイオマスを生成し、次に、収集された（「廃棄された」）バイオマスでのＰＨＡ蓄積のために一次固形物（又はＶＦＡの他の任意の供給源）の発酵に由来する任意のＶＦＡだけを用いることが最も好ましい。
【００３７】
したがって本発明の原理は、その後に以降のＰＨＡ生成のために用いることができるバイオマスを生成するために都市廃水のＲＢＣＯＤを処理するために適用することができ、以下のことを含む：
・低濃度の可溶性ＲＢＣＯＤを含有する廃水を処理すること、及び
・高度に負荷された飽食環境でのこの可溶性ＲＢＣＯＤの選択的消費によってバイオマスを増殖させること。
さらに以下のことが含まれる。
・廃水処理プロセスの任意の時点におけるバイオマス中のＰＨＡの絶対レベルが、収集されるバイオマスのＰＡＰと比較して相対的に低い（ＴＳＳの１０％未満）ことがあるとしても、バイオマス中のＰＨＡのかなりの代謝回転を促進する負荷条件を設計すること、
・プロセス内の時間又はバイオマスの場所の関数として飽食の後にバイオマスを飢餓環境にさらすこと、及び
・飽食反応器をＶＦＡで増強するために、又は好ましい実施形態では、蓄積プロセスにこれらのＶＦＡを供給するために、コロイド状有機化合物を分離及び発酵させること。
【００３８】
したがって、提案されたプロセス又は方法を適用することによって、廃水を処理するために用いられるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力は、都市廃水から有機汚染を除去する一方で生成されるバイオマスについて現在の一般業務で予想されているものの範囲を拡張する。別個の蓄積後プロセスにおいて表されるバイオマスの最大ＰＨＡ貯蔵能力は、少なくとも３５％、好ましくは５０％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ、を上回るべきである。
【実施例１】
【００３９】
ＲＢＣＯＤでＰＡＰを強化する実物大の都市廃水処理
ＲＢＣＯＤによるＰＡＰの強化のためのプロセス設計及び制御基準を確立することに向けて、実物大の都市廃水処理場を検査した。処理施設は、２００，０００人相当の人口に対応する廃水を受けた。大径粒子、砂、油及び油脂の除去後の流入廃水を受け、以下のユニットプロセスを含んでいた全体処理場の一部に焦点が当てられた（図１）：高速活性汚泥処理（ＨＲＡＳＴ）、沈殿及び流出水分離、ならびにＨＲＡＳＴへのバイオマスの再循環。ＲＢＣＯＤの高速除去の後、廃水はアンモニア及び残留有機物除去のためのさらなる処理に向けられる。より詳しくは、図１は、ＲＢＣＯＤを含有する流入廃水流を生物学的に処理し、同時に廃水の生物学的処理の過程で生成されるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するように設計されている、生物学的廃水処理プロセスを概略的に図示する。図１を参照すると、ＲＢＣＯＤを含有する都市廃水は混合点２に向けられ、そこで、ライン８を流れる戻り活性汚泥は流入廃水と混合される。流入廃水を戻り活性汚泥と合わせて、混合液を形成する。混合液は、この場合２つのプラグフロータンク又は反応器３及び４で構成される高速活性汚泥処理システムに入る。この例では、タンク又は反応器３の一部は、飽食ゾーンとして機能する。すなわち、タンク又は反応器３の上流部分は、比較的高いＲＢＣＯＤ濃度を含む混合液を受け取る。これは、混合液中のバイオマスが飽食条件に曝露させられることを可能にする。この例では、両方のタンク又は反応器３及び４は曝気され、したがってバイオマスは混合液からＲＢＣＯＤを除去する働きをする。混合液がタンク３及び４を通って下流に進行するに従い、混合液のＲＢＣＯＤ濃度は低下すると理解される。この例では、システム及びプロセスは、混合液がタンク又は反応器４の下流部分に到達するときに、混合液のＲＢＣＯＤ濃度がタンク又は反応器３の最初の部分で混合液のＲＢＣＯＤ濃度と比較して相対的に低くなるように設計される。したがって、タンク又は反応器４の下流末端部分に飢餓条件が存在する。戻り活性汚泥ライン８のために、バイオマスが飽食及び飢餓ゾーンを通って連続的に循環し、したがってバイオマスは飽食及び飢餓条件に連続的にさらされると理解される。タンク又は反応器４から出る混合液は、固形物分離器５に向けられる。ここでは、清澄化又は分離された流出水はライン６に向けられ、濃縮された汚泥又は混合液は収集チャンバー７に導かれる。生成されたバイオマスの一部は、ライン１０を通して廃棄活性汚泥として除去される。活性汚泥バイオマスの残りは、戻り活性汚泥ライン８を通って混合点２に戻され、そこで、戻り活性汚泥バイオマスは流入する新鮮な廃水流入水と混合される。
【００４０】
ＨＲＡＳＴは、プラグフロー反応器混合を提供する直列の２つの１８×６ｍの長方形タンクで作られた１９５０ｍ３の実用容量を有していた。流入廃水の日平均流量は、１３００から１８００ｍ３／時間であった。流出水分離の後のバイオマス再循環流量は、名目上１４００ｍ３／時間であった。流入廃水の一般的な濃度は、以下の通りであった：７００〜１２００ｍｇ／Ｌの全ＣＯＤ、２００〜３５０ｍｇ／Ｌの可溶性ＣＯＤ、１０〜３５ｍｇ／ＬのＶＦＡ、０〜１０ｍｇ／Ｌのエタノール、＜２ｍｇ／Ｌのメタノール、７０〜１５０ｍｇ／Ｌの全窒素及び６〜２０ｍｇ／Ｌの全リン。ＨＲＡＳＴの溶存酸素（ＤＯ）濃度は、１ｍｇ／Ｌを上回るように維持された。ＨＲＡＳＴ中の水理学的滞留時間は０．５から１時間であると推定され、可溶性ＣＯＤに基づく容積有機負荷速度は、３から８ｋｇＣＯＤ／ｍ３／日であった。
【００４１】
図１に例示するものなどの生物学的廃水処理プロセスでは、廃水処理中に生成されるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化する工程及びプロセスを実施することができる。上記のように、交互の飽食及び飢餓条件にバイオマスをさらすことが望ましい。これは、上で記載されている。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化する１つの手法は、バイオマスの現存最大呼吸量の少なくとも４０％であるピーク呼吸量にバイオマスを到達させる飽食条件にバイオマスをさらすことによって、ＲＢＣＯＤを飽食するようにバイオマスを刺激することである。このピーク呼吸量を起こさせるいくつかの手段又はプロセスを実施することができる。１つの例は、０．５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｇ−ＶＳＳ／ＭＩＮを超える平均の量当たりピーク飽食ＲＢＣＯＤ供給速度と組み合わせて５ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ＭＩＮを超える平均ピーク飽食刺激性ＲＢＣＯＤ供給速度を適用することによって、選択された期間の間バイオマスを飽食条件に曝露させることによってバイオマスを飽食期に誘導することを含む。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するために、図１の廃水処理システムに実装させることができる他のプロセス又は制御手段がある。ＰＨＡ蓄積能力に寄与する別のサブプロセスは、飽食条件の間にバイオマスが利用できるＲＢＣＯＤの平均ピーク濃度を１０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ〜２０００ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌに維持するプロセスを実行することによる。同時に、ＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与する別のサブプロセスは、２ｋｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｍ３／日以上の容積有機負荷速度を提供することである。さらに、バイオマスを含む戻り活性汚泥の再循環率を制御することも、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与する。実施された研究及び試験に基づくと、およそ０．２からおよそ５の範囲の経験的に決定された最適な容積流入廃水と戻り活性汚泥との混合比が、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与すると考えられる。さらに、飽食ゾーン、又は飽食条件が開始されて存在する反応器の領域での溶存酸素濃度を制御することも、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力の強化に寄与する。ここでは、この方法又はプロセスは、飽食ゾーンでの溶存酸素濃度を一般的に０．５ｍｇ／Ｏ２／Ｌを超えるように維持することを含む。バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化するために、本明細書で議論される他の工程又はサブプロセスを、図１に示すような生物学的廃水処理システムで実施することもできる。上記のように、興味深い発見の１つは、都市廃水を生物学的に処理する間に生成されるバイオマスは、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力が改善又は強化されるように調整又は処理することができるということである。同じ観点で、ＲＢＣＯＤの７５％より多くが揮発性の脂肪酸及びアルコール以外の化合物で構成された廃水流でさえ、バイオマスのＰＨＡ蓄積能力を強化することができたことに気づき、分かったことは意外であった。
【００４２】
ＨＲＡＳＴバイオマスは、ＰＨＡを蓄積する微生物で強化された。ＰＨＡ小粒を選択的に染色することが知られているバイオマス試料のナイルブルーＡ染色を、エピ蛍光顕微鏡検査法によって検査した（図２）。明るい赤色の蛍光視野をもたらした染色は、バイオマス中の細菌の大部分がＰＨＡを貯蔵する収容能力を有することを示した。
【００４３】
ＨＲＡＳＴバイオリアクター及び除濁装置でのグラブサンプル（図１の位置Ｌ１及びＬ２）からのバイオマスでのＰＨＡの測定は、ＰＨＡの相当の代謝回転が起こっていることを明らかにした。２日にわたってとられた４つの試料（Ａ〜Ｄ）では、ＰＨＡ含有量は、流出水分離の後よりＨＲＡＳＴ内で一貫して高かった（図３）。Ｌ１からとられた混合液グラブサンプルは、流入廃水及び再循環バイオマス流の合流位置から出発してＨＲＡＳＴ水理学的滞留時間の５０％を過ぎたバイオマスの状態を表した。
【００４４】
Ｌ１までのＨＲＡＳＴでのＰＨＡの推定生産量は、平均して毎時７３ｋｇ−炭素（ｋｇ−Ｃ／ｈ）に相当した。Ｌ１と、Ｌ２から出る濃縮バイオマス流との間で、同程度の量の炭素が消費された。しかし、ＶＦＡ及びアルコールの消費は、ＰＨＡに変換された炭素の一部を占めた（すなわち、平均して２６ｋｇのＣ／ｈ）だけで、ＰＨＡ合成がＶＦＡ及びアルコールとしてのＲＢＣＯＤ以外のＲＢＣＯＤ供給源から起こっていることを示唆した。
【００４５】
ＨＲＡＳＴバイオマスのＰＨＡ蓄積能力は、５１％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳにまで高いと推定された（実施例２及び実施例３）。これらの観察は、ＶＦＡ及びアルコールの含有量が低いないし無視できる都市廃水中のＲＢＣＯＤが、強化されたＰＨＡ蓄積能力を有するバイオマスを生成するために活用することができることを示唆した。都市廃水を処理する実験室規模のバイオリアクターによるものであるが、連続した調査（実施例５）は、バイオマス飽食刺激性環境への特定の考慮をバイオマス中のＰＨＡ蓄積の動態に向けて適用することができることを明らかにした。
【００４６】
この実物大の生物学的廃水処理場は、一次沈殿を含まなかった。したがって、バイオマス含有量は、一般にバイオマスが吸着して保持することができる流入粒子状有機物によって影響されるとみなされた。さらに、砂及び石質の除去は有効でなかった。バイオマスは、一般より高い割合の無機含有量を含有することが観察された。廃水処理場は、今日ＰＨＡ生成のために用いられていないが、現実的な実物大の場面での本発明の原理の可能性の証明を確立するために、この試験で調査された。
【実施例２】
【００４７】
都市廃水ＲＢＣＯＤでＰＡＰを強化したバイオマスでのオンデマンド供給制御によるＰＨＡ蓄積−方法Ｉ
ＰＨＡは、実施例１に記載される実物大のＨＲＡＳＴプロセスから収集された活性汚泥（ＷＡＳ）により流加バッチで蓄積された。ＰＨＡ蓄積は１５５Ｌのステンレス鋼反応器で実施し、蓄積ＲＢＣＯＤのためにＶＦＡに富む発酵乳処理流出水を用いた（３３．６ｇ／Ｌの可溶性ＣＯＤ、３０．９ｇ−ＣＯＤ／Ｌ  ＶＦＡ及び１００ｍｇ／Ｌ未満の可溶性全窒素）。空気を反応器にスパージし、混合のために曝気を供給し、ならびに流加バッチプロセスで必要な溶存酸素（ＤＯ）も供給した。ＶＦＡに富む発酵槽流出水の一定分量（３３０ｍＬ）を、制御されたパルス投入で反応器に添加し、添加間隔はバイオマス呼吸量の変化に基づいて調節した。蓄積プロセスの開始前に測定されたバイオマスの固有呼吸量と比較してバイオマス呼吸量が減少したときにＶＦＡに富むＲＢＣＯＤを注入することにより、オンデマンド供給制御を確立した。ＤＯ濃度は２ｍｇ／Ｌより上に保持した。反応器内の温度は１５℃に制御し、蓄積プロセスは２４時間後に終了した。
【００４８】
このように供給されたとき、ＨＲＡＳＴバイオマスは、２４時間後に推定で３６（３２）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ（ｇ−ＴＳＳ）のＰＨＡ蓄積能力（ＰＡＰ）を示した（図４）。ＰＨＡは９５重量％のポリヒドロキシブチレート及び５重量％のポリヒドロキシバレレートのコポリマーであった。図４での傾向は、バイオマスが２４時間までにＰＨＡ蓄積の最大収容能力に到達しなかったことを示唆した。傾向から推定されたバイオマスの収容能力は、３８％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであった。
【実施例３】
【００４９】
都市廃水ＲＢＣＯＤでＰＡＰを強化したバイオマスでのオンデマンド供給制御によるＰＨＡ蓄積−方法ＩＩ
ＰＨＡは、実施例１に記載される実物大のＨＲＡＳＴプロセスから収集された活性汚泥（ＷＡＳ）により流加バッチで蓄積された。実験室規模の反応器（Ｂｉｏｓｔａｔ（登録商標）Ｂ  ｐｌｕｓ、Ｓｔａｒｔｏｒｉｕｓ  Ｓｔｅｄｉｍ  Ｂｉｏｔｅｃｈ）を用いた。蓄積は、７０％（容積比）の酢酸及び３０％（容積比）のプロピオン酸のＶＦＡ混合物により、２５℃で２４時間実行した。オンデマンド供給制御は、ＶＦＡの消費によるｐＨの上昇に基づいて確立した。供給量制御のためのｐＨ設定点は、ＶＦＡに富むフィードの最初の投入の前に、蓄積プロセスの最初における初期ｐＨで規定した。
【００５０】
このように供給されたとき、反復された蓄積実験において、ＨＲＡＳＴバイオマスは、推定で５１（４６）％及び４３（３９）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ（ｇ−ＴＳＳ）の２４時間ＰＨＡ蓄積能力を示した。ＰＨＡは、名目で６７重量％のポリヒドロキシブチレート及び３３重量％のポリヒドロキシバレレートのコポリマーであった。
【実施例４】
【００５１】
参照評価方法を用いるバイオマスのＰＨＡ蓄積能力（ＰＡＰ）
異なる供給源から来る、又は同じバイオリアクターから経時的に来るバイオマス試料を比較するために適用された基本的な参照評価方法に従って、ＰＨＡ蓄積能力（ＰＡＰ）を評価した。バイオマスのグラブサンプルを飢餓に相当する条件から得、０．５ｇ−ＶＳＳ／Ｌまで水道水で希釈した。良く混合されて曝気された流加バッチ反応器を使用した。位置、利用できる設備及び／又はポリマーを特徴付ける他の並列的な目的によって、流加バッチ反応器は少なくとも１Ｌ、及び多くとも５００Ｌの実用容量を有していた。溶存酸素は、１ｍｇ／Ｌを上回るように維持された。温度及び初期ｐＨは、バイオマス供給源の環境と同等に維持された。これらの参照蓄積能力実験では、ＲＢＣＯＤの２つの濃縮された一定分量を反応器に加えた。酢酸ナトリウムの濃縮保存溶液をＲＢＣＯＤとして用いた。第１のＲＢＣＯＤ投入を、実験の開始と定めた。第２のＲＢＣＯＤ添加は、６時間後又は基質消費のために溶存酸素が増加した後のいずれか先にきたときに実行した。各ＲＢＣＯＤ投入は、１ｇ−ＣＯＤ／Ｌの階段的増加を与えた。第２のパルス供給が消費される（溶存酸素が増加する）までか２４時間経過のいずれか先に来るまで、蓄積傾向を監視した。事実上、これらの基準となる蓄積は参照ＲＢＣＯＤ供給源に関して行われ、そのことによって蓄積は多くとも２４時間、基質の消耗なしに維持された。
【００５２】
図５に典型的な結果を示すが、そこでは、ＰＨＡ蓄積の傾向は回帰分析によって下記式：
ＰＡＰｔ＝Ａ０＋Ａｅ（１−ｅｘｐ（−ｋｔ））
の実験関数に当てはめられ、上式で、
ＰＡＰｔ＝ｔ時間の蓄積を参照するＰＨＡ蓄積能力
Ａ０＝初期ＰＨＡ含有量又はＰＡＰ０を推定する実験定数
Ａｅ＝外挿したＰＨＡ蓄積収容能力の実験定数
ｋ＝ＰＨＡ蓄積の動態を推定する速度定数（ｈ−１）
である。バイオマスのＰＨＡ含有量は、ＧＣＭＳ（Ｗｅｒｋｅｒ  Ａ、Ｌｉｎｄ  Ｐ、Ｂｅｎｇｔｓｓｏｎ  Ｓ、Ｎｏｒｄｓｔｒｏｍ  Ｆ、２００８年、Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ−ｓｏｌｖｅｎｔ−ｆｒｅｅ  ｇａｓ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｂｉｏｍａｓｓ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｐｏｌｙｈｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅｓ．Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ４２：２５１７〜２５２６頁。）及び／又は較正ＦＴＩＲ（Ａｒｃｏｓ−Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ  Ｍ、Ｇｕｒｉｅｆｆ  Ｎ、Ｐｒａｔｔ  Ｓ、Ｍａｇｎｕｓｓｏｎ  Ｐ、Ｗｅｒｋｅｒ  Ａ、Ｖａｒｇａｓ  Ａ、Ｌａｎｔ  Ｐ、２０１０年、Ｒａｐｉｄ  ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ  ＰＨＡ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ａｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｍｉｘｅｄ  ｃｕｌｔｕｒｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １５０：３７２〜３７９頁。）によって確立された方法に従って実施された。
【００５３】
最良適合線から、推定された６時間（ＰＡＰ６）及び２４時間（ＰＡＰ２４）の蓄積能力を、ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳの割合又は百分率として比較した。飽食のために置かれたバイオマスと流入廃水とを混合する戦略が蓄積速度にどのように影響したかを実証するために、速度定数も考慮した。
【００５４】
例示すると（実施例５、実験Ｅ２を参照）、実物大の都市廃水処理場から来る活性汚泥についてＰＡＰの強化を測定するために、参照ＰＡＰ評価を実施した。１，４００，０００人相当の人口を対象にした欧州の大きな処理場から、バイオマスのグラブサンプルを得た。本発明の方法に従って、活性汚泥のグラブサンプルは、都市廃水を同様に処理する２つの実験室規模のバイオリアクターに播種するための接種源になった。実物大の処理場からの活性汚泥接種源のそれぞれの現存する６時間及び２４時間のＰＡＰは、７％及び１７％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであることが観察された。１つのＳＢＲ（ＳＢＲＲＦ）は、混合液に対する流入廃水の混合比が３となるように、飽食のために稼働させた。他のＳＢＲ（ＳＢＲＳＦ）では、推定で０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎの平均の量当たり最大飽食ＲＢＣＯＤ供給速度を適用した。本発明の方法を適用してから２１日後に、両方のＳＢＲのＰＡＰは有意に強化され、ＰＡＰ６（ＰＡＰ２４）は、ＳＢＲＲＦについては３１（５３）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ、及びＳＢＲＳＦについては２２（４３）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであった（図５）。
【実施例５】
【００５５】
異なる供給体系で稼働させ、異なる活性汚泥の供給源で開始させた、２つの並行した実験室規模のバッチ連続式反応器での都市廃水の処理。
都市廃水を生物学的に処理するために、２つの実験室規模（４Ｌ）のバッチ連続式反応器（ＳＢＲ）を並行して稼働させた。実験室規模のＳＢＲに向ける前に、懸濁固形物を除去するために流入廃水を篩にかけた。欧州の１５０個のコミュニティを対象にした下水道から、合計で１，７００，０００ｍ３／日の廃水流量の廃水を直接に得た。接種源としての２つの異なる活性汚泥供給源で開始し、２つの実験室ＳＢＲから収集された活性汚泥が示したＰＡＰを、経時的に調査した。実験の第１のラウンド（Ｅ１）では、実施例１に記載されるＨＲＡＳＴからの活性汚泥を、出発培養として用いた。実験の第２のラウンド（Ｅ２）では、実施例４に記載される従来の地域の活性汚泥廃水処理場から採取された活性汚泥グラブを用いた。Ｅ１は、強化されたＰＡＰを既に示しているバイオマスから開始し、経時的な、及びより制御された実験状況での本発明の方法によるＰＡＰの維持の範囲を調査することを目指した。Ｅ２は、低いＰＡＰを有するバイオマスから出発し、本発明の方法を適用することによってＰＡＰを強化する能力を調査することに向けられた。
【００５６】
両方の反応器は、名目固形物滞留時間（ＳＲＴ）を１日、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を０．９時間として同じように運転した。可溶性ＣＯＤに基づく有機負荷速度６ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日を各々に適用した。２つのＳＢＲは、以下の段階を含む反復周期で運転した：
１．流入水供給及び反応  ４０分
２．廃棄活性汚泥（ＷＡＳ）排出  ３０秒
３．活性汚泥沈殿  ８０分
４．処理廃水のデカント  ３分
【００５７】
Ｅ１については、流入水供給及び反応は、好気的に維持された。ＳＢＲ操作で唯一の際立った特徴は、流入水供給の形態であった。ＳＢＲの高速供給（ＳＢＲＲＦ）は、１Ｌ／ｍｉｎの流量で流入廃水を速やかに供給された。ＳＢＲの低速供給（ＳＢＲＳＦ）は、０．０７５Ｌ／ｍｉｎのずっと遅い一定流量で供給された。流入水ポンプ輸送の前の混合液容積は、１Ｌであった。１周期につき３リットルの廃水を加えた。ＷＡＳ排出容積は、１周期につき５７ｍＬに等しかった。溶存酸素（ＯＤ）濃度は自動オン／オフ調節によって１〜３ｍｇ／Ｌに維持され、曝気オフ時のＤＯ消費傾向を用いて酸素摂取速度（ＯＵＲ）を推定した。反応器の温度は２０℃に制御し、ｐＨは監視したが制御しなかった。
【００５８】
篩にかけた流入廃水の平均濃度は、以下の通りであった：４２０ｍｇ−ＴＳＳ／Ｌ、３５０ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌ、６４０ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌの全ＣＯＤ、２２４ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌの可溶性ＣＯＤ、９７ｍｇ−Ｎ／Ｌの全窒素、及び１２ｍｇ−Ｐ／Ｌの全リン。廃水流入水中の揮発性脂肪酸の濃度は、グラブサンプルで検出不可能なものから５８ｍｇ／Ｌの全ＶＦＡまで変動した。アルコール（エタノール及びメタノール）は検出されないことが観察され、予想された機器検出限界に基づきそれぞれ５ｍｇ／Ｌ未満であると想定された。
【００５９】
流入廃水のＲＢＣＯＤ濃度は、Ｅｋａｍａ，Ｇ．Ａ．、Ｄｏｌｄ，Ｐ．Ｌ．、Ｍａｒａｉｓ，Ｇ．Ｖ．（１９８６年）Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｉｎｆｌｕｅｎｔ  ＣＯＤ  ｆｒａｃｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｔｈｅ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｇｒｏｗｔｈ−ｒａｔｅ  ｏｆ  ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｓ  ｉｎ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ−ｓｌｕｄｇｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｗａｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１８（６）、９１〜１１４頁、によって記載される好気的バッチ試験法に従って判定した。廃水を篩にかけ（ＧＦ／Ｃ、孔径１．２μｍ）、選択された容量を上述の４ＬのＳＢＲの１つからの混合液の選択された容量と一緒に、曝気及び撹拌されたバッチ反応器（３Ｌ）に加えた。混合液は、溶存酸素プローブを備えている呼吸計（０．３Ｌ）へ再循環させた（０．４５Ｌ／ｍｉｎ）。規定の間隔で、再循環を中断し、溶存酸素枯渇曲線から酸素摂取速度（ＯＵＲ）を推定した。Ｅ１の間に数度、ＲＢＣＯＤをこの方法によって評価した。推定されたＲＢＣＯＤは変動した（４３〜１４４ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ）が、可溶性ＣＯＤ（ＳＣＯＤ）に対するＲＢＣＯＤの割合は一貫し、平均で０．４８±０．０４ｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＣＯＤであることが判明した。したがって、およそ３ｇ−ＣＯＤ／Ｌ／日のＲＢＣＯＤに基づく容積有機負荷速度でＳＢＲを稼働させた。
【００６０】
これらのＲＢＣＯＤ評価に基づいて、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦのバイオマスへのＲＢＣＯＤの推定された平均ピーク供給速度は、それぞれ１１２及び８ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ／ｍｉｎであった。
【００６１】
Ｅ１については、ＳＢＲを７７日間稼働させ、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦはそれぞれ４リットルに４．５及び４．１５ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌの平均ＶＳＳ濃度で安定していた。その結果、１リットルでの各周期の開始時の反応器バイオマスへのＲＢＣＯＤの平均の量当たりピーク供給速度は、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦについて６．２及び０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎであった。
【００６２】
廃水生物学的処理性能は両方のＳＢＲで類似し、全ＣＯＤで７０％、可溶性ＣＯＤで６５％、全窒素で３０％及び全リンで４０％の平均汚染物減少であった。
【００６３】
Ｅ１については、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦからのＷＡＳのＰＡＰを５回（２２、３６、４３、６６及び７７日目）、及び両方のＳＢＲで同じ日に評価した。参照ＰＡＰ評価方法（実施例４）は、並行する４Ｌ反応器で実施した。図５（実施例４）に傾向の典型的な結果を示すが、そこでは、蓄積の傾向は前記のように回帰分析によって当てはめられた。
【００６４】
最良適合線から、推定された６時間（ＰＡＰ６）及び２４時間（ＰＡＰ２４）の蓄積能力を比較した（ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ百分率）。さらに、推定された速度定数（実施例４ではｋ）は、ＰＨＡ蓄積の動態における任意の系統的シフトの表示を可能にした。ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦの両方は、同等の結果を与えた。ＰＡＰ６及びＰＡＰ２４は、ＳＢＲＲＦについてはそれぞれ２２±５及び３８±５％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳと推定され、ＳＢＲＳＦについてはそれぞれ２０±７及び４２±９％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであった。蓄積の速度定数は、変動することが観察された。しかし、それにもかかわらず、蓄積速度定数はＳＢＲＳＦについてより変動的で、平均してより低く（０．０８±０．０６ｈ−１）、速度定数は経時的に、及び運転の３６日後に統計学的に有意に低下した。ＳＲＢＲＦについての平均推定ＰＡＰ速度定数は、０．１２±０．０４ｈ−１であった。
【００６５】
これらの結果は、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦの両方が蓄積能力を維持することを示唆した。しかし、類似した蓄積動態を維持することにおいて、ＳＢＲＳＦはＳＢＲＲＦと比較して超過時間が容認された。それにもかかわらず、Ｅ１からの結果は、ＶＦＡ及びアルコールの含有量とは無関係にＲＢＣＯＤに基づいて都市廃水を処理する活性汚泥でＰＡＰを持続させる能力を確認した。バイオマスのより大きな刺激は、バイオマスへの流入廃水負荷が他の場合に抑制的でないレベルで加えられる限り、向上した蓄積動態を維持する傾向があった。抑制は、確立された方法で評価することができる（実施例７）。飽食条件は、バイオマスへの量当たり最大負荷を達成する観点から評価することもできる。０．５ｍｇ−ＣＯＤ／ｇ−ＶＳＳ／ｍｉｎの平均の量当たり推定ピークＲＢＣＯＤ負荷が、バイオマスで蓄積能力を維持するのに十分であった。しかし、結果は、より高い量当たりＲＢＣＯＤ負荷速度がより高いＰＨＡ蓄積動態を可能にする傾向があることを示した。
【００６６】
この量当たりピーク供給速度が活性汚泥バイオマスでＰＡＰを強化するのに十分であるかどうかの問題に答えるために、並行したＳＢＲを空にし、洗浄して再開した（Ｅ２）が、今度は、７（及び１７）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳの既知の低ＰＡＰ６（及びＰＡＰ２４）の活性汚泥接種源で再開した（実施例４）。Ｅ１からの運転条件へのわずかな変更により、混合及び曝気なしで１Ｌ／ｍｉｎで３Ｌの流入廃水をＳＢＲＲＦに入れることによって、ＳＢＲＲＦに「一気に投入」した。流入水が完全に導入されたところで、曝気及び混合を開始した。したがって、Ｅ２のＳＢＲＲＦは、流入水混合比を３として運転された（実施例７）。
【００６７】
運転の２１日後、ＰＡＰ６（及びＰＡＰ２４）は、ＳＢＲＲＦ及びＳＢＲＳＦについて３１（５３）及び２２（４３）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳ（ＴＳＳ）であることが観察された（図５、実施例４）。第２の参照ＰＡＰ評価は、運転の３５日後に実施した。結果は再現された。ＳＢＲＲＦのＰＡＰ６（ＰＡＰ２４）は、１６（４１）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであった。ＳＢＲＳＦのＰＡＰ６（ＰＡＰ２４）は、１５（３９）％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳであった。
【００６８】
要約すると、これらの知見は、実際の都市下水ＲＢＣＯＤの処理での強化されたＰＡＰを実証することによって本発明を裏づける。
【実施例６】
【００６９】
異なる供給源からの活性汚泥の、及び参照ＲＢＣＯＤ供給源を用いた刺激による、誘導されたバイオマス呼吸の測定。
参照ＲＢＣＯＤ（酢酸塩）濃度の関数としてバイオマス呼吸を評価した。活性汚泥（ＡＳ）混合液の試料は、パイロットスケール（ＰＳＡＳ）、実験室規模（ＬＳＡＳ）及び実物大（ＦＳＡＳ）廃水処理プロセスから得た。ＬＳＡＳは、実施例５の実験Ｅ２で収集されたバイオマスであった。同様に、ＦＳＡＳは、実施例５の実験Ｅ２で実験室規模の反応器に接種をするために用いられた、実物大の処理場からのバイオマスであった。
【００７０】
ＰＳＡＳは、スウェーデンで技術研究及び開発のために運転され、高濃度の畜産廃水の処理から強化されたＰＡＰを有するバイオマスを生成するパイロットプラント規模の施設に由来した。パイロットプラントは、バッチ連続式反応器（ＳＢＲ）からなった。ＳＢＲは、１２時間周期で運転され、４００Ｌの実用容量を有した。ＳＢＲでのバイオマス保持は、重力沈降によった。名目廃水水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は１日であり、プロセスは１日と８日の間の様々な汚泥年齢（固形物滞留時間又はＳＲＴ）で作動された。１〜２ｇ−ＲＢＣＯＤ／Ｌ／ｄの有機負荷速度を適用し、廃水処理プロセスで微生物増殖を制限しないように、必要に応じて栄養素を供給した。この活性汚泥バイオマスは、実施例２に記載される方法に従って、６時間で５５％を超えるｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳというかなりのＰＨＡ蓄積能力を日常的に示した。
【００７１】
したがって、それぞれおよそ５５、４０及び１７％ｇ−ＰＨＡ／ｇ−ＶＳＳの予想されたＰＡＰ範囲を与えるＰＳＡＳ、ＬＳＡＳ及びＦＳＡＳがシステムから選択された。
【００７２】
混合液グラブサンプルは、飢餓環境条件に最も良く似ていたバイオリアクターのゾーン又は期間からとられた。バイオマスペレットは、遠心分離（４０００×ｇで１０分間）によって、少なくとも３反復で、かつ混合液の少なくとも３０ｍＬの容量から収集した。ペレットを１０５℃で乾燥させ、混合液の全懸濁固形物を推定するために計量した。その後、標準方法に従ってＶＳＳを推定した。バイオマス濃度をおよそ１ｇ−ＶＳＳ／Ｌにするために、それぞれの混合液サブサンプルを水道水で同様に希釈した（５回）。希釈したＡＳの一定量（１２０ｍＬ）を２５０ｍＬのショットフラスコに入れ、それをその後密封し、密閉されたボトルは、予備曝気のため、及び飽和近くの初期溶存酸素（ＤＯ）濃度を確立するために、１分間激しく振盪させた。濃縮された保存溶液（１０ｍｇ−ＣＯＤ／ｍＬ）から少量を加えることによって、大量の酢酸塩を、新たに曝気した混合液に加え、内容物を速やかに混ぜて１２０ｍＬの標準ＢＯＤボトルへ移した。一部の液体を押しのけながらＤＯ電極をボトルに浸し、溶存酸素交換の外部供給源から容器内容物を封鎖した。容器内容物は、磁気撹拌機によって良好な混合を維持した。良好に混合したＢＯＤボトル中の溶存酸素の消耗を経時的に記録し（ＬＤＯ１０１プローブを備えたＨａｃｈ  ＨＱ４０ｄ）、引き続いて起こる消耗曲線の線状勾配から酸素摂取速度（ＯＵＲ）を推定した。ＳＯＵＲは、導かれた希釈活性汚泥濃度によってＯＵＲを標準化することによって推定した。以下のように誘導呼吸量（ＳＯＵＲｉ）を計算するための参照として、固有呼吸量を適用した：
ＳＯＵＲｉ（Ｓ）＝ＳＯＵＲｏ（Ｓ）−ＳＯＵＲｏ（Ｓ＝０）
上式で、
ＳＯＵＲｉ＝固有呼吸を参照する誘導呼吸
ＳＯＵＲｏ＝基質濃度の関数としての観察されたＳＯＵＲ
Ｓ＝ＲＢＣＯＤ−酢酸塩（基質）濃度
である。
【００７３】
我々が実施した以前の実験と一致して、バイオマス呼吸量の刺激が経験的モデルによく適合することが観察された：
【数１】
0005855102.tif 000002
上式で、
ＳＯＵＲｉ＝誘導された、量当たり酸素摂取速度
ｍ＝有機基質刺激へのバイオマス応答係数
Ｓ＝刺激を提供する初期のＲＢＣＯＤ濃度（ｍｇ−ＣＯＤ／Ｌ）
Ｓｆ＝計測可能なバイオマス応答に対するＲＢＣＯＤ濃度
Ｓｍ＝最大呼吸を達成するＲＢＣＯＤ濃度
ＳＯＵＲｍａｘ＝最大の現存する、量当たり酸素摂取速度
である。
【００７４】
広範囲のＰＡＰを代表する混合液の３つの供給源から、全ての例において、最大呼吸が１００ｍｇ−ＣＯＤ／ＬのＲＢＣＯＤ−酢酸塩濃度によって達成されることを観察した（図６）。さらに、ＳＯＵＲｍａｘは、これらの選択されたバイオマス供給源からのＰＡＰの程度と一緒に増加した。これらのデータは、既知のかなりのＰＡＰを有するバイオマス（ＰＳＡＳ）について、１０ｍｇ−ＣＯＤ／ＬのＲＢＣＯＤ−酢酸塩濃度によってＳＯＵＲｉがかなりのものになることを示唆した。酢酸塩はバイオマス応答を表す参考を提供するが、ＲＢＣＯＤの他の形態が順化歴に依存して異なる程度にバイオマス呼吸を刺激することができることが予期された。
【実施例７】
【００７５】
異なる供給源からの活性汚泥のための、及び一次流出都市廃水を用いる刺激による、誘導されたバイオマス呼吸の測定。
流入廃水ブレンドの関数としての混合液のバイオマス呼吸を評価した。活性汚泥（ＡＳ）混合液の試料は、実験室規模（ＬＳＡＳ）及び実物大（ＦＳＡＳ）都市廃水処理プロセスから得た（実施例６を参照）。２つの異なる都市廃水を評価し、それぞれのＡＳ混合液グラブサンプルを、適用した廃水に十分に順応させた。ＬＳＡＳは、都市廃水で生成された（実施例５）。ＦＳＡＳは、大規模な欧州の都市処理場で生成された（実施例４）。この試験のために用いられた廃水試料は、砂、石質及び油脂の除去を含む一次処理を経ていた。
【００７６】
活性汚泥は、飢餓環境条件に最も良く似ていたバイオリアクターのゾーン又は期間からとられた。活性汚泥グラブサンプルのＶＳＳ濃度は、少なくとも３反復で評価した。混合液の容量（少なくとも３０ｍＬ）からのバイオマスペレットは、遠心分離（４０００×ｇで１０分間）によって収集した。ペレットを１０５℃で乾燥させ、全懸濁固形物濃度を推定するために計量した。その後、標準方法に従ってＶＳＳを推定した。混合液サブサンプルを水道水で同様に希釈して（５回）、ＶＳＳ濃度をおよそ１ｇ／Ｌにした。それらの組合せで１２０ｍＬの混合物が生成されるように、希釈された混合液及び廃水の一定分量を選択した。これらのバイオマス及び基質の容量を別々の２５０ｍＬのショットフラスコに入れ、それを密封し、密閉された両方のボトルは、予備曝気のため、及び飽和近くの初期溶存酸素濃度を両方で確立するために、並行して１分間激しく振盪させた。バイオマス及び廃水量を合わせ、速やかに混合して１２０ｍＬのＢＯＤボトルに移した。一部の液体を押しのけながらＤＯ電極をボトルに浸し、溶存酸素交換の外部供給源から容器内容物を封鎖した。容器内容物は、磁気撹拌機によって良く混合した。良好に混合したＢＯＤボトル中の溶存酸素の消耗を経時的に監視し（ＬＤＯ１０１プローブを備えたＨａｃｈ  ＨＱ４０ｄ）、引き続いて起こる消耗曲線の線状勾配から酸素摂取速度（ＯＵＲ）を推定した。混合比（Ｄ）の関数としてのバイオマスの誘導された量当たり呼吸（ＳＯＵＲｉ）は、計測された固有呼吸速度に対して参照され、一方でさらに、廃水自体に由来する観察されたＯＵＲに応じて補正された：
【数２】
0005855102.tif 000003
上式で、
ＳＯＵＲｉ＝誘導された、量当たり酸素摂取速度
ＯＵＲｏ＝混合比の関数としての観察されたＯＵＲ
ＯＵＲｗ＝流入廃水についての観察されたＯＵＲ
Ｄ＝適用された容積混合比（混合液に対する廃水）
Ｖｗ＝加えた流入廃水容量
Ｖａ＝加えた活性汚泥（混合液）容量
Ｘａ＝容量Ｖａ中のＶＳＳ濃度
ｆａ＝合わせた容量中の活性汚泥部分
ｆｗ＝合わせた容量中の流入廃水部分
である。
【００７７】
予想されたように、既知の高いＰＡＰを有するＬＳＡＳ（実施例４）は、流入廃水と合わせたときに、より高いレベルの呼吸を示した（図７）。しかし、いずれの場合にも、最大レベルに関して有意に高い呼吸が、０．２の混合比によって既に起こっていた。順化されたＬＳＡＳに加えた流入廃水グラブサンプルは、抑制物質の存在を示した。１を超える混合比は、この特定の流入廃水グラブサンプルからのＬＳＡＳ活性を妨げ始めるのが観察された。
【実施例８】
【００７８】
懸濁バイオマスの増殖及び連続供給による実施例。
プロセス構成（図８）は、流入廃水と再循環バイオマスとの規定の混合比（実施例７）を達成することによって飽食を刺激することを意図する。バイオマスの貯蔵所は、再循環必要流量の融通性を可能にするように維持される。オンラインの監視点は冗長性をもって示され、及び例示のために示される。ＲＢＣＯＤを含有する流入廃水（１）は、ｑ１の容積流量でプロセスに放出される。１つ又は複数のブロワー（２）によってシステムに供給及びスパージされる空気によって、選択された場所で好気的条件が制御及び維持される。流入廃水の水質は、走査分光法などの技術によって懸濁及び溶解している汚染物含有量についてオンラインで監視される（ＷＱ１）。流入水流ｑ１を曝気し、生じた溶存酸素レベルをオンラインで監視する（ＤＯ１）。飢餓環境から放出される流入前曝気廃水及び再循環活性汚泥（１１）は、再循環流量ｑ１１の調整によって選択された混合比で合わされる（３）。再循環懸濁固形物（ＳＳ１１）及び溶存酸素（ＤＯ１１）の濃度は、オンラインで監視される。容積流動（ｑ４）を有する合流混合液（４）及び飽食刺激バイオマス濃度（Ｘａ）は、容量Ｖａを有する短いＨＲＴの良く混合された「接触」反応器Ａへ放出される。反応器Ａは曝気されてよい。溶存酸素レベル（ＤＯ４）は、プロセス制御のためのバイオマス呼吸量の評価のために、反応器Ａの直前で、又はその中で監視される。反応器Ａの後に、混合液は、好ましくは容量Ｖｂのプラグフロー設計である反応器Ｂ（５）に入り、廃水からの少なくともＲＢＣＯＤの生物学的除去に向けて適用される。処理された廃水はバイオマス分離へ放出され（６）、処理された廃水流出水が排水される（７）。濃縮されたバイオマスは、流出水分離の後にさらなる濃縮／貯蔵反応器Ｃに向けられ（８）、それに対しては、バイオマスを持続させるだけのために十分な曝気を供給することができる。貯蔵下の最終的なバイオマス濃縮からの上清をデカントし（９）、プロセス流入水（１）に向ける。再循環させたバイオマスは反応器Ｄの良く混合された完全に好気的な飢餓環境に入り（１０）、廃棄活性汚泥はＳＲＴ制御のために規定の流量（ｑ１２）で収集される（１２）。収集されたバイオマスは汚泥処理に導かれ、その間、ＰＨＡが蓄積し、付加価値製品として回収される。
【００７９】
実施例７に関して、飽食を誘導するための混合比は、以下によって与えられる：
【数３】
0005855102.tif 000004
反応器Ａでの推定される再循環バイオマス濃度は、以下の通りである：
【数４】
0005855102.tif 000005
接触反応器Ａでの水理学的滞留時間（θａ）は、以下の通りである：
【数５】
0005855102.tif 000006
【００８０】
混合及びパイプ容量（３及び４）を無視すると、Ｓ１の流入水ＲＢＣＯＤ濃度のための適用された飽食供給速度（Ｑｓ）及び量当たり飽食供給速度（ｑｓ）は、以下によって推定することができる：
【数６】
0005855102.tif 000007
【００８１】
パイプ容量を無視すると、バイオマス飽食刺激傾向の測定値は、以下によって与えられる：
【数７】
0005855102.tif 000008
【００８２】
反応器Ｃのごくわずかに維持されたバイオマス活性を無視することができるならば、活性好気的プロセス容量に基づく汚泥滞留時間ＳＲＴ（θｘ）は以下によって推定される：
【数８】
0005855102.tif 000009
【実施例９】
【００８３】
バイオフィルムバイオマスの増殖及び連続供給による実施例。
プロセス構成（図９）は、流入廃水と再循環バイオマスとの規定の混合比（実施例７）を達成することによって飽食を刺激することを意図する。実施例８に示すものに類似した方法でオンライン監視を適用することができるので、オンライン監視はここには含まれない。プロセスは、飽食刺激及び少なくとも廃水ＲＢＣＯＤの生物学的処理の役目をする、良く混合された接触反応器（Ａ）及び主反応器（Ｂ）を含む。バイオマスは、反応器Ａ及びＢの中で曝気され（１０）、良く混合された媒体上のバイオフィルムとして増殖させる。これらの種類のバイオフィルム反応器は、移動床バイオリアクター（ＭＢＢＲ）と一般に呼ばれる。脱落の自然過程によって、又はバイオフィルムへ追加のずり応力を意図的に加えることによって起こるバイオフィルムバイオマスの脱離は、分離ユニットプロセスへ放出され（７）、そこから処理された流出水（８）が排水され、廃棄バイオマスが収集される（９）。収集されたバイオマスは汚泥処理に導かれ、その間、ＰＨＡが蓄積し、付加価値製品として回収される。流入廃水（１）は前曝気されて、ＭＢＢＲ−Ａ（２）に導かれる。流入水流の一部分を主反応器（３）へ直接に迂回させるという選択肢が存在する。バイオフィルム媒体は、例えばエアーリフト（４）システムを用いてＭＢＢＲ−Ａへ再循環される。ＭＢＢＲ媒体送出速度は、エアーリフト運転条件によって、及び媒体又は液体の向きを変えてＭＢＢＲ−Ｂ（５）に戻すことによって、制御することができる。したがって、迂回路（５）は、このバイオマス（媒体）再循環で、ＭＢＢＲ−ＢからＭＢＢＲ−Ａへより多くの媒体及びより少ない液量を送るために使用することができる。したがって、流入廃水と再循環流との混合比は、迂回路流を含む流量の組合せによって制御される。ＭＢＢＲ−Ａ接触反応器での飽食刺激の後、廃水は、少なくともＲＢＣＯＤ処理のために主ＭＢＢＲ−Ｂ反応器に導かれる（６）。バイオフィルム媒体も飽食刺激の後にＭＢＢＲ−Ｂに導かれる（６）が、ＭＢＢＲ−Ａでの媒体の水理学的滞留時間は、バイオフィルム媒体の選択的な保持によって液体の水理学的滞留時間と分離されてもよい。したがって、媒体バイオフィルムを含むバイオマスは、ＭＢＢＲ−Ａへの水圧流によって強いられるものより長い期間、飽食へ曝露させることができる。
【実施例１０】
【００８４】
懸濁バイオマスの増殖及び半連続的供給による実施例。
プロセス構成（図１０Ａ）は、流入廃水と再循環バイオマスとの規定の混合比（実施例７）を達成することによって飽食を刺激することを意図する。実施例８に示すものに類似した方法でオンライン監視を適用することができるので、オンライン監視はここには含まれない。バッチ連続式反応器は、流入水の供給（Ａ）、廃水処理（Ｂ）、バイオマスの分離及び流出水排水（Ｃ）、バイオマスの再懸濁及び廃棄（Ｄ）の段階（図１０Ｂ）を循環させられる。流入廃水（１）は前曝気され、良く混合された飽食刺激接触反応器（Ｅ）に導かれる。流入水供給の間、流入水供給と再循環バイオマスとの設定された混合比を達成するために、混合液を再循環させる（２）。合流再循環流（３）は、主反応器Ｆに入る。流入水が導入され、少なくとも廃水のＲＢＣＯＤが処理された（Ｂ）ところで、再循環を維持することができる。重力（Ｃ）による流出水とバイオマスとの分離を可能にするために、混合及び曝気を停止する。別の実施形態では、バイオマスの分離は、溶存空気浮上法を用いて達成することもできる。処理された流出水（４）を排水し（Ｃ）、再曝気及び混合（Ｄ）の後、廃棄活性汚泥を収集することができる（５）。収集されたバイオマスは汚泥処理に放出され、その間、ＰＨＡが蓄積し、付加価値製品として回収される。
【実施例１１】
【００８５】
低い残留汚泥生成を並行して目的にした都市廃水処理によってＰＨＡ生産能力を有するバイオマスを生成するための例示的な包括的プロセス模式図。
この実施例は、ＰＨＡ生成及び最終的に低い残留汚泥生成のために都市廃水処理から活性汚泥を生成するための概念上のプロセス模式図を提供する（図１１）。
【００８６】
篩分け及び石質除去の後の流入都市廃水（１）を、高度一次処理ユニットプロセス（２）に導く。高度一次処理は、沈殿が容易な及び容易でない粒子状有機物の除去を達成する。ユニットプロセス（２）は、塩化第二鉄及びカチオンポリマーなどの化学物質投入（３）を必要とすることがある。塩化第二鉄は、廃水中の溶存リンレベルも低減する。強化された一次処理からの排水は、一次固形物濃厚液（６）、ならびに粒子状有機物がかなり低減されているが可溶性ＲＢＣＯＤが残留している流出水である。（２）からのＲＢＣＯＤ流出水は、（４）において、(８)からの戻り（飢餓）活性汚泥と、任意選択で分離器（１２）からのＶＦＡに富む側流と一体化される。（４）での流水混合は、ＰＨＡ貯蔵代謝を推進する、バイオマスに対する異なる飽食応答を刺激するように設計されている。バイオマス飽食応答は、高負荷バイオリアクター（５）で飢餓に向かって促進される。
【００８７】
「飽食」バイオリアクター（５）は、廃水からＲＢＣＯＤを除去するのに役立つ。したがって、（５）からの流出廃水は、流入水（１）有機含有量に関して処理されたとみなすことができる。反応器（５）は、設計上、好気的、無酸素的、又は嫌気的であってよい。この実施例は「活性汚泥」としての懸濁微生物増殖のためであるが、これらの原理はバイオフィルム技術を用いるＰＨＡ産生バイオマスの増殖に容易に応用される。同じプロセスの別の実施形態では、バイオリアクター（５）は、例えば好適に設計されたプラグフロー反応器構成で達成することができるように、飽食及び飢餓の両方の代謝を可能にすることができる。
【００８８】
（５）からのバイオマス及び廃水を分離し（７）、バイオマスは保持貯蔵所（８）へ放出される。保持貯蔵所は「飢餓」条件をさらに提供することができ、好気的、微好気的、無酸素的又は事実上嫌気的に維持することができる。（４）及び（５）で飽食活性の結果として貯蔵されるＰＨＡは、（５）、（７）及び／又は（８）でのその存在中に進行する微生物代謝の結果として消費されるはずである。（７）からの清澄化流出水は、脱窒及びより困難な有機炭素除去（９）のために設計されたユニットプロセスでのさらなる処理を必要とすることがある。移動床バイオリアクター技術は、これらの目的に好適である。ＰＨＡ蓄積のためのプロセス及びバイオマス生成技術の実際問題として、廃水処理のポリシング（９）は必須でないが、ケースバイケースの特定の放流水水質基準を満たすためにフロースキームに組み込む必要がある場合があることに注意されたい。処理された都市廃水は、排水される（１０）。
【００８９】
一次固形物濃厚液（６）を発酵させて（１１）、ＲＢＣＯＤに富む液体流を与える。示していないが、それらに限定されないが例えば油脂及び脂肪などの、流入原水から収集された他の有機残留物も、発酵槽負荷に寄与することができる。発酵した流出水を分離し（１２）、ＲＢＣＯＤに富む流出水は、戻りバイオマス（４）で「飽食」応答を増加させるために利用することができる。（１２）からの保持された有機固形物は嫌気消化（２１）へ放出され、固形物の破壊及び有機残留物の減少（２４）と流出水（２３）が生じる。流出水（２３）は放流の前にさらなる処理を必要とすることがあり、流出水（２３）をポリシングユニットプロセス（９）に流すことによってこの目的を達成することが可能である場合がある。バイオガス（２５）は、嫌気消化（２１）から生成される。
【００９０】
（５）によって生成される過剰なバイオマスは（８）から廃棄することができ、そうすることで、活性汚泥固形物滞留時間を制御することができる。過剰なバイオマスは蓄積プロセス（１３）でＲＢＣＯＤの供給源（１４）と合わされ、それによって、ＲＢＣＯＤはバイオマスのＰＨＡ蓄積能力を実現するために用いられる。（１３）からのバイオマスはＰＨＡに富み、分離（１５）の後にＰＨＡ回収システム（１７）へ誘導される。流出水（１６）は、（１４）のＲＢＣＯＤ含有量に関して処理される。
【００９１】
ＰＨＡ回収プロセス（１７）は化学的投入（１８）を必要とし、ＰＨＡに富むバイオマスの乾燥、ＰＨＡ抽出及び残留する非ＰＨＡ有機熱分解又は焼却の活動を伴う。（１７）からの排出物は、ＰＨＡ及び無機のＰに富む灰である。したがって、（８）からのバイオマスは、（１７）においてエネルギー再生利用の寄与のために最終的に消費される。
【実施例１２】
【００９２】
低い残留汚泥生成を並行して目的にした都市廃水処理によってＰＨＡ生産能力を有するバイオマスを生成するための例示的なプロセス模式図。
この実施例（図１２）では、プロセススキームは実施例１１に示すものと同じである。しかし、この場合、一次処理（２）は「高度」ではなく、そのことは、流入水（１）からは、容易に沈殿可能な有機固形物だけが反応器（５）の前で除去されることを意味する。活性バイオマスで飽食応答を刺激する負荷条件の下で、バイオリアクター（５）は可溶性ＲＢＣＯＤを除去する。同時に、バイオマスは、物理的吸着（いわゆる接触安定化）による流入水ＣＯＤのコロイド状部分の除去のために用いられる。吸着された粒子状物質を有するこのバイオマスは反応器（８）に導かれ、そこで、吸着された粒子状物質の加水分解及び生物分解を達成するための滞留時間が提供される。さらに、（８）での滞留時間は、最終的な飢餓条件がバイオマスで達成されるようなものである。したがって、（８）から（５）に戻って再循環されたバイオマスは、飢餓代謝活動からくるものであり、新しい飽食周期に入るように刺激される。したがって、反応器（５）は、バイオマスの飽食刺激、可溶性ＲＢＣＯＤの生物学的除去、及び沈殿が容易でない流入粒子状ＣＯＤの物理的除去を達成する。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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