(57)【要約】  それぞれがその中に含まれる汚水を硝化または脱窒素するために作動する、第１反応器と第２反応器を含む汚水処理システムが提供される。第１および第２反応器の下流には、好気性条件下で作動し、固体を分離するための一つまたはそれ以上の浸漬膜を含む膜反応器が配置されている。膜反応器と、第１反応器および第２反応器のそれぞれとの間の延長部は、戻り活性汚泥をある時に第１反応器および第２反応器のうちの１つに送るのを可能とする適切な制御を有する戻り活性汚泥ラインである。汚水を硝化および脱窒素するために、汚水の流入流れは、その中に含まれる汚水を硝化または脱窒素するように好気性条件下および無酸素条件下で交互に作動している複数の無酸素反応器に交互に送られる。膜反応器から第１反応器および第２反応器への溶存酸素の戻りを低減または最小にするために、戻り活性汚泥の流れは、一般に戻り活性汚泥が好気性条件下で作動している反応器に戻るように制御される。
2009522101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を硝化および脱窒素し、一つまたはそれ以上の浸漬した膜をその中に収容している好気性反応器を含む硝化およびまたは脱窒素システムにおける脱窒素ゾーンのＤＯ濃度を減少または最小にするプロセスであって、
ａ）汚水の流入液を第１ゾーンおよび第２ゾーンに交互に送る工程と、
ｂ）いろいろの時点で前記プロセスの間に前記第１ゾーンを硝化ゾーンとして維持しかつ前記第２ゾーンを脱窒素ゾーンとして維持し、他のいろいろの時点で前記第１ゾーンを脱窒素ゾーンとして維持しかつ前記第２ゾーンを硝化ゾーンとして維持する工程と、
ｃ）前記汚水を前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのいずれかから前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜をその中に有する下流の好気性反応器に送る工程と、
ｄ）前記下流の好気性反応器に空気を吹き込む工程と、
ｅ）前記汚水を前記下流の好気性反応器中の前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜に送り、前記汚水を透過水と戻り活性汚泥とに分離する工程と、
ｆ）前記透過水を前記下流の好気性反応器中の前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜から汲み上げる工程と、
ｇ）前記下流の好気性反応器から前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのいずれかに前記戻り活性汚泥を戻す工程と、
ｈ）硝化ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンのうちの１つに前記戻り活性汚泥を選択的に送り、前記硝化ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンに前記戻り活性汚泥を送るように、前記プロセスの間で前記戻り活性汚泥の流れを前記第１ゾーンと前記第２ゾーンとの間で切り替えることによって、前記プロセスの間で前記脱窒素ゾーン中のＤＯ（溶存酸素）濃度を減少または最小にする工程と、
を有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンから前記下流の好気性反応器への前記汚水の流れは、前記下流の好気性反応器への前記汚水の流れが、硝化ゾーンとして維持されているゾーンからのものとなるように切り替えられることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
汚水を、脱窒素ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンから他のゾーンに送ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
いろいろの時点で前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンの両方が硝化ゾーンとして維持されることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
いろいろの時点で前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのうちの１つを脱窒素ゾーンとして維持し、他の１つのゾーンを硝化ゾーンとして維持することを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項６】
硝化ゾーンと脱窒素ゾーンとして交互に維持されている前記第１ゾーンと前記第２ゾーンから前記汚水を嫌気性ゾーンの上流に送ることによって、前記汚水からリンを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記汚水をその中で脱窒素するときに、いろいろの時点で前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンから汚水を前記嫌気性ゾーンへリサイクルする工程を更に含むことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記第１ゾーンと前記第２ゾーンが硝化ゾーンと脱窒素ゾーンの間で切り換えられるときに、前記第１ゾーンまたは第２ゾーンのいずれから前記嫌気性ゾーンに汚水を交互にリサイクルする工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
第１反応器と、第２反応器と、一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタをその中に含む下流の第３の好気性反応器と、を利用して汚水を硝化および脱窒素するプロセスであって、
ａ）汚水の流入液を前記第１反応器および前記第２反応器に交互に送る工程と、
ｂ）ある時に前記第１反応器が硝化作用を行いかつ前記第２反応器が脱窒素作用を行い、別のある時に前記第１反応器が脱窒素作用を行いかつ前記第２反応器が硝化作用を行うように、前記第１反応器および前記第２反応器中の前記汚水を交互に硝化および脱窒素する工程と、
ｃ）前記第１反応器または前記第２反応器から前記一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタをその中に含む下流の第３の好気性反応器に流入液を交互に送る工程と、
ｄ）前記汚水を前記浸漬された膜フィルタに送り、前記汚水を濾過された流出液と活性汚泥とに分離することによって、前記下流の第３の好気性反応器中の前記汚水を濾過する工程と、
ｅ）前記浸漬された膜フィルタからの前記濾過された流出液をポンプで汲み上げる工程と、
ｆ）前記浸漬された膜フィルタを有する前記下流の第３の好気性反応器からその中で濾過された活性汚泥を前記汚水を硝化するために作用する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの１つに戻す工程と、
を有することを特徴とするプロセス。
【請求項１０】
前記汚水を処理するプロセスの間に、前記第１反応器および前記第２反応器のいずれかが前記汚水を硝化および脱窒素するの間で切り換え、
前記下流の第３の好気性反応器と、前記第１反応器および前記第２反応器のいずれかとの間に戻り活性汚泥ラインが提供され、
前記戻り活性汚泥の流れは、前記戻り活性汚泥が前記汚水を硝化する前記第１反応器または前記第２反応器にリサイクルされるように、２つの前記戻り活性汚泥ラインの間で切り換えられることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記プロセスの間、前記汚水を脱窒素する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの１つの反応器から前記汚水を硝化する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの他の反応器に汚水を送ることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記汚水を硝化する前記反応器中の汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記プロセスは、少なくとも４つのフェーズを有し、
ａ）第１のフェーズでは、
汚水の流入液は、無酸素条件下に維持され前記汚水を脱窒素するために作用する前記第１反応器に送られ、
前記第１反応器中の前記汚水は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第２反応器に送られ、
前記第２反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記第３の好気性反応器で前記浸漬された膜フィルタが前記汚水を透過水と活性汚泥とに分離し、前記活性汚泥の一部は、好気性条件下で作動している前記第２反応器に戻され、
ｂ）第２フェーズでは、
汚水の流入液は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第２反応器に送られ、一方、前記第１反応器は好気性条件下に維持され、
前記第２反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記第３の好気性反応器で前記汚水は、前記浸漬された膜フィルタによって透過水と戻り活性汚泥とに分離され、前記戻り活性汚泥が前記下流の第３の好気性反応器から前記第２反応器に送られ、
ｃ）第３フェーズでは、
前記汚水の流入液は、無酸素条件下に維持されその中で前記汚水を脱窒素する前記第２反応器に送られ、
前記第２反応器中の前記汚水は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第１反応器に送られ、
前記第１反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記下流の第３の好気性反応器で前記汚水は、前記浸漬された膜フィルタによって透過水と戻り活性汚泥とに分離され、前記戻り活性汚泥が前記下流の第３の好気性反応器から前記第１反応器に送られ、
ｄ）第４フェーズでは、
汚水の流入液は、好気性条件下に維持され前記汚水をその中で硝化する前記第１反応器に送られ、一方、前記第２反応器は好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化し、
前記第１反応器中の前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記下流の第３の好気性反応器で前記浸漬された膜フィルタが前記汚水を透過水と戻り活性汚泥とに分離し、前記戻り活性汚泥は、前記下流の第３の好気性反応器から前記第１反応器に送られる、
ことを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記汚水の滞留時間が約２〜６時間であることを特徴とする請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記第１フェーズにおいて、汚水は前記第１反応器から前記第２反応器に送られ、前記第３フェーズにおいて、汚水は前記第２反応器から前記第１反応器に送られることを特徴とする請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１６】
交互に硝化ゾーンと脱窒素ゾーンとして維持されている前記第１反応器および前記第２反応器から上流の嫌気性ゾーンに前記汚水を送ることによって、前記汚水中のリンを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１７】
無酸素条件がその中で維持されている前記第１反応器あるいは前記第２反応器から前記嫌気性反応器に汚水をリサイクルする工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚水処理に関し、特に硝化および脱窒素するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素除去は世界中の自治体と下水当局が直面している難問である。生物学的処理による窒素除去において重要な発展があったが、費用対効果において効率的かつ効果的な窒素除去は、意欲をそそるものとしてものとしてなお残っている。このことは、多くの自治体と政府本体が公布している現在の低窒素限界を考慮すると、特に間違いない。
【０００３】
基本的な形態では、窒素除去は２ステッププロセスであり、硝化および脱窒素とを伴う。硝化プロセスは好気性条件下で行われ、アンモニア形態の窒素を酸化して硝酸塩を形成する工程を含む。硝化プロセスは以下のように表わされる。
【０００４】
【化１】
2009522101.tif 000003
【０００５】
一方、脱窒素は、無酸素条件下で行われ、酸化剤として硝酸イオンを使用して有機物質の分解を行う。分解の結果、硝酸イオンは遊離窒素に還元されてガス形態で放出される。脱窒素プロセスは以下のように表される。
【０００６】
【化２】
2009522101.tif 000004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
膜型バイオ反応器(ＭＢＲ)活性汚泥システムは、汚水から窒素を除去するのに使用されてきた。このシステムでは、通常は、一つまたはそれ以上の無酸素反応器を含み、一つまたはそれ以上の好気性反応器内に浸漬または沈められた膜を有する好気性反応器が次に続いている。無酸素反応器では、有機物を脱窒素するために、汚水中の利用可能な有機炭素を利用して硝酸中の窒素(ＮＯ3)を窒素ガス(Ｎ2)に還元する。無酸素反応器では、所望の電子受容体は硝酸塩であり、酸素(Ｏ2)などの他の電子受容体が存在すると、脱窒素プロセスにおける脱窒素速度と総合的な有効性が低下する。好気性バイオ反応器では、上記議論したように、流入液中のアンモニア(ＮＨ3)は硝酸塩に変換され、硝酸塩が豊富な混合液は無酸素反応器にリサイクルされる。無酸素反応器の体積は、通常は全バイオ反応器体積の１０％から３０％である。浸漬膜を使用する場合、膜は固体分離ユニットとして機能し、透過水は膜を通過し、排除あるいは分離された固体は硝酸塩と共に無酸素ゾーンに戻されてリサイクルされる。浸漬膜は、フラックスによって生成するバイオマス濃度勾配と次の堆積および固体に作用する脱水機構により汚れる。膜モジュール直下の隣接領域では、膜汚れを最小にするために圧縮空気で絶え間なく洗い流さなければならない。膜を効率的に洗い流すのに必要な高流量の空気による洗い流しは、しばしば局所的に高い溶存酸素濃度をもたらす。この溶存酸素濃度は次に、リサイクルされるバイオマスあるいは汚泥と共に無酸素反応器にリサイクルされる。この溶存酸素の飛沫同伴の影響によって、代替の電子レセプタ(Ｏ2)が存在することによる脱窒素速度の低下と容易に利用可能な炭素源(可溶性ＢＯＤ)の減少とをもたらす。このことは、流出液が高濃度の可溶性窒素を有することになる。この影響は、処理施設が設計流量容量に近づき無酸素反応器の実際の水圧拘留時間が減少するとき、より顕著になる。無酸素反応器の体積および拘留時間は、好気的処理反応器およびゾーンの体積および滞留時間と比べると小さく、リサイクル速度が高い(流入液速度の２〜５倍)ので、リサイクル流れ中の高い溶存酸素濃度を十分に低減することができない。この影響に打ち勝つために、外部の有機炭素源を無酸素ゾーンに追加しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、汚水を硝化および脱窒素するプロセスを伴い、このプロセスの間に、脱窒素ゾーンでの溶存酸素濃度を減少または最小にする。汚水の流入液は第１および第２ゾーンに交互に送られる。このプロセスのいろいろの時点で第１ゾーンを硝化ゾーンとしかつ第２ゾーンを脱窒素ゾーンとして維持し、他のいろいろの時点で第１ゾーンを脱窒素ゾーンとしかつ第２ゾーンを硝化ゾーンとして維持する。第１ゾーンおよび第２ゾーン中の汚水あるいは混合液を１つまたはそれ以上の浸漬した膜をその中に有する下流の好気性反応器に送る。下流の好気性反応器に空気を吹き込む。汚水あるいは混合液を好気性反応器中の一つまたはそれ以上の浸漬した膜に送り、汚水を透過水と戻り活性汚泥とに分離する。好気性反応器中の透過水を一つまたはそれ以上の浸漬した膜から汲み上げる。好気性反応器中から第１ゾーンまたは第２ゾーンに活性汚泥（activated sludge）を戻す。硝化ゾーンとして維持されている第１ゾーンおよび第２ゾーンのうちの１つに戻り活性汚泥を選択的に送り、硝化ゾーンとして維持されている第１ゾーンまたは第２ゾーンに戻り活性汚泥を送るように、前記プロセスの間で、戻り活性汚泥の流れを第１ゾーンと第２ゾーンとの間で切り換えることによって、前記プロセスの間で脱窒素ゾーン中のＤＯ（溶存酸素）濃度を減少または最小にする。
【０００９】
さらに、本発明は、硝化および脱窒素を行うだけでなくりんを除去するプロセスも伴う。この場合、嫌気性反応器を硝化および脱窒素ゾーンとして交互に利用される第１および第２ゾーンの上流へ配置する。この場合、戻り活性汚泥は、一つまたはそれ以上の浸漬膜を有する下流の好気性反応器から硝化のために好気性条件下に維持されている第１ゾーンまたは第２ゾーンのいずれかに送られる。汚水からのりんを効率的に除去するために、無酸素あるいは脱窒素条件下に維持されている第１ゾーンあるいは第２ゾーン中の汚水あるいは混合液は、一つまたはそれ以上の反応器を含む嫌気性ゾーンにリサイクルされる。したがって、本プロセスは、硝化−脱窒素および生物的りん除去の両方に効果的である。
【００１０】
本発明の他の目的および利点は、本発明の単なる例示である以下の説明と付属の図を研究することによって明らかで明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
通常は、汚水流入液は、アンモニア態窒素、すなわちＮＨ3−Ｎを含んでいる。アンモニア−窒素を除去するための２ステッププロセスは、硝化および脱窒素（nitrification and Denitrification）と呼ばれる。最初の硝化ステップは、アンモニア態窒素を硝酸塩と微量の亜硝酸塩（どちらも一般にＮＯxと呼ばれる）に変換する工程を伴う。硝化プロセスで利用することができる多くの従来プロセスがある。例えば、多くの従来の活性汚泥汚水処理プロセスは、好気性処理ゾーン中で硝化を達成する。好気性処理ゾーンでは、アンモニア態窒素を含む汚水に空気を吹き込んで（aeration）微生物培養を引き起こし、アンモニア態窒素は効率的にＮＯxに変換される。一旦、アンモニア態窒素がＮＯxに変換されると、次に、ＮＯx含有汚水は、通常は、脱窒素のために無酸素ゾーンに移される。脱窒素処理ゾーンでは、ＮＯx含有汚水には空気が供給されず、一般に無酸素処理ゾーンと呼ばれるベイスン中に保持される。ここで、異なる微生物の培養は、酸化剤としてＮＯxを使用するために作動し、それにより、ＮＯxをフリーな窒素に変えて大気に逃がす。これは、基本的に従来の窒化および脱窒素プロセスを記載する。生物学的な硝化および脱窒素のより完全で統一された理解のために、米国特許第３，９６４，９９８号公報、同４，０５６，４６５号公報、同５，６５０，０６９号公報、同５，１３７，６３６号公報、同４，８７４，５１９号公報で見いだされる開示が参照される。これらの特許の開示は参照により本明細書中に合体される。
【００１２】
ここで、「好気性(aerobic)」、「嫌気性(anaerobic)」、「無酸素性(anoxic)」を定義することは有用であり、これらの用語として本開示で使用される。最初に、「好気性」が「酸素化する」あるいは「曝気する」ことを意味することが理解される。「嫌気性」は、溶存酸素と溶存硝酸塩/亜硝酸塩(ＮＯx)との両方が実質的に汚水処理ゾーン中に存在しない状態として定義される。嫌気性条件下では、溶存酸素濃度は、約０.７ｐｐｍ（parts-per-million）未満、好ましくは０.４ｐｐｍ未満であり、溶存ＮＯx濃度は、窒素元素として表現すると約０.３ｐｐｍ、好ましくは０.２ｐｐｍ未満である。嫌気性ゾーンでは、微生物が主として生物学的酸素要求量(ＢＯＤ)吸収のためにポリリン酸塩の加水分離から得られるエネルギーを利用する。最後に、「無酸素性」は、汚水処理ゾーン中に存在する溶存ＮＯx濃度を窒素元素として表現すると約０.５ｐｐｍより大きい状態として定義される。しかしながら、嫌気性ゾーンと同様に、無酸素ゾーン中の溶存酸素濃度は、約０.７ｐｐｍ（parts-per-million）未満、好ましくは０.４ｐｐｍ未満である。無酸素条件下では、微生物は代謝のために主としてＮＯxを使用する。
【００１３】
図１は、本発明の硝化−脱窒素システムを示す図である。本発明の硝化−脱窒素プロセスについて説明する前に、本プロセスを行うシステムと装置を簡潔に再検討することは有益である。それに関して、図１で見られるように、流入液ライン１２は、反応器Ａで示される第１反応器と反応器Ｂで示される第２反応器の２つの反応器に接続している。本開示のその後の部分から理解されるように、汚水の流入液は交互に反応器Ａと反応器Ｂのいずれかの反応器に送られる。すなわち、ある時間の間、汚水の流入液は反応器Ａだけに送られ、一方、他の期間の間、汚水の流入液は反応器Ｂだけに送られる。従って、システムは、流入液ライン１２と反応器ＡとＢの間で延びている１組の供給ライン１２Ａと１２Ｂとを提供する。弁または他の従来の流量制御手段を利用することによって、流入液ライン１２を通過する汚水流入液はそれぞれの反応器Ａまたは反応器Ｂのいずれかに供給ライン１２Ａまたは１２Ｂを通って交互に送ることができることが理解される。
【００１４】
時には第３反応器あるいは膜タンクと呼ばれる好気性膜反応器Ｃは、反応器Ａと反応器Ｂの下流に配置される。好気性膜反応器Ｃは、反応器Ａあるいは反応器Ｂ中の汚水あるいは混合液を反応器Ｃに送るように配置される。用語「混合液」は、汚水と活性汚泥の混合物について述べるために従来の意味で使用される。一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタ１４が反応器Ｃ中に配置される。膜反応器フィルタ１４の詳細を本明細書で論じていないが、その理由は、それが本発明に対して特別な材料でなく、更に、膜フィルタは商業的に知られて使用されているからである。好気性反応器Ｃに送られた混合液は、膜フィルタ１４に送られ、効率的に汚水を透過水と活性汚泥に分離すると言えば十分である。図１に示されたシステムの場合、透過水は膜フィルタ１４からポンプで汲み上げられ、反応器Ｃからその中に配置された逆止弁２８を含む流出ライン２６まで汲み上げられる。
【００１５】
さらに、好気性反応器Ｃは膜フィルタ１４の周りおよび下方に空気を分散するシステムを含んでいる。膜フィルタ１４の下方および隣接する領域は、膜汚損を最小にするために圧縮空気で絶え間なく洗い流されるべきである。同様に、反応器Ａと反応器Ｂは、本発明のプロセスのある時間の間、硝化条件下で作動されなければならないので、その中に含まれる汚水あるいは混合液に空気を吹き込む（曝気する）エアエレータまたは他の従来の手段もまた提供される。そのような曝気装置の詳細は、本明細書に詳細に記載されていないが、その理由は、それが本発明に対して特別な材料でなく、更に、曝気装置および曝気手段は汚水施設で一般的に使用され周知であり、当業者に理解されているからである。さらに、反応器Ａと反応器Ｂは、汚水と戻り活性汚泥を混合するミキサーを提供され得る。
【００１６】
上記説明したように、浸漬膜フィルタ膜フィルタ１４は効率的に反応器Ｃ中の混合液を透過水と活性汚泥とに分離する。活性汚泥は反応器Ａあるいは反応器Ｂのいずれかに戻される。従って、図１に示されているように、好気性反応器Ｃから反応器Ｂに導く戻り活性汚泥ライン１６が提供される。戻り活性汚泥ライン１６は、メインオン・オフ制御バルブ２４、ポンプ２０、および一方向逆止弁２２を含む。同様に、好気性反応器Ｃから反応器Ａに導く別の戻り活性汚泥ライン１８が提供される。戻り活性汚泥ライン１８はメインオン・オフ制御バルブ２４、ポンプ２０、および一方向逆止弁２２を含む。本開示の以下に続く部分から理解されるように、本発明に基づいて作動する典型的な硝化−脱窒素プロセスにおいて、反応器Ｃの活性汚泥は、所定時間での作動モードに依存して、反応器Ａまたは反応器Ｂのうちの１つにのみ戻される。更に、以下に説明されるように、本硝化−脱窒素プロセスにおけるあるフェーズの間、反応器Ａまたは反応器Ｂのうちの１つは、無酸素条件下で反応器を作動させる工程を伴う脱窒素モードで作動する。無酸素反応器に戻される溶存酸素を減少または最小にすることは好ましい。したがって、この場合、通常は戻り活性汚泥は無酸素ゾーンに戻されず、多くの場合、硝化プロセスを行うために好気性条件下で作動している他の反応器に戻される。
【００１７】
図２に移ると、図２には本発明に基づく４つのフェーズ（段階）の硝化−脱窒素プロセスが示されている。フェーズＡでは、汚水流入液は、流入液ライン１２に送られて、供給ライン１２Ａを通って反応器Ａに送られる。反応器ＡはフェーズＡの間、無酸素条件下で作動して、脱窒素(ＤＮ)プロセスを引き起こす。他の反応器Ｂは、好気性条件下で作動し、硝化(Ｎ)プロセスを実行する。反応器Ａ中の汚水あるいは混合液は反応器Ｂに送られる。反応器Ｂ中の混合液あるいは汚水は、硝化され、好気性反応器Ｃのバンクに送られる。各好気性反応器は、上記説明されかつ図１に示されたように、一つまたはそれ以上の浸漬膜フィルタ４を含んでいる。各好気性反応器Ｃは、透過水が流れる流出ライン２６を含んでいる。さらに、好気性反応器Ｃのバンクは、そこから戻り活性汚泥を送るために延びているラインを含んでいる。好気性反応器Ｃからの戻り活性汚泥は統合されて戻り活性汚泥ライン１６または戻り活性汚泥ライン１８に送られる。フェーズＡでは、図２に例示したように、戻り活性汚泥ライン１８の制御バルブ２４は、戻り活性汚泥が脱窒素(ＤＮ)ゾーンに戻して送られないように閉じられている。その代わりに、戻り活性汚泥ライン１６中の制御バルブ２４は開いており、戻り活性汚泥は、それぞれの好気性反応器Ｃから戻り活性汚泥ライン１６を通って硝化(Ｎ)ゾーンとして作動している反応器Ｂまでポンプで送られて戻される。
【００１８】
このプロセスの選択されたポイントにおいて、図２に示されるようにフェーズＢが実施される。フェーズＢにおいて、流入液ライン１２を通って送られる汚水の流入液は、供給ライン１２Ｂを通って硝化(Ｎ)ゾーンとしてまだ維持されている反応器Ｂに送られる。しかしながら、反応器Ａはこの時点で、好気性条件下で作動するが、このことは、反応器Ａが硝化(Ｎ)ゾーンとして維持されていることを意味する。反応器Ａと反応器Ｂの間に、汚水あるいはか混合液の移送は全くない。反応器Ｃから統合された戻り活性汚泥は、戻り活性汚泥ライン１６を通って反応器Ｂに戻され続ける。
【００１９】
その後で、硝化−脱窒素プロセスは、第３フェーズ、すなわちフェーズＣにシフトする。ここで、汚水流入液は、最初に反応器Ｂに向けられ続ける。しかしながら、反応器ＢのモードはフェーズＢから変更され、反応器Ｂはこの時点で無酸素条件下で作動し、脱窒素(ＤＮ)ゾーンをもたらす。反応器Ｂからの混合液あるいは汚水流入液は、硝化(N)のための好気性モードに維持されている反応器Ａに送られる。しかしながら、フェーズＣでは、混合液あるいは汚水は反応器Ａから好気性反応器Ｃバンクに送られる。反応器Ｂは脱窒素(ＤＮ)ゾーンとして作動しているので、戻り活性汚泥はライン１８を通って硝化ゾーンとして作動している反応器Ａに戻される。
【００２０】
硝化−脱窒素プロセスの第４フェーズは、図２にフェーズＤとして示されている。この場合、汚水の流入液は、硝化(Ｎ)ゾーンのままで残っている反応器Ａに入るように切り換えられる。しかしながら、反応器Ｂは状態を変え、この時点で、硝化(Ｎ)ゾーンとして作動する。反応器Ａと反応器Ｂの間では汚水あるいは混合液の移送は全くない。フェーズＣと同様に、反応器Ａからの汚水または混合液は好気性反応器Ｃのバンクに送られ、戻り活性汚泥はライン１８を通って、再び好気性条件下に維持されている反応器Ａに送られる。
【００２１】
フェーズＡからＤは、本発明に基づく１つの可能な硝化−脱窒素プロセスを説明するあるいは開示する。これは、多フェーズの硝化−脱窒素プロセスの１例の実施例であることが理解される。本発明に基づいて他の流れ図とフェーズ構成を行うこともできる。図２に示される上記説明された実施例の場合、例示のプロセスにおけるフェーズＡとフェーズＣの拘留時間は約１.５時間であり、一方、この例示のプロセスにおけるフェーズＢとフェーズＤの拘留時間は約０.５時間であると想定される。一般に、本発明に基づく硝化−脱窒素プロセスの拘留時間あるいは持続時間は約２〜６時間であろう。
【００２２】
好気性反応器あるいは反応器Ｃから反応器Ａあるいは反応器Ｂへの通常速度は流入液流量速度の約４〜５倍である。
【００２３】
上記説明されたシステムとプロセスは、汚水を硝化および脱窒素するのに役に立つ。しかしながら、システムとプロセスは、汚水中で他の汚染物質、有害元素または組成物を処理するために変更することができる。例えば、図３に示されるシステムは、汚水を硝化および脱窒素するばかりでなくリンを除去するためにも有効である。この点において、および図３に関して、システムは嫌気性反応器あるいはゾーン５０を含んでいる。嫌気性反応器５０は上記説明された反応器Ａと反応器Ｂの上流に配置される。さらに、反応器Ａと反応器Ｂから嫌気性ゾーン５０に導く２つのリサイクルラインがある。最初に反応器Ｂから嫌気性ゾーン５０まで導くリサイクルライン５２がある。さらに、反応器Ａから嫌気性ゾーン５０まで導くリサイクルライン５４がある。両方のリサイクルライン５２とリサイクルライン５４はオンオフ制御バルブ５８、逆止弁５６、およびポンプ６０を含んでいる。
【００２４】
図３に示すシステムは、りん除去と、硝化および脱窒素との両方に有効である。図３の概要で示されるように、嫌気性ゾーン５０は反応器Ａと反応器Ｂの上流に配置される。もちろんこのことは、汚水の流入液が最初に汚水あるいは混合液が嫌気性条件下に維持されている嫌気性ゾーン５０に送られることを意味する。嫌気性条件下では、溶存酸素濃度は一般に、約０.７ｐｐｍ、好ましくは約０.４ｐｐｍ未満であり、溶存ＮＯx濃度は、窒素元素として表現すると、約０.３ｐｐｍ未満と、好ましくは０.２ｐｐｍ未満である。
【００２５】
反応器Ａと反応器Ｂ中の混合液は、ある場合に、嫌気性ゾーンあるいは反応器５０にリサイクルされて戻される。特に、反応器Ａと反応器Ｂ中の混合液のリサイクルは、一般に、それぞれの反応器が無酸素条件下に維持されるときだけ起こなわれる。したがって、図３に示すプロセスにおいて、好ましくは反応器Ａ中の混合液は、反応器Ａが脱窒素する(ＤＮ)モードで作動しているときだけ、リサイクルライン５４を通って嫌気性ゾーン５０にリサイクルされる。同様のことが反応器Ｂに対してもいえる。通常は、反応器Ａまたは反応器Ｂから嫌気性ゾーン５０への通常速度は、流入液流入速度の約０.５〜１．０倍である。
【００２６】
とにかく、図３に示すプロセスにおいて、嫌気性ゾーンからの混合液は、反応器Ａか反応器Ｂのいずれかに送られて、嫌気性ゾーン５０の下流のプロセスは、汚水を硝化および脱窒素するための反応器Ａと反応器Ｂの機能だから上記説明したものと実質的に同じである。したがって、反応器Ａと反応器Ｂの上流に嫌気性ゾーン５０を利用する図３に示されるプロセスにおいて、プロセスは硝化−脱窒素とリン除去の両方を実現する。リン除去プロセスの詳細は、本明細書に詳細に説明されていないが、その理由は、嫌気性ゾーンを利用することによるりん除去の根本的な原理は周知であり当業者は理解し得るからである。しかしながら、りん酸除去プロセスのより完全で統一された理解のために、米国特許第４,０５６,４６５号公報が参照されるが、それを引用することによりその内容を本明細書に合体する。
【００２７】
上記議論されたように、本発明のプロセスは、反応器Ａあるいは反応器Ｂで実施される脱窒素(ＤＮ)ゾーンに送られる戻り活性汚泥中の溶存酸素濃度を低減または最小にする。好気性反応器あるいは反応器Ｃ中に配置された１つまたはそれ以上の膜１４は、フラックスによって生成したバイオマス濃度こう配と、その後の堆積と固体に作用する脱水機構により膜汚れ（fouling）に晒される。膜汚れを改善するために、膜フィルタ１４の直下および隣接する領域は圧縮空気によって絶え間なく洗い流されるべきである。膜フィルタ１４を効率的に洗い流すために必要な高流量の空気洗い流し流量速度は、しばしば局所的に高い溶存酸素濃度をもたらし、次に、それは、リサイクルされたバイオマスとともに上流のゾーンに戻される。この溶存酸素の持ち越しは、代替の電子受容体の存在(Ｏ2)とすぐに利用可能な炭素源の減少(可溶性ＢＯＤ)による脱窒素(ＤＮ)ゾーンでの脱窒素速度を低下させる。このことは、流出液の可溶性窒素濃度の上昇をもたらす。システムが設計流量容量に近づき、無酸素性あるいは脱窒素反応器における実際の水理学的拘留時間が減少するときに、この影響はさらに顕著になる。リサイクル率が高いので(流入液流量速度の２〜４倍)、リサイクルされる流れ中の高い溶存酸素濃度は、硝化−脱窒素のプロセスにおける関心を提示する。従って、この問題を処理するために、本発明は酸素に富む活性汚泥の流れを反応器Ａまたは反応器Ｂに制御する。本質的に反応器Ａと反応器Ｂへの溶存酸素の戻しは、戻しの活性汚泥が一般に、好気性または硝化条件で作動する反応器Ａまたは反応器Ｂに戻されるように選択的に制御される。もちろんこのことは、一般に酸素に富む戻り活性汚泥が脱窒素ゾーンに戻されないことを意味する。
【００２８】
本発明は、もちろん、本発明の本質的特質および範囲から逸脱せずに、本明細書に詳しく説明された方法以外の特定の方法で実施され得る。したがって、本実施例は、全ての態様において例示として限定無しに解釈されるべきものであり、付属の特許請求の範囲に意味するものおよび均等範囲に含まれるすべての変更はその中に含まれることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の基本的な硝化−脱窒素プロセスを示す概略図である。
【図２】本発明に基づく複数のフェーズにおける硝化−脱窒素プロセスを例示する図である。
【図３】本発明の代替の実施例を示す図であり、特に、汚水からの硝化および脱窒素および汚水からのリンの除去プロセスを例示する図である。
【図１】
2009522101.tif 000005
【図２】
2009522101.tif 000006
【図３】
2009522101.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月3日(2008.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を硝化および脱窒素し、一つまたはそれ以上の浸漬した膜をその中に収容している好気性反応器を含む硝化およびまたは脱窒素システムにおける脱窒素ゾーンのＤＯ濃度を減少または最小にするプロセスであって、
ａ）汚水の流入液を第１ゾーンおよび第２ゾーンに交互に送る工程と、
ｂ）いろいろの時点で前記プロセスの間に前記第１ゾーンを硝化ゾーンとして維持しかつ前記第２ゾーンを脱窒素ゾーンとして維持し、他のいろいろの時点で前記第１ゾーンを脱窒素ゾーンとして維持しかつ前記第２ゾーンを硝化ゾーンとして維持する工程と、
ｃ）前記汚水を前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのいずれかから前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜をその中に有する下流の好気性反応器に送る工程と、
ｄ）前記下流の好気性反応器に空気を吹き込む工程と、
ｅ）前記汚水を前記下流の好気性反応器中の前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜に送り、前記汚水を透過水と戻り活性汚泥とに分離する工程と、
ｆ）前記透過水を前記下流の好気性反応器中の前記一つまたはそれ以上の浸漬した膜から汲み上げる工程と、
ｇ）前記下流の好気性反応器から前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのいずれかに前記戻り活性汚泥を戻す工程と、
ｈ）硝化ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンのうちの１つに前記戻り活性汚泥を選択的に送り、前記硝化ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンに前記戻り活性汚泥を送るように、前記プロセスの間で前記戻り活性汚泥の流れを前記第１ゾーンと前記第２ゾーンとの間で切り替えることによって、前記プロセスの間で前記脱窒素ゾーン中のＤＯ（溶存酸素）濃度を減少または最小にする工程と、
ｉ）前記プロセスの間で前記汚水を前記脱窒素ゾーンとして維持されている前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンから硝化ゾーンとして維持されている他のゾーンに送る工程と、
を有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンから前記下流の好気性反応器への前記汚水の流れは、前記下流の好気性反応器への前記汚水の流れが、硝化ゾーンとして維持されているゾーンからのものとなるように切り替えられることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
いろいろの時点で前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンの両方が硝化ゾーンとして維持されることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
いろいろの時点で前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンのうちの１つを脱窒素ゾーンとして維持し、他の１つのゾーンを硝化ゾーンとして維持することを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
硝化ゾーンと脱窒素ゾーンとして交互に維持されている前記第１ゾーンと前記第２ゾーンから前記汚水を嫌気性ゾーンの上流に送ることによって、前記汚水からリンを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記汚水をその中で脱窒素するときに、いろいろの時点で前記第１ゾーンまたは前記第２ゾーンから汚水を前記嫌気性ゾーンへリサイクルする工程を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記第１ゾーンと前記第２ゾーンが硝化ゾーンと脱窒素ゾーンの間で切り換えられるときに、前記第１ゾーンまたは第２ゾーンのいずれから前記嫌気性ゾーンに汚水を交互にリサイクルする工程を含むことを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
【請求項８】
第１反応器と、第２反応器と、一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタをその中に含む下流の第３の好気性反応器と、を利用して汚水を硝化および脱窒素するプロセスであって、
ａ）汚水の流入液を前記第１反応器および前記第２反応器に交互に送る工程と、
ｂ）ある時に前記第１反応器が硝化作用を行いかつ前記第２反応器が脱窒素作用を行い、別のある時に前記第１反応器が脱窒素作用を行いかつ前記第２反応器が硝化作用を行うように、前記第１反応器および前記第２反応器中の前記汚水を交互に硝化および脱窒素する工程と、
ｃ）前記第１反応器または前記第２反応器から前記一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタをその中に含む下流の第３の好気性反応器に流入液を交互に送る工程と、
ｄ）前記汚水を前記浸漬された膜フィルタに送り、前記汚水を濾過された流出液と活性汚泥とに分離することによって、前記下流の第３の好気性反応器中の前記汚水を濾過する工程と、
ｅ）前記浸漬された膜フィルタからの前記濾過された流出液をポンプで汲み上げる工程と、
ｆ）前記浸漬された膜フィルタを有する前記下流の第３の好気性反応器からその中で濾過された活性汚泥を前記汚水を硝化するために作用する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの１つに戻す工程と、
ｇ）硝化ゾーンおよび脱窒素ゾーンとして交互に維持されている前記第１反応器および前記第２反応器から前記汚水を上流の嫌気性ゾーンに送り、前記嫌気性ゾーンから前記第１反応器および前記第２反応器に前記汚水を送ることによって、前記汚水からリンを除去する工程と、
を有することを特徴とするプロセス。
【請求項９】
前記汚水を処理するプロセスの間に、前記第１反応器および前記第２反応器のいずれかが前記汚水を硝化および脱窒素するの間で切り換え、
前記下流の第３の好気性反応器と、前記第１反応器および前記第２反応器のいずれかとの間に戻り活性汚泥ラインが提供され、
前記戻り活性汚泥の流れは、前記戻り活性汚泥が前記汚水を硝化する前記第１反応器または前記第２反応器にリサイクルされるように、２つの前記戻り活性汚泥ラインの間で切り換えられることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記プロセスの間、前記汚水を脱窒素する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの１つの反応器から前記汚水を硝化する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの他の反応器に汚水を送ることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記汚水を硝化する前記反応器中の汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
【請求項１２】
第１反応器と、第２反応器と、一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタを有する下流の第３の好気性反応器と、を利用して汚水を硝化および脱窒素するプロセスであって、
ａ）汚水の流入液を前記第１反応器および前記第２反応器に交互に送る工程と、
ｂ）ある時に前記第１反応器が硝化作用を行いかつ前記第２反応器が脱窒素作用を行い、別のある時に前記第１反応器が脱窒素作用を行いかつ前記第２反応器が硝化作用を行うように、前記第１反応器および前記第２反応器中の前記汚水を交互に硝化および脱窒素する工程と、
ｃ）前記第１反応器または前記第２反応器から前記一つまたはそれ以上の浸漬された膜フィルタをその中に含む下流の第３の好気性反応器に流入液を交互に送る工程と、
ｄ）前記汚水を前記浸漬された膜フィルタに送り、前記汚水を濾過された流出液と活性汚泥とに分離することによって、前記下流の第３の好気性反応器中の前記汚水を濾過する工程と、
ｅ）前記浸漬された膜フィルタからの前記濾過された流出液をポンプで汲み上げる工程と、
ｆ）前記浸漬された膜フィルタを有する前記下流の第３の好気性反応器からその中で濾過された活性汚泥を前記汚水を硝化するために作用する前記第１反応器または前記第２反応器のうちの１つに戻す工程と、
ｇ）硝化ゾーンおよび脱窒素ゾーンとして交互に維持されている前記第１反応器および前記第２反応器から前記汚水を上流の嫌気性ゾーンに送り、前記嫌気性ゾーンから前記第１反応器および前記第２反応器に前記汚水を送ることによって、前記汚水からリンを除去工程とを有し、
ｈ）前記プロセスは、少なくとも４つのフェーズを有し、
i）第１のフェーズでは、
汚水の流入液は、無酸素条件下に維持され前記汚水を脱窒素するために作用する前記第１反応器に送られ、
前記第１反応器中の前記汚水は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第２反応器に送られ、
前記第２反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記第３の好気性反応器で前記浸漬された膜フィルタが前記汚水を透過水と活性汚泥とに分離し、前記活性汚泥の一部は、好気性条件下で作動している前記第２反応器に戻され、
ii）第２フェーズでは、
汚水の流入液は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第２反応器に送られ、一方、前記第１反応器は好気性条件下に維持され、
前記第２反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記第３の好気性反応器で前記汚水は、前記浸漬された膜フィルタによって透過水と戻り活性汚泥とに分離され、前記戻り活性汚泥が前記下流の第３の好気性反応器から前記第２反応器に送られ、
iii）第３フェーズでは、
前記汚水の流入液は、無酸素条件下に維持されその中で前記汚水を脱窒素する前記第２反応器に送られ、
前記第２反応器中の前記汚水は、好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化する前記第１反応器に送られ、
前記第１反応器からの前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記下流の第３の好気性反応器で前記汚水は、前記浸漬された膜フィルタによって透過水と戻り活性汚泥とに分離され、前記戻り活性汚泥が前記下流の第３の好気性反応器から前記第１反応器に送られ、
iv）第４フェーズでは、
汚水の流入液は、好気性条件下に維持され前記汚水をその中で硝化する前記第１反応器に送られ、一方、前記第２反応器は好気性条件下に維持されその中で前記汚水を硝化し、
前記第１反応器中の前記汚水は、前記下流の第３の好気性反応器に送られ、前記下流の第３の好気性反応器で前記浸漬された膜フィルタが前記汚水を透過水と戻り活性汚泥とに分離し、前記戻り活性汚泥は、前記下流の第３の好気性反応器から前記第１反応器に送られる、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項１３】
前記汚水の滞留時間が約２〜６時間であることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記第１フェーズにおいて、汚水は前記第１反応器から前記第２反応器に送られ、前記第３フェーズにおいて、汚水は前記第２反応器から前記第１反応器に送られることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１５】
無酸素条件がその中で維持されている前記第１反応器あるいは前記第２反応器から前記嫌気性反応器に汚水をリサイクルする工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載のプロセス。
【国際調査報告】
2009522101.tif 000008