(57)【要約】含炭素化合物及び少なくとも１種の微量汚染物質を含む廃水１０４から当該微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する方法２００、３００、４００は、ａ：廃水１０４を主流１０５と副流１０６に分割するステップ、ｂ：主流１０５を細菌で処理して、含炭素化合物の含有量を減少させて、微量汚染物質を含む欠乏廃水１０７を供給するステップ、ｃ：欠乏廃水１０７を微量汚染物質の分解能力を有する微生物の第２の部分１６２で処理して、当該微量汚染物質を除去し、それにより処理水１７０を供給するステップであって、微生物の第２の部分１６２が、当該部分１６２を欠乏廃水１０７の処理に使用する前に副流１０６をそれに供給することによって富化されるステップ、ｄ：微量汚染物質の分解能力を有する微生物の第１の部分１６１に副流１０６を供給して、当該微量汚染物質を除去する欠乏廃水１０７の処理にその後使用するためにそれらを富化するステップを含む。【選択図】図３
2019512380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含炭素化合物及び少なくとも１種の微量汚染物質を含む廃水（１０４）から少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する方法（２００、３００、４００）であって、
（ａ）前記廃水（１０４）を主流（１０５）と副流（１０６）に分割するステップ、
（ｂ）主流（１０５）を細菌で処理して、含炭素化合物の含有量を減少させて、少なくとも１種の微量汚染物質を含む欠乏廃水（１０７）を供給する、ステップ、
（ｃ）前記欠乏廃水（１０７）を前記少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第２の部分（１６２）で処理して、前記少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去し、それによって処理水（１７０）を供給する、ステップであって、前記微生物の第２の部分（１６２）が、前記微生物の第２の部分（１６２）を前記欠乏廃水（１０７）の処理に使用する前に前記副流（１０６）をそれに供給することによって富化される、ステップ、及び
（ｄ）前記少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第１の部分（１６１）に前記副流（１０６）を供給して、前記少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する前記欠乏廃水（１０７）の処理にその後使用するためにそれらを富化する、ステップ
を含む、方法（２００、３００、４００）。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、
ｉ．）有機化合物を除去するために前記主流（１０５）を細菌（１３０）で処理するステップ、
ｉｉ．）前記主流（１０５）を細菌で好気条件（１４０）下で処理して、ＮＨ４＋をＮＯ３−に酸化するステップ、及び／又は
ｉｉｉ．）前記主流（１０５）を細菌で嫌気条件（１５０）下で処理して、ＮＯ３−をＮ２に転化するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、
ｉ．）有機化合物を除去するために前記主流（１０５）を細菌（１３０）で処理するステップ、
ｉｉ．）ステップｉ）から生じる流れを細菌で好気条件（１４０）下で処理して、ＮＨ４＋をＮＯ３−に酸化するステップ、及び
ｉｉｉ．）ステップｉｉ）から生じる流れを細菌で嫌気条件（１５０）下で処理して、ＮＯ３−をＮ２に転化するステップ、
の連続ステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、どちらも前記少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する、微生物の第３の部分（１６３）と連続した微生物の第２の部分（１６２）で前記欠乏廃水（１０７）を処理し、それによって処理水（１７０）を供給し、前記微生物の第１の部分（１６１）は、前記副流（１０６）を供給することによって富化されている、ステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項５】
前記少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する前記微生物の部分（１６１、１６２、１６３）は、曝気される、又は曝気されない、又は曝気されると曝気されないの組合せである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項６】
前記副流（１０６）がステップ（ｄ）において微生物（１６１、１６２又は１６３）を育てるために使用された後に、含炭素化合物の含有量を減少させるために細菌で処理するステップ（ｂ）において前記副流（１０６）は前記主流（１０５）に戻される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項７】
前記微生物（１６１、１６２、１６３）は懸濁担体エレメント（１０８）上で増殖される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記方法は、少なくとも２つのサイクルを含み、第１のサイクルにおいて、前記欠乏廃水（１０７）を処理するために前記微生物の第２の部分（１６２）が使用され、前記副流（１０６）を処理するために前記微生物の第１の部分（１６１）が使用され、第２のサイクルにおいて、前記欠乏廃水（１０７）を処理するために前記微生物の第１の部分（１６１）が使用され、前記副流（１０６）を処理するために前記微生物の第２の部分（１６２）が使用される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項９】
前記方法は、少なくとも３つのサイクルを含み、第１のサイクルにおいて、前記欠乏廃水（１０７）を処理するために前記微生物の第２の部分（１６２）、続いて前記微生物の第３の部分（１６３）が使用され、前記副流（１０６）を処理するために前記微生物の第１の部分（１６１）が使用され、第２のサイクルにおいて、前記欠乏廃水（１０７）を処理するために前記微生物の第１の部分（１６１）、続いて前記微生物の第２の部分（１６２）が使用され、前記副流（１０６）を処理するために前記微生物の第３の部分（１６３）が使用され、第３のサイクルにおいて、前記欠乏廃水（１０７）を処理するために前記微生物の第３の部分（１６３）、続いて前記微生物の第１の部分（１６１）が使用され、前記副流（１０６）を処理するために前記微生物の第２の部分（１６２）が使用される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１０】
前記方法は、請求項１のステップ（ｃ）及び（ｄ）に使用される、少なくとも２つの異なる反応器ステージ（１６４及び１６５）、好ましくは少なくとも３つの異なる反応器ステージ（１６４、１６５及び１６６）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の微量汚染物質は、合成ホルモン、鎮痛剤、脂質制御剤、β遮断薬、抗生物質、抗うつ薬、鎮痛薬、抗てんかん、精神刺激薬などの医薬品又は医薬品からの代謝産物；Ｘ線造影剤（ヨウ素化Ｘ線造影剤）などの医療用製品；ホルモン、抗生物質などの獣医医薬品；成長促進剤などの動物飼料添加物；遮光剤／紫外線遮断剤、抗酸化剤、防腐剤、抗菌剤、ニトロ及び多環ムスク、消毒副生物、防虫剤などのパーソナルケア製品（ＰＣＰ）；除草剤、殺虫剤、殺真菌剤、殺生物剤などの殺生物剤；又は難燃剤、抗酸化剤、可塑剤、配位化合物、腐食防止剤、冷却剤、焼却生成物などの工業化学物質からなる群から選択される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の微量汚染物質は、スルファジアジン（スルファメトキサゾール、ＡＣ−スルファジアジン、スルファジアジン）、ジクロフェナク、プロプラノロール、スルファメチゾール、ベンラファキシン、カルバマゼピン、イオプロミド、イオヘキソール、イオパミドール、イオメプロール、シタロプラム、アテノロール、メトプロロール、プロプラノロール、ソタロール、トリメトプリム、シプロフロキサシン、トラマドール、１７ａ−エチニルエストラジオール、クラリスロマイシン、エリスロマイシン、ロキシスロマイシン、ジアトリゾ酸、フェナゾン、１７ａ−エチニルエストラジオールイブプロフェン、ナプロキセン、ベザフィブラート、フェノフィブリック酸、クロフィブリン酸、カフェイン、エキシオプロミド、酢酸トレンボロン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ヒ素ロキサルソン、メチルベンジリデンショウノウ（４−ＭＢＣ）、ヒドロキシ安息香酸、トリクロサン、トナリド（ＡＨＴＮ）、Ｎ−ニトロソジメチル−アミン（ＮＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ−ジエチル−メタトルアミド（ＤＥＥＴ）、アラクロール、アトラジン、ベンタゾン、２，４Ｄ、ジウロン、カルバリル、ディルドリン、ジクロロジフェニルトリクロロエタン（ＤＤＴ）、ビンクロゾリントリブチルスズ（ＴＢＴ）、臭素化ジフェニルエーテル（ＰＢＤＥ）、ノニルフェノール（ＮＰ）、ビスフェノールＡ、ペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）、ペルフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、エチレン−ジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ベンゾトリアゾール（ＢＴＳＡ）、ダイオキシン及び多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）からなる群から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１３】
前記欠乏廃水（１０７）は、生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が０〜１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は０〜５０ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は好ましくは０〜１０ｇＯ２／ｍ３／５ｄである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１４】
前記副流（１０６）廃水の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄより高い、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【請求項１５】
前記生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄより高く調節するために、メタノール、エタノールなどの炭素添加物がステップ（ａ）の前記副流（１０６）廃水に添加される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法（２００、３００、４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬品残留物などの微量汚染物質を廃水から除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医薬品残留物、他の新生物質などの微量汚染物質は、既存の処理プロセスによって極めて限定された程度にしか廃水から除去されない。微量汚染物質は、一般に、現代の下水処理施設（ＳＴＰ：ｓｅｗａｇｅ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｔ）を通過し、最後には水及び汚泥を受け入れる。幾つかの研究では、水生生物に有害なレベルで水及び汚泥を受け入れる微量汚染物質濃縮物が検出された。
【０００３】
「微量汚染物質」という用語は、その有毒で、残留性で、生物蓄積的な性質が環境及び／又は生物に対して（例えば、水域環境における内分泌作用物質による魚の雌性化）、更には人の健康に対しても負の効果を有し得る有機又は無機物質に関する。微量汚染物質は、環境中に少量で発生する微量化合物である。それらは、我々が家や産業界で毎日消費する多数の製品（薬物、化粧品、植物衛生製品、殺虫剤など）中に存在する。
【０００４】
多種多様なクラスの微量汚染物質が存在する。その中には、避妊薬、鎮痛剤、脂質制御剤、ベータ遮断薬、抗生物質、精神安定薬、精神刺激薬などの医薬品が含まれる。２００，０００種を超える薬物及び健康製品が、米国、カナダ、欧州連合、日本などの国々で登録されている。廃水及び地表水においては、人及び獣医用医薬品は、一般に、ｎｇ／Ｌの低い範囲の濃度（例えば、合成ホルモン）、ｎｇ／Ｌの低い〜高い範囲の濃度（例えば、β遮断薬、抗生物質及び抗てんかん薬）、及び数百ｎｇ／Ｌの濃度（例えば、鎮痛剤、脂質制御剤及びＸ線造影剤）まで生じる。しかし、パーソナルケア製品（ＰＣＰ：ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｃａｒｅ  ｐｒｏｄｕｃｔ）、殺生物剤、工業化学物質などの多数の他のクラスも存在する。人工微量汚染物質のほかに、藻類毒素（例えば、ニコチン）、マイコトキシン、ピレトリンなどの少量の天然毒物が存在し、生物に影響を及ぼし得る。
【０００５】
現行の下水処理施設処理技術は、通常、微量汚染物質を除去することができない。微量汚染物質を除去する活性炭濾過などの吸着材料を用いた微量汚染物質含有廃水の物理的三次処理は、当該技術分野で公知である。しかし、活性炭は、可溶性微量汚染物質を廃水から除去することができるが、炭素からの微量汚染物質の分離及び処分が次に必要になる。オゾンなどの酸化剤を用いた高度な酸化は費用がかかり、微量汚染物質の酸化は、潜在的により有毒であり処分前に更なる処理を必要とする新しい化合物を生じ得る。
【０００６】
微量汚染物質の微生物分解は、オゾン処理及び活性炭に付随する欠点を解決するエネルギー効率のよい解決策として提案されている。
【０００７】
メンブレン生物反応器、移動層生物膜反応器（ＭＢＢＲ：ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ  ｂｉｏｆｉｌｍ  ｒｅａｃｔｏｒ）などの一般に汚泥滞留時間の長い技術による微量汚染物質の微生物分解は、微量汚染物質を除去する見込みがある。しかし、生物システムを用いた微量汚染物質除去の三次処理の実行は、分解に利用可能な微生物バイオマスの量及び廃水中の低濃度の微量汚染物質の維持を含めた要因によって制限されている。そしてこれは、低い微量汚染物質除去率をもたらす。
【０００８】
特許文献１は、処理される濾液内に浮遊する浮揚性媒体ペレットの層を有するバイオリアクターを開示する。バイオリアクターを使用して、微生物及び藻類を種々の目的で培養する。
【０００９】
特許文献２は、生物学的水処理のための浄化装置用フィルターエレメントを開示する。該フィルターは、片側又は両側が開いた浅い皿型の本体上に常在する好気性微生物によって水が処理される生物学的処理ステージを有する。
【００１０】
特許文献３は、担体表面積を拡大し、微生物の付着及び増殖に有益であり、生物膜と酸素の接触率を増加させる移動層生物膜反応器用微生物懸濁媒体を開示する。
【００１１】
特許文献４は、アンモニウムを廃水の流れから除去するプロセスを開示する。該プロセスは、アンモニウム酸化細菌（ＡＯＢ：ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ  ｂａｃｔｅｒｉａ）及び嫌気性アンモニウム酸化細菌（ＡＮＡＭＭＯＸ）を利用する。
【００１２】
非特許文献１は、廃水処理における主流のＮＯＢ抑制及び脱アンモニア処理の実現性を証明する二段階の研究を開示する。
【００１３】
微量汚染物質を廃水から除去する改善された廃水処理方法が依然必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第００／１５５６５Ａ２号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１  ４３１  ２５２Ａ２号
【特許文献３】中国実用新案登録出願第２０１８９６１０１号
【特許文献４】国際公開第２０１３／１５１８３６Ａ１号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｐｕｓｋｅｒ  Ｒｅｇｍｉら：ＮＯＢ  Ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ  Ｎｉｔｒｉｔｅ−Ｓｈｕｎｔ  ａｎｄ  Ｄｅａｍｍｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｉｌｏｔ  Ｓｔｕｄｙ．ＷＥＦＴＥＣ  ２０１３．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｗａｔｅｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ，ＷＥＦＴＥＣ  ２０１３：Ｓｅｓｓｉｏｎ  ２６  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｅｓｓｉｏｎ  ３４，ｐｐ．１９５９−１９８１（２３）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、含炭素（ｃａｒｂｏｇｅｎｏｕｓ）化合物及び少なくとも１種の微量汚染物質を含む廃水から少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する方法を提供することによって、上記欠陥の１つ以上などの少なくとも１つを緩和、軽減、回避又は排除しようとするものである。該方法は、（ａ）廃水を主流と副流に分割するステップ、（ｂ）主流を細菌で処理して、含炭素化合物の含有量を減少させて、少なくとも１種の微量汚染物質を含む欠乏廃水（ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ）を供給するステップ、（ｃ）欠乏廃水を少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第２の部分で処理して、少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去し、それによって処理水を供給するステップであって、微生物の第２の部分が、微生物の第２の部分を欠乏廃水の処理に使用する前に副流をそれに供給することによって富化されるステップ、及び（ｄ）少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第１の部分に副流を供給して、少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する欠乏廃水の処理にその後使用するためにそれらを富化するステップを含む。更に有利な実施形態は、以下及び添付の特許請求の範囲に開示されている。
【００１７】
本発明が可能とするこれら及び他の態様、特徴及び効果は、添付図面を参照して、本発明の実施形態の以下の記述から明白であり、明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】廃水を処理する先行技術の方法を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図３】本発明の別の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図４Ａ】本発明の別の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の別の一実施形態に係る廃水を処理する方法を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａ〜図４Ｂの方法に従って処理された廃水の経時的な種々の微量汚染物質の濃度を示す図である。
【図５Ｂ】図４Ａ〜図４Ｂの方法に従って処理された廃水の経時的な種々の微量汚染物質の濃度を示す図である。
【図６Ａ】本発明の方法に従って処理された廃水１リットル当たりのバイオマス１グラム当たりの微量汚染物質除去速度定数（ｋｂｉｏ）を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の方法に従って処理された廃水１リットル当たりのバイオマス１グラム当たりの微量汚染物質除去速度定数（ｋｂｉｏ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の記述は、廃水を処理して微量汚染物質を除去する方法に適用可能な本発明の３つの実施形態に焦点を合わせる。しかし、本発明は、この適用例に限定されず、他の水源にも適用可能であることを理解されたい。
【００２０】
図１は、廃水を処理する公知の方法１００を示す。廃水の処理においては、有機物（すなわち炭素）を削減するだけでなく、富栄養化を防止するために窒素及びリン化合物の含有量も低減することが多数の排出区域で重要である。窒素を大規模に除去する最も一般的な方法は、生物学的硝化及び脱窒によるものであり、硝化細菌は、好気条件下でアンモニアを硝酸に酸化し、脱窒菌は、生成した硝酸を嫌気条件下で窒素ガスに還元する。
【００２１】
方法１００においては、原料未処理廃水を篩分１１０にかけて、毛、紙、布などの大きい物体を除去する。篩分１１０には、棒篩を利用することができる。次いで、廃水を沈降及び／又は濾過１２０に供し、篩分１１０を通過したより小さい粒子を除去する。沈降及び／又は濾過１２０は、重力の影響下で沈降ユニット又は濾過ユニットによって行うことができる。可溶性有機物は、篩分１１０及び沈降１２０によってほとんど除去されない。したがって、次いで、廃水を好気条件１３０下で生物学的酸化に供し、炭素分を二酸化炭素及び水に転化する。新しいバイオマスを蓄積する同化作用に使用されない残留アンモニアは、アンモニアを亜硝酸に酸化するアンモニウム酸化細菌、更に亜硝酸を硝酸に酸化する亜硝酸酸化細菌を含めて、硝化細菌による酸化を必要とする。好気性硝化ステップ１４０においては、汚泥に含まれる細菌、又は担体エレメント（図示せず）上で供給される細菌は、有機化合物を消費し、アンモニウムを酸化して硝酸ＮＯ３−にする。有機化合物を酸化し、アンモニウムを硝酸に酸化するには酸素が必要なので、硝化ステップ１４０は、汚泥及び廃水を含む容器を通してポンプ輸送される空気に依存する。硝化細菌は、増殖の遅い独立栄養細菌であり、そのため、硝化細菌が増殖の早い従属栄養細菌によって打ち負かされないように、硝化１４０のための分離したステージ（単数又は複数）を設けるのが一般的である。しかし、有機炭素酸化と硝化のどちらも、平均汚泥滞留時間（ＳＲＴ：ｓｌｕｄｇｅ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）が十分長い場合には、同じステージで起こり得る。硝化ステージで生成された硝酸は、次いで、嫌気性脱窒ステージ１５０で脱窒される。このステップは、嫌気条件下で、すなわち酸素なしで起こり、硝酸をＮ２に還元するために例えば生分解性有機物（ＣＨ）の形の電子供与体も必要とする。脱窒ステージ１５０が硝化ステージ１４０の後にあるときには、前の好気性酸化のために、脱窒に必要な天然に利用可能な生分解性可溶性炭素が極めて少なく、一般に必要とされる脱窒には不十分である。メタノール、エタノールなどの外部炭素源を添加することによって、高い脱窒速度を得ることができ、硝酸の低流出濃度を得ることができる。しかし、外部炭素源は、しばしば高価であり、運転費が高くなる。したがって、硝化廃水が内部再循環によって戻される好気性ステージ（単数又は複数）の前に嫌気条件の前脱窒ステージを含むことが一般的である。このようにして、天然に存在する炭素が、外部添加炭素源の代わりに、又はそれに加えて、炭素源として使用される。欠点は、後脱窒ステージ（単数又は複数）に比べて前脱窒ステージ（単数又は複数）で得られる脱窒速度が遅いことである。前脱窒のみで低流出硝酸濃度を得るには、高い内部再循環流量が必要であるが、多量の電気を必要とする大型内部ポンプ設置、反応器ステージを通してのよりはるかに高い水力負荷などの欠点がある。方法１００においては、処理水１７０は、脱窒ステージ１５０後に得られる。下記実施形態においては、方法１００に従って処理された水を欠乏廃水１０７と称する。というのは、処理水中の栄養素レベルが極めて低いからである。一実施形態においては、欠乏廃水（１��７）は、０〜１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は０〜５０ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は好ましくは０〜１０ｇＯ２／ｍ３／５ｄの生化学的酸素要求量（ＢＯＤ：ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｍａｎｄ）によって定義される。一実施形態においては、欠乏廃水（１０７）は、０〜１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は０〜５０ｇＯ２／ｍ３／５ｄ、又は好ましくは０〜１０ｇＯ２／ｍ３／５ｄの生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、０〜２００ｍｇ（Ｎ）／ｌ、又は０〜５０ｍｇ（Ｎ）／ｌ、又は好ましくは０〜２０ｍｇ（Ｎ）／ｌのアンモニウム（ＮＨ４＋）濃度、及び０〜２００ｍｇ（Ｎ）／ｌ、又は０〜５０ｍｇ（Ｎ）／ｌ、又は好ましくは０〜２０ｍｇ（Ｎ）／ｌのＮＯ２−濃度によって定義される。
【００２２】
廃水からのリンは、細菌細胞増殖に必要なリンに加えて、化学促進沈殿若しくは強化生物学的リン除去（ＥＢＰＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ｒｅｍｏｖａｌ）、又は両方の組合せで除去することができる。
【００２３】
化学促進方法は、鉄、アルミニウムなどの金属塩を廃水に添加して、可溶性リンを沈殿させるステップを含む。これは、一次処理の一部として行うことができ、前沈降又はフィルターユニット中で一次固体を用いて化学汚泥を除去するか、又は後処理の一部として行うことができ、化学物質が生物学的ステージからの流出廃水に添加され、沈降又はフィルターユニット中で化学汚泥として除去される。同時沈殿を適用することもでき、化学物質が生物学的ステージ（単数又は複数）に添加され、化学及び生物汚泥が沈降ユニット中で分離され、余剰汚泥としてプロセスから排出される。ＥＢＰＲプロセスにおいては、リン酸蓄積生物（ＰＡＯ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ  ｏｒｇａｎｉｓｍｓ）の富化は、酸素、硝酸などの電子受容体が存在しない嫌気条件と酸素又は硝酸がリン酸吸収に使用される好気又は嫌気条件に細菌を交互に曝露することによって得られる。
【００２４】
現行の下水処理施設は、微量汚染物質を満足なレベルまで除去することができない。下水処理施設においては、微量汚染物質は、廃水に溶解し、又は汚泥に吸着し、化学又は生化学プロセス（加水分解、酸化、光分解など）によってある程度分解することができ、酵素的に生体内変化することができる。例えば、窒素除去中、微量汚染物質をある程度除去することもできるということが見いだされた。しかし、現行の下水処理施設においては、種々の微量汚染物質を廃水から完全に除去するにはこれは不十分である。
【００２５】
微量汚染物質は、バイオマス増殖を維持するには低すぎる濃度で廃水中に見られるので、一般に「非増殖基質」として認識されている。したがって、微量汚染物質の生体内変化は、共代謝のプロセスによって主に行われ、非増殖基質の除去は、バイオマス増殖を維持する一次基質（すなわちＣＯＤ、栄養素）の存在を必要とする。さらに、共代謝は、「酵素及び補因子の特異性の欠如」の結果であり、微量汚染物質の生体内変化は、「意図された」（共代謝的）分解反応の結果である。一次基質と微量汚染物質は、非特異的酵素の同じ活性中心を奪い合う。
【００２６】
共代謝は、微量汚染物質の主除去経路と見られるが、多数の研究は、微生物が微量汚染物質を唯一のエネルギー及び炭素源として利用する有機化合物の直接代謝を調査している。スフィンゴモナスの培養は、イブプロフェンを唯一の炭素源として分解することができ、ノボスフィンゴビウムＪＥＭ−１は、エストラジオール（Ｅ２）を分解できることが見いだされた。しかし、微量汚染物質は、一般に、代謝によって除去するには低すぎる濃度で存在する。
【００２７】
本発明においては、上記及び他の問題が、微量汚染物質の生物学的除去のための本発明によって解決され、又は少なくとも軽減され、微量汚染物質除去のための生物学的プロセスにおける細菌は、高含有量の易生分解性炭素源に周期的に曝露され、低含有量の易生分解性炭素源を含む廃水の流れ（すなわち欠乏廃水１０７）に周期的に曝露され、それによって微量汚染物質除去を促進する条件が提供される。
【００２８】
嫌気段階中、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ：ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｆａｔｔｙ  ａｃｉｄｓ）などの易生分解性炭素源は、細菌によって吸収され、ポリヒドロキシアルカン酸（ＰＨＡ：ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙ  ａｌｃａｎｏｉｃ  ａｃｉｄｓ）として内部に貯蔵される。嫌気条件下でＰＨＡ貯蔵に必要なエネルギーは、前もって貯蔵されたポリリン酸及びグリコーゲンの切断から得られる。ＰＨＡに富む細菌が嫌気又は好気条件に入ると、ＰＨＡが細胞増殖並びにポリリン酸及びグリコーゲンの再貯蔵のための炭素源として使用される。
【００２９】
易生分解性炭素への曝露は、生物反応器（単数又は複数）への水流を生分解性炭素の少ない微量汚染物質除去のための水（すなわち欠乏廃水１０７）から易生分解性炭素含有量のはるかに高い水に一時的に切り換えることによって、又は水ではなく、好ましくは、ただしそれだけではないが、移動層生物膜反応器（ＭＢＢＲ）中の懸濁担体などの支持媒体上の生物膜として存在する、細菌を、水がはるかに高い含有量の易生分解性炭素を含む新しい容器に移すことによって、行うことができる。
【００３０】
どちらの場合も、細菌などの飢餓／欠乏微生物を易生分解性炭素に供給する重要な利点は、生分解性炭素が少なく、限定された条件下で微量汚染物質除去を改善するために、吸着、吸収及び増殖によって有機基質（単数又は複数）を供給する。提示したスキームでは、炭素源を、例えば、処理ラインの初期ステップにおいて生物学的未処理廃水（ここでは副流１０６廃水と呼ぶ）から処理ラインの下流部に、初期の高濃度の微量汚染物質、窒素及びリンを伴わずに、移送することができる。したがって、本発明においては、廃水は、処理ラインの初期ステップの前の、又は初期ステップにおける、生物学的未処理廃水の副流１０６と、細菌で処理されて、含炭素化合物の含有量を減少させて、欠乏廃水１０７を供給する主流１０５とに分割される。微量汚染物質の含有量がまだ高い欠乏廃水を、次いで、少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する細菌などの微生物で処理して、少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去し、処理水１７０を供給する。細菌などの微生物が、生存可能な培養物を維持し、微量汚染物質を欠乏水１０７から効果的に除去することができるように、微量汚染物質除去のための生物学的プロセスにおける微生物は、高含有量の生分解性炭素に周期的に曝露される。
【００３１】
したがって、一実施形態においては、少なくとも１種の微量汚染物質を廃水１０４から含炭素化合物と一緒に少なくとも部分的に除去する方法２００、３００、４００を提供する。図２〜図４を参照して、該方法は、（ａ）廃水１０４を主流１０５と副流１０６に分割するステップ、（ｂ）主流１０５を細菌で処理して、含炭素化合物の含有量を減少させて、少なくとも１種の微量汚染物質を含む欠乏廃水１０７を供給するステップ、（ｃ）欠乏廃水１０７を少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第２の部分１６２で処理して、少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去し、それによって処理水１７０を供給するステップであって、微生物の第２の部分１６２が、微生物の第２の部分１６２を欠乏廃水１０７の処理に使用する前に副流をそれに供給することによって富化されるステップ、及び（ｄ）少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の第１の部分１６１に副流１０６を供給して、少なくとも１種の微量汚染物質を少なくとも部分的に除去する欠乏廃水１０７の処理にその後使用するためにそれらを富化するステップを含む。
【００３２】
副流１０６の栄養素レベルは、細菌などの微生物を育てるのに十分な高さでなければならず、したがって高レベルの生分解性炭素を有する。これは、所与の水試料中に存在する有機材料をある温度で特定の期間（ここでは、５日間及び２０℃））分解するのに好気性生物によって必要とされる溶存酸素の量として測定される。したがって、一実施形態においては、副流１０６廃水の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は、欠乏廃水１０７の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）より高い。一実施形態においては、副流１０６廃水の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は、生分解性炭素のレベルを含めて、１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄよりも高い。
【００３３】
一実施形態においては、副流１０６がステップ（ｄ）において微生物１６１、１６２又は１６３を育てるために使用された後に、含炭素化合物の含有量を減少させるために細菌で処理するステップ（ｂ）において副流１０６が主流１０５に戻される。
【００３４】
生物学的未処理廃水を生分解性炭素の供給源として使用する代替として、外部炭素用量を炭素上の欠乏した微生物に一時的に供給することができる。したがって、一実施形態においては、メタノール、エタノールなどの炭素添加物を副流１０６廃水に添加して、生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を少なくとも１００ｇＯ２／ｍ３／５ｄに調節する。
【００３５】
細菌、真菌などの微量汚染物質除去用微生物は、エネルギー再生のために、又は増殖のための構成要素として、若しくは増殖の好都合な条件を作成する別の方法として、微量汚染物質を代表とする化合物を利用する独特の能力を有する。数千の異なる人工化合物を代表とする多種多様な化合物は、生物学的処理システムにおいて確立された複合微生物系に直接影響を及ぼす。異なる微生物は、微生物ゲノム及び環境条件によって与えられる、微量汚染物質を分解する能力が異なるので、微量汚染物質を含む各廃水は、廃水が同一組成の微量汚染物質を含むことがないため、独特の複合微生物系を生じる。しかし、すべての生物系で共通するのは、微生物は、最大限の増殖を最低限の要件で与える化合物を主に選択するということであり、そのため、より好都合な基質が消費されたときに、処理のより困難な微量汚染物質の分解が最初に開始される。微量汚染物質は、一般に低濃度で存在し、エネルギー又は構成要素の得られる利点に比べて高いエネルギー入力を微生物に必要とし、そのため、増殖速度がかなり低下する。
【００３６】
したがって、微量汚染物質除去用微生物は、処理される廃水中の微量栄養素に合わせて自動的に調整される。これの重要な結果は、本発明の方法が新しい微量汚染物質のために働き、新しい微量汚染物質に適応することである。多数の微量汚染物質は、「新興混入物」、すなわち、環境中で最近分析され、同定された混入化学物質である。新興混入物は、公知一次汚染物質の削減の成功、分析技術の進歩、新しい化合物の開発及び製造からの新しい危険化合物の出現、又は消毒薬、日焼け止め／ＵＶフィルター、全フッ素置換化合物、臭素化難燃剤などの出所からの混入物の緩慢な蓄積のために発見されることもある。多様な新規化学物質が毎年開発されるので、新しい危険化合物が出現し続けている。
【００３７】
微量汚染物質除去に加えて、更なる利点は、窒素及びリン除去が促進された本発明の方法で得られ、微量汚染物質除去を後脱窒及び／又はリン酸蓄積生物（ＰＡＯ）を用いたリン除去の促進と組み合わせて改善することができる。したがって、欠乏廃水１０７がより高レベルの窒素及びリンを含む場合、微量汚染物質除去用微生物は、後脱窒及び／又はＰＡＯを用いたリン除去の促進を含むように調整されてもよい。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｂにおいては、本発明の方法を用いた実験を要約する。廃水処理施設からの流出物、及び希釈原料廃水を使用した４か月の連続運転後、１７種の処理の困難な添加医薬品（濃度３．４３〜１９，３２ｕｇ／Ｌ）を除去のために廃水処理施設からの流出物に添加した。医薬品は、試験中に使用されるなどの共同廃水中にしばしば存在する一般的な微量汚染物質から選択された。４か月の運転後、図５Ａ〜図５Ｂに見られるように、１７種の化合物のうち１４種は２０％超まで分解したことが分かった。驚くべきことに、分解しにくいことが知られている非ステロイド性抗炎症薬（ＮＳＡＩＤ）ジクロフェナクなどの薬物でさえ、部分的に除去された１４種の化合物に含まれた（図５Ａ参照）。
【００３９】
一実施形態においては、少なくとも１種の微量汚染物質は、合成ホルモン、鎮痛剤、脂質制御剤、β遮断薬、抗生物質、抗うつ薬、鎮痛薬、抗てんかん、精神刺激薬などの医薬品又は医薬品からの代謝産物；Ｘ線造影剤（ヨウ素化Ｘ線造影剤）などの医療用製品；ホルモン、抗生物質などの獣医医薬品；成長促進剤などの動物飼料添加物；遮光剤／紫外線遮断剤、抗酸化剤、防腐剤、抗菌剤、ニトロ及び多環ムスク、消毒副生物、防虫剤などのパーソナルケア製品（ＰＣＰ）；除草剤、殺虫剤、殺真菌剤、殺生物剤などの殺生物剤；又は難燃剤、抗酸化剤、可塑剤、配位化合物、腐食防止剤、冷却剤、焼却生成物などの工業化学物質からなる群から選択される。更なる一実施形態においては、少なくとも１種の微量汚染物質は、スルファジアジン（スルファメトキサゾール、ＡＣ−スルファジアジン、スルファジアジン）、ジクロフェナク、プロプラノロール、スルファメチゾール、ベンラファキシン、カルバマゼピン、イオプロミド、イオヘキソール、イオパミドール、イオメプロール、シタロプラム、アテノロール、メトプロロール、プロプラノロール、ソタロール、トリメトプリム、シプロフロキサシン、トラマドール（ｔｒａｍｏｄｏｌ）、１７ａ−エチニルエストラジオール、クラリスロマイシン（ｃｌａｒｏｔｈｒｏｍｙｃｉｎ）、エリスロマイシン、ロキシスロマイシン、ジアトリゾ酸、フェナゾン、１７ａ−エチニルエストラジオールイブプロフェン、ナプロキセン、ベザフィブラート、フェノフィブリック酸、クロフィブリン酸、カフェイン、エキシオプロミド（ｅｘｉｏｐｒｏｍｉｄｅ）、酢酸トレンボロン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ヒ素ロキサルソン、メチルベンジリデンショウノウ（４−ＭＢＣ）、ヒドロキシ安息香酸、トリクロサン、トナリド（ＡＨＴＮ）、Ｎ−ニトロソジメチル−アミン（ＮＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ−ジエチル−メタトルアミド（ＤＥＥＴ）、アラクロール、アトラジン、ベンタゾン、２，４Ｄ、ジウロン、カルバリル、ディルドリン、ジクロロジフェニルトリクロロエタン（ＤＤＴ）、ビンクロゾリントリブチルスズ（ＴＢＴ）、臭素化ジフェニルエーテル（ＰＢＤＥ）、ノニルフェノール（ＮＰ）、ビスフェノールＡ、ペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）、ペルフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、エチレン−ジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ベンゾトリアゾール（ＢＴＳＡ）、ダイオキシン及び多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）からなる群から選択される。
【００４０】
方法２００においては、廃水の流れの方向を切り換えることによる、炭素、及び窒素、リン、促進微量汚染物質除去の廃水処理プロセスが示される。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、微量汚染物質除去ステップへの交互供給による、炭素、窒素及び促進微量汚染物質除去の例示的な廃水処理プロセスの一実施形態の模式図である。３つの生物反応器ステージ１６４、１６５、１６６、並びに３つの異なる運転段階、第１段階（上図）第２段階（中央）及び第３段階（下）で例示された微量汚染物質除去。
【００４１】
処理ステージ１１０〜１５０は、方法１００及び図１に例示された従来の処理の一例と同様であり、より容易に生分解可能な微量汚染物質のみが除去される。より処理の困難な微量汚染物質は、後処理１６０で更に処理され、除去される。
【００４２】
一実施形態においては、主流１０５を処理するステップ（すなわちステップ（ｂ））は、主流を細菌で処理して、含炭素化合物の含有量を減少させて、少なくとも１種の微量汚染物質を含む欠乏廃水１０７を供給するステップを含む。一実施形態においては、主流１０５を処理して、含炭素及び含窒素化合物の含有量を減少させるステップ（すなわちステップ（ｂ））は、主流を細菌１３０で処理して、有機化合物を除去するステップ、主流を好気条件１４０下で細菌で処理して、ＮＨ４＋をＮＯ３−に酸化するステップ、及び／又は主流を嫌気条件１５０下で細菌で処理して、ＮＯ３−をＮ２に転化するステップを含む。一実施形態においては、ステップ（ｂ）は、主流を好気条件１３０下で細菌で処理して、有機化合物を除去する連続ステップを含む。主流を好気条件１４０下で細菌で処理して、ＮＨ４＋をＮＯ３−に酸化するステップ。主流を嫌気条件１５０下で細菌で処理して、ＮＯ３−をＮ２に転化するステップ。
【００４３】
水流の方向を下流微量汚染物質処理１６０に切り換える本発明を図２Ａ〜図２Ｃに例示する。１つの生物反応器ステージ１６４は、図２Ａ〜図２Ｃで見て分かるように、第１段階において一時的に主後処理ラインから外れ、処理ステージ１１０〜１５０の前に、又は場合によっては処理ステージ１１０若しくは１２０の後に、主流１０５からそれた副流１０６である、易生分解性炭素の多い生物学的未処理廃水を受ける。ステージ１６４の嫌気条件下では、ＰＨＡなどの有機貯蔵生成物の富化は、細菌などの微生物１６１内で得られる。このステージからの出口廃水は、更なる処理のために主処理ラインに戻っている。下流の微量汚染物質、窒素及びリン除去は、主処理ラインの１６５及び１６６において行われ、前の貯蔵段階（単数又は複数）からの細菌などの微生物１６２及び１６３によって得られる炭素源のために除去能力が向上する。
【００４４】
図２の例示された第２段階においては、廃水の流れの切り換えが起こり、１５０からの流出物を有機炭素に富む、ここでは細菌などの微生物１６１を有するステージ１６４に導き、その後、廃水は更なる処理のためにステージ１６５に続く。主処理ラインにおける長期の運転時間のために、利用可能な生分解性炭素が最も少ない反応器であるステージ１６６は、後処理ラインから外され、微生物１６３のための生分解性炭素供給の細菌富化のために生物学的未処理廃水が供給される。ステージ１６４が主処理ラインにおいて運転されると、ポリヒドロキシアルカン酸（ＰＨＡ）などの微生物１６１の貯蔵有機炭素が様々な代謝活動に使用される。例えば、嫌気条件下では、従属栄養細菌は、ＰＨＡを電子供与体として使用して、硝酸及び亜硝酸を窒素ガスに脱窒することができる。ＰＡＯは、リン吸収を促進するための炭素源としてＰＨＡを使用する能力を有し、これは、好気条件と嫌気条件の両方でそれぞれ酸素及び硝酸を電子受容体として起こり得る。生物学的増殖及び活性は、貯蔵ＰＨＡの使用により、共代謝を介した微量汚染物質除去の促進のための条件を与える。促進された微量汚染物質除去に加えて、促進された窒素及び／又はリン除去が同時に達成され、最大限のＰＨＡ利用効率を与えることができる。段階２のステージ１６５においては、更なる微量汚染物質、窒素及びリン除去が起こる。
【００４５】
一実施形態においては、該方法は、少なくとも２つのサイクルを含む。第１のサイクルにおいては、微生物の第２の部分１６２を使用して、欠乏廃水１０７を処理し、微生物の第１の部分１６１を使用して、副流１０６を処理する。第２のサイクルにおいては、微生物の第１の部分１６１を使用して、欠乏廃水１０７を処理し、微生物の第２の部分１６２を使用して、副流１０６を処理する。
【００４６】
主処理微量汚染物質ラインにおいて１つを超えるステージに分割すると、異なるレドックス条件（曝気又は曝気なし）を用いる利点が得られるが、除去率を最適化する利点も得られ、より高い除去率がより高い基質濃度（単数又は複数）で得られる。
【００４７】
一実施形態においては、少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する微生物の部分１６１、１６２、１６３は、曝気される、又は曝気されない、又は曝気されると曝気されないの組合せである。
【００４８】
例えば、段階２におけるステージ１６４が嫌気条件下で運転される場合、ステージ１６５は、微量汚染物質除去を促進する好気条件で、増殖及び酸素を電子受容体としたリン酸吸収の促進のために残留ＰＨＡを使用して、好気条件下で運転することができる。さらに、好気条件は、廃水中の残留アンモニウム（ＮＨ４）を亜硝酸及び硝酸に酸化する可能性を与える。アンモニウムがエネルギー供与体であり、酸素が電子受容体である、独立栄養硝化は、微量汚染物質除去の促進に好都合な条件を与える。図２の第３段階においては、反応器ステージ１６６は、出口を１５０からこのステージに切り換えることによって主処理ラインに戻され、その後、水は１６４に流れ、その後システムから流出する。反応器１６５は、サイクルを完了するために炭素貯蔵を促進するための生物学的未処理廃水が供給され、第３の段階後の次の段階は、再度第１段階である。
【００４９】
したがって、一実施形態においては、少なくとも２つの異なる反応器ステージ１６４及び１６５が微量汚染物質処理１６０のステップ（すなわちステップ（ｃ））に使用される。更なる一実施形態においては、４つ又は５つの反応器ステージなどの少なくとも３つの反応器ステージ１６４、１６５及び１６６が、微量汚染物質処理１６０のステップ（すなわちステップ（ｃ））に使用される。更なる一実施形態においては、反応器ステージ１６４、１６５及び１６６の入口を、副流１０６と、欠乏水１０７の流れと、他の反応器ステージ１６４、１６５、１６６の出口との間で切り換えることができる。同様に、ステージの出口を、更なる処理のために主処理ラインに戻る、他の反応器ステージ１６４、１６５、１６６の間で、又は処理水１７０の出口として、切り換えることができる。
【００５０】
一実施形態においては、該方法は、どちらも少なくとも１種の微量汚染物質を分解する能力を有する、微生物の第３の部分１６３と一緒に、細菌などの微生物の第２の部分１６２で欠乏廃水を処理し、それによって処理水１７０を供給し、それらに副流１０６を供給することによって微生物の第１の部分１６１が富化されているステップを含む。
【００５１】
一実施形態においては、該方法は、少なくとも３つのサイクルを含む。第１のサイクルにおいては、細菌などの微生物の第２の部分１６２、続いて微生物の第３の部分１６３を使用して欠乏廃水１０７を処理し、微生物の第１の部分１６１を使用して副流１０６を処理する。第２のサイクルにおいては、微生物の第１の部分１６１、続いて微生物の第２の部分１６２を使用して欠乏廃水１０７を処理し、微生物の第３の部分１６３を使用して副流１０６を処理する。第３のサイクルにおいては、微生物の第３の部分１６３、続いて微生物の第１の部分１６１を使用して欠乏廃水１０７を処理し、微生物の第２の部分１６２を使用して副流１０６を処理する。
【００５２】
方法３００においては、細菌などの微生物１６１、１６２、１６３を反応器ステージ１６４、１６５、１６６の間で前後に移送することによる、炭素、窒素、リン及び促進微量汚染物質除去の廃水処理プロセスを示す。図３は、微生物１６１、１６２、１６３を反応器ステージ１６４、１６５、１６６の間で前後に移送することによる、易生分解性炭素化合物への交互接触の一実施形態の模式図である。処理ステージ１１０〜１５０は、図１に例示された従来の処理の一例と同様であり、より容易に生分解可能な微量汚染物質のみが除去される。廃水は、処理ステージ１１０〜１５０によって処理される主流１０５と、何にも処理されない、又は処理ステージ１１０〜１５０のステージ１１０若しくは１１０及び１２０によって処理される副流１０６に分割される。より処理の困難な微量汚染物質は、後処理１６０で更に処理され、除去される。
【００５３】
方法３００においては、１つの生物反応器ステージ１６４は、恒久的に主後処理ラインから外れ、易生分解性炭素貯蔵の富化が常に起こる反応器ステージであるが、生物反応器ステージ１６４〜１６５及び１６６〜１６４の間で、場合によっては反応器ステージ１６５〜１６６の間で、水ではなく、微生物１６１、１６２及び１６３の交換によって主後処理ラインと統合される。
【００５４】
ＰＨＡなどの貯蔵生成物への炭素の富化後、微生物１６１は、微生物と一緒に運ばれる水の量を大幅に制限する移送装置によって反応器ステージ１６５に連続的又は断続的に移送される。例えば、懸濁担体１０８（ＭＢＢＲ担体など）の上の生物膜として増殖する微生物１６１は、それに限定されないが、空気揚水ポンプで移送することができ、有孔スライドによって、水が懸濁担体１０８に続いて反応器ステージ１６５に行くのを防止する。この反応器ステージにおいては、ＰＨＡなどの貯蔵有機炭素は、微量汚染物質除去、窒素及びリン除去を含めて、前述のものなどの様々な代謝活動に使用される。１６５からの出口水は、流出水（処理水１７０とも称される）として排出することもできるが、好ましくは、図３に例示されたように、追加の反応器ステージ１６６で更に処理することができる。
【００５５】
懸濁担体１０８上の生物膜などの微生物は、１６５からの出口水が流出水として排出される場合、ステージ１６５からステージ１６４に空気揚水ポンプ又は類似のものを用いて戻すこともできるが、好ましくは、図３に例示されたように、追加の反応器ステージ１６６に更なる処理のために水に続いて行くことができる。上記方法２００で説明したのと同様に、主処理微量汚染物質ラインにおいて１つを超えるステージに分割すると、異なるレドックス条件（曝気又は曝気なし）を用いる利点が得られるが、除去率を最適化する利点も得られ、より高い除去率がより高い基質濃度（単数又は複数）で得られる。最終反応器ステージ１６６から水ではなく担体が炭素貯蔵の新たな富化のためにステージ１６４に戻され、篩又は類似のものを用いて担体から分離された流出水が流出水として排出される。
【００５６】
一実施形態においては、微生物１６１、１６２、１６３は、懸濁担体エレメント（１０８）上で増殖する。
【００５７】
一実施形態においては、担体１０８上で増殖した細菌などの微生物１６１、１６２、１６３は、水を移送せずに、反応器ステージ１６４、１６５及び１６６間で能動的に移送することができる。こうした移送は、空気揚水ポンプによって容易にすることができ、有孔スライドによって水の大部分を担体から除去する。更なる一実施形態においては、担体１０８上で増殖した細菌などの微生物１６１、１６２、１６３は、反応器を通る水の流れに従って反応器ステージ１６５と１６６の間で移送することができる。
【００５８】
方法４００においては、（微生物１６１、１６２、１６３を含む）反応器ステージ１６４、１６５、１６６の位置を切り換えることによる炭素除去、硝化及び微量汚染物質除去の廃水処理プロセスを示す。図４Ａ〜図４Ｂは、本発明に係るシステムを用いた廃水プロセスの実験的研究に使用される一実施形態のスキームを示し、易生分解性炭素化合物との交互接触は、副流１０６及び欠乏廃水１０７の流れの内外で、微量汚染物質の処理のための微生物１６１、１６２及び１６３を含む物理的に移動可能な反応器ステージの位置を切り換えることによって得られる。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に従って運転される移動層生物膜反応器（ＭＢＢＲ）システムの構成を示し、図４Ａにおいては、２個のＭＢＢＲ１６４、１６５は、自治体の廃水からの流出物を微量汚染物質除去のために処理し、第３の反応器１６６は、易生分解性炭素源に曝露される希釈原料廃水を一時的に処理している。２日間の運転後、図４Ｂに見られるように、反応器１６６は、廃水の流れを再誘導することによって、処理ラインに移動され、反応器１６４は、ライン中の第２の反応器になっている。反応器１６５は、処理ラインから移動され、希釈原料廃水に一時的に曝露される。更に２日間の運転後、新しいシフトが生じ、反応器１６５は、最初に廃水処理施設の流出物を処理するライン中にある。
【００５９】
一実施形態においては、副流を用いた微量汚染物質の除去のために微生物を副流１０６廃水に供給する持続時間は、５分間〜１週間である。この広い範囲は、細菌などの微生物による生物が利用可能な炭素の実際の吸収が極めて速いプロセスであることなどの要因による。したがって、５分間などの分単位の供給時間は、本発明の方法が機能するのに十分である。こうした急速な供給は、バイオリアクターの体積が小さい場合、又は微生物がシステム３００などの反応器間で移送される場合に可能である。短い供給サイクルを用いると、より長い供給サイクルを用いるときよりも細菌増殖が遅くなり得る。大きい反応器体積が使用され、副流栄養素濃度が低い場合、栄養素濃度は、ある勾配で増加し得る。こうしたシナリオにおいては、微量汚染物質除去のための生存可能な微生物は、１週間もの長い供給時間で得られる場合もある。長い供給サイクル（＞１週間）を用いると、より短い供給サイクルのときよりも副流１０６廃水の微量汚染物質を分解する能力が低下する可能性がある。ほとんどのシステムでは、実際的な供給時間は、１０分間〜３日間、又は３０分間〜２日間の範囲であることが判明した。したがって、一実施形態においては、微生物１６１、１６２、１６３への副流１０６の供給ステップ（すなわちステップ（ｄ））の持続時間は、１０分間〜３日間、又は３０分間〜２日間である。微生物のより短い供給時間は、懸濁担体１０８上の微生物が、方法３００の特定の実施形態などにおいて、１個の反応器から別の反応器へ水流と共に自由に移動することができるときの実施形態において必要とされる場合もある。こうした場合、懸濁担体１０８の移動は、水流に依存し、懸濁担体１０８は、反応器中の均一な分布を維持するために、わずか３０分後に移動しなければならない可能性もある。
【００６０】
実験結果
図５Ａ〜図５Ｂは、本発明に従って運転される移動層生物膜反応器（ＭＢＢＲ）のバッチ試験における異なる微量汚染物質化合物が添加されたときの経時的な微量汚染物質除去についての実験的研究のデータである。凡例Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ反応器Ａ、Ｂ及びＣを表す。バッチ試験前の２日間、反応器Ａに廃水処理施設からの流出物が供給され、次いで反応器Ａからの流出物が反応器Ｂに入った。反応器Ｃに希釈原料廃水が供給された。微量汚染物質処理システム１６０に病院からの廃水で運転されたＭＢＢＲからの細菌を定植させた。ステージ１５０の出口である自治体の廃水処理施設からの流出物（すなわち欠乏廃水１０７）を、３ステージＭＢＢＲシステムで処理した。図４に見られるように、１個のＭＢＢＲは、生物学的未処理廃水（すなわち副流１０６）からの易生分解性炭素源に選択的に常に曝露された。１週間に３回、位置のシフトを行い、希釈原料廃水に対して運転されたＭＢＢＲをまず微量汚染物質除去ラインに配置し、前の第１のＭＢＢＲを第２の位置に移動し、最後のＭＢＢＲを微量汚染物質除去ラインから外して、希釈原料廃水の一時的処理に移動した。４か月の連続運転後、バッチ試験を行い、１７種の処理の困難な添加医薬品を添加した（３．４３〜１９．３２ｕｇ／Ｌ）。医薬品は、共同廃水中にしばしば存在する一般的な微量汚染物質から選択された。図５は、バッチ試験における医薬品の濃度プロットの一次速度式フィッティングを示す。１７種の化合物のうち１４種が２０％超まで分解した。
【００６１】
図６Ａ〜図６Ｂは、本発明に従って運転したＭＢＢＲに異なる微量汚染物質化合物を添加したとき、及び参照モードに従って運転したときの、バッチ試験からの除去速度定数と比較した微量汚染物質除去についての実験的研究のデータである。この研究では、（Ｃ）、（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に従って運転したときの３個の異なるＭＢＢＲである。バッチ試験前の２日間、Ａは連続した第１の反応器であり、Ｂは第２の反応器であり、Ｃは希釈原料廃水を受けていた。
【００６２】
バッチ試験後、ＭＢＢＲのうち２個は、同じ流出物源に直列に連続運転で維持され、生物学的未処理希釈原料廃水からの易生分解性炭素源に一時的に切り換えることなく、処理ラインの同じ位置を維持し、ＭＢＢＲの一方は常にライン中の第１であり、他方のＭＢＢＲは、第１のＭＢＢＲからの流出水を受けるライン中の常に第２である。この運転スキームは、本発明の参照運転モードである。参照モードで５週間運転後、新しいバッチ試験を行い、異なる微量汚染物質の除去率を測定した（「この実験（対照）」、Ａ及びＢ）。
【００６３】
バッチ試験で測定される１５種の微量汚染物質の除去速度定数を図６Ａ〜図６Ｂに示す。結果は、ＭＢＢＲが本発明に従って運転されたときと運転が参照モードで行われたときの両方で得られた。結果によれば、本発明に従って運転したときの全３つのバイオマスシステムの除去率が一般により高く、これは、共代謝のための活性バイオマス又は炭素の利用能がより高いことを示している。ジクロフェナクなどの生物学的に分解することが一般に困難な化合物の分解は、従来の生物学的廃水処理システムで達成されるものよりもかなり高いことが分かった。参照モードで連続して運転すると、速度定数は、一般に第２の反応器でかなり低下するが、本発明に従って運転するとそうはならない。これは、共代謝のための活性バイオマス又は炭素の欠如を示している。ＭＢＢＲシステムの全除去率は、したがって、本発明に従って運転したときにより高かった。
【００６４】
したがって、本発明に係る方法は、微量汚染物質処理ステップ１６０において健常な微生物（バイオマス）を維持するだけでなく、培養することも可能にし、欠乏（低栄養素）廃水を精製することが明らかである。より刺激的なことに、これは、微生物の微量汚染物質除去性の低下という犠牲を払わず、それどころか、本発明の方法は、欠乏廃水１０７中の微量汚染物質を除去する微生物の性質を高める。
【００６５】
本発明を特定の実施形態を参照して上述したが、本明細書に記載する特定の形態に限定することを意図したものではない。そうではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００６６】
特許請求の範囲においては、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除しない。さらに、個々に列挙しても、複数の手段、要素又は方法ステップを、例えば、単一のユニット又はプロセッサによって実行することができる。さらに、個々の特徴が異なる特許請求の範囲に含まれ得るが、これらは、場合によっては有利に組み合わせることもでき、異なる特許請求の範囲における包含は、特徴の組合せが可能及び／又は有利でないことを意味しない。さらに、単数の参照は、複数を排除しない。「１つ（ａ、ａｎ）」、「第１の」、「第２の」などの用語は、複数を排除しない。特許請求の範囲における参照符号は、明確化の例として単に示したに過ぎず、特許請求の範囲を限定するものと決して解釈してはならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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