(57)【要約】本発明は、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質を処理する方法に関し、ここで排出液、汚泥、または有機基質は流動通路に誘導され、そして流動経路において凝集する微生物に対する糸状微生物の数の相体比率を減少するのに十分である剪断負荷に供される。本発明はさらに当該方法を行うための装置に関する。
2005508751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質を処理する方法であって、排出液、汚泥、または有機基質が流動通路（２、４）に誘導され、そして流動経路（２、４）において凝集する微生物に対する糸状微生物の数の相対的な比率を減少するのに十分である剪断負荷に供されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、剪断負荷が流動通路（２、４）における乱流動によって生成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、排出液、汚泥、または基質が、流動通路（２、４）において配置される少なくとも１つのくびれを介して誘導されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、排出液、汚泥、または有機基質の流動速度が減圧下で流動通路（２、４）のくびれ（３）を通過する際に増加され、ここでその後、排出液中に、汚泥中に、または有機基質中に空洞化が生成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、内径がくびれ（３）にて最も小さく、そしてくびれ（３）の上流側での流動通路（２）の内径が、くびれ（３）の下流側での流動通路（４）の内径よりも大きくなるように、流動通路（２、４）の内径が選択される場合、空洞化の発生が調節可能であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、空洞化の持続時間が、くびれ（３）の下流側に配置される流動通路（４）の長さによって調節可能であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、流動通路（２、４）におけるくびれ（３）の内径が可変性であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法であって、排出液、汚泥、または有機基質に含まれるか、または混入する気体泡が、流動通路（２、４）への導入の前に少なくとも部分的に除去されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、排出液、汚泥、または有機基質が、浸漬された軸（８）の外側に運搬されることによって、混入するかまたは含まれる気体泡が少なくとも部分的に除かれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、流動通路（２、４）を介して誘導される排出液、汚泥、または有機基質のレイノルズ数が、少なくとも１００，０００、好ましくは少なくとも２５０，０００、さらに好ましくは少なくとも５００，０００であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法であって、排出液、汚泥、または有機基質が、流動通路（２、４）を介して通過される後に噴霧されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項３〜１０のいずれかに記載の方法であって、少なくとも１つのくびれ（３）がノズルであることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の方法であって、流動通路（２、４）が導管であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法であって、排出液が活性化汚泥または混成の生物群集であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質の処理のための装置であって、装置が、少なくとも１つのくびれ（３）を有する流動通路（２、４）と、流動通路（２、４）を介して排出液、汚泥、または有機基質を運搬するためのデバイス（７）とを有することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、流動通路（２、４）の内径がくびれ（３）にて最も小さく、そしてくびれ（３）の上流側での流動通路（２）の内径が、くびれ（３）の下流側での流動通路（４）の内径よりも大きいことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、くびれ（３）の上流の流動通路（２）の内径と、くびれ（３）の下流の流動通路（４）の内径との比率が約５：１と約１．２：１との間であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、比率が約３：１と約１．５：１との間、好ましくは２：１であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、少なくとも１つのくびれ（３）が収束内径および散開内径を備える部分を含み、ここで収束内径の部分は上流側に配置され、および散開内径の部分は下流側に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、収束内径の部分の長さが、散開内径の部分の長さよりも短いことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれかに記載の装置であって、絞り弁（５）が流動通路（４）のくびれ（３）の下流側に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１５〜２１のいずれかに記載の装置であって、くびれ（３）の下流側に配置される流動通路（４）の長さが可変的に調節可能であることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれかに記載の装置であって、くびれ（３）がノズルであることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、コンフューザーがノズル（３）の上流側に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２１〜２４のいずれかに記載の装置であって、拡散器がくびれの下流側、好ましくは絞り弁（５）の上流にて、流動通路（４）の後ろに配置されることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１５〜２５のいずれかに記載の装置であって、流動通路（２、４）が導管であることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１５〜２６のいずれかに記載の装置であって、排出液、汚泥、または有機基質を運搬するためのデバイス（７）がポンプであることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置であって、ポンプが浸漬された軸（８）中に配置されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルキング汚泥（ｂｕｌｋｉｎｇ  ｓｌｕｄｇｅ）、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的な精製段階を備える汚水処理施設は、特に活性化された汚水タンクにおいておよび定着後のまたは最終沈降タンクにおいて、非沈降のまたは浮遊する、汚泥凝集物に起因する操作上の問題を繰り返し含む。
【０００３】
汚水処理施設の安定した操作のために、排出液の精製のために使用され、そして精製操作のために使用される微生物を含むバイオマスは、精製された排出液から分離される必要がある。活性化汚泥プロセスにおいて、バイオマスは一般に、定着後タンクからの沈降によって分離され、そして部分的にまたは完全に活性汚泥タンクに戻される。それゆえ、生物学的な精製段階を備える汚水処理施設のトラブルのない操作は、十分に沈降するバイオマス、または十分に沈降する活性化汚泥を必要とする。
【０００４】
活性汚泥タンク中で使用されるバイオマスは、最も広範に変化する微生物の混成の生物群集である。混成の生物群集は、とりわけ、繊維状細菌あるいは糸状細菌、および凝集する細菌を含む。
【０００５】
沈降しないまたは浮遊する汚泥凝集物は、糸状細菌の増加された増殖の場合に生じ、これは次いで凝集して繊維網を形成する。繊維網は、活性化汚泥の濃縮化および定着プロセスをかなり妨げる。浮遊汚泥凝集物はバルキング汚泥、浮遊汚泥、および泡から優先的になる。
【０００６】
排出液が微細に分散される小さな気体泡、疎水性の排出液成分、および／または細胞構造物、ならびに表面活性化物質を含む場合、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および泡はさらに生じ得る。
【０００７】
生物学的な汚水処理施設の安定な操作は、バルキング汚泥、浮遊汚泥、または泡の形成の場合には、非常に困難であるか、または不可能である。
【０００８】
特許文献１は、汚水処理施設において、浮遊および／またはバルキング汚泥の形成を防止する方法を開示し、ここではバイオマスを保有する汚泥は超音波で処理される。
【０００９】
特許文献２は、生物学的な汚水処理施設の汚泥中の細胞構造物を破壊するための、さらなる装置を開示し、超音波処理を使用する。
【００１０】
不都合は、技術的見地からこれらのプロセスが、複雑であり、および高価であることであり、益々のレベルの要求が運用人員に対してなされる。
【００１１】
非特許文献１は、例えば、ポリアルミニウム水酸化物またはポリアルミニウム塩化物のようなポリアルミニウム塩基に対する充填剤および凝集剤の使用を考察する。しかし、このような充填剤および凝集剤の使用は費用のかなりの増加を伴なう。
【００１２】
非特許文献２は、バルキング汚泥および浮遊汚泥の大きさを機械的に減少することは、改善された沈降特性を有するより小さな凝集物を生成することを開示する。
【００１３】
バルキング汚泥および浮遊汚泥の大きさを減少する操作は、攪拌ボールミル、剪断ギャップホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、および高圧ホモジナイザーを使用して達成される。浮遊汚泥の効果的な処理を行うことが可能であるために、少なくとも約１０００ｋＪ／ｍ3の汚物のエネルギー投入量が必要とされる。
【００１４】
ここでの不都合は、文献中で提唱される圧搾装置は複雑でありおよび費用が高く、それゆえ特に多くの小さな都市の汚水処理施設にとって適切ではない。
【特許文献１】ＤＥ  １９８  ４３  ８６２  Ａ１
【特許文献２】ＤＥ  １９５  １７  ３８１  Ｃ１
【非特許文献１】ＫＡ−Ｗａｓｓｅｒｗｉｒｔｓｃｈａｆｔ、Ａｂｗａｓｓｅｒ、Ａｂｆａｌｌ  ２００１（４８）第５巻、第５９８〜６０４頁
【非特許文献２】ＷＡＰ（Ｗａｓｓｅｒ  Ａｂｗａｓｓｅｒ  Ｐｒａｘｉｓ）３／９９、第２５〜３１頁
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、扱うことが単純であり、および操作することが高価ではなく、ならびに汚水処理施設、バイオガスリアクターなどにおいて、非沈降汚泥凝集物の形成を効果的に減少するか、または防止する、方法および装置を提供することである。
【００１６】
本発明の目的は、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質を処理する方法によって獲得され、ここで排出液、汚泥、または有機基質が流動通路に誘導され、そして流動通路において、凝集する微生物に対する糸状微生物の数の相対的な比率を減少するのに十分である剪断負荷に供される。
【００１７】
好ましい発展は、添付の請求項２〜１４において引用される。
【００１８】
本発明は、以下、実質的に汚水処理施設に関して記載される。しかし、本発明は汚水処理施設にいかようにも制限されない。むしろ、本発明は、糸状のおよび凝集する微生物が存在し、そして混成の生物群集中で働きあう他の生物学的施設において使用され得る。本発明はまた、例えば、バイオガスリアクターおよび嫌気的発酵装置に関して使用され得る。その観点から、以下に記載される情報は、バイオガスリアクターおよび嫌気的発酵装置に対して相応して適応される。
【００１９】
本発明に従う排出液は、好ましくは、生物学的な汚水処理施設における活性化汚泥または混成の生物群集である。
【００２０】
本発明によれば、汚水処理施設の生物学的な精製段階におけるバルキング汚泥、浮遊汚泥、および泡の発生の、数十年の間存在した問題は、驚くほどに簡便な様式によって解決され得る。
【００２１】
本発明によれば、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集は、流動通路において流体力学的に生成される剪断場による剪断負荷に供される。剪断場は、流動通路に誘導される、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集中で生じる速度勾配に起因して生じる。
【００２２】
剪断負荷は、長い繊維状の微生物から形成される繊維網または汚泥凝集物の大きさを減少させ、または分割する。さらに、これらの汚泥凝集物に接着するか、またはこの中に取り囲まれる微細に分散される気体泡は解放される。未処理の汚泥凝集物中に含まれるそれらの気体泡は、汚泥凝集物の沈降挙動を有害に影響することに寄与する。
【００２３】
最後に、剪断負荷に起因して、手順は、糸状細菌の部分的な破壊、および糸状細菌の繊維の長さの減少を含む。
【００２４】
混成の生物群集中に含まれる糸状細菌に対して、生成される剪断場により適用されるストレスは、特に、糸状細菌の代謝における変化を生じ、ここでは糸状微生物または細菌に関して増殖動態学における変化を生じる。糸状微生物の増殖は、顕著に減少される。
【００２５】
糸状微生物の代謝における変化は、特に、適用される剪断負荷によって生成されるストレスに関する防御機構の刺激に起因するはずである。これは、主に糸状微生物に起因する、特にＥＰＳともいわれる細胞外ポリマー物質の分泌を生じる。分泌される細胞外ポリマー物質は、剪断場において大きさが減少される汚泥凝集物の接着を有利に提供する。接着は、沈降しないまたはかなり遅延して沈降する小さな汚泥粒子の出現を防ぎ、そしてこれは有利な凝集、そして従って混成の生物群集の所望される沈降を生じる。
【００２６】
混成の生物群集または活性化汚泥中における糸状微生物に対する凝集する微生物の相対的な割合は、凝集する微生物に都合よく変化する。混成の生物群集中における糸状細菌に対する凝集する細菌の比率の増加は、汚泥凝集物の沈降を促進する。
【００２７】
凝集する微生物は、糸状微生物とは異なり、良好な沈降挙動を示す。
【００２８】
好ましくは、剪断負荷は、流動通路における乱流動によって生成される。排出液が誘導される少なくとも１つのくびれが流動通路において配置されることはさらに好ましい。
【００２９】
流動通路に誘導される排出液は、非常に乱流する。乱流排出液または混成の生物群集のレイノルズ（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）数は、好ましくは少なくとも１００，０００、さらに好ましくは少なくとも１８０，０００、なおさらに好ましくは少なくとも２５０，０００、なおより好ましくは少なくとも５００，０００である。
【００３０】
排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集は、従来のポンプによって流動通路を介して汲み上げられ得る。その場合において、少なくとも１つのくびれが流動通路において圧力側、およびまた吸引側の両方にて配置され得る。
【００３１】
好ましい実施態様において、排出液を、蒸気圧が達成されるまで、減圧下にて流動通路のくびれを介して通過させる場合、排出液の流動速度は増加され、これは空洞化の形成を生じる。
【００３２】
液体中の空洞の発生、およびその動作は、空洞化形成と呼ばれる。空洞は、局所的に減少された圧力相、液体中への剪断ストレスまたはエネルギー投入によって破壊され得る。液体中に溶解する気体は、そのようにして生成される泡中に拡散される。液体中の圧力が再度上昇する場合、気体泡は外部圧に起因して崩壊する。泡の崩壊の間、泡成分は非常に圧縮されるので、数千バールまでの高圧、数１０００Ｋまでの高温が局所的に生成される。気体は泡中でイオン化され、そしてラジカルが生成される。
【００３３】
さらに、崩壊の間、泡は衝撃波、そして、これが固体表面のあたりである場合、泡を介して通過する液体噴出を放つ。泡によって放たれる液体噴出および衝撃波は、例えば汚泥凝集物のような粒子凝集物を破壊し、そして高分子および細菌細胞壁を破壊して開く力を有する。
【００３４】
流動通路に配置されるくびれにおいて、流動速度は増加し、そして圧力は低下する。本発明の方法に関して所望される空洞化が生じるのはこれらの条件下である。
【００３５】
ある実施態様において、本発明の方法は、好ましくは剪断負荷および空洞化の共同の発生を包含する。
【００３６】
例えば非常な乱流動によって生成される剪断負荷、および流動通路のくびれによって好ましくは生成される空洞化は、本発明の方法において極めて有利に働き合う。剪断負荷および空洞効果は、特に、比較的大きな糸状微生物に対して、または糸状微生物によって形成される繊維網に対して作用する。糸状微生物は、細胞膜が壊されて開かれることによって部分的に破壊される。実質的な部分について、手順は糸状物の長さの減少を包含し、従って繊維網が壊されて開かれるか、または大きさが減少されることを伴なう。
【００３７】
驚くべきことに、凝集する細菌は、本発明の方法によって破壊されない。さらに、細胞代謝における実質的な変化は生じず、そのため凝集する微生物の増殖動態学は実質的に損なわれないか、または実質的に変化されない。従って、糸状のおよび凝集する微生物の異なる増殖動態学に関して、本発明の方法は、混成の生物群集の組成における有利な変化を生じる。それゆえ、本発明の方法によって引き起こされる、細菌組成における変化は、活性化汚泥を正常にすることを生じる。
【００３８】
本発明のさらなる実施態様において、空洞化の持続時間、従って排出液または混成の生物群集における空洞化の作用の期間は、調節可能である。
【００３９】
流動通路のくびれによって生成される空洞化は、排出液の流動の方向に関してくびれの下流に好ましくは配置される流動通路の内径が、流動通路のくびれの最も小さい内径よりも大きいが、くびれの上流に配置される流動通路の内径よりも小さい場合に達成され得ることが驚くべきことに発見された。
【００４０】
空洞化の持続時間は、くびれの下流に配置される流動通路の長さによって制御され得る。くびれの下流に配置される流動通路が長さを増す場合、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集に対する作用の期間はまた、増加される。
【００４１】
排出液の流動の方向に関して、くびれの下流の流動通路の内径に対する、くびれの上流の流動通路の内径の比率は、例えば、約５：１と約１．２：１との間、好ましくは３：１と１．５：１との間、非常に好ましくは２：１であり得る。
【００４２】
くびれに関して、下流側に配置される流動通路の内径に対するくびれの最も小さな内径の比率は、例えば、１：１．２と１：３との間、好ましくは１：２であり得る。
【００４３】
流動通路のくびれにて、または排出液の流動の方向においてその下流に配置され、あるいはそこに付属品が配置され得る流動通路にて、いずれにも、本発明の方法において、生成される空洞化により磨耗が引き起こされないことは極めて驚くべきことである。
【００４４】
空洞化泡は、流動通路の壁でのより高い圧力によって、流動通路の中央に優先的に生じると考えられる。排出液の流動の中央において生じる空洞化泡は、従って、流動通路の壁と接触するようにはならず、その観点において、磨耗の影響を生じ得ない。
【００４５】
最も単純な場合において、流動通路は、導管の形態であり得る。最も単純な場合において流動通路のくびれはノズルの形態であり得、好ましくはラバルノズル（Ｌａｖａｌ  ｎｏｚｚｌｅ）の幾何学を伴なう。
【００４６】
本発明の目的はさらに、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の形成を減少または回避するための、バイオガス施設において使用される、糸状のおよび凝集する微生物を保有する排出液、汚泥、または有機基質の処理のための装置によって達成され、ここで装置は、少なくとも１つのくびれを有する流動通路と、流動通路を介して排出液、汚泥、または有機基質を運搬するためのデバイスとを有する。
【００４７】
装置の好ましい発展は、添付の請求項１６〜２８において引用される。
【００４８】
流動通路のくびれ、またはくびれの上流および下流での流動通路の内径の大きさの比率に関して、本発明の方法に関する先述の情報に注意が向けられる。
【００４９】
少なくとも１つのくびれが収束内径および散開内径を有する部分を含む場合、ここでは排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集の流動の方向に関して、収束内径の部分は、散開内径の部分の上流に配置されることが好ましい。
【００５０】
例えば、排出液の流動の方向に関して、流動通路は、最初に最も小さな内径に対して円錐形にくびれ、続いて円錐形に広がり得る。好ましくはくびれは、２つの流動通路、好ましくは導管を行き来できる、ノズルである。
【００５１】
本発明のさらなる実施態様において、くびれまたはノズルは、収束内径の部分の長さが散開内径の部分の長さよりも短くなるように設計される。
【００５２】
この実施態様において、くびれまたはノズルの幾何学的配置は、従って、くびれまたはノズルの最も小さな内径の部分に関して対称ではない。
【００５３】
ノズルが非対称の配置にある場合、所望される空洞化は、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡を防止する目的のために適切である空洞化が得られるように設定され得る。特に、その後の空洞化形成の長さ、従って排出液に対する空洞化の作用の期間は、ノズルの流出角によって制御され得る。
【００５４】
好ましい実施態様によれば、ノズルはラバルノズルの幾何学を包含する。
【００５５】
本発明の装置のさらなる実施態様において、流動通路のくびれまたはノズルの下流に配置されるのは絞り弁、たとえばスライダーである。空洞化の発生はさらに、絞り弁によって制御され得る。
【００５６】
流動通路を通過する気体泡は、空洞化形成に対する制御効果を行使し得る。その観点において、好ましい実施態様によれば、流動通路に導入される排出液中の気体泡の割合は減少される。好ましくは、排出液は脱気され、一方これは例えば、浸漬された軸中のポンプ、好ましくは浸漬されたモーターポンプの使用によって、流動通路に運搬される。
【００５７】
本発明はさらに以下、図１〜８を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
図１は、本発明の装置の線図を示す。ポンプ１は、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集を、例えば、導管２からノズル３を介し、導管４によって、活性化タンクまたは定着後タンク（示さず）の外部に運搬する。絞り弁５は導管４において提供され得る。処理される排出液は続いて、排出デバイス６によって、導管４の外部に通過され、好ましくは除去タンク、すなわち例えば活性化タンクまたは定着後タンクに戻される。処理される排出液はまた、排出デバイス６によってさらに捕獲タンクに排出され得ることが理解され得る。
【００５９】
ポンプ１は、導管２または４中のノズル３の上流、およびまたノズル３の下流の両方に配置され得る。導管２は、導管４の内径よりも好ましくは大きい内径であり、導管４の内径はノズル３の最も小さな内径よりも大きい。
【００６０】
定着タンクにおける使用に適切な任意のポンプは、ポンプ１として使用され得る。ノズル３の下流側に配置される導管４は、ノズル３に関して上流側に配置される導管２に関して減少される内径のおかげで、排出液または混成の生物群集に対する、ノズル３において生成される長期間の空洞化の作用を有する。導管４の長さは、空洞化の作用の所望される期間に依存して調節され得る。例えば、導管４の長さは可変的に調節可能である。このことは、糸状細菌の糸状物の長さの所望される減少を達成すること、そしてまた糸状微生物によって生成される繊維網中に含まれる気体泡の確実な解放を達成することを可能にする。さらに、糸状微生物の増殖は、それに対して適用されるストレスによって低速される。
【００６１】
空洞化の作用の期間は、特に、ノズル３の下流側に配置される導管４の長さによって制御され得る。さらに、空洞化泡の形成はまた、導管４中の圧力によって制御され得、この圧力は絞り弁の折りぶた５によって調節可能である。本発明の装置からの処理される混成の生物群集の排出の際、好ましくは噴霧ノズルの形態である排出デバイス６は、汚泥凝集物から、溶解する気体泡を逃がす。
【００６２】
ノズル３の上流に、排出液を供給する導管２の内径を減少するコンフューザー（ｃｏｎｆｕｓｅｒ）を配置することが可能であり、すなわち、導管２はノズルに関して上流側に配置される。このことは、排出液を供給する導管２と、ノズル３との間の移行を改善する。
【００６３】
分散器（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）がノズル３と絞り弁の折ぶた５との間に配置されることがさらに好ましく、分散器は、ノズル３の下流側に配置される導管４の内径を拡大する。導管４の内径の拡大は、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集において圧力を増加させ、そして空洞化が終結される。この方法において、空洞化の作用、すなわち、絞り弁の折ぶた５における、空洞化泡の出現、従って絞り弁の折ぶた５での、障害、例えば磨耗の出現を確実に防止することが可能である。
【００６４】
好ましくは、分散器の下流の導管４の内径は、ノズル３に関して上流側に配置される導管２の内径におよそ対応する内径に拡大される。
【００６５】
空洞化効果の持続時間、従って空洞化の作用の期間は、ノズル３と分散器との間の減少された内径の導管４の長さによって制御され得る。ノズル３と分散器との間の導管４の長さは、可変性であるように適応され、例えばこれは伸縮自在であり得る。
【００６６】
原則的にはまた、複数のノズル３、例えば２つまたは３つのノズルが導管系に連続して配置されることが可能である。しかし、バルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の発生の減少、またはバルキング汚泥、浮遊汚泥、および／または泡の発生の防止は、本発明の配置によって、１つのノズル３で達成されることが見出されている。
【００６７】
本発明の装置は、構造の視点から驚くべきことに単純である。従って、本発明の方法および装置は、実質的にメンテナンスフリーの、従って高価でない操作に関して極めて有利である。有利なことに、操作のために熟練した人員を必要としない。それに関して、本発明は大規模のおよび小規模の汚水処理施設の両方において有利に使用され得る。
【００６８】
図２は、汚泥凝集物に接着するか、またはその中に含まれ、そしてそれに対する剪断場の作用によって汚泥凝集物から解放される気体泡の解放を説明する線図である。汚泥凝集物の浮力は、汚泥凝集物に接着するか、またはその中に含まれる気体泡の解放によって実質的に減少される。
【００６９】
排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集が、ノズル３を介して流動すると、そこを介して流動する排出液中の圧力の減少をさらに包含し、これはさらに汚泥凝集物からの気体泡の脱離を促進する。言い換えると、排出液中のノズル３により導入される乱流と、圧力の減少の同時操作は、汚泥凝集物に関して所望される脱気効果、または接着するかもしくは含まれる気体泡の解放を生じる。
【００７０】
図３は、減少された大きさの汚泥凝集物の改善された凝集を示し、これは糸状微生物による細胞外ポリマー物質（ＥＰＳ）の分泌によって生成される。排出液中に含まれる微生物は、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集に関して、ノズル３において誘導される、剪断負荷に起因するストレスを受ける。微生物の場合において、そのストレスはＥＰＳの分泌を誘導する。ＥＰＳの分泌は、減少された大きさの汚泥凝集物の綿状の塊のような接着を生じる。
【００７１】
その凝集効果は、汚泥の所望される沈降に関して非常に有利である。ＥＰＳによって引き起こされる減少された大きさの汚泥凝集物のアセンブリは、過度に小さな大きさのために、沈降しないか、または所望される期間内に沈降しない過度に小さな綿状の塊の形成を妨げる。
【００７２】
図４は、本発明の方法の適用による糸状微生物の糸状物の長さの減少を示す。糸状物の長さの減少以外に、形成される繊維網がまた破壊されて開かれる。
【００７３】
図５は凝集する微生物、および糸状または糸形状の微生物の増殖動態学に対する本発明の方法の影響を示す。図５は、凝集する微生物の増殖速度は本発明の方法によって影響されないか、または実質的に影響されないことを示す。
【００７４】
対照的に本発明の方法は、糸状微生物の増殖速度に対して顕著な影響を有する。本発明の装置に適用される剪断場、および好ましくは生じる空洞化の効果に起因して、糸状微生物の増殖は凝集する微生物と比較して顕著に制限される。そのことは、混成の生物群集の相対的な組成における所望される変化を生じる。凝集する微生物に対する糸状微生物の相対的な比率は、減少される。
【００７５】
図６および７は、試験汚水処理施設において測定された測定曲線を示す。
【００７６】
本発明の方法は、約１２，０００人相当の関連のある居住者を伴なって、汚水処理施設において行われた。その施設への供給において、排出液は、繊維産業からの排出液で重大に負荷され、そして１０年よりも多いの間に主要なバルキング汚泥および浮遊汚泥の問題を生じた。
【００７７】
試験汚水処理施設において、汚泥容量指標（ＳＶＩ）は１２０ｍｌ／ｇの値を頻繁に上回った。定着後タンク上に形成される汚泥の覆いは毎日３回はがされた。浮遊する汚泥の覆いの厚みは、５ｃｍまたはそれ以上に増加し得る。
【００７８】
本発明の装置は、汚水処理場の活性化タンク中に直接的に配置された。最初の２週間以内に、本発明の装置は毎日４時間だけ操作された（１０．６ｌ／ｓの容量流動でポンプの出力３．７５ｋＷ）。ノズルの上流に配置される導管の内径は１００ｍｍであり、ノズルの下流に配置される導管の内径は５０ｍｍであった。使用されたノズルの最も狭い直径は２５ｍｍであった。ノズルは、ラバルノズルの幾何学を含んだ。
【００７９】
ノズルの上流に配置されたのは、供給する導管の内径が１００ｍｍから５０ｍｍに減少されたコンフューザーであった。絞り弁は導管中、ノズルの下流側に配置された。
【００８０】
ノズルと絞り弁との間に配置されたのは、導管の内径が５０ｍｍから１００ｍｍに再び拡大された分散器であった。ノズルと、分散器との間の間隔、または５００ｍｍ内径を伴なう導管の長さは、１００ｃｍであった。
【００８１】
ちょうど３日間の試験期間の後に、活性化汚泥中の長い繊維状構造の顕著に減少された糸状物の長さを顕微鏡で観察することが可能であった。この事実は、徐々に減少する汚泥容量指標（ＳＶＩ）においてそれ自身を注目に値させた。
【００８２】
２週間の試験の後、本発明の装置は、継続操作に切り替えられ、そしてエネルギー投入量が、約３５０ｋＪ／ｍ3混成の生物群集に増加された（図６）。
【００８３】
最初の濃度に関して、３０分の沈降後の１ｌ容積の沈降した汚泥の容量を記載する汚泥容量指標（ＳＶＩ）は、エネルギー投入量の増加後に１００ｍｌ／ｇを顕著に下回るようになった。１２０ｍｌ／ｇを上回る値にて、考慮すべき問題が、定着後タンク中のバルキング汚泥の沈降特性に関して生じ得る。
【００８４】
糸状微生物の糸状物の長さにおける大幅な減少はすでに、翌日に顕微鏡で観察され得た。汚泥容量指標は、約８０ｍｌ／ｇの値であり、そして数週間にわたってその値を維持した。その値は、バルキング汚泥挙動が期待される１２０ｍｌ／ｇの閾値を顕著に下回る。約８０ｍｌ／ｇへの汚泥容量指標の有意な減少が、活性化タンクにおいて、およびまた定着後タンクにおいての両方で生じた。
【００８５】
混成の生物群集へのエネルギー投入量は、バルキング汚泥および浮遊汚泥の出現を回避するために、１０００ｋＪ／ｍ3を顕著に下回り得ることが全く驚くべきことに見出された。混成の生物群集中の糸状微生物の割合に依存して、エネルギー投入量は、例えば、約２００ｋＪ／ｍ3混成の生物群集と約８００ｋＪ／ｍ3混成の生物群集との間、好ましくは約２５０ｋＪ／ｍ3混成の生物群集と６００ｋＪ／ｍ3との間、さらに好ましくは約３００ｋＪ／ｍ3と約５００ｋＪ／ｍ3との間の範囲にあり得る。導管４を介して運搬される排出液または混成の生物群集の速度は、その場合において、約３ｍ／ｓと１０ｍ／ｓとの間、好ましくは約４ｍ／ｓと８ｍ／ｓとの間、さらに好ましくは約５ｍ／ｓと７ｍ／ｓとの間にある。
【００８６】
さらなるプロセスパラメーターを伴って、安定化効果がまた生じたこと、これは換言すると、本発明の方法は試験施設の安定な操作を生じたことが図７から観察され得る。
【００８７】
改善された定着特性によって過剰な汚泥が流出され得ること、従って全てのプロセスパラメーターの安定化が生じたことが明らかに示され得る。ポンプ力を増すことによる約３５０ｋＪ／ｍ3のエネルギー投入量の増加の際、つまり、活性化タンク中の汚泥指標（ＳＶＩ−活性化）、定着後タンク中の汚泥指標（ＳＶＩ−定着後）、活性化タンク中の乾燥物質（ＤＳ−活性化）、定着後タンク中の乾燥物質（ＤＳ−定着後）、汚泥年齢に関して、および予めの濃圧化の程度に関して、これは得られる測定曲線の平滑化を生じた。混成の生物群集は顕著に改善された。
【００８８】
図８は、混成の生物群集の表面下に提示される軸８中に配置されるポンプ７を示す。軸８は、浸漬される軸８として本発明に従って同定される。浸漬される軸８中に配置されるのは、排出液、好ましくは活性化汚泥または混成の生物群集を導管２に運搬するポンプ７である。ポンプ７と浸漬された軸８の内壁との間に、脱気区分が形成される。脱気区分において、排出液または混成の生物群集中に含まれるかまたは混入する気体泡は、少なくとも部分的に分離および解放され、そして表面に対する方向に開口する軸を介して逃れる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の装置の例として、構造の線図を示す。
【図２】剪断場における汚泥凝集物の脱気の線図である。
【図３】細胞外ポリマー基質（ＥＰＳ）の分泌によって生成される、減少された大きさの汚泥凝集物の改善された凝集の線図である。
【図４】剪断場におけるおよび生じうる空洞化による、糸状微生物の糸状物の長さの減少の線図である。
【図５】凝集する微生物および糸状微生物の増殖動態学に対する、本発明の方法の影響の線図である。
【図６】試験汚水処理施設における、本発明の方法の使用前のおよび使用後の汚泥容量指標（ＳＶＩ）の測定値を示す図である。
【図７】試験汚水処理施設における、本発明の方法によるプロセスパラメーターの安定化を示す測定値の図である。
【図８】浸漬された軸中に配置されるポンプの線図である。
【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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【国際調査報告】
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