(57)【要約】【課題】汚水処理設備の運用によって生じる、大量のエネルギーや化学薬品の消費を減少させる水処理法を提供する。【解決手段】本発明は微生物を含む活性汚泥を用いた汚水処理方法に関する。この方法は、第１の曝気レベルの下、単一のリアクターにて諸処の特性を備えた大量の水に対し、活性汚泥を適応させることにより、環境に適応したバイオマス混合体を準備し、これにより、環境に適応したバイオマス混合体がＢＯＤ除去、硝化、脱硝の同時反応をもたらす能力を得るステップと、第１の曝気レベルよりも高くない第２の曝気レベルの下、単一のリアクター内にて、上述の同時反応をもたらし得る環境に適応したバイオマス混合体を用いて、上述の諸処の特性と同様の特性を実質的に備えた一定量の水を処理するステップとを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を含む活性汚泥を用いて水を処理する水処理法であって、
第一の曝気レベルの下、単一のリアクターにて諸処の特性を備えた大量の水に対し、活性汚泥を適応させることにより、環境に適応したバイオマス混合体を準備し、これにより、前記環境に適応したバイオマス混合体がＢＯＤ除去、硝化、脱硝の同時反応をもたらす能力を得るステップと、
第一の曝気レベルよりも高くない第２の曝気レベルの下、前記単一のリアクター内にて、前記同時反応をもたらし得る前記環境に適応したバイオマス混合体を用いて、前記諸処の特性と同様の特性を実質的に備えた一定量の水を処理するステップとを有することを特徴とする水処理法。
【請求項２】
前記諸処の特性を備えた大量の水とは、いわゆる汚水のことであることを特徴とする請求項１記載の水処理法。
【請求項３】
前記適応したバイオマス準備ステップは、
本質的に以下のステップ、すなわち、（ａ）浮遊物が混合した水を用意するため、前記活性汚泥の溶液の中に、前記大量の水を、所定の流入割合にて供給するステップと、（ｂ）最初の曝気レベルの下、曝気を行うステップと、（ｃ）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップと、（ｄ）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、前記上澄みの水の層を放流するステップとにより構成され、前記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、前記活性汚泥がＢＯＤ除去反応および硝化反応を起こしうるようになるまで繰り返し行う、最初の適応サイクル処理を実行するステップと、
実質的に上述のステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）により構成される次の適応サイクル処理であって、前記次の適応サイクル処理におけるステップ（ｂ）は、前記最初の曝気レベルよりも低い次の曝気レベルの下で行う例外があり、前記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、前記活性汚泥が、所定のｐＨ値の下で、ＢＯＤ除去、硝化および脱硝の同時反応を行いうるようになるまで繰り返し行う次の適応サイクル処理を実行するステップと、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の水処理法。
【請求項４】
前記水処理ステップは、本質的に、（ａ’）前記環境に適応したバイオマス混合液の中に、前記一定量の水を、所定の流入割合で供給するステップと、（ｂ’）所定のｐＨ値の下、前記次の曝気レベルと実質的に同一である前記第２の曝気レベルの下、曝気を行うステップと、（ｃ’）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップと、（ｄ’）前記流入割合と実質的に同一の流出割合で、前記上澄みの水の層を放流するステップとから成る同時反応サイクル処理を実行することを特徴とする請求項３記載の水処理法。
【請求項５】
前記所定のｐＨ値は６〜７に設定されることを特徴とする請求項３又は４記載の水処理法。
【請求項６】
前記所定のｐＨ値は約６．８であることを特徴とする請求項３又は４記載の水処理法。
【請求項７】
前記適応したバイオマスを準備するステップ、または前記水処理ステップにおいて、１回の処理サイクルを約６〜８時間と定めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項８】
前記曝気ステップ（ｂ）又は前記曝気ステップ（ｂ’）は約４〜５時間継続し、前記曝気ステップ（ｂ）又は前記曝気ステップ（ｂ’）では１時間毎に、前記浮遊物が混合した水の量に対して少なくとも同じ量の曝気量により、前記浮遊物が混合した水を攪拌することを特徴とする請求項７記載の水処理法。
【請求項９】
前記流入ステップ（ａ）あるいは前記流入ステップ（ａ’）は、前記放流ステップ（ｄ）あるいは前記放流ステップ（ｄ’）と同様に、夫々約３０分継続することを特徴とする請求項７又は８記載の水処理法。
【請求項１０】
前記放流ステップ（ｄ）あるいは前記放流ステップ（ｄ’）にて放流される前記上澄みの水の層の量を、前記浮遊物が混合した水の全体量に対して約２０〜３０％の割合にすることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１１】
前記沈殿ステップ（ｃ）あるいは前記沈殿ステップ（ｃ’）は約１時間継続することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１２】
約１０００〜３０００ｍｇ／ｌという所定の浮遊物率を備えた浮遊物が混合した水を作り出すために、前記リアクター内の上水に対して一定量の活性汚泥を流入することによって、前記適応したバイオマスの準備ステップにおける前記活性汚泥の溶体を準備することを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１３】
約１５００〜２５００ｍｇ／ｌという所定の浮遊物率を備えた浮遊物が混合した水を作り出すために、前記リアクター内の上水に対して一定量の活性汚泥を流入することによって、前記適応したバイオマスの準備ステップにおける前記活性汚泥の溶体を準備することを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１４】
前記放流ステップ（ｄ）もしくは前記放流ステップ（ｄ’）の後、所定のｐＨ値よりも前記ｐＨ値が下回った場合に、前記曝気ステップ（ｂ）もしくは前記曝気ステップ（ｂ’）にて適用される曝気量を減少させるステップをさらに有することを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１５】
前記放流ステップ（ｄ）もしくは前記放流ステップ（ｄ’）の後、所定のｐＨ値よりも前記ｐＨ値が上回った場合に、曝気ステップ（ｂ）もしくは前記曝気ステップ（ｂ’）にて適用される曝気量を増加させるステップをさらに有することを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１６】
前記減少ステップあるいは前記増加ステップは、周波数コンバータを使用し、周波数の増減により、前記曝気機器の周期を修正することを特徴とする請求項１４又は１５記載の水処理法。
【請求項１７】
前記曝気機器の周期の修正のための前記周波数を最低で約２０Ｈzに維持することを特徴とする請求項１６記載の水処理法。
【請求項１８】
前記沈殿ステップ（ｃ）もしくは前記沈殿ステップ（ｃ’）は、溶存酸素濃度を計測し、前記濃度計測値が酸素飽和率は約２５％を下回ることを示す場合には、前記リアクターから前記沈殿物の層の一部を排出することを特徴とする請求項３乃至１７のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項１９】
前記浮遊物が混合した水の温度は、前記リアクターから前記沈殿物の層の一部を排出することにより、約１０℃から約２０℃までの間に維持されることを特徴とする請求項３乃至１８のいずれか１項に記載の水処理法。
【請求項２０】
微生物を含んだ活性汚泥を用いる水処理システムにおいて、
単一のリアクターと、
第１の曝気レベルの下、単一のリアクターにて諸処の特性を備えた大量の水に対し、活性汚泥を適応させることにより、環境に適応したバイオマス混合体を準備し、これにより、前記環境に適応したバイオマス混合体がＢＯＤ除去、硝化および脱硝の同時反応をもたらす能力を得るための手段と、
第１の曝気レベルよりも高くない第２の曝気レベルの下、前記単一のリアクター内にて、前記同時反応をもたらし得る前記環境に適応したバイオマス混合体を用いて、前記諸処の特性と同様の特性を実質的に備えた一定量の水を処理する手段とを備え、
請求項１乃至１９のいずれか１項に係る方法を実行するのに適したものであることを特徴とする水処理システム。
【請求項２１】
環境に適応したバイオマス混合体を準備するための手段は、
（ａ）浮遊物が混合した水を用意するため、前記活性汚泥の溶液に、前記大量の水を、所定の流入割合にて供給するステップと、（ｂ）最初の曝気レベルの下、曝気を行うステップと、（ｃ）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップと、（ｄ）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、上澄みの水の層を放流するステップとから本質的に成り、前記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、前記活性汚泥がＢＯＤ除去反応、および硝化反応を起こしうるようになるまで繰り返し行う最初の適応サイクル処理と、
本質的に上述のステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）により構成される次の適応サイクル処理であって、前記次の適応サイクル処理におけるステップ（ｂ）は、最初の曝気レベルよりも低い次の曝気レベルの下で行うという例外があり、前記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、前記活性汚泥が、所定のｐＨ値の下で、ＢＯＤ除去、硝化、および脱硝の同時反応を行いうるようになるまで繰り返し行う次の適応サイクル処理と、を実行するための装置を備えることを特徴とする請求項２０記載の水処理システム。
【請求項２２】
一定量の水を処理するための前記手段は、本質的に、（ａ’）前記環境に適応したバイオマス混合液の中に、前記一定量の水を、所定の流入割合で供給するステップと、（ｂ’）所定のｐＨ値の下、前記次の曝気レベルと実質的に同一である第２の曝気レベルの下、曝気を行うステップと、（ｃ’）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップと、（ｄ’）前記流入割合と実質的に同一の流出割合で、前記上澄みの水の層を放流するステップと、から成る同時反応サイクル処理を実行するための装置を備えることを特徴とする請求項２１記載の水処理システム。
【請求項２３】
請求項２０乃至２２のいずれか１項に係るシステムを備える水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理、例えば汚水処理分野に関するものである。本発明により処理しうる水とは、例えば下水、畜産排水、豚畜産排水、し尿、生活排水、農業排水、澱粉工業排水、食品加工排水及び林業排水である。本発明は、活性汚泥により、これらの汚水を処理する方法に関するものである。本発明に係る方法とは、微生物を環境に適応（あるいは馴養）させ、その馴養させた微生物により汚水の硝化および脱硝化を行うものである。本方法の特徴は、とりわけ、同一のリアクター内で一連の反応を発生させるところにあり、好ましくは本馴養ステージにおける強力な曝気下でもたらされるものである。
【背景技術】
【０００２】
過去、多くの科学者達が、微生物に生じる硝化、および脱硝化反応につき、その窒素サイクルを解明するために研究を行ってきた。そこで得られた成果の大部分が、１９５６年にHarvard University Press（Cambridge Massachusetts USA）より出版された非特許文献１としてのA. J. Kluyver と C. B. von Nielによる著作「The Microbe's Contribution to Biology」の中に記載されている。これは、成長する微生物のための環境条件、およびその環境に適応する微生物の能力についての実験詳細を記したものである。
【０００３】
汚染された閉鎖系水域に堆積した汚泥の分析方法については、日本環境庁により開発されており、１９８５年に日本環境分析学会により、非特許文献２としての「Ways of Evaluating Underwater Sediments and Commentary on the Results」と題された報告中において、公表された。
【０００４】
更に、微生物による脱硝反応については、岸博氏により汚水処理に応用され、その結果は、農村環境研究会（東京、日本）によって編纂された非特許文献３としての「Hybrid Lagoon System」と題された論文にて、１９８５年に公表された。本論文は水利システムの新しいモデルを示しており、そこでは、汚水処理をコントロールするため、特別な計測機器、および曝気機器が使用されている。
【０００５】
これらの機器は、微生物による脱硝技術の実行、および効率的な汚水処理技術の構築のために必要なものである。
【０００６】
更にまた、新しい汚水処理プロセスが考案され、微生物による脱硝反応に利用されており、そこから得られた結果につき、運輸省第１５回日米専門家会議が編纂した非特許文献４としての「Experimental Report on Water-Bottom Sediment Purification in Marsh Furukawa」と題された論文の中で、１９９１年に岸博氏によって明らかにされた。本論文によると、有害な水中の沈殿物は、豊富な酸素を含んだ生物的に活性化した汚泥として再生され、閉鎖系水域に戻すことが出来るようになる。これにより、汚泥の酸素欠乏という問題は解決し、新しい生態システムが生み出されることになる。
【０００７】
上述の従来技術では、脱硝化装置は、連続式活性汚泥法に基づいて考案されている。この方法は、一般的に、一連の装置、すなわち、ＢＯＤ除去装置、硝化装置、および脱硝装置を必要とする。すなわち、３つの反応がそれぞれ別のリアクターの中で行われる。
【非特許文献１】A. J. Kluyver 、C. B. von Niel著、「The Microbe's Contribution to Biology」、Harvard University Press（Cambridge Massachusetts USA）出版、１９５６年
【非特許文献２】「Ways of Evaluating Underwater Sediments and Commentary on the Results」、日本環境分析学会、１９８５年
【非特許文献３】岸博著、「Hybrid Lagoon System」、農村環境研究会、１９８５年
【非特許文献４】岸博著、「Experimental Report on Water-Bottom Sediment Purification in Marsh Furukawa」、運輸省第１５回日米専門家会議、１９９１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、このような上述の連続式脱硝化装置には、複雑な構造と多くの試薬を必要とし、その結果、多量のエネルギーを消費する。
【０００９】
例えば、ＢＯＤ除去リアクター、硝化リアクター、脱硝リアクターが連続して配列された３段階の脱硝化システムが存在する。アメリカにて試験されたこのシステムでは、複雑な装置を必要とし、かつ、メタノールを追加しなくてはならない。更に、多量のエネルギーを消費して、社会的負担を増大させることになる。
【００１０】
近年、半回分活性汚泥法の原則に基づいた汚水処理施設も考案されている。この方法にて用いられるリアクターは「Semi-Batch Reactor」と呼ばれ、「ＳＢＲ」と略される。この原則によると、汚水の性質は前もって分析され、汚水処理のための最適な条件がモデルを使ってシミュレートされる。そして、ここでのモデルは、ノウハウとして用いられるものである。
【００１１】
「ＳＢＲ」システムは、時間係数の導入、および断続的な曝気の実施によってコントロールされる。このようなコントロール法は、自動的に操作されるものではあっても、予め定められた条件下で起こされる脱硝反応を必要とするものである。従ってこの方法は、運転条件下におけるパラメータがリアルタイムにフィードバックされる自動コントロールシステムを基本とするものではない。その結果、このシステムは、外部若しくは内部の乱れ又は変動に直面したときに、最適な条件を維持することが出来ない。
【００１２】
したがって、微生物反応におけるデータを、数学的、あるいは理論的分析無しにフィードバックし、かつ微生物の脱硝反応を完全にセルフコントロールするような技術は存在しない。
【００１３】
これに対して、本発明では、単一の処理リアクター、あるいはラグーンの中で共存する硝化機能と脱硝機能との双方をもたらすために活性汚泥が適用される。ここでの活性汚泥はさらに、活性汚泥の量、基質および温度といった外部パラメータに対して自律的に反応するようにもなる。更に、本発明の技術は、微生物の脱硝反応を高いレベルで維持することを可能にする。
【００１４】
本発明の目的の一つは、汚水処理設備の運用によって生じる、大量のエネルギーや化学薬品の消費を減少させるというものであり、これにより、地域共同体や地方自治体の経済負担を相当に軽くするものになる。
【００１５】
もう一つの目的は、外部の乱れに左右されずに、他の微生物と相互に作用する際の異なる傾向に加え、夫々特徴的な自立的性質、異なる馴養能力、タイムラグ反応、並びに構造的及び機能的階層化を有する種々のタイプの微生物を環境に適応させることにより、安定した脱硝機能を維持することである。確かに、これらの要素は数学的、かつ分析的な予見方法により、予測することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的を達成するために、微生物を含む活性汚泥を用いて水を処理する水処理法が提供される。その方法は、以下のステップを有する。すなわち、第１の曝気レベルの下、単一のリアクターにて諸処の特性を備えた大量の水に対し、活性汚泥を適応させることにより、環境に適応したバイオマス混合体を準備し、これにより、環境に適応したバイオマス混合体がＢＯＤ除去、硝化、脱硝の同時反応をもたらす能力を得るステップと、第１の曝気レベルよりも高くない第２の曝気レベルの下、単一のリアクター内にて、上述の同時反応をもたらし得る環境に適応したバイオマス混合体を用いて、上述の諸処の特性と同様の特性を実質的に備えた一定量の水を処理するステップとである。
【００１７】
諸処の特性を備えた大量の水とは、典型的には、いわゆる汚水である。
【００１８】
好ましくは、適応したバイオマス準備ステップは、下記を有する。すなわち、
本質的に以下のステップ、すなわち、（ａ）浮遊物が混合した水を用意するため、活性汚泥の溶液の中に、大量の水を、所定の流入割合にて供給するステップ、（ｂ）最初の曝気レベルの下、曝気を行うステップ、（ｃ）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップ、及び（ｄ）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、上澄みの水の層を放流するステップにより構成され、上記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、活性汚泥がＢＯＤ除去反応および硝化反応を起こしうるようになるまで繰り返し行われる最初の適用サイクル処理を実行するステップと、
本質的に上述のステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）により構成される、次の適応サイクル処理であって、前記次の適応サイクル処理におけるステップ（ｂ）は、最初の曝気レベルよりも低い次の曝気レベルの下で行われる、という例外があり、上記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、活性汚泥が所定のｐＨ値の下でＢＯＤ除去、硝化および脱硝の同時反応を行いうるようになるまで、繰り返し行われる次の適応サイクル処理を実行するステップとである。
【００１９】
好ましくは、水処理ステップは、（ａ’）環境に適応したバイオマス混合体の中に、一定量の水を、所定の流入割合で供給するステップ、（ｂ’）所定のｐＨ値の下、上述の次の曝気レベルと実質的に同一である第２の曝気レベルの下、曝気を行うステップ、（ｃ’）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップ、及び（ｄ’）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、上澄みの水の層を放流するステップ、から本質的に成る同時反応サイクル処理を実行する。
【００２０】
ここでの所定のｐＨ値は、６〜７に設定されるのが適切である。
【００２１】
この所定のｐＨ値が約６．８であるのがより適切である。
【００２２】
典型的には、適応したバイオマスの準備ステップ、あるいは水処理ステップは、一回の処理サイクルを約６〜８時間と定める。
【００２３】
より典型的には、曝気ステップ（ｂ）あるいは曝気ステップ（ｂ’）は約４〜５時間継続し、曝気ステップ（ｂ）あるいは曝気ステップ（ｂ’）では１時間毎に、浮遊物が混合した水の量に対して少なくとも同じ量の曝気量により、浮遊物が混合した水を攪拌する。
【００２４】
さらに典型的には、供給ステップ（ａ）あるいは供給ステップ（ａ’）は、放流ステップ（ｄ）あるいは放流ステップ（ｄ’）と同じく、夫々約３０分継続する。
【００２５】
好ましくは、放流ステップ（ｄ）あるいは放流ステップ（ｄ’）にて放流される上澄みの水の層の量を、上述の浮遊物が混合した水の全体量に対して約２０〜３０％の割合にする。
【００２６】
さらに好ましくは、沈殿ステップ（ｃ）あるいは沈殿ステップ（ｃ’）は、約１時間継続する。
【００２７】
約１０００〜３０００ｍｇ／ｌという所定の浮遊物率を備えた浮遊物が混合した水を作り出すために、リアクター内の上水に対して一定量の活性汚泥を流入することによって、適応したバイオマスの準備ステップにおける活性汚泥の溶体を準備することが適切である。
【００２８】
約１５００〜２５００ｍｇ／ｌという所定の浮遊物率を備えた浮遊物が混合した水を作り出すために、リアクター内の上水に対して一定量の活性汚泥を流入することによって、適応したバイオマスの準備ステップにおける活性汚泥の溶体を準備することが、より適切である。
【００２９】
本発明の方法は、放流ステップ（ｄ）もしくは放流ステップ（ｄ’）の後、所定のｐＨ値よりもｐＨ値が下回った場合に、曝気ステップ（ｂ）もしくは曝気ステップ（ｂ’）にて適用される曝気量を減少させるステップをさらに有していてもよい。
【００３０】
これに代わり、本発明の方法は、さらに、放流ステップ（ｄ）もしくは放流ステップ（ｄ’）の後、所定のｐＨ値よりもｐＨ値が上回った場合に、曝気ステップ（ｂ）もしくは曝気ステップ（ｂ’）にて適用される曝気量を増加させるステップを有していてもよい。
【００３１】
好ましくは、この減少あるいは上昇のステップは、周波数コンバータを使用し、周波数の増減により、曝気機器の周期を修正する。
【００３２】
更に好ましくは、曝気機器の周期の修正のための周波数を最低で約２０Ｈzに維持する。
【００３３】
沈殿ステップ（ｃ）もしくは沈殿ステップ（ｃ’）は、溶存酸素濃度を計測し、濃度計測値が酸素飽和率は約２５％を下回ることを示す場合には、リアクターから沈殿物の層の一部を排出するのが適切である。
【００３４】
浮遊物が混合した水の温度は、リアクターから沈殿物の層の一部を排出することにより、約１０℃から約２０℃までの間に維持されるのがより適切である。
【００３５】
本発明は、微生物を含んだ活性汚泥により水を処理するためのシステムに関する。このシステムは、
単一のリアクター、
第１の曝気レベルの下、単一のリアクターにて諸処の特性を備えた大量の水に対し、活性汚泥を適応させることにより、環境に適応したバイオマス混合体を準備し、これにより、該適応したバイオマス混合体がＢＯＤ除去、硝化および脱硝の同時反応をもたらすだけの能力を得るための手段、及び
第１の曝気レベルよりも高くない第２の曝気レベルの下、単一のリアクター内にて、上述の同時反応をもたらし得る環境に適応したバイオマス混合体を用いて、上述の諸処の特性と同様の特性を実質的に備えた一定量の水を処理する手段を備える。
【００３６】
そして、本システムは上述した処理方法を実行するのに適している。
【００３７】
好ましくは、環境に適応したバイオマス混合体を準備するための手段は、
（ａ）浮遊物が混合した水を用意するため、活性汚泥の溶液に、大量の水を、所定の流入割合にて供給するステップ、（ｂ）最初の曝気レベルの下、曝気を行うステップ、（ｃ）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップ、及び（ｄ）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、上澄みの水の層を放流するステップとから成り、上記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、活性汚泥がＢＯＤ除去反応および硝化反応を起こしうるようになるまで繰り返し行う最初の適応サイクル処理と、
本質的に上述のステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）により構成される、次の適用サイクル処理であって、この前記次の適応サイクル処理におけるステップ（ｂ）は、最初の曝気レベルよりも低い次の曝気レベルの下で行われる、という例外があり、上記ステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を、活性汚泥が所定のｐＨ値の下でＢＯＤ除去、硝化および脱硝の同時反応を行うことができるまで、繰り返し行う次の適用サイクル処理とを実行するための装置を備える。
【００３８】
さらに、好ましくは、一定量の水を処理するための手段は、本質的に（ａ’）環境に適応したバイオマス混合液の中に、一定量の水を、所定の流入割合だけ供給するステップ、（ｂ’）所定のｐＨ値の下、上述の次の曝気レベルと実質的に同一レベルである第２の曝気レベルの下、曝気を行うステップ、（ｃ’）上澄みの水の層と沈殿物の層とを分離するため、沈殿を行うステップ、及び（ｄ’）上述の流入割合と実質的に同一の流出割合で、上澄みの水の層を放流するステップ、から成る同時反応サイクル処理を実行するための装置を備える。
【００３９】
本発明はさらに、上述したシステムを備える水処理設備に関連するものである。
【００４０】
上述から分かるように、本発明の方法は、以下の技術的特徴を有する、すなわち、
連続式汚水処理設備から抽出される一定量の活性汚泥を、単一のリアクター、またはラグーンにて馴養し、それによってＢＯＤ除去機能、硝化及び脱硝機能が微生物の中で個々に形成され、
微生物による脱硝が、ＢＯＤ除去や硝化と同じく、同じ単一のリアクター、またはラグーンの中で実行され、
ＢＯＤ除去、硝化及び脱硝機能が、汚水処理の間、単一のリアクター、またはラグーンの中で共存するように行われ、
脱硝反応は、外部的パラメータが変化したとしても維持され、
活性汚泥の活動は、最適な曝気量の範囲内で最適化される、
数学的、理論的分析は用いられず、
微生物の自律的な性質を完全に活用し、微生物活動における時間的遅れの発生を最小限度に抑え、
試薬は用いず、それにより、添加物投入のための設備が削除され、
異常状況を検知及び自動的に修正し、それにより、脱硝機能は正常なレベルに自動的に修復される、
本処理方法は、それぞれ異なる種類の微生物の階層的に組織された構造と機能に基づく。
【００４１】
これらの特徴の下、以下のような結果が得られる、すなわち、
下水の流入量が設計値の２０％から１００％にまで変化しても、９０％の脱硝能力を維持することができ、
浮遊物が混合した水の温度が１０℃以下になったとしても、活性汚泥の量を最適化し、脱硝機能を維持することができ、
脱硝処理に要するエネルギーコストが、従前の技術に比べて３５〜５０％まで削減される。
【００４２】
既に知られている通り、微生物内の生命活動（新陳代謝と異化）は、多元的、かつ非線形的な反応を伴い、それらは微生物を、環境の変化に適応させうるものである。特に、微生物の脱硝機能は、階層的構造に配された適応メカニズムを含んでいる。それに対する自動制御は、それゆえに大変に難しいもののように見える。
【００４３】
本発明は、微生物の「隠された」付随的能力を引き出すことにより、ＢＯＤ除去、硝化及び脱硝能力に加えて、これらの微生物の生育する環境をコントロールしようとするものである。
【００４４】
これらの目的を達成するため、本発明は、「ＳＢＲ」処理の原則を適用し、かつ微生物の脱硝機能を最適化する新たな処理の実効的な使用を提供するものである。
【００４５】
本発明は、複合的で、かつ階層的な構造を有する混合微生物群を活用し、かつ、この混合微生物群を馴養する。
【００４６】
さらに、実証的（数学的でない）知識を用いることにより、微生物の脱硝機能を最適化するための新たな処理が設計される。
【００４７】
この方法は、水質分析、曝気割合の計算、活性汚泥の質又は量の分析、あるいは数学的、または統計的分析を基本とした予測を必要としないことを特徴とする。この技術的特徴は、例えば溶存酸素(ＤＯ)、ｐＨ、酸化還元電位(ＯＲＰ)、および波形の監視／分析といった、通常ＳＢＲ処理にて用いられるパラメータを使用して、曝気量と活性汚泥の量とを最適化するための自己学習コントロールシステムを導入する点にある。
【００４８】
上述の目的、その他の目的並びに特徴及び利点は、添付図面と共に、いくつかの例としての、以下の好ましい実施の形態の記載により明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、汚水に関しての好ましい実施の形態を示すが、同じ技術は他の種の水に対しても適応できる。
【００５０】
図１は、一般的な汚水処理プロセスの間に、有機物質の中に含まれている窒素分子が、汚水からどのようにして反応および除去されていくのかを概略的に図解したものである。汚水の中の窒素分子の主な部分は有機窒素（図内のＯｒｇ.−Ｎ）とアンモニア型窒素（ＮＨ３−Ｎ）として含まれている。Ｏｒｇ.−Ｎは曝気によってＮＨ３−Ｎへと変化し、さらに亜硝酸型窒素（ＮＯ２−Ｎ）を介して硝酸型窒素（ＮＯ３−Ｎ）へと変化する。溶存酸素が欠乏すると硝酸呼吸が発生し、ＮＯ３−Ｎは還元により窒素ガス分子（Ｎ２）へと変化する。
【００５１】
図２は、従来の３ステップの脱硝システムを示しており、該システムは連続して配置されているＢＯＤ除去ユニット（ステージ１）、硝化ユニット（ステージ２）および脱硝ユニット（ステージ３）を有する。例えば、町下水４がこのシステムに供給され、処理水５が本システムから排出される。このシステムにはｐＨ調整装置６、メタノール添加装置７およびそれに類するものが必要となる。
【００５２】
これらの代わりとして用いられる一般的な曝気ラグーンは、比較的大きな表面積と２．４ｍ以下の深さを有する。町や都市の下水処理の為には、このような曝気ラグーンは通常、最大１０日間の下水排出量を貯留するだけの充分な表面積を必要とする。このようなラグーンは、２４時間、継続的に曝気される。曝気ラグーン法でのＢＯＤ除去効率は、標準的な活性汚泥法によってもたらされるものと同等である。しかしながら、脱硝については、このラグーン法からは殆ど期待できない。
【００５３】
図３は、本発明のシステムを示すものであり、これはハイブリットリアクター（またはラグーン）システムと称することが出来る。本発明のテストリアクター（、またはラグーン）には、２０リットルの浮遊物を混合した水が用いられる。これより大きなサイズにおいては、リアクターは、パイロットプラントとして、例えば５ｍ３規模、あるいは産業プラントとして、例えば１００００ｍ５かそれ以上の規模の生育環境を含んでもよい。
【００５４】
周知の曝気ラグーンと比較して、本発明のハイブリットリアクターあるいはラグーンシステムは、実質的に逆円錐形型をしている。この形によって、活性汚泥の塊が曝気によってリアクターの中で均一に浮かぶことになる。この状態は、曝気の増大、あるいは減少によって大きく変化する事は無い。すなわち、このハイブリットリアクターの一つの有利な特徴として、計測値は、計測センサーが設置されている場所や位置に依存しない、という点が挙げられる。ハイブリットリアクターに導入される量のＢＯＤ値は、１日当たり０．１６ｋｇ／ｍ３以下になることが望ましい。町または都市の下水処理について言うと、通常、１日、あるいは２日分の排出に相当する汚水を貯蔵するのに充分な容量を持ったハイブリットリアクターが必要となる。さらに、本発明のハイブリットリアクターはバッチ処理に用いられ、そこではＢＯＤ除去反応（１）、硝化反応（２）、および脱硝反応（３）、が単一のリアクター内で、調和的に同時進行する。
【００５５】
図４は、同じリアクターにて行われる、汚水処理プロセスの典型的なサイクルを示したものであり、このサイクルは、処理の順序とその所要時間の関数としてそれぞれ示される、異なる操作ステップから構成されている。この図において、「Ｔ」、「Ａ」、「Ｓ」及び「Ｏ」は、夫々汚水の流入ステップ、曝気ステップ、沈殿ステップおよび処理水排出ステップを示している。このサイクルは必要な限り繰り返し行われる。町下水の場合、１回のサイクルはおよそ６時間続き、それ故１日あたり４サイクルとなる。しかしながら、汚水の質や量によっては、1回のサイクルは８時間続き、それ故１日あたり３サイクルとなる。通常、流入時間、曝気時間、沈殿時間、排出時間はそれぞれ３０分、４〜６時間、１時間、３０分続くように設定される。1サイクルあたりの汚水の流入量と処理水の排出量とは、実質的に等しくなり、通常、夫々リアクターの有効容積の２０〜２５％の間とする。
【００５６】
図５は、ハイブリットリアクターのシステムを示しており、リアクター１０は前処理施設８と流入汚水流量調整９とを備え、町下水及び処理水は、夫々符号４及び５で示されている。
【００５７】
図６は、横軸に示された、６時間の水処理サイクルにおいて経過する時間の関数としての、浮遊物が混合した水の全酸素要求量の比率の変化を縦座標に示した図である。ここでの全酸素要求量の比率は、流入ステップの終了時のＴＯＤ値に関して１００％になるように算出される。このＴＯＤ値は、活性汚泥の呼吸のために必要な酸素量と、汚染物質の除去のために必要な酸素量とに依存する。活性汚泥が必要とする酸素量は内的要因、例えば、活性汚泥の機能的変化（硝化能力の獲得等）よって増加する。これと同様に、ここで必要とされる酸素量は、流入する汚水の量と質に応じて変化する。さらに、この必要とされる酸素量は、水温の変化による活性汚泥の活動の活発化や減退に応じて増減する。このような内的および外的要因の変化がＴＯＤ値を常に変化させるため、必要酸素量の継続的な分析と計算は、事実上不可能である。本図において、符号１１,１２,１３は、夫々ＴＯＤ率(％)の時間依存的変化、活性汚泥によって必要とされる酸素量に対応する領域および汚染物質の除去において必要となる酸素量に対応する領域を示している。
【００５８】
図７は、ＴＯＤ率（％）の変化と、その時にもたらされる水質の変化との間の相互関係を示している。この相互関係は、図６におけるＴＯＤ率の時間依存的な変化と流入する汚水における変化に依存する。ライン●で示されたＢＯＤは汚水の流入によって上昇し、曝気によって急激に減少するが、その間、夫々ライン■とライン■により示されたＣＯＤとＯｒｇ.−Ｎが、時間と共にゆっくりと減少していく。
【００５９】
他方、ライン▼で示されたＮＨ３−ＮはＯｒｇ.−Ｎがなくなった後でのみ減少する。ハイブリットリアクターに供給された汚染物質が完全に除去されると、活性汚泥によって必要とされる酸素量が減少し、それにより過剰酸素は、溶存酸素として検知される。
【００６０】
図８は、硝化と脱硝の「共生」反応を示したものである。曝気によって供給される酸素量（エリア１４に相当する）は、「曝気強度」と「曝気時間」との積により算出される。ここで行われる曝気のタイプは、本発明の目的のための「弱い曝気」として定義されているものであり、一般的に、横座標に沿って延びる長方形（太いラインで囲まれている）を形成する。上記定義される弱い曝気より、活性汚泥によってもたらされる酸素消費を無視している間、過剰な曝気による過剰酸素の供給が回避される。この酸素により、有機窒素は無機窒素、すなわちアンモニア型窒素に変化する。その後、アンモニア型窒素は酸素を追加することによって硝酸型窒素へと変化する。このような一連の反応が「硝化反応」と呼ばれるものである。活性汚泥のＴＯＤ率が曝気によって供給される酸素量よりも高い数値を示している時間帯の間に、硝化反応によって生み出された硝酸型窒素が硝酸呼吸に晒される。これによって酸素が回復し、窒素は大気に放出される。この図の中で、エリア１５は、曝気によってもたらされる酸素量が不足している（溶存酸素を検知できない）領域を示しており、エリア１６は、曝気によってもたらされる酸素量が超過している（溶存酸素を検知できる）場所を示している。
【００６１】
図９は、曝気下における浮遊物が混合した水に対する水質分析の結果を示したものである。ここで行われる曝気のタイプは、本発明の目的のための「強い曝気」として定義されているものであり、一般的に、縦座標に沿って延びる長方形（太いラインで囲まれている）を形成する。ここでのＴＯＤ率はカーブ１１で示され、曝気によって供給される酸素量はエリア１７により示される。強い曝気の下、溶存酸素は、エリア１８に示されるように、それとはわずかに遅れて増大する。しかし、硝化反応が反応物質によるアロステリック効果によって抑制されるようになると、硝化反応はそれが完了する前で停止する。なお、硝酸呼吸はこのような状況では生じない。この図において、ＢＯＤとＣＯＤは、夫々ライン●とライン■によって示され、ＮＨ３−ＮとＯｒｇ.−Ｎは、夫々ライン■とライン▼とによって示されている。さらに、酸化窒素がライン?として示されている。
【００６２】
図１０は、弱い曝気下でのＴＯＤ率(％)、硝化反応および硝酸呼吸の時間依存的変化を示したグラフである。このＴＯＤ率(％) はカーブ１１により示されており、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＮＨ３−ＮおよびＯｒｇ.−Ｎの変化は、夫々ライン●、ライン■、ライン▼およびライン■として示されている。さらに、ＤＯはエリア１９により示されている。この図は、硝化反応および脱硝反応が、弱いあるいはソフトな曝気の下で共存している様子を示している。ハイブリットリアクターの中でこれらが共存する時、硝化反応によって生成される硝酸型の窒素は、硝酸呼吸を通じ、Ｎ２ガスとして大気中に即時に放出される。その結果、閉じられたリアクターでは通常上記のような抑制を受けるが、これらの反応は、これらの反応自身によって形成された物質によって抑制されることはない。それ故、窒素の除去は非常に早く行われる。すなわち、本発明は、弱い曝気の下でのＤＯ濃度曲線のパターンと窒素除去の停止との相互関係を活用するものである。
【００６３】
図１１は、本発明における汚水処理ステップがどのようにして行われるか、およびコントロールされるのかを示したフローチャートである。
【００６４】
コラム１は、以下のプログラムＡからＨまでを網羅したプログラムで構成されており、ここでは、
プログラムＡ（図では［Ａ］と表記している）は、「デバイスチェック」と呼ばれるテストを行うことを可能にするものであり、特に設備の曝気能力がチェックされる。このプログラムでは、リアクターは上水（例：水道水）で満たされ、最大の曝気が施される。曝気装置、計測装置、酸素メータ、ｐＨメータ、温度計の機能が、このプログラムを通じて確認される。
【００６５】
プログラムＡはまた、少なくとも１時間の曝気後にＤＯ濃度が最高レベルにまで達した時に、その設置場所における所定の水温での飽和酸素濃度”Ｃｓ”を決定することを可能にする。
【００６６】
プログラムＡは通常１日かそれ以内に終了する。コラム４に示す典型的な曲線特性が得られた時に、本プログラムはプログラムＢへと移行する。
【００６７】
プログラムＢ（図では［Ｂ］と表記される）は、“活性汚泥の質の評価”と呼ばれるテストを行うものであり、ここでは、活性汚泥のＢＯＤ除去能力がチェックされる。このプログラムでは、上述したようなリアクター内の上水に、２,０００ｍｇ／ｌの固形物質（２,０００ｍｇの活性汚泥浮遊物、すなわち、ＭＬＳＳ）を生じさせる活性汚泥が投入され、最大設計能力で曝気される。
【００６８】
プログラムＢでは汚水を使用しない。すなわち、プログラムＢでのＴＯＤは、酸素要求係数をｂとする、”ＭＬＳＳ × ｂ”で定義される活性汚泥の基本酸素要求量にもっぱら起因する。上述の「基本酸素要求量」は以下のように計算される。すなわち、リアクターが１,０００ｍ３の有効容積を有し、活性汚泥がＭＬＳＳ２,０００ｍｇ／ｌの濃度を有する場合に、そのリアクターは２,０００ｋｇのＭＬＳＳ量を持つことになる。この数値は０．０７の酸素要求係数によって乗算されるので、１日あたりの基本酸素要求量は１４０ｋｇとなる。
【００６９】
プログラムＢにおいて、時間依存的ＤＯ濃度曲線のレベルは、プログラムＡにおけるそれよりも全体的に低いが、それは活性汚泥の基本酸素要求量の上昇によるものである。
【００７０】
プログラムＢは次に、活性汚泥の呼吸系の特性（呼吸速度など）、およびそれにより形成される曲線パターンを照合する。
【００７１】
活性汚泥の供給のための本プログラムは、通常１日を要する。コラム4に示される典型的な曲線が得られたときに、プログラムＣが開始される。
【００７２】
プログラム C（図では［C］と表記される）は、「活性汚泥の汚水への適応能力」を調査するためのテストを行い、ここでは、活性汚泥の汚水への適応能力がチェックされる。このプログラムでは、初めて汚水を活性汚泥を含んだリアクター内に流入し、活性汚泥の汚水に対する適応能力が検査される。
【００７３】
通常、流入される汚水の量は、リアクター有効容積の約２５％であり、例えば町下水といったような汚水なら、約２００ｍｇ／ｌのＢＯＤを含んでいる。ＢＯＤ除去に必要となる酸素量は、“a”がＢＯＤ除去係数を示す、“ＢＯＤ × ａ”で定義される。リアクターの有効容積が１,０００ｍ３であって、２００ｍｇ／ｌのＢＯＤを有する汚水が１日あたり１,０００ｍ３の割合で処理される場合、ＢＯＤ除去量は１日あたり２００ｋｇに等しくなる。この値は０．５のＢＯＤ除去係数で乗算され、ＢＯＤ除去に必要となる酸素量は１日あたり１００ｋｇとなる。
【００７４】
このプログラムは、ＢＯＤ除去機能を有する活性汚泥が用いられている場合、数日だけ必要とする。コラム４に示されたような典型的な曲線特性が得られた後、プログラムＤが開始される。
【００７５】
プログラムＤ（図では［Ｄ］と表記される）は、「硝化微生物の馴養力」を評価するためのテストを行うことを可能にし、ここでは、ＢＯＤ除去機能を持った活性汚泥は馴養されて硝化機能を有するようになる。このプログラムでは、リアクターは所定の間、最大能力で曝気されて硝化微生物が馴養されうる。
【００７６】
活性汚泥の中の硝化微生物による硝化に必要な酸素量は、”c”が硝化係数を示す、“Ｔ−Ｎ × ｃ”で計算できる。リアクターの有効容積が１,０００ｍ３であって、１００ｍｇ／ｌの窒素濃度を持った汚水が１日当たり１,０００ｍ３の割合で処理される場合、硝化される窒素量は１００ｋｇ／日 Ｔ−Ｎに等しくなる。この数値は３．０の硝化係数で乗算され、窒素の硝化に必要な酸素量は１日あたり３００ｋｇとなる。
【００７７】
このプログラムは通常、数ヶ月を要する。
【００７８】
この時のＤＯ曲線は、曝気の開始時にやや不安定になるが、それは硝化微生物によって作られる硝酸が原因である。曲線の不安定が観測されたあとで、曝気が減少され、かつプログラムＦの下で最適化される。
【００７９】
プログラムＥ（図では［Ｅ］と表記される）は、「脱硝機能への馴養力」を評価するためのテストを行うことを可能にし、ここでは、硝化機能を持った活性汚泥が馴養されて脱硝機能が得られるようになる。このプログラムでは、活性汚泥の硝化機能の発生が一度でも確認されれば、脱硝機能を形成させることができるように曝気が減少される。このように、ＢＯＤ除去機能、硝化機能、および脱硝機能が同時に形成される。これらの機能の共存により、硝化に必要となるエネルギーを容易に補填できるようになる。
【００８０】
このプログラムＡからＥまでの間には、以下の観測がなされる。
【００８１】
汚水の流入ステップにおいて、酸素を供給するための曝気はまだ行われない。したがって、汚水の流入により、活性汚泥の酸素消費が増大してＤＯ濃度が急激に減少し、通常、この期間においてＤＯ濃度は０になる。
【００８２】
沈殿ステップの前に曝気を停止させるため、活性汚泥による酸素消費の結果、このステップ中、ＤＯ濃度が直線的に減少する。しかしながら、上水を用いるプログラムＡの場合、活性汚泥による酸素要求は無く、ＤＯ濃度はこのプログラムの下ではほとんど減少しない。
【００８３】
プログラムＦ（図では［Ｆ］と表記される）は、「流入汚水の変動に応じた曝気の最適化」についてのテストを行うことを可能にし、ここでは、この曝気量は流入汚水の変動に対して最適化される。それにより、硝化機能と脱硝機能が活性汚泥の中で共存しつづける環境が形成される。このプログラムにおいて、曝気は、外部擾乱「第１のタイプ」（例えば、流入汚水の量、基質の種類など）に応じて自動的に最適化される。
【００８４】
このプログラムの下、曝気量は、流入汚水の量と質の変化に応じて最適化される。この最適化により、ＴＯＤをさらに減少させることが出来る。
【００８５】
通常、このプログラムのための設備は、有効容量の２０％から１２０％までの間の変化に対応するように設計される。
【００８６】
プログラムＧ（図では［Ｇ］と表記される）は「生育環境温度の変化に応じた活性汚泥の量の最適化」についてのテストを行うことを可能にし、ここでは、活性汚泥の量は水温変化に対して最適化されることにより、活性汚泥の脱硝機能が維持され、かつ酸素の欠乏を防止することができるようになる。このプログラムの下、生育環境温度が１０℃を下回り（外部擾乱「タイプ２」）、脱硝機能が減少したとき、活性汚泥の濃度が酸素供給能力の限界にまで増大し、それにより脱硝機能は維持されうる。逆に、生育環境温度が３０度を超え（外部擾乱「タイプ３」）、酸素拡散係数が減少したとき、活性汚泥の濃度は脱硝機能が行われる限界にまで減少し、それにより酸素の欠乏を防止できる。
【００８７】
プログラムＨ（図では［Ｈ］と表記される）は「異常の検知、および脱硝機能の自動修復」に関するテストを行うことを可能にし、ここでは脱硝機能における異常が検知され、かつこの機能の修復操作が行われる。このような異常は、ＤＯ濃度率曲線の異常な形をチェックすることによって発見される。これにより、脱硝機能は自動的に修復される。
【００８８】
処理水の時間依存量をトレースするため、強いあるいは弱い強度での曝気が行なわれている間、ＤＯ濃度が分析される。その結果、弱い曝気強度によって酸化ゾーン、還元ゾーン、およびＤＯゾーンの共存状態が形成されることが示された。
【００８９】
更に、図１１では、符号２０、２２、２２が夫々上水、活性汚泥、町下水を示している。
【００９０】
コラム２は活性汚泥のＴＯＤ／最大ＴＯＤ(％)に関するチャート図である。プログラムＡでは上水のみが含まれるからＴＯＤは０である。プログラムＢでは、ＴＯＤがもっぱら活性汚泥の基本ＯＤで成り立ち、例えば１日あたり１４０ｋｇである。プログラムＣではＴＯＤが、活性汚泥の基本ＯＤの最高値(１日あたり１４０ｋｇ)、および汚水のＢＯＤ除去に必要となる酸素量（例えば１日あたり１００ｋｇ）で成り立ち、合計して１日あたり２４０ｋｇとなる。プログラムＤでは、汚水の中の窒素を硝化するのに必要となる酸素量（例えば１日あたり３００ｋｇ）がプログラムＣにおけるＴＯＤに追加され、結果、合計で１日あたり５４０ｋｇとなる。他方、プログラムＥでは、汚水の中の窒素を硝化するのに消費される酸素量（１日あたり３００ｋｇ）は、活性汚泥による硝酸呼吸（窒素の還元）によって補填される。それにより、プログラムＥにおけるＴＯＤはプログラムＣのそれと等しくなる。このように、活性汚泥による硝化反応と硝酸呼吸とはそれぞれが共存し、これにより汚水の窒素除去のための過度の曝気を回避することができる。
【００９１】
コラム３は、曝気によって供給される酸素量に関するチャートであり、符号ＳｔｒとＷｋがそれぞれ強い曝気と弱い曝気を示している。
【００９２】
コラム4は、コラム２のＴＯＤとコラム３の供給酸素量（図１２参照）との差を示したＤＯ濃度率に関するチャートである。
【００９３】
符号２３はＤＯ濃度率（図１３参照）のチャートに関し、符号２４は活性汚泥の硝化速度と飽和ＤＯ濃度（図１４参照）のチャートに関し、符号２５はプログラミングデバイスおよびシーケンサを示しており、符号2６はレコーダを示している。
【００９４】
図１２は、１回の処理サイクルにおける経過時間の関数としての、酸素飽和の割合（ＤＯ／Ｃｓ ｂｙ ％）の変化を概略的に示している。「酸素飽和の割合」の値は、同じ水温と水圧の下で計測された「上水の飽和酸素濃度（ｍｇ／ｌ）」に対する「浮遊物が混合した水のＤＯ（ｍｇ／ｌ）」の比（％にて表示）として定義される。
【００９５】
この図に関連して、曝気リアクター内の酸素移動速度“ｄＣ／ｄｔ”は以下の数式で定義される、
［数１］
ｄＣ／ｄｔ= Ｋｌａ [Ｃｓ−Ｃ] −ｒ       …  (Ｉ)
“Ｋｌａ”は、曝気による酸素供給能力を示す総括的酸素移動係数を表し、”Ｃｓ”は、浮遊物が混合した水内の飽和酸素濃度（ｍｇ／ｌ）を表し、”C”は浮遊物が混合した水内の現在のＤＯ（ｍｇ／ｌ）を表し、“ｒ”は、浮遊物が混合した水内の酸素利用率（ｍｇ／ｌ／ｈ）を表している。
【００９６】
この図は、プログラムが[Ａ]から[Ｅ]へと変わる時の「酸素飽和の割合」の数値の曲線パターンの遷移を示している。ここでの符号[Ａ]は、プログラムＡでの上水のＤＯ濃度を計測することによって得られる曲線パターンを示し、曝気装置の能力を示している。符号[Ｂ]は、プログラムＢにおける浮遊物が混合した水のＤＯ濃度を計測することによって得られる曲線パターンを示し、活性汚泥の処理能力を示している。符号[Ｃ]は、プログラムＣにおける浮遊物が混合した水のＤＯ濃度を計測することによって得られる曲線パターンを示し、汚染物質に対する活性汚泥の適応力を示している。符号[Ｄ]は、プログラムＤにおける浮遊物が混合した水のＤＯ濃度を計測することによって得られる曲線パターンを示し、硝化微生物の馴養レベルを示している。ここでの符号[Ｅ]は、プログラムＥにおける浮遊物が混合した水のＤＯ濃度を計測することによって得られる曲線パターンを示し、硝化微生物の硝酸呼吸機能を示している。これらにより、酸素要求が、用いられるプログラムに基づく活性汚泥の変化の関数として、変化していることが理解できる。すなわち、「酸素飽和の割合」の曲線パターンにより、以下の４つのステージをそれぞれから区別することが可能になる。すなわち、硝化機能を作り出すための活性汚泥の馴養ステージ、脱硝機能を作り出すための活性汚泥の自動馴養ステージ、これらの機能を共存させるための環境形成ステージ、および脱硝機能の異常形成である。
【００９７】
符号２７は、曝気ステップの終了時における「酸素飽和の割合」の値の範囲を示している。
【００９８】
図１３は、曝気量、コントロールポイントおよび曝気コントロールの範囲の最適化について説明している。縦座標は「酸素飽和の割合」の数値を表し、横座標は１回の処理サイクルの時間経過を表している。曝気量を自動的にコントロールするプログラムＦにおいて、最適な曝気ポイントは符号２８によって示され、曝気コントロールの範囲は符号２９と３０によって示されている。プログラムＦは、活性汚泥に適用され、プログラムＡからEの後に続き、外的要因が変化したとしても、汚泥の硝化および脱硝機能が、同時に行われることを可能にする。
【００９９】
プログラムＦによれば、すなわち、
ａ）「酸素飽和の割合」の値が約２５％から５０％までに達する場合、曝気を止め、次の処理サイクルの曝気強度を約５％から１０％程度減少させ、
ｂ）「酸素飽和の割合」の値が約２５％から５０％までに達しない場合、次の処理サイクルの曝気強度を約５％から１０％程度上昇させる。
【０１００】
上述の操作を繰り返すことによって、「酸素飽和の割合」に関する曲線は、最適なポイント、例えば酸素飽和の２５％から５０％までの範囲に近づいていくことになる。上記プロセスを、「非数学的アルゴリズムによる曝気量の最適化」と称してもよい。
【０１０１】
その結果、たとえ処理システムの設計容量の範囲内で処理される汚水の水量および水質における変化が生じても、このような変化に反して、安定した状態における脱硝率の少なくとも約９０％を維持することができる。図１３において、符号２８は曝気量の最適なポイントを示している。符号２９は、プログラムＦの下で曝気強度が高くなりすぎた場合の「酸素飽和の割合」に関する曲線を示し、符号３０は、プログラムＦの下で曝気強度が低くなりすぎた場合の「酸素飽和の割合」の曲線を示し、符号３１は、曝気が２５％で停止し、次の処理サイクルでの曝気強度が低下する場合の、曝気停止ラインを表しており、さらに符号３２は曝気が２５％にまで達せず、それにより次の処理サイクルの曝気強度が増加する場合の、曝気上昇ラインを表している。
【０１０２】
図１３は、更に、この「酸素飽和の割合」曲線のパターンが維持されているときは、供給されている酸素量が完全に活性汚泥によって消費され、無駄な溶存酸素は発生していないことを示している。
【０１０３】
図１４は、活性汚泥の量がどのように最適化されるのかを表している。この図は、活性汚泥によって得られる硝化速度と水温との関係を、水温とｍｇ／ｌ単位で表わされた飽和酸素濃度（Ｃｓ）との関係と共に示したものである。
【０１０４】
左側の縦座標は、ハイブリットリアクター内の硝化速度を示しており、” Ｔｏｔａｌ−Ｎ ｋｇ／ｍ３／日”として表現され、さらに横座標はハイブリットリアクター内の水温℃を示している。温度が下がると、活性汚泥の硝化速度も落ちる。符号３３、３４、３５、３６は、試された活性汚泥濃度”ＭＬＳＳ”がそれぞれ５,０００ ｍｇ／ｌ、４,０００ ｍｇ／ｌ、３,０００ ｍｇ／ｌ、および２,０００ｍｇ／ｌである場合の硝化速度の線を示しており、これらの温度依存変化は左側の縦軸にて計られる。
【０１０５】
符号３７は、温度の関数としてのＣｓ（ｍｇ／ｌ）の変化を表しており、右側の縦座標にて計られる。
【０１０６】
通常、水温が１０℃を下回ると、脱硝処理を行わせることは生物的に難しくなる。また、水温が高すぎると、曝気によって得られる酸素移動係数は低下し、酸素量は不足し始める。プログラムＧにおいて、冬季に頻繁に生じるように、水温が１５℃以下にまで下がった時に、汚水処理の間に増殖する活性汚泥ＭＬＳＳ５０ｍｇ／ｌの濃度まで減少する。そこで、濃度がＭＬＳＳ５０００ｍｇ／ｌ以上になるまで活性汚泥の排出を中止し、それにより硝化速度は維持されうる。逆に、夏季に頻繁に生じるように、水温が高い時は、増殖している活性汚泥の排出量を増やし、それにより活性汚泥濃度をＭＬＳＳ２,０００ｍｇ／ｌ以下にまで減少させ、酸素の欠乏は回避されうる。このように、プログラムＧは、最適な曝気量の範囲内で、活性汚泥の濃度を最適化させる。
【０１０７】
図１５は、総括的酸素移動係数”Ｋｌａ”の時間依存的変化を示しており、ここでは、縦座標は「酸素飽和の割合」の数値を示し、横座標は１回の処理サイクルの時間経過を示している。この図の中で、カーブ３８とは、強い曝気の下での時間依存的変化を示したものであり、カーブ３９とは、弱い曝気の下での時間依存的変化を示したものである。曝気によって水中に溶存する酸素量は、水中のＤＯ濃度と反比例する。供給される酸素量（Ｏ２ｋｇ）は以下の数式にて算出される、
［数２］
Ｏ２ (ｋｇ)= Ｑ ｘ Ｋｌａ [Ｃｓ−Ｃ]    …     (II)
“Ｑ”は、ハイブリットリアクター内の浮遊物が混合した水の量(ｍ３)を示し、”Ｋｌａ”は、総括的酸素移動係数を示し、”Ｃｓ”は、浮遊物が混合した水内の飽和酸素濃度（ｍｇ／ｌ）を示し、”Ｃ”は、浮遊物が混合した水内のＤＯ濃度（ｍｇ／ｌ）を示している。
【０１０８】
汚水処理設備を設計する場合、曝気機器の能力は数式（II）に基づいて計算される。現在のＤＯ濃度”Ｃ”を低くすると、（Ｃｓ−Ｃ）の差はより大きくなる。現在のＤＯ濃度が０（Ｃ＝０）の場合、（Ｃｓ−Ｃ）の差は最大のものとなり、大気中から水中への曝気による酸素移動率は、最も高い数値となる。
【０１０９】
これとは逆に、現在のＤＯ濃度が飽和酸素濃度と同じである場合（Ｃ＝Ｃｓ）、Ｋｌａの数値に関係なく、酸素は大気から水中へは移転しない。そのため、強い曝気をかけたとしても、曝気による酸素移動率は０となる。曝気機器が高いＫｌａ値を確保するために好適に設計されていたとしても、上述の所見を正しく考慮しなければ、そのような計測でも最も効率的な曝気プロセスを必ずしも保証するものではない。
【０１１０】
原則的に、曝気によって供給される酸素量が減少すると、酸素移動率は高まる。しかし、必要な酸素量は変化しうるため、酸素供給を単純に減らすことは、酸素の欠乏を生じさせる原因となる。図１５は、図１３の「酸素飽和の割合」曲線によって曝気がコントロールされている時、酸素移動率がかなり高くなることを示している。このようなコントロール法は、脱硝機能を高いレベルに保つこと、および脱硝に必要となるエネルギーを最小化することを可能にする。
【０１１１】
それゆえ、曝気によって得られる酸素移動率は、「酸素飽和の割合」の数値が低いときに高くなる。逆に、曝気によって得られる酸素移動率は、強い曝気の下で「酸素飽和の割合」曲線の数値が高いときには低くなる。さらに、低い「酸素飽和の割合」の値では、水中へ移動する酸素量は活性汚泥によって完全に消費される。その一方、硝化反応によって消費される酸素は硝酸呼吸によって回復するが、それは硝化反応と脱硝反応の共存によるものである。結果として、高い酸素移動率は、図１３のプログラムＦの下での「酸素飽和の割合」曲線において維持される。
【０１１２】
通常、本発明のリアクターは、下記の装置を備える、すなわち、
・  体積流量計、周波数調整手段等を有する曝気機器、
・  周波数調整手段等を有する攪拌機、
・  溶存酸素測定手段（例えば酸素濃度計）、ｐＨ計、水温計等を有する測定装置、
・  自動制御ソフトウェアによりテストをコントロールするためのプログラムシーケンサ等の補助装置、および
・  テストの進捗を記憶し、かつテストの結果を分析するためのマルチポイントレコーダ。
【０１１３】
「酸素飽和の割合」の値と処理水の水質は、処理時間のサイクルの関数として相互に関連してもよい。例えば、図７に示すように、ＴＯＤ率は、曝気プログラムと処理時間サイクルとの関数としてプロットされる。
【０１１４】
図８に示すように、微生物の共生の効果は最大限に利用される。言い換えると、複数の微生物が同じ時間帯の間単一の容器内に収容され、最適な共生条件がその後に模索される。第１に、最大の反応率は、中間生成物を除去することによって実現される。第２に、最大の反応率はアロステリック酵素の活動を促進することによって徐々に実現される。第３に、必要酸素量は最適化され、それにより酸素が節約される。
【０１１５】
曝気の減少は図１５に示される結果をもたらし、該結果によれば、酸素飽和の割合の値が低下するにつれて、曝気によって得られる”Ｋｌａ[Ｃｓ−Ｃ]”の値が上昇する。本図において、供給される酸素から消費された酸素を差し引くことによって、ＤＯ濃度が計測および計算される。
【０１１６】
言い換えるならば、「酸素飽和の割合」が低い数値で維持されると、酸素消費も減少する、ということである。
【０１１７】
一般的に、脱硝設備のために必要な酸素量は以下のようにして計算される。
【０１１８】
必要酸素量＝[ＢＯＤ除去に要する酸素量＋活性汚泥が要する酸素量＋硝化に要する酸素量] × 安全マージン、
ＢＯＤ除去に要する酸素量はＢＯＤ（ｋｇ）×ａで表され、“ａ”は、例えば５であり、
活性汚泥が要する酸素量は、ＭＬＳＳ（ｋｇ）× ｂで表され、“ｂ”は、例えば０．０７であり、
硝化に要する酸素量は、Ｔ−Ｎ（ｋｇ）× ｃで表され、“ｃ”は、例えば３．０であり、ここでは、Ｔ−ＮはＮＨ３−Ｎ, ＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎで構成される全窒素を意味し、
安全マージンは２０％から５０％とする。
【０１１９】
本発明の最適化プロセスにおいて、硝化プロセスのためのＯ2の追加は必要ない。したがって、本発明によって必要となる酸素の量は、ＢＯＤ除去設備によって必要とされる量を超えるものではない。
【０１２０】
設計酸素量は、安全マージンを流入汚水（１００％とする）に乗じることで導き出される。しかし、正確には、流入汚水の量が１００％になることはまれで、そのため、必要となる酸素量はコンスタントに変動する。本発明の方法は、この変動に応じて酸素の最適な量を供給することを可能にし、それによって不必要なエネルギー消費を抑えるものである。
【０１２１】
１．順応ステップ
リアクターの性能を確認するため、リアクターが水で満たされ、例えば約２４時間曝気される。
【０１２２】
一般的な連続式汚水処理施設から活性汚泥を採取し、それを適切な量、上述の水のなかに、約２,０００ｍｇ／ｌのＭＬＳＳが生じるまで入れる。活性汚泥のＢＯＤ除去能力を確認する為、混合水全体を、例えば約２４時間曝気する。
【０１２３】
活性汚泥の中に含まれている微生物は、２段階に、以下の条件で、馴養される、
- 処理される汚水は下水であり、
- １回の処理サイクルは、下水流入（例えば３０分）＋曝気（たとえば４〜５時間）＋沈殿（たとえば１〜２時間）＋上澄み水の排出（例えば３０分）であり、
- １日あたりのサイクル数は、３〜４サイクル／１日（毎６〜８時間）であり、
- サイクル数は、３〜４回／１日であり、
- 流入排出比率は、１回の処理サイクル当たり２５％であり、
- ＢＯＤ負荷は、最大約０．１６ｋｇ／ｍ３／日 であり、
- 活性汚泥の濃度は、ＭＬＳＳで約２,０００ ｍｇ／ｍ３以上である。
ａ）第１ステージ（硝化機能の形成）
ここでの曝気は、曝気期間の中で最大の強度となる。活性汚泥は通常、６０日から９０日までの間にＢＯＤ除去及び硝化機能を持つようになり、かつｐＨは６．０以下に減少する。
ｂ）第２ステージ（脱硝機能の形成）
硝化能力の形成を確認した後、曝気の強さと曝気時間が最適化される。
【０１２４】
「酸素飽和の割合」の値が約２５％に達した時に、進行中の曝気を止め、その後の処理サイクルにおける曝気強度を段階的に、例えば２Ｈｚ弱める。
【０１２５】
逆に、「酸素飽和の割合」の値が約２５％である上記閾値に達しなければ、その後の処理サイクルにおける曝気強度を段階的に、例えば２Ｈｚ強める。
【０１２６】
このように曝気強度を最適化することによって、通常、活性汚泥は１５日から３０日の間に脱硝機能を得る。
【０１２７】
２．水処理ステップ
ここでは、上述した第２のステージが必要な変更を加えられて適用される。
【０１２８】
３．変化制御プロセス
本発明での方法によって、約９０％の脱硝率を維持することが可能になり、外部の乱れにかかわらず、これを安定した状態で自動的に得ることができる。
【０１２９】
下水の量及び／又は質が変化したとき、下水の酸素要求量の変化に応じて、設計された能力の限界内で曝気が最適化される。
【０１３０】
生育環境温度が低下、例えば１０℃以下になることにより脱硝速度が低下した場合は、汚泥の濃度を、例えば７,０００ｍｇ／ｌまで増大させ、それによって脱硝能力を増大させる。
【０１３１】
生育環境温度が上昇、例えば１０℃以上になることにより、酸素拡散が減少した場合、汚泥濃度を多くても２,０００ｍｇ／ｌまで減少させ、それによって酸素の欠乏を防止させる。
【０１３２】
このように、本発明の活性汚泥システムにおける脱硝機能は、外部の乱れに反して自動的に安定し、約９０％の脱硝率が維持される。
【０１３３】
４．異常の検知と自動修復
本発明の方法は、以下の異常を検知し、自動的に脱硝機能を修復させるステップを起動させることが可能である。
【０１３４】
ここでの異常の例として、流入量の異常、機器の故障、停電、およびその他のアクシデントがある。
【０１３５】
本システムでは、ＤＯ濃度は継続的に検出もされず、コントロールもなされない。その代わりに、ｐＨ値が７．０を超える時、システムは自動的に順応ステップに移行し、それにより活性汚泥が脱硝機能を回復する。
【０１３６】
本システムは、ＢＤＯ除去反応、硝化反応および脱硝反応を同時に行わせる。また、このシステムでは、脱硝機能は外部の乱れに対して最適化される。このシステムは高い酸素移動率と高い酸素利用率を実現し、それによってエネルギーを節約する。
【０１３７】
本発明のシステムは、汚水中の全窒素を９０〜９５％減少させることができ、また、約１００〜約７,０００ｍｇ／ｌという幅広い範囲のＢＯＤを有する汚水に対しても適用可能である。このシステムは１０℃以下から３０℃以上まで変化する温度においても稼動できる。さらに、従来の汚水処理設備と比較して、エネルギーの約５０％を節約できる。
（実施例）
上水（５ｍ３）をリアクター内に満たした。リアクターの垂直壁の上端リムが、上水を満たしたときにその水面より少なくとも３０cm上になるように、該リアクターは設計されている。このように、処理によって生じる泡が漏れ出すことを防いでいる。
【０１３８】
第１段階において、上水が曝気に晒され、上水に、例えば１０ｇの固形乾燥化した活性汚泥が加えられて約２,０００ｍｇ／ｌの懸濁濃度を得た。
【０１３９】
第２段階において、曝気を、少なくとも５ｍ３／ｈの割合で、例えば４時間行った。通常、この段階では、活性汚泥においてＢＯＤ除去を促進し且つ硝化能力をうるために、強力な曝気が必要とされた。そのため、曝気機器は、最大能力で稼動された。溶存酸素(ＤＯ)濃度、酸素減少能力(ＯＲＰ)、水温等をチェックする必要はなかった。
【０１４０】
その後、浮遊物が混合した水を、例えば１時間淀ませておくと、該水は上澄み水の層と沈殿物の層に分離した。
【０１４１】
それから、上澄み水の層を、例えば３０分かけて、リアクターから排出した。通常、排出された水の量は最初の浮遊物が混合した水の量の約２５％であった。
【０１４２】
その後、汚水を、例えば３０分かけて、リアクター内に流入させた。全体の生育環境を約５ｍ３の水準に保つために、流入された汚水の量は、通常、最初の浮遊物が混合した水の量の約２５％であった。
【０１４３】
上記の場合、1単位処理サイクルは約６時間となり、このサイクルは約３０分の汚水の流入ステップ、約４時間の曝気ステップ、約１時間の沈殿ステップ、および約３０分の排出ステップに分けうる。
【０１４４】
単位処理サイクルは、生育環境のｐＨが約７以下になるまで繰り返された。これにより、微生物の馴養の開始を表すｐＨが減少し、ＢＯＤ除去（例として、係数ｋ１）と硝化（例として、係数ｋ２とｋ３）とを生じさせる。
【０１４５】
上述の単位サイクルを、さらにｐＨが６．８以下になるまで繰り返した。その時、脱硝（係数ｋ４）反応が始まっている事が推定された。脱硝反応が安定した状態になるまでに、数週間から数ヶ月かかった。
【０１４６】
ｐＨが６．８以下になったとき、曝気は減少されたが、ｐＨ値は維持された。この曝気の減少は、周波数コンバータを用いて、所定のピッチ／サイクルで交流電流の周波数を減少させることによって行うことができた。例えば、周波数は約６０Ｈzから所定の周波数レベル（例えば、２０Ｈz）まで減少された。その結果、コンプレッサ内のモーターの周期は、コンバータにより、約２Ｈｚのピッチ／（６時間の単位サイクル）に調整され、これにより、ブロアーにより吹き出される空気量が変更された。通常、減少における約２Ｈｚが、１〜２％の曝気量の減少に相当した。周波数が約２０Ｈzの水準にまで達したときは、通常、曝気の減少が中断され、その後ｐＨが６．８以下に保たれるまで、その水準を維持した。
【０１４７】
逆に、曝気の減少の結果としてｐＨが上昇したような場合、ｐＨが約６．８以下を維持するように、曝気は除々に強められる。このように、汚水処理は特段の制限無く繰り返された。
【０１４８】
この段階的な周波数の調整は、以下のように行われる。
【０１４９】
ｐＨが約５．８以下になった後、曝気をさらに１時間続けた。「酸素飽和の割合」の値が約２５％に達した場合、曝気を停止し、次の単位サイクルの曝気周波数は減少させられた。
【０１５０】
これに対し、曝気を停止した後で、「酸素飽和の割合」の値が約２５％のレベルに達しない場合、次の単位サイクルの曝気周波数は増加された。
【０１５１】
上述のプロセスにおいて、生育環境温度が約１０℃以下に下がった場合、汚泥の量を増やすために過剰汚泥の排出が停止され、脱硝機能が維持された。
【０１５２】
逆に、生育環境温度が約２０℃以上に上昇し、かつ、曝気の停止の後に「酸素飽和の割合」の値が、上述した２５％のレベルに達しない場合、過剰汚泥の排出が増加され、酸素の欠乏を防ぐことができた。
【０１５３】
ｐＨが７．８を超過した場合、強曝気ステージが再開されて、脱硝機能を回復することができた。
【０１５４】
これと同時に、操作者に対し、設備のチェックすべき旨の警告がなされた。操作者は、負荷が過剰かどうか、曝気機器が壊れていないか、あるいは計量計が通常に機能しているかどうか等をチェックした。
【０１５５】
汚水処理設備より得られる結果は以下の表に詳説されている。これらの表では、
・  ＢＯＤは５日間の反応に計測され、
・  ＣＯＤは１００℃で３０分間にわたり酸化剤として過マンガン酸カリウムを使用したときの値であり、
・  ＭＢＡＳはメチルブルー活性物質量であり、
・  ｎ−Ｈｅｘはノルマルヘキサンによる抽出物である。
【０１５６】
【表１】
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表１  下水処理結果：１２サンプルの平均、１ｍ３／０．２２５ｋＷｈ
【０１５７】
【表２】
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表２  下水処理結果：１２サンプルの平均
【０１５８】
【表３】
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表３  下水処理結果：１２サンプルの平均
【０１５９】
【表４】
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表４  畜産／飼育排水の処理結果：ＭＬＳＳ:３,９００ｍｇ／ｌ, ＭＬＶＳＳ:３,１００ｍｇ／ｌ, ＳＶ−３０:９５％
【０１６０】
【表５】
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表５  畜産／飼育排水の処理結果：ＭＬＳＳ５,４００ｍｇ／ｌ, ＭＬＶＳＳ:４,２６０ｍｇ／ｌ, ＳＶ-３０:９９％; 天気、晴れ； 気温１７.３℃；水温１４.２℃
【０１６１】
【表６】
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表６  し尿の処理結果：ＭＬＳＳ:２０７０ｍｇ／ｌ, ＭＬＶＳＳ:１９１０ｍｇ／ｌ, ＳＶ-３０:５８％; 天気、晴れ； 気温２８.８℃；水温２６.５℃
【０１６２】
【表７】
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表７  し尿の処理結果：ＭＬＳＳ:４,５００ｍｇ／ｌ, ＭＬＶＳＳ:４,０００ｍｇ／ｌ, ＳＶ-３０:９８％; 天気、晴れ；気温３０.８℃；水温２６．１℃
【０１６３】
【表８】
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表８  肉加工排水の処理結果：Ｑ(ｍ３／１日), ＢＯＤ, ＳＳ, ノルマルヘキサン抽出物, ＭＬＳＳ（ｍｇ／ｌ）
【０１６４】
【表９】
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表９  生活排水の処理結果：水サンプルの分析
【０１６５】
【表１０】
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表１０  農村排水及び豚畜産排水の処理結果：天気、晴れ；気温２５℃；水温２０℃
【０１６６】
【表１１】
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表１１  澱粉排水の処理結果
【０１６７】
【表１２】
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表１２  麺加工排水の処理結果：ＭＬＳＳ:３,９５０ｍｇ／ｌ, ＭＬＶＳＳ:３,８００ｍｇ／ｌ, ＳＶ-３０:９９％
【０１６８】
処理水が含む全窒素が３ｍｇ／ｌ以下であった場合には、飲料水として利用可能であり、処理水が含む全窒素が７ｍｇ／ｌ以下であった場合には、灌漑用水として利用可能である。
【０１６９】
本発明に基づくこのシステムは、新しいコンセプト、すなわち、数学的分析に依存することなく脱硝処理に適合するように微生物を馴養することを基本とする。本システムは、環境保護に適合した新しい種類の産業の出現に役立つものとなりうる。
【０１７０】
この創意に富んだシステムはさらに、地下水系に含まれる硝酸汚染物質を除去することをも可能にし、それにより、安全な飲料水を簡易に得ることができる。
【０１７１】
さらに、この独創的な方法による地方自治体の下水の脱硝処理は、農業用水として用いるに適した上水をもたらす。
【０１７２】
リアクターとして溜池を活用すれば、補修工事は非常に容易であり、それによって、脱硝処理設備のランニングコストを大きく削減できる。
【０１７３】
本発明における方法はさらに、２つの主要な環境問題、すなわち、天然水資源の保護と水資源の乾燥からの保護、を同時に解決するのに役立つものとなりうる。本発明における脱硝処理プロセスはさらに、下水から飲料水、灌漑用水及び／又は工業用水への再生のためのシンプルではあるが効果的且つ経済的な手段となり得、これにより貧弱な環境条件によって発生しうる被害を未然に防止することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】ＢＯＤ除去、硝化および脱硝反応の間の、窒素化合物の異化のステップを示す図である。
【図２】従来の一般的な３ステップの脱硝システムの側面図である。
【図３】本発明の単一リアクター脱硝システムの側面図である。
【図４】機能的に分類されたステップＩ、Ａ、Ｓ、Ｏ、およびバンドで示されている各ステップに対応する処理時間によって描かれる図３の単一リアクター脱硝システムの側面図である。
【図５】「ハイブリットリアクター」あるいは「ハイブリットラグーン」と呼ばれる、付属装置ユニットを備える本発明の設備の側面図である。
【図６】６時間の水処理プロセスのサイクル（プログラムＡの下で行われる水の流入ステップの終了時に、ＴＯＤが１００％に達する）において経過する時間の関数としての浮遊物が混合した水（バイオマス）の全酸素要求量の比率の変化を表すグラフである。
【図７】図６における時間サイクルの関数としての浮遊物が混合した水のＴＯＤ率と水質の変化を表すグラフである。
【図８】共生微生物システムにおける硝化反応と脱硝反応の同時存在を示唆する、図６における時間サイクルに関連するＴＯＤ率の変動を表すグラフである。
【図９】図６における時間サイクルの関数としての、強力な曝気の下での浮遊物が混合した水のＴＯＤ率および水質における変化を表すグラフである。
【図１０】図６における時間サイクルの関数としての、弱いあるいはソフトな曝気の下でのＴＯＤ率、硝化反応および硝酸呼吸の変化を表すグラフである。
【図１１】それぞれ異なる汚水処理プログラム（プログラムＡ〜Ｈ）、およびそのコントロールパラメータを示したフローチャートである。
【図１２】６時間の水処理プロセスのサイクルにおいて経過する時間の関数としての、それぞれ異なるプログラムにおいて得られたＤＯ濃度率（プログラムＡによる曝気ステップの終了時における飽和ＤＯ濃度の％として表記されている）の変化を、概略的に表示した図である。
【図１３】図１２における時間サイクルの関数としてのＤＯ濃度率を表すグラフであり、プログラムＦの下で得られた曝気量、コントロールポイントおよびコントロールの範囲の最適化について示したグラフである。
【図１４】飽和ＤＯ濃度(mg/l)と水温との関係と共に、それぞれ異なる浮遊物が混合した水における活性汚泥の硝化の速度と水温との関係を示した図である。
【図１５】図１２における時間サイクルの関数としてのＤＯ濃度率の変化を示した図であり、曲線４３と曲線４４は、夫々強力な曝気および弱い曝気でのＤＯ濃度率の時間的変化を示しており、右側の縦座標は、曝気リアクターにおける酸素供給能力として定義される総括的酸素移動係数「Ｋｌａ」の変化を示している図である。
【符号の説明】
【０１７５】
８  前処理施設
９  流入汚水流量調整施設
１０  リアクター
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007526112.tif 000027
【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2007526112.tif 000031