(57)【要約】有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを含んで成る生物学的水処理プロセスで水を処理するための混合物が供される。凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の比で混合し、生物学的水処理性を向上させる。混合物は、特に、微粒子の凝集性を向上させ、膜バイオリアクター中の膜表面上の汚染を低減し、生物学的水処理システム中のバイオマスによるリンおよび/又は窒素の消費を改善し、生物学的水処理システム中のバイオマスおよび/又はフロックの生物活性を改善し、および膜バイオリアクター中の流束を改善するために適当である。
2013506550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的水処理プロセスで水処理するための混合物であって、
有機系凝集剤、
微量栄養素、および
ポリマー
を含んで成り、
前記生物学的水処理性を向上させるために、前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーが所定の比で混合される、水処理するための混合物。
【請求項２】
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーが、前記生物学的水処理性を向上させるために相乗的な量で前記水へ加えられる、請求項１に記載の水処理するための混合物。
【請求項３】
前記混合物が、２０〜６０重量部の前記凝集剤、４〜８重量部の前記微量栄養素および１〜５重量部の前記ポリマーを含んで成る、請求項１又は２に記載の水処理するための混合物。
【請求項４】
水１リットル当たりに８〜１７ｍｇの量の前記凝集剤が供され、水１リットル当たりに０．２〜１ｍｇの量の前記微量栄養素が供され、および水１リットル当たりに１．５〜３ｍｇの量の前記ポリマーが供される、請求項１〜３のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項５】
前記凝集剤が生分解性を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項６】
前記凝集剤が天然有機系凝集剤である、請求項１〜５のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項７】
前記凝集剤がでんぷん系凝集剤である、請求項１〜６のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項８】
前記微量栄養素が、鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る、請求項１〜７のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項９】
前記微量栄養素が複数の無機塩を含んで成る、請求項８に記載の水処理するための混合物。
【請求項１０】
前記微量栄養素が、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成る、請求項８又は９に記載の水処理するための混合物。
【請求項１１】
前記微量栄養素が酵母を含んで成る、請求項１〜７のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項１２】
前記ポリマーが天然ポリマーである、請求項１〜１１のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項１３】
前記ポリマーがキトサンである、請求項１〜１２のいずれかに記載の水処理するための混合物。
【請求項１４】
生物学的水処理プロセスのための試薬であって、
微量栄養素、および
天然ポリマー
を含んで成り、
前記試薬が、凝集剤との相乗的な量で前記プロセスに適用される、試薬。
【請求項１５】
前記凝集剤よりも先に又は前記凝集剤と共に、前記試薬が前記プロセスに適用される、請求項１４に記載の試薬。
【請求項１６】
前記試薬が、４〜８重量部の前記微量栄養素および１〜５重量部の前記ポリマーを含んで成り、２０〜６０重量部の前記凝集剤と共に適用される、請求項１４又は１５に記載の試薬。
【請求項１７】
ポリマー／微量栄養素の比が、処理水１リットル当たり０．２／１．５ｍｇ〜１／３ｍｇである、請求項１４〜１６のいずれかに記載の試薬。
【請求項１８】
前記微量栄養素が、鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る、請求項１４〜１７のいずれかに記載の試薬。
【請求項１９】
前記微量栄養素が複数の無機塩を含んで成る、請求項１８に記載の試薬。
【請求項２０】
前記微量栄養素が、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成る、請求項１８又は１９に記載の試薬。
【請求項２１】
前記微量栄養素が酵母を含んで成る、請求項１４〜１７のいずれかに記載の試薬。
【請求項２２】
前記ポリマーが天然ポリマーである、請求項１４〜２１のいずれかに記載の試薬。
【請求項２３】
前記ポリマーがキトサンである、請求項１４〜２２のいずれかに記載の試薬。
【請求項２４】
生物学的水処理システムであって、
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを含んで成り、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーが、所定の相乗比で混合され、生物学的水処理プロセスの水へ添加される、生物学的水処理システム。
【請求項２５】
前記凝集剤、微量栄養素およびポリマーが、水処理プロセスの水へ添加される前に、前記所定の相乗比で混合される、請求項２４に記載の生物学的水処理システム。
【請求項２６】
前記凝集剤、微量栄養素およびポリマーが、前記水処理プロセスの場で混合される、請求項２４に記載の生物学的水処理システム。
【請求項２７】
前記生物学的水処理プロセスが、膜バイオリアクターを含んで成る、請求項２４〜２６のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項２８】
前記生物学的水処理プロセスが、浸水スポンジを含んで成る、請求項２４〜２６のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項２９】
前記生物学的水処理プロセスが、浸水膜バイオリアクターを含んで成る、請求項２４〜２６のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３０】
２０〜６０重量部の前記凝集剤、４〜８重量部の前記微量栄養素および１〜５重量部の前記ポリマーを含んで成る、請求項２４〜２９のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３１】
水１リットル当たりに８〜１７ｍｇの量の前記凝集剤が供され、水１リットル当たりに０．２〜１ｍｇの量の前記微量栄養素が供され、および水１リットル当たりに１．５〜３ｍｇの量の前記ポリマーが供される、請求項２４〜３０のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３２】
前記凝集剤が生分解性を有している、請求項２４〜３１のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３３】
前記凝集剤が天然有機系凝集剤である、請求項２４〜３２のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３４】
前記凝集剤がでんぷん系凝集剤である、請求項３３に記載の生物学的水処理システム。
【請求項３５】
前記微量栄養素が、鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る、請求項２４〜３４のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３６】
前記微量栄養素が複数の無機塩を含んで成る、請求項３５に記載の生物学的水処理システム。
【請求項３７】
前記微量栄養素が、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成る、請求項３５又は３６に記載の生物学的水処理システム。
【請求項３８】
前記微量栄養素が酵母を含んで成る、請求項２４〜３４のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項３９】
前記ポリマーが天然ポリマーである、請求項２４〜３８のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項４０】
前記ポリマーがキトサンである、請求項２４〜３９のいずれかに記載の生物学的水処理システム。
【請求項４１】
生物学的水処理するための方法であって、
処理を必要とする水へ所定の相乗比で微量栄養素、ポリマーおよび有機系凝集剤を添加する工程、および
得られた処理水がフロックを形成する工程を含んで成る、方法。
【請求項４２】
前記水から前記フロックを除去することを更に含んで成る、請求項４１に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４３】
前記微量栄養素、前記ポリマーおよび前記有機系凝集剤を前記水へ別々に添加する、請求項４１又は４２に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４４】
前記微量栄養素および/又は前記ポリマーを前記凝集剤よりも先に又は前記凝集剤と共に添加する、請求項４１又は４２に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４５】
前記微量栄養素と前記ポリマーと前記有機系凝集剤とを前記水へ添加する前に混合する、請求項４１又は４２に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４６】
２０〜６０重量部の前記凝集剤、４〜８重量部の前記微量栄養素および１〜５重量部の前記ポリマーを前記水へ添加する、請求項４１〜４５のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４７】
水１リットル当たりに８〜１７ｍｇの量の前記凝集剤が供され、水１リットル当たりに０．２〜１ｍｇの量の前記微量栄養素が供され、および水１リットル当たりに１．５〜３ｍｇの量の前記ポリマーが供される、請求項４１〜４６のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４８】
前記凝集剤が生分解性を有している、請求項４１〜４７のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項４９】
前記凝集剤が天然有機系凝集剤である、請求項４１〜４８のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５０】
前記凝集剤がでんぷん系凝集剤である、請求項４９に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５１】
前記微量栄養素が、鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る、請求項４１〜５０のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５２】
前記微量栄養素が複数の無機塩を含んで成る、請求項５１に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５３】
前記微量栄養素が、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成る、請求項５１又は５２に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５４】
前記微量栄養素が酵母を含んで成る、請求項４１〜５０のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５５】
前記ポリマーが天然ポリマーである、請求項４１〜５４のいずれかに記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５６】
前記ポリマーがキトサンである、請求項５５に記載の生物学的水処理するための方法。
【請求項５７】
生物学的水処理での有機系凝集剤の効能を向上させる方法であって、
前記方法が、水へ前記凝集剤を添加する前に、又は同時に前記凝集剤と微量栄養素およびポリマーの相乗的な量と混合することを含んで成る、方法。
【請求項５８】
前記微量栄養素およびポリマーと前記有機系凝集剤との混合が、前記水を処理するための生物学的水処理装置内で行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
生物学的水処理プロセスで凝集剤を使用することにより生成されるフロックの特性を変える方法であって、
所定の相乗比で、前記凝集剤、微量栄養素およびポリマーを別々に又は同時に処理を必要とする水へ添加することを含んで成る、フロックの特性を変える方法。
【請求項６０】
前記特性が、１つ又はそれよりも多い前記フロックの径、生物学的活性、密度、沈降速度、粘度、表面特性、汚泥容量指標（ＳＶＩ）および領域沈降速度（ＺＳＶ）である、請求項５９に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６１】
２０〜６０重量部の前記凝集剤、４〜８重量部の前記微量栄養素および１〜５重量部の前記ポリマーを前記水へ添加する、請求項５９又は６０に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６２】
処理水１リットル当たりに８〜１７ｍｇの量の前記凝集剤が供され、処理水１リットル当たりに０．２〜１ｍｇの量の前記微量栄養素が供され、および処理水１リットル当たりに１．５〜３ｍｇの量の前記ポリマーが供される、請求項５９〜６１のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６３】
前記凝集剤が生分解性を有している、請求項５９〜６２のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６４】
前記凝集剤が天然有機系凝集剤である、請求項５９〜６３のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６５】
前記凝集剤がでんぷん系凝集剤である、請求項６４に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６６】
前記微量栄養素が、鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る、請求項５９〜６５のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６７】
前記微量栄養素が複数の無機塩を含んで成る、請求項６６に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６８】
前記微量栄養素が、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成る、請求項６６又は６７に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項６９】
前記微量栄養素が酵母を含んで成る、請求項５９〜６５のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項７０】
前記ポリマーが天然ポリマーである、請求項５９〜６９のいずれかに記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項７１】
前記ポリマーがキトサンである、請求項７０に記載のフロックの特性を変える方法。
【請求項７２】
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを前記水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーを所定の相乗比で前記水に混合して、前記水中の微粒子の凝集性を向上させる、方法。
【請求項７３】
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを前記水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーを所定の相乗比で前記水に混合して、前記水を処理するために使用される膜バイオリアクター中の膜表面における汚染を低減する、方法。
【請求項７４】
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを前記水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーを所定の相乗比で前記水に混合して、前記水を処理するために使用される生物学的処理システム中のバイオマスによるリンおよび/又は窒素の消費を改善する、方法。
【請求項７５】
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを前記水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーを所定の相乗比で前記水に混合して、前記水を処理するために使用される生物学的処理システム中のバイオマスおよび/又はフロックの生物活性を改善する、方法。
【請求項７６】
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを前記水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
前記凝集剤、前記微量栄養素および前記ポリマーを所定の相乗比で前記水に混合して、前記水を処理するために使用される膜バイオリアクター中の流束を改善する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的水処理および排水処理に関する。特に、本発明は、膜式バイオリアクターのような生物学的処理システムに関する。しかしながら、本発明は、当然ながら特定の用途に限定されるものではないと理解されよう。
【０００２】
本明細書を通じて使用される「水」という用語は、水そのもの又は工業排水、公共排水、雑排水、汚水、家庭排水および農業排水等の処理を必要とする水を含んで成る。
【背景技術】
【０００３】
本明細書における従来技術に関する説明は、従来技術が上記分野において広く知られている、又は技術常識の一部を形成しているという事を示すものではない。
【０００４】
生物学的処理は、水処理産業で周知の技術である。バクテリアや他の微生物を使用して汚染物質を吸収することによって、水中の汚染物質を除去する。例えば、活性汚泥法は、生物学的水処理において一般的に使用される方法である。空気（又はエアー）を水中に入れて、排水の有機量を低減する生物凝集を向上させる。活性汚泥法は、水中から汚染物質を除去するための一般的な方法である。この方法は、家庭排水（下水）処理で特に使用される。
【０００５】
活性汚泥法では、エアレーションタンク中の溶解有機物質を含んで成る排水を介して、大量のエアーを泡立てる。溶解した有機「食物」又は排水中の汚染物質を吸収するためにシステム内に生存し、成長し、および増殖するバクテリアや他のタイプの微生物は、酸素を必要とする。排水が十分に処理されると、余剰水（混合液）が沈殿槽に送られる。沈殿槽に送る前に、上澄み液を流出させて更なる処理を行う。一定の材料および汚泥をエアレーションシステムの先頭に戻して、槽に入る新しい排水の再処理を行ってもよい。処分する前に残存する汚泥を更に処理する。
【０００６】
「活性汚泥」とは、溶存酸素の存在下でエアレーションタンク中の微生物の成長により、原水又は沈殿水(沈殿するフロックの除去後の凝縮水)に生成されるバイオマスを指す。活性汚泥は、流入水に供給される多くの生物を含む初期の汚泥とは異なる。活性汚泥プロセスは、曝気水と活性汚泥との混合物を使用する。次いで、活性汚泥は、沈殿することにより処理排水と分離され、又、活性汚泥を再使用してもよい。
【０００７】
生物学的処理では、活性汚泥は生物学的凝集剤として作用する。汚泥中のバイオマスは、水中の微細粒子を凝固させ（すなわち、相互に凝着させ）、液体の沈殿を促す化学物質を分泌すると考えられている。水処理操作では、凝集プロセスを行い、浮遊固体と水とを分離する。凝集とは、微粒子間に結合を形成し、大きな凝集体に微粒子を結合させるポリマー（又は高分子）化合物の作用である。ポリマー鎖のセグメントは、異なる微粒子に吸着し、微粒子を凝集するために役に立つ。一旦、浮遊粒子が比較的大きな微粒子に凝集されると、十分な密度の違いが浮遊物質と液体との間にあるという条件の下、たいてい沈降作用により液体から浮遊粒子を除去することができる。又、ろ過、歪み作用又は浮上分離により、そのような微粒子を除去し又は分離することができる。凝集反応は、微粒子を大きくしてすばやく沈殿させるのみではなく、凝集剤の物理的性質にも影響を与える。すなわち、凝集反応は、これら微粒子の粘着性を減らして、脱水をし易くするのである。  
【０００８】
凝集剤は、一般的に無機凝集剤、有機合成ポリマー凝集剤に分類され、又、天然生体ポリマー凝集剤を生じさせる。有機合成ポリマー凝集剤は、安価で、操作が簡便で、高効率のため、無機凝集剤と共に使用される。しかしながら、これら凝集剤は、分解する間、環境および健康リスクを生じる。更に、ポリマー凝集剤は、生物分解しないという使用に関して別の著しい欠点がある。従って、生態学的影響の少ない生分解可能な天然の凝集剤が好まれる。この事は、特に水の再利用や再使用を行う場合である。
【０００９】
しかしながら、天然生体ポリマー凝集剤は、凝集能力が低いため水処理を行った後には求められない。天然生体ポリマー凝集剤には、低電荷密度、低分子量および生分解に対して高感受性がある性質が挙げられる。
【００１０】
凝集剤の組成は、ＵＳ６５３１５３１号に開示されている。凝集剤微粒子に含まれる水量を減らすために、無機凝集剤を含む親水性ポリマー分散系が使用される。本発明の別の目的は、水処理した後に得られる汚泥ケーキに含まれる水量を低減することである。ＵＳ６５３１５３１号のポリマー分散系は、陰イオン系および陽イオン系の単量体、陰イオン系塩、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム等の無機凝集剤、非イオン界面活性剤および安定剤とポリアクリルアミドとの錯体混合物を含む。上記混合物は、脱水フロック微粒子および得られた汚泥ケーキに有効である一方で、混合物に使用される合成化合物は、分解する間に環境リスクをもたらすかもしれず、又、生分解しない。
【００１１】
有用な天然凝集剤は、好気性および嫌気性の生物学的排水処理プロセスにおいて特に好ましい。このプロセスで使用されるバイオマスは、合成化学物質の添加に対して敏感であり、しばしば合成化学物質の添加によって破壊される。ＵＳ７０４８８５９号は、陰イオン系の無機コロイドを有した有機ポリマーを使用する水溶性フィード流れから下水汚泥（又はバイオソリッド）を分離して、下水汚泥を凝集する方法を開示している。しかしながら、この場合、フィード流れからタンパク質のような生物学的汚染物質が除去されるが、開示する排水処理プロセスは、生物学的処理プロセスに言及することなく、凝集剤のみ使用する。又、有機ポリマーは、合成物であって上記に示す欠点を有してもよいポリアクリルアミド系化合物である。更に、無機コロイドは、シリカを含む一群の化合物から選択される。シリカは、水中に微量のミネラルとして自然に存在するものであるが、追加の処理プロセスの汚染において、シリカは重大な問題を有している。
【００１２】
生物学的排水処理プロセスは、膜ろ過処理等の追加の処理ステップと組み合わすことができる。この組み合わせは、膜バイオリアクターすなわち「ＭＢＲ」として知られている。ＭＢＲ技術での主たる課題は、膜自身の汚染である。膜は、バイオリアクター中の排水と処理濾液との間の物理的な障壁として作用する。微細孔膜により、浮遊固体材料、微生物等が膜に入り込まないようにする一方で、水は通り抜けることができる。汚染を抑制し又は低減する膜材料を作成するために、又、汚染の影響を低減するＭＢＲシステムを設計するために、多くの調査や開発が行われた。しかしながら、様々なメンテナンスと運用上の介入を要する膜汚染は、業界において主たる問題となっている。これは、膜の頻繁な逆洗、化学的および物理的な洗浄、又は断続的なポンプのシャットダウンを含む。更に、汚染により、限界操作流束が低減されることにより、ＭＢＲ設備の能力が制限される、すなわち、ＭＢＲ設備がしばしば最適な能力以下で操作されるのである。
【００１３】
ＭＢＲオペレーターへの正味の影響は、逆洗、メンテナンスおよび材料のエネルギー使用におけるコストペナルティー、膜寿命の低減、資産計上が増えることによる不採算設備又は余剰な設計である。
【００１４】
汚染制御のための一般的な対策として、バイオリアクター中の流体力学的条件の最適化、限界流束の下での膜システムの操作、原水の前処理、又は空気洗浄、膜の逆洗および清掃の実施が挙げられる。又、膜コーティング、付着性の多孔質担体の添加、添加剤の添加による汚泥の凝集、吸着による懸濁液の改質が挙げられる。又、合成又は天然ポリマー、金属塩、樹脂、粒状すなわち強力な活性炭を含む様々な化学物質が、ＭＢＲ混合溶液中のろ過性および汚染低減のため前以て試験される。しかしながら、膜汚染制御に加えて、毒性および生分解性等のＭＢＲシステムに加える化学物質の態様とそれらの有機物および栄養素の除去効果とについて、更なる研究を要する。
【００１５】
従来技術の少なくとも１つの欠点を克服若しくは改善すること、又は有益な代替手段を供することが、本発明の目的である。
【発明の概要】
【００１６】
第１の態様によれば、  
本発明は、生物学的水処理プロセスで水処理するための混合物であって、
有機系凝集剤、
微量栄養素、および
ポリマー
を含んで成り、
生物学的水処理性を向上させるために、凝集剤、微量栄養素およびポリマーが所定の比で混合される、水処理するための混合物を提供する。
【００１７】
好ましくは、生物学的水処理性を向上させるために、凝集剤、微量栄養素およびポリマーが相乗的な量（又は生物学的水処理に相乗効果を供するような量）で水へ加えられる。
【００１８】
第２の態様によれば、
本発明は、生物学的水処理プロセスのための試薬であって、
微量栄養素および天然ポリマーを含んで成り、前記試薬が凝集剤との相乗的な量で前記プロセスに適用される、試薬を提供する。
【００１９】
好ましくは、試薬は、凝集剤よりも先に又は凝集剤と共に、生物学的水処理プロセスに適用される。
【００２０】
第３の態様によれば、
本発明は、生物学的水処理システムであって、
有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを含んで成り、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーが、所定の相乗比で混合され、生物学的水処理プロセスの水へ添加される、生物学的水処理システムを提供する。
【００２１】
凝集剤、微量栄養素およびポリマーは、水処理プロセスの水へ添加する前に、所定の相乗比で混合されてもよい。
【００２２】
又、凝集剤、微量栄養素およびポリマーは、水処理プロセスの場で混合されてもよい。
【００２３】
生物学的水処理プロセスは、膜バイオリアクター、浸水スポンジ若しくは浸水膜バイオリアクター又はこれらの組み合わせを含んでよい。
【００２４】
第４の態様によれば、
本発明は、
生物学的水処理するための方法であって、
処理を必要とする水へ、所定の相乗比で微量栄養素、ポリマーおよび有機系凝集剤を添加する工程、および
得られた処理水がフロックを形成する工程を含んで成る、方法を提供する。
【００２５】
生物学的水処理するための方法が、水からフロックを除去することを更に含んでもよい。
【００２６】
微量栄養素、ポリマーおよび有機系凝集剤は水へ別々に添加されてもよい。
【００２７】
微量栄養素および/又はポリマーは、凝集剤よりも先に又は凝集剤と共に添加されてもよい。
【００２８】
又、微量栄養素、ポリマーおよび有機系凝集剤は、水へ添加する前に混合される。
【００２９】
第５の態様によれば、
本発明は、
生物学的水処理での有機系凝集剤の効能を向上させる方法であって、
水へ凝集剤を添加する前に、又は同時に凝集剤と微量栄養素およびポリマーの相乗的な量とを混合する（又は組み合わせる）ことを含んで成る、方法を提供する。
【００３０】
好ましくは、微量栄養素およびポリマーと有機系凝集剤との混合（又は組み合わせ）が、水を処理するための生物学的水処理装置内で行われる。
【００３１】
第６の態様によれば、
本発明は、
生物学的水処理プロセスで凝集剤を使用することにより生成されるフロックの特性を変える方法であって、
所定の相乗比で、凝集剤、微量栄養素およびポリマーを別々に又は同時に処理を必要とする水へ添加することを含んで成る、方法を提供する。
【００３２】
好ましくは、その特性は、１つ又はそれよりも多いフロックの径、生物学的活性、密度、沈降速度、粘度、表面特性、汚泥（又はスラッジ）容量指標（ＳＶＩ）および領域沈降速度（ＺＳＶ）である。
【００３３】
第７の態様によれば、
本発明は、有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の相乗比で水に混合して、水中の微粒子の凝集性を向上させる、方法を提供する。
【００３４】
第８の態様によれば、
本発明は、有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の相乗比で水に混合して、水を処理するために使用される膜バイオリアクター中の膜表面における汚染を低減する、方法を提供する。
【００３５】
第９の態様によれば、
本発明は、有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の相乗比で水に混合して、水を処理するために使用される生物学的処理システム中のバイオマスによるリンおよび/又は窒素の消費（又は取り込み）を改善する、方法を提供する。
【００３６】
第１０の態様によれば、
本発明は、有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の相乗比で水に混合して、水を処理するために使用される生物学的処理システム中のバイオマスおよび/又はフロックの生物活性を改善する、方法を提供する。
【００３７】
第１１の態様によれば、
本発明は、有機系凝集剤、微量栄養素およびポリマーを水へ添加する工程を含んで成る水処理方法であって、
凝集剤、微量栄養素およびポリマーを所定の相乗比で水に混合して、水を処理するために使用される膜バイオリアクター中の流束を改善する、方法を提供する。
【００３８】
本発明の水処理混合物、生物学的水処理システムおよび方法は、好ましくは２０〜６０重量部の凝集剤を含んで成り、又、本発明の試薬を同じように適用する。この範囲は、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９若しくは６０重量部の凝集剤又はそれらの間の重量部であってよい。本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法は、好ましくは４〜８重量部の微量栄養素を含んで成る。この範囲は、４、５、６、７又は８重量部の微量栄養素又はそれらの間の重量部を含んで成ってよい。更に、本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法は、好ましくは１〜５重量部のポリマーを含んで成る。この範囲は、１、２、３、４又は５重量部のポリマー又はそれらの間の重量部を含んで成ってよい。
【００３９】
本発明の水処理混合物、生物学的水処理システムおよび方法では、凝集剤は、好ましくは水１リットル当たり８〜１７ｍｇの量で供され、又、本発明の試薬を同じように適用する。この範囲は、水１リットル当たり８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６若しくは１７ｍｇ又はそれらの間の量を含んで成ってよい。本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法では、微量栄養素は、好ましくは水１リットル当たり０．２〜１ｍｇの量で供される。この範囲は、水１リットル当たり０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９若しくは１．０ｍｇ又はそれらの間の量を含んで成ってよい。本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法では、ポリマーは、好ましくは水１リットル当たり１．５〜３ｍｇの量で供される。この範囲は、水１リットル当たり１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９若しくは３．０ｍｇ又はそれらの間の量を含んで成ってよい。
【００４０】
本発明の水処理混合物、生物学的水処理システムおよび方法の凝集剤は、好ましくは生分解性を有している。凝集剤は、天然有機系凝集剤がより好ましい。好ましい態様では、凝集剤は、でんぷん系凝集剤である。
【００４１】
本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法の微量栄養素は、好ましくは鉄、亜鉛、ナトリウム、マグネシウムおよびマンガンの塩から成る群から選択される塩を含んで成る。好ましい態様では、微量栄養素は複数の無機塩を含んで成る。微量栄養素は、１つ又はそれよりも多い塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）および塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）を含んで成ってもよい。別の態様では、微量栄養素は酵母を含んで成ってよい。
【００４２】
本発明の水処理混合物、試薬、生物学的水処理システムおよび方法のポリマーは、好ましくは天然ポリマーを含んで成る。好ましい態様では、ポリマーはキトサンである。
【００４３】
本発明の試薬では、ポリマー/微量栄養素の比は、処理水１リットル当たり０．２/１．５ｍｇ〜１/３ｍｇを含んで成る。この範囲は、処理水１リットル当たり０．２/１．５ｍｇ、０．３/１．５ｍｇ、０．４/１．５ｍｇ若しくは０．５/１．５ｍｇ又はそれらの間の量を含んで成ってよい。
【００４４】
好ましい態様では、本発明の水処理混合物、試薬およびプロセスは、生物学的水処理技術と関連した使用に関して、多くの利益をもたらす。これは、特に生物学的排水処理、具体的には膜バイオリアクターを使用する場合である。膜バイオリアクターで使用される膜の有機物汚染および生物付着を低減することができることが示され、又、膜バイオリアクター中のバイオマスの生物活性が向上される。生物活性が向上されることにより、有機物、リンおよび窒素除去率を高くすることができる。
【００４５】
本発明の好ましい態様は、天然で生物分解可能である有機系凝集剤を使用し、自然環境への悪影響が少ない、特に膜バイオリアクター設備のバイオマスへの影響が少ないようにされている。水処理混合物/試薬の使用により、膜バイオリアクターシステムの全性能が改善することが示されている。混合物/試薬が、フロックの大きさ、密度、沈降速度等のフロック特性を変えて膜汚染を低減すると共に、ＭＢＲ中のバイオマスの食料源として作用して、バイオマスやフロックの生物活性を向上させることができると分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の態様によるＭＢＲ処理システムのパラメーターへの水処理混合物又は試薬の添加効果を示している。
【図２】図２は、本発明の水処理混合物又は試薬を使用するＳＭＢＲ中のＤＯＣ、ＮＨ４−Ｎ、Ｔ−ＮおよびＴ−Ｐの除去結果を示している。
【図３】図３は、本発明の水処理混合物又は試薬を用いたＭＢＲシステムと本発明の水処理混合物又は試薬を用いていないＭＢＲシステムでのＤＯ消費、ＯＵＲ、膜汚染、全窒素および全リンの除去を比較したものを示している。
【図４】図４は、本発明の水処理混合物又は試薬を使用するＭＢＲシステムの膜汚染と本発明の水処理混合物又は試薬を使用しないＭＢＲシステムの膜汚染を比較したものを示している。
【図５】図５は、標準的なＳＭＢＲと本発明の水処理混合物又は試薬を使用する統合型ＳＭＢＲからの放流水の水質を比較したものを示している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の水処理混合物および試薬は、生物学的水処理技術の有効性を改善するために設計されている。凝集剤、微量栄養素およびポリマーの混合物の成分レベルを選択して、水処理システムの機能性を高めるための相乗効果が供される。又、本発明の好ましい形態は、自然環境に影響の少ない生分解性を有しており、天然材料に基づくものである。
【００４８】
特に好ましい形態では、混合物は膜バイオリアクターすなわちＭＢＲｓに使用するために設計されている。混合物は、ＭＢＲ設備のバイオマスへの影響が少ないように設計されている。ＭＢＲ設備の全性能は、本発明の混合物の使用により改善されることが示されている。又、混合物がＭＢＲ中のバイオマスの食料源として作用する間、膜汚染が低減される。それ故、生分解性が高められ、又、膜透過流束が改善される。本発明の混合物の使用による粒子径分布は、標準的な凝集剤の使用による粒子径分布よりも大きいことが示されている。又、ＭＢＲ設備中の本発明の混合物/試薬を使用することにより、有機物とリンの除去率を高くすることができる。
【００４９】
膜汚染および膜汚染を取り除くための関連する修復作業は、膜寿命を縮めてしまう。本発明の方法および混合物/試薬を実施すれば、膜寿命を長くし、費用対効果を高くすることができる。
【００５０】
他の市販凝集剤や標準的な凝集剤およびそれらの使用と比較すれば、本発明の技術は桁違いに膜汚染を低減すると共に他の主たる基準に対しても好ましい結果を示す。又、本発明の技術は、再生可能な低コストの原材料源に由来する無機および合成ポリマー凝集剤の特有の利点を供し、又、使用後に環境中に容易にかつ安全に分解可能である。
【００５１】
凝集剤/微量栄養素/ポリマーの混合物は、好気性および/又は嫌気性の生物学的排水処理プロセスで使用することができる。特性を高めることで、混合物は特に生物学的処理プロセスでの使用に適当である。
【００５２】
水処理混合物は、無機凝集剤と合成ポリマー凝集剤に特有の利点を供する。これらの利点は、再生可能な低コストの原材料源に由来するものも含む。好ましい態様では、使用後に環境中に容易に分解可能である。
【００５３】
又、凝集剤は、ビール、石油および製紙業界で幅広く使用されており、本発明の混合物は、これら業界へ利益をもたらす可能性がある。
【００５４】
又、本発明の混合物の使用により、他の補完的技術に恩恵をもたらす。補完的技術として、ＭＢＲに浸したスポンジを用いることを含む。ＭＢＲシステム中に浸したスポンジと共に混合物を使用することで、バイオマスを増やし、膜汚染を低減し、栄養素の除去効率を高める。浸したスポンジを本発明の混合物と組み合わせて、窒素と他の栄養素とを同時に除去することで、高効率で全処理を行うことができる。
【００５５】
他の研究（Ｎｇｏ等生物資源技術９９（２００８）２４２９−２４３５）では、スポンジを浸した膜バイオリアクターシステムを使用して、膜汚染を軽減し、浸透流束を高め、同時にリンと窒素との除去を改善することができる。スポンジは、活性バイオマスのモバイルキャリアとして作用する一方で、（付着型および浮遊型）ハイブリッド成長システムに組み入れることにより、バイオリアクターの膜表面に形成されるケーキ層を低減し、微生物を保持することができる重要な付着型の成長媒体であることが示されている。所定の容積を有したスポンジ片をＳＭＢＲリアクターに加えて、リアクター中のバイオマスと作用させることで、バイオマスの成長を改善し、膜汚染を低減し、膜表面を清掃し、および窒素とリンの除去を改善することができる。本発明の混合物をＳＭＢＲ中のスポンジと使用して、更に、同時にバイオマスを増やし、膜汚染を低減し、栄養素の除去を増やすことができる。
【００５６】
標準的な凝集は、水中の微粒子をフロックに凝集する水処理で幅広く使用されているプロセスである。このフロックは、水流の頂部（又は上部）にまで浮上し、又は底部にまで沈みでもよく、又、水中からすばやく除去され得る。凝集剤又は凝集薬剤は、水中のコロイドや他の浮遊粒子を凝集し、フロックを形成することで凝集を促進する化学物質である。凝集剤は一般的に水処理プロセスで使用され、水中の小さな粒子の沈殿を改善する。ミクロン径以上の微粒子は、相互に反発しあう静電的帯電（負の帯電が多い）により水中にて連続的に動いている。化学凝固剤はこの静電的帯電を中性にして、微粒子が衝突、凝固し始める。これら凝集した大きな粒子をフロックと呼ぶ。多くの凝集剤は、アルミニウム、鉄、カルシウム又はマグネシウムのような多価陽イオンである。又、変性ポリアクリルアミドのような長鎖ポリマー凝集剤が、水処理プロセスで一般的に使用されている。これらは、負に帯電した微粒子と相互に作用する正に帯電した微粒子である。更に、これら化学物質は、適当なｐＨと温度状況との下で、水と反応して相互に結合し物理的に小さな微粒子をフロックに捕捉する長鎖を形成する不溶性水酸化物を形成してもよい。
【００５７】
しかしながら、本発明の混合物は、上記に示した標準的な化学プロセスとは異なり、生物学的技術を向上させるため凝集剤を使用する。水中の微粒子の静電的帯電を中性にする化学物質として機能する標準的な凝集剤又は凝集助剤により、水中の微粒子が衝突し塊になることができると共に、本発明の混合物により、バイオマスへ栄養素がより供され生物活性が増えることで、生物学的プロセスの活性が促進される。この生物活性が増すことによりフロック径が大きくなり、又、生物学的水処理プロセスが向上されることにより、生物活性が更に増す。本発明のプロセスは完全には分かっていないが、少なくともある部分では、凝集プロセスの間に混合物の微量栄養素をフロックに供することにより、フロックの生物活性が増え、保持されると言われている。そして、フロック径を大きくしつつ、フロック中のバイオマスが容易に維持されるのである。
【００５８】
本発明の混合物/試薬は、生物学的水処理をことにより従来技術と比べて多くの利点を供する。凝集剤/微量栄養素/ポリマーの混合物は、処理が行われる間にフロック径を大きくし、フロックの生物活性を増やし、又汚染を低減する。当業者には明らかであるとは思うが、フロックは、フロック内のバイオマスを増やすだけではなく、より多くの栄養素をバイオマスへ供して、生物活性を長期間保持する。フロックが大きくなることにより、標準技術と比べて生物活性が改善されると共に、汚染が低減されるという相乗効果が供されるのである。
【００５９】
多くの標準技術は、単に試薬を用いて所望の結果を得ている。ある場合では、複数の試薬を用いると、所望の結果に負の影響を与えてしまう。それに対して、本発明は、所望の方法で例えばフロック径を大きくし、生物活性を改善する等フロックの特性を変えることで生物学的水処理性を向上させている。そのような処理性を向上させる事とフロック特性を変える事とは標準処理にはない。
【実施例】
【００６０】
実施例１−膜バイオリアクター（ＭＢＲ）中の生分解可能な水処理混合物の防汚特性
ＭＢＲ処理システムの研究では、凝集剤/微量栄養素/ポリマーの混合物の添加により、１２時間毎に逆流置換をするのみで、システムトランス膜圧（ＴＭＰ）を低レベルで維持することができることを実証した。これは、ＭＢＲ設備で１〜２時間毎に逆流置換を行うことと比較される。
【００６１】
好ましい態様では、二次的に環境へ影響を及ぼす非有機系物又は合成物ではなく、天然でんぷん系凝集剤を混合物に含めて、生分解性を維持しつつＭＢＲの性能を高める。膜汚染を大きく減らすことで、逆流置換又は膜清掃の必要性を減らすのみではなく、システムの限界流束特性を増やす、すなわち、ＭＢＲの全体能力を増やすのである。
【００６２】
図１は、本発明の好ましい態様（本明細書では、ＧＢＦを指す）の追加により、どのようにして６ｋＰａ以下にトランス膜圧を維持し、又、正常なレベルで汚泥容量指標、有効な汚泥沈降指標を維持することができるかを示している。
【００６３】
図２は、本発明の好ましい態様を使用するＭＢＲの相当程度高い有機物の除去率と全リンの除去率を示す。これらの結果は、市場の別の凝集剤と比べて膜汚染しにくい利点があることを示している。
【００６４】
図１と図２に示される分析に使用される水処理混合物の成分比は、次のとおりである。
でんぷん系凝集剤：１０００±１００
ポリマー栄養素（キトサン）：２５±１０
ポリマー栄養素（ＦｅＣｌ３）：８０±２０  
ポリマー栄養素（ＭｇＳＯ４）：５０±１０
ポリマー栄養素（Ｎａ２ＳＯ４）：５０±１０
ポリマー栄養素（ＺｎＳＯ４）：１〜５
【００６５】
実施例１と実施例２における水処理混合物の日用量は、合成家庭排水の処理により処理される水の１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの範囲であった。工業排水又は他の排水において、水処理混合物の日用量は、ＣＯＤおよびＢＯＤの値により変化する。
【００６６】
実施例２−生分解可能な水処理混合物（ＧＢＦ）の調製
この態様（ＧＢＦ）では、凝集剤/微量栄養素/ポリマーの混合物は液状であり、又容易に操作することができる。この混合物は、生物学的処理システム、すなわち膜バイオリアクターに１日に１回直接的に加えられる。この混合物の調製手順は、次のとおりである。
１．微量栄養素成分として、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）および硫化亜鉛（ＺｎＳＯ４）から成る１％溶液を調製する。
２．ポリマー成分として、１％酢酸を使用するキトサン溶液を調製する。
３．蒸留水に凝集剤として、１０００ｍｇのカチオン性でんぷん（ＣＳ）を分散して、５０ｍＬの溶液を作成する。
４．ＣＳ：キトサン：ＦｅＣｌ３：ＭｇＳＯ４：Ｎａ２ＳＯ４：ＺｎＳＯ４を１０００：２５：８０：５０：５０：１の比でＣＳ溶液に使用する成分を混合する。
【００６７】
図３は、異なる４種類の凝集剤と、２つの金属塩凝集剤（ＦｅＣｌ３およびＰＡＣｌ）および１つの天然ポリマー（キトサン）を含む本発明の混合物（ＧＢＦ）との比較表を示す。これらの結果は、１０日間ＭＢＲに浸した実験に基づく。図３に示すデータは、生物活性を高め、又リンおよび窒素を除去する本発明の混合物の相乗効果を示している。又、本発明の態様では、防汚特性をかなり改善すると共に、他の主となる基準に対しても好ましい結果をもたらしている。
【００６８】
実施例３−浸水膜バイオリアクター（ＳＭＢＲ）中の生分解可能な水処理混合物の研究
本発明の生分解可能な水処理混合物（ＧＢＦ）は、天然でんぷん系カチオン性凝集剤（ハンガリーのＨＹＤＲＡ社）を使用し作成した。上記に示すように、本発明の混合物は、無機凝集剤や合成ポリマー凝集剤と比べて、再生可能な原料源であり、より低コストであり、および使用後に環境中へすばやく分解する優れた利点を供する。又、ＳＭＢＲでは、微生物は、微生物活性のための凝集した生物フロックから炭素源を活用することができる。この研究では、本発明の混合物の用量は、最初の１０日間で１０００ｍｇ／日であり、その後５００ｍｇ／日であった。
【００６９】
浸水膜バイオリアクター（ＳＭＢＲ）のセットアップ
０．１１ｍの孔径と０．１９５ｍ２の表面積とを有するポリエチレン中空繊維膜モジュール（三菱レーヨン社製）を使用した。バイオリアクターの有効容積は１０Ｌであり、浸透流束は１０Ｌ／ｍ２ｈで維持した。ＳＭＢＲのエネルギーをセーブするために、３０Ｌ／ｍ２ｈの逆洗率で２分間逆洗を２回/日のみ行った。圧力ゲージを使用してトランス膜圧（ＴＭＰ）を測定し、浸透ホース散気装置を使用して空気流量率を維持した。ＳＭＢＲを排水処理設備からの汚泥で満たし、合成排水に順応させた。初期の混合溶液中の浮遊物質（ＭＬＳＳ）の濃度は５ｇ／Ｌであり、バイオマス混合溶液中の有機性浮遊物質（ＭＬＶＳＳ）の濃度は、４．４ｇ／Ｌであった。
【００７０】
結果と考察
有機物と栄養素の除去
ＳＭＢＲの操作は、３つの段階に分けられる。
・第１段階（バイオマス成長段階）
・第２段階（リンの除去回収段階）
・第３段階（安定段階）
【００７１】
ＤＯＣ、ＮＨ４−ＮおよびＴ−Ｐの除去結果を図２に示す。
【００７２】
第１段階（１〜３６日）では、ＳＭＢＲに汚泥が完全に滞留し、初期の活性微生物の濃度は低かった。バイオマスの代謝により本発明の凝集剤/微量栄養素/ポリマーの混合物が生物学的リン除去を高めることができることを意味するＤＯＣの除去効率（＞９５％）およびＴ−Ｐの除去効率（＞９９．５％）が高くなるにつれて、バイオマスの質量は４．４ｇ／Ｌから１４．２ｇ／Ｌまで増えた。しかしながら、リンの物質収支に関連する細胞成長が０．８１ｍｇＰ／ｇから０．２７ｍｇＰ／ｇまで減るにつれて、リン除去は、３６日経過後に止まった。
【００７３】
第２段階（３７〜５４日）では、システムにおいて、ＭＬＶＳＳ濃度は４０日目に１５．４ｇ／Ｌと高かったが、Ｔ−Ｐの９１．４％が除去された。その結果、汚泥は５３日目までにシステムからなくなり、ＭＬＳＳは１０ｇ／Ｌまで下がった。５４日目に、４ｇ／Ｌ（リアクター容積）の新規の汚泥（実験当初に使用されたものと同じ活性汚泥）をリアクターに添加し、１４ｇ／ＬのＭＬＳＳを得て、再度Ｔ−Ｐの高い（９９．７％）除去を行った。混合溶液中の状態が変わったにもかかわらず、システムの有機物の除去には影響がなく、高い水準を維持して有機物の除去ができた。
【００７４】
第３段階（５５〜７０日）が開始すると、汚泥はバイオマスの成長によりシステムからなくなり、汚泥滞留期間（ＳＲＴ）は４０日であった。システムは、あくまでも高いＤＯＣの除去効率（＞９６．５％）および高いＴ−Ｐの除去効率（＞９９．７％）であった。
【００７５】
ＤＯＣとＴ−Ｐの除去とを比較すると、システムの窒素除去はあまり宜しくなかった。初めの２０日間、バイオリアクターに１０Ｌ/分の空気を供給した。バイオマスの成長と共に、懸濁液中の溶存酸素（ＤＯ）が減ったことにより、硝化が急速に低減した。それ故、２０日目から通気速度を１２Ｌ/分（ＤＯ=７±０．２８ｍｇ／Ｌ）にまで上げて、硝化率を戻した。３０日後、８０〜９０％のアンモニア除去と共に、硝化率を２０〜３０ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌｈ付近に一定に維持することができた。しかしながら、システムにおいて、７０日間の操作までＴ−Ｎの除去が４０〜５０％で適度に行われた。
【００７６】
呼吸試験とＳＯＵＲ
ＹＳＩ５３００生物学的酸素モニター呼吸試験を行って、生物活性又は酸素移送において、本発明の凝集剤/微量栄養素/ポリマー混合物の効果を試験した。混合溶液を定期的にバイオリアクターから取り出して、ＤＯ消費率、酸素摂取率（ＯＵＲ）および特定の酸素摂取率（ＳＯＵＲ）を測定した。下記の表に示すように、ＧＢＦの添加をしないと、０日目に測定されたＤＯ消費率は、低ＯＵＲ(１５．３３ｍｇＯ２/Ｌｈ)と低ＳＯＵＲ(３．５２ｍｇＯ２/ｇＭＬＶＳＳｈ)とにより４８％であり、５日目に測定されたＤＯ消費率は、低ＯＵＲ(１８．５２ｍｇＯ２/Ｌｈ)と低ＳＯＵＲ(３．４３ｍｇＯ２/ｇＭＬＶＳＳｈ)とにより５８％であった。
【００７７】
同じ状況下で、本発明の凝集剤/微量栄養素/ポリマー混合物の添加により、ＤＯ消費率およびＯＵＲが急激に増加し、第１段階から第３段階の間、高い消費レベル(＞９７．５％)を維持した。これは、本発明の混合物がＤＯ消費率およびＯＵＲの増加に重要な役割を果たしていることを示している。その一方で、ＳＯＵＲの値は、第１段階でバイオマスの成長に関連して減り、次いで、第３段階で一定(＞４．２ｍｇＯ２/ｇＭＬＶＳＳｈ)になった。
【００７８】
実験データは、図２と図３に示すように、本発明の混合物および方法は、バイオマスの活性を支え、又バイオマスへの生物毒素がない。
【００７９】
実施例４−ＳＶＩおよび膜汚染
この研究では、膜汚染の指標として汚泥容量指標(ＳＶＩ)およびＴＭＰが調査された。本発明の混合物を添加したＳＭＢＲと生物凝集剤を用いていないＳＭＢＲとの比較を同じ操作状況下で行った。６日間の操作中、混合溶液のＳＶＩは約５０ｍＬ/ｇに保たれ、ＴＭＰは３０．２ｋＰａまで増えた。これに対して、本発明の混合物を添加したＳＭＢＲの６日目のＳＶＩ値は２２．６ｍＬ/ｇと低かった。これは、汚泥懸濁液中のフロックが優位であることを示している。更に、このシステムはＴＭＰが増えたことにより、優れた膜汚染の制御を示した。このシステムのＴＭＰのみが、１日２回の２分間の膜逆洗工程を除いて洗浄工程を踏むことなく７０日の操作後に３．５ｋＰａから６ｋＰａまで増えた。図４に示すように、これらの結果は、本発明の混合物が混合特性を変えることを通じて、膜汚染を著しく低減することができることを明らかにした。
【００８０】
少量の混合物を添加した標準的な通気したＳＭＢＲは、有機物(＞９５％)およびＴ−Ｐ（＞９９．５％）を多く除去することができる。生物学的水処理システムでの本発明の混合物および混合物の使用方法の最も大きな利点の１つは、膜汚染（７０日操作後のＴＭＰが２．５ｋＰａ）とエネルギー消費（逆洗頻度の少なさ）を低減することができることである。本態様は、ＤＯの消費が高くなり、ＯＵＲが高くなり、又ＳＯＵＲが安定することにより、活性汚泥の微生物活性を高めることができることを示している。
【００８１】
実施例５−嫌気性不織バイオリアクターで使用されている水処理混合物
本発明の水処理混合物（ＧＢＦと呼ぶ）の好ましい態様を不織バイオリアクターで試験した。嫌気性不織バイオリアクターに混合物/試薬を投入すると、システムの脱窒が著しく改善され、硝酸エステルの９６％以上が排水から除去された（初期硝酸エステル濃度=１７．５〜２０ｍｇ／Ｌ）。
【００８２】
嫌気性不織バイオリアクターを水中の膜バイオリアクターと共に試験した。標準的なＳＭＢＲと比べて、全窒素の除去を改善し、膜汚染を低減することで、統合型システムの性能が実質的に改善された。この研究の成果は、図５に示されている。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の混合物、試薬および処理プロセスの使用により、従来技術より優れた利点が供される。限定されるものではないが、生物学的水処理システムに特に好ましい。本発明による混合物、試薬および方法は、水処理の様々な態様を改善すると共にバイオマスへのダメージが少ない。又、汚染処理操作が低減される。
【００８４】
実施例について説明してきたが、本発明は他の態様を採ってもよいことは当業者には理解し得るであろう。
【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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【国際調査報告】
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