(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．液体廃棄物の少なくとも一部を処理容器に導入し、第一の生物学的個体群のプロファイルを有する第一の生物学的個体群と接触させる処理を行うステップと、
ｂ．前記液体廃棄物の一部をオフラインの処理容器へと取り出すステップと、
ｃ．ＯＲＰのレベルを監視し、そして続けて、監視されるＯＲＰレベルに基づいて、前記取り出した部分を１００ｍＶより大きい監視されるＯＲＰを含有する好気性条件および−１５０ｍＶより小さい監視されるＯＲＰを含有する嫌気性条件の両方の条件下に置かれるようにして、前記取り出した部分の生物学的個体群のプロファイルを改変することによって、前記液体廃棄物の前記取り出した部分をオフラインの処理容器内で制御して、前記取り出した部分において、前記第一の生物学的個体群のプロファイルとは異なる第二の生物学的個体群のプロファイルを有する第二の生物学的個体群を確立するステップ、
ｄ．前記第二の生物学的個体群と接触させた後に前記取り出した部分の小部分を前記処理容器に戻し、この戻された小部分が第二の生物学的個体群の一部を含むステップとからなる、液体廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記第二の生物学的個体群が、前記第一の生物学的個体群と比較して、低い固形物産生と高い廃棄物消化効率を示す、請求項１の方法。
【請求項３】
前記第二の生物学的個体群が前記第一の生物学的個体群よりも高比率の通性好気性細菌を含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第二の生物学的個体群が前記第一の生物学的個体群よりも高比率の通性嫌気性細菌を含む、請求項１の方法。
【請求項５】
前記第二の生物学的個体群が前記第一の生物学的個体群よりも高比率の硝化細菌を含む、請求項１の方法。
【請求項６】
前記第二の生物学的個体群が前記第一の生物学的個体群よりも低比率の繊維状生物を含む、請求項１の方法。
【請求項７】
前記第二の生物学的個体群が、前記第一の生物学的個体群よりも糸状生物の生成を抑制する、請求項１の方法。
【請求項８】
前記戻された小部分が、液体廃棄物よりも高レベルの生物学的栄養素を含有する、請求項１の方法。
【請求項９】
前記戻された小部分が、液体廃棄物よりも高レベルのｃＢＯＤを含有する、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記戻された小部分が、液体廃棄物よりも高レベルの硝酸塩を含有する、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記取り出した部分の制御が、目標とするＯＲＰ範囲の維持を通して達成される、請求項１の方法。
【請求項１２】
前記取り出した部分の制御が、目標とする特定の酸素摂取速度の範囲の維持を通して達成される、請求項１の方法。
【請求項１３】
前記取り出した部分の制御が、目標とする特定の硝酸塩摂取速度の範囲の維持を通して達成される、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、高いｃＢＯＤ及びアンモニア含量並びに低いＯＲＰを有する、デカンテーション可能な分量を生成し、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項１５】
前記取り出した部分がオフラインの容器内に収容され、デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ａ．前記液体廃棄物の一部を前記オフラインの容器に加えて、第二の目標とする懸濁固形物濃度を有する混合物を容器内部で生成するステップと、
ｂ．前記混合物の半分を取り除くステップによって、再使用のために調整される、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第二の目標とする懸濁固形物濃度が、７５００ｍｇ／ｌから１００００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、３０００ｍｇ／ｌから５０００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項１４の方法。
【請求項１８】
前記デカンテーション可能な分量が少なくとも２５％である、請求項１４の方法。
【請求項１９】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．正のＯＲＰが得られるまで、混合とエアレーションを行い、
ｄ．エアレーションせずに混合して嫌気性条件を達成し、
ｅ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、高含有量のｃＢＯＤを含有するデカンテーション可能な分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項２０】
デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ｆ．前記取り出した小部分を活性スラッジで置き換え、十分な液体廃棄物を加えて、第二の目標とする懸濁固形物濃度を達成するステップと、
ｇ．ステップｂ．からステップｅ．までを繰り返すステップによって再使用される、請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記第二の目標とする懸濁固形物濃度が７５００ｍｇ／ｌ以下である、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記ステップｆ．及びｇ．の二回の繰り返しの後、デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ｈ．デカンテーションされていない前記取り出した部分の３分の１を取り除くステップと、
ｉ．ステップａ．からステップｈ．までを繰り返すステップによって処理される、請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、５０００ｍｇ／ｌから７５００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項１９の方法。
【請求項２４】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．正のＯＲＰが得られるまで、混合とエアレーションを行い、
ｄ．エアレーションせずに混合して嫌気性条件を達成し、
ｅ．沈降分離を行わせてデカンテーション可能な分量を生成し、
ｆ．正のＯＲＰが達成されるまで、混合とエアレーションを行い、
ｅ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、低含有量のｃＢＯＤを含有するデカンテーション可能な分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項２５】
デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ｈ．前記取り出した小部分を活性スラッジで置き換え、十分な液体廃棄物を加えて、第二の目標とする懸濁固形物濃度を達成するステップと、
ｉ．ステップｂ．からステップｇ．までを繰り返すステップによって再使用される、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記第二の目標とする懸濁固形物濃度が７５００ｍｇ／ｌ以下である、請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記ステップｈ．及びｉ．の二回の繰り返しの後、デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ｊ．デカンテーションされていない前記取り出した部分の３分の１を取り除くステップと、
ｋ．ステップａ．からステップｊ．までを繰り返すステップによって処理される、請求項２５の方法。
【請求項２８】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、５０００ｍｇ／ｌから７５００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項２４の方法。
【請求項２９】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションしながら混合し、好気性条件と低いアンモニア含有量を達成し、
ｃ．エアレーションを中止し、
ｄ．液体廃棄物を追加して加えて混合し、
ｅ．ＯＲＰが正になり、溶存酸素含有量が存在するようになるまで、混合とエアレーションを行い、
ｆ．混合とエアレーションを中止し、
ｇ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、高含有量の通性好気性生物と硝化細菌を有するデカンテーション可能な分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項３０】
前記沈降分離を行わせるステップに先立って、ステップｄ．からｆ．までを少なくとも二回繰り返すステップを更に含む、請求項２９の方法。
【請求項３１】
デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ａ．デカンテーションされていない前記取り出した部分の３分の１を取り除くステップと、
ｂ．活性スラッジを追加して加え、デカンテーションされていない前記取り出した部分の取り除かれた部分を置き換えるステップと、
ｃ．液体廃棄物を追加して加え、第二の目標とする懸濁固形物濃度を達成するステップによって再使用のために調整される、請求項２９の方法。
【請求項３２】
前記第二の目標とする懸濁固形物濃度が７５００ｍｇ／ｌ以下である、請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、２５００ｍｇ／ｌから７５００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項２９の方法。
【請求項３４】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．一定時間にわたって混合を中止し、
ｄ．混合を行い、
ｅ．ＯＲＰが正になるまで、混合とエアレーションを行い、
ｆ．沈降分離を行わせて、通性嫌気性生物と通性好気性生物を前記取り出した部分と比較して多く含有するデカンテーション可能な分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項３５】
デカンテーションされていない前記取り出した部分が、
ｇ．液体廃棄物を追加して加え、第二の目標とする懸濁固形物濃度を達成するステップによって再使用のために調整される、請求項３４の方法。
【請求項３６】
ステップｂ．からｇ．までを繰り返すステップをさらに含む、請求項３５の方法。
【請求項３７】
デカンテーションされていない前記取り出した部分の３分の１を取り除くことによって、前記デカンテーションされていない取り出した部分が再使用に向けて準備される、請求項３５の方法。
【請求項３８】
前記第二の目標とする懸濁固形物濃度が１００００ｍｇ／ｌ以下である、請求項３５の方法。
【請求項３９】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、３０００ｍｇ／ｌから１００００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項３４の方法。
【請求項４０】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．ＯＲＰが正になるまで、混合とエアレーションを行い、
ｄ．エアレーションを中止するが混合は継続し、
ｅ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、高含有量のｃＢＯＤを含有するデカンテーション可能な分量と、沈降した固形物を含有する分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項４１】
さらに、
ｆ．活性スラッジを追加して加え、濃縮混合物を生成するステップと、
ｇ．沈殿固形物を含む分量が目標とする分量と一致するまで、ステップｂ．からｆ．までを繰り返すステップによって追加的な処理が行われる、請求項４０の方法。
【請求項４２】
前記目標とする分量が取り出した部分の９０から９５％である、請求項４１の方法。
【請求項４３】
さらに、
ａ．前記濃縮混合物の固形物含有量を判定するステップと、
ｂ．前記固形物含有量が所定の閾値を越える場合、前記濃縮混合物を廃棄物として処分するステップと、
ｃ．前記固形物含有量が前記所定の閾値を越えない場合、（ｉ）前記液体廃棄物の追加分を前記濃縮混合物に加え、（ｉｉ）混合し、（ｉｉｉ）沈降分離を行わせてデカンテーション可能な分量を生成し、（ｉｖ）デカンテーション可能な分量を取り出し、（ｖ）固形物含有量のそれ以上の増加が達成できなくなるまでステップ（ｉ）から（ｉｖ）を繰り返すステップとからなる、請求項４１の方法。
【請求項４４】
前記所定の閾値より高い固形物含有量を有する量が、前記取り出した部分の９０％である、請求項４３の方法。
【請求項４５】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、５０００ｍｇ／ｌから７５００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項４０の方法。
【請求項４６】
前記制御するステップが、
ａ．ある量の活性スラッジを前記取り出した部分に加えて、目標とする懸濁固形物濃度を達成し、
ｂ．前記取り出した部分をエアレーションせずに混合して、硫化物の実質的な生成なしに嫌気性条件を達成し、
ｃ．ＯＲＰが正になるまで、混合とエアレーションを行い、
ｄ．エアレーションを中止するが混合は継続し、
ｅ．沈降分離を行わせ、
ｈ．正のＯＲＰが達成されるまで、エアレーションと混合を行い、
ｉ．沈降分離を行わせて、前記取り出した部分と比較して、低含有量のｃＢＯＤを含有するデカンテーション可能な分量と、沈降した固形物を含有する分量を生成することからなり、
前記処理容器へと導かれる前記取り出した部分の前記小部分が、前記デカンテーション可能な分量から取り出される、請求項１の方法。
【請求項４７】
さらに、
ｊ．活性スラッジを追加して加え、濃縮混合物を生成するステップと、
ｋ．沈殿固形物を含む分量が目標とする分量と一致するまで、ステップｂ．からｊ．までを繰り返すステップによって追加的な処理が行われる、請求項４６の方法。
【請求項４８】
前記目標とする分量が前記取り出した部分の９０から９５％である、請求項４７の方法。
【請求項４９】
さらに
ａ．前記濃縮混合物の固形物含有量を判定するステップと、
ｂ．前記固形物含有量が所定の閾値を越える場合、前記濃縮混合物を廃棄物として処分するステップと、
ｃ．前記固形物含有量が前記所定の閾値を越えない場合、（ｉ）前記液体廃棄物の追加分を前記濃縮混合物に加え、（ｉｉ）混合し、（ｉｉｉ）沈降分離を行わせてデカンテーション可能な分量を生成し、（ｉｖ）デカンテーション可能な分量を取り出し、（ｖ）固形物含有量のそれ以上の増加が達成できなくなるまでステップ（ｉ）から（ｉｖ）を繰り返すステップとからなる、請求項４７の方法。
【請求項５０】
前記所定の閾値より高い固形物含有量を有する量が、前記取り出した部分の９０％である、請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記目標とする懸濁固形物濃度が、５０００ｍｇ／ｌから７５００ｍｇ／ｌの範囲内にある、請求項４６の方法。
【請求項５２】
前記処理容器が処分可能な固形物を含有しており、前記戻された小部分を前記処理容器に導入して、生物学的な力の下に処分可能な固形物の濃度を増加させる、請求項１の方法。
【請求項５３】
前記処理容器が処分可能な固形物を含有しており、前記戻された小部分を前記処理容器に導入して、処分可能な固形物の栄養素含有量を減少させる、請求項１の方法。
【請求項５４】
ａ．第一の処理容器と、
ｂ．前記液体廃棄物の少なくとも一部を前記第一の処理容器に導入し、第一の生物学的個体群のプロファイルを有する第一の生物学的個体群と接触させることからなる処理を行うための手段と、
ｃ．前記第一の処理容器への導入に先立って、前記液体廃棄物の一部を取り出す手段と、
ｄ．前記液体廃棄物の前記取り出した部分を受容するためのオフラインの第二の処理容器と、
ｅ．前記オフラインの容器中の前記液体廃棄物の前記取り出した部分を制御して、前記第二の処理容器中で、前記第一の生物学的個体群のプロファイルとは異なる第二の生物学的個体群のプロファイルを有する第二の生物学的個体群を確立する手段であって、ここで前記手段が、ＯＲＰのレベルを監視し、そして続けて、監視されるＯＲＰレベルに基づいて、前記取り出した部分を１００ｍＶより大きい監視されるＯＲＰを含有する好気性条件および−１５０ｍＶより小さい監視されるＯＲＰを含有する嫌気性条件の両方の条件下に置かれるようにして、前記取り出した部分の生物学的個体群のプロファイルを改変することを含有する、手段と、
ｆ．前記第二の生物学的個体群と接触させた後に、前記取り出した部分の小部分を前記第二の処理容器から前記第一の処理容器に導入し、この戻された小部分が第二の生物学的個体群の一部を含むようにする手段とからなる、液体廃棄物処理装置。
【請求項５５】
前記第二の処理容器が高さが可変の溢れ堰を含む、請求項５４の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染された液体や流出物の生物学的処理に関し、とりわけ、廃水処理のような生物学的プロセスに対して、特に適合された生物学的個体群を生成及び／又は適用するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市、商業、工業といった出所からの汚水は多くの場合、環境へと排出される前に、有害な影響を防ぐために処理される必要がある。用いられる処理プロセスは数多く、様々である。基本的な従来型の処理プロセスが図１に示されている。こうした処理プロセスは大抵、粗物除去ステップ１１０により開始され、これは典型的には、スクリーニングとグリットの除去を伴う。続いて、一次清澄器１１２においてスラッジと固形物の除去が行われる。一次清澄器からのスラッジは多くの場合、消化装置１１４において部分的に消費される。この消化装置１１４は、浄化された流出物を処理プロセスの始点に再循環させ、消費されなかったスラッジは処理プロセスから外して処分する。
【０００３】
一次清澄器からの浄化流出物は、二次処理のために二次清澄器１２０に送られる前に、活性スラッジと混合され、エアレーション装置１１８においてエアレーションされる。二次清澄器１２０から溢れ出た浄化流出物は消毒装置１２２（例えば、塩素や紫外光を適用する）によって消毒され、流出物として地域の排水溝に排出される。二次清澄器１２０からの固形物は通常、例えばフィルタープレス１２４によって濃化され、その後処分のために送り出される。
【０００４】
このプロセスの二次処理部分において汚染物質を排除するために、生物学的処理が一般的に使用されているが、これは多くの形態をとりうる。これは通常、様々な汚染物質を安定化又は消化する一種類以上の形態の微生物に対し、液体廃棄物をさらすことを伴う。実施される特定の処理プロセスに好都合な微生物は、含有量、強度、処理のために使用される生物化学的及び化学的環境、流出物に対する特定の条件といった点に関し、液体廃棄物を補充するように選ばれる。例えば、活性スラッジの処理は、可溶性の生物学的酸素要求物質（ＢＯＤ）を廃棄物から除去する好気性細菌を利用する。この処理の実施は通常、消化性微生物の懸濁液を含むエアレーション槽に廃水を導くことを伴い、これによって「混合液」が形成される。この混合液はエアレーションされ、ＢＯＤを消費し、新しいバイオマスを形成し、また維持されているバイオマスを呼吸させるために酸素が供給される。バイオマスは廃棄物のＢＯＤを吸収し、同化し、代謝する。適当な期間のエアレーションの後、混合液は二次清澄器１２０に導かれ、ここでバイオマスが沈降する。これによって、処理された廃水が溢れて、流出物となることが可能となる。二次清澄器１２０で流出物から分離されたバイオマスの全部又は一部はエアレーション装置１１８に戻され、さらなる流入物が処理される。
【０００５】
廃棄物によって与えられるＢＯＤは微生物のための「食料」としての働きをする。ＢＯＤは、窒素を含んだ生物学的酸素要求物質（ＮＢＯＤ）と炭素を含んだ生物学的酸素要求物質（ｃＢＯＤ）の両方を含む合計のＢＯＤとして、あるいは別々にＮＢＯＤ及びｃＢＯＤとして、測定され報告されうる。このＢＯＤは、とりわけｃＢＯＤは、粒子状又は可溶性の形態で存在しうる。特定の形態のＮＢＯＤ又はｃＢＯＤのを代謝させる所定の微生物の性向、及びこの代謝が行われる速度は、地域的な環境条件や類似する種の微生物の数によって決定される。微生物は炭素を含んだ「食料」に加え、ナトリウム、カルシウム、リン、及び／または窒素といったある種の多量栄養素、並びに痕跡量の鉄、硫黄、及び／またはマンガンなどの微量栄養素を生存のために必要としている。処理プロセスによる、これらの多量栄養素及び微量栄養素の液体廃棄物からの制御された効率的な除去は、地域の流出物の処分条件に合致することに関して、処理プロセスにおける操作上、重要な要素と成りうる。これらの様々な物質は、それらが繁殖させる微生物によって代謝され、また流入物の分解処理可能な部分は気体や過剰の生物学的物質に変換される。こうした過剰の生物学的物質は、生きている及び／又は死んだ微生物、及びその他の有機物質から構成され、通常は処理プロセスの最終部分において、スラッジとして処分される。後に残る浄化流出物は通常、地域の受流水域に排出される。
【０００６】
流入する液体廃棄物における汚染物質を排除するために選ばれる微生物は、多くの出所から獲得される。殆どの廃棄物処理プロセスは流入する廃棄物を、処理プロセスの下流部分から得られる再循環された生物学的個体群によって処理する。これらの微生物の再循環は便利かつ安価であるが、残念なことに、流入する液体廃棄物のそれぞれについて変化する異なるニーズに対して、所与の生物学的個体群を特に適合して合わせたり、あつらえるために即座に利用できるというわけではない。様々な再循環される微生物個体群の組成、有効性、及び量もまた、それらの微生物が発生した時に存在していた原料の組成に影響される。そのためこうした微生物は、特に流れの組成や流入物の濃度の変化によって、強い影響を受ける。大部分の処理プラントは、所望とする生物学的個体群のプロファイルに好都合なようにされているファクターを操作するについて、限られた融通性しか持たないため、これらの問題は悪化する。多くの場合、選択可能な手段は、スラッジの一部又はそれに関連する水性化学物質の浪費に限定される。これは、個体群の平均「年齢」を制御し、ゆっくり生育する効率的な微生物と急速に生育する高応答性の微生物との均衡を取ることによって、生物学的な選択プロセスを特定の個体群バランスとする試みの下にで行われる。
【０００７】
部分的には変化する個体群に関する上記のようなニーズに応じて、また部分的には地域の流出物の要求基準に応じて、そして処理プロセスを早めるための作業として、廃棄物処理施設は液体廃棄物を、通常は処理プロセスの二次処理部分内において、生物学的環境の組み合わせによって処理することが出来る。ほとんど全ての処理方式は、偏性好気性生物、通性好気性生物、硝化細菌、偏性嫌気性生物、及び通性嫌気性生物を含むいくつかの主要な種の細菌を利用するが、特定の方式の枠内において異なる環境を操作することは、処理プロセスの行程において異なる種類の細菌が互いに競合することを好ましいものとする。この競合の結果が影響を与え、処理プロセスの効率性と、最終的な流出物においてなされる処理率を達成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの処理プロセスに共通していることは、新しい生育が死や消滅を超過するために生じる、過剰の生物学的物質を含む液体廃棄物の発生である。大部分の例において、液体廃棄物は過剰の生物学的物質に加えて、粒状物質や、分解不可能な有機物及び無機物を含む。通常、こうした液体廃棄物は固形物の再循環流の一部として除去され、最終固形物処理プロセスに導かれ、かくして処分しなければならない過剰の廃棄固形物の分量が最小化される。最終処理プロセスは主に、処分を行うためにこうした物質を濃縮し安定化するように機能し、またさらなる生物学的処理（「消化」）を含んで、バイオマスの通常の死と消滅を促進させる。
【０００９】
上述したように、そしてまた一般的に実施されているところでは、現在の廃棄物処理プロセスは重大な限界を露呈している。従来の操作法は、時間の経過と共に変化する特定の液体廃棄物の性質に合わせて、微生物の個体群を調整することができない。更に、廃棄物処理システムの動作にとっては、処分する固形物の量を最小化することが重要であるが、固形物レベルを小さくする可能性は、過剰の生物学的物質や限定的な消化といった問題によって阻害される。その結果、操作コスト、処分コストは過剰なものとなり、また環境に対しても潜在的に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の問題は、特定の生物学的物質の個体群の発生と導入によって対処される。これらの特定の生物学的物質は、主たる廃棄物処理プロセスの間、ないし後処理プロセスにおける固形物の最小化という目的のため、特定の作業を行うか、それに有利となるように特に適合されている。こうした細菌は、活性スラッジと流入廃棄物を制御された育成環境（例えば、オフラインの処理領域）にさらすことによって、これら両者の特別な混合物から生育される。その後、これらは主たる処理プロセスに戻して添加され、粒子状ｃＢＯＤを利用のために可溶性のｃＢＯＤに変換させたり、固形物産生量の多い生物を減少させたり、硝化／脱窒効率を向上させたり、あるいはノカルディア属のような糸状生物学的物質を競合的に抑制したりといった作業を行う。代替的には、発生した生物学的個体群は、全体的な処分分量とコストの減少のため、発生された固形物残滓を消費するように特に適合される。
【００１１】
一つの側面において本発明は、一つの育成方法を利用して液体廃棄物の処理を行う。この育成方法では、液体廃棄物の一部に活性スラッジを混ぜ合わせ、その後混合、エアレーション、滞留時間、及び沈降順序の制御を行って、特別の個体群プロファイルを生成する。こうした特別の生物学的個体群は、多くの場合は主たる処理プロセスと協力して（あるいはその既存の構成部分として）流入廃棄物を処理する時、特定の所望の結果を得るために有用な特質を持つ。
【００１２】
生育条件の適切な順序付けにより、例えば、固形物産生量の少ない生物学的個体群を発生させることができる。すなわち、生物学的物質は廃棄物の多くの割合を固形物でなくガスに変換し、これによって、処分しなければならない固形物分量を減少させる。また流入廃棄物の消費効率が向上する。条件操作によって、通性好気性生物ないし通性嫌気性生物を高い割合で生育できる。また硝化細菌の含有量の高い個体群も生育できる。ノカルディア属のような糸状生物学的物質を阻害可能な一方で、栄養素、ｃＢＯＤ、及び硝酸塩を増大したレベルで発現させ、主たる処理プロセスに有利に導入できる。従って、生物学的物質の特別の適合（カスタマイズ）は例えば、生物学的物質自体を犠牲にして処分可能な固形物の濃度を増加させることや、処分可能な固形物の栄養素含有量を減少させることを目標とすることができる。
【００１３】
好気性、無酸素、及び嫌気性条件を選択された順序で、可変的な長さの時間にわたって実行することによって、また酸化還元電位（ＯＲＰ）、特定酸素吸収率（ＳＯＵＲ）及び／または特定窒素吸収率（ＳＮＵＲ）の測定と再現を通じてこれらの条件を繰り返し制御することによって、所望の生育条件が達成されうる。これらの測定は、それ自身が目的ではないことは強調しておきたい。例えば目標レベルのＯＲＰレベルを得ることは、一般に、本発明の目的の達成にとって十分なものではない。そのかわりその測定値は、繁殖のタイミングに関して生物学的個体群の指標として使用され、変化する処理プロセス条件に対する制御と認識を容易にし、それによって繁殖を有効に実行できる。
【００１４】
ある実施形態においては、主たる処理プロセスの流れの中で利用するために、粒子状ｃＢＯＤを可溶性ｃＢＯＤに変換する上で有利な生物学的個体群が、流入液体廃棄物の一部を活性スラッジと組み合わせ、混合し、嫌気性条件を達成し、得られた物質を沈降分離させ、次いでその分量の一部（例えば４分の１）を高含有率の（ｃＢＯＤ含量の高い）溶液として主たる処理プロセスにデカンテーションして戻し、流入廃棄物から発生された硝酸塩を多く含む中間流を処理することによって発生される。オフラインプロセスのデカンテーションされた分量は、次いでより多くの液体廃棄物に置き換えられ、望ましくは懸濁した固形物含有量を特定の範囲内のものとする。その後、全体の処理プロセスが繰り返される。オフラインプロセスの混合物の懸濁された固形物含有量が最終的に、局所的な条件及び混合の効果的な制御を行うのには多すぎる場合には、混合物の一部（例えば半分又は３分の１）が主たる処理プロセスの流れに移されるか、あるいは処分され、その後、処理プロセスは最初から繰り返される。増加した個体群のうち移されなかった部分は、オフラインプロセスの条件と機能の両者に順応しているため、処理速度が早まる。この生育選択シーケンスは、際限なく継続させることが出来る。
【００１５】
上に示された実施形態に従って生成された高含有量のデカンテーション部分は、可溶性のｃＢＯＤとアンモニアの含有率が高く、ＯＲＰが低い。粒子状ｃＢＯＤと粒子状ＮＢＯＤを可溶性のｃＢＯＤとアンモニアに分解することは、偏性好気性生物を犠牲にして、また硝化細菌の含有量とは関係なしに、通性嫌気性生物の存在により、またその存在の下に達成される。
【００１６】
本発明の別の実施形態においては、流入液体廃棄物の一部を活性スラッジと組み合わせ、混合して嫌気性の条件を達成し、エアレーションと共に混合してＯＲＰが正となる状態を達成し、エアレーションせずに混合して嫌気性条件を達成し、物質を沈降分離させ、次いでその分量の一部（例えば、４分の１）を高含有率の液体としてデカンテーションして主たる処理プロセスに戻して流入廃棄物を処理することによって、固形物産生量の少ない生物学的物質の増加に有利な生物学的個体群を生成することができる。低含有率のデカンテーション液が所望ならば、エアレーションしながら混合を行う追加的なステップを、主たる処理プロセスにデカンテーション液を戻す前に行う。いずれの場合においても、デカンテーション分量はその後、更なる流入液体廃棄物で置き換えられ、望ましくは懸濁固形物含有量を特定の範囲内に保つ。このプロセス全体は、その後一度ないし二度繰り返すことができる。この後、オフラインプロセスで完全に混合した内容物の一部（例えば、３分の１）が主たる処理プロセスの流れに移され、その後処理プロセスを最初から繰り返すことも出来る。この選択された生育シーケンスは、無制限に繰り返すこともできる。最初に生物学的物質を嫌気性条件下で競合的に食料にさらすことで、ｃＢＯＤを利用することのできる通性嫌気性生物と通性好気性生物の数を競合的に増加させることができ、また連続的に繰り返すことによって、そのような通性嫌気性生物及び通性好気性生物の数を維持（更には、競合によって増加）させることもできる。この実施形態において生成される混合デカンテーション物に戻される、個体群が数的に増加した通性生物は、所定の生物学的個体群を選択的に生成し、増加させるのに役立つが、この個体群は生物学的に効率的（ｃＢＯＤがガスに変換され単位重量当たり固形物産生量が少ない）で、しかも未処理の流入廃棄物を常にエアレーション及び／又は好気性条件下に置くことなくガスに変換する能力を有する。
【００１７】
本発明の更に別の実施形態においては、固形物産生量の多い生物学的物質が低減され、硝化／脱窒能力は向上する。このことは、流入廃棄物の一部と活性スラッジを組み合わせ、最初にエアレーションしながら混合して好気性条件及び低アンモニア含量を達成することによって成就できる。反復処理プロセスは、エアレーションせずに混合しながら追加的な流入液体廃棄物を追加することによって開始される。次にエアレーションしながら混合して正のＯＲＰと相当量の溶存酸素含量を達成し、混合とエアレーションを中止する。そして物質を沈降分離させると共に溶存酸素を消散させる。更に液体廃棄物を加え、エアレーションする手順を繰り返し、その後分量の一部（例えば、４分の１）を主たる処理プロセスにデカンテーションして戻す。上記ステップは繰り返すことができ、その後オフラインの残存混合物の一部（例えば、３分の１）が、主たる処理プロセスの流れに移される。
【００１８】
後者のデカンテーションされた分量は、より強い活性スラッジに取って代わられ、望ましくは、必要に応じて流入液体廃棄物を十分に追加することによって、７５００ｍｇ／ｌ以下の懸濁固形物含有量を確立する。このプロセスは好ましくは、最初のエアレーション手順から、増大された個体群の戻しまでが繰り返され、全体の処理プロセスは際限なく継続させることができる。この実施形態において発生する中間のデカンテーション物は栄養素含有量が少なく、高強度の流入廃棄物の希釈に有益である。各処理シーケンスの最後で戻される、結果として生じる生物学的個体群は、固形物産生量の低い生物学的物質（硝酸塩や酸素をエネルギー源として利用することのできる通性好気性生物）が増大され、また個体群中の硝化細菌も増大されている。こうした増大を伴う個体群が規則的に主たる処理プロセスの流れに戻されるにつれて、硝化細菌や通性好気性生物の数が増加することになり、主たる処理プロセスは硝化率及び脱窒率の両面において改善される。
【００１９】
更に別の実施形態においては、糸状生物学的物質に不都合な、ないし糸状微生物の数が極度に減少した生物学的個体群が、廃棄流入物流の一部を活性スラッジと組み合わせ、混合して一定時間の間嫌気性条件を達成及び維持し、混合を中止し、混合を再開し、その後混合し積極的にエアレーションすることによって高い正のＯＲＰを達成し、その物質を沈降分離させ、その後糸状生物が減少した生物学的個体群が含まれる分量をデカンテーションして主たる処理プロセスに戻し、流入廃棄物を処理することによって発生される。この実施形態は、バイオマスに対して常に食料が少ないという、糸状生物が繁殖する（体積当たり表面積が高いため）条件を排除し、通性好気性生物及び硝化細菌の個体群の増大に有利であることによって、糸状生物に不利となるように選ばれている。
【００２０】
本発明の第二の側面は、処分しなければならない固形物量を最小限にすることによって、廃棄物処理プロセス全体によって生成された廃棄固形物の最終処理を改善する。主たる処理プロセスの流れにおいて低産生量の生物の生成と維持を向上させる実施形態を一つ以上適用することによって、主たる処理プロセス流中の全懸濁固形物含有物を、生物学的含有量が少なく、非分解有機物（綿繊維、髪の毛など）及び無機物の含有量が高いようにして与えることが可能になる。廃棄流入物をより大量にガスに変換することで、処分しなければならない固形物量（及び容積）を減少させることに加えて、より多くの無機含有物及び非分解含有物を、固形物処理技術に通じている者によって普通に採用される様々な重力的及び機械的手段によって、より容易に濃縮させることができる。このようにして、処分しなければならない廃棄物の量は、更に減少される。
【００２１】
本発明の第三の側面は、前述の方法を実施するための装置に関係する。例えば一つの実施形態においては、廃棄流入物と活性スラッジ材料は処理容器内で組み合わせられ、所望とする生物学的個体群の増加が制御され、また発生された個体群の一部を取り出し、それを別の処理容器で使用するための手段が与えられる。制御可能なエアレーション装置を、第一の処理容器内に備えることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の上述の記載は、添付図面とともに参照することにより、以下の本発明の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【００２３】
廃水及びその残滓の処理に使用される細菌個体群は、生育環境をオフライン操作によって調節し、制御することができる。そのような生育環境は、既存の廃棄物処理プロセス内では通常使用されていない設備内で、好都合に確立することができる。例えば、従前には最終固形物処理装置として使用されている好気性消化装置は、本発明の一つ以上の実施形態において、湿潤流処理プロセスの延長部として使用することができる。
【００２４】
これらの手段によって、固形物産生量の少ない微生物、高除去効率の微生物にとって有利な条件を生成することができ、主たる処理プロセスに対する戻し物質を多く又は少なくすることができ、糸状生物の生成が低減され、及び／又は残留スラッジが消費される（その分量を最小限にするために）。これらの、また他の生物学的な種は、以下に述べる方法と装置によって生成されうる。
【００２５】
水または廃水処理設備の操作特性を定量化する一つの方法はＯＲＰを用いることであり、これは当業者にとってはなじみ深い技術である。表１に示されるように、糸状ノカルディア属の生育には、とりわけ約−５０から＋５０ｍＶの範囲のＯＲＰが好ましいが、この範囲はまた、低い溶存酸素含量（微好気性）と共に、可溶性ｃＢＯＤの量が少ないことに関しても典型的なものである。ノカルディア属の育成と増殖にとって好ましいこれらの条件は、その個体群の増大という結果をもたらし、それによって、主たる処理プロセスの全体的な生物学的個体群や懸濁固形物の好ましくない沈降、詰まり、及び高い産生特性がもたらされる。従って、廃棄物処理プラントの操業は、プラントの処理速度を高くするために必要とされる、この微好気性の条件範囲を維持することによって、阻害されることになる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本発明では、これらの（更にそれ以上の）要件を緩和することができる。例えば、ある量の流入廃棄物と活性スラッジを含む混合物は、固形物含有量、滞留時間、空気との混合、空気なしでの混合、流入物ないし活性スラッジの後からの追加、及び／又は混合物の小部分の選択的な除去のような要因を制御することによって特に適合（カスタマイズ）させることができ、それにより、ある生物学的個体群の消滅及び他の、好ましい生物学的個体群の増加といった、一定の生物学的結果が達成される。
【００２８】
本発明はいくつかのモードで使用されうる。「選択」モードにおいてはオフライン混合物が、主たる処理プロセスに戻すための、特定の生物学的プロファイルを与えるように特に適合されている。これは一種類以上の微生物の存在にとっては有利であるが、処理目的にマイナスな微生物の存在にとって不利となるようなものである。生育にとって好ましい条件と好ましくない条件の望ましい組み合わせが、ここで記述する選択装置において得られる。所望とする生物学的物質を主たる処理プロセスに戻す場合、たとえ個体数において僅かに優勢なだけであっても、所望の生物学的個体群が与えられることによって、個体群間の競合的なバランスが変化することになるため、かなりの操作上の向上が得られる。
【００２９】
本発明はまた「収集」モードで動作させることも可能である。このモードでは、オフラインプロセスは、固形物産生量を最小限とし、またこれらを集めて処分するために、消化装置として操作される。従って収集モードでは、オフラインの混合物は追加処理を伴って、或いは追加処理なしに、濃縮される。これら二つの動作モードを組み合わせた場合の効果は、システムが従来の仕方で動作された場合に通常可能となる以上に、最終的に処分される残留固形物の量を最小限のものとすることができ、その一方で主たる処理プロセスの能力を向上させることができることにある。
【００３０】
生の流入廃棄物でのエルトリエーションは、特別の生物学的個体群を発生させるのに使用できる一つの技術である。従来から、廃棄物処理プロセスにおいて使用されるエルトリエーションは、無機物含量（溶解した又は未溶解の）のより少ない水で希釈することによって、特定の容量の廃棄固形物の無機物含量を減少させることを目的としていた。本発明においてエルトリエーションは、選択プロセスに際して希釈用の遊離水で交換して無機物含量の低減を達成し、その一方で生の流入廃棄物からのｃＢＯＤの吸着と吸収によって、容積中の有機物含量を増大させることを含んでいる。ｃＢＯＤの増大と同時の、この減少した無機物含量の交換は、生育と増殖にとって競合的な利点を持つことになる、「食料」の獲得と保存の能力を持つものとして望ましい生物種の生成にとって、戦略的に好都合となる。これに直接関係のあるものは、所与の生物学的固形物群に対し、酸素（空気）供給のない状態で、高強度の流入廃棄物の流れを戦略的に導入する技術である。混合／非エアレーションサイクルの間にこの流入液体廃棄物を導入することの結果として、後に続く生育と増殖のためにｃＢＯＤ及び／又はＮＢＯＤを固定及び保持する能力のある種に対して、競合的な利点を得ることができる。本発明はこれらの技術をオフラインプロセスにおいて、生物学的個体群の特定の増加のために使用し、また時間及び量が制御された条件下で主たる処理プロセスに送出される高強度の（ｃＢＯＤの高い）流れを生成することによって、主たる処理プロセスにおいて使用する。選択プロセスからの出力は、主たる処理プロセスに戻されるので、どこまで処理プロセスを進めるかを制限する、流出廃棄物の適合性に関する問題は存在しない。そのため処理プロセスは、達成される生物学的結果を完全に最大化するように操作することができる。
【００３１】
特に適合された生物学的個体群は、特定の目的を達成するように発生させることができる。後述の例１は、粒子状のｃＢＯＤを利用できるように可溶性のｃＢＯＤに変換する生物学的個体群を、いかに発生させるかを示している。選択的に増大される微生物個体群は、制御された条件下で戻されるｃＢＯＤを多く含む流れの発生に備えたものであり、また粒子状ｃＢＯＤから可溶性ｃＢＯＤへの還元能力の大きい生物学的個体群の発生に備えたものである。このことは、固形物含有物を減少させるのに有用であり、あるいは流入するＢＯＤの含有量が少ない期間の間に食料を与えて、現存する生物学的個体数を維持するのを助けるのに有用である。後述の例２は、産生量の低いバクテリアをいかに発生させるかを示している。こうした微生物を使用することによって、残留固形物の形成が少なくなり、処分量とコストが軽減される。加えて、固形物含有量が少なくなると、主たる処理プロセスを介して処理され変換される固形物がより少なくなり、結果としてエネルギーが節約される。
【００３２】
例３の実施形態は、硝化作用／脱窒作用の能力と容量を向上させながら、同時にいかに全体の産生特性を向上させるかを示している。本発明はとりわけ、窒素含有物についての流出廃棄物に関する環境基準に合致することに困難さを有している設備にとって有益である。例４は、糸状生物の形成を減少させる方法を示している。これらの微生物は、十分に沈降分離されず、十分に濾過されず、また大抵はグラム陽性（高固形物産生種の一般的特性）である点で、プラントの操業上及び能率上特に問題となる。
【００３３】
最後に例５は、処分に先立っての、オフラインでの残留固形物含有量を最小化させる方法を示している。選択モードでの操作に続いて収集装置として操作することによって、残留固形物が本発明で具現化された特定の選択技術によって最小化され、それ以上の消費と脱窒が達成できなくなるまで、この例の方法は繰り返して行うことが可能である。
【００３４】
図２と表１に示されているように、様々な種類の微生物が、異なるＯＲＰ範囲の環境で生育する。溶存酸素含有量は、常にＯＲＰを示すわけではない。どの微生物が有利であるかを測定するために、特定酸素吸収率（ＳＯＵＲ）及び特定窒素吸収率（ＳＮＵＲ）といった他の方法を使用することができる。ＯＲＰ、ＳＯＵＲ、ＳＮＵＲによる条件の順序の操作制御、あるいは生物学的条件についての他の記載は、種々の実施形態の具現化について包括的、制限的、或いは何らかの他の意味で必要であることを意図したものではない。
【００３５】
生物学的選択性に更に影響を与えるのは、生物学的固形物の存在量である。廃棄物処理施設の処理量が増加するにつれて、一般には生成される残存スラッジの量も増加し、より多くの量の固形物を送り出して処理することが必要になる。そのため、施設における処理量の増加は通常、必要処理量の増大と結び付いている。流入物を処理するのに利用できる量は固定されており、従って発生した固形分を含む処理された物質が処理プロセスの領域内で、できるだけ短い滞留時間を有することが要求される。しかしながら、幾つかのプラントは追加的な固形物保持能力を有し、それによって流出物中の固形物の比率を変化させ、固有の生物学的選択性に強い影響を与える。廃棄物処理プラントを操作する人たちには、固形物含有量のこのばらつきが、実用上有用であることは知られていない。生物学的固形物の小部分の制御、そして特にその全体量を総合的に減少させることが、本発明の生物学的選択プロセスに好都合に用いられる。
【００３６】
前述したように、幾つかの廃棄物処理プラントは、流入廃棄物に栄養素を補って、生物学的分解プロセスを支援する。例えば以下に詳述するように、本発明は高含有ないし低含有の物質を発生させ、処理プラントに対して戻すために使用されうる。低含有物質は典型的にはＯＲＰが高く、また硝酸塩含有量も多くなりうる。一方、高含有物質は通常ＯＲＰが低く、可溶性のｃＢＯＤ、アンモニア及び／又は有機窒素のうち一つ以上が多くなりうる。この選択は、実質的に選択プロセスとは独立して、セレクター操作の間行われうる。これによって、これらの戻された物質が、日々のサイクル中の適切な部分で戦略的に選択され、主たる処理プロセスに供給されることが可能となる。このことは例えば、次に述べる状況において有利となる。
【００３７】
処理プラントの処理物質が少ない場合、低いＯＲＰと、有機物を含む高含有物質の戻しと、窒素酸素要求がもたらされて、エアレーションプロセスにおいて微生物を生育するのを助ける。逆に、プラントが酸化の補助を必要とする場合には、高いＯＲＰと、少ない物質含有量を戻すことも好まれる。この場合、通性生物の維持を援助するために、高い硝酸塩含有量も使用されうる。このようにして、糸状微好気性生物が抑制され、有機物要求を減少させるのに役立ち、また主たる処理プロセスにおいて高いＯＲＰ条件を得るために通常は物質含有量が多い時期にエアレーションプロセスが十分なエアレーション容量を有することを可能にし、これが更に糸状生物を阻害する。
【００３８】
この技術は、流入物中の水が過剰であり、糸状菌の好ましい生成範囲を越えるようにエアレーションすることができず、その代わり空気の導入を利用してＢＯＤ／ｃＢＯＤの除去を即座に開始させるプラントにとって特に有用である。（糸状菌の生成を防ぐためには、吸着、吸収、ないしガスへの変換によってＢＯＤが除去されるまで残留酸素なしで操作し、その後、糸状菌生成に好ましい範囲より高いＯＲＰレベルまでエアレーションすることが必要である。）本発明を使用しなければ、糸状微生物にとって好ましい条件を避けるのに必要なステップが、処理プラントの処理能力を制限することになる。こうした状況は、食料対微生物（Ｆ／Ｍ）比が高いときに悪化する。この場合は、糸状生物の生成を防ぐために、溶存酸素量を増加し続けることが必要になる。
【００３９】
しかしながら、主たる処理プロセスの流れの中にあるエアレーションシステムが、過剰の糸状生物の生育を避けるのに適当な酸化レベルを供給することができないような状況の下では、本発明によって生成される高硝酸塩源を使用して、酸素の供給を補うことができる。このようにして、硝酸塩源は、エアレーションプロセスを補うために、流入物の流れのピーク時に使用することができ、これによって、微好気性菌（糸状生物）が低溶存酸素状態から利益を得るのを防ぐことができる。セレクターの動作を適切に順序付けることによって、主たる処理プロセスのピーク時の要求に対して、セレクターからの戻しを合わせることができる。更なる恩恵は、糸状生物についてのオフラインプロセスでの選択、及び／又は、生物学的個体群の選択（これらは両方とも酸素（通性好気性生物）の使用が効率的である）によって、及び／又はｃＢＯＤをガスに変換するのに酸素源を必要としない個体群の選択と優先培養によって、同時に得ることができる。
【００４０】
やはりセレクターモードで動作する本発明の別の実施形態は、廃棄物処理プラントが処分するために排出しなければならない固形分の量を最小化する上で役に立つ。オフラインプロセスでの操作条件の選択は、産生量の少ない微生物の個体群を均衡点まで増大させて、低い産生量が微生物の死や消滅と相殺されるようにし（すなわち、生物学的固形物の増加が、全体的な固形物産生量の減少によってバランスされる）、あるいは同じ均衡点を得るために消滅を十分に加速するようにプロセスを操作することによって行われる。このことは、ＯＲＰを＜−１５０ｍＶまで、好ましくは＜−２００ｍＶまで減少させ、その後ＯＲＰを＞１００ｍＶまで、好ましくは＞１５０ｍＶまで増加させることによって達成される。結果として得られる生物学的個体群は、その後主たる処理プロセスの流れにおける固形物を増加させるのに使用することができ、その結果、最初に生成される固形分が最小限となり、同時に流出物を排出水質基準に適合させるのに役立つ。
【００４１】
この方法の構成要素は、限られた量の分解不可能な含有物が存在している場合に、操作時の収集モードにおいて役立つように使用することができる。この方法は後述の例５に詳述されている。最終処理／安定化プロセスの操作は、廃棄物処理プラントによって処理されねばならない全体的な物質量を最小化させる上で役立つ。この方法によって、残留固形物は溶解されたバイオマスに変換され、その後主たる処理プロセスに戻されて消費される。収集モードにおいては、後続する処理のために最小限の固形物分量を達成するために、残存する非溶解物質は固形物含有量を最大化した後で処分される。最終の「収集」モードに対する「選択」モードでの操作の比例的な頻度は、処理すべき流入物質中の分解不能な含有物の量によって決定される。所与の物質量を濃縮し最大化するように、収集装置によって行われるサイクルの数は、主として、分解不可能な物質に対する生物学的固形分の割合によって、また当初から存在していた分解不可能な含有物の相対的な量によって制限される。
【００４２】
上記において概観された方法は、図３に例示された装置によって好都合に具体化することが可能である。こうした装置は、旧式の消化装置のような、古い、恐らくは未使用の廃棄物処理プラントの設備にわずかな変更を加えることによって、簡便かつ安価に得ることができる。この装置は、タンク１３０のような容器、供給される廃棄固形物１３２、供給される生の流入物１３４、供給される流出物１３５、ミキサー１３６、供給される空気ないし酸素１３８（これらの内のいずれかないし両方が効果的に使用されうる）、デカンテーション部分の分量を、可変的な高さにおいて、処理中の液体の表面１４２に近い箇所から取り除く上部除去装置１４０、そしてタンク１３０の底に近い部分の分量を取り除く下部除去装置１４４からなる。上部除去装置１４０は例えば、タンク１３０の周囲に配置された高さ可変の溢れ堰であることができ、或いは高さ可変に調節可能な内部溢れ堰から成っている。高さの調節は、堰の流入口端部を上昇又は下降させることによっても、あるいは高さが異なる複数の流入点を設け、デカンテーション流を望まない流入点を閉塞し、それによって制御可能なデカンテーション量を与えることによっても、達成することができる。閉塞は、自動的に又はそうでなしに、様々な手段によって行うことができる。
【００４３】
本発明の具体的な実施形態においては、上に列挙した条件の一つ以上に対する必要性が否定され、或いはそれらは異なる方法により実施されうる。例えばミキサーは垂直にも、あるいは水平にも配置することができ、また容器の上部、底部、或いは側部から支持し、及び／又は駆動することができ、また内部を攪拌し、大量の液体の流れをタンク内である位置から別の位置に移すためにポンプを使用することができる。供給される空気ないし酸素１３８は、液面の上方ないし下方から異なる手段によって導入することができ、また異なる供給速度を使用することができる。本明細書に記載の装置は、以下に詳述される方法のステップを行う際に、有効である。
【００４４】
操作時には、図示の装置は、特に適合された生物学的個体群の成長を促すオフラインの処理環境として役に立つ。主たる処理プロセスからライン１３４を介して受容される新しい流入物は、適当な過剰の又は廃棄固形物と適切に混じり合い、必要な生育条件を達成する。上部除去装置１４０から得られたデカンテーション液は、主たる処理プロセスに適宜戻される。誘導された有益な生物学的個体群を含む物質は、選択モードで操作している場合は下部除去装置１４４を介して除去され、主たる処理プロセスに戻される。あるいはこれは、収集モードで操作している場合には処分される。以下の例は、以上に述べた装置を使用して実行することができる。またこれは例示の目的のために提示されたものであって、本発明の用途を制限することを意図したものではない。
例
例１
以下の手順は、硝化細菌とは無関係に、偏性好気性生物の犠牲の下に通性嫌気性生物を選択し、それによって特に、粒子状のｃＢＯＤを利用のため可溶性のｃＢＯＤへと迅速に分解する生物学的物質を増加させる。
１．タンク１３０を過剰の活性スラッジと生の流入物の組み合わせにより満たし、名目上３０００から５０００ｍｇ／リットルの範囲内の懸濁固形物濃度を与える。
２．ＯＲＰが嫌気性になるまで、エアレーションせずに、タンク１３０の内容物をミキサー１３６を使用して混合する。しかし生の廃棄流入物又は廃棄物スラッジ中に硝酸塩が存在する場合には、ＯＲＰが低くなりすぎて、硫酸塩還元細菌により硫化物の発生が喚起されないようにする。この混合は約４時間から８時間続くようにする。
３．混合を中止し、混合物を沈降分離させ、タンク１３０の容量の少なくとも２５％のデカンテーション可能な分量を供給する。これは約２時間から４時間を要する。
４．所望に応じて、高ｃＢＯＤ、高アンモニア、低ＯＲＰ（「高含有」）のデカンテーション物質を上部除去装置１４０を介して除去し、プラントの処理プロセスに移動させる。
５．除去された分量を生の流入物で置き換えて、残留懸濁固形物含有物が７５００から１００００ｍｇ／リットルとなるまで、ステップ２から４までを繰り返す。これには通常、これらのステップの４回から１０回の繰り返しを必要とする。
６．ミキサー１３６で混合している間、タンク１３０の約半分の分量をプラントの処理プロセスに戻す。
７．必要に応じて、ステップ１からステップ６までを繰り返す。
例２
以下の手順は通性嫌気性及び好気性生物を選択し、偏性好気性生物の犠牲の下に硝化細菌を維持し、それによって特に産生量の低い生物学的物質を増加させる。このことは特に、残留固形物の最小化に有益である。
１．タンク１３０を過剰の活性スラッジと生の流入物の組み合わせにより満たし、名目上５０００から７０００ｍｇ／リットルの範囲内の懸濁固形物濃度を与える。
２．ＯＲＰが嫌気性になるまで、エアレーションせずに、タンク１３０の内容物をミキサー１３６を使用して混合する。しかし生の廃棄流入物又は廃棄物スラッジ中に硝酸塩が存在する場合には、ＯＲＰが低くなりすぎて、硫酸塩還元細菌により硫化物の発生が喚起されないようにする。この混合は８時間から３日間続くようにする。
３．ミキサー１３６によって混合を続け、またＯＲＰが２４時間の間＞１００ｍＶ、１２時間の間＞１５０ｍＶ、ないし４時間の間＞２００ｍＶとなるように、タンク１３０を「積極的に」エアレーションする。
４．エアレーションを中止する一方で、ＯＲＰが少なくとも４８時間の間嫌気性となるように混合を続ける。もしＯＲＰが少なくとも毎時１０ｍＶの割合で降下し続けない場合には、３％から１０％の容積の生の流入物を加える。
５．ミキサー１３６を止めて、タンク１３０の内容物を沈降分離させ、タンク１３０の容量の少なくとも２５％のデカンテーション可能な分量を供給する。これには約２時間から４時間を要する。
【００４５】
ａ．高含有の戻しを所望する場合には、デカンテーション物質を処理プロセスに注ぐ。
【００４６】
ｂ．低含有の戻しを所望する場合には、混合物をエアレーションし、ＯＲＰが１時間の間＞１００ｍＶとなるまでミキサー１３６を使用して混合する。その後、混合とエアレーションを中止し、沈降分離させ、デカンテーション物質を処理プロセスに注ぐ。
６．固形物含有量が＜７５００ｍｇ／リットルのままである場合に限り、デカンテーションされた分量を、供給される廃棄固形物１３２からの過剰の活性スラッジに置き換える。固形物含有量がこの値より高ければ、生の流入物を追加することにより希釈する。
７．ステップ２から６までを２回繰り返す。
８．ミキサー１３６で混合している間、タンク１３０の３分の１の分量を処理プラントのプロセスに戻す。
９．必要に応じてステップ１からステップ８までを繰り返す。その際、懸濁固形物濃度を１００００ｍｇ／リットルより低く、好ましくは８０００ｍｇ／リットルより少なく維持することに留意する。
例３
以下の手順は通性好気性生物及び硝化細菌を選択し、産生量の多い生物学的を減少させ、硝化／脱窒能力を向上させる。もし利用できるならば、ｃＢＯＤ（ｍｇ／リットル）対ＮＨ３−Ｎ（ｍｇ／リットル）比が３より大きい場合に限り、アンモニア及びｃＢＯＤ含有量の多い循環流を生の流入物の代わりに、あるいはこれと組み合わせて使用することができる。この比はアンモニアの窒素に関連したもので、全ケルダール窒素（ＴＫＮ）とは関連がないことに留意されたい。
１．タンク１３０を、活性スラッジでおおよそ全容量の７５％まで満たし、懸濁固形物濃度を２５００から７５００ｍｇ／リットルの範囲内とする。
２．ＯＲＰが好気性になり、アンモニア含有量が＜０．１ｍｇ／リットルになるまで、エアレーションを行いながら、タンク１３０の内容物をミキサー１３６を使用して混合する。
３．エアレーションを中止する。
４．混合を続けながら、生の流入物を追加して、タンク１３０の容量のさらに約５％から１０％を満たす。硝酸塩濃度が＜０．１ｍｇ／リットルになるまで、ＯＲＰと硝酸塩の濃度を監視する。これにはおおよそ２時間から４時間を要する。
５．タンク内容物の混合を続け、ＯＲＰが４時間の間＞１００ｍＶ、２時間の間＞１５０ｍＶ、ないし１時間の間＞２００ｍＶとなり、また溶存酸素濃度が約１時間の間＞３．０ｍｇ／リットルとなるまで、タンク１３０のエアレーションを開始する。
６．少なくとも４時間、ないし観察される溶存酸素濃度が＜２．０ｍｇ／リットルになるまでの時間の長い方だけ、混合とエアレーションを中止する。
７．ステップ４から６までを２回繰り返す。
８．タンク１３０のうちの上部２５％の分量を、デカンテーション物質として取り除く。この２５％の分量の中に懸濁固形物がある場合には、それらも取り除く。
９．ステップ４から８までを繰り返す。
１０．混合を再開し、タンク分量の別の２５％をプラントの処理プロセスに移動させる。
１１．ステップ１０で移動させた分量を過剰の活性スラッジで置き換え、固形物濃度を＜７５００ｍｇ／リットルに維持する。必要なら、生の流入物を追加して、固形物濃度をこのレベルより低く保つ。
１２．ステップ２から１１までを必要に応じて繰り返す。
例４
以下の手順は通性嫌気性生物及び好気性生物を選択し、低産生の生物学的個体群を発生する。これは、ノカルディア属のような糸状生物の生成には不都合である。
１．タンク１３０を少なくとも容量の９０％まで過剰の活性スラッジで満たし、３０００から１００００ｍｇ／リットルの範囲内の名目懸濁固形物濃度を与える。固形物含有量を１００００ｍｇ／リットルより低く保つため、必要に応じてタンク内の混合物を生の流入物で希釈する。必要となる希釈は、プラントからの流出物又は主たる処理プロセスの流れからの混合液で行うことができるが、生の流入物の使用が好ましい。
２．ＯＲＰが嫌気性になるまで、エアレーションせずに、タンク１３０の内容物をミキサー１３６を使用して混合する。しかし生の廃棄流入物又は廃棄物スラッジ中に硝酸塩が存在する場合には、ＯＲＰが低くなりすぎて、硫酸塩還元細菌により硫化物の発生が喚起されないようにする。この混合は周囲温度及び混合物の温度に応じて、８時間から３日間続くようにする。ＯＲＰが−２００ｍＶを越える値で安定したならば、ミキサー１３６での混合を行いながら、生の流入物を５％の分量だけ混合物に加える。
３．混合を中止し、４８時間待つ。しかし２４時間経過後に、内容物を１時間にわたり混合する。これはエアレーションさせずに行う必要がある。
４．４８時間後、ミキサー１３６での混合を再開し、ＯＲＰが１６時間の間＞１００ｍＶ、８時間の間＞１５０ｍＶ、ないし４時間の間＞２００ｍＶになるまで、タンク１３０の内容物を「積極的に」エアレーションする。
５．ステップ２から４までを繰り返す。
６．混合とエアレーションを中止し、２時間以下の間、内容物を沈降分離させる。
７．デカンテーション可能な分量の全て、又はタンク１３０の容積の２０％のうちの少ない方を、処理プロセスに移動させる。
８．生の流入物を、容積の９０％が満たされるまで、タンク１３０に加える。
９．ステップ２から７までを繰り返す。
１０．ミキサー１３６で混合しながら、タンク１３０の容積の３分の１をプラントの処理プロセスに移動させる。
１１．必要に応じてステップ１から１０までを繰り返す。その際、懸濁固形物濃度を１００００ｍｇ／リットル未満に、好ましくは８０００ｍｇ／リットルより少なく維持するように留意する。
例５
以下の手順は、本発明を収集装置としてどのように操作するかを説明している。上述の例２の方法と対比すると、この方法の第一の目的は、廃棄物処理プロセスに戻すために低産生の生物学的固形物群を与えることではなく、残留固形物の処分分量を最小限にすることである。
１．タンク１３０を活性スラッジと生の流入物の組み合わせにより満たし、５０００から７０００ｍｇ／リットルの範囲内の懸濁固形物濃度を与える。
２．ＯＲＰが嫌気性になるまで、エアレーションせずに、タンク１３０の内容物をミキサー１３６を使用して混合する。しかし生の廃棄流入物又は廃棄物スラッジ中に硝酸塩が存在する場合には、ＯＲＰが低くなりすぎて、硫酸塩還元細菌により硫化物の発生が喚起されないようにする。この混合は８時間から３日間続くようにする。
３．ミキサー１３６によって混合を続け、またＯＲＰが２４時間の間＞１００ｍＶ、１２時間の間＞１５０ｍＶ、ないし４時間の間＞２００ｍＶとなるように、タンク１３０を「積極的に」エアレーションする。
４．エアレーションを中止する一方で、ＯＲＰが少なくとも２４時間の間嫌気性となるように混合を続ける。ＯＲＰが少なくとも毎時１０ｍＶの割合で降下し続けなくなった場合、次のステップに進む。
５．混合を中止し、タンクの内容物を沈降分離させ、２４時間以内に達成可能な最大のデカンテーション可能な分量を供給する。
【００４７】
ａ．高含有の戻しを所望する場合には、デカンテーション物質を取り除いて処理プロセスに注ぐ。
【００４８】
ｂ．低含有の戻しを所望する場合には、混合物をエアレーションし、ミキサー１３６を使用して混合し、ＯＲＰが１時間の間＞１００ｍＶになるまでこの混合物を維持する。その後、混合とエアレーションを中止し、混合物を沈降分離させて、実験室の沈降酸素メータによって示されるような利用できる最大限のデカンテーション量を得、その後低含有のデカンテーション物質を処理プロセスにデカンテーションする。
６．デカンテーションされた分量を、利用しうる最大限の固形物含有量を有する活性スラッジで置き換える。
７．ステップ２から６までを、沈降分離に際してもはやデカンテーション物質が発生されなくなるまで繰り返す。その際、タンク１３０内の上部５％から１０％の容積を固形物で満たさないように留意する。
８．実験室の沈降酸素メータにおいて、実質的なエアレーションなしに、サンプルを１時間にわたって混合する。このサンプルは、タンク１３０内に含まれる物質の典型的なサンプル９０％と、１０％の流出物とからなる。この混合物を２４時間にわたって沈降分離させる。沈殿した固形物の分量が９０％より少なければ、更なる処理のためにステップ９に進む。そうでなければ、タンク１３０の内容物を適宜、固形物処理プロセスに移動させる。
９．流出物を加えて、タンク１３０を満たす。１時間から４時間の範囲内で、ミキサー１３６で内容物を混合する。その際、混合物をエアレーションさせないように留意する。
１０．混合を中止し、タンクの内容物を沈殿させる。可能な全ての液体をデカンテーションする。
１１．固形物の濃度がこれ以上増えなくなるまで、ステップ８から１０までを繰り返す。これにより、固形物の混合物を処分する準備が整う。
【００４９】
【発明の効果】
以上によって、廃棄物処理プラントの操作の能率と効率を、その既存の処理プロセスを改善させ、また管理可能な廃棄処分量を最小限にするという両方の点において向上させる、非常に有用な装置と方法が開発されたことが看取されよう。ここで用いられた用語及び表現は、記述するための用語として使用されたものであって制限のためのものではなく、そうした用語及び表現の使用に際しては、図示し記述した特徴又はその一部と均等な何物をも排除する意図はない。しかし、特許請求の範囲において示される本発明の範囲内において、様々な修正が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】技術的に周知であると共に、本発明が適用されうる、基本的な流れの順序を表す、廃棄物処理プロセスを示す。
【図２】異なる種類の生物学的個体群が優勢になる傾向を有する、幾つかのＯＲＰ範囲を例示している。
【図３】本発明を実施するのに使用できる装置の概略的な図示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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