(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
顆粒状物質からなる少なくとも一つの床上に固定された微生物培養物を有し、酸素供給手段を備えた生物学的上昇流フィルター中に排水を通過させることからなるステップを含んでなる硝化・脱窒により生物学的に排水を処理する方法であって、
上記顆粒状物質床の実質的に全体を連続的にエアレーションすることと、上記固定された微生物培養物の酸素消費量に関する少なくとも一つの代表的なパラメーターを測定することとからなり、該パラメーターが処理排水の溶存酸素濃度であって、該方法が該溶存酸素濃度を３〜８ｍｇ／ｌの間の値に維持するために実施され、該パラメーターを測定するための上記ステップの結果とその設定値とに依って、上記酸素供給手段の動作を調整することからなるステップを含んでなり、上記排水の実質的な同時硝化・脱窒が可能である排水処理方法。
【請求項２】
上記方法が処理排水の溶存酸素濃度を４〜７ｍｇ／ｌの間の値に維持するために実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記パラメーターの上記設定値が、上記排水の窒素濃度により、あるいは上記バイオフィルターの出口で測定された汚染レベルにより決定される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
処理排水の少なくとも一部を上記フィルターに再循環することからなる補完的なステップを含んでなる請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
処理排水を再循環することからなる上記補完的なステップが、７５％と４００％の間の再循環率で行われる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
処理排水を再循環することからなる上記補完的なステップが、１００％と２００％の間の再循環率で行われる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記パラメーターを測定する上記ステップが、上記生物学的フィルターから流出する処理排水について行われる請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
上記パラメーターを測定する上記ステップが、上記フィルター内を通過する排水について行われる請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
上記排水に少なくとも１の炭素源を添加することからなる付加的なステップを含んでなる請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
付加的な脱窒後のステップを含んでなる請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、排水処理の分野に関し、そして基本的には工業廃水または家庭廃水の処理の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は、このような排水に含まれる窒素による汚染の処理方法、生物学的フィルター（「バイオフィルター」とも呼ばれる）での実施方法に関する。
【０００３】
生物学的フィルターは、廃水に含まれる炭素汚染と窒素汚染を除去するため、あるいは極度に低下させるために廃水処理で使用される。また、これらは、排水を物理的に濾過することも可能にする、水よりも密度の大きい、あるいは小さい粒子からなるバイオマス担体を有する。
【０００４】
窒素汚染の除去は、２つの別個のバイオマスより一般的に行われている。
１番目のいわゆる独立栄養のバイオマスは、アンモニア性汚染を硝酸塩に変換する。硝化と呼ばれるこの作用は、処理される水中に酸素が存在することとが必要である。それゆえ、この作用は、生物学的フィルターの好気性領域で起こる。
２番目のいわゆる従属栄養のバイオマスは、硝酸塩を窒素ガスに変換する。脱窒と呼ばれるこの作用は、バイオマスにより基質として使用される炭素汚染が存在することと、分子状酸素の存在しないこととを必要とする。実際、反応器の低酸素領域へと硝酸塩によりもたらされる酸素は、炭素汚染を除去するためにバクテリアにより使用される。
【０００５】
廃水処理においては、硝化と脱窒は主要な２つのモードで行われうる。第１のモードは、処理される排水中に存在する炭素汚染を用いる予め行われる脱窒とそれに続く硝化である。第２のモードは、予め行われる硝化と、それに続く、外部の炭素源を必要とする脱窒である。
【０００６】
生物学的フィルターには２つの大きな種類があり、処理される水が上昇流により通過する上昇流バイオフィルターと、処理される水が下降流により通過する下降流バイオフィルターである。これらのバイオフィルターの双方のタイプは、異なる方法で組み合わせることができる。上昇流バイオフィルターを使用する場合には、硝化と脱窒は一方が低酸素で運転され、他方が好気性環境で運転される直列の２つのバイオフィルター中、あるいは単一のバイオフィルター中で行うことができる。単一のバイオフィルターの場合には、空気注入手段がフィルターの中間領域に設けられ、下部の低酸素領域と上部の好気性領域がバイオフィルター中に設定される。処理水の一部の再循環水は、そこに存在する基質と共に、従属栄養のバクテリアを供給するために、低酸素領域に送り返される。他方、下降流バイオフィルター技術を選択する場合には、脱窒と硝化は、一方が好気性環境で運転され、他方が低酸素で運転される直列に搭載された２つのフィルターを必然的に必要とする。
【０００７】
このような現状技術の方法の欠点は次のようである。
この方法は、窒素汚染の処理のために２つのバイオフィルター（硝化用のエアレーションされたフィルターと脱窒用のエアレーションされないフィルター）の使用をしばしば含み、このため建設コストと運転コストが高くなる。
あるいは、この方法は、材料内のエアレーションラインの装置を必要とし、これが建設の制約となる。
【０００８】
本発明の目的は、このような欠点を含まない、排水の窒素汚染を処理するための方法を提供することである。
【０００９】
特に、本発明の目的は、現状技術の装置と比較して、その実施のための装置の建設時の経済的な節約をもたらす方法を提供することである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、その実施時のエネルギー節約をもたらす方法を記述することである。
【００１１】
本発明の更にもう一つの目的は、処理排水の水質を良好する方法を提案することである。
【００１２】
本発明は、顆粒状物質からなる少なくとも一つの床上に固定され、微生物培養物を有し、酸素供給手段を備えた生物学的反応器中に上記排水を通過させることからなるステップを含んでなる硝化・脱窒により生物学的に排水を処理する方法であって、上記顆粒状物質床の実質的に全体を連続的にエアレーションすることと、上記固定された微生物培養物の酸素消費を表す少なくとも一つのパラメーターを測定することとからなり、上記パラメーターとこれらの設定値を測定するための上記ステップの結果に依って、上記酸素供給手段の動作を調整することからなるステップを含んでなる、上記排水の実質的に同時の硝化・脱窒を可能とすることを特徴とする排水処理方法に関し、上記の目的は本発明により達成される。
【００１３】
本発明の方法によれば、バイオフィルターを形成する顆粒状物質の床内を低酸素状態で運転される領域と好気性環境で運転される領域に物理的に区切ることなく、一度に、同一の生物学的フィルター（バイオフィルター）中での硝化・脱窒により排水の窒素性汚染の完全な処理が行われる。
【００１４】
このような方法によれば、中間に酸素供給用のラインを備えたバイオフィルターを用いる技術と比較して、酸素供給の良好な収率が得られ、このようにして、運転コストが著しく低減される。
【００１５】
また、本発明の方法により、現状技術の方法に比較して排出される水質が良好となる。
【００１６】
本方法の場合に使用される設定値は、処理排水の質に依って変ってもよいことは理解される。この方法の有利な好ましい代替的な態様によれば、上記パラメーターの上記設定値は、排水の窒素性負荷により、あるいは上記バイオフィルターの出口で測定された汚染レベルにより決定されてよい。
【００１７】
この方法のもう一つの代替の態様によれば、この方法は、処理排水の少なくとも一部を生物学的反応器に再循環することからなる補完的なステップを含んでなる。本発明の方法は、再循環割合の低減を可能にすることが特記される。
【００１８】
本発明の方法の実施は、固定された微生物培養物を入れたいかなるタイプの生物学的反応器においても考慮されうる。しかしながら、好ましくは、この方法は、排液が上昇流により通過する、固定された微生物培養物を入れたタイプの生物学的反応器で実施される。
【００１９】
本発明において測定されるバイオフィルターに固定された微生物培養物の酸素消費の代表的なパラメーターは、とりわけ、排出液中の溶存酸素濃度、酸化還元電位または更にはアンモニウム濃度、硝酸塩濃度またはＮＡＤＨ（ニコチンアミドアデノシンジヌクレオチドヒドロゲナーゼ）濃度であってよい。このパラメーターの測定は、生物学的反応器から流出する処理排水のみならず、反応器の内部を通過する排水について行われてもよい。この測定ステップは、また、フィルターの内部または外部で行われてよいことは理解されよう。
【００２０】
好ましい代替の態様によれば、固定された微生物培養物による酸素消費の代表的なパラメーターは、処理排水の溶存酸素濃度（反応器の出口または反応器の内部、例えば、反応器からの排水の出口に前置されるナップ中で測定された）であり、この方法は、処理流出液の溶存酸素濃度を１リットル当たり３〜８ｍｇの間、好ましくはリットル当たり４〜７ｍｇの間に維持するように実施される。また、処理水についての連続測定（例えば、ＮＨ4の）によりあるいは水の温度により、この値を定義し、設定してもよい。
【００２１】
この方法は、要求される排出レベルにするために必要な場合には、上記排水に少なくとも一の炭素源を添加することからなる付加的なステップを含んでなる。このようなケースは、全体が（global）低窒素含量の排水を得たいという場合、及び処理される排水中の生物分解性の有機炭素が充分でない場合に起こる。
【００２２】
精製された排水が特に低い硝酸塩含量である必要がある場合には、本発明の方法は、また、付加的な脱窒後のステップを含んでなるものであってよい。
【００２３】
本発明は、また、固定された微生物培養物を入れ、酸素供給手段を備えた少なくとも一の生物学的反応器を含んでなる、上記の方法を実施するために特に設計された装置であって、この装置が上記固定された微生物培養物による酸素消費の少なくとも一つの代表的なパラメーターを測定するための手段であって、上記測定手段が上記反応器の出口及び／または上記反応器の内部に設けられたものと、そして上記測定に依り上記酸素供給手段を調整する手段とを含んでなることを特徴とする装置に関する。
【００２４】
上記に示すように、この方法は、固定された微生物培養物を入れた、いかなるタイプの生物学的反応器中で実施されてもよい。しかしながら、好ましくはこの装置は、上昇流タイプの生物学的反応器を有し、少なくとも顆粒状物質の単一層あるいは多層の流動床と、処理排水を再循環するための手段とを含んでなる。
【００２５】
また、この関連する測定手段は、好ましくは床の上側表面の上方の５ｃｍ〜４０ｃｍの間の距離で上記顆粒状物質床の上部に存在する水区域に設置された少なくとも一つの溶存酸素濃度センサーを含む。
【００２６】
この装置は、また、処理排水と上記顆粒状物質を分離するための少なくとも一の構造と、この場合上記構造の出口に有利なように設置された測定手段も含んでなるものであってもよい。
【００２７】
本発明は、図面の参照と共に、これらの非限定的な態様の次に続く説明により更に容易に理解されるであろう。
【００２８】
この方法は図１に示す装置で実施される。この装置は、上昇流型のバイオフィルター１により形成され、水より軽い、少なくとも顆粒状物質（ポリスチレンビーズ）からなる濾過床２と、バイオフィルターの基部に設けられた濾過床２のエアレーションライン３と、フィルターの下部に設けられた処理される水を供給するための手段４と、バイオフィルターの上部に設けられた処理水を排出するための手段５と、処理水の一部を再循環するための手段６と、排水中の溶存酸素濃度を測定するための手段７と、そして他の測定手段７により行われる測定の結果に依って、エアレーション手段３の動作を調整するための手段８を含む。
【００２９】
更に、（流動床内の好気性上部領域と低酸素下部領域に適合するために）流動床内部に配置したエアレーションラインの位置と、測定手段と調整手段とが無い点だけが、図１に示す装置と異なっている現状技術の装置を対照として使用した。
【００３０】
双方の装置の濾過床は、濾過材料の高さが２．７５ｍである。
【００３１】
濾過速度を３．０ｍ／時に設定し、再循環を供給量の１００％の割合に設定した。同じ水を双方の装置で処理した。
【００３２】
表１は、本発明の方法の場合と従来の方法の場合で、１日の処理（１日の平均）にわたって得られた結果を示す。
【００３３】
【表１】
0004474500.tif 000002
【００３４】
この表は、単に平均を示し、これらの平均に対応して２４時間にわたって得られた値を図２に示す。
【００３５】
図２に示す曲線は、本発明の方法により処理された排水が従来の方法により処理されたものよりもアンモニア性窒素含量が低いことを明らかに示している。
【００３６】
本発明の方法によるフィルター中と従来の方法のフィルター中とについて使用された空気流速を比較する図３を参照すると、この図は、酸素移動係数が良好であり、それゆえ空気消費が少ない本発明の方法の利点を明示している。
【００３７】
結論として、固定された微生物培養物を入れた１つあるいは２つの反応器による窒素除去方法と比較して、本発明の方法は次の利点を有する。
同一反応器内で２つの別個の領域、すなわち、エアレーションされた領域とエアレーションされない領域を区切るために、材料内の中間ラインの装置を必要としない。
２つの別な反応器、硝化用にエアレーションされる反応器、脱窒用に低酸素で運転される反応器の使用を必要としない。
この装置の運転レベルでの経済的な利益、更にはこの装置のサイズのレベルでの経済的な利益の可能性さえ示唆される。
１つあるいは２つの反応器を手段とする従来の方法で推奨されるものよりも注入される空気の流速が低いことにより、注入された空気が横断する材料の高さが大きくなるために、良好なエアレーション収率が得られるので、運転レベルでのエネルギー節約がもたらされる。
良好な水質の処理水を得ることが可能となる。
【００３８】
更には、このような方法を実施するための装置は、簡単なシステムにより管理される。
【００３９】
最後に、このような方法は、老朽装置の低コストの更新を提供することも特記すべきである。
【００４０】
ここに述べられた本発明の態様は、本発明の範囲を低減させることを目的としたものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施するための装置を示す。
【図２】  本発明の方法による処理後の排水及び従来の方法による処理後の排水のアンモニア性窒素濃度と硝酸塩濃度の増大を示す。
【図３】  本発明の方法の場合、及び従来の方法におけるの場合の空気流速とバイオフィルターの出口での溶存酸素濃度を示す。
【図１】
0004474500.tif 000003
【図２】
0004474500.tif 000004
【図３】
0004474500.tif 000005