(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つまたはそれ以上の特定成分を含有する廃水、及び、不特定のＣＯＤ及び前記廃水と比べて低濃度の前記特定成分を含有する廃水の、複合的な生物学的処理のためのプロセスであって：
前記不特定のＣＯＤを含有する前記廃水を、活性化されたスラッジ反応槽の中で処理し、
前記特定成分を含有する前記廃水を、曝気されたバイオ・オーグメンテイション反応槽の中で予備処理し、
このバイオ・オーグメンテイション反応槽からの排出水を、前記活性化されたスラッジ反応槽に供給し、
前記活性化されたスラッジ反応槽からのスラッジの一部を、前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中へ供給し、
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽からのスラッジの一部を、前記活性化されたスラッジ反応槽に供給する、
廃水処理プロセスにおいて、
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中での不特定のＣＯＤのレベルが、前記活性化されたスラッジ反応槽の中よりも低く、
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中での特定成分のレベルが、前記活性化されたスラッジ反応槽の中よりも高く、且つ、
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中での不特定のＣＯＤに対する特定成分の比が、前記活性化されたスラッジ反応槽での中の当該比と比べて、少なくとも５倍高いこと、
を特徴とする廃水処理プロセス。
【請求項２】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中で、スラッジ保持の時間と比べて短いハイドロリック保持の時間を適用することを特徴とする請求項１に記載の廃水処理プロセス。
【請求項３】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽は、周期的に無酸素モードで運転されることを特徴とする請求項１または２に記載の廃水処理プロセス。
【請求項４】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽は、下記の反応ステージにより非連続的に運転されることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の廃水処理プロセス：
（ａ）前記活性化されたスラッジ反応槽からのスラッジの一部とともに、前記特定成分を含有する廃水を加え、
（ｂ）前記廃水を前記スラッジと反応させて、前記特定成分を部分的に取り除き、それと同時に適応したバイオマスを増殖させ、
（ｃ）前記スラッジを沈殿させ、
（ｄ）処理された廃水の少なくとも一部及びスラッジの一部を、前記バイオ・オーグメンテイション反応槽から前記活性化されたスラッジ反応槽へ送り出す。
【請求項５】
前記特定成分は、アンモニアであり、
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽内での前記スラッジ保持の時間は、硝酸塩生成バクテリアよりも、亜硝酸塩生成バクテリアにとって有利な時間が適用されること、
を特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の廃水処理プロセス。
【請求項６】
前記スラッジ保持の時間は、１日以上２日以下であり、
前記ハイドロリック保持の時間は、１日以下であり、特に２時間以上１２時間以下であること、
を特徴とする請求項５に記載の廃水処理プロセス。
【請求項７】
アンモニアを含有する前記廃水は、１リットル当り少なくとも１５０ｍｇのアンモニアを含有することを特徴とする請求項５または６に記載の廃水処理プロセス。
【請求項８】
アンモニアを含有する前記廃水は、前記活性化されたスラッジ反応槽から分離されたスラッジを脱水することにより発生したものであることを特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載の廃水処理プロセス。
【請求項９】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽内でのプロセス温度は、前記リターン・スラッジの量に対する前記特定成分を含有する廃水の割合によってコントロールされることを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の廃水処理プロセス。
【請求項１０】
前記リターン・スラッジの代わりに、前記活性化されたスラッジ反応槽からのスラッジの過剰分の濃縮物を用いることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の廃水処理プロセス。
【請求項１１】
前記活性化されたスラッジ反応槽から前記活性化されたスラッジ反応槽へ戻される一部のスラッジの内の、重量比で０．０１以上０．２５以下の部分が、前記バイオ・オーグメンテイション反応槽に供給されることを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の廃水処理プロセス。
【請求項１２】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中の温度が、２０℃から４５℃までの範囲内にあることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の廃水処理プロセス。
【請求項１３】
前記バイオ・オーグメンテイション反応槽の中の温度が、３０℃から４０℃までの範囲内にあることを特徴とする請求項１２に記載の廃水処理プロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予備処理用反応槽内の一つまたはそれ以上の特定成分が含有されている廃水、及び、主反応槽内の不特定ＣＯＤを含有する廃水の複合的な生物学的処理のためのプロセスに関する。上記の特定成分は、特に、有機物質またはアンモニアである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＰ−Ａ−８２６６３９の中に、アンモニアを含有する廃水を硝化バクテリアを用いて処理するプロセスが開示されている。このプロセスでは、アンモニアが顕著に酸化されて亜硝酸塩に転換される。この既知のプロセスによれば、廃水は、連続攪拌タンク反応槽（ＣＳＴＲ：continuously stirred tank reactor ）の中で、スラッジ保持（ sludge retention ）を行わずに、ハイドロリック保持（ hydraulic retention ）の時間を約１日半程度に調整して、処理される。このような条件下では、アンモニアを亜硝酸塩に転換するバクテリア（例えば、ニトロソノマス属（ genus Nitrosononas ）を含む）は、十分な増殖速度を有し、反応槽からのスラッジのロスを補うことができる。これに対して、亜硝酸塩を硝酸塩に変えるバクテリア（例えば、ニトロバクター属（ genus Nitrobacter ）を含む）は、反応槽中で維持されるために十分な増殖速度を有していない。その結果、亜硝酸塩の硝酸塩への転換が抑制される。このことは、後続工程の脱硝プロセスにおける酸素の消費を減少させ、電子ドナー要求（ＣＯＤ）を減少させると言う利点がある。このプロセスは、また、“ＳＨＡＲＯＮ”プロセス（ Single reactor for High activity Ammonia Removal Over Nitrite process ）とも呼ばれている。
【０００３】
この既知のプロセスの欠点は、要求されるハイドロリック保持の時間が１〜２日となるので、大きな反応槽の使用が必要となることである。その様な反応槽は、低いレベルにのみ設置される。このことは、比較的希釈度が高い排水を処理する際には、特に不利である。
【０００４】
他の方法は、選択された微生物を使用するものである（ＥＰ−Ａ−５６２４６６）。このプロセスでは、微生物（例えば、シュードモナス／Pseudomonas、アシネトバクター／Acinetobacter、モラクセラ／Moraxella、コリネバクテリウム／Corynebacterium、マイクロコッカス／Micrococcus、フラボバクテリウム／Flavobacterium、及びバチルス／Bacillus ）の混合物を別々の複数の反応槽（プロパゲイターと呼ばれる）の中で増殖させ、これらの反応槽から廃水処理プラントの中に、連続的にまたは非連続的に投与する。このようなプロセスの欠点は、選択された微生物の培養に手間がかかること（従って、コストが高い）、及び、これらのバイオリアクターの使用効率が比較的低いことである。
【０００５】
ＥＰ−Ａ−５０３５４６には、下記の様な特徴を備えたプロセスが記載されている。高濃度の窒素を含有する廃水（例えば、リジェクト水（ reject water ））がタンクの中に貯えられ、その中で、継続的に、硝化反応／脱硝化反応が起こる。生成されたバイオマスは、連続的にまたは周期的に、廃水処理プラントへ送られる。このプロセスの欠点は、先に述べた“ＳＨＡＲＯＮ”プロセスの欠点と同様である。即ち、その欠点は、低いスラッジの濃度、比較的大きな反応槽の容積、及び沈殿性が悪いことである。
【０００６】
ＷＯ−９８／００３７０には、アンモニアの処理のための硝化プロセスが記載されている。このプロセスでは、濃縮されたアンモニアを含有するサイドストリーム、即ち、メインストリームからのリジェクト水が、硝化バクテリアを作り出すための従来の高負荷ユニットの中で処理される。この硝化バクテリアは、メインストリームの中における硝化反応を促進するため、メインストリームに供給される。ＥＰ−Ａ−８２６６３９に記載されたプロセスと同様に、硝化バクテリアは、メインプロセス中と比べてより高度な微生物による選択的なグレイジング（ grazing ）に対する感度が高い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの欠点を解消するプロセスが発見された。本発明のプロセスでは、活性化されたスラッジ反応槽からのスラッジの過剰分は、予備処理用反応槽の中で使用される。この予備処理用反応槽の中で、活性化されたスラッジ反応槽内よりも高いレベルの特定成分（単数または複数）が、処理される。再活性化されたスラッジは、活性化されたスラッジ・プロセスへリサイクルされる。
【０００８】
本発明のプロセスでは、前記予備処理用反応槽内でのハイドロリック保持の時間は、スラッジ保持の時間よりも短くすることが可能であり、スラッジの年齢がコントロールされる。硝化反応の場合、好ましくは、スラッジの年齢は、硝化物生成バクテリアの倍化時間よりも短い。好ましい保持の時間は、沈殿及び予備処理用反応槽からのスラッジの一部の分離の影響を受ける。処理された廃水とともにまたは処理された廃水とは別に、スラッジの一部を前記予備処理用反応槽へ戻す。
【０００９】
好ましくは、前記予備処理用反応槽はバッチ式で運転される。前記予備処理用反応槽から分離されたスラッジの一部は、活性化されたスラッジ反応槽へ供給される。この活性化されたスラッジ反応槽で、不特定のＣＯＤ及び低濃度の前記特定成分（単数または複数）を含有する有機性廃棄水が処理される。ここで、不特定のＣＯＤとは、通常の廃棄物（例えば、都市の廃棄物）のことであり、非芳香族の生物分解性の有機物から専らまたは主として構成され、それらは、例えば、アルコール、脂肪酸、脂肪、炭化水素、蛋白質などである。なお、本発明のプロセス構成を、ＢＡＢＥ構成（“Bio Augmentation Batch Enhanced configuration ”：バイオ増大バッチ強化構成）と呼ぶ。また、予備処理用反応槽を、ＢＡＢＥ反応槽またはバイオ・オーグメンテイション反応槽（バイオ増大反応槽）と呼ぶ。
【００１０】
本発明のプロセスの重要な特徴は、メインプロセス（活性化されたスラッジ・プロセス）からのスラッジの過剰量の内の限られた量が、ＢＡＢＥ反応槽の中で使用され、それによって、特定の微生物を増殖させ、メインプロセスからの加えられたフロック形成スラッジの中にそれを混合することである。このようにして、スラッジが再活性化され、ＢＡＢＥ反応槽からの排出水とともに、活性化されたスラッジ反応槽へリサイクルされる。このようにして、特定成分（単数または複数）に対する、活性化されたスラッジ反応槽での除去能力が増大する。
【００１１】
好ましくは、活性化されたスラッジ反応槽から活性化されたスラッジ反応槽へ戻される一部のスラッジの内の、重量比で、０．０１以上０．２５以下の部分、特に０．０５以上０．２以下の部分が、バイオ・オーグメンテイション反応槽に加えられる。本発明によるこのようなスラッジのコントロールを行わなければ、メインプロセス内の不特定微生物のために、特定の微生物は、選択圧力（ selection pressure ）を十分には回復しない。
【００１２】
本発明のプロセスの利点の一つは、予備処理用反応槽の排出水からスラッジを連続的に（あるいは、好ましくは、非連続的に）分離することによって、そして、そのスラッジの一部を予備処理用反応槽内で保持することによって、予備処理用反応槽（バイオ・オーグメンテイション反応槽）内でのスラッジ保持の時間を、ハイドロリック保持の時間に対して独立にコントロールすることができることである。この結果、ハイドロリック保持の時間を、スラッジ保持の時間よりも大幅に短くすることが可能になり、従って、反応槽のサイズを小さくし、反応槽の生産性を高めることができる。
【００１３】
保持される前記一部のスラッジは、好ましくは、反応槽内の全スラッジの１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下であり、特に、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下である。予備処理用反応槽内におけるスラッジ保持の時間は、通常、１日以上５日以下であり、ハイドロリック保持の時間は、一般的に、２日以下であり、特に２時間以上１２時間以下である。なお、これらの時間は、特定成分の性質、及びその特定成分を転換する微生物の性質に依存する。予備処理用反応槽内のスラッジの濃度は、一般的に、１ｇ／リットル以上３０ｇ／リットル以下である。
【００１４】
処理対象の特定成分は、分解されるために特定の微生物を必要とする、または、通常の活性化されたスラッジ反応槽では十分に分解されない異種物質または抑制物資であるところの、いかなる有機成分または無機成分でもよい。それらの例を挙げると、フェノール系化合物の様な有機物質、芳香族アミンなどのような有機窒素化合物，特に、フェニレンジアミン（ phenylenediamines ）、有機ハロゲン化合物、及び、チオシアネイト（ thiocyanate ）などのような無機物質、及び、特に、アンモニアである。チオシアネイトの分解は、チオバチルス（ Thiobacillus ）属のバクテリアによって行われる。フェノールは、シュードモナス（ Pseudomonas ）バクテリアによって除去される。アンモニアは、ニトロソノマス（ Nitrosonomas ）属を含む硝化バクテリアによって分解される。未確認のしかし通常入手可能な種による、従来の硝化スラッジ・システム中でのｏ−フェニレンジアミン（ o-phenylenediamines ）の分解も確認された。
【００１５】
これらの成分を特に転換することができるバクテリアは、通常、一般的な廃水処理スラッジの中に存在している。それらは、特定成分の相対的な濃度が高いことの結果として、予備処理用反応槽の中で増殖して十分に活性になる。この目的のため、予備処理用反応槽（バイオ・オーグメンテイション反応槽）内での不特定ＣＯＤのレベルが、主反応槽内でのレベルと比べて低く、且つ、予備処理用反応槽内での特定成分（単数または複数）のレベルが、主反応槽内でのレベルと比べて高いことが重要である。特に、予備処理用反応槽内での不特定ＣＯＤのレベルは、特定成分の濃度の１０倍以下であり、好ましくは５倍以下（Ｗ／Ｗ）である。あるいは、その代わりに、予備処理用反応槽内での不特定ＣＯＤに対する特定成分の比率は、主反応槽内での当該比率の少なくとも５倍以上とすべきである。結果として、特定のバイオマスが増加し、従来のシステムの中での最終処理の前に、特定成分の大半が除去される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のプロセスについて、特定成分をアンモニアとした場合を例にとって説明する。なお、特定成分がその他のものである場合にも、本発明のプロセスは、同様な方法で実施することができる。
【００１７】
本発明の好適な例によると、少なくとも１５０ｍｇ／リットル（特に、少なくとも２００ｍｇ／リットルのアンモニア）及び零または限定された量のＣＯＤを含有するリジェクト水（スラッジの脱水により発生する水）−または他のいかなる廃水でもよい−は、メインプロセスからのリターン・スラッジの限定された流れとともに、非連続的に運転されている予備処理用反応槽内に、断続的に供給される。硝化バクテリアのスラッジ保持の時間は、１〜２日である。予備処理用反応槽内に供給し、所定の時間の間反応させた（曝気されて、無酸素でまたは好気性／無酸素で）後、反応槽内のスラッジの混合物は沈殿される。沈殿の後、供給された容積に等しい容積は、従来の生物学的処理へ送り出される。このようにして、スラッジの過剰分は、排出水とともに排出される。
【００１８】
このような運転モードは、下記の利点を有している。
【００１９】
−沈殿フェーズを設けることによって、スラッジ保持の時間をハイドロリック保持の時間に合わせる必要がなくなる。
【００２０】
−リターン・スラッジを使用することによって、フロックの中への硝化スラッジの混合を確実にし、それによって、活性化されたスラッジ反応槽の硝化能力を増大させ、より高度な有機体による硝化バクテリアの選択的なグレイジング（“ grazing ”）を防止する。
【００２１】
−加えられたリターン・スラッジの一部が、部分的に消化され、それによって、脱窒反応のためのコストがかからない炭素供給源を用いる。
【００２２】
本発明のプロセスによれば、予備処理用反応槽は、曝気（硝化）モードのみで運転することもできる。しかしながら、有利な方法によれば、酸素の供給を中断することによって、周期的に予備処理用反応槽を無酸素モードで運転する。その結果、反応槽の中に蓄積された亜硝化物および／または硝化物は、内因的に脱窒され、窒素分子が作り出される。無酸素モードの期間中は、アルコールまたはその他の有機物質のような、電子のドナーを加えても良い。また、無酸素モードの期間中、アンモニアを含有する水を加えることを続け、その結果、亜硝化物および／または硝化物を酸素供給源として用いて、下記の反応によって、アンモニアを酸化することも可能である：
ＮＨ４＋＋ＮＯ２−→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ
このプロセスは、“ Anammox ”プロセス（ＷＯ９８／０７６６４参照）とも呼ばれている。
【００２３】
アンモニアを含有し、ＣＯＤを含有していないかあるいはほとんど含有していない廃水は、産業排水または農業廃水（例えば、豚飼育）などのような、個別のソースから発生する。また、その様な廃水は、活性化されたスラッジ反応槽の下流側で使用されるスラッジの脱水プラントからのリジェクト水でも良い。そのようなリジェクト水は、そのままの状態で、あるいはスラッジの一部とともに、導入される。
【００２４】
予備処理用反応槽内の温度は、好ましくは、２０〜４５℃である。プロセスの目的が硝化反応の最適化にある場合には、より好ましくは、３０〜４０℃である。予備処理用反応槽内の温度は、予備処理用反応槽内に供給されるリターン・スラッジに対する流入水の比率によってコントロールすることができる。活性化されたスラッジ反応槽内の温度を通常のレベルの８〜２０℃にするとともに、予備処理用反応槽内の温度を高く維持することによって、効果的な、ＣＯＤの全体的な分解及び特定成分（この例では、アンモニア）の除去が実現される。
【００２５】
図１に、本発明のプロセスの代表的な形態を示す。この図において、予備処理用反応槽１に、ライン２を介して、アンモニアを含有する水（または、他の特定成分を含有する水）が供給される。この予備処理用反応槽１は、連続的にまたは周期的に、空気供給源３によって曝気される。オプショナルのバッファタンク７を設けることによって、予備処理用反応槽１（ＢＡＢＥ reactor ）をバッチ式で運転するとともに、供給される流入水の連続的な投入を調整することができる。オプショナルの沈殿槽４を設けることによって、スラッジの一部を予備処理用反応槽１戻すこともできる。なお、この沈殿槽４は、予備処理用反応槽１に組み込んでも、組み込まなくても良い。予備処理用反応槽１からの流出水及びスラッジの一部は、ライン５及びライン６をそれぞれ通って、あるいは単一の流れ（図示せず）で、活性化されたスラッジ反応槽８へ導入される。ＣＯＤを含有する廃水は、ライン９を通って活性化されたスラッジ反応槽８へ導入される。なお、この廃水は、特定成分を含有していても良い。活性化されたスラッジ反応槽８からの流出水は、ライン１０を通って排出され、沈殿槽１１において清澄化される。このように処理された廃水は、ライン１２を通って排出され、スラッジは、ライン１３を通って活性化されたスラッジ反応槽８へ戻され、オプションとして、ライン１４を通って部分的に予備処理用反応槽１へ戻される
ライン９からのＣＯＤを含有する廃水のインプット量（Ｑｉ）に対して、ライン１３を通って戻されるスラッジの流量は、Ｑｉの０．２倍から２倍の間である。ライン２からのアンモニウムを含有する（または、他の特定成分を含有する）流入水のインプット量は、Ｑｉの０．０１倍から０．２倍の間である。このとき、ライン１４を通って予備処理用反応槽へ戻されるスラッジの流量は、ライン２内の流れの０．１倍から２倍の間である。
【００２６】
【実施例】
図１に示したパイロット・ユニットが使用された。このパイロット・ユニットは、容積２５リットルのバッチ反応槽１（ＢＡＢＥ reactor ）、及び、容積２５０リットルの連続反応槽８（メインプロセス）を備えている。メインプロセスは、カルーセル・タイプの反応槽の中で、ＭＬＳＳ（ mixed liquor suspended solid）レベルがリットル当り３ｇ（乾燥重量）で行われ、都市排水が２．２ｍ３／日の流量で処理された。流入水のＣＯＤ濃度は、平均値で５００ｍｇ／リットルであり、Ｎｋｊの濃度は、４５ｍｇ／リットルであった。温度は、１３℃から１７℃の間で変動した。スラッジの年齢は、２．５日で維持された。上記の条件では、硝化は不可能であった。
【００２７】
バッチ反応槽に、１日２回の頻度で、１リットル当り１０００ｍｇのＮＨ４−窒素を含有する合成廃水１７リットルのバッチを、メインプロセスからのリターン・スラッジ１．７リットルとともに、供給した。従来の活性化されたスラッジ反応槽からの硝化スラッジによる接種の後、ＢＡＢＥ反応槽は、加えられたアンモニアを急速に硝化し始めた。その効率は、約９０％であった。硝化による生成物の主体は亜硝酸塩であった。ＢＡＢＥ反応槽からの硝化バイオマスの、メインプロセスへの定期的な添加によって、１０日以内に、メインプロセスが完全硝化を実現する状態に到達した。硝化が完全に行われ、硝酸塩が形成された。
【００２８】
ＢＡＢＥ反応槽からの過剰分のスラッジのメインプロセスへの送り出しを中断することによって、メインプロセスの中での硝化が、急速に減少した。これに対して、ＢＡＢＥ反応槽の中での硝化は一定のまま維持された。図２に、結合状態または非結合状態での、両反応槽における、アンモニア除去効率の測定結果を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の廃水処理プロセスの代表的な形態を示す図。
【図２】  結合状態または非結合状態での、両反応槽における、アンモニア除去効率の測定値を示す図。
【符号の説明】
１・・・予備処理用反応槽（バイオ・オーグメンテイション反応槽）、
３・・・空気供給源、
４・・・沈殿槽、
７・・・バッファタンク、
８・・・活性化されたスラッジ反応槽（メインプロセス）、
１１・・・沈殿槽。
【図１】
0004426105.tif 000002
【図２】
0004426105.tif 000003