(57)【要約】生化学的酸素要求量を減少させ、かつ、生物学的栄養塩の減少を利用して、内生呼吸による蒸発残留物の減量率を改善できる廃水処理方法。この廃水処理方法では、効率のよい曝気供給系を用いて有機物の酸化に必要な時間を劇的に減少させ、有機物および微生物を再循環、細断、均質化し、従来の系よりもかなり多くの回数にわたって塊（ｍａｓｓ）全体を酸素処理することで、生物学的な固形物消化率を高める。
2004530530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水蒸発残留物を再循環させ、混合し、懸濁液状態に保つ場である嫌気性コンディショナー領域に、流入廃水の流れを送る段階と、
無酸素性セレクター領域から前記嫌気性コンディショナー領域に低酸素濃度の混合液懸濁物質を送り、前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持する段階と、
前記嫌気性コンディショナー領域からの流出物を第１の好気性反応槽領域に送り、前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を前記第１の好気性反応槽領域で浄化領域からの戻り汚泥と混合することで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、前記第１の好気性反応槽領域の中身に含まれる沈殿性固形物を分別し、これによって固形物や他の有機物を分解及び酸化させ、挿入固形物（ｉｎｓｅｒｔ ｓｏｌｉｄ）を蓄積する段階と、
蓄積された不活性固形物を前記第１の好気性反応槽領域から排出する段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液を再循環させて混合する前記無酸素性セレクター領域に前記第１の好気性反応槽領域から水溶液の流出物を送る段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に移送し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を第２の好気性反応槽領域に移送する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域に含まれる水溶液を再循環させて曝気することで沈殿性固形物を分別し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させる段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を前記浄化領域に送り、該浄化領域内の水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記浄化領域から沈殿または分離させた、戻り汚泥に相当する固形物を、前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記浄化領域の水溶液を濾過領域に送り、該濾過領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記濾過領域の流出物のうち液体分を排出液タンクに移送し、前記濾過領域の流出物の沈殿または分離させた固形分を再プロセシング用に前記流入廃水の流れに移送する段階と、を含むことを特徴とする廃棄物を含有する水溶液を処理するための方法。
【請求項２】
含水蒸発残留物を再循環させ、混合し、懸濁状態に保つ場である嫌気性コンディショナー領域に、微生物を含む流入廃水の流れを送り、無酸素性セレクター領域から前記嫌気性コンディショナー領域への低酸素濃度の混合液懸濁物質のフローを調節して前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持する、ぜいたくなリン摂取（ｌｕｘｕｒｙ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｕｐｔａｋｅ）の第１段階を達成する段階と、
前記嫌気性コンディショナー領域からの流出物を第１の好気性反応槽領域に送り、前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を前記第１の好気性反応槽領域で浄化領域から供給される戻り汚泥と混合することで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、硝化が発生し、前記第１の好気性反応槽領域の中身に含まれる沈殿性固形物を分別し、これによってぜいたくなリン摂取の第２段階を促進しつつ懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させ、挿入固形物を蓄積する段階と、
蓄積された不活性固形物を前記第１の好気性反応槽領域から排出する段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液を再循環させて混合する前記無酸素性セレクター領域に前記第１の好気性反応槽領域から水溶液の流出物を送り、かつ、水溶液中に含まれる有機物の消費と同時に生物学的リンの脱硝化ならびに放出が起こるように前記無酸素性セレクター領域内に低酸素環境を存在させる段階と、
無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に移送し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち少なくとも第２の部分には微生物ならびに栄養塩が豊富に含まれる、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を第２の好気性槽領域に移送する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域に含まれる水溶液を再循環させて曝気することで硝化を発生させ、沈殿性固形物を分別し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させると共に、微生物による大量のリン消費につながる前記ぜいたくなリン摂取の第２段階をさらに促進する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を前記浄化領域に送り、該浄化領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記浄化領域から沈殿または分離させた固形物を戻り汚泥として前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記浄化領域の水溶液を濾過領域に送り、該濾過領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記濾過領域の流出物のうち液体分を排出液タンクに移送し、前記濾過領域の流出物の沈殿または分離させた固形分を再プロセシング用に前記流入廃水の流れに移送する段階と、を含むことを特徴とする廃棄物を含有する水溶液を生物処理して有機物質、窒素およびリンを減少させるための方法。
【請求項３】
流入口と流体的に連結された嫌気性コンディショナー領域であって、前記流入口を介して流入廃水の流れを受入れ、含水蒸発残留物が懸濁液状態に保たれるような方法で前記嫌気性コンディショナー領域内の廃水を再循環させ、かつ、前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持するために無酸素性セレクター領域から低酸素濃度の混合液懸濁物質の流れを受入れる、前記嫌気性コンディショナー領域と、
前記嫌気性コンディショナー領域と流体的に連結された第１の好気性反応槽領域であって、浄化領域から供給される戻り汚泥と混合される前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を受入れることで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、沈殿性固形物を分別し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させ、不活性固形物を蓄積し、蓄積された不活性固形物が前記第１の好気性反応槽領域から排出される、前記第１の好気性反応槽領域と、
前記嫌気性コンディショナー領域および前記第１の好気性反応槽領域と流体的に連結された無酸素性セレクター領域であって、前記第１の好気性反応槽領域からの水溶液の流出物を受入れ、前記無酸素性セレクター領域内の水溶液を再循環および混合し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に送る、前記無酸素性セレクター領域と、
前記無酸素性セレクター領域および前記第１の好気性反応槽領域と流体的に連結された第２の好気性反応槽領域であって、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を受入れ、前記第２の好気性領域内の水溶液を再循環させて曝気することで、沈殿性固形物を分別し、前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る、前記第２の好気性反応槽領域と、
前記第２の好気性領域および前記第１の好気性領域と流体的に連結された浄化領域であって、前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を受入れることで、沈殿または分離させ、かつ、前記水溶液から固形物を捕捉し、戻り汚泥に相当する沈殿固形物を前記第１の好気性反応槽領域に送る、前記浄化領域と、
前記浄化領域、前記流入口および流出口と流体的に連結された濾過領域であって、前記浄化領域からの流出物を受入れ、前記浄化領域の中身の液体分から固形物を分離し、排水に相当する前記濾過領域の中身の第１の部分を前記流出口に送り、分離された固形物に相当する前記濾過領域の中身の第２の部分を前記流入口に送って再プロセシング用に前記流入廃水の流れと混合する、前記濾過領域と、を含むことを特徴とする廃棄物を含有する水溶液を処理するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本願は米国特許法３５ＵＳＣ第１１９（ｅ）（３５ＵＳＣ§１１９（ｅ））の定めにより、米国仮特許出願第６０／２３８，８７８号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容全体を本願明細書に援用する。
【０００２】
発明の背景
技術分野
本発明は、廃液に対する処理性を改善できる廃液処理方法および装置に関し、特に、改善された機能性、操作性、曝気手法を利用して、廃液に対する処理性を改善する方法および装置に関する。
【０００３】
背景情報
現在、廃水処理プラントでは、広大な敷地でエネルギと資材、労力を比較的高い率で費やす従来の方法に基づくプロセスを利用している。こうした従来の廃水処理方法に伴って発生するコストが高くなるのは、ポンプ、送風機、エアコンプレッサ、スクレーパ、フィルタなどの装置、化学薬品、熱、プレス、凝固剤、凝集剤、沈殿剤および脱水などを用いて廃水フローのすべての要素を処理し、取り扱い、監視しているためである。従来の廃水処理システムではエネルギ消費量の大きい方法で廃水を処理している。これらの方法としては、好気性消化（又は有気性分解）、嫌気性消化（又は無気性分解）、汚泥濃縮および固形分の脱水処理法があげられるが、これに限定されるものではない。こうした処理に伴って発生するコストはプラントの稼動エネルギ予算の約８５％に達する。
【０００４】
廃水処理の対象となる典型的な流入廃水の流れの場合、全廃水の流れの９９．９％が水であり、約０．１％が有機固形物や無機固形物、溶存物質である。また、一般的な流入廃水の流れには、さまざまな濃度で栄養塩も含まれている。廃水の流れに含まれる除去すべき栄養塩には、これを分解するのに必要な酸素要求量がある。この酸素要求量を業界では生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）と呼んでいる。約０．１％の固形物のうち、約１０％から２０％がＢＯＤの約３５％を含む沈殿性固形物である。ＢＯＤの残りの６５％は廃棄物の溶存有機物分の中に含まれている。図１３を参照のこと。
【０００５】
従来の廃水処理システムの固形物（汚泥）処理系では、減少させるべき有機物の体積が約５０％に減るレベルまでプロセシングエネルギが分解によって費やされ、有機物の体積で残りの５０％については、埋立処分、焼却および土地応用を含むがこれに限定されるものではない、さまざまな手段によって廃棄される。これによってさらにエネルギが消費され、固形物を処理するための費用もかかる。有機物を廃棄する必要性をほとんど皆無にできるシステムおよび方法が得られると有益であろうと思われる。
【０００６】
発明の目的および概要
本発明の一目的は、有機物および化学薬品を含有する廃液を処理するための装置および方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、活性汚泥の処理と処理領域の再循環とを併用し、かつ、曝気装置の有効性を高めて、有機物の分解に必要な時間およびエネルギを抑えることにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、システムからの有機沈殿固形物の意図的な除去である廃棄活性汚泥（ＷＡＳ）の形での有機物の浪費量を実質的に減少させ、よって固形物処理施設での作業量およびコストを低減することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、産業型の栄養塩を高濃度で含有する水性廃水（ａｑｕｅｏｕｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ）を処理するための装置および方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、ＢＯＤ、アンモニアおよびリンを一般的な濃度で含む都市廃棄物を処理することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、動物型の廃棄物に典型的に見られるＣＯＤ、ＢＯＤ、アンモニアおよびリンの濃度レベルが高い主力産業廃棄物を処理することにある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、工業製品のメーカーや家畜排泄物処理施設から発生し得るものなどの現場設備からの廃水を前処理するための装置および方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、従来の曝気システムよりも優れ、かつコスト的に手ごろであり、曝気、混合、均質化、細断を組み合わせることができる、効率的な再循環曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、従来の処理システムよりも、設計、操作、構築、初期化、管理、拡張および保守が容易な装置および方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、従来の処理システムよりも、プロセシング条件やフロー条件の変更に適応しやすく、自動化、監視、制御が容易な装置および方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、同様の廃水処理要件と比較すると、従来の廃水処理プラントでの場合よりも全体の土地専有面積（敷地面積）が小さい装置および方法を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、従来の廃水処理システムよりも動作させる上で経済的な装置および方法を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、従来の廃水処理システムよりも建築および稼働費用が小さい装置および方法を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、強烈な曝気を供給する機能に関して、散気装置を設置するタンク床面積が制限されないようにすることで、処理タンクの曝気槽で一層多量の廃水を処理する機能を高める装置および方法を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、減衰係数（ｋｄ）を非常に大きくできる装置および方法を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、従来の処理システムよりも平均細胞滞留時間（ＭＣＲＴ）を長くすることで、揮発性固形分の破壊量を増やし、これに続く固形物の処理作業を抑えることのできる装置および方法を提供することにある。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、従来の処理システムの柔軟性の高い食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比の範囲の前後で極めて柔軟性の高い食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比の範囲を得られる装置および方法を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらに他の目的は、混合液懸濁物質（ＭＬＳＳ）濃度の一層短時間での上昇、運転開始時の電力コスト低減および種汚泥運搬コストの低減を含むがこれに限定されるものではない、始動コストを抑えることで、効率を高めつつ設計フローの対応範囲を拡げる装置および方法を提供することにある。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、プラントの運転開始時の始動状態の間、一種の連続回分式反応システムに円錐底形のタンクを用いる装置および方法を提供することにある。
【００２５】
本発明のさらに他の目的は、損なわれた状態から回復する微生物をすみやかに成長させるために、プロセスを完全に損なった状態の後でマイクロコロニーを短時間で成長させることのできる一種の連続回分式反応に円錐底形のタンクを用いる装置および方法を提供することにある。
【００２６】
本発明のさらに他の目的は、従来の廃水処理システムよりも所望の排水品質まで廃水を処理するための装置数およびプロセス数を減らした処理プラントを提供することにある。
【００２７】
本発明のさらに別の目的は、掻き取り、かき集め、ブラシなどによる清掃装置を清澄装置内に必要とせずに浄化によって液体から固形物を分離する装置を提供することにある。
【００２８】
本発明のさらに他の目的は、清澄装置と、濾過構造と、有機物をさらに捕捉して、この有機物を固形物の連続消化用に好気性領域に戻す任意の三次処理システムとを含むがこれに限定されるものではない、固形物捕捉領域として作用する装置を提供することにある。
【００２９】
本発明のさらに他の目的は、有機窒素を酸化して一層安定した硝酸塩化合物にし、これを廃棄物の流れにおいて脱硝化工程で還元することによって廃棄物の流れに含まれる総窒素量を減少させる装置を提供することにある。
【００３０】
本発明のさらに別の目的は、微生物での分解（消化）によって廃棄物の流れに含まれるリンを減少させ、新たな細胞の成長を有機物の分解に利用する装置を提供することにある。
【００３１】
本発明のさらに他の目的は、領域に特有であるがタンクに特有のものではない処理工程を提供することにある。
【００３２】
本発明のさらに別の目的は、特定のフローならびに特定の処理工程に適応できるシステム設計を提供することにある。
【００３３】
本発明のさらに他の目的は、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用を廃水中の病原体数の低減に利用することにある。
【００３４】
本発明のさらに別の目的は、水溶液の化学的酸化を可能にする装置および方法を提供することにある。
【００３５】
本発明のさらに別の目的は、微生物コロニーならびにコロニーの栄養源となる基質を均質化するための方法を提供することにある。
【００３６】
本発明のさらに他の目的は、大きな微生物フロックを小さな微生物フロックに分配することにある。
【００３７】
本発明のさらに他の目的は、中心を含む微生物フロック全体を好気性に維持させることにある。
【００３８】
本発明のさらに別の目的は、好気性プロセスで高濃度の溶存酸素を提供することにある。
【００３９】
本発明のさらに別の目的は、コストと廃水貯水池の必要性に対する他の選択肢を提供することにある。
【００４０】
本発明のさらに他の目的は、周知の廃水処理システムおよび方法における欠点を解消することにある。
【００４１】
本発明に対する用途ならびに本発明の機能を示すにあたり、都市廃水の未処理の原水を処理対象の廃液の一例としてとりあげる。しかしながら、本発明による装置および方法の実施例は他のさまざまな廃棄物の処理に利用できるものである。
【００４２】
本発明において用いる曝気という用語は、二次流体フロー（液体または気体）を一次流体フロー（液体または気体）に加えることを意味する。
【００４３】
本発明によれば、微生物の酸素摂取率を増す酸素移動効率を高めるＲＣＡＳ（再循環曝気システム）によって強烈な曝気を提供し、有機物を機能化、細断および均質化し、有機物を実質的に１００％消化して、廃水の有機物を処理することができる。これは、分散曝気などの従来の曝気を利用している従来の処理方法に比してプロセシングエネルギをかなり有効に活用するものである。また、本発明によれば、一次浄化設備、嫌気性消化（無気分解）設備、好気性消化（有気分解）設備、一次処理貯水池、焼却炉および関連の設備、汚泥濃縮設備およびスラッジ運搬設備などの従来の多くのエネルギ消費装置が削減または排除される。
【００４４】
本発明によれば、廃水中の有機物を一層効率的かつ完全に消化することができる。廃水の全ＢＯＤの有機物分を第１の好気性反応槽領域および第２の好気性反応槽領域で曝気を利用して処理し、嫌気性コンディショナー領域および無酸素性セレクター領域では、水中環境に微生物が容易に呼吸できるだけの十分な分子状酸素が溶存しない条件（貧酸素条件とも呼ばれる）に廃水を維持する。この貧酸素条件は一般に、硝酸塩などの化学的に結合した酸素が存在する環境であると言われる。嫌気性コンディショナーの領域、第１の好気性反応槽領域、無酸素性セレクターおよび第２の好気性反応槽領域では、有機物を積極的に消化する。
【００４５】
本発明の一形態によれば、廃棄物を含有する水溶液を処理するための方法が、
含水蒸発残留物を再循環させ、混合し、懸濁液状態に保つ場である嫌気性コンディショナー領域に、流入廃水の流れを送る段階と、
無酸素性セレクター領域から前記嫌気性コンディショナー領域に低酸素濃度の混合液懸濁物質を送り、前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持する段階と、
前記嫌気性コンディショナー領域からの流出物を第１の好気性反応槽領域に送り、前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を前記第１の好気性反応槽領域で浄化領域からの戻り汚泥と混合することで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、前記第１の好気性反応槽領域の中身に含まれる沈殿性固形物を分別し、これによって固形物や他の有機物を分解及び酸化させ、挿入固形物を蓄積する段階と、
蓄積された不活性固形物を前記第１の好気性反応槽領域から排出する段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液を再循環させて混合する前記無酸素性セレクター領域に前記第１の好気性反応槽領域から水溶液の流出物を送る段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に移送し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を第２の好気性反応槽領域に移送する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域に含まれる水溶液を再循環させて曝気することで沈殿性固形物を分別し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させる段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を前記浄化領域に送り、該浄化領域内の水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記浄化領域から沈殿または分離させた、戻り汚泥に相当する固形物を、前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記浄化領域の水溶液を濾過領域に送り、該濾過領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記濾過領域の流出物のうち液体分を排出液タンクに移送し、前記濾過領域の流出物の沈殿または分離させた固形分を再プロセシング用に前記流入廃水の流れに移送する段階と、を含む。
【００４６】
本発明の別の形態によれば、廃棄物を含有する水溶液を生物処理して有機物質、窒素およびリンを減少させるための方法が、
含水蒸発残留物を再循環させ、混合し、懸濁状態に保つ場である嫌気性コンディショナー領域に、微生物を含む流入廃水の流れを送り、無酸素性セレクター領域から前記嫌気性コンディショナー領域への低酸素濃度の混合液懸濁物質のフローを調節して前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持する、ぜいたくなリン摂取の第１段階を達成する段階と、
前記嫌気性コンディショナー領域からの流出物を第１の好気性反応槽領域に送り、前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を前記第１の好気性反応槽領域で浄化領域から供給される戻り汚泥と混合することで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、硝化が発生し、前記第１の好気性反応槽領域の中身に含まれる沈殿性固形物を分別し、これによってぜいたくなリン摂取の第２段階を促進しつつ懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させ、挿入固形物を蓄積する段階と、
蓄積された不活性固形物を前記第１の好気性反応槽領域から排出する段階と、
前記無酸素性セレクター領域の水溶液を再循環させて混合する前記無酸素性セレクター領域に前記第１の好気性反応槽領域から水溶液の流出物を送り、かつ、水溶液中に含まれる有機物の消費と同時に生物学的リンの脱硝化ならびに放出が起こるように前記無酸素性セレクター領域内に低酸素環境を存在させる段階と、
無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に移送し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち少なくとも第２の部分には微生物ならびに栄養塩が豊富に含まれる、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を第２の好気性槽領域に移送する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域に含まれる水溶液を再循環させて曝気することで硝化を発生させ、沈殿性固形物を分別および細断し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させると共に、微生物による大量のリン消費につながる前記ぜいたくなリン摂取の第２段階をさらに促進する段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を前記浄化領域に送り、該浄化領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記浄化領域から沈殿または分離させた固形物を戻り汚泥として前記第１の好気性反応槽領域に送る段階と、
前記浄化領域の水溶液を濾過領域に送り、該濾過領域に送られる水溶液から固形物を沈殿または分離させる段階と、
前記濾過領域の流出物のうち液体分を排出液タンクに移送し、前記濾過領域の流出物の沈殿または分離させた固形分を再プロセシング用に前記流入廃水の流れに移送する段階と、を含む。
【００４７】
本発明の別の形態によれば、廃棄物を含有する水溶液を処理するための装置が、
流入口と流体的に連結された嫌気性コンディショナー領域であって、前記流入口を介して流入廃水の流れを受入れ、含水蒸発残留物が懸濁液状態に保たれるような方法で前記嫌気性コンディショナー領域内の廃水を再循環させ、かつ、前記嫌気性コンディショナー領域内を溶存酸素濃度の低い状態に維持するために無酸素性セレクター領域から低酸素濃度の混合液懸濁物質の流れを受入れる、前記嫌気性コンディショナー領域と、
前記嫌気性コンディショナー領域と流体的に連結された第１の好気性反応槽領域であって、浄化領域から供給される戻り汚泥と混合される前記嫌気性コンディショナー領域の流出物を受入れることで、前記第１の好気性反応槽領域の中身を再循環させて曝気し、かつ、沈殿性固形物を分別し、これによって懸濁物質や他の有機物を分解及び酸化させ、不活性固形物を蓄積し、蓄積された不活性固形物が前記第１の好気性反応槽領域から排出される、前記第１の好気性反応槽領域と、
前記嫌気性コンディショナー領域および前記第１の好気性反応槽領域と流体的に連結された無酸素性セレクター領域であって、前記第１の好気性反応槽領域からの水溶液の流出物を受入れ、前記無酸素性セレクター領域内の水溶液を再循環および混合し、前記無酸素性セレクター領域の水溶液のうち低酸素濃度／混合液懸濁物質に相当する第１の部分を前記嫌気性コンディショナー領域に送る、前記無酸素性セレクター領域と、
前記無酸素性セレクター領域および前記第１の好気性反応槽領域と流体的に連結された第２の好気性反応槽領域であって、前記無酸素性セレクター領域の水溶液の第２の部分を受入れ、前記第２の好気性領域内の水溶液を再循環させて曝気することで、沈殿性固形物を分別し、前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第１の部分を前記第１の好気性反応槽領域に送る、前記第２の好気性反応槽領域と、
前記第２の好気性領域および前記第１の好気性領域と流体的に連結された浄化領域であって、前記第２の好気性反応槽領域の水溶液の第２の部分を受入れることで、沈殿または分離させ、かつ、前記水溶液から固形物を捕捉し、戻り汚泥に相当する沈殿固形物を前記第１の好気性反応槽領域に送る、前記浄化領域と、
前記浄化領域、前記流入口および流出口と流体的に連結された濾過領域であって、前記浄化領域からの流出物を受入れ、前記浄化領域の中身の液体分から固形物を分離し、排水に相当する前記濾過領域の中身の第１の部分を前記流出口に送り、分離された固形物に相当する前記濾過領域の中身の第２の部分を前記流入口に送って再プロセシング用に前記流入廃水の流れと混合する、前記濾過領域と、を含む。
【００４８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴および利点については、添付の図面を参照して以下に述べる実施例の詳細な説明から明らかになろう。
【００４９】
実施例の詳細な説明
本発明の方法および装置を実施および利用して、化学的廃液および生物学的廃液を処理することができる。本発明は、固形物の好気性生物学的分解、生物学的酸化、化学的酸化および物理的分離などのさまざまな厳密に好気性の処理方法ならびにこれらの処理方法の併用によって、水溶液中の廃液を清浄化するものである。本発明は、栄養塩を除去する目的の化学薬品に対する依存度が小さくなることから好気性の処理方法を用いる点で効率的である。これらの方法は、上記処理工程の枠内でのさまざまな安定化段階にみられる。
【００５０】
本発明による処理工程の枠内でのおおよその性能レベル（原水ｖｓ．排水）は以下のとおりである。
【００５１】
酸化とこれに続く重力沈殿によって原水の全ＢＯＤ（生化学的酸素要求量）濃度を９０％から９９．５％減少させる。
【００５２】
有機窒素を酸化によって第１のアンモニアと第２の亜硝酸塩と第３の硝酸塩とに還元する。
【００５３】
原水のアンモニア窒素濃度を硝化によって９５％から９９．５％減少させる。
【００５４】
上記の硝化プロセスで生じた亜硝酸塩および硝酸塩の窒素濃度を脱硝化によって５０％から９９．５％減少させる。
【００５５】
ぜいたくなＰ摂取によって原水の全リン濃度を９０％から９９．５％減少させる。
【００５６】
強烈な酸化によって全有機懸濁物質濃度の最大９９．５％を破壊する。
【００５７】
以下の説明では、処理のために水溶液がプロセス領域間を進む際に上記の性能レベルを達成する本発明の方法について述べる。本発明の設計では、プロセシング領域内での栄養塩の酸化に必要な全水理学的滞留時間が約４から８時間であると好ましい。
【００５８】
プロセスの性能
廃液として発生する有機物および化学薬品の処理を、酸化または生物学的な手段のいずれかによって安定化させる。この安定化は、実際には一連のプロセスである。たとえば、都市廃水を処理する場合、アンモニアを窒素ガスに変換する際の安定化を数段階にわたって行うプロセスである。アンモニア（ＮＨ３）を生物学的に酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）にし、続いてこれを有機的に安定化させて硝酸塩（ＮＯ３）とする。次の段階ならびに最終段階は脱硝化として知られている。この段階が終わると、酸素量が極めて低いレベルまで減少し、窒素ガスすなわちＮ２を大気中に放出しつつＮＯ３の形での元素結合（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｂｏｕｎｄ）酸素が呼吸に利用される。
【００５９】
もうひとつの処理形態として、曝気による化合物の酸化があげられる。酸化で生じる反応によって、化学元素または化合物が電子を失う。このようにして電子を失うことで、元素または化合物が一層安定する。
【００６０】
生物処理は都市廃水の処理時において最も重要な段階のひとつであるため、本発明ならびにその装置および方法を理解しやすくするために、この処理について簡単に説明する。生物処理時、微生物は廃水中の栄養塩（ＢＯＤ）を食べ、変換し、または消費する。これらの栄養塩は本質的に生物分解性の有機物または化学薬品である。従来のシステムでは未処理の廃水を沈降によって物理的に処理しているが、廃棄物に含まれる沈殿できない物質や溶存物質に含まれるＢＯＤが高い割合（ＢＯＤの約６５％）であるため、浪費によって除去できるのはＢＯＤのわずか約３５％である。本発明では、浮遊増殖処理方法によって好気性消化処理を利用し、水溶液中の全ＢＯＤを９５％除去以上のレベルまで処理する。
【００６１】
液体廃棄物中には、１）有機物、２）無機物という２つのタイプの固形物が含まれている。無機固形物については生物処理で分解除去することができない。このため、無機固形物または不活性固形物がプロセシングシステム中に蓄積されはじめたら、不活性固形物を除去または浪費しなればならない。この浪費は、有機固形物に対する不活性固形物の濃度比が予め定められた値になると促進される。ほとんどの都市型廃水中の無機固形物または不活性固形物の含有割合はシステムに送られてくる全固形物含有量に比して小さいため、不活性浪費には実質的に９０日間から３６０日間の範囲以上の時間がかかる場合がある。一般的な都市廃棄物の流れにおける有機固形物の含量は廃水中の固形物の約７０％から８５％を占める。これらの固形物のうちおおよそ８０％から８５％は一般に溶存物質であり、沈殿しないものであるが、これらの固形物のうち１５％から２０％は沈殿性である。しかしながら、本発明では好気性プロセシング領域それぞれの再循環プロセスで上記の沈殿性固形物を細断することで、微生物による消費を一層容易にすることができる。
【００６２】
この細断によって、微生物コロニーおよび沈殿性固形物を均質化することができ、本発明の好気性消化処理工程が促進される。このように沈殿性固形物が均質であることで、すべての食物基質がほとんど溶存物質になり、微生物コロニーが容易に消費できるようになる。
【００６３】
微生物コロニーのフロックが本発明のＲＣＡＳシステムを通過する際、大きなフロック部分が小さなフロック粒子に分配される。フロックサイズを小さくすることで、フロックの表面積が増し、必要な食物や酸素と一層密に接触するようになるため、微生物コロニーが基質を消費しやすくなる。
【００６４】
中身全体にわたって微生物コロニーを好気性に保つと、基質および微生物コロニーの消化速度が増す。ＲＣＡＳシステムは、フロック粒子の中心で好気性の条件を維持することができるように微生物コロニーを分配後の小さなフロック粒子に保って基質の消化を高める。フロック粒子が小さくなったため、好気性領域中の溶存酸素濃度をフロック粒子の中心で容易に達成できる。また、これによって好気性領域を溶存酸素濃度の高い状態に維持することができる。
【００６５】
本発明のプロセシング・好気性消化処理（有気分解）システムは、生物学的混合培養を利用して有機廃棄物を細分化する生物系によって得られる。本発明の好気性消化処理システムは、懸濁液中で非光合成微生物すなわちバイオマスを高い密度で増殖および維持し、このバイオマスが有機廃棄物を消費する。好気性消化条件下では、減少した有機化合物が酸化されて最終生成物である二酸化炭素および水になる。
【００６６】
非光合成微生物が増殖して生存できるか否かは、これらの微生物が有機物を代謝してエネルギを得る能力に左右される。従来の好気性処理工程では、有機物の完全代謝と合成が起こって生物学的な増殖物が大量に生じるが、プロセスが生物学的に過負荷になって排水の品質が危うくならないようにするためには、これをシステムから除去しなければならない。本発明では、バイオマスの完全に好気性の消化処理（有気性分解処理）を活用し、Ｆ／Ｍ（食物対微生物）比を（０．０５から０．８０の範囲）に制御してバランスさせ、さらに酸素の供給を制御およびバランスさせて、微生物環境を図２の「内生呼吸期」の一番右に維持する。このようにすることで、有機物が完全代謝および合成されるだけでなく、プロセスの終了時に生物学的固形物が大幅に減少する。
【００６７】
本発明のもうひとつの特徴として、多量の有機窒素をアンモニアに変換し、アンモニアを亜硝酸塩に変換し、亜硝酸塩を硝酸塩に変換する硝化サイクルを利用することがあげられる。続いて、窒素を大気に放出して硝酸塩を脱硝すると、廃棄物の流れに含まれる全窒素が減少する。
【００６８】
本発明のさらに他の特徴として、好気性反応槽領域で起こるものなどの高酸素濃度時の間に細胞壁の発達ならびに新たな細胞増殖用の食物ソースとして、システムに入るリンを微生物によって消費することがあげられる。
【００６９】
以下、図１を参照すると、微生物の特徴的な増殖パターンが示されている。同図において、相対バイオマス濃度（垂直軸）を時間（水平軸）の関数として図表化してある。新たな環境に適応するための短い時間の経過後、微生物は有機物を消費し、培地中の生存細胞数ならびにバイオマス数を指数関数的に増やしながら二分裂で複製する。これは図１の図表の一番左の部分に示した「対数増殖期」である。「対数増殖期」では、微生物が有機物を処理する能力と微生物が呼吸に利用できる溶存酸素の量の両方によって代謝率が制限される。
【００７０】
図１に示す「減衰増殖期」は、微生物の増殖に必要な有機物が不足した状態が長くなることで発生する。「減衰増殖期」では、微生物の複製率が低下する。「減衰増殖期」における微生物の増殖は、微生物濃度と増殖制限有機物濃度の両方の関数である。
【００７１】
「減衰増殖期」の次は「静止期」である。「静止期」では、バイオマス濃度が最大値に達し、低濃度の残りの有機物によってバイオマスの増殖率が実質的に制限され、比較的一定の状態になる。
【００７２】
「静止期」には「内生呼吸期」が続く。「内生呼吸期」では生存可能な微生物が処理中の廃水中にまだ残っている少量の有機物を取り合う。最終的には、死滅率が複製率を上回るような形で微生物の飢餓が起こる。このため、「内生呼吸期」には水溶液中のバイオマスの濃度が減少する。本発明では、プロセシング基準に対して一定の濃度に維持した混合液体懸濁物質（ＭＬＳＳ）濃度で確認した場合の微生物の死滅率が微生物の増殖率と等しくなるように内生呼吸（ＥＲ）を制御する。
【００７３】
以下、本発明による廃水処理について詳細に説明する。本発明では、廃水処理プロセシングを、
（１）全有機窒素および全リンの低減を含むがこれに限定されるものではない、有機廃棄物を消費するための質量生物学的（ｍａｓｓ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ）好気性消化（または有気性分解）
（２）固形物捕捉領域の浄化／沈降
（３）固形物を好気性反応槽プロセスに戻して固形物捕捉領域の沈殿固形物を再処理
という三段階で行う。
【００７４】
本発明のプロセシング方法では、長い平均細胞滞留時間（ＭＣＲＴ）、中程度の食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比、強烈な曝気からなる環境を維持することで、有機廃棄物を消費し、内生呼吸期において微生物を強制的に生存させる。
【００７５】
このプロセスの浄化／沈降段階を利用して、重力沈殿によって固形物を上清（残りの液体）から分離する。詳細については後述するが、懸濁物質を含む水溶液が好気性反応槽領域Ｎｏ．２（図４のタンク２０）から浄化領域（図４の清澄装置Ｎｏ．１、２、３および４に対応する浄化領域（タンク７６、８０、８４および８８）に流入したら、上清の速度を落として固形物を重力で沈殿させることができるようにする。浄化タンクの底に沈殿固形物がわずかに集まりはじめたら、これを頻繁かつすみやかに除去してタンクの好気性反応槽Ｎｏ．１の領域（タンク１８）に戻し、さらに処理する。上清（清澄度が高めの水溶液）をプロセスに送り続け、ここで三次浄化または濾過などの任意の三次処理によってさらに処理し、排出前に生物学的物質および不活性物質をほぼ完全に除去するようにしてもよい。受水域の流れ、蒸発池、造園水利、農業水利または他のタイプの処理所が、このような廃水の受入先になることもある。
【００７６】
本発明のものなどの好気性消化処理システムでは、有機廃棄物を消費するために懸濁液中で微生物の個体群を増殖および維持しなければならない。図１に示されるように、個々の微生物は短時間で増殖するが、運転開始時すなわち大きな負荷変動が発生しているときには、最初の低濃度の微生物が有機廃棄物をすみやかに分解できるだけの十分に高いレベルまで増えるには時間がかかる。したがって、ＭＬＳＳの濃度を迅速に高める方法を用いることが重要になる。従来のシステムに関しては、ＭＬＳＳ濃度を許容できる動作レベルに到達させるまでのプラントの始動時間は３０から４５日間もの範囲におよぶ。本発明を用いると、本発明でプラントの始動時間を１４日間以下に短縮することが可能である。微生物に対する毒性ショック負荷が原因のプラントの再稼働に必要な時間も従来のプラントの時間の要件より短縮される。これらの方法については後述する。
【００７７】
好気性消化システムに共通の設計コンセプトのひとつに、平均細胞滞留時間（ＭＣＲＴ）がある。これは、微生物がシステム内に滞在する平均時間である。従来の処理システムのＭＣＲＴは、排水中に含まれる固形物の量とプロセシングサイクルから引き抜いた廃棄物スラッジ中の余剰固形物とに対する、活性汚泥プロセスの微生物固形物量と関係がある。本発明では、排水中の固形物の量のみに対する、ＭＣＲＴは好気性処理工程における微生物固形物の量と関係がある。廃棄活性汚泥として引き抜かれる揮発性固形物は実質的に皆無であるため、これは故意でない浪費である。従来のシステムでの一般的なＭＣＲＴ値は１５から３０日間である。しかしながら、本発明でのＭＣＲＴ値は３０日目で始まり、１５０から２５０日以上の数値に達する（図３参照）。従来の好気性処理システムでのＭＣＲＴ値が３０日よりも長くなると動作上の問題が発生することがある。懸濁物質の濃度が高く濁った状態が続くなどにより排水品質が悪くなる一般的な原因のひとつに、固形物の浪費不足によるシステム内での固形物の過剰堆積がある。排水品質が悪くなる他の諸々の理由としては、極端に古く速度の遅い沈殿固形物、固形物の酸化しすぎ、固形物の脱凝集があげられる。結果として、従来の好気性処理システムでは、折に触れて余剰固形物を意図的に廃棄し、図３に示す範囲内のＭＣＲＴを保つようにすると望ましい。本発明などの場合、すべての有機固形物をほぼ完全に消化することができるため、余剰固形物の除去は必要ない。
【００７８】
固形物の量は、従来のシステムでの値を図３に示すＭＬＳＳ（混合液体懸濁物質）の濃度で表される。従来のシステムでの一般的なＭＬＳＳ値は、接触安定化システムの場合で値域の最低値１，０００ｍｇ／Ｌ、完全混合および長時間曝気システムの場合で６，０００ｍｇ／Ｌの範囲である。本発明の嫌気性コンディショナー領域、無酸素性セレクター領域および好気性反応槽領域での微生物固形物の量（ＭＬＳＳ）（たとえば、詳細については後述する図４を参照のこと）は、２，０００〜８，０００ｍｇ／Ｌ以上の範囲である。本発明の装置および方法では、本発明で使用するものなどの効率的な曝気供給系装置（再循環曝気システムまたは「ＲＣＡＳ」）を用いることで、一般的な都市型廃棄物の有機物をほぼ完全に消化する場合は図３に示すＭＬＳＳ濃度を維持し、非一般的な産業型廃棄物の有機物をほぼ完全に消化する場合は図３に示す高いＭＬＳＳ濃度を維持することができる。本発明において使用する曝気装置は、米国特許第５，８９３，６４１（Ｇａｒｃｉａ）に記載されているものであり、その開示内容全体を本願明細書に援用する。
【００７９】
本発明によって実現されるプロセスでは、上述した効率的な曝気供給系（ＲＣＡＳ）を用いて、酸素移動、循環、均質性および深層混合に必要な大気を供給することで、全有機固形物の消化（分解）という成果も得られる。上述したタイプの曝気システムを利用する、上記にて実現したプロセスのもうひとつの利点として、好気性反応槽領域内に滞留しているＭＬＳＳの混合および二次酸素化があげられる。この混合と二次酸素化は、好気性反応槽領域の最下端からＭＬＳＳ中身を除去し、実質的にサイド（ｓｉｄｅ）水深の表面下三分の二の高さで再酸素処理したＭＬＳＳを排出して各タンクに戻すことによって行われる。ＭＬＳＳの二次酸素化は、ＲＣＡＳによって混入し、曝気されたＭＬＳＳと一緒に運搬された過剰なエントレインドエアが、導管を経由して好気性反応槽領域の中身の中まで流動できるようにして達成される。好気性反応槽領域のＭＬＳＳを一次酸素化および二次酸素化すると、溶存酸素（ＤＯ）濃度が実質的に３．０から５．０ｍｇ／Ｌの範囲のレベルになる。好気性反応槽領域の溶存酸素濃度を、従来の好気性消化システムの上限側の範囲を上回る動作レベルである２．０ｍｇ／Ｌに維持する。したがって、特に、本発明は、その効率的な酸素化処理工程によって有機固形物を高い度合いで消化（分解）するものである。
【００８０】
本発明で達成される溶存酸素濃度は通常よりも高く、十分な混合も達成されるため、従来の曝気システムで達成されるよりも有機物の減衰係数（ｋｄ）の比率が高くなる。「減衰」という語は、Ｆ／ＭをＭＣＲＴに関連付ける式で揮発性（有機）懸濁物質の破壊（消化）を表すのに用いられる用語である。従来の曝気システムのｋｄ値は０．０４から０．０６であり、平均０．０５であるのに対し、本発明では、ｋｄが実質的に０．１０または従来の曝気システムの二倍であるため、消化（分解）率を高くすることができる。減衰係数を求めるのに用いる式については図１７を参照のこと。
【００８１】
従来の酸素移動効率は、反応槽に供給した気体状酸素の印加質量に対する生物細胞に達する酸素質量の割合で表される。ＲＣＡＳによって得られた空気泡からの酸素移動の比率は、導管内での廃水の酸素移動係数およびタンク内での酸素移動係数、廃水の酸素飽和係数、水溶液中の現在の溶存酸素濃度および酸素飽和濃度を含むがこれに限定されるものではない、廃水特性に応じて変化するいくつかの因子の関数である。
【００８２】
従来の好気性生物処理システムでは、廃水中の有機物の代謝によってシステム内の微生物の生物塊（増殖）が増大する。余剰微生物をシステムから除去または廃棄し、食物供給と酸素の供給先である曝気槽内に存在する微生物の塊との間の適切なバランスを維持する。このバランスを食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比と呼ぶ。当業者であれば、従来の曝気槽で維持される０．０５から０．２０のＦ／Ｍ比によって長時間曝気システムの動作が規定されることは周知であろう。Ｆ／Ｍ比を大きくすると代謝率にどのように影響するかを図２に示す。図２の「指数増殖期」は有機物の除去率を最大にする上では望ましいが、この期では微生物は分散増殖するため、重力によって溶液から沈殿させようとしてもうまくいかない。さらに、消費されていない余剰有機物が溶液中にあり、これを従来の曝気システムの分散増殖した微生物コロニーで除去することはできないため、余剰有機物が排水に混じってシステムの外に出てしまう。したがって、従来の曝気処理システムは高いＦ／Ｍ比で稼働され、結果としてＢＯＤ除去が非効率的かつ不十分なものとなる。
【００８３】
Ｆ／Ｍ比が低いと、曝気槽内での全体としての代謝活性は内生的となる。この期では、有機物の代謝はほぼ完全であり、微生物は短時間で凝集して重力によって溶液から沈殿される。ＢＯＤ除去効率が高い方が望ましいときは内生期で稼働するとよい。
【００８４】
一般的な従来の曝気処理システムのＦ／Ｍ比は、長時間曝気に必要な低率で０．０５から０．２の範囲、従来の処理率で０．２から０．４、高率処理の場合での上限側の範囲で０．４から１．５である。しかしながら、本発明では、Ｆ／Ｍ比を０．０５から０．８の範囲に維持し、低率全体、従来の比率全体および高率処理工程の一部を包含して、単一の処理プラント設計で十分な柔軟性が得られるようにしている。この柔軟性は、処理システムの流量を増やして有機物の濃度を一定に保つと単に曝気装置を調節して再循環用ポンプのスピードを高めるだけで再循環率を高めることができ、これによって曝気供給率が増す点から明らかである。したがって、本願明細書ならびに米国特許第５，８９３，６４１号に記載されているものなどの曝気供給系を利用して達成される十分な量の利用可能な酸素を用いて、上記にて列挙した本発明のＦ／Ｍ比の範囲で微生物に有機物を完全に代謝させることができるだけでなく、強烈な曝気によって、微生物が食物源を消費するにつれて食物源が減少し、食物の取り合いが増える。内生呼吸処理工程の場合と同様に、Ｆ／Ｍ比を高めて０．８にしても微生物は生きるために共食いをする。内生呼吸の共食い状態が長期間にわたって続くと、本発明の好気性消化プロセスに伴って起こる固形物蓄積の質量を確実に減らすことができる。上述した曝気装置および供給系を用いて経済的に可能なように多量の溶存酸素を維持しつつ本発明などによってＦ／Ｍ比を維持することで、有機物の酸化が短時間で終了する。
【００８５】
図２および図１６に示されるように、微生物のＭＣＲＴが長くなると、微生物のすみやかな沈殿がますます促進されて浄化プロセスに利益がもたらされる。
【００８６】
本発明で用いる「浪費」という用語をよりよく理解するために、以下の説明を行う。不活性固形物の濃度を高くするときには、生物学的プロセシング領域内に十分な量の生物学的微生物が滞留できるように上記固形物を除去または浪費しなければならない。したがって、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０および図１８に示すように、無機固形物または不活性固形物を好気性反応槽Ｎｏ．１から除去するようにしてきた。不活性濃度が除去レベルに達したら予め定められた量の固形物を除去する。この浪費前の不活性固形物の濃度は、原水流での極めて低濃度（図１３に示すように沈殿性固形物の約０．００１％）から生物学的プロセシング領域内の蒸発残留物濃度の実質的に５０％に達し得るレベルまで安定して上昇している。不活性固形物と混ざった有機固形物があるが、生物学的プロセシング領域から廃棄された有機固形物の総重量は、生物学的プロセシング領域に流入した有機固形物の総重量に比して実質的に０．０１％から０．５％の間である。この不活性固形物および有機固形物の浪費については、生物学的プロセシング領域内の不活性固形物の濃度が許容可能なプロセシングレベルまで落ちるまで周期的に継続しなければならない。
【００８７】
浄化は処理済みの水溶液からバイオマスを分離することであると定義できる。従来の好気性処理・固形物分離システムは、凝固および凝集によってシステム内に大量の微生物を保持しようとしているが、従来のプロセスおよび装置の性質上、動作エネルギコスト面での制約に加えて浪費が起こる。このため、生物学的固形物が清澄装置の底に沈殿する。続いて、システムの所望の処理消化機能を超えた分の活性汚泥である生物学的固形物（活性汚泥）の一部を、意図的にシステムから浪費（除去）しつつ生物学的固形物の大部分を曝気槽に戻す。本発明では、生物学的固形物を浄化領域（図４の清澄装置Ｎｏ．１、２、３、４）内のすべての無機固形物と一緒に沈殿させ、これを好気性反応槽Ｎｏ．１の領域（図４のタンク１８）に戻してさらにプロセシングすることで、システム内に微生物を保持する。戻り汚泥（ＲＡＳ）を吸い出して好気性反応槽Ｎｏ．１の領域に戻す頻度とガロン数によってブランケットの深さ（清澄装置の底部に蓄積されたスラッジ）を最低値に調節できるように注意する。このＲＡＳ吸い出し頻度であれば生物学的固形物が浄化領域に長時間とどまることはないが、そうでないと腐敗して気化し、浄化領域の表面に浮遊してくる。浄化領域内での流水速度が最小限になるようにＲＡＳ流の吸い出しを観察および調節する。流水速度が高くなると、浄化領域での沈殿が非効率的になり、排水中で生物学的固形物の持ち越しが発生する可能性がある。
【００８８】
本発明を用いると、曝気サイクル内での水理学的滞留時間は、完全混合およびプラグ流れプロセスの範囲であり、一部が高純度酸素プロセスの範囲になる一方で、長時間曝気プロセスの利点が引き出される。図３に示されるように（同図の一番右の列を参照のこと）、長時間曝気プロセスでは一般に１８から３６時間をかけて有機物をほぼ完全に酸化させる（処理する）。本発明では、有機物について実質的に４から８時間以内で同じ結果が得られる。効率的な曝気供給系を用いることで、本発明は有機物を酸化させるのに必要な時間を劇的に削減している。これは、それぞれの中身を２時間毎に容量で実質的に１００％再循環している、好気性反応槽領域（図４のタンク１８、２０）、嫌気性コンディショナー領域（図４のタンク８）、無酸素性セレクター領域（図４のタンク５８）の各々に設けられた曝気供給系によって達成される。嫌気性コンディショナー領域と好気性反応槽領域および無酸素性セレクター領域の両方の再循環率とを組み合わせると、２４時間の時間内に全プロセシング再循環率が処理工程に入る原水流の２００％以上になる。この曝気システムは、有機物および微生物を再循環し、細断し、均質化し、塊全体を従来のシステムよりもずっと多い回数で酸素処理するため、従来のシステムよりも短時間で生物学的固形物の消化率が高くなる。従来の処理システムにおける一般的な再循環率は、完全混合システムでは原水流１日あたり２５から１００パーセント、プラグ流れシステムでは原水流１日あたり２５から５０パーセント、長時間曝気システムでは原水流１日あたり７５から１５０パーセントの範囲である。再循環率は、従来の活性汚泥処理システムでの場合、原水流に対する戻り汚泥（ＲＡＳ）の再循環割合のみを示す。本発明はこれと同じタイプのＲＡＳ再循環割合を用いてはいるが、本発明では上述したプロセシング再循環割合も利用して、従来の活性汚泥処理システムで可能なよりも固形物消化率を高めている。
【００８９】
以下、本発明による生物処理法について説明する。微生物細胞の組成物は、重量で７０から９０パーセントが水、１０から３０パーセントが乾燥物質で構成される。この乾燥物質のうち、７０から９５パーセントが有機物で５から３０パーセントが無機物である。有機乾燥物質は、９５パーセントが炭素、酸素、窒素、水素およびリンで構成され、残りがそれぞれ微量物質で構成される。本発明では、極めて長いＭＣＲＴを維持することで、有機化合物の完全な酸化の目的のみならず、バイオマス（廃水中の廃棄物を食べる生きた生物と、死んだ生物とその他の残骸とで構成される有機物質の塊）の消費の目的でも微生物が利用できる有機物の大半を活用している。このバイオマスにも上記の要素が含まれる。活性汚泥プロセスでは、炭素、酸素、窒素および水素を細胞材料の主な構成要素として利用し、リンについては、核酸、リン脂質、ヌクレオチドの構成要素として利用する。微生物はそれぞれの環境から化合物を手に入れ、バイオジェネティックスによるエネルギ生成と生合成による新たな細胞物質の合成という２通りの基本的な一次代謝活動を行う。微生物は、光、有機化合物および無機化合物から独力でエネルギを生成する。微生物がエネルギ源として利用する主な無機化合物としては、アンモニウム（ＮＨ４）、亜硝酸塩（ＮＯ２）、溶存硫黄（Ｈ２Ｓ）、元素硫黄があげられる。これらの化合物が酸化され、放出されるエネルギが細胞の維持や新たな細胞物質の合成に利用され、微生物が移動できるものであれば微生物の移動にも利用される。微生物には、生合成に無機炭素を利用する独立栄養性微生物と生合成に有機炭素を利用する従属栄養微生物の２つのタイプがある。
【００９０】
炭素は微生物細胞の乾燥質量の約５０パーセントを占める。つまり、生合成の際に使われる主な元素は炭素なのである。微生物は、新たな細胞を成長させるためのエネルギ源のひとつとして、脂肪酸、アミノ酸、糖類、有機酸などの有機化合物か二酸化炭素（ＣＯ２）のいずれかを利用する。生物学的プロセスによって有機炭素が微生物の生合成物質と二酸化炭素などの気体とに変換され、これを大気中に放出することができる。本発明のＲＣＡＳによる好気性反応槽の中身を容量で２００％再循環することで、従来のシステムよりも高い頻度で一層効率的に微生物をそれぞれの炭素源と接触させることができる。
【００９１】
酸素および水素は細胞材料に用いられる主な気体元素である。微生物の気泡材料の酸素源は、分子状酸素、有機化合物に見られ、あるいは二酸化炭素にも見られることがある。本発明では好気性反応槽の曝気供給系（ＲＣＡＳ）を用いて栄養塩と微生物の水溶液に直接酸素を供給する。このようにすることで、微生物はバイオジェネティックスおよび生合成に利用できる酸素源の大半を用いて最も簡単な方法で呼吸をする機会を得ることになる。微生物の細胞材料の水素源は、分子状水素および有機化合物状態に見られる。電子受容体としての酸素を微生物の分類に用いる。すなわち、酸素を利用する微生物を好気性菌と呼び、酸素を利用しない微生物を嫌気性菌と呼ぶ。本発明では、好気性反応槽での有機化合物の安定化と分解に好気性菌を利用する。
【００９２】
窒素は微生物のタンパク質および核酸の主な源であり、１４パーセントの細胞材料を含む。微生物は、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニア−窒素（ＮＨ３＋ＮＨ４）、亜硝酸塩（ＮＯ２）、硝酸塩（ＮＯ３）の形で無機窒素を利用することができる。土壌の窒素固定と同様に、利用される窒素ガスは最初にアンモニウム（ＮＨ４）に変換され、続いて有機窒素に変換されなければならないが、アンモニア−窒素（ＮＨ３）を、１００パーセント用意が整って微生物が栄養補給の目的で利用できるものであるとみなすことができる。アンモニア（ＮＨ３）を亜硝酸塩（ＮＯ２）および硝酸塩（ＮＯ３）に変換することで、ＮＯ２およびＮＯ３を唯一の窒素源として利用する微生物に門戸が開かれる。しかしながら、微生物がこの窒素を増殖源として利用できるようにするのに必要なエネルギ量は大きい。これらの微生物は、ＮＯ２およびＮＯ３を窒素源として利用するためのエネルギを得るのにさらに多くの量の有機化合物を酸化しなければならない。このため、ＮＨ３を窒素源として用いる場合よりも微生物の増殖率が低くなる。本発明では、極めて長いＭＣＲＴおよび可変のＦ／Ｍ比を維持して微生物が増殖する量を抑える際に、この低い増殖率を長所として利用する。相まって、微生物はさらに多くの量の有機化合物を消費しなければならず、短時間で複製することはできない。窒素を除去するのに用いられる生物学的除去プロセスには３通りある。すなわち、アンモニア化成とこれに続く硝化および脱硝化である。アンモニア化成および硝化は好気性反応槽で起こり、脱硝化は無酸素性セレクターで起こる。アンモニア化成は、タンパク質およびペプチドの形で有機窒素を得てこれをアンモニアとアンモニウムとに分解する従属栄養微生物によって行われる。アンモニアをＮＯ２に変換し、さらにＮＯ３に変換する独立栄養性微生物は硝化を担う。このプロセスの第三段階は、別の群の従属栄養微生物がＮＯ３をＮＯ２に還元し、続いてＮＯに還元して最後は大気中に放出できるＮ２にする脱硝化である。
【００９３】
微生物は、細胞合成、細胞維持の間とエネルギ伝達時とにリンを利用する。このため、原水のリンのうち約１０から３０パーセントが微生物によって消費され、その代謝プロセスに利用される。しかしながら、増殖に必要な量以上にリンを蓄積する能力のある微生物が３種類ある。これはぜいたくなリン摂取と呼ばれる。３種類の微生物すなわち、アシネトバクター、シュードモナスおよびモラクセラは、リンをポリリン酸顆粒の形で蓄積する能力があることから、ポリ−Ｐバクテリアと総称される。ポリ−Ｐバクテリアは、ストレス条件下におかれたときにポリリン酸塩をエネルギ源として利用することができる。これらのバクテリアは好気性の条件下におかれたときのみ上記の余分な量のリンを蓄積できるため、本発明では溶存酸素を十分な量で維持して好気性反応槽領域内でぜいたくなリン摂取を保証している。本発明では、微生物用が必要なストレス条件に達して、これらのポリ−Ｐバクテリアがポリリン酸塩をエネルギとして利用できるようにするためのエリアとして、嫌気性コンディショナー領域を利用し、これによって排水の流れに含まれるリンの量を減らす。
【００９４】
要するに、炭素、窒素およびリンは微生物のバイオジェネティックスと生合成とによって減少する。これらの栄養塩の除去量は、栄養塩の濃度ならびにこれらの栄養塩が微生物に曝露される時間の長さと直接関連している。栄養塩が均質性によって微生物および酸素と接触する時間数を長くすると、本発明での場合のように、有機消化プロセスを加速することができる。２時間の水理学的滞留時間を実質的に満たすように領域を設計し、好気性反応槽領域から流出する前にこの領域の全中身を２時間毎に容量で１００％再循環および再曝気することで、微生物が生物学的消化プロセスを加速する環境が得られる。固形物捕捉領域から除去され、プロセシング領域に戻されたすべての生物学的固形物が、同様にこの加速された生物学的消化の対象となる。上記にて概説したように、本発明ではこの効果が得られるため、さらに大きな水理学的滞留能を利用できるかのようにする一方で、従来の処理システムに比して小さなフットプリント設計を利用している。
【００９５】
上述したように長いＭＣＲＴと柔軟なＦ／Ｍ比とを使用し、再循環量を増やすことで、バイオマスの消費も起こり、消化によってプロセスでの有機固形物の減量が促進される。無機固形物が予め定められた濃度の達してはじめて、考え得る高いリン濃度で実質的にこれらの無機固形物の意図的な浪費が開始される。
【００９６】
本発明の「ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｏｌｉｄｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（促進された固形物の減量）」（ＥＳＲ）廃水処理システムのもうひとつの成分に、システム全体の一部としての複数の領域（タンク）がある。各領域は、処理対象となる廃水の入ったタンク単体または複数のタンクのグループで構成されている。これらのタンクは、底部が円錐形の垂直円筒形からなる特定の形状のものであると好ましい。しかしながら、本発明を用いての前記廃水のプロセシングは好ましいタンクに限定されるものではない。本発明のプロセスを用いての有効な処理は、底部が平坦または傾斜した正方形または長方形のタンクにも適用できる。各領域は、その領域に指定されたプロセス専用である。タンクの設計ならびにプロセス領域の構成はシステムのモジュール化を可能にするＥＳＲ廃水処理システムの構成要素である。図４に示す領域、好ましい装置の実施例は、領域設計ごとに単一のタンクを含む形である。別の装置の実施例が、その領域に特有のプロセス機能を発揮する１つ以上のタンクのある領域に類するものであってもよい。あるいは、大容量のＥＳＲ廃水処理システムの一例として、図１１に示すタンクの数を１領域として分類し、図１１のタンクの数に似た別のモジュールを、体積の大きい処理プラントの設計基準を満たすときまでに必要な各追加の処理領域ごとに加えるようにしてもよい。別の設計に、本願明細書で説明するものと同じ処理プロセシング手法を利用したさまざまなサイズのタンクを取り入れてもよい。
【００９７】
処理の間に廃水の流れの所望の経路を促進する環境を作り出すために、底部がへこんだ形であるが好ましくは底部が円錐形（図１２参照）である垂直円筒をタンクの設計に取り入れる。浄化領域内で固形物を沈殿させて濃縮するためには、円錐底タンクを用いることが必須であり、リンの含有量が高い無機固形物を周期的に除去すべく沈殿および濃縮する際にプロセス領域で有効に利用される。ＲＣＡＳシステムが好気性反応槽領域の底からポンプへのフローを受入れる際に、このシステムによって固形物を懸濁液中で維持する。次に、好気性反応槽領域の中身をポンプで送り、曝気して再循環させ、好気性反応槽に戻るＲＣＡＳ導管排出時の速度が好気性反応槽領域の中身を十分に混合できる速度になるようにする。
【００９８】
所望の処理をしやすくするために、浄化時に円筒形を使用し、流入方向およびその位置決めされた基準点ならびに再循環排出方向およびその位置決めされた基準点を介してフローを駆り立てることで、沈殿固形物がタンクのさらに下の部分に到達して、蓄積、濃縮、処理できるよう特定の時間タンク内に滞留できるように、廃水を特定のスピードで特定の距離にわたって好ましくは回転方向である特定の方向に移動させる。移動している廃水の流量特性ならびに円錐底によって、円錐形の底（固形物濃縮機と呼ぶ）内の最も下の点における基準の中心点で沈殿固形物の蓄積が促進される。これで、蓄積された沈殿固形物を最も下の点にあるポートによって吸い出すことができる状態になる。
【００９９】
図４の実施例を利用して、原水のＢＯＤ含有量、ＴＳＳ（全懸濁物質）含有量ならびにＮＨ３含有量が正常であり、通常の硝化、脱硝化およびリンの低減が必要な場合の、都市廃水処理プラントの原水濃度で実証されているような好ましい流量特性を示す。図４では、懸濁物質と生物分解性有機物質とを含む、事前に篩を通した原水廃水を原水給水ラインに通し、これが各タンクへの取出し用給水器（ｔａｋｅ−ｏｆｆ ｆｅｅｄｅｒ）を含む原水スプリッタ（分流）ボックス（ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｏｘ）に流入する。これによって、処理仕様を変えるために追求される可能な流量特性すべての代表として用いられる一般的な構成を図４で表すことができる。
【０１００】
フローとプロセス
ここで図４を参照すると、プラグ流れタイプの流量特性（プロセスの実施例）を用いることに関して、硝化、脱硝化およびリンを低減するプロセシング特性の完全な動作柔軟性が得られる本発明による促進された固形物の減量（ＥＳＲ）廃水処理システムの実施例が示されている。本発明、特にＲＣＡＳシステムの実施例の有効性がゆえに、従来の廃水処理工程よりも廃水のプロセシングにおける経済性ならびに扱いやすさが改善される。実施例は、４つの領域からなる生物学的プロセスならびに固形物捕捉処理領域に相当する。生物学的プロセシング領域は、１）嫌気性領域と、２）好気性領域と、３）無酸素領域と、４）別の好気性領域とで構成されるが、これに限定されるものではない。固形物捕捉領域は、二次浄化、三次浄化、濾過および化学的付加で構成されるが、これに限定されるものではない。しかしながら、バルブを変えて流量特性を変えることで、他のどのようなプロセシング実施例（後述）でも実現して利用することができる。本発明の好ましいプロセシング実施例は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシングの方法である。
【０１０１】
好ましいプラグ流れ特性を得るために、この実施例では一般的な都市廃水であると見越した原水を、ライン２経由で、原水のフローを調節および／または処理タンクに分流する分流器ボックス４に送る。この実施例では、原水のフロー全体を、ライン６経由で、嫌気性コンディショナー領域として用いられるタンク８（Ｖ  Ｎｏ．１）に送り、これによってポンプ１０と上述したＲＣＡＳとを用いて２時間毎に実質的に１時間この領域の中身を容量単位で再循環させる。タンク８のサイズは処理対象となる原水の容量によって決まる。
【０１０２】
タンク８（嫌気性コンディショナー領域）は、生物学的リン（Ｂｉｏ−Ｐ）の放出である、ぜいたくなリン摂取の第１段階を開始する。このぜいたくなリン摂取の第１段階は、タンク内を酸素欠乏状態に維持することで達成される。嫌気性コンディショナー領域の溶存酸素濃度を０．１０ｍｇ／Ｌ以下に維持し、Ｂｉｏ−Ｐの放出時に微生物が利用する揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）が形成されるようにする。Ｂｉｏ−Ｐを放出することで、一時的にリンが増加するが、同時に以後のプロセスでさらに多くの量のリンを微生物によって代謝できるようになる。ライン１１からのタンク５８（無酸素性セレクター領域Ｖ  Ｎｏ．３）からポンプ１２を用いてライン１４経由でタンク８（嫌気性コンディショナー領域）に低酸素濃度の混合液体懸濁物質（ＭＬＳＳ）を制御下で導入することで、この領域の中身を低溶存酸素濃度で維持することができる。
【０１０３】
タンク８（Ｖ  Ｎｏ．１）からの含水蒸発残留物（ＴＳ）はライン１６を通って動的好気性反応槽Ｎｏ．１の領域であるタンク１８（Ｖ  Ｎｏ．２）に流入する。また、タンク１８は、別のフローであるＭＬＳＳリサイクル流も受入れる。このフローは動的好気性反応槽Ｎｏ．２の領域であるタンク２０（Ｖ  Ｎｏ．４）からのものである。タンク２０からのフローはライン２２からポンプ２４を経由し、最後にライン２６を経由して送られてくる。４つの清澄装置（タンク７６、８０、８４、８８）−（Ｖ  Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７およびＮｏ．８）各々からのもうひとつのフローが、戻り汚泥（ＲＡＳ）の形でタンク１８に入る。この戻り汚泥は、ＲＡＳポンプ２８、３０、３２、３４を経由し、さらにライン３６、３８、４０、４２を経由して、最後にライン４４、４６、４８、５０をそれぞれ経由してタンク１８に入る。ポンプ５２から動力を得る、後述する再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用して、２時間毎に実質的に１時間、タンク１８の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、ポンプ５２のＲＣＡＳシステムを通る際に細断することによって、タンク１８の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環手順では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、ＲＣＡＳシステムによって強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。この領域の溶存酸素濃度を３．５ｍｇ／Ｌ以上に維持しておくと、懸濁物質および他の有機物が分解および酸化されて一層安定した化合物になる。
【０１０４】
ＲＣＡＳによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来の曝気システムで維持されているレベル（２．０ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ）よりも高めのレベル（３．５ｍｇ／Ｌよりもかなり上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を代謝しはじめる。このため、食物対微生物比（Ｆ／Ｍ）を調節することで微生物コロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、内生呼吸プロセスによって微生物コロニーの死滅率を微生物コロニーの増殖率と等しくすることができる。
【０１０５】
この反応槽内で強烈な曝気を供給することによるもうひとつの利点として、微生物による多量のリンの消費量が増えることがあげられる。上述したように、微生物が取り込むリンの量は微生物がタンク８内で放出するリンの量よりも多い。微生物は新たに獲得したリンを使って新しい細胞壁を発達させ、他のエネルギ需要を満たす。
【０１０６】
濃度が予め定められたレベルに達したら、蓄積された不活性固形物をライン５経由でタンク１８（好気性反応槽Ｎｏ．１）から除去する。これは本発明のすべての実施例に当てはまることである。この予め定められたレベルは、タンク１８内の蒸発残留物濃度の実質的に５０％であるか、あるいはプロセスでプロセス排水に栄養塩を通すことができるようになるレベルである。
【０１０７】
フローはライン５４を介してタンク１８から出て、スプリッタボックス５６に供給され、続いて以後のプロセシング用にライン６０を介してタンク５８に供給される。
【０１０８】
ポンプ６２によって、２時間毎に実質的に１時間、タンク５８（無酸素性セレクター領域Ｖ  Ｎｏ．３）の中身を容量単位で再循環させる。タンク５８は、タンク１８（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）内で行われる、硝化として知られるアンモニア変換プロセスに主に由来する、硝酸窒素（ＮＯ３）および亜硝酸窒素（ＮＯ２）の形で窒素分子に結合した元素酸素を受入れる。タンク５８内の溶存酸素（ＤＯ）の量については０．３ｍｇ／Ｌから０．５ｍｇ／Ｌの範囲に維持する。タンク５８の廃水中に含まれる微生物は呼吸するための酸素を探している。溶存酸素が少ししか利用できなければ、必然的に微生物は窒素と結合したＮＯ３の元素酸素を使うことになる。このプロセスは一般に脱硝化と呼ばれている。窒素と酸素との間の結合が崩れると、微生物は呼吸のために元素酸素を消費するため、窒素が大気中に放出される。依然として廃水中にある有機物の消費を続けるために、微生物は必要な呼吸にこの酸素を利用する。
【０１０９】
このような無酸素条件の間、溶存酸素の可用性が低い間のエネルギを保存する方法として微生物によるリンの自然放出が起こるが、タンク８（嫌気性コンディショナー領域Ｖ  Ｎｏ．１）で起こる場合より量的には少ない。これによって一時的にリンが増加するが、同時に以後のプロセスでさらに多くの量のリンを微生物によって代謝できるようになる。このプロセスの排水は、以後の処理用にライン６４を介してタンク２０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域−Ｖ  Ｎｏ．４）に供給される。
【０１１０】
タンク２０は動的好気性反応槽として用いられる。ポンプ６６から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用して、２時間毎に実質的に１時間、タンク２０の中身を容量単位で再循環させ、強烈に曝気する。タンク２０では、溶存酸素を少なくとも３．０ｍｇ／Ｌに維持することで、溶存した有機物ならびに懸濁した有機物の両方が酸化される。微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターが、有機窒素を酸化してアンモニア（ＮＨ３）に変え、さらに亜硝酸塩（ＮＯ２）に変えて最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。タンク２０（動的好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）の微生物コロニーを含む水溶液が曝気され、溶存酸素が増えると、微生物は自己の生命を維持するのに必要な量よりも多くのリンを消費しはじめる。消費されるリンの量は、嫌気性コンディショナー領域および無酸素性セレクター領域（タンク８および５８）内で処理されつつ微生物が水溶液中に放出するリンの量を大幅に上回る。この効果が「ぜいたくなリン摂取」と呼ばれるものである。以後の消化用にポンプ２４を使ってタンク２０からの混合液体懸濁物質（ＭＬＳＳ）の一部をライン２２経由でタンク１８（動的好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）にリサイクルし、最後にライン２６を介して排出する。一方、排水は浄化領域の分流器ボックス７２（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する前にタンク２０からライン６８を介してライン７０に入る。
【０１１１】
ライン７０からの原水が浄化領域の分流器ボックス７２（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する際、このフローを４つの等しい部分に分流し、清澄装置Ｎｏ．１に相当するタンク７６ではライン７４、清澄装置Ｎｏ．２に相当するタンク８０ではライン７８、清澄装置Ｎｏ．３に相当するタンク８４ではライン８２、清澄装置Ｎｏ．４に相当するタンク８８ではライン８６をそれぞれ介して、４つの清澄装置各々に送るようにすると好ましい。各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置の底の部分に沈殿するようにする。続いて、タンク７６（清澄装置Ｎｏ．１）では水圧式固形物濃度インデューサ９０、タンク８０（清澄装置Ｎｏ．２）では水圧式固形物濃度インデューサ９２、タンク８４（清澄装置Ｎｏ．３）では水圧式固形物濃度インデューサ９４、タンク８８（清澄装置Ｎｏ．４）では水圧式固形物濃度インデューサ９６を用いて沈殿固形物を清澄装置の壁面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（２８、３０、３２、３４）およびＲＡＳライン（３６、３８、４０、４２）を介して除去して以後の処理用にタンク１８（動的好気性反応槽Ｎｏ．１）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン９８を介してタンク７６から、ライン１００を介してタンク８０から、ライン１０２を介してタンク８４から、ライン１０４を介してタンク８８から流出し、収集ボックス１０６（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。この清澄装置によって、排水が最終処理排水としてライン１０８経由で得られる。
【０１１２】
本発明の実施例では、従来の好気性処理システムよりも動作の柔軟性を高めることができる。
【０１１３】
本発明の第１の別の実施例を図５に示す。同図では図４に示す装置の実施例のラインおよび設備のうち未利用のものを省いてある。しかしながら、プロセスの実施例を用いて廃水流を処理するのに必要な利用ラインおよび設備については図示してある。特定のフロー構成の設置を企図し、図Ｎｏ．４で得られる柔軟性が必要ない場合に、図Ｎｏ．５に示す別の実施例を用いる。一般的な都市廃水である原水を、ライン２経由で、嫌気性コンディショナー領域（Ｖ  Ｎｏ．１）として用いられるタンク８に送ることで、ポンプ１０を用いて２時間毎に実質的に１時間この領域の中身を容量単位で再循環させる。実施例の場合と同様に、ライン１０からのタンク５８（無酸素性セレクター領域）からポンプ１２を介して低酸素濃度のＭＬＳＳを制御下で導入し、ライン１４経由でタンク８に供給することで、このタンクの中身を低溶存酸素濃度状態に維持することができる。
【０１１４】
タンク８（嫌気性コンディショナー領域）からの含水蒸発残留物はライン１６を通って動的好気性反応槽Ｎｏ．１の領域（Ｖ  Ｎｏ．２）であるタンク１８に流入する。また、タンク１８は、別のフローであるＭＬＳＳリサイクル流も受入れる。このフローは動的好気性反応槽Ｎｏ．２の領域として用いられているタンク２０からのものである。タンク２０からのフローはライン２２からポンプ２４を経由し、最後にライン２６を経由して送られてくる。清澄装置（後述するタンク７６、８０、８４、８８）各々からのもうひとつのフローが、戻り汚泥（ＲＡＳ）の形でタンク１８に入る。この戻り汚泥は、ＲＡＳポンプ２８、３０、３２、３４を経由し、さらにライン３６、３８、４０、４２をそれぞれ経由して、最後にライン４４、４６、４８、５０をそれぞれ経由してタンク１８に入る。ポンプ５２から動力を得る、後述する再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用して、２時間毎に実質的に１時間、タンク１８の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、この領域のＲＣＡＳシステムを通る際に細断することによって、沈殿性固形物であるタンク１８の中身を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環手順では、溶存酸素レベルが実質的に１リットルあたり３．５ｍｇ以上の濃度で維持されるように、ＲＣＡＳシステムによって強烈な曝気も適用する。
【０１１５】
フローはライン１１０を介してタンク１８（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）から出てタンク５８（無酸素性セレクター領域−Ｖ  Ｎｏ．３）に供給される。２時間毎に実質的に１時間、ポンプ６２によってタンク５８の中身を再循環させる。タンク５８の動作は図４を参照して説明したものと同様である。タンク５８からの排水を以後の処理用にライン６４経由でタンク２０に送る。
【０１１６】
タンク２０は動的好気性反応槽（Ｖ  Ｎｏ．４）である。ポンプ６６から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク２０の中身を再循環させ、強烈に曝気する。タンク２０の動作は図４を参照して説明したものと同様である。上述したように、以後のプロセシング用にポンプ２４を使ってタンク２０からのＭＬＳＳの一部をライン２２経由でタンク１８にリサイクルし、最後にライン２６を介して排出する。一方、タンク２０の排水については、浄化領域の分流器ボックス７２（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する前にライン６８を介して排出され、ライン７０に入る。
【０１１７】
ライン７０からの原水が浄化領域の分流器ボックス７２に流入する際、このフローを４つの等しい部分に分流し、清澄装置Ｎｏ．１に相当するタンク７６ではライン７４、清澄装置Ｎｏ．２に相当するタンク８０ではライン７８、清澄装置Ｎｏ．３に相当するタンク８４ではライン８２、清澄装置Ｎｏ．４に相当するタンク８８ではライン８６をそれぞれ介して、４つの清澄装置（Ｖ  Ｎｏ．５、Ｖ  Ｎｏ．６、Ｖ  Ｎｏ．７、Ｖ  Ｎｏ．８）各々に送るようにすると好ましい。
各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置の底の部分に沈殿するようにする。続いて、タンク７６では水圧式固形物濃度インデューサ９０、タンク８０では水圧式固形物濃度インデューサ９２、タンク８４では水圧式固形物濃度インデューサ９４、タンク８８では水圧式固形物濃度インデューサ９６を用いてこれらの沈殿固形物をタンクの壁面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（２８、３０、３２、３４）およびＲＡＳライン（３６、３８、４０、４２）を介して除去して以後の処理用にライン４４、４６、４８、５０経由でタンク１８に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン９８を介してタンク７６から、ライン１００を介してタンク８０から、ライン１０２を介してタンク８４から、ライン１０４を介してタンク８８から流出し、収集ボックス１０６（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。清澄装置の排水は最終処理排水としてライン１０８経由で排出される。
【０１１８】
図１８は、清澄装置（ライン１０８）の出力に連結された濾過領域８９をさらに含む、図５に示すプロセスの簡略図である。濾過領域は以後のプロセシング用にライン１０８を介して水溶液（図４では排水）を受ける。この水溶液は、水溶液の液体分から固形物が分離および沈殿される場である濾過領域に供給される。液体分から沈殿および分離された固形物は、システムでの再プロセシングおよび再処理用に、ライン１０９を介して原水ライン２に送られる。図１８に示す濾過領域は、図４に示すシステムまたは後述する本発明の他のいずれの実施例にも含めることが可能なものである。
【０１１９】
図６に示す本発明の第２の別の実施例では、本発明の別のプロセスの実施例Ｎｏ．１を用いて、プラグ流れタイプの流量特性に関して硝化および脱硝化のプロセシング特性を得る。別の装置の実施例Ｎｏ．２を別のプロセスの実施例Ｎｏ．１と併用する。本発明の別のプロセシングの実施例Ｎｏ．１は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシング方法である。
【０１２０】
別のプロセスの実施例Ｎｏ．１では、一般的な都市廃水で代表される原水を、ライン１２０経由で、無酸素性セレクター領域（Ｖ  Ｎｏ．１）として用いられるタンク１２２に送ることで、ポンプ１２４を用いて２時間毎に実質的に１時間、このタンクの中身を容量単位で再循環させる。タンク１２２に入る他のフローは、タンク１２２内での酸素不足を補うために使われるＭＬＳＳリサイクル流の形で、ライン１２８経由でタンク１２６（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域−Ｖ  Ｎｏ．２）から、ライン１３２経由でタンク１３０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域−Ｖ  Ｎｏ．３）から送られてくる。タンク１２２に入るもうひとつのフローは、戻り汚泥（ＲＡＳ）の形で、ＲＡＳポンプ１４２、１４４、１４６、１４８を介し、最後にライン１５０、１５２、１５４、１５６をそれぞれ介して、４つの清澄装置（タンク１３４、１３６、１３８、１４０）の各々から送られてくる。タンク１２２は、タンク１２６および１３０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域および好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）内で行われる、大半が硝化として知られるアンモニア変換プロセスに由来する、硝酸窒素（ＮＯ３）および亜硝酸窒素（ＮＯ２）の形で窒素分子に結合した元素酸素を受入れる。タンク１２２内の溶存酸素量については０．３ｍｇ／ｌから０．５ｍｇ／ｌの範囲に維持する。これは、ポンプ１５８を用いてタンク１２６（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）からリサイクルしてライン１２８を介してポンプで送り、ポンプ１６０を用いてタンク１３０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）からリサイクルしてライン１３２を介してポンプで送る形で、ＭＬＳＳをタンク１２２に送ることで可能になる。
【０１２１】
タンク１２２（無酸素性セレクター領域）の廃水中に含まれる微生物は呼吸するための酸素を探している。溶存酸素が少ししか利用できなければ、必然的に微生物は窒素ガスと結合したＮＯ３の元素酸素を使うことになる。このプロセスは一般に脱硝化と呼ばれている。窒素と酸素との間の結合が崩れると、微生物は呼吸のために元素酸素を消費するため、窒素が大気中に放出される。
【０１２２】
酸素を消費している間、タンク１２２（無酸素性セレクター領域）の脱硝化プロセスでの呼吸によって、微生物は、微生物の個体群によって一層容易に消費されるようにタンク１２６、１３０（好気性反応槽領域Ｎｏ．１およびＮｏ．２）の再循環プロセスで細断および可溶化された全懸濁物質での有機物の一部も消費する。
【０１２３】
継続して処理を行うために、タンク１２２（無酸素性セレクター領域）からの含水蒸発残留物（ＴＳ）が重力によってライン１６２を介してタンク１２６（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に流入する。ポンプ１６４から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク１２６の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、タンクのＲＣＡＳシステムで細断することによって、タンク１２６の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、ＲＣＡＳシステムによって強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。当業者であればこのプロセスを硝化として知っている。この領域の溶存酸素濃度を３．５ｍｇ／Ｌ以上に維持しておくと、懸濁物質および他の有機物が分解および酸化されて一層安定した化合物になる。
【０１２４】
ＲＣＡＳシステムによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来のシステムで維持されているレベル（２．０ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ）よりも高めのレベル（３．５ｍｇ／Ｌよりもかなり上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を酸化しはじめる。このため、食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比を調節することで微生物コロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、ＥＲプロセスによって微生物の死滅率を微生物の増殖率と等しくすることができる。
【０１２５】
この反応槽内で強烈な曝気を供給することによるもうひとつの利点として、微生物によってリンがいくらか消費されることがあげられる。
【０１２６】
タンク１２６（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）から流出するフローは、ライン１６６を介してタンク１３０に送られる。タンク１３０は好気性反応槽Ｎｏ．２の領域（Ｖ  Ｎｏ．３）として用いられ、これによって、ポンプ１６８から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用して、２時間毎に実質的に１時間、このタンクの中身を容量単位で再循環させ、強烈に曝気する。このタンクでは、ＤＯレベルを少なくとも３．０ｍｇ／ｌに維持することで、溶存した有機物ならびに懸濁した有機物の両方が酸化される。このタンクでは、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターが、有機窒素を酸化してアンモニア（ＮＨ３）に変え、さらに亜硝酸塩（ＮＯ２）に変えて最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。脱硝化プロセスで窒素を減少させるために、硝酸塩含有量の高いＭＬＳＳの一部を、ポンプ１６０を用いてライン１３２経由でタンク１２２（無酸素性セレクター領域）にリサイクルする。
【０１２７】
また、廃水の液体分から固形物を沈殿させるために浄化領域の分流ボックス１７４（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に入る前に重力によってライン１７０経由でライン１７２にフローが流出する。
【０１２８】
この別の実施例には、実施例に存在するタンク（Ｖ  Ｎｏ．４）が含まれていないことに注意されたい。このタンクは別の好気性反応槽での必要性が実質的に避けられなくなって流量が増えるまで使用されることはない。
【０１２９】
ライン１７２からの原水が浄化領域のスプリットボックス１７４（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に入る際、このフローを４つの等しい部分に分流し、タンク１３４（清澄装置Ｎｏ．１）ではライン１７６、タンク１３６（清澄装置Ｎｏ．２）ではライン１７８、タンク１３８（清澄装置Ｎｏ．３）ではライン１８０、タンク１４０（清澄装置Ｎｏ．４）ではライン１８２を介して、４つの清澄装置タンク（１３４、１３６、１３８、１４０）各々に送る。各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置タンクの底に沈殿するようにする。続いて、タンク１３４では水圧式固形物濃度インデューサ１８４、タンク１３６では水圧式固形物濃度インデューサ１８６、タンク１３８では水圧式固形物濃度インデューサ１８８、タンク１４０では水圧式固形物濃度インデューサ１９０を用いて沈殿固形物を円錐側面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（１４２、１４４、１４６、１４８）およびＲＡＳライン（１５０、１５２、１５４、１５６）を介して除去し、以後の処理用にタンク１２２（無酸素反応槽領域）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン１９２を介してタンク１３４（清澄装置Ｎｏ．１）から、ライン１９４を介してタンク１３６（清澄装置Ｎｏ．２）から、ライン１９６を介してタンク１３８（清澄装置Ｎｏ．３）から、ライン１９８を介してタンク１４０（清澄装置Ｎｏ．４）から流出し、収集ボックス２００（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。清澄装置の排水はライン２０２を経由して最終処理排水として排出される。
【０１３０】
図７を参照すると、プラグ流れタイプの流量特性に関して別のプロセスの実施例Ｎｏ．２を用いて硝化のプロセシング特性を得る、本発明によるもうひとつの別の装置の実施例が示されている。この別の装置の実施例は、別のプロセスの実施例Ｎｏ．２と併用される。本発明の別のプロセスの実施例Ｎｏ．２は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシング方法である。
【０１３１】
図７に示す本発明によれば、一般的な都市廃水に代表される原水を、ライン２１０経由で、好気性反応槽Ｎｏ．１の領域であるタンク２１２に送る。タンク２１２に入る他のフローは、戻り汚泥（ＲＡＳ）の形でＲＡＳポンプ（２２２、２２４、２２６、２２８）によって４つの清澄装置（２１４、２１６、２１８、２２０）から送出され、それぞれライン２３０、２３２、２３４、２３６を介してタンク２１２に供給される。
【０１３２】
ポンプ２３８から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク２１２（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、ＲＣＡＳシステムで細断することによって、タンク２１２の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、ＲＣＡＳシステムによって強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。当業者であればこのプロセスを硝化として知っている。この領域の溶存酸素濃度を３．５ｍｇ／Ｌ以上に維持しておくと、懸濁物質および他の有機物が分解および酸化されて一層安定した化合物になる。
【０１３３】
ＲＣＡＳシステムによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来のシステムで維持されているレベル（２．０ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ）よりも高めのレベル（３．５ｍｇ／Ｌよりもかなり上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を酸化しはじめる。このため、食物対微生物比（Ｆ／Ｍ）を調節することで微生物コロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、ＥＲプロセスによって微生物の死滅率を微生物の増殖率と等しくすることができる。
【０１３４】
この反応槽内で強烈な曝気を供給することによるもうひとつの利点として、微生物によってリンがいくらか消費されることがあげられる。
【０１３５】
さらに好気性の処理を行うために、フローはタンク２１２（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）から出てライン２３９を経由し、タンク２４０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域−Ｖ  Ｎｏ．２）に流入する。ポンプ２４２から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク２４０の中身を容量単位で再循環させる。タンク２４０の中身を再循環させている間、別の強烈な曝気を適用し、溶存酸素レベルを実質的に濃度３．０ｍｇ／Ｌ以上に維持する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、全ＢＯＤを含むがこれに限定されるものではない有機物、さらには有機窒素をまずアンモニアに変換し、次いで亜硝酸塩、最後に硝酸塩に変換する機能を微生物に持たせることができる。このプロセスによって、全窒素の濃度が有害性の低い化合物まで低下する。
【０１３６】
フローは、廃水の液体分から固形物を沈殿させるべく浄化領域の分流ボックス２４６（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に入る前に、好ましくは重力によってタンク２４０から流出し、ライン２４３を経由してライン２４４に入る。
【０１３７】
この実施例では、別の好気性反応槽での必要性が実質的に避けられなくなって流量が増えるまで上記の実施例で説明した別の好気性反応槽タンクを使用しない点に注意されたい。
【０１３８】
ライン２４４からの原水が浄化領域のスプリッタボックス２４６（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に入る際、このフローを４つの等しい部分に分流し、タンク２１４（清澄装置Ｎｏ．１）ではライン２４８、タンク２１６（清澄装置Ｎｏ．２）ではライン２５０、タンク２１８（清澄装置Ｎｏ．３）ではライン２５２、タンク２２０（清澄装置Ｎｏ．４）ではライン２５４を介して、４つの清澄装置タンク（タンク２１４、２１６、２１８、２２０）各々に送るようにすると好ましい。各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置の底に沈殿するようにする。続いて、タンク２１４では水圧式固形物濃度インデューサ２５６、タンク２１６では水圧式固形物濃度インデューサ２５８、タンク２１８では水圧式固形物濃度インデューサ２６０、タンク２２０では水圧式固形物濃度インデューサ２６２を用いて沈殿固形物を壁面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（２２２、２２４、２２６、２２８）およびＲＡＳライン（２３０、２３２、２３４および２３６）を介して除去し、以後の処理用にタンク２１２（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン２６４を介してタンク２１４から、ライン２６６を介してタンク２１６から、ライン２６８を介してタンク２１８から、ライン２７０を介してタンク２２０から流出し、収集ボックス２７２（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。清澄装置の排水はライン２７４を経由して最終処理排水として排出される。
【０１３９】
図８を参照すると、動作の柔軟性を改善しつつ、段階フィードフロータイプの流量特性を用いることに関して、本発明の別のプロセシングの実施例Ｎｏ．３を用いて、硝化、脱硝化およびリンの低減のプロセシング特性を得る、本発明のもうひとつの別の実施例が示されている。この別の実施例と別のプロセシングの実施例Ｎｏ．３との併用は、供給性能が変動したりパラメータの変更があり、かつ、排水品質を改善する必要があるような場合に好ましいであろう。これは、原水流の特性が同一でありながら原水の栄養塩負荷が変動する場合にもあてはまるであろう。本発明の別のプロセシングの実施例Ｎｏ．３は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシング方法である。
【０１４０】
別のプロセスの実施例Ｎｏ．３では、原水は、主力産業の廃棄物の流れの原水濃度によって示す必要があるとおり、硝化、脱硝化およびリンの低減を必要とする一方で、ＴＳＳ濃度が高く全ＢＯＤ濃度も高い、高濃度でＮＨ３を含有することがある非常に強い廃棄物である。
【０１４１】
図８に示す別の実施例では、懸濁物質および生物分解性有機物質を含む原水がライン２８０を経由してスプリッタボックス２８２（ＳＢ ＰＬＴ Ｉｎｆ）に達し、ここで全原水流の６０％をライン２８６経由でタンク２８４（嫌気性コンディショナー領域−Ｖ  Ｎｏ．１）に、全原水流の３０％をライン２８８経由でタンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域−Ｖ  Ｎｏ．２）に転流し、５％をライン２９２経由でタンク２９４（無酸素性セレクター領域Ｖ  Ｎｏ．３）に転流し、他の５％をライン２９６経由でタンク２９８（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域−Ｖ  Ｎｏ．４）に転流する。
【０１４２】
タンク２８４はプラント原水流の６０％を受入れ、さらにポンプ３０２およびライン３０４を用いて、タンク２９４からのフローをライン３００経由で受入れる。ポンプ３０６を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク２８４の中身を容量単位で再循環させる。
【０１４３】
タンク２８４（嫌気性コンディショナー領域）は、生物学的リン（Ｂｉｏ−Ｐ）の放出である、ぜいたくなリン摂取の第１段階を開始する。このぜいたくなリン摂取は、タンク２８４内を酸素欠乏状態に維持することで達成される。溶存酸素濃度を０．１０ｍｇ／Ｌ以下に維持し、微生物によるＢｉｏ−Ｐを引き起こす。このようにＢｉｏ−Ｐを放出することで、一時的にリンが増加するが、同時に以後のプロセスでさらに多くの量のリンを微生物によって代謝できるようになる。ライン３００からのタンク２９４（無酸素性セレクター領域）からポンプ３０２を用いてライン３０４経由でタンク２８４に低酸素濃度のＭＬＳＳを制御下で導入することで、この領域の中身を低溶存酸素濃度で維持することができる。続いて処理用にフローをライン３０８経由でタンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に送り続ける。
【０１４４】
上述したように、タンク２９０はライン２８８を介してプラント原水流の３０％を受入れ、好気性反応槽Ｎｏ．１の領域として利用される。このタンクに入るもうひとつのフローは、ポンプ３１２を用いてライン３１０経由でタンク２９８から送られてきた後、ライン３１４を介してタンク２９０に送られる。タンク２９８（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）からのフローはＭＬＳＳリサイクル流の形である。タンク２９０に入るさらにもうひとつのフローは、戻り汚泥（ＲＡＳ）の形で、ＲＡＳポンプ３２４、３２６、３２８および３３０を介し、最後にそれぞれライン３３２、３３４、３３６および３３８を介して、４つの清澄装置タンク（３１６、３１８、３２０、３２２）の各々から送られてくる。ポンプ３４０から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク２９０の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、タンクのＲＣＡＳシステムを通過する際に細断することによって、タンク２８４の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環手順では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。この領域の溶存酸素濃度が３．５ｍｇ／Ｌ以上であると、懸濁物質および他の有機物が分解および酸化されて一層安定した化合物になる。ＲＣＡＳシステムによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来の曝気システムで維持されているレベルよりも高めのレベル（３．０ｍｇ／Ｌよりも上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を酸化しはじめる。このため、食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比を調節することで微生物コロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、ＥＲプロセスによって微生物コロニーの死滅率を微生物コロニーの増殖率と等しくすることができる。
【０１４５】
この反応槽内で強烈な曝気を供給することによるもうひとつの利点として、微生物による多量のリンの消費量が増えることがあげられる。上述したように、微生物が取り込むリンの量は微生物がタンク２８４（嫌気性コンディショナー領域）内で放出するリンの量よりも多い。微生物は新たに獲得したリンを使って新しい細胞壁を発達させ、他のエネルギ需要を満たす。
【０１４６】
続いて、さらにプロセシングを行うべく、フローはタンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）を出てライン３４２を経由し、タンク２９４（無酸素性セレクター領域）に流入する。タンク２９０からライン３４２を経由してのフローだけでなく、タンク２９４は、ライン２９２を介してプラント原水の５％の別のフローも受入れる。２時間毎に実質的に１時間、ポンプ３４４によって、このタンクの中身を容量単位で再循環させる。この無酸素性セレクター領域は、タンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）内で行われる、硝化として知られるアンモニア変換プロセスに主に由来する、硝酸窒素（ＮＯ３）および亜硝酸窒素（ＮＯ２）の形で窒素分子に結合した元素酸素を受入れる。タンク２９４内の溶存酸素（ＤＯ）の量については０．３ｍｇ／ｌから０．５ｍｇ／ｌの範囲に維持する。タンク２９４の廃水中に含まれる微生物は呼吸するための酸素を探している。ＤＯが少ししか利用できなければ、必然的に微生物は窒素と結合したＮＯ３の元素酸素を使うことになる。このプロセスは一般に脱硝化と呼ばれている。窒素と酸素との間の結合が崩れると、微生物は呼吸のために元素酸素を消費するため、窒素が大気中に放出される。依然として廃水中にある有機物の消費を続けるために、微生物は必要な呼吸にこの酸素を利用する。
【０１４７】
このような無酸素条件の間、溶存酸素の可用性が低い間のエネルギを保存する方法として微生物によるリンの自然放出が起こるが、タンク２８４（嫌気性コンディショナー領域）で起こる場合より量的には少ない。これによってリンが一時的に若干増加するが、同時に以後のプロセスでさらに多くの量のリンを微生物によって代謝できるようになる。このプロセスの排水は、以後の処理用にライン３４６を介してタンク２９８（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）に供給され続ける。
【０１４８】
ライン３４６を介してタンク２９８（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）に入るフローに加えて、プラント原水の５％のフローがライン２９６を介してタンク２９８に流入する。ポンプ３４８から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を利用して、２時間毎に実質的に１時間、この領域の中身を容量単位で再循環させ、強烈に曝気する。このタンクでは、溶存酸素を少なくとも３．５ｍｇ／ｌに維持することで、溶存した有機物ならびに懸濁した有機物の両方が酸化される。このタンクでは、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターが、有機窒素を酸化してアンモニア（ＮＨ３）に変え、さらに亜硝酸塩（ＮＯ２）に変えて最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。タンク２９８の微生物コロニーを含む水溶液が曝気され、溶存酸素が増えると、微生物は自己の生命を維持するのに必要な量よりも多くのリンを消費しはじめる。消費されるリンの量は、タンク２８４および２９４（嫌気性コンディショナー領域および無酸素性セレクター領域）内で処理されつつ微生物が水溶液中に放出するリンの量を大幅に上回る。これが業界で「ぜいたくなリン摂取」と呼ばれるものである。ポンプ３１２を使ってタンク２９８からのＭＬＳＳの一部をライン３１０経由でタンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）にリサイクルし、最後にライン３１４を介して排出する。一方、排水は浄化領域の分流器ボックス３５４（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する前にライン３５０を介してライン３５２に送られ続ける。
【０１４９】
ライン３５２からの原水が浄化領域のスプリッタボックス３５４に流入する際、このフローを４つの等しい部分に分流し、タンク３１６（清澄装置Ｎｏ．１）ではライン３５６、タンク３１８（清澄装置Ｎｏ．２）ではライン３５８、タンク３２０（清澄装置Ｎｏ．３）ではライン３６０、タンク３２２（清澄装置Ｎｏ．４）ではライン３６２を介して、４つの清澄装置（３１６、３１８、３２０、３２２）各々に送るようにすると好ましい。各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置の底に沈殿するようにする。続いて、タンク３１６（清澄装置Ｎｏ．１）では水圧式固形物濃度インデューサ３６４、タンク３１８（清澄装置Ｎｏ．２）では水圧式固形物濃度インデューサ３６６、タンク３２０（清澄装置Ｎｏ．３）では水圧式固形物濃度インデューサ３６８、タンク３２２（清澄装置Ｎｏ．４）では水圧式固形物濃度インデューサ３７０を用いて沈殿固形物を各清澄装置タンクの壁面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（３２４、３２６、３２８、３３０）およびＲＡＳライン（３３２、３３４、３３６、３３８）を介して除去して以後の処理用にタンク２９０（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン３７２を介してタンク３１６（清澄装置Ｎｏ．１）から、ライン３７４を介してタンク３１８（清澄装置Ｎｏ．２）から、ライン３７６を介してタンク３２０（清澄装置Ｎｏ．３）から、ライン３７８を介してタンク３２２（清澄装置Ｎｏ．４）から流出し、収集ボックス３８０（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。この清澄装置の排水はライン３８２を介して最終処理排水として流出する。
【０１５０】
図９を参照すると、ステップフィードフロータイプの流量特性を用いることに関して、別のプロセスの実施例Ｎｏ．４を用いて、硝化および脱硝化のプロセシング特性を得る、本発明のもうひとつの別の実施例が示されている。本発明の別のプロセシングの実施例Ｎｏ．４は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシング方法である。
【０１５１】
別のプロセスの実施例Ｎｏ．４では、原水は非常に強い廃棄物である。この廃棄物は、主力産業の廃棄物の流れの原水濃度によって示す必要があるような、高濃度のＮＨ３を含有することがあり、ＴＳＳ濃度が高く全ＢＯＤ濃度も高い一方で全窒素を減少させるために硝化および脱硝化を必要とするものである。
【０１５２】
ここで図９を参照すると、懸濁物質と生物分解性有機物質とを含む原水を、ライン３９０経由でスプリッタボックス３９２（ＳＢ  ＰＬＴ  Ｉｎｆ）に送り、ここで転流して全原水流の７５％をライン３９４経由でタンク３９６（無酸素性セレクター領域−Ｖ  Ｎｏ．１）に送り、全原水流の１５％をスプリッタボックス３９２によって転流してライン３９８経由でタンク４００（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域Ｖ  Ｎｏ．２）に送り、全原水流の残りの１０％をスプリッタボックス３９２によって転流してライン４０２経由でタンク４０４（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域Ｖ  Ｎｏ．３）に送る本発明の別の実施例が示されている。
【０１５３】
タンク３９６（Ｖ  Ｎｏ．１）は、ライン３９４を介して原水流の７５％を受ける無酸素性セレクター領域として用いられる。ＭＬＳＳリサイクル流の形での別のフローが、ライン４０６、ポンプ４０８およびライン４１０を介してタンク４０４（Ｖ  Ｎｏ．３）から受入られる。タンク３９６中の溶存酸素は脱硝化のために０．５ｍｇ／Ｌ未満のレベルに保たれる。タンク３９６の中には、タンク４０４から送られた硝酸塩の形での結合酸素と好気性微生物とが豊富に含まれている。溶存酸素のレベルを０．５ｍｇ／Ｌの範囲にすることで、好気性微生物は強制的に硝酸塩を使って呼吸をさせられることになり、さらにプロセシングを続ける前に廃水の脱硝化の目的でこれを利用できるのである。
【０１５４】
ライン３９０経由で送られてくる原水流は栄養塩を豊富に含み、一方ライン４１０経由でタンク４０４から送られてくるフローは硝酸塩と微生物を豊富に含む。したがって、ステップフィードでは、本発明の装置の実施例の現在の設計に何ら変更を加えることなく、このタンクへの原水流の一部すなわちプラントに流入する有機負荷を増やすことができる。ポンプ４１２によって、２時間毎に１時間、タンク３９６の中身を容量単位で再循環させる。フローはライン４１４を介してタンク３９６から流出し、以後の処理のためにタンク４００に流入する。
【０１５５】
タンク４００（Ｖ  Ｎｏ．２）は、ライン３９８を介して全原水流の１５％を受入れ、かつ、ライン４１４を介してタンク３９６からのフローを受入れる好気性反応槽Ｎｏ．１の領域として用いられる。各清澄装置（４１６、４１８、４２０、４２２）から戻り汚泥（ＲＡＳ）の形で別のフローが送られてくる。ポンプ「４２４」から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、このタンクの中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、この領域のＲＣＡＳシステムを通る際に細断することによって、タンク４００の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環手順では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。当業者であればこのプロセスを硝化として知っている。
【０１５６】
この領域の溶存酸素濃度が３．５ｍｇ／Ｌ以上であると、懸濁物質および他の有機物が分解および酸化されて一層安定した化合物になる。この最初の有機物の分解は、有機物が複雑な形態から単純な形態へと分解されるものであり、主に好気性バクテリア消化作用によるものである。
【０１５７】
ＲＣＡＳシステムによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来の曝気システムで維持されているレベルよりも高めのレベル（３．５ｍｇ／Ｌよりも上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を酸化しはじめる。このため、食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比を調節することで微生物コロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、ＥＲプロセスによって微生物コロニーの死滅率を微生物コロニーの増殖率と等しくすることができる。フローはタンク４００（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）から流出し、ライン４２６を介してタンク４０４（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域Ｖ  Ｎｏ．３）に流入する。原水流の別の１０％がスプリッタボックス３９２（ＳＢ ＰＬＴ Ｉｎｆ）からライン４０２を介してタンク４０４（Ｖ  Ｎｏ．３）に入る。
【０１５８】
ポンプ４２８から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク４０４の中身を容量単位で再循環させ、強烈に曝気する。タンク４０４の中身を再循環させている間、領域の再循環ポンピングによって細断することで沈殿性固形物をさらに可溶化し、微生物個体群がさらに消費できるようにする。再循環時には溶存酸素レベルが実質的に３．０ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように強烈な曝気も適用する。この領域では、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターが有機窒素を酸化してアンモニア（ＮＨ３）に変え、さらに亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。
【０１５９】
溶存酸素濃度を３．５ｍｇ／Ｌより高いレベルに保つことで、別の有機窒素に加えて、別の全ＢＯＤを含むがこれに限定されるものではない有機物を、最初にアンモニアに変換し、次いで亜硝酸塩、最後に硝酸塩および他の有害性の低い化合物に変換する機能を微生物コロニーに持たせることができる。このプロセスによって、脱硝化プロセスで水性環境に放出される全窒素の濃度が抑えられる。タンク４０４（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）中の溶存酸素は少なくとも３．５ｍｇ／Ｌの濃度を維持し、廃棄物の流れに含まれる有機栄養塩を完全に分解および酸化できるようにする。
【０１６０】
タンク４０４の中身の一部をライン４０６でポンプ４０８を介してＭＬＳＳリサイクル流の形でリサイクルしてタンク３９６（無酸素性セレクター領域）に送り、最後にライン４１０に送る。好気性微生物と結合酸素とを多く含むＭＬＳＳを、残っている栄養塩を処理し続けるためにタンク４００、４０４に戻す前にタンク３９６で脱硝化する。
【０１６１】
このプロセスでの排水は、タンク４０４から出てライン４３０を経由し、浄化プロセスのためにライン４３２に流入する。ライン４３２からの原水が浄化領域のスプリッタボックス４３４（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する際、このフローを４つの等しい部分に分流し、タンク４１６（清澄装置Ｎｏ．１）ではライン４３６、タンク４１８（清澄装置Ｎｏ．２）ではライン４３８、タンク４２０（清澄装置Ｎｏ．３）ではライン４４０、タンク４２２（清澄装置Ｎｏ．４）ではライン４４２を介して４つの清澄装置（４１６、４１８、４２０、４２２）各々に送るようにすると好ましい。各清澄装置にフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置の底に沈殿するようにする。続いて、タンク４１６では水圧式固形物濃度インデューサ４４４、タンク４１８では水圧式固形物濃度インデューサ４４６、タンク４２０では水圧式固形物濃度インデューサ４４８、タンク４２２では水圧式固形物濃度インデューサ４５０を用いて沈殿固形物を円錐壁から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（４５２、４５４、４５６、４５８）およびＲＡＳライン（４６０、４６２、４６４、４６６）を介して除去して以後の処理用にタンク４００（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン４６８を介してタンク４１６から、ライン４７０を介してタンク４１８から、ライン４７２を介してタンク４２０から、ライン４７４を介してタンク４２２から流出し、収集ボックス４７６（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）に合流する。この清澄装置の排水はライン４７８を介して最終処理排水として排出される。
【０１６２】
図１０に示される別の実施例では、装置の実施例の未利用のライン、タンクおよび設備が省略されている。しかしながら、別のプロセスの実施例Ｎｏ．４を用いて廃水フローを処理するのに必要な利用されているライン、タンクおよび設備については図示してある。
【０１６３】
図１０を参照すると、ステップフィードフロータイプの流量特性を用いることに関して、本発明の別のプロセスの実施例Ｎｏ．５を用いて、硝化および脱硝化のプロセシング特性を得る、本発明の別の装置の実施例が示されている。本発明の別のプロセシングの実施例Ｎｏ．５は、領域に特有であるがタンクに特有のものではないプロセシング方法である。
【０１６４】
別のプロセスの実施例Ｎｏ．５では、原水は非常に強い廃棄物を代表するものである。この廃棄物は、主力産業の廃棄物の流れの原水濃度によって示す必要があるような、高濃度のＮＨ３を含有することがあり、ＴＳＳ濃度が高く全ＢＯＤ濃度も高い一方で硝化も必要とするものである。
【０１６５】
図１０の現在の別の実施例では、懸濁物質と生物分解性有機物質とを含む原水をライン５００に通してスプリッタボックス５０２（ＳＢ ＰＬＴ Ｉｎｆ）に送り、ここで転流する。全原水流の５０％をライン５０６経由でタンク５０４（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域−Ｖ  Ｎｏ．１）に送り、全原水流の３０％をスプリッタボックス５０２（ＳＢ ＰＬＴ Ｉｎｆ）で転流してライン５０８経由でタンク５１０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域−Ｖ  Ｎｏ．２）に送り、原水の残りの２０％をスプリッタボックス５０２（ＳＢ ＰＬＴ Ｉｎｆ）で転流してライン５１２経由でタンク５３２（好気性反応槽Ｎｏ．３領域−Ｖ  Ｎｏ．３）に送る。
【０１６６】
上述したように、タンク５０４は全原水流の５０％を受ける好気性反応槽Ｎｏ．１の領域として用いられる。各清澄装置（５１６、５１８、５２０、５２２）から戻り汚泥（ＲＡＳ）の形で別のフローが送られてくる。ポンプ５２４から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク５０４の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、このタンクのＲＣＡＳシステムを通る際に細断することによって、タンク５０４の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。細断については、微生物の個体群によって一層容易に消費されるように、ＲＣＡＳシステムのトロイダル渦作用によってＲＣＡＳシステムで水溶液内の固形物が処理される際に行う。また、再循環手順では、溶存酸素レベルが実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持されるように、強烈な曝気も適用する。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、微生物コロニーに住むバクテリアであるニトロソモナスおよびニトロバクターがアンモニア（ＮＨ３）を酸化して亜硝酸塩（ＮＯ２）に変え、最後に硝酸塩（ＮＯ３）にすることになる。当業者であればこのプロセスを硝化として知っている。
【０１６７】
この領域の溶存酸素濃度レベルが３．５ｍｇ／Ｌ以上であると、懸濁物質と、炭素質ＢＯＤを含むがこれに限定されるものではない他の有機物とが分解および酸化され、一層安定した化合物になる。この最初の有機物の分解は、有機物が複雑な形態から単純な形態へと分解されるものであり、主に好気性バクテリア消化作用によって発生する。
【０１６８】
ＲＣＡＳシステムによって供給される大量の大気を利用し、溶存酸素を従来の曝気システムで維持されているレベルよりも高めのレベル（３．５ｍｇ／Ｌよりも上）に維持することで、ＭＣＲＴが長いことも相まって、微生物コロニーは内生呼吸（ＥＲ）として知られる生物学的ライフサイクルモードに入る。このＥＲモードでは、生きている微生物は自分たちが周囲環境から吸収または吸着した新たな有機物と一緒に自己の細胞塊の一部を酸化しはじめる。このため、食物対微生物比を調節することでコロニーを維持しながら固形物の減量を促進しやすくなり、ＥＲによって微生物の死滅率を微生物の増殖率と等しくすることができる。
【０１６９】
このタンク内での強烈な曝気によるもうひとつの利点として、微生物によってリンがいくらか消費されることがあげられる。
【０１７０】
さらに好気性処理を行うために、フローはタンク５０４（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）を出てライン５２６を経由し、タンク５１０に送られる。
【０１７１】
このフローは、ライン５０８によって供給されるプラントの原水流の３０％と一緒にタンク５０４からタンク５１０に流入する。タンク５１０は好気性反応槽Ｎｏ．２の領域として用いられる。ポンプ５２８から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、このタンクの中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、ＲＣＡＳを通る際に細断することによって、タンク５１０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。タンク５１０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）のＲＣＡＳシステムのもうひとつの利点として、別の強烈な曝気を適用し、溶存酸素レベルを実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持することがあげられる。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、全ＢＯＤを含むがこれに限定されるものではない有機物を変換する機能を微生物コロニーに持たせることができる。また、有機窒素は、まずアンモニアに変換され、次に亜硝酸塩、最後に硝酸塩に変換される。このプロセスによって全窒素および全ＢＯＤの濃度が有害性の低い化合物まで低下する。繰り返すが、微生物は増えた分のリンも消費するためシステム内のリン濃度が下がる。
【０１７２】
フローはタンク５１０（好気性反応槽Ｎｏ．２の領域）から出てライン５３０を経由し、タンク５３２（好気性反応槽Ｎｏ．３領域）に送られる。また、スプリッタボックス５０２（ライン５１２を経由したプラントの原水流の１０％）からのフローがタンク５３２に入る。ポンプ５３４から動力を得る再循環導管曝気システム（ＲＣＡＳ）を用いて、２時間毎に実質的に１時間、タンク５３２の中身を容量単位で再循環させる。再循環手順では、ＲＣＡＳシステムを通る際に細断することによって、タンク５３２の中身すなわち沈殿性固形物を可溶化する。タンク５３２のＲＣＡＳシステムのもうひとつの利点として、別の強烈な曝気を適用し、溶存酸素レベルを実質的に３．５ｍｇ／Ｌ以上の濃度で維持することがあげられる。溶存酸素濃度をこれらのレベルに保つことで、全ＢＯＤを含むがこれに限定されるものではない有機物を変換する機能を微生物コロニーに持たせることができる。このプロセスによって全ＢＯＤの濃度が有害性の低い化合物まで低下する。繰り返すが、不可避的に、微生物は増えた分のリンも消費する。
【０１７３】
このフローは、固形物分を廃水の液体分から沈殿させるために浄化領域の分流器ボックス５４０（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ．）に入る前に重力によってタンク５３２から流出し、ライン５３６を経由してライン５３８に流入する。
【０１７４】
ライン５３８からの原水が浄化領域のスプリッタボックス５４０（ＳＢ Ｃｌａｒ Ｉｎｆ）に流入する際、このフローを４つの等しい部分に分流し、タンク５１６（清澄装置Ｎｏ．１）ではライン５４２、タンク５１８（清澄装置Ｎｏ．２）ではライン５４４、タンク５２０（清澄装置Ｎｏ．３）ではライン５４６、タンク５２２（清澄装置Ｎｏ．４）ではライン５４８をそれぞれ介して、４つの清澄装置（５１６、５１８、５２０、５２２）各々に送るようにすると好ましい。各清澄装置タンクにフローが流入する際にはフロー速度を落とし、固形物が各清澄装置タンクの底に沈殿するようにする。続いて、タンク５１６（清澄装置Ｎｏ．１）では水圧式固形物濃度インデューサ５５０、タンク５１８（清澄装置Ｎｏ．２）では水圧式固形物濃度インデューサ５５２、タンク５２０（清澄装置Ｎｏ．３）では水圧式固形物濃度インデューサ５５４、タンク５２２（清澄装置Ｎｏ．４）では水圧式固形物濃度インデューサ５５６を用いて沈殿固形物を円錐形の壁面から取り除き、各清澄装置のＲＡＳポンプ（５５８、５６０、５６２、５６４）およびＲＡＳライン（５６６、５６８、５７０、５７２）を介して除去して以後の処理用にタンク５０４（好気性反応槽Ｎｏ．１の領域）に送る前に固形物をさらに濃縮できるようにする。浄化プロセスから分離された液体は、ライン５７４を介してタンク５１６から、ライン５７６を介してタンク５１８から、ライン５７８を介してタンク５２０から、ライン５８０を介してタンク５２２から流出し、収集ボックス５８２（ＣＢ Ｃｌａｒ Ｅｆｆ）と合流する。清澄装置の排水はライン５８４経由で最終処理排水として排出される。
【０１７５】
再循環曝気システム（ＲＣＡＳ）
図１５を参照すると、本発明による促進された固形物の減量廃水処理方法の主な構成要素のうちのひとつが示されている。ＲＣＡＳは、必要に応じて上述したものを用いて、廃水を細断し、混合し、攪拌し、循環させ、曝気し、均質化し、飽和させる上での効率的な手段である。ＲＣＡＳは、保守管理がしやすいように好ましくは各タンクの外側部分に配置された差動インジェクタ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｊｅｃｔｏｒ）によってタンク中身の高速フローを生み出しす機械的なポンプでタンクの中身を取る一種の導管搬送システムである。差動インジェクタを通る空気を廃水処理フローに注入し、これをタンクに戻す。タンクの中身がＲＣＡＳシステムを通過する際、微生物が消化しやすいように有機固形物を可溶化して均質化するような方法で有機固形物を細断する。ＲＣＡＳシステムのもうひとつの利点として、攪拌を行っている装置の排出部分（インラインインジェクタ／ミキサ／曝気装置）でのトロイダル渦作用によって病原体を破壊する点があげられる。
【０１７６】
ＲＣＡＳは、ポンプ６０２の吸入側に連結された吸入側の導管６００と、米国特許第５，８９３，６４１号（その開示内容全体を本願明細書に援用する）に記載されているものなどのインラインインジェクタ／ミキサ／曝気装置６０６を内部に含む排出側の導管６０４と、空気／酸素供給源の導管６０８と、供給用導管６１０とを含む。ポンプ６０２は、水溶液の入ったタンク６１２から廃水を汲み出し、混合、曝気、攪拌を行うために導管６００を介してこれを曝気装置６０６まで運ぶ。次に、導管６１０によって廃水をタンク６１２に戻し、ここで導管６１０内の廃水と一緒に移動する気泡に捕捉された余分な大気を放出して、タンク６１２内に入った廃水に二次曝気、攪拌および混合作用をほどこす。廃水の移動時、図１５に示すようにこれを曝気装置６０６に通し、ここで大気を真空によって引き抜く（ベンチュリ作用）。インライン曝気装置６０８の排出口で廃水と大気とを混合し、この廃水と大気とが導管６１０内にある間に廃水を酸素で飽和させる。曝気装置６０６は米国特許第５，８９３，６４１号明細書に示すような曝気装置であってもよいし、係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／１１９３６号または米国特許出願第０９／５４７，４４７号明細書（その開示内容全体を本願明細書に援用する）に記載されたいずれかの曝気装置など、同等の性能を持つ他の曝気装置であってもよい。
【０１７７】
酸素飽和させた混合廃水は導管６１０を通って移動し、タンク６１２に戻される。導管６１０内では、導管６１０内を移動している廃水の完全飽和に必要な量を超えて廃水の流れに注入された大気の余分な気泡が飽和廃水と一緒に運ばれる。余分な空気を導管６１０からタンクに排出する際、飽和廃水と一緒に、余分な空気がタンク６１２の中身に供給される別の空気源になり、まだ再循環されていないタンクの中身によって吸収されることになる酸素をさらに供給することで、タンクの中身全体の曝気プロセスが助長される。
【０１７８】
導管６１４を通る廃水の一部または全部の別のフローによって、システムの混合機能を維持したまま曝気を抑えるための制御ができるようになる場合もある。
【０１７９】
特定の条件下では、拘束または摩擦損失（すなわち導管サイズ縮小）、結合金具、バルブ、ノズルなどを用いて、供給用導管に抵抗を加えて人為的に圧力を発生させることができる。
【０１８０】
導管のサイズに特定の要件があったり導管の長さに特定の要件があるなど、ＲＣＡＳシステムを設置できるのが曝気または混合プロセスの設計要件を満たさない限られたパラメータに制約される場合の導管６１０に関する特定の条件については、導管６１０内の環境を補正する人為的な圧力を導管６１０内で発生させることが可能である。こうした導管６１０の設計上の補正によって、所望の特定の曝気基準になるように、直径、長さ、あるいは導管内での所望の圧力が異なる導管の特性を等しくすることができる。ここで企図される補正は、バルブ、結合金具、インラインミキサの追加、導管直径の縮小または拡大、オリフィスなどの拘束部の導管６１０への導入などで表される。
【０１８１】
再循環作業によって、送風機とコンプレッサとを用いる従来の曝気システムと比較して、ＲＣＡＳシステムの酸素移動能および微小気泡が得られ、電力消費量が削減される。こうしたＲＣＡＳの有効性によって、本発明を総合的なプラント設計に必要な敷地面積を小さくすることができる。
【０１８２】
気泡
水溶液の曝気は生物学的栄養塩の好気性消化にとって重要なものである。気泡が小さくなればなるほど、容易に利用できる溶存酸素の呼吸によるバクテリアおよび他の微生物の好気性消化活性が高くなる。これらの２つの事実を念頭におくと、供給するのに最善の気泡の形態は微小気泡になる。この気泡は本発明のＲＣＡＳシステムによって得られる。
【０１８３】
水性環境中での酸化生物学的および化学的プロセスは、水に対する酸素の可溶性が低いことで制限される。ヘンリーの法則によって定義されているように、この物理的な制約によれば、温度を一定に保つと、液体に溶解する気体の量は気体によって液体に加えられる圧力に比例する。ＲＣＡＳシステムの使用時には、廃水に溶解できる気体状酸素の量を増やすために気体と液体の圧力を大気圧よりも高くする。
【０１８４】
純水に対する酸素の可溶性は、周囲温度で１気圧にてわずか約１０ｐｐｍである。
【０１８５】
ほとんどの好気性バイオプロセスでは、溶存酸素は短時間で消費されるため、その補充がプロセスの比率を制限する要因になる。したがって、バイオプロセス設計の最も重要な構成要素のひとつが、プロセスの液相に酸素を物質移動するための手段である。活発に呼吸している細菌培養についてみると、液体培地中の酸素を必要に応じて十分な比率で交換し、バクテリアの酸素要求量に対応していかなければならない。本発明で使用するＲＣＡＳシステムでは、バクテリアの酸素要求量を上回る比率で溶存酸素を補充している。
【０１８６】
水は一般に、気相と液相との間に接触表面を作ることで曝気される。これは、酸素源をバルク液相に導入するか、あるいはバルク気体（空気）相中に分散水を流動させることによって行うことができる。気相と液相のどちらが酸素化プロセスを左右するかとは無関係に、気泡を液相に導入して酸素または他の気体を物質移動させる。気体−液体間の物質移動の効率は、かなりの部分が気泡の特性に左右される。気泡の挙動は以下の物質移動パラメータに大きく影響する。
【０１８７】
（ａ）気泡内部から気体−液体界面への酸素の移動
（ｂ）気体−液体界面を横切っての酸素の運動
（ｃ）気泡を囲む比較的よどんだ液膜を通しての酸素の拡散。
【０１８８】
一般に、バイオプロセスにおける気泡の最も重要な性質はそのサイズであると言われている。一定体積の気体についてみると、気体を大きな若干数の気泡ではなく多くの小さな気泡で分散させた場合に、気相と液相との間の界面面積が増える。１〜３ｍｍの小さな気泡は、大きな気泡にはない以下の有利な特性を持つことが明らかになっている。
【０１８９】
小さな気泡は大きな気泡よりゆっくりと上昇するため、気体が水性相に溶解する時間が長く得られる。この性質はガスホールドアップと呼ばれ、ヘンリーの法則による可溶性の限界を超えて水中の酸素濃度を二倍以上にすることができる。たとえば、酸素の飽和限界の１０ｐｐｍに達した後、小さな気泡中の少なくともさらに１０ｐｐｍの酸素を利用して酸素を補充することができる。
【０１９０】
気泡が形成された後は、液相に対する酸素移動の主な障壁となるのは気泡を囲む液膜である。生化学工学の研究では、この膜を通しての移動は完全なプロセスでの速度を制限する段階であり、全体の物質移動比率を制御するという結論に至っている。しかしながら、気泡が小さくなれば、この液体の膜厚が薄くなり、バルク液相への気体の移動が妨げられることはなくなる。
【０１９１】
ＲＣＡＳシステムの場合と同様に、ポンプによる水溶液のフローと同じ速度および容量で真空によって空気を導入すると、微小気泡が形成される。これらの微小気泡はガスホールドアップの作用によって懸濁液中で保持されるのに必要な大きさのものであり、よってバクテリアが必要とする以上に溶存酸素濃度が高くなる。
【０１９２】
本発明の独自性
１）本発明は、従来の廃水処理システムとは異なる生物学的プロセシング範囲で動作する。
【０１９３】
本発明では３０日間から１５０日間を超える範囲にわたる平均細胞滞留時間（ＭＣＲＴ）を利用しているのに対し、従来のシステムではこのような高い冗長性を達成することはできない。
【０１９４】
さまざまな従来のシステムを用いて記録された制限された比の範囲に対する、その有効値を裏付ける、本発明が立証した食物対微生物（Ｆ／Ｍ）比が、実質的に０．０５から０．８０の範囲である。
【０１９５】
本発明では、プラントのプロセシング動作によるエネルギを抑えて廃水の全ＢＯＤ部分を処理するために独特な設計の廃水処理プラントを利用している。この処理は、あらゆる生物分解性固形物を除去しないまでも大幅に削減するように設計されている。処理サイクル全体を通して導入される曝気および再循環プロセシングの有効性がゆえに、この独特なプロセスを上記のような効率的なレベルで実施することが可能なのである。
【０１９６】
従来の廃水処理プラントの設計目的のひとつに、できるだけ多くの固形物質を原水流から物理的に除去し、最終的には処理システムから取り除いた固形物を外で処分または廃棄することがあげられる。さまざまな手段によって、さまざまな浄化度で廃水のバランスを処理し、排水に必要なレベルをほぼ満たすようにする。
【０１９７】
２）本発明では、タンク底が円錐形をした浄化タンクのデザインを使用し、機械的な手段を使わずにこの中に沈殿固形物を回収して沈殿固形物を凝縮している。
【０１９８】
タンク内の廃水は、スラッジが円錐形の底の側面に付着することがないようにしつつスラッジを沈殿させることができるだけの十分に遅い速度で回転される。固形物を回転させる速度は、この固形物を沈殿させ、懸濁液中に残さずにすむだけの十分な低速に維持される。これは、タンクの液体を制御下で回転移動させるために清澄装置で使用する固形物アキュムレータ誘導システム（ｓｏｌｉｄｓ ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）によって達成される。
【０１９９】
従来の清澄装置には、除去すべきスラッジをスラッジポンプのサンプエリアに送るための機械的な装置がある。この機械的な手段は、モータ、ギア減速機、レーキアーム、ブレード、スクレーパスキージー、スキマーアームからなるものである。
【０２００】
３）（装置の実施例において）実質的に、本発明は典型的なタンク構成および設備一式を利用している。このようにすることで、異なるプロセスに対するタンク用途の変更に対応することができる。タンクはいずれも実質的に同一のサイズおよび形状であるため、タンクを単一のプロセシング領域として利用することができる。単一のプロセシング領域としての使用例のひとつとして、操業手順の間にすべてのタンクを好気性反応槽として用いることがあげられる。すべてのタンクは実質的に同じように給排水設備が施され、（必要な場合は）実質的に同じ機能を有している。このシステムには、各タンクが同じサイズおよび形状であって、どのタンクをどのプロセスに使うこともできるという点で備え付けの冗長性があるが、これは保守管理時に望ましいことである。タンクおよび給排水構成は、どのプロセシング領域にもプロセスタンクと給排水とを必要に応じて単に複製するだけで徐々に拡張し、性能および／または排水許可要件を満たすことができる機能があるようなものである。給排水およびタンク構成を用いることで、ほとんどまたは全く動作を停止させることなく、タンクプロセシングの活用法の選択肢に幅が生まれる。単純なバルブの変更でこれが可能になる。
【０２０１】
４）本発明では、タンクへの排水点でＲＣＡＳシステムの速度、容積および流動方向を利用し、各領域での固形物の混合および／または沈殿のための回転速度と移動時間とを調節している。たとえば、
好気性反応槽をシステムから切り離し、固形物を完全に消化できるように中身を保持しつつ中身を曝気する
嫌気性コンディショナーに移動させるために固形物が沈殿するように無酸素性セレクターにおける回転速度を遅くする
好気性消化装置に移動させるために固形物が沈殿するように嫌気性コンディショナーにおける回転速度を遅くする
有機物をほぼ完全に消化できるように曝気しながら好気性消化装置の中身を保持する
好気性消化作用を停止し、無機物を円錐底に沈殿させた後、無機物をすべて除去して廃棄する
有機固形物の消化を続けるためにプロセスを再開する
ことによって、好気性反応槽を好気性消化装置に変換することができる。
【０２０２】
すべての有機消化が終了した時点で、好気性消化装置を好気性反応槽としての作業に戻すことができる。
【０２０３】
５）本発明では、ＲＣＡＳシステムを用いることで廃水中の病原体数を減らしている。これは、ＲＣＡＳ装置のトロイダル渦内での乱流および攪拌によって極端な作用が発生したときに起こり、これによってｅ．ｃｏｌｉや糞便性大腸菌などのバクテリアの細胞膜の向きが変わり、バクテリアを酸化する酵素がこれを殺すバクテリアの電子受容体を利用できるようになる。
【０２０４】
以上、添付の図面を参照して実例としての本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの明確な実施例に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく当該実施例にさまざまな他の変更および修正を施し得ることを理解できよう。たとえば、従来のプロセシングタンクの場合と同様に、底が平坦または傾斜した正方形または長方形のプロセシングタンクを使用してＲＣＡＳシステムの効果を得ることができる。本発明の生物学的プロセスは、ＲＣＡＳシステム以外にも、十分な循環、攪拌、曝気および均質性を達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
さまざまな廃水処理工程におけるバイオマスの相対濃度、可溶性有機食物、全酸素摂取量を、時間の関数として示すグラフである。
【図２】
廃水処理工程での代謝率をＦ／Ｍ（餌：微生物）比の関数として示すグラフである。
【図３】
多様な廃水処理システムについての比較データを示す図である。
【図４】
フレックスフロー、硝化、脱硝化およびリンの低減を示す、本発明の実施例による８段タンク型プラント配置の概略図である。
【図５】
本発明の別の実施例による８段タンク型プラント配置の概略図である。
【図６】
プラグ流れ、硝化、脱硝化での特有の流量特性を示す、本発明の別の実施例による７段タンク型プラント配置の概略図である。
【図７】
プラグ流れおよび硝化での特有の流量特性を示す、本発明の別の実施例による６段タンク型プラント配置の概略図である。
【図８】
ステップフィード、硝化、脱硝化およびリンの低減での具体的な流量特性を示す、本発明の別の実施例による８段タンク型プラント配置の概略図である。
【図９】
ステップフィード、硝化および脱硝化での特有の流量特性を示す、本発明の別の実施例による７段タンク型プラント配置の概略図である。
【図１０】
ステップフィードおよび硝化での特有の流量特性を示す、本発明の別の実施例による７段タンク型プラント配置の概略図である。
【図１１】
各々が複数のタンクを含む複数の処理領域で構成される廃水処理システムの概略図である。
【図１２】
領域の流れ図を含む、本発明のタンク構造の概略図である。
【図１３】
典型的な都市廃水における未処理の原水の固体組成物である。
【図１４】
廃水窒素サイクルを示す図である。
【図１５】
任意の曝気装置バイパスを含む再循環曝気システム（ＲＣＡＳ）の概略図である。
【図１６】
３０分間の固形物沈殿状態をＭＣＲＴとの関連で示す図である。
【図１７】
ＭＣＲＴおよびＦ／Ｍ比に対して減衰係数ｋｄをどのようにして算出するかを示す図である。
【図１８】
図５に示す処理を、捕捉した固形物を再プロセシング用に戻すために濾過領域を清澄装置に連結した状態で示す簡略図である。
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際公開パンフレット】
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2004530530.tif 000287
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004530530.tif 000288
2004530530.tif 000289
【国際調査報告】
2004530530.tif 000290