(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化の目的で水性廃物を処理するための方法であって、同時に動作する、固定化培養菌を有する複数の生物学的フィルタの少なくとも一組の内部に廃水を通過させることからなる少なくとも一つの段階を含んでおり、前記フィルタに廃水を一定の流量で供給し、処理すべき水性廃物の全流量に応じて、前記組内の廃水が供給されるフィルタの数および供給されないフィルタの数を変化させることを含み、
各生物学的フィルタについて、フィルタに水性廃物を供給した累積時間または所与の時間での水性廃物の累積流量およびフィルタに水性廃物を供給されない累積時間あるいはその両方を測定することからなる段階と、
フィルタに供給した測定された累積時間またはフィルタを通過した水性廃物の測定された累積流量およびフィルタに供給されない測定された累積時間あるいはその両方に従ってフィルタへの供給順序を変化させることからなる段階と
を含むことを特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記生物学的フィルタに酸化ガスを供給する手段が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記生物学的フィルタが硝化フィルタであることを特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
各フィルタに供給する一定の流量を、前記フィルタの最高浄化能に対応するように選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項５】
同時に動作する、固定化培養菌を有する複数の生物学的フィルタ（１ａから１ｊ）の少なくとも一つの組を含む装置であって、前記フィルタに一定の流量で廃水を連続的に供給し、処理されるべき水性廃物の全流量に応じて、前記組内の廃水を供給されるフィルタの数および供給されないフィルタの数を変化させる手段（９）、前記生物学的フィルタへの供給順序を変化させうる手段（１２）、ならびに各生物学的フィルタに水性廃物を供給した時間および通過した流量または供給されない時間あるいはその両方を測定する手段（１１）を含み、前記測定手段が前記生物学的フィルタ（１ａから１ｊ）への供給順序を変化させうる前記手段（１２）に連結されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記生物学的フィルタ（１ａから１ｊ）が酸化ガス供給手段（４）を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記生物学的フィルタが硝化フィルタであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物学的経路による水性廃物浄化の分野に関する。さらに詳細には、本発明は廃水、例えば都市部からの廃水を浄化する処理に関し、また、水を飲用に適したものとするような他の処理および産業廃液の処理にも適用できるであろう。
【０００２】
さらに詳細には、本発明は、少なくとも一つの生物学的濾過段階を含む水性廃物処理に関する。
【０００３】
【従来の技術】
水性廃物、特に水の生物学的処理はこれらの水性廃物に含まれる有機不純物を浄化能のあるバイオマスの作用によって分解することからなる。したがって、遊離バイオマス（「活性化したスラッジ」）による方法およびバイオマスを支持体に結合させたバイオフィルタを使用する固定化バイオマスによる方法がある。より正確には、本発明はこのようなバイオフィルタまたは他の固定化培養菌デバイスを含む方法に関する。
【０００４】
このようなバイオフィルタに使用される支持体は、一般に、単位体積当たりの質量が水に近い粒子、例えば、特にポリスチレン粒子でできている。さらに、このような方法に使用するフィルタは一般に、濾過材に空気を供給する手段を具備しており、前記手段は好気的バイオシス、嫌気的バイオシスまたは制限された酸素によるバイオシスによりフィルタを動作させることができる。
【０００５】
固定化バイオマスを使用した浄化の原理に基づく方法としては、特に、本出願人のフランス特許２６３２９４７号に記載した、「Ｂｉｏｓｔｙｒ」として公知のものが挙げられる。この方法では、生物学的経路により廃水を浄化するための反応器を使用し、処理すべき廃水の上昇流および酸素ガスの上昇流を、下部に流動床、上部に固定床を具備した反応器に送る。床の粒子は水より低い比重を有する膨張した物質からなり、固定床の粒子は流動床の粒子より小さく、軽い。
【０００６】
生物濾過の手法により、炭素質および窒素質汚染の両者を除去または少なくとも低減できる。
【０００７】
炭素質汚染を除去するためには、このようなフィルタに、空気の存在下で炭素化合物を分解する従属栄養細菌を植え付ける。
【０００８】
アンモニウム化合物の形で存在する窒素質汚染の除去は通常、廃水を、アンモニア性窒素をバイオマスにより硝酸塩に変換する硝化段階および硝酸塩をバイオマスで還元して亜硝酸塩に、次いで気体窒素にする脱窒段階にかけることにより、生物学的経路で実施する。硝化段階は、培地に導入した酸素を消費する独立栄養細菌により実施し、脱窒段階は分子状の酸素の非存在下で硝酸塩からの酸素を消費する従属栄養細菌で実施する。
【０００９】
この変換は、一つのフィルタを使用して、曝気時および非曝気時に運転し、または、酸素が制限されているときに機能するフィルタと酸素供給状態で機能する別のフィルタとの別々なフィルタを使用して実施できる。
【００１０】
廃水を浄化するために使用する装置のような水性廃物処理装置では、所与の機能、例えば、炭素質汚染の除去、硝化または脱窒のために多くのバイオフィルタを使用し、これらのバイオフィルタが同時に動作する。したがって、このようなフィルタの組（ｂａｔｔｅｒｙ）を使用して大量の水を処理することができる
常法では、同時に動作するすべてのフィルタに処理すべき水を可変の流速で同時に供給し、フィルタの数は処理すべき水を最も大量に処理できるように設計される。ビルトイン型のこのようなフィルタの組を使用する水性廃物処理装置では、全流量をすべてのフィルタにほぼ等しく分配し、装置に流入する水の総流量に応じてより高いまたはより低い流量で、これらのフィルタが動作する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このようなフィルタの組を使用して、水性廃物、特に廃水を浄化する方法であって、このようなフィルタの組の浄化性能をはっきりと改良できる方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、より少数のフィルタを使用して実施でき、しかも同じ総流量の処理で同じ質の流出物を得ることのできる、このような改良された浄化法について述べることである。
【００１３】
特に、本発明の他の目的は、浄化の目的で使用済みの水を処理するためのこのような装置の硝化効率を改善するのに使用できるこのような方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
これらの目的および以下の記述から明らかになるその他の目的は、浄化の目的で水性廃物を処理する方法に関する本発明によって達成される。この方法は、複数の生物学的フィルタまたは他の固定化培養菌デバイスの少なくとも一つの組の内部に処理すべき水を通過させることからなる少なくとも一つの段階を含み、前記バイオフィルタは同時に動作する。本発明の方法は、流出時に必要とされる水質に適合するフィルタの最高の能力に対応して、処理すべき水を実質上一定の流量で、固定化培養菌を有する前記生物学的フィルタまたは他の固定化培養菌デバイスに供給し、処理する水性廃物の総流量に応じて前記バッテリ内の処理すべき水が供給されるフィルタの数および供給されないフィルタの数を変化させることを特徴とする（廃水中に存在する化合物の流量は化合物濃度と処理される流速の積で表される）。
【００１５】
したがって、同時に動作するフィルタの組のすべての生物学的フィルタに可変の流量で同時に供給すべきであることを常に教示してきた従来技術の教示とは対照的に、本発明では、これらのフィルタに一定の流量を供給し、したがって、一定の流量で供給されるフィルタの数を処理すべき水性廃物の総流量の変化に応じて増減することが推奨される。非常に驚くべき、思いがけないことに、このように一定の流量でフィルタに供給すると、種々の流量で供給した場合と比べ、濾過性能が非常に改善されることが認められた。
【００１６】
このような方法を使用すると、バッテリ内の少なくともある種のフィルタには水が供給されず、したがってこれらのフィルタは動作しない。実際、やはり驚くべきことに、このような生物学的フィルタに水を供給しない時間が数日という比較的長期の場合でも、これらのフィルタにもう１回水性廃物を供給した場合のバイオマスの有効性に全く有害動作が及ばないことも明らかになった。このような発見は、バイオマスへの栄養供給の停止は論理的にそのバイオマスの分解をもたらすはずだという当業者の知識に反する。
【００１７】
本発明によると、ある流速で、ある数のフィルタに、同時に、ほぼ一定の流量で廃水を供給する。処理すべき水性廃物の流量が増加したときには、別のフィルタに同時に、常に一定の流量で供給する。総流量が増加し続ける場合には、さらに別のフィルタに供給し、これを繰り返す。反対に、総流量が低下した場合には、一定の流量で供給されるフィルタの数を減少させる。したがって、各フィルタは主として次の二つの状態で存在する。
【００１８】
−  本質的に一定の流量で廃液が供給される状態と、
−  処理すべき廃液が供給されず、これらの供給のない時間に、フィルタの濾過材は、もちろん、廃液中に没している状態。
【００１９】
しかし、供給された最後のフィルタはもちろん種々の流量を経験すると理解される。
【００２０】
現在の技術で教示されてきたこととは対照的に、フィルタは体系的に同時に供給されるのではなく、連続的、累積的に供給される。
【００２１】
本発明の好ましい変形例によると、前記生物学的フィルタには空気のような酸化ガスを供給する手段が取り付けられている。しかし、ある種の利用様式では、フィルタはこのような曝気手段を具備しないことが理解されよう。生物学フィルタを水性廃物の脱窒に使用するときに特にそうかもしれない（上記のように、これを実施するために使用するバイオマスは従来から、分子状酸素の不在下で、硝酸塩を亜硝酸塩に変換する従属栄養細菌でできている）。
【００２２】
また、前記生物学的フィルタを硝化フィルタとして使用することも好ましい。実際、水性廃物に生物学的硝化フィルタによるこのような方法を使用するとアンモニア性汚染レベルを７５％まで低下させるという改善が観察されており、これは本発明を適用する例中に特に明確に示されている。
【００２３】
また、本発明の方法にフィルタへの供給順序を変化させることからなる段階も含めると好都合である。このような段階により、同一の生物学的フィルタが常に最も多く動作し、他のフィルタが動作することが少ないという状況を避けるために、どのフィルタが最初に供給を受けるのかを変化させることが可能となる。
【００２４】
大体経験的にフィルタへの供給順序を変化させると考えられるが、特に興味深い方法では、本発明の方法に、各生物学的フィルタについて、フィルタに供給された累積時間またはフィルタを通過した水性廃物の累積流量およびフィルタに供給されない累積時間あるいはその両方を測定することからなる段階と、測定された時間に応じてフィルタ供給順序を変化させることからなる段階を含むことも好ましい。したがって、全体的に、各フィルタは長期的にみるとほぼ同じ流量または同じ使用時間あるいはその両方を経験することになる。
【００２５】
また好ましくは、各フィルタに供給される一定の流量は、前記フィルタの最高浄化能に対応するように選択してもよい。
【００２６】
本発明は、このような方法を使用するための装置にも関する。この装置は、同時に動作する固定化培養菌を使用する複数の生物学的フィルタの少なくとも一つの組を含んでおり、前記フィルタに一定の流量で連続的に廃水供給する手段を含むことを特徴とする。このような手段により、中等度の流量の場合には、Ｘ個のフィルタに一定の流量で廃水を同時に供給でき、次に、流量が増加した場合には、Ｘ＋１個、次にＸ＋２個のフィルタに常に一定の流量で供給し、流量が低下した場合には、Ｘ−１個、次にＸ−２個のフィルタに常に一定の流量で供給できる。その数Ｘはもちろん平均流量に応じて選択すべきであり、フィルタの総数は、処理前に、最大流量を処理できるように選択すべきである。
【００２７】
本発明は、前記生物学的フィルタへの供給順序を、上記に説明したように、種々のフィルタへの累積動作時間または種々のフィルタに供給される累積流量あるいはその両方が等しくなるように変化させうる手段も含むと好都合である。
【００２８】
本発明の装置は、前記各生物学的フィルタに水性廃物を供給する時間およびフィルタを通過した流量または供給しない時間あるいはその両方を測定する手段も含むことが好ましく、前記測定手段は前記生物学的フィルタへの供給順序を変化させうる手段と連結している。
【００２９】
前記生物学的フィルタは空気のような酸化ガスを供給する手段を含むことが好ましい。
【００３０】
前記生物学的フィルタは硝化フィルタであることも好ましい。上記のように、これらのフィルタは酸素供給手段を具備し、アンモニウムを硝酸塩に変換する独立栄養細菌を植え付けてある。
【００３１】
本発明および本発明が提供する種々の利点は、図面を参照するその使用の非限定例を示す以下の説明からさらに容易に理解されよう。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、この図は平行に設置した１０個の同一フィルタ１ａないし１ｊの組を含む、使用した水を浄化するための装置の硝化段階を形成する装置を示している。
【００３３】
これらのフィルタは「ＢＹＯＳＴＹＲ」として当業者に公知であり、本出願人が設計したものである。各フィルタは穴の開いたプレート６、７でフィルタ内に保持されているポリスチレン粒子からなる濾過材２を含んでいる。この濾過材には予め硝化性独立栄養細菌を植え付けて、この細菌は該当粒子上で増殖し、粒子にしっかり捕まっている。これらのフィルタは、その下部に、硝化すべき廃水を運び入れるための、流路（チャネル）３ａから３ｊからなる手段を具備しており、その上部には、流路５からなる硝化された廃水を排出するための手段を具備している。したがって、このようなフィルタ内で廃液は上昇方向に流れる。また、これらのフィルタはその下部に、廃水と同じ方向に流れる空気を供給するための手段４も具備している。最後に、これらの各フィルタはその上部に洗浄水８蓄えを具備しており、水洗デバイス（図示せず）を使用することによりこの洗浄水を急速に反対向きに流して濾過材を洗浄できる。
【００３４】
これらの１０のフィルタは、現在の技術に従う可変法で動作させるにも、本発明に従って、この目的のための手段９により一定流量で動作させるにも適している。この二つの場合、硝化すべき廃水は共通流路１０を介して供給される。
【００３５】
手段９はさらに、各フィルタについての累積供給時間およびフィルタを通過した累積流量および累積非供給時間を測定できる手段１１および手段１１で測定した測定値に従って一定の流量でフィルタへの供給順序を変化させる手段１２に連結している。
【００３６】
最初の７０日間、フィルタに一定流量を提供できる手段９を使用せずに、（技術の現状の教示による）可変法で装置をテストした。この操作法によると、全体的な流速の変化に従ってパイロットフィルタを供給した。この最初の期間にかけた負荷の範囲は以下の通りであった。
【００３７】
フィルタに廃水を供給する速度（ｍ／ｈ）：３〜８
ＮＴＫ負荷（ｋｇ／ｍ３  、日）：０．３〜１．１
Ｎ−ＮＨ４  負荷（ｋｇ／ｍ３  、日）：０．３〜０．９
フィルタに空気を供給する速度はほぼ一定に維持し、１８Ｎｍ／ｈ程度であった。
【００３８】
装置の入口および出口での処理廃水のアンモニア性窒素含量を２４時間の平均値として測定した。これらの測定値はアンモニア性窒素含量の低下を示している。測定は２時間毎に定期的に実施した。
【００３９】
６３日間の第２期間では、本発明方法を使用し、フィルタに供給しなかった場合にフィルタに供給する最適な一定流量を提供できる手段９を使用して、この装置をテストした。
【００４０】
２４時間および２時間の平均値を測定した。
【００４１】
図２は、装置を可変法で操作した場合（白い四角）と、一定の流量で操作した場合（黒い四角）の、流入時のこの化合物の負荷に対し、装置からの流出物のアンモニア性窒素含量を２４時間測定した平均値を示している。直線Ａは可変法で装置を操作した場合に所与の初期負荷について得られた最小の低下を示す点を通っており、直線Ｂは本発明方法で装置を操作した場合に所与の負荷について得られた最小の減少を表す点を通過する。
【００４２】
直線ＡおよびＢはこのような方法で可能な処理性能の改善を示す。したがって、流入時にアンモニア性窒素を１．５ｋｇ  Ｎ／ｍ３  負荷すると、可変法では流出液中に１２ｍｇ／ｌが残存しており、一方、一定流量法では残留濃度は７ｍｇ／ｌに過ぎず、フィルタの濾過性能は４５％改善された。０．８ｋｇ  Ｎ／ｍ３  を負荷すると、可変法では流出液中の残留濃度は５ｍｇ／ｌであるのに対して、直線Ａによると残留濃度は１ｍｇ／ｌで、８０％の改善が示された。
【００４３】
図３は、装置を可変法で操作した場合（白い四角）と、一定の流量で操作した場合（黒い四角）の、流入時のこの化合物の負荷に対し、装置からの流出物のアンモニア性窒素含量を２時間測定した平均値を示している。直線Ｃは可変法で装置を操作した場合に所与の初期負荷について得られた最小の低下を示す点を通っており、直線Ｄは本発明方法で装置を操作した場合に所与の負荷について得られた最小の減少を表す点を通過する。
【００４４】
直線ＣおよびＤはこのような方法で可能な処理性能の改善を示す。従って、流入時アンモニア性窒素を１．５ｋｇ  Ｎ／ｍ３  負荷すると、可変法では、直線Ｃから、流出液中に１５ｍｇ／ｌが残存しており、一方、一定流量法では、直線Ｄから、残留濃度は８ｍｇ／ｌに過ぎず、４７％の改善が示された。
【００４５】
二つの方法の間のこのような性能の差は、デバイスの酸素処理能に適合する、可能な最高の負荷をデバイスに供給しているので、各デバイスが最高量のバイオマスを保持しているという仮説により説明できよう。さらに、一度構成すると、バイオマスは驚くべき方法で、フィルタによく接着し、死亡率は増殖率より明らかに低いため、利用可能な状態を維持し、したがって、処理能力が上昇する。
【００４６】
本発明方法の状況では、あるフィルタは比較的長時間運転されない。比較的長期間でもこれらの中断はバイオマスの活性を有意に損なうことはない。以下の表は、図１に示すフィルタの一つのアンモニア性窒素含量の低下に関する結果を示しており、このフィルタの動作を数回、数日間停止した。
【００４７】
【表１】
0003914587.tif 000002
【００４８】
これらの表は、非常に長期（７日間まで）の中断後でさえ、フィルタの性能は低下しないことを示している。
【００４９】
上記の装置の手段１１は、各フィルタについて、操作時間、かけた負荷および非操作時間を測定できる。これらの手段１１で得た測定値に基づき、手段１２を使用して、自動的にフィルタへの供給順序を変化できる。したがって、流量が増加した場合には手段１１は最も長期間動作していなかったフィルタ、または所与の時間内に受けた累積負担が最小のフィルタを示すことができる。手段１２によりこのフィルタに余分な流量を送ることができる。反対に、全体的な流量が減少した場合には、手段１１は、最も長時間作動していたフィルタまたは所与の時間に最大の累積負荷を受けたフィルタを示すことができ、次に、手段１２によりこのフィルタの操作を中止できる。
【００５０】
したがって、これらの手段１１および１２は、長期的に、各フィルタが他のフィルタと同じ時間供給を受け、および／または同じ流量を供給されるようにバイオフィルタを最適化できる。
【００５１】
本明細書に述べてきた本発明の使用方法は本発明の範囲を縮小することを目的とするものではない。特に、バイオフィルタのバッテリは種々の数のフィルタを含んでよく、もちろん、本明細書に記載されていないバイオフィルタを備えることもできる。同じく、本発明方法は、硝化、特に脱窒または燐酸塩の生物学的除去以外の方法にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を使用する廃水処理用装置の硝化段階の概略図である。
【図２】各測定値が２４時間平均に相当する、装置に種々の流量で供給した場合と一定流量で供給した場合の、図１に示すような硝化段階から流出する処理済み廃液のアンモニア性窒素含量を供給時のアンモニア性窒素濃度と比較して示す図である。
【図３】各測定値が２時間の平均に相当する、同じタイプの結果を示す図である。
【符号の説明】
１  フィルタ
２  濾過材
３  管
４  空気供給手段
５  管
６、７  プレート
９  一定流量供給手段
１０  共通管
１１  測定手段
１２  供給順序変化手段
【図１】
0003914587.tif 000003
【図２】
0003914587.tif 000004
【図３】
0003914587.tif 000005