(57)【要約】  統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器が提供され、前記連続バッチ反応器が受ける廃水を生物学的に処理するために、懸濁バイオマスとバイオフィルム担体に支持されるバイオマスの両方が使用される。前記連続バッチ反応器は流体接続している２つのタンクを含む、少なくとも１つのタンクに懸濁バイオマスが収容され、別のタンクにバイオフィルム担体に支持されるバイオマスが収容される。【選択図】  図１
2017514681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥（ＩＦＡＳ: Integrated Fixed Film Activated Sludge)連続バッチ反応器（ＳＢＲ: Sequencing Batch Reactor）における廃水処理方法であり、前記方法は、
前記ＳＢＲの前記タンクを処理する廃水で充填する工程と、
前記第１のタンクの中の前記廃水を、懸濁バイオマスで生物学的に処理する工程と、
前記第２のタンクの中の前記廃水を、ＩＦＡＳ生物学的プロセスを用いて処理する工程であって、
可動バイオフィルム担体に支持されるバイオマスを、前記廃水を処理するために利用する工程と、
前記タンクの少なくとも１つにバラストを注入する工程と、
前記タンクの少なくとも１つにおいて、懸濁フロックと前記バラストを沈降させる工程であって、前記懸濁フロックの少なくとも一部が前記バラストに付着することにより、前記フロックの沈降率を促進する工程と、
前記第１のタンクと前記第２のタンクから処理された廃水を除去するために、前記第１のタンクと前記第２のタンクをデカントする工程と、前記１つ以上のタンクから前記バラストと付着した懸濁フロックを除去し、前記懸濁フロックからバラストを分離し、前記分離されたバラストの少なくとも一部を、前記タンクの少なくとも１つへリサイクルする工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記ＳＢＲの前記２つのタンクを同時に処理する廃水で充填し、かつ前記タンクの両方から処理された廃水を同時にデカントすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記懸濁バイオマスで前記第１のタンクの中の前記廃水を生物学的に脱硝すること、前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスとを用いることにより前記第２のタンクの中の前記廃水を硝化すること、及び前記第２のタンクからの前記廃水の少なくとも一部を前記第１のタンクへリサイクルすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＳＢＲの充填工程の間に、前記方法は、前記第１のタンクを無酸素条件下で動作すること及び前記第２のタンクを好気条件下で動作すること、並びに前記第２のタンクからの前記廃水の少なくとも一部を前記第１のタンクへリサイクルすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
沈降過程において沈降が実行され、及び前記方法は、前記沈降過程を開始する前に前記バラストを注入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記可動バイオフィルム担体は、前記第２のタンクにのみ収容される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記処理された廃水をデカントしている間に前記反応器の前記１つ以上のタンクから前記バラストを除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１と第２の流体接続されているタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器における廃水を処理する方法であって、前記方法は、前記廃水で前記第１と第２のタンクを充填する工程と、
統合固定フィルム活性汚泥プロセスを使用する前記連続バッチ反応器の中の前記廃水を生物学的に処理する工程であって、前記プロセスは、
ｉ．懸濁バイオマスで前記第１のタンクの中の前記廃水を生物学的に処理すること、
ｉｉ．前記第２のタンクの中の前記廃水を、前記第２のタンクに収容される可動バイオフィルム担体に支持されるバイオマスで、生物学的に処理すること、
前記懸濁バイオマスと前記バイオフィルム担体を沈降させること、及び
前記連続バッチ反応器の前記第１と第２のタンクの中の前記廃水をデカントすることを含む、方法。
【請求項９】
前記第１と第２のタンクから処理された廃水を同時にデカントすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バイオフィルム担体は、前記連続バッチ反応器の前記第２のタンクにのみ収容される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のタンクの中の前記廃水を、前記懸濁バイオマスで脱硝する工程と、
前記第２のタンクの中の前記廃水を、前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスを用いることに硝化する工程と、及び
前記第２のタンクの中の前記廃水の少なくとも一部を、前記第１のタンクへリサイクルする工程と、を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記連続バッチ反応器の中の前記廃水にバラストを追加し、前記廃水の中の懸濁フロックを前記バラストに付着させ、前記付着した懸濁フロックを有する前記バラストを沈降させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記廃水からＢＯＤを除去するために前記第１のタンクに前記懸濁バイオマスを用いること、及び前記第２のタンクの中にある前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスを用いて前記廃水を硝化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のタンクに処理する前記廃水を導き、前記廃水を前記第１のタンクから前記第２のタンクへ導き、及び前記廃水が前記第２のタンクに到達する前に前記廃水における前記ＢＯＤの少なくとも３０％を除去するために、前記第１のタンクの中の前記懸濁バイオマスを使用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１と第２のタンクを同時に充填、沈降、及びデカントすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのタンクを有する既存の連続バッチ反応器のロード収容能力を増加する方法であって、前記方法は、前記タンクを前記既存のＳＢＲの前記タンクに挿入される壁により、前記タンクを２つのゾーンに分割することによりセグメント化し、かつ処理する廃水が１つのゾーンから別のゾーンへと流れることが出来るように、前記２つのゾーンを流体的に接続されるように提供し、前記２つのゾーンを、１つのゾーンにバイオフィルム担体を配置させることができ、かつその１つのゾーンに保持され、別のゾーンへ移動不可能となるように構成し、及び両方のゾーンをデカントするための少なくとも１つのデカント出口を設けることを含む方法。
【請求項１７】
少なくとも１つのゾーンへバラストを注入するための、少なくとも１つの注入部位を提供することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥（ＩＦＡＳ: Integrated Fixed Film Activated Sludge)連続バッチ反応器（ＳＢＲ: Sequencing Batch Reactor）における廃水処理方法であり、前記方法は、
前記ＳＢＲの前記タンクを処理する廃水で充填する工程と、
前記第１のタンクの中の前記廃水を、懸濁バイオマスで生物学的に処理する工程と、
前記第２のタンクは、そこに支持されるバイオマスを有する可動バイオフィルム担体を含み、前記方法は、前記バイオフィルム担体に支持されるバイオマスで前記第２のタンクの中の前記廃水を処理することを含み、
前記第１と第２のタンクにバラストを詰め、前記ＳＢＲの中の懸濁バイオマスは前記バラストに付着し、
前記ＳＢＲの中の前記バラストと付着した懸濁バイオマスを沈降させ、
前記ＳＢＲの前記第１と第２のタンクからの処理された廃水をデカントし、前記バラストと付着した懸濁バイオマスを前記ＳＢＲから除去し、前記バラストを前記懸濁バイオマスから分離し、前記ＳＢＲへ前記分離されたバラストの少なくとも一部をリサイクルすることを含む方法。
【請求項１９】
前記第１と第２のタンクから同時に廃水をデカントし、及び前記廃水をデカントしている間に、前記バラストと付着した懸濁バイオマスの少なくとも一部を前記ＳＢＲから除去することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
沈降の前に、前記バラストで前記第１と第２のタンクを詰めることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２のタンクに前記バイオフィルム担体を保持し、前記バイオフィルム担体が前記第１のタンクへ移動することを防止することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＳＢＲは、前記廃水を硝化し脱硝する条件下で動作され、前記方法は、前記懸濁バイオマスが前記廃水を脱硝させるように前記第１のタンクを無酸素条件下で動作し、及び前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスがそこの前記廃水を硝化させるように前記第２のタンクを好気条件下で動作し、及び、前記第２のタンクから廃水の少なくとも一部を前記第１のタンクへリサイクルする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
廃水を処理するための装置であって、第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器を含み、前記第１のタンクと前記第２のタンクは壁により隔たれ、前記第１のタンクと前記第２のタンクは流体接続され、前記第１のタンクの中に懸濁バイオマスが収容され、前記第２のタンクの中にバイオマスを支持するための可沈式バイオフィルム担体が収容され、及び少なくとも前記第２のタンクを爆気するための曝気デバイスを含む装置。
【請求項２４】
前記第１のタンクと前記第２のタンクの間に廃水の流れを可能にするための、前記壁の中の開口部を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１のタンクはバイオフィルム担体を含まない、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記第２のタンクの中のバイオフィルム担体を、前記第１のタンクに移動不可能にするために、前記開口部の中にスクリーンが提供される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記連続バッチ反応器におけるフロックの沈降を向上させるために、不溶解性の顆粒状粒子の形式でバラストを前記連続バッチ反応器へ注入させるために、前記連続バッチ反応器にバラスト化した凝集システムを導入することを含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記第２のタンクから前記第１のタンクへ廃水をリサイクルするためのリサイクルラインを含む、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理のシステム及びプロセスに関し、特に統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器システム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
連続バッチ反応器（ＳＢＲ: Sequencing Batch Reactor）は、１９２０年から廃水処理において使用され、現在は世界中に使用されている。ＳＢＲは、アメリカ合衆国、中国、及びヨーロッパで、都市下水と産業廃水の両方を処理するために広く使用されている。特に低フローパターン又は変化するフローパターンを有する応用において実用的である。ＳＢＲには他の特徴もあり、その特徴により特定の場合においてＳＢＲは実用可能な選択肢となる。例えば、場所が限られている場合、ＳＢＲは、複数のタンクの代わりに１つのタンクで廃水を処理する機会を提供する。これにより、比較的に小さいフットプリントの上に廃水処理システムの建設が可能になる。また、硝化・脱硝、硝化のみ、及び場合によっては脱リンを含む生物学的栄養分除去を達成するために、好気性条件(aerobic)、嫌気性条件（anaerobic）、及び無酸素性条件（anoxic）を提供するようにＳＢＲは制御可能である。生化学的酸素要求量（BOD: Biochemical Oxygen Demand）を比較的低レベルまで除去できる。ＳＢＲは、５mg/Lまでの低さまで全窒素（total nitrogen）を効率よく除去する。これは、アンモニアを硝酸塩と亜硝酸塩に変換するために好気性条件を与え（硝化）、窒素ガスを産するために硝酸塩と亜硝酸塩を無酸素性処理（脱硝）をすることにより達成する。この全てを同じタンクにおいて達成できる。一部の場合、嫌気性処理を採用することにより、ＳＢＲはリン濃度を２mg/Lより下の濃度に低下するために使用できる。
【０００３】
ＳＢＲは、従来の活性汚泥プロセスの変種である。活性汚泥プラントとの違いは、ＳＢＲの場合、処理ステップとプロセスは通常１つの槽（basin）又はタンクに組み合わせられる一方、従来の活性汚泥プロセスは複数のタンクを必要とすることにある。ＳＢＲは通常４つの異なるステップ又は過程を含む：（１）充填（fill）、（２）反応（react）、（３）沈降（settle）、及び（４）デカント（decant）。充填過程の間、タンクは流入排水を受ける。流入液は活性汚泥の中の微生物に餌を提供し、生化学反応が起きる環境を作る。充填工程の間、廃水は混合、及び／又は爆気されてもよい。
【０００４】
反応中、又は反応過程の間、廃水におけるバイオマス又は細菌は栄養を消費する。１つの例では、反応過程におけるＳＢＲは好気性条件下で操作される。ここで、バイオマスはアンモニアを亜硝酸塩と硝酸塩に変換する硝化プロセスを実行する。このプロセスにおいて、廃水は曝気され混合される。廃水に酸素を追加することにより、好気性菌の繁殖が促進される。
【０００５】
沈降工程又は沈降過程は反応過程を追う。この工程の間、細菌に形成される汚泥はタンクの底に沈降する。一般的に、好気性菌は溶存酸素が消費されるまで繁殖し続ける。細菌が繁殖し死滅すると、タンク内の汚泥は時間にかけて増加し、沈降工程中に一部の汚泥が廃活性汚泥ポンプにより追加処理へ取り除かれる。沈降工程の間、活性汚泥は静止条件下で沈降する。タンクへの入流は止められ、曝気や混合も停止されている。活性汚泥はたくさんのフロック（floc）として沈降する傾向にあり、澄明な上澄みに対する境界面を形成する。時には汚泥マスは汚泥ブランケット（sludge blanket）と言われる。固体が迅速に沈降しなければ、その後のデカント過程中に一部の汚泥が流しだされ、流出液の質を低下させるため、沈降過程はＳＢＲサイクルの重要な一部である。
【０００６】
デカント過程の間、デカンターにより澄明な上澄み流出液が除去される。一部の場合において、浮上デカンターが使用される。浮上デカンターは、デカント過程の間に流出液から個体の除去を最少化するために水位の少し下に入口オリフィスを有する。
【０００７】
多くのＳＢＲプロセスは１つのタンクと、バイオマスが混合液（mixed liquor）に懸濁している活性汚泥とに頼る。このようなＳＢＲデザインは、限られたロード収容能力（load capacity）を有する。従来のＳＢＲシステムの有限収容能力に加え、現在使用されている既存のＳＢＲシステムの多くに関してはある問題がある。既存ＳＢＲシステムの多くは、設計の収容能力又はそれに近いところで操作されている。追加の反応タンク又は沈降槽を建設せずにアップグレード又は収容能力を拡張する実用可能な選択肢は少ない。
【０００８】
従って、従来のＳＢＲプロセスの有限収容能力を対処する必要があり、そして同時に、追加のタンクの建設を必要としない、既存のＳＢＲユニットの収容能力を増加する実用可能な選択肢を提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、懸濁バイオマスとバイオフィルム担体に支持されるバイオマスの両方が、ＳＢＲが受けた廃水を生物的に処理されるために利用される統合固定フィルム活性汚泥（ＩＦＡＳ: Integrated Fixed Film Activated Sludge)連続バッチ反応器（ＳＢＲ: Sequencing Batch Reactor）プロセスを提供する。１つの実施形態において、ＳＢＲは２つの流体接続されたタンクを含み、１つのタンクは懸濁バイオマスを含み、もう１つのタンクはバイオフィルム担体に支持されるバイオマスを含む。ＳＢＲの収容能力を増加するために、懸濁バイオマスとバイオフィルムに支持されるバイオマスが効率的に利用されるようにプロセスが実行される。
【００１０】
硝化／脱硝、硝化のみ、脱リン、及びＢＯＤ除去等の種々のプロセスをＩＦＡＳ ＳＢＲ内に実行できる。これらプロセスのいずれ１つにおいても、２つのタンクの充填、沈降、デカントは同時に実行できる。さらに、両方のタンクを同時に反応過程を当てることもできる。
【００１１】
また別の実施形態において、沈降過程中に汚泥の沈降を容易化させるために、１つ以上のタンクにバラストが加えられる。バイオマスと他の固体を含むフロックがバラストの周りにかたまり、又は付着し、バラスト化フロックを形成する。この比較的に重いバラスト化フロックは、実質においてフロックの沈降速度を増加させる。
【００１２】
本発明の他の目的や利益は、下の説明と、本発明のような発明を単に図示する添付の図面の検討により明白かつ自明になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明のＩＦＡＳ連続バッチ反応器の略図である。
【図２】図２は図１に類似するが、ＩＦＡＳ連続バッチ反応器にバラスト化された凝集システムを示す略図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、本発明のＩＦＡＳ連続バッチ反応器で実行されるプロセスの基本的な過程を示す一連の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面をさらに参照すると、そこに本発明のＩＦＡＳ連続バッチ反応器が示され、一般に数字１０に示される。ＳＢＲ１０は、第１のタンク１２と第２のタンク１４、２つのタンク又は槽を含む。タンク１２と１４は壁１８により隔てられている。タンク１２と１４と流体接続可能にする開口部２０が壁１８に提供される。図１に示される実施形態において、開口部２０は壁１８の下部あたりに配置されている。他の実施形態において、開口部２０の高さは種々のレベルに引き上げられる。例えば、開口部２０は、沈降した汚泥層の真上に配置されていてもよい。
【００１５】
第２タンク１４は、バイオフィルム担体又はメディア１６を含む。メディア１６は移動する種類又は固定の種類のメディアであってもよい。当業者は、バイオフィルム担体１６はタンク１４の中の廃水の生物処理に関して効率的であるバイオマスを支持することを理解する。バイオフィルム担体１６の詳細は、それ自体は本発明に対して重要ではないため、ここにおいて説明されない。バイオフィルム担体と、廃水の生物処理におけるその役割に関するより詳細な、そして統一した理解については、米国特許第７，１８９，３２３号を参照し、その記載をここに本明細書の一部として援用する。１つの実施形態において、第１タンク１２には、バイオフィルム担体１６又はバイオフィルム担体のいかなる有意的な量が提供されない。この実施形態において、個々に記載するＳＢＲプロセスは第１タンク１２の中の廃水を生物処置するための懸濁バイオマスに依存する。第２タンク１４にはバイオフィルム担体１６が存在するが、第２タンクは、一般的に、懸濁バイオマスも含むことに留意されたい。１つのタンクにのみバイオフィルム担体１６を提供することが望まれる場合には、そのタンクにバイオフィルム担体を保持し、第２のタンクへ移動又は渡ることを防ぐ何等かの手段が適用されることが理解される。図１に示される実施形態の場合、開口部２０には、廃水が通過可能な程度に小さいが、バイオフィルム担体を保持する開口部を有するスクリーンが提供される。
【００１６】
ＳＢＲ１０のタンク１２と１４の両方は、それらに収容される廃水を爆気する能力を有する。図１に示されるように、両方のタンクにはそれぞれのタンクの下部に配置される散気装置（air diffuser）２８が提供される。１つの実施形態において、散気装置２８の中へ空気を導く一対の送風機３０が提供される。一部の廃水処理プロセスにおいて、特定のタンクに空気が供給されないことに留意されたい。従って、ＳＢＲ１０には、タンク１２と１４のそれぞれに対する曝気を選択的に制御する手段が提供される。図１に示される例において、それぞれの散気装置２８に空気を向けるために、２つの送風機３０が提供される。一部の実施形態において、タンク１２と１４の１つ又は両方に空気を向けるために１つの送風機が使用されてもよく、その場合、タンク１２又は１４のいずれに選択的に空気を向けることを可能にするために、適切な制御手段が提供される。廃水を爆気させることにより、廃水は混合されることは理解される。１つの実施形態において、タンク１２には動作されている特定のプロセスに依存して選択的にオン又はオフにできる機械的ミキサーが提供される。
【００１７】
典型的な応用の場合、ＳＢＲ１０に処理される廃水は、流入ライン２２を通ってＳＢＲ１０へ導かれる。ここに図示される実施形態の場合、流入ライン２２は第１タンク１２に向けられている。
【００１８】
一部のプロセスにおいて、１つのタンクから別のタンクへ廃水をリサイクルすることが適切である。図１の例において、第２タンク１４から第１タンク１２へ延長するリサイクルライン３２が提供される。よって、タンク１４の中の廃水をタンク１２へリサイクルできる。
【００１９】
また、ＳＢＲ１０にはデカントデバイスが提供される。デカントデバイスはタンク１０とタンク１２の両方から同時にデカントするように提供又はデザインされていてもよい。しかし、壁１８における開口部２０と、タンク１２と１４は流体的に接続しているため、１つのタンクに提供されるデカントデバイスは、両方のタンクから処理された廃水をデカントするに十分であり得る。ここに示される例においては、第２タンク１４に１つのデカントデバイスが提供される。このデカントデバイスは、流出ライン３６に結合されている浮上入口３４を含む。デカント過程の間、処理された廃水は浮上入口３４に入り、そこから流出ライン３６を通ってＳＢＲ１０の外へ導かれる。
【００２０】
図２は、上記図１に示されるＳＢＲ１０の代わりの実施形態をしめす。図２の実施形態において、ＳＢＲ１０は、プロセス中に形成されたフロックの沈降速度を促進及び向上させるために、バラスト化された凝集システムとともに提供される。バラスト化された凝集システムは、廃水にバラストを収入するように機能する。通常バラストは、マイクロサンド等の不活性顆粒子を含む。当業者は、フロックはバラストにかたまり、又は付着し、そしてバラストの重量のために、フロックは従来の沈降のプロセスより早く沈降する傾向にあることを理解する。
【００２１】
図２に示されるバラスト化された凝集システムを見ると、ＳＢＲ１０に関連するバラスト入口３８があることが見られる。新しいバラストは、バラスト入口３８を通ってＳＢＲ１０の１つのタンクに導かれる。バラスト化されたフロックは、沈降過程の間に、タンク１２と１４において沈降し、汚泥層を形成する。バラスト化されたフロックを含む汚泥は、ポンプ４０により、ＳＢＲ１０により汚泥ライン４２を介して個体分離装置へ送られる。１つの例において、個体分離装置はハイドロサイクロン４４である。ハイドロサイクロン４４は、汚泥からバラストを分離し、リサイクルバラストライン４６を介してＳＢＲ１０の中へ分離されたバラストを導く。図２に示される例において、リサイクルされたバラストは、タンク１２と１４の両方へ戻される。多くの場合、バラストを単純に１つのタンクへリサイクルすることで十分であることは理解される。ハイドロサイクロンによりバラストから分離される汚泥は、破棄及び／又はさらに処理できる。
【００２２】
図３Ａ〜３Ｄに向くと、そこには典型的なＳＢＲプロセスが示され、特にＳＢＲプロセスの４つの基本的な過程が示される：（１）充填、（２）反応、（３）沈降、及び（４）デカント。図３Ａは充填過程を示す。廃水はタンク１２に送られる。廃水は、壁１８における開口部２０を通ってタンク１２からタンク１４に流れる。タンク１２と１４における廃水のレベルは、通常同じである。充填過程の間、タンク１２と１４両方における廃水は、一緒に上がる。デカントデバイスに関連する制御バルブは閉鎖され、タンクの曝気はオン又はオフになっていてもよい。後で説明されるように、廃水の生物処理は、充填過程の間に開始できる。
【００２３】
充填過程の後、ＳＢＲ１０は反応過程において操作される。図３Ｂを参照。プロセスのこの過程は、廃水が生物処理される過程である。例えば、下に説明されるように、ＳＢＲ１０は、硝化／脱硝プロセス又は硝化のみのプロセスを実行するように採用できる。いずれの場合、ＢＯＤを廃水から除去できる。反応過程の間、デカントバルブは閉鎖され、タンク１２又は１４のいずれかが曝気されてもよい。
【００２４】
反応過程の後、ＳＢＲ１０は沈降過程で操作される。混合と曝気はオフにされ、デカントバルブは閉鎖されている。バイオフィルム担体１６は比較的に重く、すなわち、沈下式であり、懸濁されたバイオマスと伴って沈降する。図３Ｃに示されるように、タンク１４におけるバイオフィルム担体１６はタンク１４の底に沈降する。フロックを含む汚泥層が、沈降したバイオフィルム担体１６の上に形成される。典型的なプロセスにおいて、汚泥層と沈降したバイオフィルム担体１６は、タンク１４の体積の約５０〜７５％を占める。典型的なプロセスにおいて、タンク１２における汚泥層だけがタンク１の体積の約４０〜７０％を占める。通常のＳＢＲタンクが比較的大きいため、メディアの充填パーセントは一般に３０％を超えないべきである。通常、メディアの充填パーセントは約１０％〜約２０％であるべきである。
【００２５】
図３Ｄは、デカント過程を図示する。混合と曝気はオフであり、デカントバルブは解放されている。この実施形態において、浮上入口３４は第２タンク１４に配置され、図３Ｃに示される処理された上澄部がデカントされる。一部の場合、タンク１２と１４の両方に浮上入口と流出ラインを採用することにより、タンク１２と１４の両方を同時にデカントできる。一般的に、両方のタンクから処理された廃水を引き出すために、１つのタンクからデカントすることは効率であると考えられている。
【００２６】
上記説明した通り、ＳＢＲ１０は、硝化／脱硝と硝化のみなど、様々な生物学的廃水処理を実行するために使用できる。ＳＢＲ１０がどのように硝化／脱硝プロセスを実行するかを検討すると有利である可能性がある。この場合、懸濁バイオマスはタンク１２に保持される。バイオフィルム担体１６と懸濁バイオマスの両方がタンク１４に保持される。固定バイオマスがバイオフィルム担体１６に支持される。充填過程の間、タンク１２へ廃水が導かれ、そしてタンク１２から廃水は開口部２０を通ってタンク１４へ移動する。タンク１４は爆気される一方、タンク１２には空気が提供されない。一般的に、タンク１２は無酸素条件で維持される一方、タンク１４は好気性条件下で維持される。充填プロセスの間、タンク１２に導かれる廃水におけるＢＯＤもしくはＢＯＤの実質的な部分が充填プロセスの間に除去されることに留意されたい。通常、一部の実施形態において、ＢＯＤの少なくとも３０％が第２タンク１４に到達する前に廃水から除去される。通常、ＢＯＤの約３０％から約５０％が第２タンク１４に到達する前に除去される。一般に、易生分解性ＣＯＤの全部又は実質的に全部は、廃水が第２タンク１４に到達する前に、第１タンク１２で除去される。ＢＯＤ濃度の低下と易生分解性ＣＯＤの除去は、比較的に小さい体積で達成できる。例えば、１つの実施形態において、第１タンク１２の体積は、反応器の全体積の１０〜３０％であってもよい。この点の有意性は、後で説明する。よって、充填過程の間でさえ、タンク１４は硝化プロセスを実行する。すなわち、タンク１４における廃水中のアンモニアは、タンク１４におけるバイオマスにより硝酸塩と亜硝酸塩に変換される。硝化プロセスの実質的な部分は、バイオマスが硝化プロセスに関しては特に効率的であるため、バリア１６上に支持されるバイオマスにより実行される。充填過程の間でさえ無酸素条件下で動作するタンク１２は、脱硝を実行する。すなわち、タンク１２の懸濁バイオマスは硝酸塩と亜硝酸塩を窒素ガスに変換する。これは、タンク１４で硝化される廃水の一部はライン３２を介して第２タンク１４から第１タンク１２へリサイクルためである。統合固定フィルム活性汚泥プロセスを利用するこの単純な硝化及び脱硝プロセスは、反応過程へ拡張される。充填の間に起きたように、反応過程において、第２タンク１４におけるバイオフィルム担体１６に支持されるバイオマスは硝化プロセスを実行し、タンク１４で消化された廃水の一部は無酸素条件下で動作されるタンク１２へリサイクルされ、そこの廃水が脱硝される。
【００２７】
反応過程の後、上記のようにＳＢＲ１０は沈降モード及びデカントモードにおいて動作される。硝化／脱硝プロセスにおいて、ＢＯＤの全部もしくは実質的に全部（つまり、流入物におけるＢＯＤの少なくとも約３０％）が硝化タンク１４に入る前に、廃水より除去されるようにプロセスを設計することが有利であり得る。これにより、独立栄養微生物が増殖可能になり、優位を占めるようになり、よって、全体的な硝化効率が向上する。よって、上に例示する硝化／脱硝プロセスにおいて、廃水が硝化タンク１４に到達する前に、タンク１２における廃水中のＢＯＤを除去することが有利である。
【００２８】
略図は、タンク１２と１４は一般に等体積を含むことを示すように見えるが、一部のプロセスにおいて、１つのタンクは別のタンクより大きい体積を有してもよいことに留意されたい。例えば、上記記載の硝化／脱硝プロセスにおいて、一部の場合には、第１タンク１２よりも硝化タンク１４に大きい体積を提供するほうが有利であることが考えられている。これは、脱硝に比較して、効率的に硝化するためにより大きい体積が必要である可能性があるためである。
【００２９】
ＳＢＲ１０はまた、流入排水からリン酸塩を除去できる。例えば、上記の硝化／脱硝プロセスにおいて、タンク１２は一般に無酸素性条件下で動作する。つまり、そのタンクの中の微生物には、利用可能な硝酸塩と亜硝酸塩が存在する。しかし、タンク１２における硝酸塩と亜硝酸塩が枯渇されるように、全体のプロセスを制御可能である。これが起きた場合、タンク１２は嫌気性条件下で動作し始め、これは脱リンに適している。
【００３０】
ここで記載されたものは、２段階のＩＦＡＳ ＳＢＲである。１段階の従来ＳＢＲに比べて、２段階のＩＦＡＳ ＳＢＲには多数の利点がある。次に、この２つのＳＢＲシステムを、硝化のみのプロセスと、硝化／脱硝プロセスに関して比較する。
【００３１】
硝化のみ
従来のＳＢＲと２段階のＩＦＡＳ ＳＢＲは、次の性質を有する一般の家庭下水を処理するように設計されている。
CBODINF = 250 mg/L; TSSINF = 250 mg/L; TKNINF = 40 mg/L; TINF = 8°C
標的流出物の特徴は、
CBODEFF = 10 mg/L; TSSEFF = 10 mg/L; NH4EFF = 1.0 mg/L; N03EFF = なし
硝化用の従来のＳＢＲは、１つの好気性過程に加え沈降、デカントで、１つの反応器を使用する。２段階のＩＦＡＳ ＳＢＲは２つのゾーンを利用し、双方は好気性条件下にある。第１ゾーンは非メディア、活性汚泥のみのゾーンであり、第２ゾーンはバイオフィルム担体で満たされている。通常のデザインは、２段階のＩＦＡＳシステムの特徴を示すように、下記表１にまとめられている。ＩＦＡＳ ＳＢＲの第１ゾーンは、流入物における易生分解性有機体を除去するためにサイズが決められ、よって第２ゾーンのバイオフィルム担体におけるアンモニア表面除去率が向上される。
【００３２】
［表１]
2017514681.tif 000003
【００３３】
硝化／脱硝
従来のＳＢＲと２段階ＩＦＡＳ ＳＢＲは、下記の性質を有する一般の家庭下水を処理するように設計されている。
CBODINF = 250 mg/L; TSSINF = 250 mg/L; TKNINF = 40 mg/L; TINF = 8°C
標的流出物の特徴は、
CBODEFF = 10 mg/L; TSSEFF = 10 mg/L; NH4EFF = 1.0 mg/L; N03EFF = 8.0 mg/L
硝化及び脱硝用の従来のＳＢＲは、無酸素性過程と酸素性（好気性）過程に加え、沈降、デカントで、１つの反応器を使用する。２段階ＩＦＡＳ ＳＢＲは、第１ゾーンを無酸素性条件下で使用し、第２ゾーンを好気性又は酸素性条件下で使用する。第１ゾーンは非メディア、活性汚泥のみのゾーンであり、第２ゾーンはバイオフィルム担体で満たされている。
典型的なデザインは、２段階のＩＦＡＳシステムの特徴を示すように、下記表２にまとめられている。ＩＦＡＳ ＳＢＲの第１ゾーンは、流出物の硝酸塩要件を満たすようにサイズが決められ、よって第２ゾーンのメディア担体におけるアンモニア除去率が向上される。
【００３４】
[表２]
2017514681.tif 000004
【００３５】
硝化／脱硝応用の場合、従来のＳＢＲは、脱硝に必要な再循環率(R = Vo/VF = 3 又は 4)を実現するために、反応器の総合体積を増加させる必要があり得る。これは、従来のＳＢＲは短いサイクル時間で動作することが必要であることを意味する。再循環を併せた本発明のＩＦＡＳ ＳＢＲは、この要件を省く。より厳重な流出物要件に関しては、従来のＳＢＲもここに記載するＩＦＡＳ ＳＢＲも、短いサイクルで動作する。この場合、本発明のＩＦＡＳ ＳＢＲは、従来のＳＢＲより望ましい。
【００３６】
本発明は、既存のＳＢＲの改造にも関する。上記説明したように、既存するＳＢＲの多くは、設計キャパシティ、もしくはそれに近い。このようなＳＢＲは、１つのタンク、又は一部の場合、複数のタンクを含む。本発明は、このようなタンクを部分化し、２つのタンク又は一対のタンクで実行する統合固定フィルム活性汚泥プロセスを提供することを図る。すなわち、既存のタンクに、事実上１つのタンク又は槽から２つのタンク又は槽を形成する、開口部を含む壁を提供する。部分化されたタンクの１つは、バイオフィルム担体１６を収容するように具体的に設計され、一方別のタンクは懸濁バイオマスに依存するプロセスを実行するように設計されている。これは、新しいタンクの建設を必要とせず、かつＳＢＲのフットプリントを拡大せずに、既存のＳＢＲにおける生物学的処理の効率を増加させる。これは、ここに記載するＩＦＡＳ ＳＢＲプロセスは、従来のＳＢＲプロセスに比較して、単位面積を基準に、廃水を生物学的に処理する能力が高いためである。
【００３７】
本発明は、当然、本発明の本質的な特徴から離れることなく、本明細書に具体的に記載された方法以外の方法で実施されてもよい。本実施形態は、全ての側面に関しては図示的であり、限定的ではないと理解され、添付の請求項の意味と均等範囲内における変更が包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥（ＩＦＡＳ: Integrated Fixed Film Activated Sludge)連続バッチ反応器（ＳＢＲ: Sequencing Batch Reactor）における廃水処理方法であり、前記方法は、
前記ＳＢＲの前記第１のタンクと前記第２のタンクを同時に処理する廃水で充填する工程と、
前記第１のタンクの中の前記廃水を、懸濁バイオマスで生物学的に処理すると同時に、前記第２のタンクの前記廃水を、前記廃水を処理するために可動バイオフィルム担体に支持されるバイオマスを利用するＩＦＡＳ生物学的プロセスを用いて処理する工程と、
前記タンクの少なくとも１つにバラストを注入する工程と、
前記タンクの少なくとも１つにおいて、懸濁フロックと前記バラストを同時に沈降させる工程であって、前記懸濁フロックの少なくとも一部が前記バラストに付着することにより、前記フロックの沈降率を促進する間に、前記第２のタンクの中の前記可動バイオフィルム担体を沈降させる工程と、
同時に前記第１のタンクと第２のタンクを、そこから処理された廃水を除去するためにデカントする工程と、
前記１つ以上のタンクから前記バラストと付着した懸濁フロックを除去し、前記懸濁フロックからバラストを分離し、前記分離したバラストの少なくとも一部を、前記タンクの少なくとも１つへリサイクルする工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記懸濁バイオマスで前記第１のタンクの中の前記廃水を生物学的に脱硝すること、前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスとを用いることにより前記第２のタンクの中の前記廃水を硝化すること、及び前記第２のタンクからの前記廃水の少なくとも一部を前記第１のタンクへリサイクルすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可動バイオフィルム担体は、前記第２のタンクにのみ収容される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
流体接続されている第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器における廃水処理方法であり、前記方法は、
前記第１のタンクと前記第２のタンクを同時に前記廃水で充填する工程と、
統合固定フィルム活性汚泥プロセスを使用して前記連続バッチ反応器の中の前記廃水を生物学的に処理する工程であって、前記プロセスは、
ｉ．前記第１のタンクの中の前記廃水を、懸濁バイオマスで生物学的に処理するステップと、
ｉｉ．前記第２のタンクの中の前記廃水を、前記第２のタンクに収容される可動バイオフィルム担体に支持されるバイオマスで生物学的に処理するステップとを含む工程と、
前記懸濁バイオマスと前記バイオフィルム担体を同時に沈降させる工程と、
前記連続バッチ反応器の前記第１と第２のタンクの中の前記廃水を同時にデカントする工程とを含む、方法。
【請求項５】
前記バイオフィルム担体は、前記連続バッチ反応器の前記第２のタンクにのみ収容される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のタンクの中の前記廃水を、前記懸濁バイオマスで脱硝する工程と、
前記第２のタンクの中の前記廃水を、前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスを用いることにより硝化する工程と、及び
前記第２のタンクの中の前記廃水の少なくとも一部を、前記第１のタンクへリサイクルする工程と、を含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記廃水からＢＯＤを除去するために前記第１のタンクに前記懸濁バイオマスを用いること、及び前記第２のタンクの中にある前記バイオフィルム担体に支持される前記バイオマスと懸濁バイオマスを用いて前記廃水を硝化することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第１と第２のタンクを同時に充填、沈降、及びデカントすることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
廃水を処理するための装置であって、第１のタンクと第２のタンクを有する統合固定フィルム活性汚泥連続バッチ反応器を含み、前記第１のタンクと前記第２のタンクは壁により隔たれ、前記第１のタンクと前記第２のタンクは流体接続され、前記第１のタンクの中に懸濁バイオマスが収容され、前記第２のタンクの中にバイオマスを支持するための可沈式バイオフィルム担体が収容され、及び少なくとも前記第２のタンクを爆気するための曝気デバイスを含み、前記連続バッチ反応器におけるフロックの沈降を向上させるために、不溶解性の顆粒状粒子の形式でバラストを前記連続バッチ反応器へ注入させるために、前記連続バッチ反応器にバラスト化した凝集システムを導入することを含む、装置。
【請求項１０】
前記第１のタンクはバイオフィルム担体を含まない、請求項９に記載の装置。
【国際調査報告】
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