(57)【要約】  廃水処理のプロセス及びシステムが記載されている。本発明は、廃水処理により生成される汚泥を分解して、汚泥の脱水及び処分の必要性を削減又は排除する。本発明はまた、好気性廃水処理プロセスを維持するために必要な栄養添加物の量も減らす。１つの実施形態において、本発明は、（ａ）廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップと、（ｂ）汚泥の供給を、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、（ｃ）処理済み汚泥の供給を好気性処理システムへと移送するステップと、（ｄ）処理済み汚泥の供給を好気性処理システム内で実質的に分解するステップと、を含む。プロセスは、好気性処理システムにより生成された活性汚泥及び／又は廃水から取り出された最初沈殿汚泥を好気性処理システムの上流で処理するように構成されてもよい。処理済み汚泥は、任意選択により、嫌気的に消化され、その後、好気性処理システムに運ばれてもよい。汚泥処理は、好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニットの中で行われてもよい。特定の実施形態において、汚泥処理ユニットは、汚泥中に存在する細胞物質を溶解及び液化するための高圧ノズル又はその他の装置もしくは方法を含んでいてもよい。
2016511693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水の処理により生成される汚泥を分解するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、前記好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニットの中で、前記汚泥中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記処理済み汚泥の供給を、前記廃水との同時消化のために、前記汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムに移送するステップであって、前記処理済み汚泥が、前記汚泥処理ユニットの下流での脱水又は固形物除去を行わずに前記好気性処理システムに移送されるステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システム内で、前記廃水との同時消化により実質的に分解し、前記汚泥を分解するために、前記好気性処理システムとは別の専用の反応器を不要とするステップと、
を含み、
前記好気性処理システム内で分解された前記処理済み汚泥中に存在する微粒子固形物の正味質量が、前記好気性処理システムにより生成された好気性汚泥中に存在する微粒子固形物の正味質量と近似しており、それによって前記プロセスの動作中に前記好気性処理システム内の微粒子固形物の正味の堆積が実質的に回避されるプロセス。
【請求項２】
前記汚泥が実質的に、前記プロセスの動作中に前記好気性処理システムにより生成された好気性汚泥を含み、前記好気性汚泥の実質的に全部に前記処理、移送、及び分解が行われ、それによって前記好気性汚泥の脱水又は処分の必要性が実質的に回避される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記好気性処理システムが、前記廃水の前記供給及び前記処理済み汚泥の前記供給を連続的又は半連続的に受け取る、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記処理の前に前記汚泥中に存在する非生分解性のごみを除去するステップを含む、請求項１〜３の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記廃水の前記システム内での水理学的滞留時間が、廃水の前記供給の流入速度に対応し、前記滞留時間を実質的に変えることなく、前記好気性処理システム内での前記処理済み汚泥の分解が前記プロセスの動作中に行われる、請求項１〜４の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記好気性処理システム内の処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間は３６時間未満である、請求項１〜５の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記好気性処理システム内の処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間は２４時間未満である、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記好気性処理システム内の処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間は１２時間未満である、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記好気性処理システム内の処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間は８時間未満である、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記汚泥は前記廃水から除去された最初沈殿汚泥を含む、請求項１〜９の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記処理済み汚泥の前記供給を、前記好気性処理システムに移送する前記ステップの前に嫌気的に処理するステップをさらに含む、請求項１〜１０の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記処理済み汚泥は、嫌気性処理の後に前記好気性処理システムに直接移送される、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記好気性汚泥は、返送汚泥（ＲＡＳ）及び余剰汚泥（ＷＡＳ）を含み、前記ＷＡＳの実質的部分が前記汚泥処理ユニット内で処理されて、前記処理済み汚泥として前記好気性処理システムに移送される、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記ＷＡＳの実質的に全部が前記汚泥処理ユニット内で処理されて、前記処理済み汚泥として前記好気性処理システムに移送され、それによって前記ＷＡＳの脱水又は処分の必要性が実質的に回避される、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記好気性処理システムは好気性処理装置及び液固分離装置を含み、前記汚泥処理ユニットは前記分離槽と流体連通して、そこから連続的に好気性汚泥を受け取る、請求項１〜１３の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記汚泥中に存在する微生物細胞の実質的な割合が前記汚泥処理ユニット内で溶解される、請求項１〜１５の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記汚泥は前記汚泥処理ユニット内で実質的に液化される、請求項１〜１６の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記汚泥は前記汚泥処理ユニット内で高圧ノズルを通過させられて、前記汚泥内に存在する細胞が実質的に溶解される、請求項１６又は１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記好気性処理システム及び前記汚泥処理ユニットと流体連通する嫌気性消化装置を提供するステップを含み、前記汚泥中に存在する物質は前記汚泥処理ユニット、前記嫌気性消化装置、及び前記好気性処理装置を複数回循環される、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記汚泥の供給を処理する前記ステップの前に前記汚泥を濃縮するステップを含む、請求項１〜１９の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記好気性処理装置は、活性汚泥反応器、ＵＮＯＸ（登録商標）廃水処理システム、散水ろ床、曝気槽、オキシデーションディッチ、回転円板接触装置、連続バッチ式反応器、膜型バイオリアクタ、及び懸濁媒質システムからなる群から選択され、前記液固分離装置は、沈殿槽、膜、及びフィルタからなる群から選択される、請求項１〜２０の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記好気性処理システムの上流にある液固分離装置内で前記廃水から前記最初沈殿汚泥を除去するステップを含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記最初沈殿汚泥から非消化性微粒子物質を除去するステップを含む、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記最初沈殿汚泥を濃縮するステップを含む、請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理ステムに移送する前に、前記処理済み汚泥から、栄養分及び重金属からなる群から選択される化合物を除去するステップを含む、請求項１〜２４の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記栄養分は窒素又はリンの含有量の高い化合物を含む、請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記汚泥の前記供給を処理する前記ステップは、前記汚泥に対して、加圧、加熱、化学薬品の添加、生化学物質の添加、電気穿孔、マイクロ波、キャビテーション、超音波又はせん断力からなる群から選択される処理を行うステップを含む、請求項１〜２６の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記好気性処理システムに移送される処理済み汚泥の前記供給の実質的に全部が、前記好気性処理システム内で、その中に存在する微生物の固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）を大きく減少させずに分解される、請求項１〜２７の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記好気性処理システムは、好気性汚泥及び処理水を生成し、前記プロセスは、前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへの好気性汚泥の流れを調整して、前記好気性処理システム内に存在する微生物のために前記処理済み汚泥内の栄養分供給を提供し、その一方で、前記処理水の全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度を閾値未満に保持するステップを含む、請求項１〜２８の何れか１項に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへと移送される前記好気性汚泥の前記流れを調整して、前記好気性処理システム内に存在する微生物のために前記処理済み汚泥内に栄養分供給を提供し、その一方で、前記液固分離装置の汚泥容量指標（ＳＶＩ）を閾値未満に保持するステップを含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項３１】
排水供給から得られた廃水を処理する廃水処理システムにおいて、
（ａ）前記排水供給からの廃水を受け取る好気性処理システムであって、処理水及び好気性汚泥を生成する好気性処理システムと、
（ｂ）前記好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニットであって、前記汚泥の前記供給中に存在する微生物細胞を破壊し、それによって未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大された処理済み汚泥を生成する汚泥処理ユニットと、
（ｃ）前記汚泥を前記汚泥処理ユニットに運ぶ前に、前記廃水又は前記汚泥から非生分解性の微粒子物質を除去するごみ除去システムと、
（ｄ）前記処理済み汚泥を前記汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムへと移送して、前記好気性処理システム内の固形物の正味の堆積を実質的に回避するのに十分な速度で前記廃水と同時消化させる汚泥流路であって、前記流路は前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに、前記汚泥処理ユニットの下流での脱水又は固形物除去を行わずに移送する汚泥流路と、
を含む廃水処理システム。
【請求項３２】
前記汚泥処理ユニットの下流にある、前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに移送する前に前記処理済み汚泥を嫌気的に消化する嫌気性消化装置を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記好気性処理システムは、好気性処理装置及び液固分離装置を含む、請求項３１又は３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記好気性処理装置は、活性汚泥反応器、ＵＮＯＸ（登録商標）廃水処理システム、散水ろ床、曝気槽、オキシデーションディッチ、回転円板接触装置、連続バッチ式反応器、膜
型バイオリアクタ、及び懸濁媒質システムからなる群から選択され、前記液固分離装置は、沈殿槽、膜、及びフィルタからなる群から選択される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記嫌気性消化装置の出口は前記好気性処理システムの入口に直接接続され、前記処理済み汚泥には、前記嫌気性消化装置と前記好気性処理システムとの間の前記汚泥流路内で脱水又は固形物除去が行われない、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記廃水を前記好気性処理システムに運ぶ前に、前記廃水から最初沈殿汚泥を除去する最初液固分離装置を含む、請求項３１〜３５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記ごみ除去システムは、前記廃水を前記好気性処理システムに運ぶ前に、前記廃水から少なくともいくつかの種類の非消化性の微粒子物質を除去する第一のごみ除去装置を含む、請求項３１〜３６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記汚泥を前記汚泥処理ユニットに運ぶ前に、前記汚泥中に存在する非消化性の微粒子物質を除去する第二のごみ除去システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記汚泥処理ユニットの上流に、前記汚泥を濃縮する濃縮装置を含む、請求項３１〜３８の何れか１項に記載のシステム。
【請求項４０】
（ａ）前記最初液固分離装置から前記最初沈殿汚泥の少なくとも一部を受け取り、前記最初沈殿汚泥の前記少なくとも一部の中に存在する微生物細胞を破壊し、それによって未処理の最初沈殿汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大された処理済み最初沈殿汚泥を生成する最初沈殿汚泥処理ユニットと、
（ｂ）前記処理済み最初沈殿汚泥を前記最初沈殿汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムに運ぶ最初沈殿汚泥流路と、
を含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４１】
前記最初沈殿汚泥処理ユニットの上流の、前記最初沈殿汚泥を濃縮する濃縮装置を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記処理済み最初沈殿汚泥を前記好気性処理システムに運ぶ前に、前記処理済み最初沈殿汚泥を嫌気的に処理する嫌気性消化装置を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４３】
前記汚泥処理ユニットは、前記汚泥を実質的に液化する高圧ノズルを含む、請求項３１〜４１の何れか１項に記載のシステム。
【請求項４４】
前記最初沈殿汚泥処理ユニットは、前記最初沈殿汚泥の前記少なくとも一部を実質的に液化する高圧ノズルを含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４５】
前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに移送する前に、前記処理済み汚泥から栄養分及び重金属からなる群から選択された化合物を回収する化合物回収装置を含む、請求項３１〜４４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへと運ばれる前記汚泥の前記供給の量を、前記処理水の全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度及び前記液固分離装置の汚泥量指標（ＳＶＩ）からなる群から選択される測定パラメータに応答して変化させる調整可能制御手段を含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項４７】
前記汚泥処理ユニットは、前記最初沈殿汚泥処理ユニットを含み、前記最初沈殿汚泥は嫌
気性汚泥の前記供給と混合される、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４８】
排水供給から受け取った廃水を処理するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水を好気性処理システム内で好気的に処理し、処理水及び好気性汚泥を生成するステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を前記好気性処理システムから汚泥処理ユニットへと移送するステップと、
（ｃ）前記汚泥の前記供給中に存在する微生物細胞を前記汚泥処理ユニット内で破壊して、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の供給を前記好気性処理システムに移送するステップと、
（ｅ）前記好気性処理システム内で処理済み汚泥の前記供給の中に存在する固形物を実質的に分解するステップと、
を含み、
前記好気性処理システム内で分解された処理済み汚泥の前記供給中に存在する固形物の正味質量は前記好気性汚泥中に存在する、前記好気性処理システムにより生成された固形物の正味質量と近似し、それによって前記プロセスの動作中に前記好気性処理システム内の固形物の正味の堆積が実質的に回避されるプロセス。
【請求項４９】
前記好気性汚泥は余剰汚泥（ＷＡＳ）を含み、前記好気性処理システムにより生成された前記ＷＡＳの少なくとも実質的部分が前記汚泥処理ユニットに移送され、その後、前記好気性処理システムに処理済み汚泥として移送される、請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記好気性処理システムにより生成された前記ＷＡＳの実質的に全部が前記汚泥処理ユニットに移送され、その後、前記好気性処理システムに前記処理済み汚泥として移送される、請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記プロセスは連続的又は半連続的に動作し、前記好気性処理システム内での前記処理済み汚泥の水理学的滞留時間は１２時間未満である、請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記処理済み汚泥の供給の全部が前記好気性処理システム内で分解される、請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５３】
排水供給から受け取った廃水を処理するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水を好気性処理システム内で好気的に処理し、処理水及び汚泥を生成するステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固液が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記好気性処理システム内で前記処理済み汚泥を分解するステップと、
を含み、
前記好気性処理システムにより生成された前記汚泥の総量の少なくとも実質的部分が前記処理済み汚泥に変換され、前記処理済み汚泥はその後、前記好気性処理システム内で実質的に分解されるプロセス。
【請求項５４】
前記汚泥の前記供給内に存在する前記微生物細胞の実質的部分が、前記好気性処理ユニット内で前記処理済み汚泥が分解される前に破壊される、請求項５３に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記処理済み汚泥の実質的に全部が前記好気性処理システム内で分解され、前記好気性処理システム内で固形物が実質的に堆積せずに、前記プロセスが連続的に動作可能である、
請求項５３に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記好気性処理システムは液固分離装置を含み、前記プロセスは、前記処理水の全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度及び前記分離装置の汚泥容量指標（ＳＶＩ）を所定の閾値未満に保持しながら動作可能である、請求項５３に記載のプロセス。
【請求項５７】
排水供給から受け取った廃水を処理するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水を好気性処理システム内で好気的に処理し、処理水及び好気性汚泥を生成するステップと、
（ｂ）前記好気性処理システムからの前記好気性汚泥の供給を汚泥処理ユニット内で処理し、前記好気性汚泥の前記供給中に存在する微生物細胞を破壊し、それによって未処理の汚泥と比較して液固液が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、（ｃ）前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに移送するステップであって、余剰汚泥（ＷＡＳ）の少なくとも実質的部分が前記処理済み汚泥として前記好気性処理システムに移送されるステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の実質的に全部を前記好気性処理システム内で分解するステップと、
を含むプロセス。
【請求項５８】
前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに移送する前に、前記処理済み汚泥を嫌気的に処理するステップを含む、請求項５７に記載のプロセス。
【請求項５９】
前記好気性汚泥を前記汚泥処理ユニット内で処理する前に、前記好気性汚泥を嫌気的に処理するステップを含む、請求項５７に記載のプロセス。
【請求項６０】
廃水の処理により生成される汚泥を分解するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップであって、前記廃水の前記システム内での水理学的滞留時間が前記供給の流入速度に対応するステップと、
（ｂ）前記汚泥から、その中に存在する非生分解性のごみの実質的に全部を除去するステップと、
（ｃ）前記汚泥の供給を、前記ごみを除去した後に、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の供給を、前記廃水との同時消化のために前記好気性処理システムに移送するステップと、
（ｅ）前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システム内で、前記プロセスの動作中に前記好気性処理システム内での固形物の正味の堆積を実質的に回避するのに十分な速度で、前記水理学的滞留時間を実質的に変化させることなく、前記廃水との同時消化によって実質的に分解するステップと、
を含み、
前記プロセスにより分解された前記処理済み汚泥中に存在する固形物の正味質量が、前記廃水の処理により生成された固形物の正味質量と近似しているプロセス。
【請求項６１】
廃水の処理により生成される汚泥を分解するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップであって、前記汚泥が前記好気性処理システムにより生成された好気性汚泥を含むステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固液が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記処理済み汚泥の供給を前記好気性処理システムに移送するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システム内で実質的に分解するステップと、
を含み、
前記好気性処理システムは前記廃水の前記供給及び前記処理済み汚泥の前記供給を受け取り、
前記好気性処理システム内で分解された前記処理済み汚泥中に存在する固形物の正味質量が前記好気性処理システムにより生成された前記好気性汚泥中に存在する固形物の正味質量と近似し、それによって前記プロセスの動作中の前記好気性処理システム内での固形物の正味の堆積が実質的に回避されるプロセス。
【請求項６２】
廃水の処理により生成される汚泥を分解するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、前記好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニット内で、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記処理済み汚泥の供給を前記好気性処理システムに移送するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システム内で実質的に分解するステップと、
を含み、
前記処理済み汚泥の前記供給が、前記汚泥処理ユニットの下流の脱水又は固形物除去が行われずに、前記好気性処理システムに移送されるプロセス。
【請求項６３】
廃水の処理により生成される汚泥を分解するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、その中に存在する微生物細胞を破壊することによって処理し、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記処理済み汚泥の供給を前記好気性処理システムに移送するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システム内で実質的に分解するステップと、
を含むプロセス。
【請求項６４】
前記好気性処理システムは、
（ａ）前記廃水の前記供給と、
（ｂ）前記処理済み汚泥の前記供給と、
を受け取り、
前記処理済み汚泥を分解する前記ステップは、前記プロセスの動作中の前記好気性処理システム内の汚泥由来の固形物の堆積速度を制限する、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記好気性処理システムは、前記廃水の前記供給及び前記処理済み汚泥の前記供給を連続的又は半連続的に受け取る、請求項６４に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記好気性処理システム内での処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間が３６時間未満である、請求項６５に記載のプロセス。
【請求項６７】
前記好気性処理システム内での処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間が２４時間未満である、請求項６６に記載のプロセス。
【請求項６８】
前記好気性処理システム内での処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間が１２時間未
満である、請求項６７に記載のプロセス。
【請求項６９】
前記好気性処理システム内での処理済み汚泥の前記供給の水理学的滞留時間が８時間未満である、請求項６８に記載のプロセス。
【請求項７０】
前記汚泥は前記好気性処理システムにより生成された好気性汚泥を含む、請求項６４に記載のプロセス。
【請求項７１】
前記好気性処理システム内で分解された前記処理済み汚泥中に存在する固形物の正味質量は前記好気性処理システムにより生成された前記好気性汚泥中に存在する固形物の正味質量と近似し、それによって前記プロセスの動作中の前記好気性処理システム内の固形物の正味の堆積が実質的に回避される、請求項７０に記載のプロセス。
【請求項７２】
前記汚泥は前記廃水から除去された最初沈殿汚泥を含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項７３】
前記汚泥の前記供給は、前記好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニット内で処理される、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項７４】
前記処理済み汚泥は、前記プロセスの動作中に、前記汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムに連続的又は半連続的に移送される、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項７５】
前記処理済み汚泥の前記供給を、前記好気性処理システムに移送する前記ステップの前に嫌気的に処理するステップをさらに含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項７６】
前記汚泥は、前記廃水の処理により生成される好気性汚泥及び最初沈殿汚泥からなる群から選択される、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項７７】
前記好気性汚泥は返送汚泥（ＲＡＳ）及び余剰汚泥（ＷＡＳ）を含み、前記ＷＡＳの実質的部分及び任意選択により一部のＲＡＳが前記汚泥処理ユニットの中で処理され、前記好気性処理システムに前記処理済み汚泥として移送される、請求項７６に記載のプロセス。
【請求項７８】
前記ＷＡＳの実質的に全部が前記汚泥処理ユニット内で処理されて、前記好気性処理システムに前記処理済み汚泥として移送され、それによって前記ＷＡＳの脱水又は処分の必要性が実質的に回避される、請求項７７に記載のプロセス。
【請求項７９】
前記好気性処理システムは好気性処理装置及び液固分離装置を含み、前記汚泥処理ユニットは前記分離装置と流体連通して、そこから好気性汚泥を連続的に受け取る、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項８０】
前記処理済み汚泥は、嫌気性処理の後に前記好気性処理システムに直接移送される、請求項７５に記載のプロセス。
【請求項８１】
前記処理済み汚泥の前記供給は、前記汚泥処理ユニットの下流での脱水又は固形物除去が行われずに前記好気性処理システムに移送される、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項８２】
前記汚泥内に存在する微生物細胞の実質的部分が前記汚泥処理ユニット内で溶解される、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項８３】
前記汚泥が前記汚泥処理ユニット内で実質的に液化される、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８４】
前記汚泥が前記汚泥処理ユニット内で高圧ノズルを通過させられて、前記汚泥内に存在する細胞が実質的に溶解される、請求項８３に記載のプロセス。
【請求項８５】
前記好気性処理システム及び前記汚泥処理ユニットと流体連通する嫌気性消化装置を提供するステップを含み、前記汚泥内に存在する物質は、前記汚泥処理ユニット、前記嫌気性消化装置、及び前記好気性処理装置を複数回循環される、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項８６】
前記汚泥を、前記汚泥の供給を処理する前記ステップの前に濃縮するステップを含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項８７】
前記汚泥の供給を処理する前記ステップの前に、前記汚泥から非消化性の微粒子物質を除去するステップを含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項８８】
前記好気性処理装置は、活性汚泥反応器、ＵＮＯＸ（登録商標）廃水処理システム、散水ろ床、曝気槽、オキシデーションディッチ、回転円板接触装置、連続バッチ式反応器、膜型バイオリアクタ、及び懸濁媒質システムからなる群から選択され、前記液固分離装置は、沈殿槽、膜、及びフィルタからなる群から選択される、請求項７９に記載のプロセス。
【請求項８９】
前記好気性処理システムの上流にある液固分離装置内で前記廃水から前記最初沈殿汚泥を除去するステップを含む、請求項７２に記載のプロセス。
【請求項９０】
前記最初沈殿汚泥から非消化性微粒子物質を除去するステップを含む、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９１】
前記最初沈殿汚泥を濃縮するステップを含む、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９２】
前記汚泥の前記供給を処理するステップは、前記最初沈殿汚泥の第一の供給を処理するステップと、前記好気性汚泥の第二の供給を処理するステップと、を含み、前記好気性処理システムに移行された前記処理済み汚泥の前記供給は前記第一及び前記第二の供給から得られる、請求項７６に記載のプロセス。
【請求項９３】
前記処理済み汚泥の前記供給を前記好気性処理システムに移行する前に、前記処理済み汚泥から化合物を除去するステップを含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項９４】
前記化合物は、栄養分及び重金属からなる群から選択される、請求項９３に記載のプロセス。
【請求項９５】
前記汚泥の前記供給を処理する前記ステップは、前記汚泥に対して、加圧、加熱、化学薬品の添加、生化学物質の添加、電気穿孔、マイクロ波、キャビテーション、超音波又はせん断力からなる群から選択された処理を行うステップを含む、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項９６】
前記好気性処理システムに移送された処理済み汚泥の前記供給の実質的に全部が、その中に存在する微生物の固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）を大きく低下させることなく、前記好気性処理システム内で分解される、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項９７】
前記好気性処理システムは好気性汚泥及び処理水を生成し、前記プロセスは、前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへの好気性汚泥の流れを調整して、前記好気性処理システム内に存在する微生物のために前記処理済み汚泥の中に栄養分供給を提供し、そ
の一方で、前記処理水の全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度を閾値未満に保持するステップを含む、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項９８】
前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへと移送される前記好気性汚泥の前記流れを調整して、前記好気性処理システム内に存在する微生物のために前記処理済み汚泥の中に栄養分供給を提供し、その一方で、前記液固分離装置の汚泥容量指標（ＳＶＩ）を閾値未満に保持するステップを含む、請求項７９に記載のプロセス。
【請求項９９】
前記処理済み汚泥の前記供給の前記好気性処理装置内での水理学的滞留時間は１２時間未満である、請求項７９に記載のプロセス。
【請求項１００】
排水供給から得られた廃水を処理する廃水処理システムにおいて、
（ａ）前記排水供給から廃水を受け取る好気性処理システムであって、処理水及び好気性汚泥を生成する好気性処理システムと、
（ｂ）前記好気性処理システムと流体連通する汚泥処理ユニットであって、前記汚泥の前記供給中に存在する微生物細胞を破壊し、それによって未処理の汚泥と比較して液固液が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成する汚泥処理ユニットと、
（ｃ）前記処理済み汚泥を前記汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムに移送する汚泥流路と、
を含む廃水処理システム。
【請求項１０１】
前記汚泥処理ユニットの下流にあり、前記処理済み汚泥を前記好気性処理システムに移送する前に、前記処理済み汚泥を嫌気的に消化する嫌気性消化装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記好気性処理システムは、好気性処理装置及び液固分離装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０３】
前記好気性処理装置は、活性汚泥反応器、ＵＮＯＸ（登録商標）廃水処理システム、散水ろ床、曝気槽、オキシデーションディッチ、回転円板接触装置、連続バッチ式反応器、膜型バイオリアクタ、懸濁媒質システムからなる群から選択され、前記液固分離装置は、沈殿槽、膜、及びフィルタからなる群から選択される、請求項１０２に記載のシステム。
【請求項１０４】
前記嫌気性消化装置の出口は前記好気性処理システムの入口に直接接続され、前記処理済み汚泥には、前記嫌気性消化装置と前記好気性処理システムとの間の前記汚泥流路内で脱水又は固形物除去が行われない、請求項１０１に記載のシステム。
【請求項１０５】
前記廃水が前記好気性処理システムに運ばれる前に、前記廃水から最初沈殿汚泥を除去する最初液固分離装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記排水が前記好気性処理システムに運ばれる前に前記廃水から少なくとも一部の非消化性の微粒子物質を除去する第一のごみ除去装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記汚泥が前記汚泥処理ユニットに運ばれる前に、前記汚泥の中に存在する非消化性の微粒子物質を除去する第二のごみ除去装置を含む、請求項１０６に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記汚泥処理ユニットの上流の、前記汚泥を濃縮する濃縮装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０９】
（ａ）前記最初液固分離装置から前記最初沈殿汚泥の少なくとも一部を受け取り、前記最
初沈殿汚泥の前記少なくとも一部の中に存在する微生物細胞を破壊し、それによって未処理の最初沈殿汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大している処理済み最初沈殿汚泥を生成する最初沈殿汚泥処理ユニットと、
（ｂ）前記処理済み最初沈殿汚泥を前記最初沈殿汚泥処理ユニットから前記好気性処理システムに運ぶ最初沈殿汚泥流路と、
を含む、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記処理済み最初沈殿汚泥が前記好気性処理システムに運ばれる前に、前記処理済み最初沈殿汚泥を嫌気的に処理する嫌気性消化装置を含む、請求項１０９に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記汚泥処理ユニットは、前記汚泥を実質的に液化する高圧ノズルを含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記最初沈殿汚泥処理ユニットは、前記最初沈殿汚泥の前記少なくとも一部を実質的に液化する高圧ノズルを含む、請求項１０９に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記最初沈殿汚泥処理ユニットの上流の、前記最初沈殿汚泥を濃縮する濃縮装置を含む、請求項１０９に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記処理済み汚泥が前記好気性処理システムに移送される前に、前記処理済み汚泥から化合物を回収する化合物回収装置を含む、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記好気性処理システムから前記汚泥処理ユニットへと運ばれる前記汚泥の前記供給の量を、前記処理水の全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度及び前記液固分離装置の汚泥容量指標（ＳＶＩ）からなる群から選択される測定パラメータに応答して変化させる調整可能制御手段を含む、請求項１０２に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記汚泥処理ユニットは前記最初沈殿汚泥処理ユニットを含み、前記最初沈殿汚泥は、好気性汚泥の前記供給と混合される、請求項１０９に記載のシステム。
【請求項１１７】
汚染された廃水の処理により生成れた汚泥の量を削減するプロセスにおいて、
（ａ）前記廃水の供給を受け取る嫌気性処理システムを提供するステップであって、前記嫌気性処理システム内に存在する微生物が好ましくは、前記微生物の細胞膜及び細胞壁のうちの少なくとも一方の中に前記廃水中に存在する少なくとも１種の汚染物質を取り込むステップと、
（ｂ）前記汚泥の供給を、前記微生物を破壊することによって処理し、前記細胞膜及び細胞壁のうちの少なくとも一方と、前記汚染物質を実質的に含まない前記微生物の細胞質から得られる液体分とを含む処理済み汚泥を生成するステップと、
（ｃ）前記液体分を前記嫌気性処理システムに移送するステップと、
（ｄ）前記処理済み汚泥を処分するステップと、
を含むプロセス。
【請求項１１８】
前記汚染物質がセレンである、請求項１１７に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、廃水処理のためのプロセス及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、廃水処理のための数多くのプロセスとシステムが知られている。従来の二次処理では、微生物を利用して廃水中に存在する有機物を好気的に消化させる。その結果、廃水曝気槽に接続された沈殿槽の中に微生物の塊が汚泥として沈殿する。一般に、この汚泥の一部が、返送汚泥と呼ばれ、曝気槽に再循環されて、好気性処理が持続される。余剰の汚泥は、余剰汚泥と呼ばれ、通常は脱水され、処分される。余剰汚泥の取扱いに伴う費用は相当額となりえ、これには化学ポリマ、脱水装置、及び材料輸送の費用が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
汚泥調質のための生物学的、化学的、及び／又は機械的手段による様々なシステムが先行技術において知られている。このようなシステムは一般に、余剰汚泥の量を有意に減らすために専用の反応器、大量の給気、及び長い滞留時間を必要とする。したがって、多くの先行技術のシステムは、連続的又は半連続的な汚泥処理に適していない。汚泥の取扱いはまた、非生分解性のごみの存在によって制限されることも多い。さらに、一部の先行技術の汚泥調質では、汚泥が下流における嫌気性処理に適さなくなったり、脱水工程が複雑化したりする。したがって、専用の反応器、長い滞留時間、汚泥の脱水、及び好気性処理プラントへの栄養分補給の必要を実質的に、又は完全に回避する、改良された汚泥処理プロセスとシステムが求められるようになった。
【０００４】
関連技術の上記の例とそれに関わる限界は例にすぎず、これらがすべてではない。当業者にとっては、明細書を読み、図面をよく見れば関連技術のその他の限界が明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の実施形態とその態様は、範囲を限定するものではなく、説明と例示であることが意図されるシステム、ツール、及び方法に関連して説明され、例示されている。各種の実施形態の中で上記の問題のうちの１つ又は複数が軽減又は排除されており、その一方で、他の実施形態は他の改良に関する。
【０００６】
本発明の１つの実施形態において、廃水の処理により生成された汚泥を分解するためのプロセスが提供される。このプロセスは、（ａ）廃水の供給を受け取る好気性処理システムを提供するステップと、（ｂ）汚泥の供給を処理して、その中に存在する微生物細胞を破壊することにより、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大した処理済み汚泥を生成するステップと、（ｃ）処理済み汚泥の供給を好気性処理システムに移送するステップと、（ｄ）処理済み汚泥の供給を好気性処理システム内で実質的に分解するステップと、を含む。
【０００７】
本発明はまた、排水供給から得られた廃水を処理するためのシステムも包含する。このシステムは、（ａ）排水供給からの廃水を受け取る好気性処理システムであって、処理済みの処理水と好気性汚泥を生成する好気性処理システムと、（ｂ）好気性処理システムから汚泥の供給を受け取る汚泥処理ユニットであって、汚泥の供給中に存在する微生物細胞を破壊して、未処理の汚泥と比較して液固比が高く、分解能力が増大された処理済み汚泥
を生成する汚泥処理ユニットと、（ｃ）処理済み汚泥を汚泥処理ユニットから好気性処理システムへと移送するための汚泥流路と、を含む。
【０００８】
上述の例示的態様と実施形態に加えて、他の態様と実施形態もまた、図面を参照し、以下の詳細な説明をよく読むことによって明らかとなるであろう。
例示的実施形態が図面の中で参照される図の中に示されている。本明細書で開示される実施形態と図は限定的ではなく例示的とみなされるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】好気性処理を利用する従来の廃水処理プロセスとシステムを示す略図である。
【図２】嫌気性消化装置内での余剰汚泥の嫌気性処理を含む、図１のプロセスとシステムの略図である。
【図３】最初沈殿汚泥を生成し、最初沈殿汚泥からごみを除去するための、好気性処理システムの上流の廃水処理をさらに含む、図２のプロセスとシステムの略図である。
【図４】廃水からのごみの除去が液固分離装置の上流で行われる、図３のプロセスとシステムの略図である。
【図５Ａ】余剰汚泥の供給が処理され、その後、好気性処理システムに再循環される、本発明による廃水処理プロセスとシステムを示す略図である。
【図５Ｂ】返送汚泥と余剰汚泥の両方を含む活性汚泥の供給が処理され、その後、好気性処理システムに再循環される、本発明による廃水処理プロセスとシステムを示す略図である。
【図６Ａ】余剰汚泥処理の後に嫌気性消化をさらに含む、図５Ａのプロセスとシステムの略図である。
【図６Ｂ】余剰汚泥処理の前に嫌気性消化をさらに含む、図５Ａのプロセスとシステムの略図である。
【図６Ｃ】余剰汚泥処理の前後両方に嫌気性消化をさらに含む、図５Ａのプロセスとシステムの略図である。
【図７】嫌気性処理の後に化合物回収をさらに含む、図６Ａのプロセスとシステムの略図である。
【図８】余剰汚泥からのごみの除去と汚泥濃縮をさらに含む、図６Ａのプロセスとシステムの略図である。
【図９】本発明による、最初沈殿汚泥と活性汚泥の両方を処理し、再循環する一体的プロセスとシステムの略図である。
【図１０Ａ】ある実験例にしたがって構成された、本発明ある実施形態の略図である。
【図１０Ｂ】代替的な実験例にしたがって構成された、本発明のある実施形態の略図である。
【図１１】実験の対照例にしたがって構成された廃水処理方法とシステムの略図である。
【図１２】先行技術の汚水処理プロセスとシステムの略図である。
【図１３】本発明の代替的な実施形態による廃水処理プロセスとシステムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明の全体を通じて、当業者がより十分に理解できるように具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、よく知られている要素については、開示を不必要に曖昧にしないように、詳しくは図示又は説明されていない場合がある。したがって、説明と図面は、限定的ではなく例示的な意味で解釈されるべきである。
従来の廃水処理システム
図１は、好気性処理を利用する従来の廃水処理システムの流路を示す。廃水又はその他の排水１０、例えばパルプ工場廃水等が好気性処理システム１２に運ばれる。システム１２は、酸素と空気を好気性微生物と共に使用して、廃水１０から有機物を取り除くための各種の手段を包含する。このプロセスは一般に、（１）処理済み水、（２）炭酸ガス、（３）余剰の微生物、の３つの主産物を生成する。システム１２は、例えば好気性処理装置１４のほか、液固分離装置１６を含んでいてもよい。好気性処理装置１４の例としては、活性汚泥反応器、酸素爆気方式活性汚泥廃水処理システム（ＵＮＯＸ）、散水ろ床、曝気槽、オキシデーションディッチ、回転円板接触装置、連続バッチ式反応器、膜型バイオリアクタ、懸濁媒質システムが含まれる。液固分離装置１６の例としては、沈殿槽、膜、又はフィルタが含まれる。
【００１１】
液固分離装置１６から排出された処理水１８は好ましくは、環境中、例えば水路へ、もしくは工場の別の部分又はその他の処理場へと再循環させるための流体管路へと直接放流するのに適している。液固分離装置１６は沈殿槽を含んでいてもよく、これは処理水１８が沈殿槽の最上部の堰から越流するように構成される。一般に、処理水１８の全浮遊物質（ＴＳＳ）及び／又は揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）濃度は、環境上の理由から、閾値未満でなければならない。
【００１２】
分離装置１６内で沈降する固形物成分は、好気性処理プロセスにより生成される微生物で構成される汚泥を含む。本特許出願において使用されるかぎり、「好気性汚泥」とは、好気性処理プロセスにより生成された汚泥を指す。一般的に生成される好気性汚泥の１種が「活性汚泥」であり、これは酸素又は空気と、細菌と原生動物からなる生物性フロックを使用した好気性処理プロセスから得られる。活性汚泥の一部は、一般的に「返送汚泥」（ＲＡＳ）２０と呼ばれ、処理システム１２の一部としての好気性処理装置１４に返送され、継続的な好気性処理プロセスが持続される。ＲＡＳ  ２０を超える汚泥部分は一般に、「余剰汚泥」（ＷＡＳ）２２と呼ばれる。従来、ＷＡＳ  ２２は処分される。しかしながら、処分プロセスはコスト高で、一般にいくつかの追加の液体／固形物の処理ステップを必要とする。例えば、ＷＡＳ  ２２は化学ポリマを使って脱水される場合がある。遠心分離、ベルトプレス、又はフィルタプレス等の脱水装置もまた、単独又は複合的に使用される場合がある。脱水後の汚泥ケーキはその後、処分場に輸送される場合がある。取り除かれた水は、好気性処理システム１２に返送されるか、処理場の他の何れかの場所に移送されるか、又はそれ以外に環境中に放流される場合がある。このようなＷＡＳ  ２２の脱水と処分に伴う固形物取扱いコストは通常、廃水処理運転管理費全体の非常に大きな構成要素であり、電気料に次いで２番目であることが多い。
【００１３】
図２に示されるように、いくつかの先行技術のシステムは、ＷＡＳ  ２２に対して嫌気性消化装置２４での処理を行ってから処分することにより、ＶＳＳ濃度を下げ、メタンと炭酸ガスを含むバイオガスを生成するステップを含む。しかしながら、嫌気性消化装置２４内での処理を行ったＷＡＳ  ２２は一般に、処理していないＷＡＳ  ２２よりはるかに脱水しにくく、コストがかさむ。
【００１４】
図３，４に示されるように、従来の廃水処理システムはまた、任意選択により、廃水１０を好気性処理システム１２に移送する前に処理する手段を含んでいてもよい。例えば、液固分離装置２６が処理システム１２の上流に配置されてもよい。１つの実施形態において、液固分離装置２６が最初沈殿槽であってもよく、好気性処理システム１２内の液固分離装置１６が二次的沈殿槽であってもよい。分離装置２６から排出された、沈殿廃水１０の液体分は好気性処理装置１４に運ばれ、固形分は最初沈殿汚泥２８を含む。最初沈殿汚泥２８は、上述のＷＡＳ  ２２と同じ方法で脱水され、処分される。
【００１５】
任意選択により、ごみ除去装置３０もまた、好気性処理システム１２の上流に、単独で
、又は液固分離装置２６と共に配置されてもよい（図３，４）。例えば、ごみ除去装置３０は、廃水１０及び／又は最初沈殿汚泥２８から非分解性微粒子ごみを除去するためのフィルタ又は他の何れかの分離装置、例えば液体サイクロンを含んでいてもよい。廃水の流れに応じて、ごみ除去装置３０は、比較的非分解性の微粒子ごみ、例えば紙繊維、木片、毛髪、砂粒、虫、かたつむり、又はプラスチック片等を除去するために設置されてもよい。ごみ除去装置３０は、当業者にとっては明らかであるように、液固分離装置２６の下流（図３）又は上流（図４）の何れに位置付けられてもよい。
【００１６】
処理対象の廃水１０の性質に応じて、処理システムはまた、好気性処理装置１４内の微生物を維持するために、流入水に栄養分を添加するための栄養分供給装置３２を含んでいてもよい。例えば、栄養分供給装置３２は、好気性処理装置１４へと運ばれる前の廃水１０に、窒素及び／又はリン栄養分を添加してもよい。パルプ工場の操業では、廃水１０は通常、炭素が多く、窒素とリンが少ない。したがって、尿素の形態の窒素肥料が装置１４の上流で廃水１０に添加されてもよい。ポリリン酸アンモニウム（ＡＰＰ）の形態のリン肥料も同様に添加されてもよい。一般廃棄物の場合、廃水１０は窒素濃度が高いため、補助的な肥料は不要になりえる。
汚泥の処理及び取扱い
図５〜９に示されるように、本発明は、廃水の処理から得られた汚泥の処理、再循環、及び分解のプロセスに関する。後で説明するように、出願人の発明の重要な利点は、汚泥、例えばＷＡＳ  ２２の取扱いと処分のコストと複雑さが実質的に低減化し、又は排除されることである。また、処理された汚泥を栄養源として使用でき、それゆえ、廃水処理の流れに窒素及びリン系の肥料を添加する必要性が回避又は実施的に低減化され、成分回収の機会が増す。当業者であればわかるように、本発明は、主として活性汚泥に関して説明されているものの、他の種類の好気性汚泥及び／又は最初沈殿汚泥にも応用できる。
【００１７】
図５Ａに示される実施形態において、ＲＡＳ  ２０は従来の方法で好気性処理装置１４に直接返送され、ＷＡＳ  ２２は後述のように処理されて、その後、これも好気性処理装置１４へと再循環される。図５Ｂの実施形態において、活性汚泥２３の全部（ＲＡＳ  ２０部分とＷＡＳ  ２２部分の両方を含む）が処理されて、好気性処理装置１４へと再循環される。処理され、再循環される汚泥の量は、後述し、例１の中で例示するように、本発明の実施形態ごとに異なりうるが、十分な数の生存能力のある微生物細胞が好気性処理装置１４に、直接、又は処理後の何れかに返送され、継続的な好気性処理プロセスが持続される。
【００１８】
図５Ａ及び５Ｂの実施形態において、脱水及び／又は処分を必要とする活性汚泥の量を削減又は完全に除去できる。これは、活性汚泥（及び任意選択により、最初沈殿汚泥）の一部又は全部を処理してその分解能力を高め、その後、処理済み汚泥を好気性処理装置１４に再循環させて、そこで実質的に分解されることによって実現される。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、出願人の方法は、好気性処理装置１４により生成される活性汚泥の質量と、再循環後に好気性処理装置１４の中で分解された処理済み汚泥中に存在する細胞由来の固形物の質量とを略均衡させることができる。本明細書で説明されているように、この均衡は、好気性処理システム１２内への実質的な量の固形物堆積又はその他の有害な影響をもたらすことなく実現できる。
【００１９】
出願人の発明は連続的プロセスで動作するため、汚泥のバッチ処理、大型の専用反応器、及び長い滞留時間が不要となる。あるいは、出願人の発明は、例えば連続バッチ反応器（ＳＢＲ）の場合のように、半連続的に動作できる。ＳＢＲでは、好気性処理システム１２は、時系列的な処理段階において曝気バイオリアクタと二次的沈殿槽の両方として機能する単独の容器を含んでいてもよい。当業者であればわかるように、ＳＢＲにおいては、反応容器に流入廃水が満たされ、曝気により好気性消化を可能にする。その後、曝気を停
止して、浮遊物質を沈降させる。そして、液体部分が回収され、ＷＡＳが抜き取られる。その後はこのプロセスが繰り返される。
汚泥処理ユニット
図５Ａに示される実施形態において、ＷＡＳ  ２２は、液固分離装置１６と流体連通する汚泥処理ユニット３４の中で処理される。処理ユニット３４の目的は、ＷＡＳ  ２２中に存在する微生物細胞を破壊して、その細胞質内容を放出させることである。この処理により、さらに後述されるように、活性汚泥の液固比が上昇し（すなわち、液体分が固形分に関して多くなり）、その分解能力が高まる。図５Ａに示されるように、処理済みの活性汚泥（「ＴＡＳ（ｔｒｅａｔｅｄ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ）」）３６は処分されるのではなく、好気性処理装置１４に返送される。それゆえ、この実施形態において、処理システム１２の好気性処理装置１４は、廃水１０とＲＡＳ  ２０に追加される入力としてＴＡＳ  ３６を受け取る（図５Ａ）。
【００２０】
本発明のそれぞれの実施形態で、処理される好気性処理システム１２により生成されるＷＡＳ  ２２の量は異なる場合がある。いくつかの実施形態において、液固分離装置１６から排出されるＷＡＳ  ２２の実質的部分が処理ユニット３４に移送される。本特許出願内で使用されるかぎり、「実質的部分」という語句は、好気性処理システム１２により生成されたＷＡＳ  ２２の少なくとも７５％を意味する。特定の実施形態において、本発明の動作中に処理ユニット３４に運ばれるＷＡＳ分は、好気性処理システム１２により生成されたＷＡＳ  ２２の８０％、あるいは９０％、あるいは９５％を超える場合がある。本明細書に記載されている１つの実施形態において、好気性処理システム１２により生成されたＷＡＳ  ２２の全部が処理ユニット３４に運ばれる。それゆえ、本特許出願中で使用されるかぎり、「少なくとも実質的部分」という語句は、好気性処理システム１２により生成されたＷＡＳ  ２２の１００％を含んでいてもよい。当業者であればわかるように、ＷＡＳ  ２２は液固分離装置１６から汚泥処理ユニット３４へと、個別のバッチではなく、連続的に、又は半連続的に（例えば、ＳＢＲの場合のように）移送されてもよい。
【００２１】
処理ユニット３４は、汚泥中に存在する微生物細胞を破壊して、その可溶化を促進するための種々の装置及び／又は処理ステップを含んでいてもよい。例えば、処理は加圧、加熱、化学薬品の添加、生化学物質の添加、電気穿孔、マイクロ波、キャビテーション、超音波又はせん断力のうちの１つ又は複数を含んでいてもよい。処理ユニット３４によって、汚泥中に存在する固形物の平均粒径が小さくなり、全体的な液固相比が高くなる。それが今度は、処分を必要とする微粒子状固形物の量を減らし、下流の処理ステップにおける汚泥の分解能力を高める。本特許出願中で使用されるかぎり、「分解能力」とは、汚泥を分解生成物、例えば（ａ）好気性処理の場合のような炭酸ガス、又は（ｂ）嫌気性処理の場合のような、主としてメタン及び炭酸ガスを含むバイオガスに変換する能力を指す。本特許出願中で使用されるかぎり、「分解能力の増大」とは、汚泥を上記のような下流の処理ステップで分解できる速度及び／又は程度の上昇、増大を指す。汚泥中に存在する微粒子固形物もまた、可溶化されて、沈殿槽の越流又はろ液と共に放出されうる。
【００２２】
使われる技術に応じて、処理ユニット３４は、活性汚泥中に存在する細胞を、異なるレベルの細胞溶解効率で破壊する場合がある。高率細胞溶解技術では、汚泥中に存在する微生物細胞の実質的部分が破壊される場合がある。本特許出願中で使用されるかぎり、「微生物細胞の実質的部分」という語句は、処理ユニット３４に運ばれた供泥の供給の中に存在する微生物細胞の少なくとも５０％が破壊されることを意味する。代替的な実施形態においては、使用される細胞溶解技術に応じて、汚泥中に存在する微生物細胞の６０％より多く、あるいは７０％より多く、あるいは８０％より多く、あるいは９０％より多く、あるいは９５％より多く、あるいは９８％より多く、あるいは９９％より多くが処理ユニット３４で破壊される。処理ユニット３４はまた、汚泥を腐食性化学薬品で処理して、高圧処理を行う前に微生物細胞壁／膜を脆弱化させる手段を含んでいてもよい。
【００２３】
本発明の１つの実施形態において、処理ユニット３４は、汚泥に高圧処理を行うためのノズルを含んでいてもよい。適当な高圧処理は、「生物学的廃水処理プロセスから得られた微生物を液化する方法」と題する米国特許第６，０１３，１８３号明細書に記載されており、同特許を参照によって本願に援用する。‘１８３号特許に記載されている本出願人の高圧ホモジナイザは、マイクロスラッジ（ＭｉｃｒｏＳｌｕｄｇｅ）（登録商標）の商標で販売されている。マイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザは、汚泥中に存在する微生物の細胞壁又は膜の溶解と細胞質の内容の放出において非常に有効である。
【００２４】
そのままの、未処理のＷＡＳ  ２２中の固形物の可溶部分は通常、約１０％を超えない（すなわち、全固形物（ＴＳ）又は揮発性固形物（ＶＳ）全体のうちの一部としてのＴＳ又はＶＳの可溶量）。マイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザでＷＡＳ  ２２を処理した後、ＷＡＳ  ２２中の固形物のうちの可溶部分は全体量の２０％〜４０％に、場合によっては８０％の高さまで増加しうる。すなわち、マイクロスラッジ（登録商標）での処理により、ＷＡＳ  ２２は実質的に液化し、一般に、ＷＡＳ  ２２中の固形物の可溶部分は１００％以上増加する。熱加水分解等、他の一部の汚泥処理も同様に固形物の可溶性を上昇させることができるが、それ以外の多くの処理では、固形物可溶化の相対的増加がはるかに小さく、一般には１０〜２０％程度である。
【００２５】
当業者にとっては明らかであるように、マイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザは、細胞溶解効率が非常に高い処理ユニット３４の一例である。すなわち、図５Ａの実施形態に関して、ＷＡＳ  ２２中に存在する細胞の事実上すべてが溶解する。例えば超音波、電気穿孔法、又は機械的せん断を利用する本発明の代替的な実施形態で実現される細胞溶解効率は通常、これよりはるかに低い。
【００２６】
好気性処理装置１４に運ばれる前の汚泥の処理に利用される具体的な技術を問わず、脱水及び／又は処分を必要とする汚泥の量を削減又は排除する目的は実現できる。例えば、比較的高いレベルの細胞溶解を実現する処理技術、例えばマイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザの場合、処理ユニット３４に向けられる活性汚泥の量は比較的少ない可能性があり、例えばＷＡＳ  ２２だけである（図５Ａ）。この実施形態では処理ユニット３４に運ばれる活性汚泥中に存在する微生物細胞の実質的に全部が破壊されるため、装置１４内の好気性処理プロセスを持続させるために、ＲＡＳ  ２０のための別の返送ラインが依然として必要である。
【００２７】
あるいは、比較的低レベルの細胞溶解を実現する処理技術の場合は、処理ユニット３４に向けられる活性汚泥は比較的多い可能性があり、例えばＷＡＳ  ２２の全部とＲＡＳ  ２０の一部又は全部（図５Ｂ）である。この実施形態における細胞溶解効率は、超音波、電気穿孔法、又は機械的せん断方式のように、比較的低いため、ＴＡＳ  ３６（すなわち、処理済み活性汚泥）に、ＲＡＳ  ２０を直接返送しなくても好気性処理プロセスを持続させるのに十分な量の生存可能な細胞が含まれる。すなわち、液固分離装置１６の中で分離される汚泥の総量の全部又は実質的に全部（すなわち、通常、ＲＡＳ  ２０とＷＡＳ  ２２として指定される両方の部分）が処理のために処理ニット３４に運ばれ、その後、好気性処理システム１２にＴＡＳ  ３６として返送される。ＴＡＳ  ３６中に存在する微生物細胞のうちの十分な割合が生存可能な状態に保たれるかぎり、この実施形態では別のＲＡＳ  ２０の返送ラインを設ける必要はないであろう。
【００２８】
中程度の細胞溶解効率を有する処理ユニット３４の場合、ＴＡＳ  ３６の一部に生存可能細胞が含まれ、システム１２に返送されるＲＡＳ  ２０の量を減らすことができるが、完全にＴＡＳ  ３６の供給に置き換えることはできない。
【００２９】
本発明の多くの異なる実施形態が商業的に実現可能でありうる。細胞溶解効率の低い一般的な汚泥処理技術はまた、エネルギー投入も相応に少なくて済む。したがって、図５Ｂの実施形態においては、図５Ａの実施形態と比較して、処理ユニット３４に運ばれる活性汚泥の全体的な量は多い場合があるが、汚泥処理プロセスの全体的な運転管理費は増大しないか、又は増大しても商業的に容認可能な範囲であろう。また、本発明の他の実施形態のように、汚泥の脱水が不要となり、大幅なコスト削減につながる。
【００３０】
後述の例１は、異なる細胞処理技術を用いたＷＡＳ  ２２の処理をさらに説明する。
好気性処理
図６Ａ〜６Ｃに示されるように、ＴＡＳ  ３６に対して、任意選択により、好気性処理装置１４に運ばれる前に嫌気性消化装置２４での嫌気性処理が行なわれてもよい。図６Ａの実施形態において、嫌気性消化装置２４が処理ユニット３４の下流で好気性処理装置１４の上流に配置される。この実施形態では、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６は、嫌気性消化装置２４の下流の脱水、固形物除去、又は他の何れの処理ステップも行われずに好気性処理装置１４に直接運ばれる。任意選択により、嫌気性消化装置２４は処理ユニット３４の上流に配置されても（図６Ｂ）、処理ユニット３４の上流と下流の両方（図６Ｃ）に配置されてもよい。
汚泥濃縮
処理ユニット３４での処理の前に、ＷＡＳ  ２２等の活性汚泥にはまた、任意選択により、汚泥濃縮が行われてもよい。図８に示されるように、濃縮ユニット４２が処理ユニット３４の上流に設置されてもよい。このような濃縮の目的は、処理ユニット３４内で処理する前に活性汚泥を濃縮することである。汚泥濃縮は、装置４２の中で、重力、遠心分離、回転ドラム式濃縮装置、重力ベルト濃縮装置、ベルトプレス、溶解空気浮上法、又はその他の手段を使って実行されてもよい。除去された水は環境中に放流されるか、廃水処理プラントに戻される。本発明の１つの実施形態において、濃縮ユニット４２は、ＷＡＳ  ２２を固形物含有量約１％から固形物含有量１０％以上まで濃縮する。
ごみ除去
ＷＡＳ濃縮の前に、ごみ除去装置４０もまた、任意選択によって処理ユニット３４の上流に設置されてよい（図８）。ごみ除去装置４０は、活性汚泥、例えばＷＡＳ  ２２内に存在する、上流のフィルタ処理ステップでは除去されなかった、処理しにくい非分解性の微粒子ごみを除去するためのフィルタ、又は他の何れかの分離装置を含んでいてもよい。本発明の１つの実施形態において、ごみ除去装置４０はまた、任意選択により、ＷＡＳ  ２２の一部を処理システムから抜き取って、処理ニット３４に運ばれるＷＡＳ  ２２の量を減らすように構成されてもよい。除去されたごみ又は余剰のＷＡＳ  ２２はすべて、上述の従来のシステムと同様の方法で脱水及び／又は処分される。
【００３１】
採用されるごみ除去の種類と程度は、処理の対象となる廃水１０の組成に応じて異なる。１つ又は複数のごみ除去装置が、好気性処理システム１２の上流に配置されても（例えば、図４）、又は処理システム１２の下流に配置されても（例えば、図８）、又はその両方に配置されてもよい。時間の経過に伴うシステム１２内へのごみの堆積を防止するために、好気性処理装置１４に再循環されるＴＡＳ  ３６に比較的ごみのない状態であることが重要である。
栄養分回収
廃水１０の組成に応じて、ＴＡＳ  ３６から栄養分又はその他の成分を回収してから、これを好気性処理システム１２に再循環させることが望ましい場合がある。図７に示されるように、任意選択により、ＴＡＳ  ３６から窒素、リン、重金属、又はその他の化合物を回収するために化合物回収装置３８が設置されてもよい。例えば、一般排水の場合、窒素とリンの含有量が非常に高く、再循環させる前にＴＡＳ  ３６の窒素又はリンの含有量を低下させることが望ましい場合がある。ＴＡＳ  ３６に嫌気性消化を行う場合、化合物
回収装置３８は処理システムの嫌気性消化装置２４の前後何れに配置されてもよい。当業者にとっては明らかであるように、化合物回収装置３８は、生物学的、化学的、又はその他の手段で化合物を回収できる。例えば、化合物の回収は、化学的沈殿、微生物又は植物の育成（例えば、生物学的栄養塩除去（ＢＮＲ）微生物又は海藻）、液固分離、又はその他の方法を個別に、又は組み合わせて使用することによって実現できる。具体的な例として、化学的プロセスを使って、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６からリンと窒素をスツルバイト（リン酸アンモニウムマグネシウム）として回収できる。
最初沈殿汚泥の処理
当業者にとっては明らかであるように、本発明は、先行技術の各種のプロセスステップとシステムと共に使用できる。例えば、図９に示されるように、活性汚泥（例えば、ＷＡＳ  ２２）と最初沈殿汚泥２８の両方について、任意選択により、ＷＡＳ／ＰＳ濃縮ユニット４２Ａでの一体濃縮と、それに続くＡＳ／ＰＳ処理ユニット３４Ａでの処理を行うことができる。この場合、このプロセスによって生成された処理済みの活性汚泥と最初沈殿汚泥（ＴＡＳ／ＰＳ  ３６Ａ）には、最初沈殿汚泥２８から得られた部分が含まれているであろう。あるいは、最初沈殿汚泥２８は、別の物質ストリーム（すなわち、処理済みの最初沈殿汚泥だけを含む）と同様の方法で処理されて、好気性処理システム１２に再循環されることが可能である。上記の廃水処理方式はまた、任意選択により、上述の嫌気性消化、化合物回収、汚泥濃縮、腐食性処理、ごみ除去、又はその他の処理ステップのうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００３２】
特定の実施形態において、本発明は、活性汚泥２３と最初沈殿汚泥２８の一体処理及び消化を含む廃水処理ステップにおいて実施できる。すなわち、例えば、処理ユニット３４中で処理される汚泥の全量には活性汚泥２３及び／又は最初沈殿汚泥２８を含めることができ、嫌気性消化が行われる処理済み汚泥の全量には活性汚泥２３及び／又は最初沈殿汚泥２８から得られた汚泥を含めることができ、好気性処理装置１４の中で分解される処理済み汚泥の全量には活性汚泥２３及び／又は最初沈殿汚泥２８から得られた汚泥を含めることができる。例えばごみ除去装置３０を使って最初沈殿汚泥２８から非生分解性物質を除去し（図９）、最初沈殿汚泥２８を処理してその生分解性を高めることによって、嫌気性消化装置２４の中で非生分解性物質の多くの堆積は発生せず、嫌気性消化後の脱水が不要となり、嫌気性消化後の処理水を好気性処理システム１２に直接返送することができる。さらに、本発明は、活性汚泥２３に加えて、処理済み、又は未処理の最初沈殿汚泥２８からの化合物回収も包含する。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態において、上述のようにＷＡＳ  ２２のすべてを分解するのではなく、少量のＷＡＳ  ２２は最初沈殿汚泥２８及び／又は分離されたごみと共に脱水され、処分されてもよい。特に、出願人は、用途によっては、少量のＷＡＳ  ２２が、脱水後の汚泥ケーキの全固形物含有量の点で最初沈殿汚泥２８の脱水を助ける可能性があると判断した。
汚泥処理の概要
一般的に、好気性処理のみに依存する先行技術の廃水処理シスムでは、脱水するべき汚泥の量を実質的に削減し、又は排除する目標を効率的に達成できない。汚泥の長時間爆気（数週間以上）が時々行われるが、これには大型の容器、大量の給気、及び長い滞留時間が必要となる。同様に、嫌気性及び好気性処理の複合的ステップは一般に、補足的な汚泥処理を行わなければ、脱水を要する汚泥の量を実質的に削減又は排除するという目的を達成できない。すなわち、汚泥の嫌気性消化では、上流の細胞溶解処理を行わなければ、好気性処理システムが再循環された固形物の実質的に全部をすべてなくすことができるように固形物及び粒径を十分に減少、縮小できない。
【００３４】
出願人の発明において、廃水処理から得られた汚泥には、閉ループ、又は実質的に閉ループの処理が行われ、これは例えば、（１）処理ユニット３４の中で微生物細胞を破壊し
てＴＡＳ  ３６を得ること、（２）任意選択による、嫌気性消化装置２４の中でのＴＡＳ
３６の嫌気性消化、及びＴＡＳ  ３６を、さらに脱水又は固形物除去を行わずに好気性処理システム１２に返送すること、を含む。後述の実験例において示されているように、出願人は驚くべきことに、このようにして再循環された実質的に全部のＴＡＳ  ３６が好気性処理システム１２の中で分解され、それにはシステム性能の低下、固形物の堆積、又はその他の有害な結果が伴わないと判断した。すなわち、本発明は、汚泥処理、任意選択の嫌気的消化、及び好気性処理の処理ループを提供し、その相乗効果によって、個々の処理ステップを独立して実行した場合に達成できるものより有意に大幅な固形物削減を実現する。さらに、難分解性化合物は、汚泥処理／嫌気性消化／好気性処理のサイクルによって、嫌気性消化又は好気性処理単独の場合より生分解しやすくすることができる。この処理ループの正味の効果は、脱水すべき汚泥の大幅な減少と、それに応じた汚泥の取扱い及び処分コストの削減である。それに加えて、一部の栄養分欠如廃水の継続的な好気性処理を持続させるためにシステムに添加する必要のある肥料栄養分の量が減ることにより、さらに大幅なコスト節減も実現される。任意選択により、活性汚泥又はその他の好気性汚泥に加えて、廃水の流れから得られた最初沈殿汚泥の一部又は全部を別に、又は一緒に処理することによっても、同様の利益が得られる。
【００３５】
本発明の様々な実施形態において、廃水処理プロセスが長期にわたり連続的又は半連続的に運転するうちに（処理済み汚泥の再循環の多くの連続的サイクルを含む）、好気性処理システム１２中に固形物が堆積し、及び／又は処理水１８中のＴＳＳが過剰になるのを避けることが望ましい。これは、好気性処理装置１４内で再循環されたＴＡＳ  ３６の全部又は十分に大きな割合を分解すること、又は好気性処理装置１４を嫌気性消化装置２４における任意選択による嫌気性処理等のその他のプロセスステップと組み合わせることによって実現される。後述の実験例において示されるように、このことは、好気性処理装置１４の中での微生物群の固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）に有意な変化がないと判断することによって、及び好気性処理システム１２内の保有汚泥量が比較的一定に保たれることによって確認できる。さらに、処理水１８のＴＳＳ濃度をモニタして、それが確実に所望の閾値未満に保たれるようにすることができる。
【００３６】
以下の例２〜４に具体的に示されているように、出願人の発明では、好気性処理装置１４に運ばれる全生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）と化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の負荷は、ＴＡＳ  ３６がシステム１２に運ばれる流入分に加わることによって増大するが、処理水１８に放出されるＶＳＳの濃度と液固分離装置（二次的沈殿槽）１６の汚泥容量指標（ＳＶＩ：ｓｌｕｄｇｅ  ｖｏｌｕｍｅ  ｉｎｄｅｘ）は実質的に増加、上昇しない。それゆえ、出願人の発明では、予想外に、ＴＡＳ  ３６の実質的に完全な好気的破壊が実現される。
【００３７】
さらに、出願人の発明は、流入廃水１０に加えて処理済み活性汚泥ＴＡＳ  ３６を処理のために好気性処理装置１４に移送するが、これは、固形物負荷の増大に対応するために好気性処理装置１４内での水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を延長することを必要としない。例えば、生活排水１０の処理のための好気性処理装置１４として酸素活性化（ＵＮＯＸ）装置が使用される場合、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は一般に約１〜４時間の範囲である。生活排水１０の処理のための好気性処理装置１４として従来の高率曝気システムが使用される場合、ＨＲＴは一般に、約４〜８時間の範囲である。生活排水処理のための好気性処理装置１４として長時間曝気システムが使用される場合、ＨＲＴは約１８〜３６時間である。上で説明したように、ＴＡＳ  ３６の分解能力は未処理の汚泥と比較して高まっているため、これを装置１４に導入するのに、当該のシステムに合わせて廃水１０の流入速度とＨＲＴを変える必要がない。
【００３８】
これに対して、原（未処理の）汚泥の好気性処理のための従来のシステムは一般に、効
果を上げるために専用の反応器、大量の給気、及びより長い滞留時間を必要とする。例えば、原汚泥の内生呼吸に依存する従来のシステムは一般に、約４０〜４５％の揮発性固形物除去（ＶＳｒ）を実現するために、２０℃で約１０〜１２日のＨＲＴを与える。汚泥の消化温度及び生分解性に応じて、米国規則のベクトル吸引削減（ｖｅｃｔｏｒ  ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）要件に適合するのに十分な揮発性固形物除去を実現するためには、一般に３５〜５０日と、さらにより長い滞留（ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ／ｄｅｔｅｎｔｉｏｎ）時間が必要となる。
【００３９】
出願人の発明においては、内生呼吸に依存するのではなく、本明細書に記載されているように、汚泥処理ユニット３４内の細胞溶解処理により汚泥の分解能力を高め、ＴＡＳ  ３６及び／又はＴＡＳ／ＰＳ  ３６Ａが下流の嫌気性及び／又は好気性処理にとってより有効な基材となるようにする。それゆえ、ＴＡＳ  ３６（例えば、図７）又はＴＡＳ／ＰＳ  ３６Ａ（例えば、図９）の嫌気性処理は、原汚泥の嫌気性消化より数倍の速度で進行でき、ＴＡＳ  ３６及び／又はＴＡＳ／ＰＳ  ３６Ａの好気性処理は、当該の廃水処理システムの通常のＨＲＴ内で進行できる（すなわち、固形物負荷の増大に対応するために滞留時間を調整しなくてよい）。それゆえ、汚泥処理ユニット３４で採用される細胞溶解技術に関係なく、出願人の発明は、比較的短い滞留時間で連続的又は半連続的に動作する。沈殿槽の動作の最適化
出願人の発明は、二次的沈殿槽等の液固分離装置１６の動作を低下させるのではなく、改善できる。沈殿槽の性能の１つの指標は、汚泥容量指標（ＳＶＩ）である。ＳＶＩは、沈降３０分後の懸濁液１ｇが占める容積をミリリットルの単位で示すものである。ＳＶＩはそれゆえ、沈降による液体からの固形物の分離における沈殿槽の有効性の指標である。ＳＶＩが高いほど、沈降の効果が低く、それゆえ沈殿槽の動作の有効性が低いことを示す。
【００４０】
多くの要素が沈殿槽の動作に影響を与えうる。出願人は、ＴＡＳ  ３６が好気性処理システム１２に再循環される量及び／又は速度を本発明にしたがって調整することは、沈殿槽の動作の最適化において、いくつかの理由で有効であると判断した。ＴＡＳ  ３６として返送されるために利用できる、液固分離装置（沈殿槽）１６から抜き取られるＷＡＳ  ２２の量は、例えば沈殿槽のスラッジブランケットから汚泥を取り除くためのポンプの動作を調整することによって変えることができる。
【００４１】
沈殿槽内での固形物沈降の効果の低下と、したがってＳＶＩの上昇に寄与する１つの要素は、好気性処理装置１４によって生成される汚泥中のマイクロスリックスパルビセラ（Ｍｉｃｒｏｔｈｒｉｘ  ｐａｒｖｉｃｅｌｌａ）等の糸状菌の存在である。糸状菌は一般に、栄養欠乏条件下で生成される。それゆえ、食物供給（Ｆ）対菌群（Ｍ）の比率が重要である。Ｆ：Ｍ比が高くなると、糸状菌より沈殿しやすいフロックの生成に有利となる。Ｆ：Ｍ比を高くすることは、出願人の発明において、ＷＡＳ処理ユニット３４に供給するＷＡＳ  ２２を増やすことよって実現できる。その結果、上述のように、より多くのＴＡＳ  ３６を好気性処理装置１４に再循環させることができる。この調整により今度は、好気性処理システム１２中の菌群全体が減り、その一方で、ＴＡＳ  ３６の形態での食物供給（すなわち、生物学的に利用可能なＮ、Ｐ、Ｃ、及びその他の栄養分）が増える。正味の影響は、糸状菌生成に有利な「飢餓」状態の軽減と、液固分離装置（沈殿槽）１６の固形物沈降特性の改善である。
【００４２】
上記の調整により、液固分離装置（沈殿槽）１６内のスラッジブランケットの深さも減少する。これによって、スラッジブランケットの上面と沈殿槽の越流堰との間の距離が広がり、スラッジブランケットの上の固形物が再び浮遊し、沈殿槽の越流から出る可能性が低くなる。スラッジブランケットがより低くなると、分離装置１６内の固形物滞留時間も短縮され、スラッジブランケット内の無酸素状態によって固形物沈降を妨げる気泡が生成
される程度が低減される。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態において、処理され、ＴＡＳ  ３６としてシステム１２に戻されるＷＡＳ  ２２の増量は、汚泥日齢を短縮する役割も果たすことができる。これもまた、より若い汚泥はより古い汚泥より早く沈殿するため、有利である。
【００４４】
糸状菌が定着した場合、分離装置１６から排出されるＷＡＳ  ２２の量又は流速を増大させ、高速化することにより、汚泥処理ユニット３４内での細胞溶解による微生物破壊が増大する。その結果、糸状菌群が直接減る。
【００４５】
前述のように、ＴＡＳ  ３６は可溶化微生物と、細胞壁及び細胞膜の小粒径の破片を含む。これらの破片は、微生物の付着と凝集に有効な基材となりえ、それによって液固分離装置（沈殿槽）１６の固形物沈降速度を高める。
【００４６】
それゆえ、再循環されるＴＡＳ  ３６の量を増やすことは、ＳＶＩを低下させ、スラッジブランケット内の微生物濃度を高めるように機能できる。ＲＡＳ  ２０の質量を一定として、ＲＡＳの流速をＳＶＩの低下に応じて減速させることができる。その結果、今度は、ＲＡＳ  ２０が寄与する水力負荷を下げ、システム１２のより効率的な動作が可能となる。
【００４７】
当業者にとっては明らかであるように、ＷＡＳ  ２２をＴＡＳ  ３６に変換し、好気性処理装置１４へと再循環させる速度を上げると、汚泥処理ユニット３４、嫌気性消化装置２４、及び／又はシステムポンプの動作に伴うエネルギー費が増大する可能性がある。さらに、ＴＡＳ  ３６の増量分に対応するために、好気性処理装置１４への給気もまた増やす必要がある。しかしながら、多くの場合、このような運転管理費の増大は、ＷＡＳ  ２２の脱水と処分及び栄養分補給を不要にすることによって相殺されて余りあるであろう。液固分離装置（沈殿槽）１６からのＷＡＳ  ２２の排出速度を調整することにより、特定の廃水処理用途に合わせてシステムパラメータを最適化し、エネルギー費を抑えながら、沈殿槽の効率的な動作及びしたがって、処理水の所望の特性を維持できる。例えば、ＷＡＳ排出ポンプを手動又は自動的に調整して、処理水１８内のＴＳＳ濃度を閾値未満に維持し、それと同時にＷＡＳ  ２２の全部又は実質的に全部をＴＡＳ  ３６として再循環させることができる。
【００４８】
上で説明されたように、栄養分補給の必要性と栄養分回収の機会は、廃水１０の組成と使用される処理プロセスによって異なる可能性がある。生物学的栄養塩除去（ＢＮＲ）汚泥は、廃水処理の副廃棄物として生成される微生物汚泥の一例である。窒素とリンの濃度の高い廃水の流れ、例えば嫌気性消化排水の好気性、無酸素、及び嫌気性条件の処理段階を制御することにより、ＢＮＲ微生物が生育し、その微生物細胞内に高い濃度のリンを蓄積する。その結果、廃水１０内のリン濃度が低下する。例えば汚泥処理ユニット３４内でＢＮＲ汚泥を処理して実質的な細胞溶解を起こすことによって、微生物細胞内に蓄えられた窒素とリンは可溶性相中に放出され、その結果、化学的に凝集したリン、例えばリン酸カルシウムやリン酸マグネシウムアンモニウム等を生成でき、これを連続的な廃水処理を持続するための栄養源（肥料）として、又は処理済み汚泥の流れからの回収のために使用できる。
セレン廃水処理
代替的な実施形態において、出願人の廃水処理プロセスとシステムは、高い濃度のセレン等の汚染物質を含む廃水を処理するために利用できる。高濃度のセレンは、炭鉱や石炭火力発電所等の業界から排出される廃水において一般的である。セレンで汚染された廃水は、環境的及び法的に大きな問題となる。
【００４９】
先行技術において知られているように、セレンは、嫌気性微生物処理を利用して廃水から除去できる。「ＡＢＭｅｔ：セレン除去の基準設定（ＡＢＭｅｔ：Ｓｅｔｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｌｅｎｉｕｍ  Ｒｅｍｏｖａｌ）」、ジル・ソンステガード（Ｊｉｌｌ  Ｓｏｎｓｔｅｇａｒｄ）、ジェームズ・ハーウッド（Ｊａｍｅｓ
Ｈａｒｗｏｏｄ）、ティム・ピケット（Ｔｉｍ  Ｐｉｃｋｅｔｔ）、ＧＥウォーター・アンド・プロセス・テクノロジーズ（ＧＥ  Ｗａｔｅｒ  ＆  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｔｉｅｓ）；「セレン除去処理技術の評価（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｌｅｎｉｕｍ  Ｒｅｍｏｖａｌ）」、ＩＷＣ  ０９−０５、カイル・スミス（Ｋｙｌｅ  Ｓｍｉｔｈ）、ダウ・ウォーター・アンド・プロセス・ソリューションズ（Ｄｏｗ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、アントニオ・Ｏ・ラウ博士（Ａｎｔｏｎｉｏ  Ｏ．Ｌａｕ，Ｐｈ．Ｄ．）、インフィルコ・デグレモント社（Ｉｎｆｉｌｃｏ  Ｄｅｇｒｅｍｏｎｔ  Ｉｎｃ．）、フレドリック・Ｗ・ヴァンス博士（Ｆｒｅｄｒｉｃｋ  Ｗ．Ｖａｎｃｅ，ＰＨ．Ｄ．）、ダウ・ウォーター・アンド・プロセス・ソリューションズ（Ｄｏｗ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、応用環境微生物学（Ａｐｐｌｉｅｄ  ａｎｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ）誌、１９８９年９月第５５巻第９号ｐ．２３３３〜２３４３；「沈殿物及び培養物内の嫌気性細菌によるセレン酸のセレン元素還元：新規な、硫酸塩に依存しない呼吸の生物地球化学的重要性（Ｓｅｌｅｎａｔｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  Ｓｅｌｅｎｉｕｍ
ｂｙ  Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ｂａｃｔｅｒｉａ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｃｕｌｔｕｒｅ：Ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ  ｏｆ  ａ
Ｎｏｖｅｌ，Ｓｕｌｆａｔｅ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ）」、ロナルド・Ｓ・オレムランド（Ｒｏｎａｌｄ  Ｓ．Ｏｒｅｍｌａｎｄ）、ジェームズ・Ｔ・ホリボー（Ｊａｍｅｓ  Ｔ．Ｈｏｌｌｉｂａｕｇｈ）、アン・Ｓ・メスト（Ａｎｎ  Ｓ．Ｍａｅｓｔ）、テレサ・Ｓ・プレサー（Ｔｈｅｒｅｓａ  Ｓ．Ｐｒｅｓｓｅｒ）、ローレンス・Ｇ・ミラー（Ｌａｕｒｅｎｃｅ  Ｇ．Ｍｉｌｌｅｒ）、チャールズ・Ｗ・カルバートソン（Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｗ．Ｃｕｌｂｅｒｔｓｏｎ）、米国地質調査所水資源部（Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｕ．Ｓ．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓｕｒｖｅｙ）参照。嫌気性微生物が成長すると、これらはセレンを、微生物細胞の細胞膜に関連して内外双方に不溶性沈殿物として取り込む。従来の処理プロセスが図１２に示されている。廃水１００は、栄養分の供給を受けて嫌気性バイオリアクタ１０２で処理される。嫌気的に処理された廃水１００は次に、重力式沈殿槽１０４の中で清澄化されて、微生物が沈殿により除去される。任意選択により、沈殿槽から越流した処理済みの廃水は、好気性処理装置１０６の中でさらに処理され、余剰の栄養分が除去され、その後、処理水１０８として環境中に放流される。沈降した嫌気性汚泥は沈殿槽１０４の底から抜き取られて、汚泥脱水装置１１０の中で脱水される。すると脱水後の汚泥は、有害廃棄物埋立て処分場１１２に運ばれて、処分される。
【００５０】
図１２に示されるような先行技術の嫌気性処理プラントに関わる主な運転管理費は以下のとおりである。
１．  メタノール−微生物生育のための炭素源
２．  窒素、リン、微量栄養素−微生物育成のための栄養
３．  凝固剤−微生物の重力沈降を改善
４．  ポリマ及び脱水助剤−汚泥脱水
５．  汚泥取扱い、埋立て処分、継続的な浸出液回収と処理
上述のように、出願人のプロセスとシステムの重要な利点は、汚泥の取扱いと処分の費用と複雑さを低減、軽減しながら、処理後の廃水が環境中への放流にとって確実に安全であるようにすることである。これは、汚泥がセレン等の汚染物質を含んでいる場合に特に重要である。図１３に示されるように、１つの実施形態において、沈殿槽１０４に沈降した汚染汚泥は、任意選択により、汚泥濃縮ユニット１１４の中で濃縮し、その後、汚泥処
理ユニット１１６に運んでもよい。他の実施形態と同様に、汚泥処理ユニット１１６は、米国特許第６，０１３，１８３号明細書に記載されているように微生物細胞溶解を実現するように構成されたマイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザであってもよい。細胞溶解によって、細胞はその汚染されていない細胞質内容を放出し、それによってセレンで汚染された固形物の塊、主として細胞膜を集結させる。図１３に示されるように、炭素、窒素、リン、及び微量栄養素等の栄養分を含む細胞質内容は嫌気性バイオリアクタ１０２に再循環され、廃水処理の運転管理費が大幅に削減される。主として汚染された細胞膜からなる汚泥には、脱水装置１１０での処理が行われ、その後、埋立て処分場１１２に運ばれる。汚泥に上流の処理を行って細胞を溶解させることにより、処分を必要とする有害汚泥の量は大きく減少する。
【００５１】
当業者にとっては明らかであるように、この実施形態においては、廃水処理装置、この場合は嫌気性バイオリアクタ１０２の中に汚泥が返送されないようにして、汚染物質の堆積を防止することが重要である。それゆえ、この実施形態においては、プロセス／システムの動作により破壊される汚泥の質量を廃水処理により生成される微生物固形物の質量と略同じにすることが目的ではない。
【００５２】
要約すれば、本実施形態の期待されるコスト削減と利点には以下が含まれる。
１．  処理済み微生物のろ液を嫌気性バイオリアクタ１０２に返送することによるメタノール（炭素源）必要量の削減。
【００５３】
２．  処理済み汚泥のろ液を嫌気性バイオリアクタ１０２に返送することによる、栄養分−窒素、リン、及びその他の微量栄養素の必要性の低減化。
３．  脱水すべき汚泥量の削減。
【００５４】
４．  脱水を助けるためのポリマ及びセルロース必要量の削減。
５．  埋立て処分場への負荷の削減−埋立て処分場の縮小、水処理すべき継続的な埋立て浸出液の減少。
【００５５】
（実施例）
以下の例は本発明をさらに詳しく説明するが、当然のことながら、本発明は具体的な例に限定されない。
例１−異なる汚泥処理技術を利用したＷＡＳ分解
例示的な仮説例として、ある廃水処理プラントは、副産物として、揮発性固形物含有量８０％のＷＡＳ  ２２を１日当たり８トン（乾物重量）生成する。ユニット３４での汚泥処理又は嫌気性消化装置２４での嫌気性消化を行わないと、１日当たり８トン（乾物重量）のＷＡＳ  ２２を脱水、処分する必要がある。処理ユニット３４での汚泥処理は行わず、揮発性固形物除去率（ＶＳｒ）４０％で機能する嫌気性消化を行うと、脱水、処分が必要なＷＡＳ  ２２は１日当たり５．５トン（乾物重量）となる。
【００５６】
図５Ａに示されるように構成された、汚泥処理ユニット３４内での高率細胞溶解処理を利用する本発明の第一の実施形態によれば、１日当たり１００ｍ３の固形物濃度８％の濃縮ＷＡＳ  ２２が、約９９．９％の細胞溶解を実現するマイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザで処理される。そこから得られたＴＡＳ  ３６は、その後、嫌気性消化装置２４（図６Ａ）の中で嫌気的に消化されて、好気性処理装置１４に返送される。次に、ＴＡＳ  ３６の固形分は処理装置１４の中で実質的に分解される。それゆえ、これら３つのプロセスステップ、すなわち、汚泥処理ニット３４での細胞溶解処理、嫌気性消化装置２４での嫌気性消化、及び好気性消化装置１４での好気性処理の複合効果により、８トン（乾物重量）のＷＡＳ  ２２が実質的に分解され、最終的に、脱水、処分するべきＷＡＳ  ２２はない。少量のＶＳＳが処理水１８の中に排出される。
【００５７】
図５Ｂに示されるように構成された、汚泥処理ユニット３４内での低率細胞溶解処理を利用する本発明の第二の実施形態によれば、１日当たり約８０，０００ｍ３の固形物濃度１％の活性汚泥２３（ＲＡＳ  ２０とＷＡＳ  ２０の混合）が、約１０％の細胞溶解を実現する超音波又は高せん断力法を使って処理される。そこから得られたＴＡＳ  ３６は、その後、嫌気性消化装置２４（図６Ａ）で嫌気的に消化されて、好気性処理装置１４に返送される。この例で説明した第一の実施形態と同様に、ＴＡＳ  ３６の固形分は処理装置１４の中で実質的に分解される。それゆえ、これら３つのプロセスステップ、すなわち、処理ユニット３４での細胞溶解処理、嫌気性消化装置２４内での嫌気性消化、及び好気性消化装置１４での好気性処理の複合効果により、ここでも、８トン（乾物重量）のＷＡＳ
２２が分解され、脱水、処分するべきＷＡＳ  ２２はない。少量のＶＳＳが処理水１８の中に排出される。
【００５８】
図５Ｂの第二の実施形態においては、第一の実施形態より、汚泥処理ユニット３４と嫌気性消化装置２４の中で処理される活性汚泥の量がはるかに多いが、脱水と処分を必要とする活性汚泥の質量全体の削減は同程度である。さらに、細胞溶解効率は第二の実施形態の方が低いため、十分な量の微生物の生存可能細胞が好気性処理装置１４に返送されて、好気性処理プロセスが持続され、ＲＡＳ  ２０を別に返送する必要がない。
【００５９】
この例により例示されているように、比較的少量の汚泥に対する高レベルの細胞溶解による活性汚泥の処理又は、比較的大量の汚泥に対する低レベルの細胞溶解による汚泥処理は両方とも、活性汚泥の細胞生育の質量と実質的に等しい、十分な質量の固形物破壊を実現できるため、汚泥の脱水が不要である。
例２−嫌気性処理を用いた場合の比較予備実験
本発明にしたがって動作する活性汚泥好気性廃水処理プラント（システムＡ）の動作を従来の処理プラント（システムＢ）と比較するために、予備実験を行った。
動作の説明
図１０，１１は、それぞれシステムＡとシステムＢの動作を概略的に示している。システムＡ及びシステムＢの両方が、同じパルプ工場の廃水１０を受け取った。廃水１０はまず、好気性処理装置１４の上流にあるセレクタ４８に運ばれた。セレクタ４８は、容積約３０Ｌのステンレススチール製容器であった。後でさらに記載されているように、尿素又はＡＰＰ栄養分が、セレクタ４８と流体連通する栄養分供給装置３２から廃水１０中に注入された。システムＡとシステムＢの両方において、好気性処理装置１４は２つの別々のバイオリアクタＴ１（５０）及びＴ２（５２）を含んでいた。バイオリアクタ５０及び５２は直列に接続され、各々、容積約５００Ｌのステンレススチール製容器であった。バイオリアクタ５０はセレクタ４８からの流入水を受け取り、バイオリアクタ５２は、容積約３２５Ｌのステンレススチール製の円錐形沈殿槽からなる液固分離装置１６に接続された。
【００６０】
システムＡとシステムＢの両方において、返送汚泥（ＲＡＳ）２０が液固分離装置１６からバイオリアクタ５０へと、セレクタ４８を介して再循環された。しかしながら、余剰汚泥（ＷＡＳ）２２の取扱いが各システムで異なった。システムＡでは、ＷＡＳ  ２２は、１５０ｍｇ／Ｌ  Ｎａ＋による腐食処理を受けてから、ＷＡＳ処理ユニット３４で細胞溶解された。処理ユニット３４はマイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザからなり、これは、「生物学的廃水処理プロセスから得られた微生物の液化方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」と題する米国特許第６，０１３，１８３号明細書に記載されており、同特許を参照によって本願に援用する。マイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザでの均質化プロセスは、６８．９５ｋＰａ（１０，０００ｐｓｉ）で動作
し、処理済み活性汚泥（ＴＡＳ）３６を生成し、これが一定速度で、３７℃の単段階液体再循環混合嫌気性消化装置２４に送出され、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は５．５日とされた。嫌気性処理の後、ＴＡＳ  ３６がバイオリアクタ５０にセレクタ４８を介して返送され、ここで流入パルプ廃水１０及びＲＡＳ  ２０と混ぜ合わされた。システムＢは対照例として動作し、好気性処理システム１２の下流でのＷＡＳ  ２２のその後の処理又は返送が行われなかった（図１１参照）。
【００６１】
流速、温度、ｐＨ及び溶解酸素濃度のパラメータは、システムＡとシステムＢの両方について同じとした。より詳しくは、パルプ廃水１０の流速はシステムＡとシステムＢの両方について２．００Ｌ／分であった。システムＡにおける好気性処理システム１２へのＴＡＳ  ３６の１日当たりの送り込み量は５４．５Ｌ／日であった。その結果、好気性処理装置１４の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、システムＡについては８．５時間、システムＢについては８．６時間であった。ＲＡＳ  ２０の流速はシステムＡとシステムＢの両方について１．０Ｌ／分、すなわち廃水１０の送り込み流速の５０％であった。
【００６２】
システムＡとシステムＢの両方において、使用者制御型のポンプを使って、液固分離装置（沈殿槽）１６からのＷＡＳ  ２２の排出速度が調整された。システムＡでは、ＷＡＳ
２２が約５４．５Ｌ／日の速度で装置１６から抜き取られた（システムＡは「閉ループ」であるため、ＷＡＳ  ２２の排出速度とＴＡＳ  ３６の送り込み速度は、この例では同じである）。システムＢでは、ＷＡＳ  ２２が平均６９．７Ｌ／日の速度で抜き取られた。システムＡにおいては、平均全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度が１９，９９７ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の質量は１，０９０ｇ／日であった。システムＢにおいては、平均ＴＳＳ濃度が８，０４４ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の質量は５６０ｇ／日であった。それゆえ、システムＡの液固分離装置１６から排出されたＷＡＳ  ２２の質量は、システムＢより９５％多い質量であった。
【００６３】
バイオリアクタ５０、５２は安定していて、有意な差はなかった。システムＡとＢの両方の各バイオリアクタ５０、５２の平均温度は２９〜３１℃であった。好気性処理システム１２の中の２つの活性汚泥系のｐＨは７．５〜７．６であり、よく行われている活性汚泥法に適合し、また相互に有意な差はなかった。活性汚泥バイオリアクタ５０、５２の溶解酸素（ＤＯ）濃度は平均２．５ｍｇ／Ｌであり、これらは小さいばらつきで実現された。
比較結果
汚泥日齢
システムＡとシステムＢの汚泥日齢を下の表１の中で比較する。汚泥日齢は、バイオリアクタ５０、５２の中の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）の総量（Ｔ１＋Ｔ２）を、（１）液固分離装置（沈殿槽）１６の堰を越流した処理水１８として、及び（２）ＷＡＳ  ２２として好気性処理システム１２から出た固形物量で除したものである。すなわち、
汚泥日齢（日）＝質量（ＶＳＳ（Ｔ１＋Ｔ２）／（ＶＳＳ）の質量／日（沈殿槽＋ＷＡＳ）
である。
表１に示されるように、汚泥日齢の計算結果は、システムＡにおいて３．０日、システムＢにおいて４．２日であった。
【００６４】
【表１】
2016511693.tif 000003
固有酸素摂取速度
固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡとシステムＢとの間に有意な差がなかった。特に、単位質量のＶＳＳについて、平均固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡでは１５．５ｍｇ／時／ｇ  ＶＳＳ、システムＢについては１３．０ｍｇ／時／ｇ  ＶＳＳであった。システムＡにおいてこのように微生物の活動が１９％増加したことは、システムＡにおいて生物学的に不活性のＶＳＳの堆積又はＴＡＳ  ３６の再循環がＳＯＵＲに対して与えるその他の重要な影響がなかったことを示す。
化学的酸素要求量
平均して、パルプ廃水１０の全化学的酸素要求量（ｔＣＯＤ）は１，１１０ｍｇ／Ｌであった。ＴＡＳ  ３６のｔＣＯＤは平均４８，１８８ｍｇ／Ｌであり、その結果、システムＡの好気性処理システム１２には、合計１，９５９ｍｇ／ＬのｔＣＯＤが送り込まれた。液固分離装置（沈殿槽）１６から越流する処理水１８のｔＣＯＤ濃度が４６３ｍｇ／Ｌ
ｔＣＯＤ（システムＡ）、４６１ｍｇ／Ｌ  ｔＣＯＤ（システムＢ）と近かったことは、システムＡの好気性処理システム１２の中でＴＡＳ  ３６の全量が（ＣＯ２と微生物に）好気的に生分解されたことを示す。すなわち、ＴＡＳ  ３６によってシステムＡへの送り込みのｔＣＯＤは７７％増えたが、このような負荷の増大は、好気性処理システム１２によって対応され、流入物のｔＣＯＤは、システムＡにおいて７６．５％、システムＢにおいて５８．５％減少した。
生物学的酸素要求量
送り込まれた廃水１０の平均生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）濃度は、システムＡとＢの両方について２６５ｍｇ／Ｌであった。システムＡにおいて嫌気性消化装置２４から排出され、好気性処理システム１２へと再循環されたＴＡＳ  ３６の平均ＢＯＤは、１，５５７ｍｇ／Ｌであった。嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６のＢＯＤの質量は、パルプ廃水１０のＢＯＤの質量のわずか６．４％であった。このことから、システムＡの好気性処理システム１２の給気要求の増大は、全体的な要求量のうちの大きな割合ではなかった。
【００６５】
システムＡとＢにおける液固分離装置（沈殿槽）１６の堰を越流した処理水１８の平均ＢＯＤ濃度は、それぞれ１４ｍｇ／Ｌと１５ｍｇ／Ｌであった。これはシステムＡにおける９５％のＢＯＤ除去率とシステムＢにおける９４％のＢＯＤ除去率に対応する。それゆえ、両方のシステムが、一般的な処理水放流要件を満たすのに十分なＢＯＤ除去率を実現した。
栄養分補給
嫌気性消化が行われたＴＡＳ  ３６をどの程度、市販の肥料の代用にできるかを測定するために、システムＡに対し、システムＢへの送り込み分の２５％の濃度の尿素を添加し（すなわち、栄養分供給装置３２からセレクタ４８へ）、システムＡにはＡＰＰを添加しなかった。詳しくは、システムＡについて、唯一の栄養分補給は、窒素４，５１８ｍｇ／Ｌの濃度の尿素溶液２Ｌ／日だけであり、これは１日当たり９ｇの窒素肥料を加えたことに相当する。システムＢには、窒素１８，０７３ｍｇ／Ｌの濃度の尿素溶液２Ｌを毎日添加し、その結果、窒素３７ｇ／日を加えた。さらに、システムＢにはポリリン酸アンモニウム２Ｌ／日を加え、このＡＰＰの濃度は窒素１，４１６ｍｇ／Ｌ、リン２，０９５ｍｇ／Ｌとした。全体で、窒素３８．９ｇ／日とリン４．２ｇ／日が尿素とＡＰＰ肥料としてシステムＢに加えられた。システムＢの栄養分要求は、パルプ排水処理プラントで採用されているＢＯＤ：Ｎ：Ｐ比、１００：４．９：０．７に基づくものとした。
【００６６】
平均して、ＴＡＳ  ３６は、全窒素１．７６８ｍｇ／Ｌ、アンモニア６５１ｍｇ／Ｌ、及びリン３０３ｍｇ／Ｌを含んでいた。表２は、システムＡとＢの両方の送り込み排水１０と液固分離装置（沈殿槽）１６から越流した処理水１８中の全窒素、アンモニア、及びリンの濃度を示す。表２は、システムＡの廃水送り込みに嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６を添加することにより、窒素肥料の添加必要量が少なくとも７７％削減されることを示している。場合により、補給のための窒素肥料の添加を完全になくすことが可能でありうる。表２はまた、システムＡにＴＡＳ  ３６を添加することによって、ＡＰＰ（リン）肥料添加の必要性が完全になくなることを示しており、これは、システムＡにおける処理水１８中の全リン濃度がパルプ工場の標的濃度を超えていたからである。
【００６７】
【表２】
2016511693.tif 000004
汚泥容量指標
前述のように、汚泥容量指標（ＳＶＩ）は、沈降３０分後に懸濁液１ｇが占める容積をミリリットルで表したものである。それゆえ、ＳＶＩは液固分離装置（沈殿槽）１６の、沈降による液体からの固形物の分離における有効性を示すものである。ＳＶＩが高いほど、沈降の有効性が低く、したがって、沈殿槽の動作の有効性が低いことを示す。
【００６８】
平均して、汚泥容量指標（ＳＶＩ）は、システムＡが１８６ｍｌ／ｇ、システムＢが３２４ｍｌ／ｇであった。それゆえ、システムＡの平均ＳＶＩは良好で、システムＢのそれよりはるかに低く、有意に優れた清澄化が行わることを示す。
浮遊固形物
システムＡとＢの動作の全段階の平均全浮遊物質（ＴＳＳ）と揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）濃度を表３で比較する。
【００６９】
【表３】
2016511693.tif 000005
表３は、システムＡとＢの両方の処理水１８（沈殿槽からの越流）におけるＴＳＳは、許可されている処理水放流限度５０ｍｇ／Ｌ未満であったことを示している。
嫌気性消化
システムＡが窒素とリンの可溶化（すなわち、汚泥処理ユニット３４におけるＴＡＳ  ３６を生成するためのマイクロスラッジ（登録商標）による処理）及びその後の嫌気性処理システム２４における嫌気性消化（水理学的滞留時間（ＨＲＴ）５．５日）に対する影響は以下の通りである。
【００７０】
１．  標本中の可溶性ケルダール窒素（ＴＫＮ）、すなわち有機窒素、アンモニア、及びアンモニウムの合計は、ＷＡＳ  ２２の可溶性ＴＫＮ約１０％と比較して、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６においてはＴＫＮ全体の５３％に増加した。
【００７１】
２．  可溶性全窒素は、ＷＡＳ  ２２中の可溶性窒素約１０％と比較して、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６においては全窒素の４４％に増加した。
３．  アンモニアは、ＷＡＳ  ２２のアンモニア約２％と比較して、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６においてはＴＫＮ全体の３２％に増加した。
【００７２】
４．  可溶性リンは、ＷＡＳ  ２２の可溶性リン約３９％と比較して、嫌気的に消化されたＴＡＳ  ３６においては全リンの８７％に増加した。
処分すべき固形物
表４は、システムＡとシステムＢにおいて処分される全浮遊物質（ＴＳＳ）を比較する。システムＡとシステムＢの処理水１８のＴＳＳ濃度は略同じ、すなわち、それぞれ１０３及び１０５ｇ／日であった。システムＡでは脱水、又は処分されたＷＡＳ  ２２はなく、これに対してシステムＢでは、２６４ｇ／日のＷＡＳ  ２２を処分する必要があった。システムＡに関して、ＷＡＳ  ２２を、処分のために脱水されたＷＡＳ  ２２としてではなくＴＡＳ  ３６として管理することは、パルプ工場にとって有意で継続的なコスト削減となる。
【００７３】
【表４】
2016511693.tif 000006
結論
この例から、いくつかの結論を導き出すことができる。システムＡにおいては、好気性処理システム１２により生成されたＷＡＳ  ２２の実質的に全部が成功裏に処理され、ＴＡＳ  ３６として再循環され、分解され、それによってＷＡＳ  ２２の脱水と処分の必要性がなくなった。
【００７４】
本発明により、システムＡにおける好気性処理システム１２の化学的酸素必要量（ＣＯＤ）の負荷は増すが、システムＡとＢの処理水１８（沈殿槽の越流）のｔＣＯＤ濃度が同程度であることは、ＴＡＳ  ３６の全部又は実質的に全部が、ＨＲＴを変えずに好気性処理システム１２の中で好気的に生分解されたことを示している。
【００７５】
システムＡの本発明が実行された際の条件は、液固分離装置（二次的沈殿槽）１６の性能を改善し、平均ＳＶＩは、パルプ廃水だけが送り込まれるシステム（システムＢ）のそれの略半分であった。
【００７６】
２つのシステムについて平均固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）が略等しかったことに基づいて、システムＡにおける生物学的に不活性の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）の堆積も、ＴＡＳ  ３６によるその他の重要な影響も検出されなかった。
【００７７】
システムＡの好気性処理システム１２に添加する必要のある窒素肥料を少なくとも７５％置き換えられることが証明された。システムＡの処理水１８（沈殿槽からの越流）のアンモニア濃度はパルプ工場の指針を超えており、これは窒素の添加をさらに削減できることを示す。好気性処理システム１２への尿素添加は、この予備実験で使用された種類のパルプ工場排水１０の場合、完全になくしてもよい。
【００７８】
システムＡのケースでは、リンの添加も不要であった。実際、システムＡの液固分離装置（沈殿槽）１６中のリン濃度は、パルプ工場の指針を超えていた。
例３−嫌気性処理を行わない場合の比較予備実験
好気性処理システム１２の動作、すなわち本発明により動作する活性汚泥好気性廃水処理プラント（システムＡ）の動作を従来の処理プラント（システムＢ）と比較するために、別の予備実験を行った。図１０Ｂ，１１は、この例のそれぞれシステムＡとシステムＢの動作を概略的に示している。システムＡは、嫌気性処理のステップが省かれていること以外、例２の実施形態と同様に構成された（図１０Ａ）。
動作の説明
図２と同様に、システムＡ及びシステムＢの両方が、同じパルプ工場の廃水１０を受け
取った。廃水１０はまず、好気性処理装置１４の上流にあるセレクタ４８に運ばれた。セレクタ４８は、容積約３０Ｌのステンレススチール製容器であった。後でさらに述べるように、尿素又はＡＰＰ栄養分がセレクタ４８と流体連通する栄養分供給装置３２から廃水１０に注入された。システムＡとシステムＢの両方において、好気性処理装置１４は２つのバイオリアクタＴ１（５０）及びＴ２（５２）で構成された。バイオリアクタ５０及び５２は直列に接続され、各々、容積約５００Ｌのステンレススチール製容器であった。バイオリアクタ５０はセレクタ４８からの流入物を受け取り、バイオリアクタ５２は液固分離装置１６に接続され、容積約３２５Ｌのステンレススチール製の円錐形沈殿槽であった。
【００７９】
システムＡとシステムＢの両方において、返送汚泥（ＲＡＳ）２０が液固分離装置１６からバイオリアクタ５０へと、セレクタ４８を介して再循環された。しかしながら、余剰汚泥（ＷＡＳ）２２の取扱いが各システムで異なった。システムＡでは、ＷＡＳ  ２２は、１５０ｍｇ／Ｌ  Ｎａ＋による腐食処理を受けてから、ＷＡＳ処理ユニット３４で細胞溶解された。処理ユニット３４はマイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザからなり、これは、「生物学的廃水処理プロセスから得られた微生物の液化方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」と題する米国特許第６，０１３，１８３号明細書に記載されており、同特許を参照によって本願に援用する。マイクロスラッジ（登録商標）細胞破壊装置／ホモジナイザでの均質化プロセスは、６８．９５ｋＰａ（１０，０００ｐｓｉ）で動作し、処理済み活性汚泥（ＴＡＳ）３６を生成し、これがバイオリアクタ５０にセレクタ４８を介して返送され、ここで流入パルプ廃水１０及びＲＡＳ  ２０と混ぜ合わされた。システムＢは対照例として動作し、好気性処理システム１２の下流でのＷＡＳ  ２２のその後の処理又は返送が行われなかった（図１１参照）。
【００８０】
本格稼働時の処理するべきパルプ排水量は１日当たり平均約１５２，８２０ｍ３であり、ＷＡＳ  ２２の全固形物（ＴＳ）は１日当たり平均３０．３トン（乾物重量）となる。すなわち、処理されたパルプ排水５，０４４ｍ３ごとに１トン（乾物重量）のＷＡＳ  ２２が生成された。これに基づき、この例における実験規模での２，９００Ｌ／日のパルプ廃水１０の活性汚泥処理では、ＷＡＳのＴＳ濃度６％で、１日当たりＷＡＳ  ２２の乾燥固形物０．５７ｋｇ、すなわち約９．６ＬのＷＡＳ  ２２が生成されることになる。
【００８１】
廃水１０と共に、約５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６が約８時間のＨＲＴを与えてセレクタ４８に送り込まれた。比例により、これはパルプ工場のＷＡＳ  ２２の生成量の約半分にあたる。システムＢには廃水１０だけが送り込まれ、ＨＲＴは同じく約８時間であった。
【００８２】
流速、温度、ｐＨ及び溶解酸素濃度のパラメータは、システムＡとシステムＢの両方について同じとした。より詳しくは、廃水１０の流速はシステムＡとシステムＢの両方について２．００Ｌ／分（約２，９００Ｌ／日）であった。ＲＡＳ  ２０の流速はシステムＡとシステムＢの両方について１．０Ｌ／分、すなわち廃水１０の送り込み流速の５０％であった。
【００８３】
システムＡとシステムＢの両方において、使用者制御型のポンプを使って、液固分離装置（沈殿槽）１６からのＷＡＳ  ２２の排出速度が調整された。システムＡでは、ＷＡＳ
２２が約４４．２８Ｌ／日の速度で装置１６から抜き取られた。システムＢでは、ＷＡＳ  ２２が平均４３．７８Ｌ／日の速度で抜き取られた。システムＡにおいては、平均全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度が６．１３１ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の質量は２７１ｇ／日であった。システムＢにおいては、平均ＴＳＳ濃度が４，９９６ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の質量は２１９ｇ／日であった。そ
れゆえ、システムＡの液固分離装置１６から排出されたＷＡＳ  ２２の質量は、システムＢより２４％多い質量となった。
【００８４】
バイオリアクタ５０、５２は安定していて、有意な差はなかった。システムＡとＢの両方の各バイオリアクタ５０、５２の平均温度は３２℃であった。好気性処理システム１２の中の２つの活性汚泥系のｐＨは７．２〜７．３であり、よく行われている活性汚泥法に適合し、また相互に有意な差はなかった。活性汚泥バイオリアクタ５０、５２の溶解酸素（ＤＯ：ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｏｘｙｇｅｎ）濃度は平均２．５ｍｇ／Ｌであり、これらは小さいばらつきで実現された。
比較結果
汚泥日齢
システムＡとシステムＢの汚泥日齢を下の表５の中で比較する。上で説明されたように、汚泥日齢は、バイオリアクタ５０、５２の中の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）の総量（Ｔ１＋Ｔ２）を、（１）液固分離装置（沈殿槽）１６の堰を越流した処理水１８として、及び（２）ＷＡＳ  ２２として好気性処理システム１２から出た固形物量で除したものである。すなわち、
汚泥日齢（日）＝質量（ＶＳＳ（Ｔ１＋Ｔ２）／（ＶＳＳ）の質量／日（沈殿槽＋ＷＡＳ）
である。
【００８５】
【表５】
2016511693.tif 000007
表５に示されるように、汚泥日齢の計算結果は、システムＡにおいて７．１日、システムＢにおいて４．５日であった。この例において、汚泥日齢はシステムＢよりシステムＡの方が長かったが、固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）と汚泥容量指標（ＳＶＩ）は、後で説明するように、システムＡとＢとの間で有意な差はなかった。
固有酸素摂取速度
平均酸素摂取速度（ＯＵＲ：ｏｘｙｇｅｎ  ｕｐｔａｋｅ  ｒａｔｅ）は、システムＡとＢについて、それぞれ２７．６ｍｇ／Ｌと１７．６ｍｇ／Ｌであった。ＶＳＳの単位質量あたり、平均固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡとＢについてそれぞれ１２．８ｍｇ／時／ｇ  ＶＳＳと９．５０ｍｇ／時／ｇ  ＶＳＳであった。これは、ＴＡＳ  
３６の注入がシステムＡとＢのＳＯＵＲにほとんど影響を与えないことを示している。固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡとシステムＢとの間で有意な差がなかった。化学的酸素要求量
好気性処理システム１２に送り込まれたＴＡＳ  ３６の平均ＣＯＤは９９，６２８ｍｇ／Ｌ、平均可溶性ＣＯＤは２９，３３９ｍｇ／Ｌであった。５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６と２，８８０Ｌ／日の廃水１０が混合されたものについては、システムＡの計算による平均送り込み量は１，２８２ｍｇ／Ｌ  ｔＣＯＤと１，１９１ｍｇ／Ｌ  ｓＣＯＤであった。平均して、好気性処理システム１２のＣＯＤ除去率は、システムＡでは６４％、システムＢでは５０％であった。
生物学的酸素要求量
送り込まれた廃水１０の平均生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）濃度は、システムＡとＢの両方について２４９ｍｇ／Ｌであった。システムＡとＢにおける液固分離装置（沈殿槽）１６の堰を越流した処理水１８の平均ＢＯＤ濃度は、それぞれ１４ｍｇ／Ｌと１３ｍｇ／Ｌであった。これはシステムＡとＢにおける９５％のＢＯＤ除去率に対応する。それゆえ、両方のシステムが、一般的な処理水放流要件を満たすのに十分なＢＯＤ除去率を実現した。
栄養分補給
栄養分の需要は、パルプ排水処理プラントにより採用されている最初沈殿槽排水の平均ＢＯＤ、送り込み流速、及びＢＯＤ：Ｎ：Ｐ比、１００：４．９：０．７に基づくものであった。
【００８６】
尿素２１ｍｌ／Ｌ（水）とＡＰＰ  １．６ｍｌ／Ｌ（水）の平均送り込み流速が表６に示されている。
【００８７】
【表６】
2016511693.tif 000008
データは、システムＡとＢへの尿素とＡＰＰの流速に有意な差はなく、ばらつきが小さかったことを示している。平均して、ＴＡＳ  ３６は３，６０７ｍｇ／ＬのＴＫＮを含んでいたが、アンモニアとして存在したのはわずか６１ｍｇ／Ｌであった。ＴＡＳ  ３６はまた、全リン１，２６１ｍｇ／Ｌを含み、そのうちの５５％が可溶性であった。
【００８８】
表７は、沈殿槽の越流中のアンモニアとリンの平均排出濃度に基づき、システムＡとＢの両方において窒素及びリン肥料の添加を大幅に削減できることを示している。
【００８９】
【表７】
2016511693.tif 000009
汚泥容量指標
上述のように、汚泥容量指標（ＳＶＩ）は沈降３０分後に懸濁液１ｇにより占められる容積をミリリットルで表したものである。ＳＶＩはそれゆえ、液固分離装置（沈殿槽）１６の、沈降による液体からの固形物の分離の有効性を示すものである。ＳＶＩが高いほど、沈降の有効性が低く、したがって沈殿槽の動作の有効性が低いことを示している。
【００９０】
平均して、ＳＶＩはシステムＡでは１３９ｍｌ／ｇ、システムＢでは１５６ｍｌ／ｇであった。高いばらつきにより、システムＡとＢとの間にＳＶＩの統計的に有意な差はなかった。
浮遊物質
活性汚泥システムの全段階に関する全浮遊物質及び揮発性浮遊物質濃度の平均が表８に示されている。データから、システムＡの固形物濃度はシステムＢより高いものの、沈殿槽越流中のＴＳＳがより低いことは、システムＢと比較したシステムＡの液固分離装置（沈殿槽）のより高い性能をしていることがわかる。
【００９１】
【表８】
2016511693.tif 000010
菌体収率
ＢＯＤ除去の過程で、好気性処理システム１２はバイオマスを生成する。除去ＢＯＤ当たりのバイオマス生成（ＶＳＳ）量は菌体収率と呼ばれる。一般的なシステム１２の菌体収率はＶＳＳ  ０．５ｇ／ｇ（ＢＯＤｒ）である。
【００９２】
ＴＡＳ  ３６を好気性処理システム１２に送り込むことによる正味固形物生成に与える影響を評価するために、表９及び１０は、システムＡとＢのそれぞれの菌体収率の計算データを示す。
【００９３】
【表９】
2016511693.tif 000011
ＢＯＤを微生物細胞に変換することによって生成される揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）は、液固分離装置（沈殿槽）１６の越流（ＯＦ：ｏｖｅｒｆｌｏｗ）を介して、及びＷＡＳ  ２２の中でシステム１２から出るＶＳＳの質量から好気性処理システム１２に送り込まれるＶＳＳの質量を差し引くことによって測定される。これは、次式で表される。
【００９４】
【数１】
2016511693.tif 000012
表９のデータから、１日に生成される質量は次式で計算される。
【００９５】
【数２】
2016511693.tif 000013
除去されたＢＯＤの質量は、ＢＯＤ送り込みの質量とＢＯＤＯＦの質量との差である（６６２−２０＝６４２）。
菌体収率の等式
【００９６】
【数３】
2016511693.tif 000014
を使用すると、
【００９７】
【数４】
2016511693.tif 000015
となる。
これは、一般的な活性汚泥排水処理プラントでの菌体収率と比較して、極めて低い数値で
ある。表１０のデータに基づくシステムＢについての同じ計算は、システムＡとは大きく異なる菌体収率を示している。
【００９８】
【表１０】
2016511693.tif 000016
システムＢの菌体収率は以下のように計算される。
【００９９】
【数５】
2016511693.tif 000017
除去されたＢＯＤは、ＢＯＤ送り込みの質量とＢＯＤＯＦの質量との差である（６４５−１９＝６２６）。
【０１００】
【数６】
2016511693.tif 000018
システムＢに関する、ＶＳＳ生成  ０．４５ｇ／ｇ（ＢＯＤｒ）の汚泥収率は、排水処理プラントの一般的な範囲内である。
【０１０１】
この例において、ＴＡＳ  ３６をシステムＡに送り込まれるパルプ廃水１０に添加することによって、固形物負荷がシステムＢと比較して２．９倍増大した（システムＡの３３１ｇ／日のＶＳＳに対してシステムＢの１１５ｇ／日のＶＳＳ）。しかしながら、排出されるＶＳＳの総質量は、システムＢよりシステムＡの方が２０％少なかった（Ａからは３１９ｇ／日のＶＳＳ、Ｂからは３９９ｇ／日のＶＳＳ）。この予想外に肯定的な結果は、好気性処理システム１２の中でＴＡＳ  ３６が実質的に分解されたことを示している。
【０１０２】
要約すると、予備実験において、パルプ及び製紙工場により生成されるＷＡＳ  ２２の量の略半分に当たる割合のＴＡＳ  ３６を流入廃水１０に添加しても、好気性処理装置１４又は液固分離装置（二次的沈殿槽）１６の何れの性能にも不利な影響を与えなかった。
【０１０３】
ＶＳＳの正味の増加を示す菌体収率より、ＶＳＳの正味の減少が見られたことは、システムＡにおいて添加された約５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６の全部が好気性処理システム１２内で分解されたことを示唆している。
【０１０４】
さらに、システムＡの処理水１８の中の窒素とリンの濃度が上昇したことは、再循環されるＴＡＳ  ３６を用いた好気性処理システム１２の運転には肥料が少なくて済むことを示している。
例４−嫌気性処理を行わない場合の別の比較予備実験
本発明にしたがって運転される好気性処理システム１２（システムＡ）の動作を従来の処理プラント（システムＢ）と比較するために、別の予備実験を行った。ことわりのないかぎり、実験パラメータは上記の例３と同じとしたが、セレクタ４８に廃水１０と共にマイクロスラッジ（登録商標）で処理したＴＡＳ  ３６、約１１．５Ｌ／日を送り込み、約８時間のＨＲＴを与えた。比例的に、これは処理されたパルプ排水５，０４４ｍ３ごとに１トン（乾物重量）のＷＡＳ  ２２が生成される工場のＷＡＳ生成量の約２０％増にあたる。システムＢには廃水１０のみを送り込み、同じく約８時間のＨＲＴを与えた。
【０１０５】
システムＡとシステムＢの両方において、使用者制御型のポンプを使って液固分離装置（沈殿槽）１６からのＷＡＳ  ２２の排出量を調整した。システムＡでは、ＷＡＳ  ２２が装置１６から約５２．５７Ｌ／日の速度で抜き取られた。システムＢでは、ＷＡＳ  ２２が平均５２．０４Ｌ／日の速度で抜き取られた。システムＡにおいて、平均全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度は６，７８０ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の固形分は３５６ｇ／日であった。システムＢにおいて、平均ＴＳＳ濃度は５，４９３ｍｇ／Ｌで、装置１６から抜き取られたＷＡＳ  ２２の固形分は２８６ｇ／日であった。それゆえ、システムＡの液固分離装置（沈殿槽）１６から排出されるＷＡＳ  ２２の固形分は、システムＢにおける固形分より２４％多い固形分となった。
比較結果
汚泥日齢
システムＡとシステムＢの汚泥日齢を下の表１１で比較する。表１１に示されるように、汚泥日齢は、システムＡでは６．２日、システムＢでは３．１日と算出された。この例では、汚泥日齢はシステムＡの方がシステムＢより長かったが、後で説明するように、固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）と汚泥容量指標（ＳＶ１）はシステムＡとＢとの間に有意な差はなかった。
【０１０６】
【表１１】
2016511693.tif 000019
固有酸素摂取速度
平均酸素摂取速度（ＯＵＲ）はシステムＡとＢについて、それぞれ２５．７ｍｇ／Ｌと１８．３ｍｇ／Ｌであった。ＶＳＳの単位質量あたり、平均固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡとＢについてそれぞれ８．６ｍｇ／時／ｇ（ＶＳＳ）と９．４ｍｇ／時／ｇ（ＶＳＳ）であった。これは、ＴＡＳ  ３６の注入がシステムＡとＢのＳＯＵＲに対して重要な影響を与えないことを示している。固有酸素摂取速度（ＳＯＵＲ）は、システムＡとシステムＢとの間で有意な差がなかった。
化学的酸素必要量
好気性処理システム１２に送り込まれるＴＡＳ  ３６の平均ＣＯＤは９２，０４４ｍｇ／Ｌであった。１１．５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６を平均ｔＣＯＤ濃度１，０７６ｍｇ／Ｌの廃水１０、２，８８０Ｌ／日と混合した場合、システムＡの好気性処理システム１２に送り込まれた平均ｔＣＯＤの計算結果は１，４４１ｍｇ／Ｌであった。平均して、好気性処理システム１２のＣＯＤ除去率は、システムＡにおいて７１％、システムＢにおいて５０％であった。システムＡのｓＣＯＤ除去率は有意に大きく、すなわちシステムＢのｓＣＯＤｒ、４８％に対して６６％のｓＣＯＤｒであり、これはＴＡＳ  ３６が好気的に生分解可能であったことを示している。
生物学的酸素必要量
システムＡとＢの好気性処理システム１２に送り込まれた廃水１０の平均ＢＯＤは２８１ｍｇ／Ｌであった。システムＡとＢの液固分離装置（沈殿槽）１６の堰から越流した処理水１８のＢＯＤ濃度は、それぞれ１６ｍｇ／Ｌと２４ｍｇ／Ｌであり、すなわち、システムＡのＢＯＤ除去率は９４％（ＴＡＳ  ３６からのＢＯＤを含まない）、システムＢのＢＯＤｒは９１％であった。
栄養分補給
例３と同様に、栄養分需要は、製紙工場の排水処理プラントが採用する最初沈殿槽排水の平均ＢＯＤ、送り込み流速、及びＢＯＤ：Ｎ：Ｐ比、１００：４．９：０．７に基づくものであった。尿素２１ｍｌ／Ｌ（水）とＡＰＰ  １．６ｍｌ／Ｌ（水）の平均送り込み速度が表１２に示されている。
【０１０７】
【表１２】
2016511693.tif 000020
データは、システムＡとＢへの尿素とＡＰＰの流速に有意な差がなかったことを示している。平均して、ＴＡＳ  ３６は３，４１４ｍｇ／ＬのＴＫＮを含むが、アンモニアとして存在したのはわずか６１ｍｇ／Ｌであった。ＴＡＳ  ３６はまた、１，２６１ｍｇ／Ｌの全リンも含み、そのうちの５５％が可溶性であった。
【０１０８】
好気性処理システム１２に送り込まれた廃水１０に１１．５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６を添加することは、栄養分に貢献する。平均して、ＴＡＳ  ３６は３，４１４ｍｇ／ＬのＴＫＮを含み、そのうち２，１４９ｍｇ／ＬのＴＫＮが可溶性であった。嫌気性消化を行わなかった場合、アンモニアとして存在したのは窒素のうち少量のみであった（平均、わずか３２ｍｇ／Ｌ）。窒素含有量に関して、ＴＡＳ  ３６は比較的多いリンを含み、全リンは１，２６０ｍｇ／Ｌで、全リンの６８％が可溶性であった。
【０１０９】
下の表１３は、沈殿槽の越流における排水中アンモニアとリンの平均濃度に基づき、両方のシステムＡとＢへの窒素及びリン肥料の添加を大幅に削減できることを示している。
【０１１０】
【表１３】
2016511693.tif 000021
汚泥容量指標
平均して、ＳＶＩはシステムＡが１６５ｍｌ／ｇ、システムＢが２１０ｍｌ／ｇであり、これは、システムＡにおいてシステムＢより沈降が良好であったことを示す。
浮遊物質
活性汚泥システム内の全段階に関する平均全浮遊物質及び揮発性浮遊物質を表１４に示す。データは、システムＡに含まれる固形物濃度がシステムＢより高く、それがひとつに、ＴＡＳ  ３６への固形物負荷の追加によることを示している。
【０１１１】
【表１４】
2016511693.tif 000022
菌体収率
ＢＯＤを除去する過程で、好気性処理システム１２はバイオマスを生成する。例３において上で説明したように、除去されたＢＯＤあたりの生成バイオマス（ＶＳＳ）の量は菌体収率と呼ばれる。一般的な好気性処理システム１２の菌体収率はＶＳＳ  ０．５ｇ／ｇ（ＢＯＤｒ）である。ＴＡＳ  ３６を好気性に送り込むことによる正味の固形物生成に与える影響を査定するために、表１５及び１６は、システムＡとＢについてのそれぞれの菌体収率計算データを示す。
【０１１２】
【表１５】
2016511693.tif 000023
この例において、システムＡの菌体収率の計算結果は−０．０６であった。この菌体収率は、本質的にゼロであり、一般的な好気性処理システム１２の菌体収率と比較して非常に低い数値である。５Ｌ／日のＴＡＳ  ３６を流入廃水１０に添加した例３の場合のように、データは、菌体収率ではなく、ＶＳＳの正味の減少を示している。これは、好気性処理システム１２に、それが廃水１０の処理から生成するはずの量より２０％多いＷＡＳ  ２２が加えられても、ＢＯＤを消費する微生物の成長の結果として形成される量より多くのＶＳＳが送り込みの中から除去されることを示している。このようなＴＡＳ  ３６の分解は、脱水及び処分するべきＷＡＳ  ２２の排除が可能であることを証明している。
【０１１３】
表１６のデータに基づくシステムＢに対する同じ計算は、システムＡと比較して、基本的な好気性処理システム１２の菌体収率が非常に異なることを示している。
【０１１４】
【表１６】
2016511693.tif 000024
システムＢのＶＳＳ生成  ０．４４ｇ／ｇ（ＢＯＤｒ）の汚泥収率は、排水処理プラントにとって一般的な範囲内である。ＴＡＳ  ３６をＡに追加したことにより、システムＡが受けた固形物負荷はシステムＢの３．７倍であるが（ＡのＶＳＳ、５３９ｇ／日に対してＢのＶＳＳ、１４６ｇ／日）、排出されるＶＳＳの質量はシステムＡからの方（ＶＳＳ
４９０ｇ／日）がＢからのもの（ＶＳＳ  ４７９ｇ／日）よりわずかに２％多かった。これは、この例において、好気性処理システム１２の中でＴＡＳ  ３６の実質的に全部が分解されたことを示唆している。
【０１１５】
要約すると、この例において、好気性処理システム１２で生成されるＷＡＳ  ２２の量の約１２０％に当たる割合のＴＡＳ  ３６を廃水１０に添加しても、予備実験では好気性
処理装置１４又は液固分離装置（二次的沈殿槽）１６の何れにも不利な影響を与えなかった。
【０１１６】
ＶＳＳの増加が略ゼロであったことは、システムＡに追加されたＴＡＳ  ３６のほとんど全部が好気性処理システム１２の中で分解されたことを示唆する。
システムＡの処理水１８の中の窒素とリンの濃度が上昇したことは、ＴＡＳ  ３６が送り込まれた好気性処理システム１２の動作には肥料が少なくてよいことを示している。
【０１１７】
多数の例示的態様と実施形態を上で述べたが、当業者であれば、その特定の改良形態、変更形態、追加形態、及び部分的組み合わせ形態に気付くであろう。したがって、以下の付属の特許請求の範囲と今後含められる特許請求項は、そのような改良形態、変更形態、追加形態、部分的組み合わせ形態のすべてを、それらの実際の趣旨と範囲内にあるものとして包含すると解釈される。
【図１】
2016511693.tif 000025
【図２】
2016511693.tif 000026
【図３】
2016511693.tif 000027
【図４】
2016511693.tif 000028
【図５Ａ】
2016511693.tif 000029
【図５Ｂ】
2016511693.tif 000030
【図６Ａ】
2016511693.tif 000031
【図６Ｂ】
2016511693.tif 000032
【図６Ｃ】
2016511693.tif 000033
【図７】
2016511693.tif 000034
【図８】
2016511693.tif 000035
【図９】
2016511693.tif 000036
【図１０Ａ】
2016511693.tif 000037
【図１０Ｂ】
2016511693.tif 000038
【図１１】
2016511693.tif 000039
【図１２】
2016511693.tif 000040
【図１３】
2016511693.tif 000041
【国際調査報告】
2016511693.tif 000042
2016511693.tif 000043
2016511693.tif 000044
2016511693.tif 000045
2016511693.tif 000046