特許 7153135 バイパスの一次排水およびステップ供給を使用したメインストリームの脱アンモニアプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-04

(45)【発行日】2022-10-13

(54)【発明の名称】バイパスの一次排水およびステップ供給を使用したメインストリームの脱アンモニアプロセス

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/34 20060101AFI20221005BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

C02F3/34 101A

C02F3/34 101C

C02F1/44 F

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021519535

(86)(22)【出願日】2019-10-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-13

(86)【国際出願番号】 US2019055099

(87)【国際公開番号】W WO2020076755

(87)【国際公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-05-26

(31)【優先権主張番号】62/744,671

(32)【優先日】2018-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503289595

【氏名又は名称】ヴェオリア・ウォーター・ソリューションズ・アンド・テクノロジーズ・サポート

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ルメール， ロマン

(72)【発明者】

【氏名】ジャオ， ホン

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１１０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１５３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０００９６８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ ３／０２－ ３／１０

３／２８－ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃水流からアンモニウムを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスであって、
一次浄化装置で前記廃水流を浄化し、一次排水を生成すること、
前記一次排水の第１の部分を生物学的処理反応器に送り、前記一次排水から炭素を除去して処理された廃水を生成すること、
前記生物学的処理反応器で前記一次排水の前記第１の部分を処理した後、前記処理された廃水を、空気オン期間と空気オフ期間を含む断続的な曝気を備えた一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）脱アンモニア反応器に送ること、
前記一次排水の第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送り、そのプロセスで前記生物学的処理反応器をバイパスすること、
空気オフ期間中に前記一次排水の前記第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入し、空気オン期間中の前記一次排水の前記第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入することを控えることであって、前記一次排水の前記第２の部分が前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で前記処理された廃水と混合されて、廃水混合物を形成すること、
前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって前記廃水混合物からアンモニウムを除去すること、
前記廃水混合物からアンモニウムを除去した後、前記廃水混合物を二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、前記アンダーフローの少なくとも一部を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器にリサイクルすること、を備えるメインストリームの脱アンモニアプロセス。

【請求項2】

前記プロセスがスラッジを生成し、前記プロセスが、非繊維状バイオマスを選択するように、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の上流の前記メインストリームの脱アンモニアプロセスにおいて嫌気性または無酸素セレクタを提供し、かつ前記嫌気性または無酸素セレクタを使用することによって、前記プロセスによって生成された前記スラッジの沈降性を高めることを含む、請求項１に記載のメインストリームの脱アンモニアプロセス。

【請求項3】

前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器内の残留アンモニア濃度を１ｍｇ／Ｌ超で維持することを含む、請求項１に記載のメインストリームの脱アンモニアプロセス。

【請求項4】

空気がオンの期間中に前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器内の好気性条件を維持すること、および空気オフの期間中に前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器内の無酸素条件を維持することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項5】

前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器内の空気オンの期間中、溶存酸素濃度が０．５から２ｍｇ／Ｌに維持され、空気オフの期間中、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器内の前記溶存酸素濃度を０から０．５ｍｇ／Ｌの範囲に維持する、請求項４に記載のプロセス。

【請求項6】

前記プロセスは、ＴＫＮへの前記生分解性可溶性の化学的酸素要求量（ｂｓＣＯＤ）をｇＣＯＤ／ｇ―ＴＫＮとして約０．５から２に維持することにより、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器において部分的脱窒を提供するように制御される、請求項１に記載のプロセス。

【請求項7】

プロセスで生成されたスラッジがバルクになる傾向を低減しながら、廃水の流れからアンモニウムとリンを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスであって、
一次浄化装置で前記廃水流を浄化し、一次排水を生成すること、
前記一次排水の第１の部分を生物学的処理反応器に送り、前記一次排水から炭素を除去して、処理された廃水を生成すること、
前記生物学的処理反応器で前記一次排水の前記第１の部分を処理した後、前記処理された廃水を、空気オン期間と空気オフ期間を含む断続的な曝気を備えた一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）脱アンモニア反応器に送ること、
前記一次排水の第２の部分を、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の上流に位置する嫌気性または無酸素セレクタへ、かつ前記嫌気性または無酸素セレクタ内に送り、微生物を除去している生物学的リンおよび非繊維状微生物を選択すること、
前記嫌気性または無酸素セレクタからの排水を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送り、そのプロセスで前記生物学的処理反応器をバイパスすること、
前記嫌気性または無酸素性セレクタからの前記排水を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入することであって、前記嫌気性または無酸素セレクタからの前記排水が前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で前記処理された廃水と混合されて廃水混合物を形成すること、
前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって前記廃水混合物からアンモニウムを除去し、前記廃水混合物からリンを除去すること、および
前記廃水混合物を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器から二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、前記浄化装置のアンダーフローの一部を前記嫌気性または無酸素セレクタにリサイクルすること、を含むプロセス。

【請求項8】

前記生物学的処理反応器で処理される前記処理された廃水が前記嫌気性または無酸素セレクタに送られず、代わりに前記嫌気性または無酸素セレクタをバイパスし、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送られる、請求項７に記載のプロセス。

【請求項9】

廃水流からアンモニウムを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスであって、
一次浄化装置で前記廃水流を浄化し、一次排水を生成すること、
前記一次排水の第１の部分を生物学的処理反応器に送り、前記一次排水から炭素を除去して、処理された廃水を生成すること、
前記生物学的処理反応器で前記一次排水の前記第１の部分を処理した後、前記処理された廃水を、空気オン期間と空気オフ期間を含む断続的な曝気を備えた一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）脱アンモニア反応器に送ることであって、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器が一連の水槽を含むこと、
前記処理された廃水を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の前記水槽にステップ供給すること、
前記一次排水の第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送り、そのプロセスで前記生物学的処理反応器をバイパスすること、
空気オフの期間中、前記一次排水の前記第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の前記水槽にステップ供給し、空気オンの期間中、前記一次排水の前記第２の部分を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器にステップ供給することを控えることであって、一次排水の前記第２の部分は、前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で前記処理された廃水と混合され、廃水混合物を形成すること、
前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって前記廃水混合物からアンモニウムを除去すること、および
前記廃水混合物からアンモニウムを除去した後、前記廃水混合物を二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、前記アンダーフローの少なくとも一部を前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器にリサイクルすること、を含むプロセス。

【請求項10】

前記ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の前記水槽の各々が断続的な曝気を含む、請求項９に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニウムを除去するためのシステムおよび方法に関し、より具体的にはメインストリームの脱アンモニアプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの廃水には、アンモニウム－窒素（ＮＨ_４－Ｎ）（本明細書ではアンモニウムと呼ばれる）が含まれている。様々な規制の制限を満たすには、廃水を排出する前に、アンモニウムを廃水から除去する必要がある。従来のアプローチは、硝化および脱窒プロセスと呼ばれる２段階の生物学的プロセスを採用している。従来の硝化および脱窒プロセスには多くの欠点がある。第一に、従来の硝化および脱窒プロセスは、硝化段階中に必要とされる酸素生成の形でかなりのエネルギを必要とする。さらに、脱窒には炭素が必要であり、およびこれは廃水中に存在する炭素を注意深く利用する必要があることを意味し、およびこれは廃水からのエネルギ回収の可能性を制限し（バイオガスが少ない）、および外部の炭素源が必要になることがよくある。

【0003】

近年、嫌気性汚泥消化槽脱水液（サブストリーム）等の特定の廃棄物の流れの中のアンモニウムは、従来の硝化脱窒に通常関連するものとは異なる細菌を利用することによって除去できることが発見された。この場合、典型的なプロセスは、好気性窒化と嫌気性アンモニウム酸化（ａｎａｍｍｏｘ）を組み合わせたものである。硝化ステップでは、好気性酸化細菌（ＡＯＢ）が廃棄物の流れの中のアンモニウムのかなりの部分を亜硝酸塩（ＮＯ_２ ^－）に酸化する。次に、２番目のステップで、ａｎａｍｍｏｘバクテリアまたはバイオマスが残りのアンモニウムと亜硝酸塩を窒素ガス（Ｎ_２）、および場合によっては少量の硝酸塩（ＮＯ_３ ^－）に変換する。全体のプロセス、すなわちニトロ化とａｎａｍｍｏｘ ａｎａｍｍｏｘプロセスは、脱アンモニア化と呼ばれる。

【0004】

脱アンモニアプロセスは、廃水処理プラントのメインライン処理にも適用されている。ただし、メインストリームの脱アンモニアプロセスは、管理および制御が困難である。メインストリームの脱アンモニアプロセス中のアンモニウムを効果的に除去するために、プロセスでは多くの変量に対処する必要がある。例えば、脱アンモニアプロセスのａｎａｍｍｏｘ段階では、亜硝酸塩の利用可能性が必要である。亜硝酸塩濃度が不足している場合、ａｎａｍｍｏｘバクテリアは残りのアンモニウムを酸化することができない。脱アンモニアプロセスの典型的な問題は、亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）の制御に関連している。明らかに、有意なＮＯＢの存在は亜硝酸塩を枯渇させるため、ａｎａｍｍｏｘバクテリアはａｎａｍｍｏｘプロセスに利用できる亜硝酸塩を持っていない。

【0005】

もう１つの懸念事項は、十分なレベルの残留アンモニウムを維持することである。残留アンモニウムは、ＡＯＢの成長速度をＮＯＢの成長速度よりも高く維持するために、無制限の基質（アンモニウム）をＡＯＢに提供するために必要である。存在するアンモニウムが不十分な場合、ＮＯＢを選択するようにスラッジの浪費を使用することは不可能であるが（つまり、ＳＲＴ制御）、メインストリームの脱アンモニアプロセスではＡＯＢを保持する。

【0006】

メインストリームの脱アンモニアプロセスで発生する可能性のある別の問題は、スラッジのバルキングの問題である。バルキングスラッジでは、混合液浮遊物質（ＭＬＳＳ）のフロックが圧縮または沈降せず、かつフロック粒子が二次浄化装置の排水に排出される。スラッジバルキングは、プロセスが非糸状生物とは反対の糸状生物の成長と増殖を助長する場合、メインストリームの脱アンモニアプロセスで発生する可能性がある。

【0007】

したがって、スラッジのバルキングに対処し、ＮＯＢの成長を制御し、適切な濃度の残留アンモニウムを提供するメインストリームの脱アンモニアプロセスが必要である。

【発明の概要】

【0008】

本発明は、ＮＯＢの成長を抑制し、かつ良好な沈降特性を有するスラッジを生成する、廃水からアンモニウムを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスに関する。

【0009】

一実施形態では、廃水からアンモニウムを除去するための一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）反応器を含むメインストリームの脱アンモニアプロセスが提供される。廃水は一次浄化にかけられ、一次排水が生成される。一次排水の一部は、廃水から炭素を除去するための生物学的処理反応器に送られる。生物学的処理装置からの排水は、脱アンモニアプロセスを通じて廃水からアンモニウムを除去するＩＦＡＳ反応器に送られる。一次排水の別の部分は、生物学的処理反応器をバイパスし、およびＩＦＡＳ反応器、または良好な沈降特性を持つバイオマスの選択を引き起こす生物を選択する嫌気性または無酸素セレクタに送られる。一次排水のバイパスフローで容易に生分解されるＣＯＤ画分は、選択に必要な基質である。

【0010】

一実施形態では、脱アンモニアプロセスは、ＩＦＡＳ反応器内の廃水からアンモニウムを除去するために使用されるニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスを含む。限られた期間、ＩＦＡＳ反応器内で無酸素状態を選択的に作成することにより、部分的な脱窒プロセスが発生し、硝酸塩を亜硝酸塩に変換することによって脱窒プロセスを強化する。

【0011】

本発明は、一実施形態では、廃水流からアンモニウムを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスを伴う。このプロセスには、
一次浄化装置で廃水を浄化し、一次排水を生成すること、
一次排水の一部を生物学的処理反応器に送り、かつ廃水から炭素を除去すること、
生物学的処理反応器からの廃水を、空気のオンの期間および空気のオフの期間を含む断続的な曝気を備えたＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に向けること、
ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって廃水からアンモニウムを除去すること、
廃水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器から二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、その一部がＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に戻されること、
一次排水の一部を直接ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送り、かつその過程で生物学的処理反応器をバイパスすること、および
空気オフの期間中に一次排水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入し、かつ空気オンの期間中に一次排水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入することからリフレーミングすることが含まれる。

【0012】

別の実施形態では、本発明は、プロセスで生成されたスラッジがバルクになる傾向を低減しながら、廃水の流れからアンモニウムおよびリンを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスを伴う。このプロセスには、
一次浄化装置で廃水流を浄化し、かつ一次排水を生成すること、
一次排水の第１の部分を生物学的処理反応器に導き、かつ一次排水から炭素を除去して処理された廃水を生成すること、
生物学的処理反応器で一次排水の第１の部分を処理した後、処理された廃水を、空気オン期間と空気オフ期間を含む断続的な曝気を備えた一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）脱アンモニア反応器に送ること、
一次排水の第２の部分を、ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の上流および嫌気性または無酸素セレクタに配置された嫌気性または無酸素セレクタに送り、生物学的リン除去微生物および非糸状微生物を選択すること、
嫌気性または無酸素性セレクタからの排水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器および生物学的処理反応器をバイパスする過程で送ること、
嫌気性または無酸素性セレクタからの排水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に注入することであって、嫌気性または無酸素セレクタからの排水がＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で処理された廃水と混合されて廃水混合物を形成すること、
ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって廃水混合物からアンモニウムを除去し、廃水混合物からリンを除去すること、および
廃水混合物をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器から二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、浄化装置のアンダーフローの一部を嫌気性または無酸素セレクタにリサイクルすることが含まれる。

【0013】

別の実施形態では、本発明は、廃水流からアンモニウムを除去するためのメインストリームの脱アンモニアプロセスを伴い、
一次浄化装置で廃水流を浄化し、一次排水を生成すること、
一次排水の第１の部分を生物学的処理反応器に導き、一次排水から炭素を除去して処理された廃水を生成すること、
生物学的処理反応器で一次排水の第１の部分を処理した後、処理された廃水を空気オンの期間および空気オフの期間を含む断続的な曝気を備える一体化固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）脱アンモニア反応器に送ることであって、ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器が一連の水盤を含む、送ること、
処理された廃水をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の水盤内にステップ供給すること、
一次排水の第２の部分をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送り、その過程で生物学的処理反応器をバイパスすること、
空気オンの期間中に一次排水の第２の部分をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器の水盤にステップ供給し、空気オンの期間中に一次排水の第２の部分をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器にステップ供給することを控えることであって、一次排水の第２の部分は、ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で処理された廃水と混合されて廃水混合物を形成すること、
ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器で、ニトロ化およびａｎａｍｍｏｘプロセスによって廃水混合物からアンモニウムを除去すること、および
廃水混合物からアンモニウムを除去した後、廃水混合物を二次浄化装置に送り、二次排水と浄化装置のアンダーフローを生成し、アンダーフローの少なくとも一部をＩＦＡＳ脱アンモニア反応器にリサイクルすることを含む。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、一次排水がＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に送られるメインストリームの脱アンモニアプロセスを示している。

【0015】

【図2】図２は、図１と同様のメインストリームの脱アンモニアプロセスを示しているが、ＩＦＡＳ反応器の上流に嫌気性または無酸素セレクタがある。

【0016】

【図3】図３は、図１と同様のメインストリームの脱アンモニアプロセスを示しているが、複数のＩＦＡＳ脱アンモニア反応器が含まれている。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１から３は、メインストリームの脱アンモニアプロセスを示している。各プロセスには、廃水流からアンモニウムを除去する１つ以上のＩＦＡＳ脱アンモニア反応器が含まれる。さらに、各プロセスには、何らかの形の前処理が含まれる。前処理は様々であり得る。図１から３に示す例では、前処理には一次浄化装置と廃水から炭素を除去するためのいくつかの手段が含まれている。図１から３に示すプロセスでは、「高速Ｃステージ」と呼ばれる高速生物学的処理反応器が提供される。この反応器は、それを通過する廃水からの炭素濃縮物を減らす。いくつかのプロセスでは、炭素は、生物学的処理反応器を取り囲み、かつＩＦＡＳ脱アンモニア反応器に直接供給される一次排水バイパスラインによってＩＦＡＳ反応器に直接供給される。場合によっては、メインストリームの脱アンモニアプロセスには、良好な沈降スラッジを生成する生物またはバイオマスを選択するための嫌気性または無酸素セレクタが備わっている。

【0018】

図１を参照すると、メインストリームの脱アンモニアプロセスがそこに示され、かつ一般に数字１０で示されている。このメインストリームのプロセスには、処理される生の下水または廃水を受け取り、かつそれらを浄化して一次汚泥（図示せず）および一次排水を生成する一次浄化装置１２が含まれる。一次浄化装置１２の下流は、高速Ｃステージ反応器１４である。高速Ｃステージ反応器の目的は、一次排水から炭素を除去することである。本質的に高速Ｃステージ反応器は、好気性または嫌気性状態で作動する生物学的処理反応器である。高速Ｃステージ反応器１４からの排水は、ＩＦＡＳ脱アンモニア反応器１６に向けられる。ＩＦＡＳ反応器１６には曝気システムが備わっている。曝気システムは、「空気オン期間」と「空気オフ期間」を提供するように設計されている。したがって、空気は継続的に供給されるのではなく、オンとオフが繰り返される。廃水を処理するプロセス中、空気オン期間中のＩＦＡＳ反応器内の溶存酸素濃度は通常０．５から２の範囲である。空気オフ期間中、これらの期間中の反応器内の溶存酸素濃度は通常０から０．５の範囲であるため、ＩＦＡＳ反応器１６内の条件は一般に無酸素である。

【0019】

ＩＦＡＳ反応器１６内の条件は、脱アンモニアプロセスを生じさせるように制御される。つまり、ＡＯＢは廃水中のアンモニウムを酸化して亜硝酸塩を生成する。これはしばしばニトロ化と呼ばれる。原則として、これは通常、アンモニウムの約５０％を亜硝酸塩に変換する。その後、このプロセスは、ａｎａｍｍｏｘバクテリアが亜硝酸塩を利用して残りのアンモニウムを酸化するａｎａｍｍｏｘプロセスを伴う。場合によっては、このプロセスで少量の硝酸塩が生成される。ニトロ化とａｎａｍｍｏｘプロセスの組み合わせにより、廃水中のアンモニウム濃度が大幅に減少する。

【0020】

ＩＦＡＳ反応器１６の下流は、二次浄化器１８である。ＩＦＡＳ反応器１６からの排水は、二次浄化装置１８に向けられ、二次浄化装置１８は、浄化装置のアンダーフローおよび二次排水を生成する。図１に示すように、二次浄化装置１８によって生成されたアンダーフローの一部は、ＩＦＡＳ反応器１６への戻り活性汚泥としてリサイクルされる。アンダーフローの別の部分はシステムから浪費され、かつ廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）と呼ばれる。

【0021】

図１に示されるシステムは、高速Ｃステージ反応器１４およびＩＦＡＳ反応器１６の上流の点で動作可能に接続される一次排水バイパスライン２０を含む。図１で、ライン２０が高速Ｃステージ反応器１４をバイパスしていることに注意されたい。一次排水バイパスライン２０の目的は、炭素に富む一次排水の一部を直接ＩＦＡＳ反応器１６に向けることである。一次排水は、空気オフ期間中にのみＩＦＡＳ反応器に注入されることが好ましい。ＩＦＡＳ反応器１６が曝気条件下で作動しているとき、反応器への一次排水の流れは遮断される。図１に示されているプロセスは、全窒素除去を改善する傾向があり、かつ同時に、沈降特性が改善されたスラッジを生成することが観察されている。上記のように、バイパスライン２０の一次排水は、空気オフ期間中にのみＩＦＡＳ反応器１６に注入される。無酸素状態は、空気オフ期間中、ＩＦＡＳ反応器１６内で維持される。無酸素条件下で容易に生分解性の炭素が供給されると、ＩＦＡＳ反応器は定期的に無酸素セレクタになり、非繊維状生物を選択して増殖させる傾向がある。上記のように、これらの生物は、良好な沈降特性を備えたスラッジを生成する傾向がある。

【0022】

また、空気オフ期間中に一次排水をＩＦＡＳ反応器１６に供給することには別の利点がある。そうすることで、ａｎａｍｍｏｘプロセスが改善される。これは、空気オフ期間中にＩＦＡＳ反応器１６に容易に生分解性の炭素が供給されると、部分的な脱窒、つまり硝酸塩から亜硝酸塩への変換が生じるためである。硝酸塩を亜硝酸塩に変換すると、ａｎａｍｍｏｘバクテリアの基質として追加の亜硝酸塩が提供される。一次排水中の炭素対窒素比は変動する可能性がある。典型的には、好ましい実施形態では、一次排水中の炭素対窒素比は、ＴＫＮに対する総ＣＯＤに関して約５から８であり、ＴＫＮに対する生分解性可溶性ＣＯＤ（ｂｓＣＯＤ）に関して約２から４である。一次排水をバイパスする目的は、結合されたストリーム（一次排水と高速Ｃステージ排水）のｂｓＣＯＤ対ＴＫＮに関する全体的なＣ／Ｎ比を、ｇＣＯＤ／ｇ－ＴＫＮとして約０．５から２に維持することである。このプロセスは、部分的な脱窒のみを実行するように、ＩＦＡＳ反応器１６に供給される炭素を制限することを目的としている。別の言い方をすれば、硝酸塩を亜硝酸塩に変換する際に、亜硝酸塩が、従属栄養性脱窒によって、さらに窒素ガスに変換されないようにプロセスを制御することが有利である。これは、ａｎａｍｍｏｘプロセスに供給するために、ＩＦＡＳ反応器１６内で特定の濃度の亜硝酸塩を維持する必要があるためである。

【0023】

図２は、別のメインストリームの脱アンモニアプロセスである。図１のプロセスがリンを生物学的に除去するように設計されていないことを除いて、図１のプロセスと同様である。ただし、図２のプロセスは、メインストリームの脱アンモニアプロセスでリンを生物学的に除去するように設計されている。

【0024】

図２を見ると、同じものが、ＩＦＡＳ反応器１６の上流に配置されたｂｉｏ－ｐセレクタ３０を含むことが分かる。さらに、一次排水バイパスは、ＩＦＡＳ反応器１６ではなく、ｂｉｏ－ｐセレクタに送られる。炭素は、ライン２０を介して、そして二次浄化装置１８から活性汚泥を戻すことによって、ｂｉｏ－ｐセレクタ３０に供給される。十分な量の容易に生分解性の炭素をｂｉｏ－ｐセレクタ３０に提供することにより、セレクタはリン蓄積生物を選択する。また、高速Ｃステージ反応器からの排水は、ｂｉｏ－ｐセレクタ３０に直接送られるのではなく、セレクタをバイパスしてＩＦＡＳ反応器１６に送られ、これにより、一次排水中のｂｓＣＯＤレベルへの希釈効果を減少させ、したがってセレクタでより高いｂｓＣＯＤレベルを維持する。図２のプロセスは、ＮＯＢ抑制に必要なスラッジ保持時間（ＳＲＴ）とリン蓄積生物（ＰＡＯｓ）の選択に必要なＳＲＴが相互に互換性があるように操作できると考えられる。

【0025】

ここで、図３の実施形態に目を向けると、図３に示されるシステムは、図１に類似していることが分かる。主な違いは、ＩＦＡＳ反応器１６の構造と、一次排水および高速Ｃステージ反応器からの排水が複数のＩＦＡＳ反応器に供給される方法にある。脱アンモニアプロセスは、図３に＃１．．．＃ｎとして示されている一連の断続的な曝気反応器で実行されていることに注意されたい。図１と図２のプロセスと一致して、複数の反応器の曝気は断続的である。つまり、空気オンの期間と空気オフの期間がある。

【0026】

図３には、複数のＩＦＡＳ反応器に向けられた２つの排水がある。第１の排水は、バイパスライン２０を通って複数のＩＦＡＳ反応器に向けられる一次排水である。一次排水が反応器へのステップ供給を提供することに留意されたい。この場合も、以前の実施形態と一致して、一次排水は、空気オフ期間中にのみＩＦＡＳ反応器に供給される。高速Ｃステージ反応器１４からの排水は、ステップ供給プロセスを介してそれぞれのＩＦＡＳ反応器に連続的に供給される。したがって、複数のＩＦＡＳ反応器への両方の流入液は、ステップ供給プロセスを介して供給される。ステップ供給には多くの利点がある。ステップ供給は、浄化装置の前の最後の反応器内の混合液浮遊固形物の濃度を減少させる。これにより、特定のスラッジ沈降特性に対して、下流の浄化装置での総浮遊固形物分離性能が向上する。

【0027】

脱アンモニアプロセスは、処理される廃水中のアンモニウムを完全に使い果たしていないことに依存している。すなわち、脱アンモニア反応器において１から５ｍｇ／Ｌのオーダで残留アンモニウム濃度を維持することが好ましい。これにより、ニトロ化プロセスをサポートするのに十分なアンモニウムが確保される。そうしないと、ＮＯＢが増殖し、およびａｎａｍｍｏｘプロセスで使用される亜硝酸塩の酸化と枯渇が発生する可能性がある。上記のステップ供給により、複数のＩＦＡＳ反応器全体にアンモニウムが均一に分布し、かつ１つ以上の選択された反応器において適切な残留アンモニウム濃度の維持が容易になる。

【0028】

前述したように、メインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスがバルキングスラッジを生成する可能性があるという懸念がある。ここで説明するメインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスは、スラッジバルキングの懸念に対処する。スラッジバルキングがメインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスで発生する理由と、本プロセスがスラッジバルキングにどのように対処するかについての説明が役立つ場合がある。

【0029】

第一に、メインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスでは、移動床バイオ反応器（ＭＢＢＲ）システムではなくＩＦＡＳシステムを採用することが好ましい。例えば、ＭＢＢＲシステムに対するＩＦＡＳシステムの利点は、（１）ＩＦＡＳシステムは、ａｎａｍｍｏｘバクテリアに悪影響を与えることなく、より高いＣ／Ｎ比の供給を処理することができること（これは、ほとんどの従属栄養生物が、浮遊成長、およびバイオフィルムに付着するａｎａｍｍｏｘバクテリアに存在するためである）、（２）ＩＦＡＳプロセスは、スラッジ保持時間（ＳＲＴ）制御を組み込むことにより、追加のＮＯＢ抑制を提供すること、および（３）ＩＦＡＳシステムは、物質移動抵抗が少ないため、より高い運動速度でより低い排水レベルを達成すること、を含む。

【0030】

スラッジバルキングは、ＩＦＡＳのメインストリームのａｎａｍｍｏｘシステムで発生する可能性がある。メインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスは、通常、高速Ｃステージ反応器からの排水を処理する。したがって、処理される排水は、通常、大量の炭素、特に容易に生分解性の炭素を含まない。炭素供給量が非常に少ない（つまり、Ｃ／Ｎ比が低い）場合でも、従属栄養微生物は、独立栄養微生物と比較して、メインストリームのａｎａｍｍｏｘプロセスで依然として優勢である。炭素が不足しているため、ヘテロフ（ｈｅｔｅｒｏｐｈｓ）は、ＡＯＢ、ＮＯＢ、およびａｎａｍｍｏｘバクテリアを含むオートトロープ（ａｕｔｏｔｒｏｐｓ）からの細胞崩壊生成物（炭素源）上で成長する可能性がある。これは、メインストリームの条件下で、クロロフレクサス（ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ）等の繊維状微生物の濃縮につながる。繊維状の成長は、バイオフィルム／顆粒の形成を促進する可能性があるが、浮遊成長であるスラッジのバルキングを引き起こす傾向がある。これは、微生物（Ｆ／Ｍ）比バルキングに対して典型的な低食物と見なすことができる。スラッジバルキングのもう１つの理由は、炭素含有量がないか低いため、かつＮＯＢ抑制に必要なＳＲＴが低いため（通常５日未満）、ＩＦＡＳ反応器のＭＬＳＳレベルが非常に低くなり、良好な凝集を達成することが困難になる可能性があるためである。

【0031】

予備試験では、可溶性生分解性ＣＯＤをＣ／Ｎ比約０．６でＩＦＡＳ反応器に供給すると（間欠曝気中）、スラッジ体積指数（ＳＶＩ）で示されるように繊維状成長を抑制できることが示されている。これは、一次排水中の新鮮なｂｓＣＯＤ（生分解性可溶性ＣＯＤ）が、システム内のＦ／Ｍ比を上げ、かつＭＬＳＳレベルを上げることにより、フロック形成微生物の成長を促進するのに役立つことを示唆している。

【0032】

ただし、予備試験では、約１以上の高いＣ／Ｎ比でｂｓＣＯＤをＩＦＡＳ反応器に追加すると、高いＳＶＩが発生する可能性があることが示されている。Ｃ／Ｎ比が１から１．４の場合、ＩＦＡＳシステムはＮＯＢ抑制に必要な比較的低いＳＲＴで運転されていたため、ＩＦＡＳ反応器のＭＬＳＳレベルに基づくＦ：Ｍ比は低くなかった。そのため、この状況下でのスラッジバルキングは、ＦＭ比の低いバルキングとは適切に見なされない。これらの条件下でのスラッジのバルキングは、断続的な曝気中に溶存酸素（ＤＯ）が低い完全に混合された反応器に余分なｂｓＣＯＤを供給することによって引き起こされる可能性があると仮定されている。

【0033】

本プロセスは、ＩＦＡＳ反応器の最初のタンクに向けられた容易に生分解性のＣＯＤを制限することにより、スラッジの沈降性を改善または改善に寄与する嫌気性または無酸素セレクタを提供することを企図している。予備試験では、ＩＦＡＳ反応器の最初のタンクの前に嫌気性または無酸素セレクタを使用すると、全体的な流入Ｃ／Ｎ比が１以上の場合にスラッジの沈降性が向上することが示唆されている。このようなプロセスには、追加の利点もある。このプロセスは、生物学的なリンの除去も提供する。

【0034】

予備試験では、ＩＦＡＳ反応器への流入液のＣ／Ｎ比が、ここで説明するシステムとプロセスのアンモニウム除去性能に影響を与えることが示されている。一般に、以下に定義するように、結合されたＣ／Ｎ比が０から２．０ｇ－ｂｓＣＯＤ／ｇ－ＮＨ_４－Ｎの範囲にある場合、プロセスは良好に実施する。ただし、前述のように、結合されたＣ／Ｎ比が異なると、スラッジの沈降性に異なる影響を与える可能性がある。また、結合されたＣ／Ｎ比がスラッジの沈降性に与える影響は、プロセス構成によって異なる。

【0035】

一実施形態では、嫌気性または無酸素性セレクタがない場合、Ｃ／Ｎ比は、好ましくは、０．５から１．０の範囲である。嫌気性または無酸素性セレクタを含むプロセス構成では、Ｃ／Ｎ比は、好ましくは、１．０から２．０の範囲である。

【0036】

結合されたＣ／Ｎ比の概念を調べ、それがどのように計算されるかを定義することは有益かもしれない。

【0037】

結合されたＣ／Ｎ比＝（Ｑ_ＰＥＢ×ｂｓＣＯＤ_ＰＥＢ＋Ｑ_ＨＲＣ×ｂｓＣＯＤ_ＨＲＣ）／（Ｑ_ＰＥＢ×ＮＨ４－Ｎ_ＰＥＢ＋Ｑ_ＨＲＣ×ＮＨ４－Ｎ_ＨＲＣ）

【0038】

Ｑ_ＰＥＴ＝Ｑ_ＰＥＢ＋Ｑ_ＨＲＣ

【0039】

Ｑ_ＰＥＴ－一次排水の総流量

【0040】

Ｑ_ＰＥＢ－一次排水バイパスフロー

【0041】

ｂｓＣＯＤ_ＰＥＢ－一次排水バイパスにおける生分解性可溶性ＣＯＤ（ｂｓＣＯＤ）濃度

【0042】

ＮＨ４－Ｎ_ＰＥＢ－一次排水バイパスのアンモニウム濃度

【0043】

Ｑ_ＨＲＣ－高速Ｃステージ排水の流れ

【0044】

ｂｓＣＯＤ_ＨＲＣ－高速Ｃステージ排水中のｂｓＣＯＤ濃度

【0045】

ＮＨ４－Ｎ_ＨＲＣ－高速Ｃステージ排水中のアンモニウム濃度

【0046】

Ｃ／Ｎ比の計算では、総ＣＯＤの代わりに生分解性可溶性ＣＯＤ（ｂｓＣＯＤ）が使用される。これは、ｂｓＣＯＤが容易に生分解されるＣＯＤを正確に表したものであり、総ＣＯＤよりも微生物集団の選択と脱窒プロセスの性能に大きな影響を与えるためである。

【0047】

高速Ｃステージ排水には、一次排水バイパスと同レベルのアンモニウムが含まれており、および高速Ｃステージ反応器がｂｓＣＯＤを除去するため、ｂｓＣＯＤはほとんど含まれていない。したがって、ほとんどのｂｓＣＯＤは一次排水バイパスにある。したがって、これに基づいて、結合されたＣ／Ｎ比の計算は次のように簡略化できる。

【0048】

結合されたＣ／Ｎ比＝（Ｑ_ＰＥＢ×ｂｓＣＯＤ_ＰＥＢ）／（Ｑ_ＰＥＴ×ＮＨ４－Ｎ_ＰＥＢ）

【0049】

したがって、他のパラメータ（ｂｓＣＯＤ_ＰＥＢ、Ｑ_ＰＥＴ、およびＮＨ４－Ｎ_ＰＥＢ）は固定され、かつプラントに流入する下水によって決定されるため、結合されたＣ／Ｎ比は一次排水バイパスフロー（Ｑ_ＰＥＢ）によって制御できることが理解される。

【0050】

結合されたＣ／Ｎ比にある程度の制御を提供するという点では、少なくとも、一次排水バイパス流量は、平均一次排水特性とプロセス構成（セレクタの有無にかかわらず）に基づいて設計段階で決定され、および一次排水特性の季節変動に基づいて季節的に調整することができる。

【0051】

もちろん、本発明は、本発明の範囲および本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書に記載されたもの以外の特定の方法で実施することができる。したがって、本実施形態は、すべての態様において例示的であり、かつ限定的ではないと解釈されるべきであり、および添付の特許請求の範囲の意味および同等の範囲内に入るすべての変更は、そこに含まれることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】