JPH08238493A - 固定化培養菌を使用するバイオフィルタまたはその他のデバイスによる水性廃物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄化性能を改善する。 【解決手段】 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または固定化培養菌を有する複数
の他のデバイスの少なくとも一つの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み、フ
ィルタに廃水を一定流量で供給し、処理すべき水性廃物
の総流量に従ってバッテリ内の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。このような方法により、バイオフィルタおよ
び固定化培養菌を有する他のデバイスの性能が改善でき
る。

Description

【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２
６３２９４７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（ｂａｔｔｅ
ｒｙ）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１
０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、１
８Ｎｍ／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５ｍ
ｇ／ｌであるのに対して、直線Ａによると残留濃度は１
ｍｇ／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】

【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１
２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

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【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または固定化培養菌を有する複
   数の他のデバイス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むことを特徴とする処理方法。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【請求項４】 フィルタへの供給順序を変化させること
   を含む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。
5. 【請求項５】 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非供給時間あるいはその両方を
   測定することからなる段階と、 測定された時間またはフィルタに供給した累積流量ある
   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請求項４
   に記載の処理方法。
6. 【請求項６】 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５のいずれか一項に記載の処
   理方法。
7. 【請求項７】 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
   一つの組を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の
   方法を実施するための装置であって、前記フィルタに一
   定の流量で廃水を連続的に供給する手段（９）を含むこ
   とを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 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）を含むことを特徴とする請求項
   ７に記載の装置。
9. 【請求項９】 各生物学的フィルタに水性廃物を供給し
   た時間または供給した流量または非供給時間あるいはそ
   れらの組合せを測定する手段（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
   ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記生物学的フィルタ（１ａから１
    ｊ）が酸化ガス供給手段（４）を含むことを特徴とする
    請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 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１０に記載の装置。