JPH09511448A - 水中の有害物質を生物学的な方法で分解する方法及び設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 方法は純生物学的な方法では分解し難い有害物質で汚染された水を処理するために用いられる。水は反応容器配列（２４）中で循環される。そこでは、水は、有害物質を穏やかに酸化させるオゾンで処理される。水は好気性微生物の入った容器配列８に達する。容器配列は、有害物質の穏やかな酸化の故に、有害物質を更に分解することができる。水の案内は主循環路Ｉと、そこから分岐された副循環路ＩＩとでなされる。

Description

【発明の詳細な説明】 水中の有害物質を生物学的な方法で分解する方法及び設備 本発明は請求項１の上位概念に記載の方法、及びこの方法に対応し請求項１０ の上位概念に記載された設備に関する。 本発明は、水中に含まれていて、純生物学的な方法で分解し難いか分解できな い有害物質、例えば、塩化炭化水素、ダイオキシン、毒性農薬又は染料のような 、ごみ集積場から生じる漏水又は工業排水中の毒性物質を、浄化及び処理するこ とに関する。 このような工業排水及びごみ集積場から生じる漏水を、微生物とオゾンによる 処理との組合せで処理して、ＣＳＢ（化学的酸素要求量）、ＢＳＢ₅（生物学的 酸素要求量）、ＡＯ_x（吸収可能な有機ハロゲン化炭化水素）及びＮＨ₄ーＮ（ア ンモニア態の窒素）に関して、法的に規定された、排水渠への排出値を達成でき るようにすることは通常である。達成のためには、従来の無圧の活性汚泥中の微 生物又は活性汚泥と共に圧力容器に入った微生物又は担体物質に固定された膜状 の微生物（Filmbiologien）が用いられる。この場合に生物学的に分解されない 物質をオゾンによって、生物学的に分解可能な酸又は二酸化炭素へ十分に酸化さ せる試みがなされる。 微生物に後置可能なオゾン処理が欧州特許第EP 478 583 B1 号の主題である。 エネルギを節約するために、生物学的な方法で分解されない物質をオゾンで分 解してから、その物質を後置の微生物に供給することは知られており、そこでは 、第１の生物学的段階では分解されない物質を分解することができる更なる生物 学的な分解過程が行なわれる。出願人は、こうした設備をアムステルダム及びロ ッテルダムの港で作動させて、工業排水を排水渠に流し込むことができるように 浄化している。 前の微生物、オゾン処理及び後の微生物を種々の容器及び段階で組み合わせる と、大きな組合わせ容積となる。更に、循環水流が前置及び後置された微生物及 びオゾン処理のために個々に案内及び作動される。従って、ポンプ用の高いエネ ルギコストが生じる。通常は、微生物に空気からの酸素が供給され、この場合、 気体送入装置すなわちコンプレッサの作動のためには新たにエネルギが必要であ る。微生物に工業用酸素が供給されると、オゾン処理に必要なオゾンの生成のた めに工業用酸素を別個のシステム内で反応させた後に、オゾンが最早存在しない ときに、工業用酸素を微生物のために用いることは既に知られている。しかし、 この場合でも、例えば欧州特許第EP 478 583号、図３から明らかなように、オゾ ンに変換されずかつ設備の循環水によって吸収されなかった酸素は別個に受けら れ、再度オゾン発生器に供給される。このためには、ポンプ能力及び設備構成要 素が必要となる。 請求項１及び１０の上位概念は、分解し難い化合物で汚染された水をオゾンを 用いつつ浄化する方法、すなわち、予め浄化された水を以下のようなオゾン濃度 でオゾン処理に晒し、こうした濃度では、水中に含まれる分解し難い化合物を穏 やかに酸化し、これによって、微生物が生息している活性炭による生物学的な分 解を行うことができる方法を主題とするドイツ公開公報第40 00 292 A1号を基礎 としている。この公報では、オゾン処理の十分な有効性のために、コストの掛か る多段階式の反応容器配列が必要である。 従来技術の欠点は、容器及びユニットへの投資が高く、微生物に水を供給する ための水循環路に関するエネルギコストも高く、オゾンの送入のための水循環路 が別個であって、酸素利用度が非効果的である点にある。こうした従来技術の欠 点を除去するという課題が本発明の基礎になっている。 この課題は、方法の観点では、請求項１に記載された発明によって解決される 。 この場合でも、生物学的な方法で分解可能な物質を微生物で攻撃できるべく、 こうした物質を穏やかに酸化する（分解し、状態調節する）ためにだけオゾンを 用いるように、生物学的処理とオゾンによる処理とが組み合わされる。主循環路 と副循環路とがあって、前者では、処理中の水の主流が微生物中を循環され、後 者では、この水の分岐された部分量においてオゾンの送入及びオゾン反応が起こ る。オゾン処理された水の部分量は、主循環路内を循環して部分的に繰り返し新 たにオゾン処理に晒される水の主流へ連続的に再度運ばれる。こうした処理の量 は、個々の場合に付与される水の荷重に基づいて定められる。ユニット及び酸素 気体が節約される。何故ならば、双方が複数の課題のために、すなわちオゾン処 理と微生物の培養のために同時に用いられるからである。気体容量に比較した循 環水流の大きな容量と、循環路内での常に繰り返される作用とによって、オゾン 及び酸素の高い吸収度と、これに対応して集中的な分解作用とが達成される。 本発明の重要な構成は請求項２の主題である。 この主題に従って存在する、性質の異なった２つの微生物は、常に循環路内で 水を貫流され、共に作用して有害物質を徹底的に減少させる。嫌気性菌（Bakter in in der anaeroben Biologie）はＯ₂及びＨを必要とする。Ｏ₂は水中に存在す る硝酸塩から細菌によって取り出され、これによって、この硝酸塩は無害なＮ₂ に還元される。Ｈは水中のＣＳＢから由来し、このＣＳＢには、メタノール又は 酢酸のような追加の水素源が添加されることができる。ＮＨ₄は好気性微生物中 で硝酸塩に酸化される。この硝酸塩は主循環路の循環水と共に再度嫌気性微生物 に達し、そこでＮ₂に還元される。 オゾン処理された水を主循環路に再度導入する際には、オゾンが微生物に達す る結果として細菌が死んでしまうだろうから、オゾンが微生物に達しないことに 注意しなければならない（請求項３）。 微生物からオゾンを遠ざけることが異なった方法で実現されることができる。 請求項４に記載のように、オゾンの量を、オゾンが有害物質の穏やかな酸化の 際に反応容器配列内で完全に消尽されて、反応容器配列を出る水が最早オゾンを 含まないように調整することができる。 しかし、請求項５に記載のように、反応容器配列を通過した後に水中にまだ残 存しているオゾンを、紫外線照射装置内で、微生物にとって無害であり、かつ例 えばハロゲン化炭化水素によるより集中的な分解を引き起こしさえする酸素を含 む分子又は基に分解することもできる。 オゾンに対して微生物を保護するための他の可能性は、請求項６に記載のよう にオゾンを触媒で破壊することである。 請求項７に記載のように、反応容器配列を通過後にまだ残存しているオゾンを 含む循環水を、微生物からなる余剰汚泥の入った汚泥沈殿容器に導いて、余剰汚 泥にまだ残存している有害物質を穏やかに酸化し、更なる生物学的な分解のため に状態調節することもできる。 本発明の好ましい観点が請求項８の主題である。 従って、微生物用の容器配列に、有害物質を含むオゾン処理されていない水を 連続的に定量添加するので、好気性微生物用の容器配列は、従来と異なり、前の 微生物及び後の微生物の機能を一身に兼ね備えている。つまり、オゾン処理され ていない原水と、既に一度生物学的に前処理された水と、次に、オゾン処理され た水とを容器配列に導くのである。 請求項９の特徴は、実際に、装置のコストの制限にとって重要である。 請求項１０乃至２０は、方法に対応する設備の形態をなす本発明の装置上の観 点を記載している。 流れる液量内で処理が行なわれるときに、効果的なオゾン処理のためには、特 に、少なからぬオゾン量が必要である。そのオゾン量を準備するために、無音放 電を有するオゾン発生器が適当である（請求項２０）のは、オゾン発生器内で生 成可能なオゾン量が、他のオゾン発生器のオゾン量よりも２桁多いからである。 「水」について論じられているときは、その水は、他の流体が微生物を破壊し ない限りは、他の流体の所定の成分を含むことができる水溶性の流体をも意味す る。 図面には本発明の設備（Anlage）のダイアグラムが示されている。 全体として参照符号１００が付された設備は、主要構成要素として、嫌気性微 生物の入った容器配列２を具備する主循環路Ｉと、分岐箇所Ａで主循環路Ｉから 分岐する副循環路ＩＩとを有する。副循環路ＩＩはオゾンを含む気体用の送入装 置１６と、オゾンが有害物質と反応する反応容器配列２４とを有し、接続箇所Ｖ 及びＶ´で再度主循環路Ｉに合流し、続いて、２つの循環路は好気性微生物の入 った容器配列８を共に通り抜ける。 生物学的な方法で分解し難い有害物質（ＮＨ、ＣＳＢ及びＡＯ_x）で汚染され た水は、供給口１で、破線で示された主循環路Ｉへ供給される。水は、まず、導 管３を通って下方から、嫌気性微生物の入った容器配列２に達する。容器配列２ は矩形として略示されているだけであり、１個又は複数個の個々の容器からなる 。容器配列２は、クロスハッチングで示される、担体本体例えば粘土の球からな る充填物４を具備している。担体本体には生物学的草床、すなわち、水中に共に 運ばれた有害物質を攻撃する細菌の広い培養地が固定されている。容器配列２で は酸素欠乏の雰囲気中で脱窒が行なわれ、脱窒の際には、細菌は生存に必要な酸 素を水の内容物質から得る。すなわち、後で記載されるように導管４０内を通っ て、同様に容器配列２に入る循環水に含まれるＮＯ₃はＮ₂へと還元されるのであ る。更に、容器配列２は濾過作用を有し、５０％までの、ＣＳＢのある程度の生 物学的な還元を行なう。 循環水は容器配列２から導管７を通って下方から好気性微生物の入った容器配 列８に達する。この容器配列８は又同様に１個又は複数個の個別容器からなるこ とがあり、担体本体からなる充填物９を具備している。担体本体には生物学的草 床が固定されている。硝化が行なわれる。水に含まれるＮＨ₃はＮＯ₃に酸化され る。ＮＯ₃は主循環路Ｉ内を案内される循環水と共に続いて導管１１及び４８を 通って再度容器配列２に達し、そこで、分子状窒素へと還元される。 実施の形態では容器配列２及び８に含まれる微生物は固定床微生物として記載 されてはいるが、汚泥微生物であってもよいだろう。 容器配列８から水は導管１１を通ってポンプ配列１０に達する。このポンプ配 列１０は循環路内で循環を行ない、記述の如くに、容器配列８から出た水の一部 を、参照符号１４の箇所でポンプ用排出管１２から分岐する戻り管４８を通して 、主循環路Ｉ内で供給口１へと戻す。そこでは、水は、参照符号１３の箇所で、 丁度加わる原水と合流し、この水と共に導管３を通って容器配列２に導入される 。 ポンプ配列１０は只１個のポンプとして示されてはいるが、種々の位置に設置 された複数個のポンプからなってもよい。このポンプ配列１０は、循環路内で水 を循環させるために及び液圧抵抗を克服するために十分である圧力のみを生起す る。従って、圧力容器は何処にも必要ない。 導管１４において、ポンプ配列１０に後置された分岐箇所Ａでは、主循環路Ｉ （破線）から副循環路ＩＩが分岐しており、一点鎖線で示されている。 副循環路ＩＩに分岐された水の主流は導管１４及び主管４４を通って案内され る。主管４４は接続箇所４５で分岐され、副循環路ＩＩに属している。導管１２ 及び主管４４の、ポンプ配列１０に後置された接続箇所４５では、導管２１にあ る水の一部へ循環路から分岐され、ポンプ１５によって、約４バールまで僅かに 高められた圧力にされる。次に、水はインゼクタの形態をなす送入装置１６を通 過する。このインゼクタ内では、オゾンを含む気体がオゾン発生器１８から導管 １７を介して水に注入される。送入装置１６は絶対にインゼクタであるという必 要はない。オゾン発生器１８が例えば２バールという十分に高い圧力下で作動す るとき、オゾンを含む気体の送入が簡単な接続部においてもなされることができ る。 ポンプ１５、インゼクタ１６及び導管１７を有する循環部は同様に副循環路Ｉ Ｉに属している。この循環部ではオゾンの混入がなされ、循環部はこれに平行な 導管４４と箇所４６で再度接続される。 ポンプ配列１０が例えば１００ｍ³／ｈを要するときは、導管４４を通って例 えば約８０ｍ³／ｈの水が、導管２１を通って例えば約２０ｍ³／ｈの水が流れる だろう。嫌気性微生物の入った容器配列２に導管１２を通して戻される水量は比 較的少ない。 オゾン発生器１８は、酸素を含む気体、一般的には、導管１９を介してオゾン 発生器１８に運ばれる工業用酸素からオゾンを発生させる。オゾン発生器１８は 無声放電で作動する。その際に発生する熱は冷却ユニット２０を有する冷却循環 路を通って搬出される。 オゾン発生器１８では、送り込まれた酸素が定量的にオゾンに変換されるので はない。そうではなくて、オゾンを含む気体が発生するのである。この気体は、 オゾン以外に、変換されない酸素も含有する。こうしたオゾンを含む気体はイン ゼクタ１６において水に混入され、水と共に導管２１を通って箇所４６に達する 。ここでは、混合物が主管４４内を流れる主流と合流する。次に、この主流がミ キサ２２に入って、そこでは、水中のオゾンと酸素との吸収を促進させるべく、 気体と水が集中的に混ぜ合わされる。一部は吸収された形で、一部は除去する必 要のない気泡の形でオゾンと酸素とを含むようにして処理された水は、導管２３ を通って閉じた反応容器配列２４に流入する。この配列では特にオゾンが水中の 有 害物質と約２０乃至４０℃の程よく高められた温度で反応する。矩形として略示 された反応容器配列２４は１個又は複数個の個々の容器からなり、詳しくは、欧 州特許第EP 478 583 B 1号の図１に示されている。 純生物学的な方法で分解し難いか分解できない水中の有害物質は、正に、有害 物質が今や容器配列８内で好気性微生物の攻撃に晒され、そこで更に分解される ことができるまで、反応容器配列２４内で、オゾンの作用下で穏やかに酸化され るか又は状態調整される。反応容器配列２４内でのオゾン処理は、細菌による容 器配列８内での次の攻撃のために、水中の有害物質への「突撃に備える」ように するだけでよく、必ずしも有害物質を完全に分解させる必要はない。とは言い条 、反応容器配列２４内での穏やかな酸化がなければ、細菌による容器配列８内で の処理は効果がないだろう。 容器配列８で培養される細菌は生物としてオゾンに対し鋭敏である。従って、 反応容器配列２４にあって導管２５を通って出て、容器配列８へ導入される水が まだオゾンを含有していることは防がねばならない。 このためには、ダイアグラムに３つの措置が略示されている。これらの措置は 個別にも共同でも用いることができる。 第１の措置は副循環路ＩＩで反応容器配列２４に後置された紫外線照射手段２ ６である。紫外線照射手段２６を通って水が導かれて、そこで、集中的な紫外線 作用下で、オゾンが酸素を含む分子又は基に分解される。これらの分子又は基が 容器配列８内の微生物を最早損なはないのは、水が導管２７を通って接続箇所Ｖ で再度主循環路Ｉに入って、導管７の中を容器配列８に達する場合である。 反応容器配列２４から導管２５を流れる水を、導管２９を通って、オゾンを破 壊する触媒ユニット２８の中を導くこともできる。導管２９及び触媒ユニット２ ８はこの場合副循環路ＩＩに属しており、この副循環路ＩＩは接続箇所Ｖ´で再 度主循環路Ｉに合流する。接続箇所Ｖ´において、オゾンのない水が導管７に供 給される。 他の可能性は、導管２５を流れる水がまだ残留オゾンを含有しているときは、 この水を、導管３１を介して、容器配列２及び８から来る余剰汚泥を有する汚泥 沈殿容器３０へ導入することである。導管３１を介して供給された水の中の残留 オゾンはここでは有害物質を分解するために有効であり、消尽される。従って、 導管３２を介して供給され容器配列８へ導入される水は最早オゾンを含有せず、 容器配列８内の微生物を最早損なうことはない。 汚泥沈殿容器３０に入っている汚泥が完全に反応されているときは、汚泥を排 出手段３３によって汚泥沈殿容器３０から除去することができる。破線４７によ って示すように、オゾンを含有する気体を直接オゾン発生器１８から汚泥沈殿容 器３０に供給することもできる。 硝化作用が行なわれる容器配列８内では、更に、残余のＣＳＢ成分が分解され る。その上、ＡＯ_xの還元が起こる。何故ならば、オゾン処理の際に、対応の有 害物質成分が分解され、生物学的な方法で処分されたからである。 容器配列８からは、浄化された水が導管１１及び３４を介して流れ出て、出口 ３５を通って排水渠に達する。この水の一部は導管３６を介して分岐され、透明 水用リザーバ３７に供給される。このリザーバの水はポンプ３８によって循環さ れ、ベンチレータ３９によって脱気される。脱気された水は導管４０及び４１を 介して夫々容器配列２と８に達する。空気中の酸素は追加的に微生物への供給の ために用いられることができる。 ポンプ３８は時々オンにされ、ポンプ３８の性能が高められる。このことによ って、細菌による反応後に容器配列２及び８に生成された余剰汚泥を導管４２， ４３を介して汚泥沈殿容器３０へ送る。かくして、細菌の活動から生まれた反応 生成物が余剰汚泥として依然断続的に除去され、循環路から取り出される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．純生物学的な方法で分解し難いか分解できない、汚染された水中の有害物 質を、分解する方法であって、酸素を含む気体から、流水に混入されるオゾンを 含む気体を発生させ、水中に含まれたオゾンが、水中に含まれた有害物質を少な くとも穏やかに酸化し、続いて水を微生物中に通す方法において、 汚染された水が絶えず流れ込む供給口と、微生物内に生成された固形物を除去 する手段とを有する主循環路（Ｉ）において、水を微生物の中に導くこと、及び 生成されたオゾンを含む気体を、分岐されており、かつオゾンの反応後に接続箇 所（Ｖ，Ｖ´）において再度前記主循環路（Ｉ）と接続される副循環路（ＩＩ） に混入すること、を特徴とする方法。 ２．水が循環方向で前記接続箇所（Ｖ，Ｖ´）の手前で嫌気性微生物を、循環 方向で前記接続箇所（Ｖ，Ｖ´）の後方で好気性微生物を貫流すること、を特徴 とする請求項１に記載の方法。 ３．水をオゾンのない状態で前記接続箇所（Ｖ，Ｖ´）に供給すること、を特 徴とする請求項２に記載の方法。 ４．生成されたオゾンを、それが有害物質との反応の際に完全に消尽されるよ うに調整すること、を特徴とする請求項３に記載の方法。 ５．オゾンの作用後に水中にまだ残存しているオゾンが微生物に達する前に、 このオゾンを、紫外線照射によって酸素を含む分子又は基に分解すること、を特 徴とする請求項３に記載の方法。 ６．水が微生物に達する前に、オゾンの作用後に水中にまだ残存しているオゾ ンを触媒で破壊すること、を特徴とする請求項３に記載の方法。 ７．オゾンの作用後に水中にまだ残存しているオゾンを、微生物からなる余剰 汚泥の入った汚泥沈殿容器（３０）に導いて、余剰汚泥にまだ残存している有害 物質を穏やかに酸化し、更なる生物学的な分解のために状態調節すること、を特 徴とする請求項３に記載の方法。 ８．好気性微生物に、有害物質の含まれるオゾン処理されない水を連続的に定 量添加して、同一の段階で、オゾン処理された水とオゾン処理されない水を浄化 すること、を特徴とする請求項２乃至７のいずれか１に記載の方法。 ９．実質的に、水の循環のためにのみ水より僅かに高められた大気圧で、処理 を行なうこと、を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載の方法。 １０．ａ）純生物学的な方法では分解し難いか又は分解することができない有 害物質で汚染された水をある箇所（１）で供給することができかつポンプ配列（ １０，１６）によって循環することができる相手である流体案内部と、 ｂ）酸素を含む気体を供給され、オゾンを含む気体を発生させるオゾン発生器 （１８）と、 ｃ）オゾンを含む気体をある箇所で前記流体案内部に送り入れることができる 送入装置（１６）と、 ｄ）この送入装置（１６）に後置され、少なくとも１つの閉じられた反応容器 を有し、オゾンが流体中の有害物質を少なくとも穏やかに酸化し、更なる生物学 的な分解のために状態調節してなる配列（２４）と、 ｅ）前記流体案内部において前記反応容器配列（２４）に後置された、微生物 の入った容器配列と、を具備する、請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法を 実施する設備において、 ｆ）前記流体案内部は、前記供給箇所（１）と、微生物の入った前記容器配列 と、微生物中で生成された固形物を除去する手段とを有する主循環路（Ｉ）を含 むこと、及び ｇ）微生物の入った前記容器配列に流れ方向において後置された分岐箇所（Ａ ）で前記主循環路（Ｉ）から分岐し、前記送入装置（１６）及び前記反応容器配 列（２４）を含み、微生物の入った前記容器配列に前置された接続箇所（Ｖ，Ｖ ´）で再度前記主循環路（Ｉ）に合流する副循環路（ＩＩ）が具備されているこ と、を特徴とする設備。 １１．前記主循環路（Ｉ）では嫌気性微生物の入った容器配列（２）が前記接 続箇所（Ｖ，Ｖ´）に前置され、好気性微生物の入った容器配列（８）が後置さ れていること、を特徴とする請求項１０に記載の設備。 １２．前記副循環路（ＩＩ）の水は、前記接続箇所（Ｖ，Ｖ´）において、オ ゾンのない状態で前記主循環路（Ｉ）に入ることを保証する手段が具備されてい ること、を特徴とする請求項１１に記載の設備。 １３．前記手段は、オゾンを含む気体と共に前記送入装置（１６）に送り入れ られたオゾン用の添加手段を含むこと、を特徴とする請求項１２に記載の設備。 １４．前記手段は、前記反応容器配列（２４）に後置された紫外線照射装置（ ２６）を含むこと、を特徴とする請求項１２に記載の設備。 １５．前記手段は、前記反応容器配列（２４）に後置された触媒ユニット（２ ８）を含むこと、を特徴とする請求項１２に記載の設備。 １６．好気性微生物用の前記容器配列（８）から来る余剰汚泥を注入すること ができ、前記反応容器配列（２４）から離れかつまだ残留オゾンを含有する気体 を導入することができる相手であって、反応された汚泥を排出する手段（３３） を有する汚泥沈殿容器（３０）が具備されていること、を特徴とする請求項１４ 又は１５に記載の設備。 １７．オゾンを含む気体を、導管（４７）を通って前記オゾン発生器（１８） から前記汚泥沈殿容器（３０）へ直接に導入することもできること、を特徴とす る請求項１６に記載の設備。 １８．透明水の注入によって、微生物用の２つの容器配列（２，８）から来る 汚泥を前記汚泥沈殿容器（３０）へ送ることができる返送手段（３８，４０，４ １）が具備されていること、を特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１に記 載の設備。 １９．返送のために用いられる透明水に空気を混ぜ合わすことができるベンチ レータ（３９）が具備されていること、を特徴とする請求項１８に記載の設備。 ２０．前記オゾン発生器（１８）は無音放電で作動すること、を特徴とする請 求項１０乃至１９のいずれか１に記載の設備。