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JP3059215B2 - 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

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

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JP3059215B2
JP3059215B2 JP8511273A JP51127396A JP3059215B2 JP 3059215 B2 JP3059215 B2 JP 3059215B2 JP 8511273 A JP8511273 A JP 8511273A JP 51127396 A JP51127396 A JP 51127396A JP 3059215 B2 JP3059215 B2 JP 3059215B2
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water
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JP8511273A
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オルトビン ライツケ、
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ベデコ・ウムベルトテヒノロギー・バッサー − ボーデン − ルフト・ゲーエムベーハー
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6529473&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3059215(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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  • Biological Depolymerization Polymers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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）、BBS5（生物学的酸素要求
量）、AOX（吸収可能な有機ハロゲン化炭化水素）及びN
H4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（Filmbiologie
n）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 5
83 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、工業排水を排出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９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以下の主題である。
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（Bakterin 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２）。
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３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４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５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６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７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８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９乃至18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液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A
OX）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を達し、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
一部への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。水に、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II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4
4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26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28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、AOX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。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 3/30 C02F 1/78 C02F 3/12 C02F 3/34 101 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    ンの反応後に少なくとも１つの接続箇所（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（I
    I）に混入すること、並びに、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
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】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１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】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２に記載の方法。
  4. 【請求項４】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２に記載の方法。
  5. 【請求項５】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２に記載の方法。
  6. 【請求項６】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２に記載の方法。
  7. 【請求項７】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１乃至６のいずれか１に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】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７のいずれか１に記載の方法。
  9. 【請求項９】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（1
    0,16）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８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、微接物
    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少なく
    とも１つの接続箇所（V,V′）で再度前記主循環路
    （Ｉ）に合流する副循環路（II）が具備されており、ま
    た、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）が後置されているいる
    こと、を特徴とする設備。
  10. 【請求項１０】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９に記載の設備。
  11. 【請求項１１】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10に記載の設備。
  12. 【請求項１２】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10に記載の設備。
  13. 【請求項１３】前記手段は、前記反応容器配列（24）に
    設置された触媒ユニット（28）を含むこと、を特徴とす
    る請求項10に記載の設備。
  14. 【請求項１４】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）を有する汚染沈殿容器（30）が具備
    されていること、を特徴とする請求項12又は13に記載の
    設備。
  15. 【請求項１５】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14に記載の設備。
  16. 【請求項１６】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（3
    0）へ送ることができる返送手段（38,40,41）が具備さ
    れていること、を特徴とする請求項19乃至15のいずれか
    １に記載の設備。
  17. 【請求項１７】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16に記載の設備。
  18. 【請求項１８】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９乃至17のいずれか１
    に記載の設備。
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