JP2015515370A - 廃水のストリームからアンモニウムを除去するためのバイオフィルムキャリア上にａｎａｍｍｏｘ微生物を備えるプロセス - Google Patents

廃水のストリームからアンモニウムを除去するためのバイオフィルムキャリア上にａｎａｍｍｏｘ微生物を備えるプロセス Download PDF

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Abstract

廃水のストリームからアンモニウムを除去するために、アンモニウム酸化微生物（ＡＯＢ）及び嫌気的アンモニウム酸化（ＡＮＡＭＭＯＸ）微生物を利用するプロセス。主流において廃水から分離された汚泥は、嫌気的分解器、脱水システム、及びバイオフィルム反応器を含む側流において処理される。嫌気的分解器は、分解された汚泥を生成し、前記汚泥は脱水され、比較的に高いアンモニウム濃度及び比較的に低い有機性炭素濃度を有するリジェクト水、並びに比較的に高い温度を生成する。リジェクト水は、リジェクト水からアンモニウム除去するために有効であるＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物がシードされる、バイオフィルムキャリアを有する側流脱アンモニアバイオフィルム反応器において、処理される。主流における前記廃水からアンモニウムを除去するために、膜キャリア上のＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、主流における廃水と接触するために、及びアンモニウムを廃水から除去するために、利用される。主流における条件のために、一定の時間の後は、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物はアンモニウムを有効的に除去しない。バイオフィルムキャリア上のＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるために、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成及び増殖のために有利である条件の側流バイオフィルム反応器においてリジェクト水と再び接触される。

Description

本発明は、廃水のストリームからアンモニウムを除去するためのシステム及びプロセス、並びにさらに特には好気性アンモニウム酸化（ＡＯＢ）微生物及び嫌気性アンモニウム酸化（ＡＮＡＭＭＯＸ）微生物の使用を伴う脱アンモニアプロセスに関する。
典型的に、廃水の流入はアンモニア態窒素であるＮＨ４−Ｎを含む。慣習的にはアンモニア態窒素を除去するために、硝化及び脱窒の２つのステップのプロセスが求められる。アンモニア態窒素除去へのこの慣習的なアプローチにおいて、このプロセスは、硝化ステップと称される第１のステップを必要とし、並びに、硝化ステップはアンモニア態窒素を、硝酸塩と非常に少量の亜硝酸塩（両者は一般にＮＯＸと称される）へ変換することを伴う。多くの慣習的な処理された活性汚泥廃水処理プロセスは、好気性菌の処理ゾーンにおいて硝化作用を行う。好気性菌の処理ゾーンにおいて、アンモニア態窒素を含む廃水は曝気を施され、そしてこの曝気はアンモニア態窒素をＮＯＸへと効率的に変換する微生物培養を生じさせる。いったんアンモニア態窒素がＮＯＸへと変換されれば、ＮＯＸを含む廃水は典型的には脱窒の目的のために無酸素ゾーンへと移動される。脱窒処理ゾーンにおいて、ＮＯＸを含む排水は、空気を供給されない池（ｂａｓｉｎ）に溜められる。これは慣習的に、無酸素処理ゾーンと称される。ここでは、異なる微生物の培養（ｃｕｌｔｕｒｅ）は酸化剤としてＮＯＸを使用するように作用し、そしてその作用によりＮＯＸは還元し大気中に拡散する遊離窒素となる。慣習的な生物学的硝化と脱窒のさらなる詳細な理解と認識のために、米国特許第３，９６４，９９８、４，０５６，４６５、５，６５０，０６９、５，１３７，６３６、４，８７４，５１９号明細書において見られる開示が参照される。
関連する出願の相互参照。
本出願は、以下の米国非仮出願を基礎として、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ１１９（ｅ）の下、優先権を主張する：２０１２年４月４日に出願された出願番号１３／４３９，１５３。本出願は、参照として本明細書にその全体が組み込まれる。
慣習的な硝化及び脱窒プロセスは、多数の欠点を有している。まず、慣習的な硝化及び脱窒プロセスは、硝化フェーズの間に要求される酸素生成の形式において実質的なエネルギーを必要とする。さらに、慣習的な硝化及び脱窒は、外部炭素源の実質的な供給を必要とする。
近年、脱アンモニアがシングルステージバイオフィルム反応器において特定の環境で実行されえることが発見された。このプロセスはバイオフィルムキャリアを用い、そしてこのプロセスはバイオフィルムキャリア上における微生物の特定の種類を育成するように設計される。特に、目標とされる微生物は好気性アンモニウム酸化（ＡＯＢ）微生物及び嫌気性アンモニウム酸化（ＡＮＡＭＭＯＸ）微生物である。実質的な程度まで、脱アンモニアへのこのアプローチは、アンモニウムの比較的に高い濃度、有機性炭素の比較的に低い濃度、及び比較的に高い温度である側流の適用に特定される。このプロセスは、例えば、嫌気性微生物に分解された汚泥由来のリジェクト水の処理において用いられる。用語「リジェクト水（ｒｅｊｅｃｔ ｗａｔｅｒ）」は、廃水処理プロセスの側流に含まれる水性のストリーム（ａｑｕｅｏｕｓ ｓｔｒｅａｍ）を意味する。そしてこの水性のストリームは主流内の廃水に対して、比較的に高いアンモニウム濃度を含む。
脱アンモニアプロセスには多くの利点がある。約６０％少ない酸素がアンモニア態窒素の特定の量の除去のために必要とされる。加えて、脱アンモニアプロセスは付加的な炭素源を必要としない。さらに、脱アンモニアプロセスは、少ないＣＯ２生産と少ない汚泥生産をもたらす。
そのため、廃水処理プロセスの主流及び側流の両方内のアンモニウムを実質的に除去することに適し、且つ慣習的な硝化及び脱窒のために必要とされるかなりの量の酸素を必要とせず、並びに比較的に高い有機性炭素含有量と比較的に低いアンモニウム濃度を有する主流の廃水のストリームに特に適する、脱アンモニアプロセスの必要が存在する。
本発明は、廃水処理プロセスの主流及び１つ以上の側流の両方からアンモニウムを除去するためのＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を利用する脱アンモニアプロセスに関する。
さらに、本発明は廃水において比較的高いアンモニウム濃度を有する側流内のＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成すること、及び側流内で育成されたＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を主流内の廃水からアンモニウムを除去するために利用することを伴う。
また、本発明はＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物と主流及び側流内の廃水との接触を交替に行うことを伴う。前述の側流との接触は、側流内の廃水からアンモニウムを除去するために、及び廃水が主流へ戻されたときに主流内の廃水からアンモニウムの除去が有効になるように、温度及び基質レベルの操作条件の下にＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるために、利用される。
一実施形態において、廃水処理プロセスは主流及び側流を含み、且つプロセスは主流内の廃水からアンモニウムを除去することだけでなく、側流内の廃水からアンモニウム除去することも含む。この実施形態において、主流内の廃水は比較的に低いアンモニウム濃度を有し、及び側流内の廃水は比較的に高いアンモニウム濃度を有する。側流において、比較的に高いアンモニウム濃度を有する廃水は、バイオフィルムキャリアをその中に有する側流バイオフィルム反応器へ導かれる。側流バイオフィルム反応器において、条件はバイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成するために有利である。これは、側流内の廃水において比較的に高いアンモニウム濃度に少なくとも幾分は起因するものである。側流バイオフィルム反応器内のバイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、側流内の廃水のアンモニウム濃度を減少することを補助する。バイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物はまた、側流内の廃水に比べて比較的に低いアンモニウム濃度を含む主流内の廃水のアンモニウム濃度を減少するために用いられる。これは、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が側流バイオフィルムキャリア内に定着した後に、主流内の廃水がバイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触することにより、達成される。プロセスは、バイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物と主流内の廃水及び側流内の廃水との接触を交替することにより、継続する。このようなＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、主流内の廃水と接触した時は、主流内の廃水の主流内の廃水のアンモニウム濃度を減少することを補助し、且つ側流内の廃水と接触する時は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は側流内の廃水のアンモニウム濃度を減少することを補助する。比較的に高いアンモニウム濃度を有する側流内の廃水へバイオマスを露出することは、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるため有効である。このようにＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させることによって、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が側流から主流内の廃水と接触するようにされる時に、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が主流内の廃水のアンモニウム濃度を減少するために有効であるようになる。
本発明の他の目的及び利点が、次に述べる説明及び発明の単なる例示である添付図面により、明快且つ明らかになるであろう。
側流の及び主流のプロセスの両方を含む脱アンモニアプロセスの概略図である。 廃水からアンモニウムを除去するための、代替的な主流の及び側流のプロセスを示す概略図である。 図１において示される脱アンモニアプロセスに類似するが、統合固定フィルム活性汚泥システムを含む脱アンモニアプロセスの概略図である。 アンモニウム除去のための主流の及び側流の統合固定フィルム活性汚泥システムの両方を用いる脱アンモニアプロセスを示す。 アンモニウム除去のための統合固定フィルム活性汚泥システムを用いる、特定の主流の及び側流の脱アンモニアプロセスを示す概略図である。 側流のストリームのアンモニウム除去のための統合固定フィルム活性汚泥システムを用いる脱アンモニアプロセスを示す。 熱加水分解を行わない図１及び図２のプロセスにおける特定のポイントでのアンモニア態窒素除去を示す表である。 熱加水分解を行う図１及び図２のプロセスにおける特定のポイントでのアンモニア態窒素除去を示す表である。 バイオフィルムのみのシステム及び統合固定フィルム活性汚泥システムにより実施される、脱アンモニアプロセスを比較する実験結果を示すグラフである。
本発明は、アンモニア態窒素が実質的な硝酸態窒素を生成することなく亜硝酸態窒素へと酸化される、アンモニア態窒素、ＮＨ４−Ｎを除去するプロセスに関し、そして亜硝酸態窒素は窒素元素を生成するために脱窒される。この基本的プロセスは、廃水処理システム及びプロセスの側流内及び主流内の両方において実行される。以下に記載の通り、アンモニア態窒素除去のこの形式を実行可能な特定の微生物は、側流内において育成され、そして側流内のアンモニア態窒素を除去するために使用される。本プロセスを実行することが可能である微生物を育成することを促進する側流内の条件は、側流内で維持される。随時、この微生物は主流内の廃水と接触するようにされ、そして微生物はこのプロセスによって、主流内の廃水からアンモニア態窒素を除去するように機能する。しかし、主流内の条件は、アンモニア態窒素を除去するためこの特定のプロセスを実行することに有効な微生物の育成を促すものではない。そして随時、微生物は微生物を回復させるために側流内の廃水に接触するようにされることが必要とされる。それは、微生物が主流内の廃水に接触するようにされる時に、微生物がアンモニア態窒素を効率的に除去するためである。
さらに特には、本発明の脱アンモニアプロセスは、移動床式（ｍｏｖｉｎｇ ｂｅｄ）バイオフィルム反応器（ＭＢＢＲ）のようなシングルステージバイオフィルム反応器内において、無機栄養生物学的（ａｕｔｏｔｏｒｏｐｉｃ）窒素除去を成し遂げるための、嫌気的なアンモニウム酸化プロセスとして知られるプロセスと結合する亜硝酸塩への部分的な硝化（すなわち、亜硝酸化）を伴う。シングルステージバイオフィルム反応器内におけるプロセスの２つのステップは、バイオフィルムの異なる層において行われていると考えられる。嫌気性アンモニア酸化（ＡＮＡＭＭＯＸ）微生物がバイオフィルムの内側において存在する一方で、亜硝酸化は好気性アンモニウム酸化微生物（ＡＯＢ）により実行され、且つ亜硝酸化はバイオフィルムの外側の層において行われている。そしてこのようなシングルステージバイオフィルム反応器において、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物による同時のアンモニア態窒素除去が存在すると仮定される。慣習的な硝化及び脱窒と比べ、この脱アンモニアアプローチは約６０％少ない酸素で、且つ外部炭素源を必要とせずに、廃水から窒素除去を成し遂げることができる。そして、このプロセスは廃水処理におけるエネルギーニュートラル（ｅｎｅｒｇｙ ｎｅｕｔｒａｌ）に著しく貢献する。
このような脱アンモニアプロセスを効率的に運転させることには課題が存在する。主な課題のうちの１つは、脱アンモニアへのこのアプローチにおいて、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物はゆっくり育成し、そしてＡＮＡＭＭＯＸ微生物の比較的に小さいバイオマス収量が存在することである。加えて、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物はその無機栄養生物学的及び嫌気的性質のために、低い溶存酸素濃度、高い亜硝酸塩濃度、及び温度のような他の環境的因子に敏感である。
そして上述のように本発明は、比較的に高いアンモニウムの濃度、比較的に高い温度、及び比較的に低い有機性炭素の濃度というような条件がＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成することを促進する側流内におけるバイオフィルム反応器上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成及び増殖することに、焦点を当てる。一度、側流内のＡＮＡＭＭＯＸ微生物が特定の濃度又は成熟に達すると、側流内のＡＮＡＭＭＯＸ微生物は主流内の廃水に接触するようにされることができる。この主流は、ＡＯＢ微生物を伴うＡＮＡＭＭＯＸ微生物がバイオフィルム反応器を移動されることにより主流からアンモニア態窒素を除去することに有効になり得る特徴を有する。また、主流内の条件は一般的に育成及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を増殖させるために十分ではない。これはなぜなら、一般則として、主流内の条件が、比較的に低いアンモニウム濃度、比較的に低い温度、及びしばしば比較的に高い有機性炭素濃度が存在するようになるからである。このため、ＡＮＡＭＭＯＸ及びＡＯＢバイオフィルムを伴うバイオフィルムキャリアは、主流内におけるいくらかの時間の後、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成及び増殖させる条件が存在する側流内のリジェクト水と接触するようにされる。
脱アンモニアプロセスは、嫌気的に分解された汚泥を脱水することによって生産されたリジェクト水からのアンモニウム除去のために用いられることができる。このプロセスは、側流のプロセスにおいて慣例的に実行される。このような側流のプロセスは、ＭＢＢＲｓのようなバイオフィルム反応器システム、又は粒状のシステム、を典型的に用いる。比較的に高い温度、比較的に高いアンモニウム濃度、及び比較的に低い有機性炭素濃度といったリジェクト水の有利な条件及び特性のために、側流の脱アンモニアプロセス内のＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は適度な割合まで育成し、且つ他の従属栄養生物との競争に勝つことができる。バイオフィルムキャリアを用いることにより、側流のプロセスは、シードとして他のバイオフィルム脱アンモニアプロセスへ移動又は届けられることのできる、シードされたバイオフィルムキャリアを生産するために有効である。
リジェクト水における窒素負荷は、慣習的な硝化―活性化汚泥プラントにおける合計プラント窒素負荷の約１５−２０％を典型的に示し、そして残りの８０−８５％負荷は未だ慣習的な硝化及び脱窒プロセスを使用する主流内の処理を必要とする。そのため、主流内の脱アンモニアプロセスの適用は窒素除去を成し遂げること、及びエネルギーニュートラルという目標、若しくは廃水処理プラントにおける要件を満たすことに有用である。そして、本発明の構想は、廃水処理システム５０に入るアンモニア態窒素の実質的な部分、少なくとも約７０−８０％を除去する脱アンモニアプロセスを用いることである。図１から図５を参照する。構想は、側流及び主流の脱アンモニアプロセスの両方を用いることにより、これを成し遂げることである。用語「主流処理」は、未加工の汚水由来の流体を最終的な流出へと処理する廃水処理システム又はプロセスを意味し、そして「主流処理」は一次的浄化器及び生物学的栄養物除去（ＢＮＲ）を伴う若しくは伴わない二次的生物学的処理システムを通常含む。用語「側流処理」は、主流の外側の領域内で実行されるプロセスを意味し、そして「側流処理」はプラントの流入に加えて廃水処理システム内で生成されたフローを一般的に構成する。例えば、側流のプロセスが、上澄み、逆洗水、すすぎ水、及び廃水処理プロセスの運転において生産された他の種類の流体のストリームを含んでもよい。
未加工の汚水若しくは一次的流出は、このような廃水が一般的に有機性炭素において高いか、若しくは窒素に対する炭素比率において高いゆえに、脱アンモニアプロセスのために一般的に適さない。そのため、主流の脱アンモニアプロセスを適用することにおいて、システム及びプロセスは、二次的流出から窒素を除去するために構成される。一つの実施形態において、一次的流出を処理するために用いられる生物学的プロセスは、生化学的酸素要求（ＢＯＤ）除去に主に焦点を当てる。このようなＢＯＤ除去システムは、（１）短い個体保持時間（ＳＲＴ）の慣習的な活性汚泥（ＣＡＳ）システム、若しくは高純度酸素活性汚泥システムのような浮遊型育成システム、（２）炭素除去ＭＢＢＲ及び炭素除去生物学的通気フィルタ（ＢＡＦ）のようなバイオフィルムシステム、又は（３）アップフロー嫌気的汚泥ブランケット（ＵＡＳＢ）システム若しくは嫌気的メンブレンバイオリアクター（ＡｎＭＢＲ）のような嫌気的処理システム、であることができる。前述のシステムからの流出は、二次的流出と称され、そしてこの二次的流出は、比較的に低いアンモニウム濃度、及び比較的に低いＢＯＤ且つ比較的に低い合計浮遊型固体（ＴＳＳ）の濃度、を典型的に含む。
低いＢＯＤ及びＴＳＳであっても、比較的に低い温度及び比較的に低いアンモニウム濃度であるから、二次的流出は未だ脱アンモニアプロセスのために適していない。本明細書中においては、主流内の廃水は比較的に低い温度及び比較的に低いアンモニウム濃度を含むと言われるときは、これは側流内のリジェクト水と比較される。なぜならば、本明細書中で指摘されるように、主流内の廃水と比較される側流内のリジェクト水は、比較的に低い窒素に対する有機性炭素の割合のみならず、比較的に高い温度及び比較的に高いアンモニウム濃度を含むからである。いくつかのケースにおいては、比較的に低い炭素濃度への参照があってもよい。これは比較的に低い窒素に対する炭素の割合を意味する。比較的に低い主流内の温度は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の比較的に低い内因性の成長率を結果的に生じさせる。主流内の低いアンモニウム濃度は、特にバイオフィルム処理においてＡＮＡＭＭＯＸ微生物の成長にとっては基質制限因子となりえる。前述の２つの因子は比較的に緩やかなバイオマス生産へと導く。バイオフィルムキャリアがバイオマスを保持し且つ担持するために用いられる場合であっても、主流内の適度な反応器の体積において有効な脱アンモニア処理プロセスを実行するために要求される十分なバイオマスを構築することは未だ困難である。
そのため、主流の脱アンモニアプロセスを、その主流に対応する側流に由来して、生物増強（バイオオーグメント：ｂｉｏａｕｇｍｅｎｔ）することを、本発明は想定する。言い換えると、本発明は、バイオフィルムキャリア若しくは担持体がＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物にシードされる側流において、シードされたバイオフィルムキャリア若しくは担持体を生成させること、及び、主流内の廃水からアンモニア態窒素を除去するためにシードされたバイオフィルムキャリア若しくは担持体を戦略的に使用すること、且つ二次的流出からアンモニア態窒素を特に除去すること、を伴う。
図１−図３は、側流及び主流の脱アンモニアを達成するための、３つのシステム及びプロセスを開示する。図１において、シードされたバイオフィルムキャリアは、側流の脱アンモニアバイオフィルムキャリア８８と主流の脱アンモニアバイオフィルム反応器６２との間を行ったり来たりと移動される。図２の実施形態には、二次的流出とリジェクト水との間の供給（ｆｅｅｄ）を、統合主流―側流脱アンモニアシステム１００へと交互に行うことが開示されている。この特に実施形態において、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、バイオフィルムキャリアが脱アンモニア反応器１０２における側流内のリジェクト水を育成する時に、主に生産される。そして生産された微生物は効率的にリジェクト水からアンモニア態窒素及びアンモニウムを除去し、且つ同時に主流内の二次的流出からアンモニア態窒素を除去する将来の使用のためにバイオフィルムキャリアにシードする役目を果たす。図３の実施形態は、図１に示されるシステム及びプロセスに類似するが、統合固定フィルム活性汚泥プロセスを利用する。
図を特に参照すると、廃水処理システムは図に開示され、且つ数字５０により一般的に示される。前述に言及されるように、廃水処理システム５０は、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を利用することにより、廃水からアンモニア態窒素若しくはアンモニウムを除去するように設計される。廃水処理システム５０は、図１の実施形態及び図２の実施形態の二つの実施形態において開示される。しかし、２つの実施形態は、主流及び側流のバイオフィルムプロセスを用いる。ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、側流内で生育、且つ側流内のアンモニウムを除去するために利用され、そしてまた主流内の廃水からアンモニウムを除去するために主流内の廃水と接触するようにされる。随時、微生物及び用いられているバイオフィルムキャリアは、微生物を回復させるため及び側流からアンモニウム除去を続けるために、側流と接触するようにされる。
図１を参照すると、主流は、生物学的処理反応器５８が後に続く一次的浄化器５４を含む。前述のように、様々な生物学的システムは生物学的処理反応器５８においてＢＯＤ除去のために使用されることができる。例えば、典型的なＢＯＤ除去システムは、短い個体保持時間の慣習的な活性汚泥システム、若しくは高純度酸素活性汚泥システム、炭素除去ＭＢＢＲ及び炭素除去生物学的通気フィルタ（ＢＡＦ）のようなバイオフィルムシステム、又はＵＡＳＢ若しくはＡｎＭＢＲシステムのような嫌気処理システム、を含む。生物学的処理反応器５８の下流は、主流の脱アンモニアバイオフィルム反応器６２である。反応器６２から下流は、適当な慣習的な硝化―脱窒仕上げシステム６６、及び固体―流体分離器６８である。いくつかの例において、本プロセスは、硝化―脱窒仕上げプロセスを用いる必要なく、主流の脱アンモニアプロセスにおいてアンモニウム濃度を減少してもよい。この実施形態において、これらの構成要素は主流の構成要素を形成する。しかし、廃水処理システム５０は、特定の汚染物質若しくはプロセス条件に向けた付加的な構成要素を含んでもよい、ことが認識される。加えて、主流は一次的浄化器５４へ導かれる流入のライン５２を含む。一次的流出のライン５６は、一次的浄化器５４と生物学的処理反応器５８の間に作動的に接続されている。二次的流出のライン６０は、生物学的反応器５８と主流の脱アンモニア反応器６２の間に作動的に接続されている。最終的に、硝化―脱窒仕上げシステムを用いるシステム及びプロセスにおいて、反応器６２と硝化―脱窒仕上げシステム６６の間に接続される流出のライン６４が存在する。最終的に、固体―流体分離器６８から延びる流出のライン７０が存在する。
側流内において、汚泥濃縮器８０が提供される。汚泥濃縮器８０は、生物学的処理反応器５８からの二次的汚泥を受け入れる。汚泥の流出のラインは、一次的浄化器５４及び汚泥濃縮器８０から、任意的である熱加水分解ユニット８２へ延びる。いくつかの場合において、一次的浄化器５４及び汚泥濃縮器８０由来の結合された汚泥は、嫌気的分解器８４へ直接的に送られる。嫌気的分解器８４の下流は、処分のための汚泥ケーキ及びリジェクト水を生産する汚泥脱水ユニット８６である。汚泥脱水ユニット８６由来のリジェクト水は、側流の脱アンモニアバイオフィルムシステム８８へ導かれる。主流及び側流の脱アンモニアバイオフィルムシステム、６２及び８８の両方は、バイオフィルムキャリアを用いる。システム６２及び８８の両方は、曝気システム、及び混合器若しくはその他の慣習的な混合の手段、を含む。図１における例示される実施形態では、バイオフィルム移動装置９０及び９２が開示される。この装置は、主流の脱アンモニアバイオフィルムシステム６２と側流の脱アンモニアバイオフィルムシステム８８の間を行き来する、バイオフィルムキャリア上に担持されるバイオマスと共にバイオフィルムキャリアの移動を、可能にする。バイオフィルム移動装置の様々な種類が、用いられることができる。一つの実施形態において、バイオフィルムキャリア移動装置は、水をシステム６２若しくは反応器８８から上向きに送り込むエアリフトポンプを含み、そして水を送り込む過程において、バイオフィルムキャリア及びバイオフィルムキャリア上のバイオマスは水の中に取り込まれる。上昇されたポイントにおいて、バイオフィルムキャリアは、水から効率的に分離され、そして重力によって、例えば、反応器８８から反応器６２へと、若しくはその逆に、通る。バイオフィルムキャリア移動装置は、バイオフィルムキャリアが水から分離された時に、水が下に位置する反応器６２若しくは８８へと排出されるように、設計される。
図２を参照すると、図示される廃水システムは、数字１００で広く示される主流―側流統合脱アンモニアシステムを含む。図１の実施形態と比べて、システム１００は反応器６２及び８８の代わりに用いられる。統合主流―側流脱アンモニアシステム１００は、廃水処理システム５０の主流及び側流の一部として機能するために、効率的に設計される。システム１００を更に詳細に見ると、システム１００は、一連のバイオフィルムタンク若しくはバイオフィルム反応器１０２を含むことがわかる。タンク若しくは反応器の数は、廃水処理システムの要求される容量及び廃水の流入のアンモニア態窒素負荷に応じて変化することができる。バイオフィルム反応器１０２のそれぞれには、曝気装置及び廃水をバイオフィルム反応器内で混合するための混合器、若しくは他の慣習的な手段が備えられている。
図２及び統合システム１００を更に詳細に参照すると、汚泥脱水ユニット８６から統合システム１００へ延びる本管リジェクト水ライン１０６が開示されることがわかる。本管リジェクト水ライン１０６からの分岐は、バイオフィルム反応器１０２の１つへ導かれている各供給ラインを備えた一連の供給ライン１０６Ａである。それぞれの供給ライン１０６Ａは、様々なバイオフィルム反応器１０２へのリジェクト水のフローを制御するための弁のようなフロー分配装置を含む。加えて、二次的流出ライン６０へと作動的に接続される主流供給ライン１１０が開示される。主流供給ライン１１０の分岐は、それぞれのバイオフィルム反応器１０２へと二次的流出を導くために働く、一連の主流供給支流１１０Ａである。これら供給支流１１０Ａのそれぞれは、制御弁を含む。それぞれのバイオフィルム反応器１０２の出口側においては、処理されたリジェクト水、若しくはそれぞれのバイオフィルム反応器からの処理された二次的流出を運ぶための、二つの出口ライン１０７及び１０８が開示される。これらの出口ラインのそれぞれはまた、バイオフィルム反応器１０２を通って処理されたリジェクト水、若しくは二次的流出、のフローを制御するための弁を含む。出口ライン１０７は、一つの実施形態において、バイオフィルム反応器１０２からの処理されたリジェクト水を運ぶために用いられる。出口ライン１０８は、他方において及び１つの実施形態において、それぞれのバイオフィルムタンク１０２からの処理された二次的流出を運ぶために用いられる。出口ライン１０８は、処理された二次的流出をライン６４へ導くマニホールドライン１１２に、作動的に接続される。出口ライン１０７は、一つの実施形態において、リサイクルライン９４へと作動的に接続される。このことにより、処理されたリジェクト水が主流／側流の統合脱アンモニアシステム１００の上流ポイントへと、循環処理されることができる。図２に示される設計は、ライン６４を通過する水に対して高い水質要件が存在する場合に用いられる。いくつかの場合において、水質要件が高いものではないとき、それぞれのバイオフィルムタンク１０２と関連するライン１０７及び１０８は、マニホールド１１２に作動的に連結される単一のラインを形成するために、結合されることができる。この後者の場合においては、処理されたリジェクト水はライン９４を経由して循環処理されない結果となる。
図３は、図１のプロセスと多くの関係において類似する、本発明の代替的な実施形態示す。２つのプロセスにおける基本的な違いは、図３のプロセスは主流の脱アンモニアプロセスにおいて統合固定フィルム活性汚泥（ＩＦＡＳ）システムを用いることである。そして、図３に示される脱アンモニア反応器１５０は、固定されたフィルムバイオマス及び浮遊型バイオマスを含む。また、固定されたフィルムバイオマスは、バイオフィルムキャリア若しくは他の担持構造の上に担持されるバイオマスを含む。このプロセスはまた、脱アンモニア反応器１５０から下流に位置する二次的浄化器１５２を含む。返却活性汚泥ライン１５４は、浄化器１５２から二次的流出ライン６０へと延びる。脱アンモニア反応器１５０は、曝気装置及び混合器を典型的に備える。
図１に示されるプロセスを参照すると、一次的浄化器５４は一次的汚泥を生産し、及び生物学的処理反応器５８は二次的汚泥を生産することがわかる。二次的汚泥は汚泥濃縮器８０へと導かれ、そして生産された濃縮汚泥は一次的汚泥と結合され、且つ一例においては、熱加水分解ユニット８２へ導かれる。前述のように、熱加水分解ユニット８２は任意的である。いずれにしても、熱加水分解ユニット８２の出口若しくは結合された汚泥は、分解された汚泥を生産する嫌気的分解器８４へ導かれる。分解された汚泥は、処分のための汚泥ケーキ及びリジェクト水を生産する汚泥脱水装置８６へ導かれる。リジェクト水は、比較的に高い温度を有し、温度は、通常２０℃よりも大きく、且つ典型的には２５℃と３５℃の範囲内である。さらに、リジェクト水は、比較的に高いアンモニア態窒素濃度を有する。熱加水分解が無ければ、リジェクト水のアンモニウム濃度は約３００−１５００ｍｇ／Ｌである。典型的に、アンモニア態窒素濃度は約１０００ｍｇ／Ｌである。しかし、熱加水分解があれば、リジェクト水のアンモニア態窒素濃度は約１０００−２０００ｍｇ／Ｌ、及び典型的には約１５００ｍｇ／Ｌである。
いずれにしても、リジェクト水は側流の脱アンモニアバイオフィルムシステム若しくは反応器８８へ導かれる。反応器８８はバイオフィルムキャリアを含み、そしてバイオフィルムキャリアは、反応器８８内に存在する有利な条件に起因するＡＯＢｓ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物をシードされる。バイオフィルム若しくはバイオフィルムキャリアに担持されるバイオマスは、反応器８８内においてリジェクト水からアンモニア態窒素を除去するために有効である。図７の例示的な表に見られるように、側流の脱アンモニアの流出である反応器８８からの処理された流出はアンモニア態窒素濃度が１００ｍｇ／Ｌである一方で、リジェクト水のアンモニア態窒素濃度は６７１ｍｇ／Ｌである。表が示唆するように、これは約８５％のアンモニウム除去、７５％の全窒素（ＴＮ）の除去を構成し、そして約１０％の硝酸塩が側流の反応器８８において生産される。図１に見られるように、処理されたリジェクトのストリームは、ライン９４を通り導かれ、且つ二次的流出と混合される。
反応器８８内でリジェクト水からアンモニア態窒素を除去している間に、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は育成且つ増殖する。一般則として、倍加時間は、ＡＯＢ微生物では約１−２日であり、及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物では１０−１１日より大きい。
主流内の脱アンモニアを成し遂げるために、いったん側流の反応器８８内のバイオフィルムキャリアがＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物で十分にシードされると、そしていくつかのバイオフィルムキャリアは側流の反応器８８から主流の脱アンモニア反応器６２へと移動されることができる。前述のように、これは反応器８８内のリジェクト水からバイオフィルムキャリアを持ち上げるためにエアリフトポンプを用いることにより、及び重力スライド、コンベヤー、若しくは他のシードされたバイオフィルムキャリアを主流の脱アンモニア反応器６２へ直接的に移動するための手段を用いることにより、成し遂げることができる。ここで、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含むバイオフィルムは、二次的流出からアンモニア態窒素を除去するために有効である。図７の表が示すように、例示的な実施形態において、アンモニア態窒素は主流の反応器６２において、５３ｍｇ／Ｌから１０ｍｇ／Ｌへ減少される。図７の表に伴う備考が示すように、流出のアンモニウムは約１０ｍｇ／Ｌであることが期待され、及び硝酸塩の１０％は主流の反応器６２内の脱アンモニアプロセスを経由して生産される。
前述のように、主流の脱アンモニア反応器６２内の条件は、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成することを促すものではない。これはなぜなら、二次的流出は比較的に低いアンモニウム濃度を含み、且つ典型的には比較的低い温度、典型的には約８−１０℃を含むからである。そのため、一定時間経過後、バイオフィルムキャリアは回復のために側流の反応器８８へ戻る移動をされる。様々な方法がバイオフィルムキャリアを移動するために用いられることができる。また、重力スライド若しくは他の運搬装置と連結されるエアリフトポンプが用いられることができる。ここでの構想は、バイオフィルムキャリアを側流の反応器８８へ戻す移動をすることである。反応器８８は、バイオフィルムを、育成及びＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成且つ増殖させるために有利な条件へと曝す場所である。
図１において記載及び開示されるプロセスは、廃水からアンモニア態窒素の約８０％を除去する、と仮定される。これは、アンモニウム又はＢＯＤ及びＴＳＳの除去に対する最終的な流出の要件を満たさない。そのため、システム及びプロセスは、いくつかの場合において、図１の数字６６によって示される慣習的な硝化及び脱窒仕上げシステムを用いることを想定する。加えて、浮遊型固体は、ＴＳＳに対する流出の要件を満たすであろう最終的な流出を提供するための固体―流体分離システム６８内で、除去されることができる。
図３におけるプロセスに見られるように、主流の脱アンモニアバイオフィルムシステムは二次的浄化器１５２と連結され、そして浄化器から主流内のポイント、主流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５０の上流、へ戻るように導く返却活性汚泥（ＴＡＳ）ライン１５４が存在する。これは、バイオフィルムシステムにおいて浮遊型バイオマスを構築することを可能にする。このようなバイオフィルムシステムは、統合固定フィルム活性汚泥システム（ＩＦＡＳ）になる。提供された付加的な浮遊型バイオマスは、プロセスの負荷率を増加し、且つさらに厳密な流出要件を満たすことに貢献する。
溶存酸素制御及び汚泥保持時間制御を用いることによって、ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスにおいて提供される付加的な浮遊型バイオマスは、亜硝酸化を実行する。これは、バイオフィルムバイオマス（ＡＮＡＭＭＯＸ微生物）が、嫌気的アンモニウム酸化プロセスを実行するようにさせる。バイオフィルムのみのシステムを、二つの層のバイオフィルム構造（外側はＡＯＢ層、及び内側はＡＮＡＭＭＯＸ微生物層）と比較すると、浮遊型育成（ＡＯＢのための）及び１つの層バイオフィルム（ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のための）を備えるＩＦＡＳ脱アンモニアシステムは、汚泥浮遊物及びバイオフィルム層への物質輸送抵抗を著しく減らすであろう。そして、ＩＦＡＳ脱アンモニアバイオフィルムシステムは、脱アンモニア効率を著しく増加させ（例えば、２から３倍）、そして反応器の体積を減らす。ＩＦＡＳ脱アンモニアバイオフィルムシステムにおける亜硝酸化は、浮遊型育成ＡＯＢにより実行され得るために、当該システムは、アンモニウムの物質輸送制限が少ないために、バイオフィルムのみの構成に比較して相当に低い流出のアンモニウム濃度を成し得ることができる。改善された流出の質及び二次的浄化器と共に、ＩＦＡＳシステムは最終的な流出の要件を満たすことができ、そしてバイオフィルムのみの構成において用いられる付加的な仕上げ工程を省く。より薄いバイオフィルム、及びＩＦＡＳシステム内の浮遊型バイオマスにおいて生じる亜硝酸化のために、より低い溶存酸素濃度が維持されることができる。より低い溶存酸素濃度は、例えば、バイオフィルムのみの構成における溶存酸素が０．５−２．０ｍｇ／Ｌであるのに比較して、０．２−１．０ｍｇ／Ｌであり、ＩＦＡＳシステムにおける著しいエネルギーの節約を示す。
一つの実施形態において、主流及び側流の両方においてＩＦＡＳシステムを用いる場合の操作条件は：
約０．２から約２．０ｍｇ／Ｌの溶存酸素；
約０．５から約６．０ｇ／ＬのＭＬＳＳ；
浮遊型育成ＳＲＴ＝廃水温度に応じて２から２０日間；
約１から１００ｍｇ／Ｎ／Ｌの流出のＮＨ４−Ｎ；
入口に含まれる約２％から約２０％の窒素が除去される、流出のＮＯ３−Ｎ。
図４は、主流及び側流のＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスの両方を伴う、ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスを示す。主流及び側流の両方において、固定フィルムバイオマス及び浮遊型バイオマスが存在する。図４に示される主流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５０は、図３に対しての前述の記載と本質的には同じであることに留意されたい。しかし、図４のプロセスにおいて、側流の脱アンモニアシステムは、またＩＦＡＳシステムである。側流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３における処理されたリジェクト水は、二次的浄化器１５１へ導かれることに留意されたい。二次的浄化器１５１からの処理された流出９４は、主流及び主流の脱アンモニアＦＡＳシステム１５０の上流であるライン６０へ導かれる。二次的浄化器１５１により生産される汚泥は、ライン１５５を経由して循環処理されることができ、又は主流及びライン１５７を経由して再度主流の脱アンモニアＩＦＡＳシステムから上流であるライン６０へ導かれることができる。返却活性汚泥ライン１５５は、側流のＩＦＡＳシステム１５３において浮遊型バイオマスを構築するためのものである。ライン１５７は、側流のＩＦＡＳシステム１５３のための余剰活性汚泥ラインであり、側流内のＳＲＴを制御するために、及び主流のカウンターパートへと浮遊型バイオマス（例えばＡＯＢ）を提供するために、使用されるであろう。
図４において示されるプロセスの場合では、バイオフィルムキャリアは、側流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３と主流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５０との間を、移動装置９０及び９２を経由して、行ったり来たりと移動される。前述に記載されるように、固定フィルムバイオマス及び浮遊型バイオマスは、リジェクト水からの及び二次的流出からのアンモニウム除去において異なる機能を実行するであろう。システムにおける亜硝酸化は、嫌気的なアンモニウム酸化がバイオフィルム上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物により実行される間、浮遊型育成ＡＯＢによって実行される。バイオフィルムキャリアがシステム１５０と１５３との間を行ったり来たりと移動することによって、固定フィルムバイオマスは、側流の反応器１５３内にあるとき、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成のために有利な条件にさらされる。バイオフィルムキャリアを側流の反応器１５３から主流の反応器１５０へ移動することによって、主流の反応器１５０における固定フィルムバイオマスは主流内の同様のプロセスを実行するために有効な量のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む。
図４に示されるプロセスにおいて、主にＡＯＢである浮遊型バイオマスの著しい量が、側流のＩＦＡＳシステム１５３において生産される。浮遊型バイオマスは、余剰ライン１５７を経由して主流のＩＦＡＳシステム１５０へ移動される。移動される浮遊型バイオマス（ＡＯＢ）は、シードとして作用し、及び主流のＩＦＡＳ脱アンモニアにおいて亜硝酸化を実行しえる。これは、主流内の目標とされる亜硝酸化を成し遂げるために要求される最低限度のＳＲＴを減少し得、そして主流のＩＦＡＳシステム内のタンクの体積を減少する。
バイオフィルムのみ（ＭＢＢＲ）及びＩＦＡＳシステムにより実行される、脱アンモニアプロセスについての実験結果を示す図９が言及される。グラフの右手側は、試験の１９６日目の後まもなくに開始された、ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスの窒素除去を示すことに留意されたい。ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスを開始する前に、システムはＭＢＢＲ脱アンモニアプロセスとして操作された。両方のケースは、側流内の窒素除去を反映する。図８のグラフから理解できるように、ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスは、廃水からの窒素除去において、バイオフィルムのみの脱アンモニアプロセスより２−３倍まで高い窒素除去率を備え、実質的により効率的であった。
図２を参照すると、側流の反応器８８及び主流の反応器６２の代わりに、図２のプロセスは統合主流―側流システム１００を利用する。前述に記載するように、システム１００は多数のバイオフィルムタンク又は反応器１０２を含む。それぞれのタンクは、好気的な処理を実行するために曝気システムを備え、そしてまたそれぞれのタンクにおいて、そのタンク内で廃水若しくはリジェクト水を混合するための混合器若しくは少なくとも慣習的な手段が提供される。タンク１０２は、バイオフィルム反応器であり、そしてそのため、それぞれのタンクは適切なバイオフィルムキャリアの密集体若しくは配列を含む。本明細書で使用される用語「バイオフィルムキャリア」は、バイオマスを担持するための任意の構造を意味し、そして人工的な膜（ｐｌａｓｔｉｃ ｍｅｄｉａ）を含む。
図２のプロセスにおいて、リジェクト水は汚泥脱水システム８６からリジェクト供給ライン１０６へ導かれる。この場合において一つのバイオフィルム反応器１０２のみがリジェクト水を受ける。バイオフィルムタンク＃１への上流供給ラインにおける弁が解放していることに留意すべきである。そして、アンモニウム濃度において高く及び比較的高い温度であるリジェクト水は、バイオフィルムタンク＃１へ導かれる。これはＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成及び増殖を容易にするであろう。同時に、バイオフィルムキャリア上にバイオフィルムを形成するＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、バイオフィルムタンク＃１内のリジェクト水のアンモニア態窒素濃度を減少するために有効である。バイオフィルムタンク＃１からの流出は、循環処理ライン９４への開放弁を通って出口ラインへ導かれる。任意的に、バイオフィルムタンク＃１からの処理されたリジェクト水は、主流、及び統合システム１００の上流ポイントへと戻って循環処理される。
リジェクト水がバイオフィルムタンク＃１へ導かれている一方で、残りのバイオフィルムタンクは二次的流出からアンモニア態窒素を除去するために用いられている。これは当然、残りのバイオフィルムタンクはＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物に富んだバイオフィルムキャリアに前もってシードされていると仮定する。二次的流出の量がリジェクト水の量よりも大きいことにより、二次的流出を処理するために、リジェクト水を処理するためよりも、さらなる反応器の体積が一般的に必要とされる結果となる。そのため、この例において、一つのバイオフィルムタンクはリジェクト水を処理するために用いられ、そして３つのバイオフィルムタンクは二次的流出を処理するために用いられる。それぞれの処理のために用いられるタンクの数と要求される個々の体積は変化してもよく、及びシステム５０への未加工の汚水のフロー速度、及び廃水に付随するアンモニア態窒素負荷に依存してもよい。
図２のプロセスの構想は、側流のプロセス及び主流のプロセスの両方として主流―側流の統合型システム１００を用いることである。リジェクト水を扱う１つ以上のバイオフィルムタンクは、効率的に側流の一部分を形成し得る。二次的流出を扱う１つ以上のバイオフィルムタンクは、主流のプロセスの一部分を形成し得る。
一つの例示的な実施形態において、汚泥脱水ユニット８６からのリジェクト水は、それぞれのバイオフィルムタンク１０２へと連続的に導かれ得る。また、成し遂げられる機能は、バイオフィルムキャリア及びその上のバイオマスはリジェクト水からアンモニア態窒素を除去し得え、そして同時に、リジェクト水により与えられる条件は、ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、これら微生物が二次的流出からアンモニア態窒素除去のためのプロセスを成功するように用いられることができるように、育成及び増殖させ得ることである。そのため時間の一つの周期の間、この例において、一つのバイオフィルムタンクはリジェクト水を受け、且つ、残りのバイオフィルムタンクは二次的流出を受ける結果となる。そして、続くフェーズにおいて、又は二度目の周期の間に、少なくとも二次的流出の一部分が以前にリジェクト水を受けているバイオフィルムタンクへと新たに導かれる一方で、リジェクト水はもう一つのバイオフィルムタンクへ導かれる。これは、バイオフィルムが二次的流出から効率的にアンモニア態窒素を除去することができるように、リジェクト水が連続的にバイオフィルムを回復させることを可能にする。
図５は、主流及び側流の両方におけるアンモニウムを除去するように設計される、別の脱アンモニアプロセスを示している。図５におけるシステム及びプロセスは、主流及び側流の両方におけるアンモニウムを除去するための機能をする統合ＩＦＡＳシステムを伴う。図５に示されるシステム及びプロセスは、図２に示されるシステム及びプロセスといくつかの関係において類似する。図２のシステム及びプロセスは、バイオマスがキャリア若しくは他のいくつかの担持構造により担持される固定フィルムプロセスである。図５に示されるシステム及びプロセスは、それぞれのＩＦＡＳタンク１０２内において固定フィルムバイオマスを用いるだけでなく、浮遊型バイオマスを用い、これによって統合固定フィルム活性汚泥プロセスを存在させる。
図５において、ライン６４内の流出は二次的浄化器１５２へ導かれることに、留意されたい。二次的浄化器１５２は、ライン７０内に主流の最終的な流出を生産する。さらに、二次的浄化器１５２は、ライン１５４を経由してＩＦＡＳタンク１０２へと戻る移動をされた活性化された汚泥を沈降する。返却活性汚泥を運ぶライン１５４は、返却活性汚泥が各ＩＦＡＳタンク１０２へ導かれることができるように、支流の数に割れる。汚泥返却ライン１５４において、ＩＦＡＳシステムにおいて生産された余分な汚泥を除去するための余剰活性汚泥ライン１５８が提供され、そしてそのＳＲＴも制御する。それぞれのＩＦＡＳタンク１０２は好気的な処理を実行するために曝気システムを備えられ、そしてまたそれぞれのタンクにおいて、活性汚泥及び固定フィルムバイオマスをリジェクト水又は二次的流出と混合するための混合器、若しくは少なくとも慣習的な手段、が提供される。図５における専用の二次的浄化器１５２は必要とされない場合があることに、留意されるべきである。この場合においては、図５に示されるＩＦＡＳ脱アンモニアの複数のタンクシステム１００は、連続バッチ式反応器（ＳＢＲ）である。
図５のプロセスにおいて、汚泥脱水ユニット８６からのリジェクト水は、ライン１０６を通ってリジェクト入口ライン１０６Ａへ導かれる。図５において例示されるケースは、上の方のＩＦＡＳタンク１０２のみがリジェクト水を受ける。上の方の入口ライン１０６Ａの弁が解放していることに留意すべきである。そして、アンモニウム濃度において高く及び比較的高い温度であるリジェクト水は、上の方のＩＦＡＳタンク（タンク＃１）へ導かれる。これは、１）ＩＦＡＳタンク＃１内のキャリア若しくは他のバイオフィルム担持体上に担持されるＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成及び増殖、及び２）ＩＦＡＳタンク＃１内の浮遊型育成のＡＯＢの育成及び増殖、を容易にする。同時に、浮遊型ＡＯＢ及びバイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、ＩＦＡＳタンク＃１内のリジェクト水のアンモニア態窒素の濃度を減少するために有効である。一つの実施形態において、ＩＦＡＳタンク＃１からの流出は、出口ライン１０７を通り、及び解放弁を通り、循環処理ライン９４へ導かれる。任意的に、ＩＦＡＳタンク＃１からの処理されたリジェクト水は統合ＩＦＡＳシステム１００の上流ポイントへと戻って循環処理される。
リジェクト水がＩＦＡＳタンク＃１へ導かれる一方で、残りのＩＦＡＳタンクは、一つの実施形態において、二次的流出からアンモニア態窒素を除去するために用いられている。これは当然、残りのＩＦＡＳタンク１０２はＡＮＡＭＭＯＸ微生物に富んだバイオフィルムキャリアに前もってシードされていると仮定する。二次的流出の量がリジェクト水の量よりも大きいことにより、二次的流出を処理するために、リジェクト水を処理するためよりも、さらなる反応器の体積が一般的に必要とされる結果となる。そのため、この例において、一つのＩＦＡＳタンクはリジェクト水を処理するために用いられ、そして３つのＩＦＡＳタンクは二次的流出を処理するために用いられる。それぞれの処理のために用いられるタンクの数、及び要求される個々の体積は、変化してもよく、及びシステム５０への未加工の汚水のフロー速度、及び廃水に付随するアンモニア態窒素負荷に依存してもよい。
ＩＦＡＳシステムに対して前述に記載されるように、ＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスにおいて提供される付加的な浮遊型バイオマスは亜硝酸化を実行する。これはキャリア若しくは他の担持構造上に担持されるバイオフィルムバイオマスが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を用いることによって嫌気的アンモニウム酸化プロセスを実行するようにさせる。前述に記載されるように、図５において開示されるようなＩＦＡＳ脱アンモニアシステムは、脱アンモニア効率を著しく増加してもよい。この増加は、ＩＦＡＳ脱アンモニアシステムが主流及び側流の両方において適用される場合の、２から３倍、若しくはそれ以上であってもよいことが仮定される。
図６を参照すると、主流及び側流のプロセスの両方を含む廃水処理プロセスが、図に示される。記載されるように、側流は、側流内のリジェクト水からのアンモニウム除去のための、脱アンモニアの統合固定フィルム活性汚泥システムを含む。図６を参照すると、未加工の汚水は、主流内の一次的浄化器５４へ導かれる。一次的浄化器５４は、一次的流出、及び一次的汚泥を生産する。一次的流出が生物的栄養物（窒素及びリン）の除去を伴い若しくは伴わずに、二次的廃水の処理を実行する１つ以上の反応器５８に導かれる一方で、一次的汚泥は側流へ導かれる。二次的処理は、汚泥だけでなく二次的流出も生産する。二次的反応器若しくは反応器５８において生産された汚泥は、側流内の汚泥濃縮ユニット８０へ導かれる。
汚泥濃縮ユニット８０由来の濃縮された汚泥、及び一次的浄化器５４由来の一次的汚泥は、側流内の汚泥貯蔵タンクへ導かれる。汚泥貯蔵タンク由来の汚泥は、一つの実施形態において、分解された汚泥を生産する嫌気的分解器８４へ導かれる。分解された汚泥は、リジェクト水及び処分のための汚泥ケーキを生産するために汚泥を脱水する汚泥脱水ユニット８６へ、導かれる。リジェクト水は、前述に記載されるように、主流内の廃水に比較して、比較的高いアンモニウム濃度及び比較的高い温度を含む。いずれにしても、リジェクト水は側流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３へ導かれる。前述されるように、反応器若しくは脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３を構成する反応器は、曝気装置及び、１つの反応器若しくは複数の反応器の内容物を混合するための少なくともいくつかの手段を提供される。さらに、システム１５３はＩＦＡＳシステムであるから、これは、システム１５３を構成する反応器内に固定フィルムバイオマスだけでなく浮遊型バイオマスが存在することを意味する。前述に記載されるように、リジェクト水の処理における浮遊型バイオマスは、ＮＨ４を亜硝酸塩（ＮＯ２ −）へ変化させる亜硝酸化を実行する。亜硝酸化プロセスは、リジェクト水内のアンモニウムの実質的な部分を除去する。側流の脱アンモニアシステム１５３内のバイオフィルムキャリアは、成長し且つバイオフィルムキャリア上に担持されるＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む。ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、残りのＮＨ４及び亜硝酸塩の実質的な部分を窒素元素へ変換するために有効である。そして、浮遊型バイオマス（ＡＯＢ）及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、側流において脱アンモニアプロセスを実行するために協力する。
側流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３からの下流には固体分離器１５１があり、この場合においては、慣習的な浄化器が示される。浄化器１５１へ導かれる流出が、浄化器１５１から導かれる流出から分離される浮遊型バイオマスを含む一方で、バイオフィルムキャリアは、ＩＦＡＳシステム１５３において維持される。浄化器１５１により沈降される汚泥は、返却活性汚泥ライン１５５により側流の脱アンモニアＩＦＡＳシステム１５３に返却される浮遊型バイオマスを含む。浄化器１５１により沈降されるいくらかの汚泥は、ライン１５８を経由して廃棄される。
前述に記載されるように、このＩＦＡＳシステムにおける浮遊型バイオマスの個体保持時間は、余剰活性汚泥の量により制御されることができる。ＩＦＡＳシステムにおけるＳＲＴ制御及び溶存酸素制御を用いることにより、まさしく記載されるＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスにおける浮遊型バイオマスは、亜硝酸化を実行するために有効である。前述に記載するように、バイオフィルムのみの脱アンモニアシステムを、２つの層のバイオフィルム構造（ＡＯＢを育成するための外側層、及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成するための内側層）を比較すると、浮遊型育成及び１つの層バイオフィルムを備えるＩＦＡＳ脱アンモニアシステムは、汚泥浮遊物及びバイオフィルム層への物質輸送抵抗を著しく減らすであろう。そして、ＩＦＡＳ脱アンモニアバイオフィルムシステムは、側流内の脱アンモニア効率を著しく増加させ、この一例においては、そして反応器の体積を減らすであろう。１つの層のバイオフィルム及び浮遊型バイオマスにおける亜硝酸化の発生により、図６において示されるようなＩＦＡＳシステム内においてより低い溶存酸素濃度が維持されることができる。
図６において示されるＩＦＡＳの構成は、浮遊型バイオマス及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物がその上に担持されるバイオフィルムキャリアの両方を含み且つ保持する、単一の側流の脱アンモニアＩＦＡＳ反応器を含むことができる。図６の設計において、固体分離器１５１はＩＦＡＳ反応器１５３の外側に示される。しかし、浄化器若しくは膜モジュールのような固体分離器は、ＩＦＡＳ反応器１５３内に埋め込まれることができる。ＩＦＡＳ１５３において専用の分離器が必要とされなくてもよい場合があることに、留意されるべきである。これらの場合において、図６に示されるＩＦＡＳ脱アンモニアシステム１５３は、連続バッチ式反応器（ＳＢＲ）である。
側流のＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスのための条件の操作は、変化することができる。しかし、１つの例示的な実施形態において、ＩＦＡＳ反応器１５３内の溶存酸素レベルは０．２−１．５ｍｇＯ２／Ｌの範囲で維持されることができる。混合溶液浮遊型固体（ＭＬＳＳ）は、０．５−４．０ｇ／Ｌの範囲で維持されることができる。ＳＲＴ操作は、リジェクト水の温度に応じて２−１５日の間であることができる。側流のＩＦＡＳシステム１５３からの流出は、流出において約５から約１００ｍｇＮ／ＬのＮＨ４−Ｎの濃度を典型的に含むであろう。流出におけるＮＯ３−Ｎ濃度は、除去される窒素の約５から約２０％の範囲に典型的になるであろう。
図３−６は、アンモニウムを除去するためにＩＦＡＳシステムを用いる様々なプロセスの実施形態を例示する。ＩＦＡＳの構成は前述に記載されるように、浮遊型バイオマスを保持するための専用の固体分離装置（例えば、返却汚泥を伴う浄化器）を伴って若しくは伴わず、バイオフィルム反応器（例えばＭＢＢＲ）を要する。図３−６において示されるＩＦＡＳ脱アンモニアシステムは、連続バッチ式反応器（ＳＢＲ）として設計されることができ、そして、専用の固体分離装置は必要とされない。
ＩＦＡＳ構成は、亜硝酸化の大半を成し遂げるための浮遊型バイオマス、及び嫌気的なアンモニウム酸化プロセスの大部分を実行するためのバイオフィルムバイオマスを用いることによって、単一の反応器タンク内において脱アンモニアを成し遂げる。ＩＦＡＳ構成は、外部汚泥分離装置を伴って若しくは伴わず、用いられることが指摘されるべきである。例えば、分離装置（浄化器及び膜モジュールのような）は、バイオフィルム反応器内に含まれ、若しくは埋め込まれることができる。特定の場合において、ＩＦＡＳ構成では、浮遊型バイオマスは側流及び主流の間を移動されることができる。この１つ例が、図４において示される。二次的浄化器１５１において沈降される浮遊型バイオマスは、ライン１５７を経由して主流へと移動されることができる。他の場合において、同様の浮遊型バイオマスは、側流内のリジェクト水及び主流内の二次的流出の両方へと曝されることができる。これは、図５に示されるＩＦＡＳ構成において発生する。これはなぜなら１つのモードにおいて、１つ以上のＩＦＡＳタンク１０２は側流のプロセスの一部として機能し得、そして１つ以上の他のＩＦＡＳタンク１０２は主流のプロセスの一部として機能し得るからである。そして、１つのモードにおいて、ＩＦＡＳタンクの１つにおける浮遊型バイオマス及び固定フィルムバイオマスは、リジェクト水に接触し得、そしてもう１つのモードにおいては、同様のバイオマスが二次的流出に接触し得る。
二次的流出の特性はリジェクト水の特性と異なるために、図３から図５に示される主流のＩＦＡＳ脱アンモニアプロセスのための条件の操作は、ＩＦＡＳ側流脱アンモニアプロセスの条件の操作と異なる。１つの例示的な実施形態において、ＩＦＡＳ反応器１５０内の溶存酸素レベルは、０．２−２．０ｍｇＯ２／Ｌの範囲に維持されることができる。混合液体浮遊型固体（ＭＬＳＳ）は、０．５−６．０ｇ／Ｌの範囲で維持されることができる。ＳＲＴ操作は、二次的流出の温度に応じて５−２０日の間であることができる。側流のＩＦＡＳシステム１５０からの流出は、流出において約１から約１０ｍｇＮ／ＬのＮＨ４−Ｎの濃度を典型的に含むであろう。流出におけるＮＯ３−Ｎ濃度は、除去される窒素の約２から約２０％の範囲に典型的になるであろう。仕上げ工程を伴わずに最終的な流出の要件を満たす低い流出のアンモニア濃度を成し遂げることは、主流のバイオフィルムのみのシステムに比較して、主流のＩＦＡＳシステムの主要な利点の一つである。
主流の脱アンモニアプロセスの操作における課題の１つは、溶存酸素及び汚泥保持時間（ＳＲＴ）の制御と並行して、亜硝酸塩酸化微生物（ＮＯＢ）（亜硝酸塩を硝酸塩に変換し、且つ亜硝酸塩に対してＡＮＡＭＭＯＸ微生物と競合する微生物）、の浮遊型育成を抑制することである。リジェクト水及び二次的流出の間でバイオマスへの供給を交替すること、又はバイオマスをリジェクト水と定期的に接触させることは、ＮＯＢの育成を抑制するための手段として役目を果たすことができる。なぜならばリジェクト水の高いアンモニウム濃度はＮＯＢ育成の抑制剤であるからである。
図１から図５のプロセスにおいて、主流の脱アンモニアシステムは、別個の炭素除去システムに追従し、そして好ましい実施形態においては、除去は炭素に特定され、又は炭素除去を主に焦点を当てる。慣習的な硝化を伴う活性汚泥システムと比較して、ＢＯＤ除去のみのシステム(すなわち、ＢＯＤの除去に実質的に特定されるように設計されるシステム)は更に汚泥を生産し、及びそして、より多くの窒素を最終段階の側流の脱アンモニアプロセスになるであろう嫌気的分解器へと移動する。そのため、両方の構成（図１及び図２）における側流の脱アンモニアは、プラントへの総窒素負荷の約２０−２５％を処理する。主流の脱アンモニアは総窒素の約７５−８０％を処理する。ＢＯＤ除去のみのシステムは、嫌気的分解器に送られる過剰な汚泥生産の結果、窒素負荷の約５％を主流から側流へと移すことができる。図７の表は、典型的に高い濃度の都市汚泥を有する１ＭＧＤの処理の場合の、図１及び図２に示される２つのプロセス構成により予期される成績を示す。熱加水分解を伴わない嫌気的分解のみが、図７の表において考慮されている。
全ての側流の構成において、熱加水分解は任意的な工程であり、且つ側流内の窒素レベルを増加するために嫌気的汚泥分解に含められることができる。嫌気的分解と結合される加水分解は、嫌気的分解単独と比較して、揮発性固形物の減少５０％にまで典型的に増加するであろう。嫌気的分解由来のアンモニウムの放出は熱加水分解のために５０％にまで増加するであろうことが予期される。そのため、熱加水分解は、側流への窒素負荷を総プラント負荷の内３５％まで増加し、且つ主流へ６５％を残すことが可能である。図８の表は、嫌気的分解へ加えられた熱加水分解を伴う典型的に高い濃度の都市汚水を有する１ＭＧＤの処理の場合の、図１及び図２に示される２つのプロセス構成により予期される成績を示す。
図１から図５に示される２つの構成への、ＢＯＤ除去のみのシステム及び熱加水分解プロセスの編入は、側流への窒素負荷を増加するであろう。側流へより多くの窒素負荷がされれば、より多くのバイオマスが側流内に生産され、且つ、より多くのシードされたバイオフィルムキャリアが主流内のカウンターパートにおいて利用可能になる。図７及び図８における表の比較は、主流の窒素除去に対する側流の窒素除去の比率が、熱加水分解プロセスを嫌気的汚泥分解プロセスへと編入することにより約０．２６から０．３８までに増加されることを示している。両方の表において予期される成績は、総窒素負荷の大半（約８０％）は主流及び側流の脱アンモニアプロセスにより除去され、そして窒素負荷の残りの２０％は慣習的な硝化―脱窒仕上げプロセスにより除去されることを示している。
前述に記載されるように脱アンモニアプロセスには多くの利点がある。約６０％少ない酸素が、特定の量のアンモニア態窒素の除去に必要とされる。加えて、この独特なプロセスは、付加的な炭素源を必要としない。加えて、このプロセスは、少ないＣＯ２生産と少ない汚泥生産をもたらす。
本発明は、当然のことながら、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書に具体的に記載したもの以外の方法で実施することができる。本実施形態は例示的なものとして全ての関係において考慮され、且つ限定されず、そして添付の特許請求の範囲の意味及び均等の範囲に入る全ての変更は、その範囲の中に含まれることが意図される。

Claims (37)

  1. 廃水から炭素及びアンモニウムを除去するための廃水処理システムにおいて生物学的に廃水を処理する方法であって、
    Ａ 主流において前記廃水を処理する工程であって、
    １．前記廃水から一次的汚泥を分離し、及び比較的低いアンモニウム濃度及び比較的低い温度を有する一次的流出を生成する工程と、
    ２．前記一次的流出を少なくとも１つの主流反応器へ導く工程と、
    ３．前記廃水から炭素を除去するために前記主流反応器内の前記廃水を生物学的に処理し、及び二次的流出と二次的汚泥とを生成する工程と、を含む工程、
    Ｂ 側流において前記一次的汚泥と二次的汚泥とを処理する工程であって、
    １．側流嫌気的分解器へ前記汚泥を導き、及び分解された汚泥を生成するように前記汚泥を前記嫌気的分解器において処理する工程と、
    ２．前記分解された汚泥を側流脱水システムへと導き、及び比較的高いアンモニウム濃度と比較的高い温度とを有するリジェクト水を生成するように前記分解された汚泥を脱水する工程と、
    ３．バイオフィルムキャリアを中に有する側流脱アンモニアバイオフィルム反応器へと前記リジェクト水を導き、並びにアンモニウムを同時に硝化及び脱窒するために前記バイオフィルムキャリア上にバイオマスを育成する工程と、
    ４．前記側流バイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上の前記バイオマスを、アンモニウムを同時に硝化及び脱窒するために利用する工程と、を含む工程、
    Ｃ 前記バイオマスが前記リジェクト水及び前記リジェクト水中の前記比較的高いアンモニウム濃度にさらされた後に、前記主流において前記二次的流出を前記バイオマスと接触させ、及び前記二次的流出のアンモニウム濃度を減少するために前記バイオマスを利用する工程、
    Ｄ 前記主流において前記二次的流出を前記バイオマスと接触させ、及び前記二次的流出からアンモニウムを除去した後に、前記側流において前記比較的高いアンモニウム濃度と比較的高い温度とを有する前記リジェクト水に前記バイオマスを接触させることによって、前記バイオマスを回復させる工程、及び
    Ｅ 前記二次的流出と前記リジェクト水との前記バイオマスの接触を交替に行うことを、
    １．前記主流において前記二次的流出からアンモニウムを除去し、及び
    ２．前記側流において前記リジェクト水からアンモニウムを除去し且つ前記リジェクト水中で前記バイオマスを回復させる
    ために継続する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記バイオフィルムキャリア及び前記バイオフィルムキャリア上の前記バイオマスを、前記側流と前記主流との間で行ったり来たり移動させる工程を含み、
    前記バイオマスは前記主流において前記廃水からアンモニウムを除去するために有効であり、
    前記バイオマスは前記側流において回復され、さらに前記側流において前記リジェクト水からアンモニウムを除去する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記廃水処理システムは、前記主流において脱アンモニア反応器を含み、及び前記方法は、担持される前記バイオマスを有する前記バイオフィルムキャリアを、前記側流における前記脱アンモニアバイオフィルム反応器と前記主流における前記脱アンモニア反応器との間で行ったり来たり移動する工程を含む
    ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. それぞれの脱アンモニアバイオフィルム反応器が内部にバイオフィルムキャリアを有する複数の脱アンモニアバイオフィルム反応器が供され、及び前記複数の脱アンモニアバイオフィルム反応器は前記リジェクト水からアンモニウムを除去するように機能し、且つ前記二次的流出からアンモニウムを除去するように機能する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 時間の一つの周期の間、前記リジェクト水は１つ以上の前記脱アンモニアバイオフィルム反応器へ、前記二次的流出が１つ以上の前記他の脱アンモニアバイオフィルム反応器へ導かれる一方で、導かれる
    ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. もう一つの時間の周期の間、前記脱アンモニアバイオフィルム反応器内の処理は逆転され、及び前記リジェクト水が１つ以上の前記他の脱アンモニアバイオフィルム反応器へ導かれる一方で、前記二次的流出は前記１つ以上の脱アンモニアバイオフィルム反応器へ導かれる、
    ことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 前記リジェクト水及び前記二次的流出からアンモニウムを除去するための脱アンモニアバイオフィルム反応器が供され、
    Ａ．第１の期間の間、第１の脱アンモニアバイオフィルム反応器において前記リジェクト水からアンモニウムを除去し、第２の脱アンモニアバイオフィルム反応器において前記二次的流出を処理する工程、及び
    Ｂ．第２の期間の間、前記第１の脱アンモニアバイオフィルム反応器において前記二次的流出からアンモニウムを除去し、前記第２の脱アンモニアバイオフィルム反応器において前記リジェクト水からアンモニウムを除去する工程
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 少なくとも３つの脱アンモニアバイオフィルム反応器が存在し、及び前記脱アンモニアバイオフィルム反応器の少なくとも２つは、前記脱アンモニアバイオフィルム反応器の少なくとも１つが前記リジェクト水からアンモニウムを除去し、且つ前記キャリア上の前記バイオマスを回復させる一方で、同時に前記二次的流出からアンモニウムを除去する
    ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 前記リジェクト水からアンモニウムを除去する場合に、前記脱アンモニアバイオフィルム反応器は前記側流の一部として機能し、及び前記二次的流出からアンモニウムを除去する場合に前記主流の一部として機能する
    ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
  10. 前記汚泥を前記嫌気的分解器において処理する前に、前記側流において前記汚泥を熱加水分解へさらす工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  11. 前記バイオマスは、好気的アンモニウム酸化微生物（ＡＯＢ）及び嫌気的アンモニウム酸化（ＡＮＡＭＭＯＸ）微生物を含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  12. 前記側流において、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成のために有利である条件を供する工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成に有利な前記条件は、比較的に高いアンモニウム濃度、比較的に高い温度、及び比較的に低い窒素に対する炭素の割合を備える前記リジェクト水を供する工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記側流における前記脱アンモニアバイオフィルム反応器は、処理されたリジェクト水を生成し、及び前記方法は前記処理されたリジェクト水を前記主流へ循環処理する工程と、前記処理されたリジェクト水を前記主流における前記廃水と混合する工程とを含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  15. 前記処理されたリジェクト水は、前記主流内の前記二次的流出が前記二次的流出内の前記アンモニウム濃度を減少する前記バイオマスと接触される場所から上流のポイントで、前記廃水と混合される
    ことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
  16. 廃水から炭素及びアンモニウムを除去するための廃水処理システムにおいて生物学的に廃水を処理する方法であって、
    Ａ 主流において前記廃水を処理する工程であって、
    １．前記廃水から一次的汚泥を分離し、及び比較的低いアンモニウム濃度及び比較的低い温度を有する一次的流出を生成する工程と、
    ２．前記一次的流出を少なくとも１つの主流反応器へ導く工程と、
    ３．前記廃水から炭素を除去するために前記主流反応器内の前記廃水を生物学的に処理し、及び二次的流出と二次的汚泥とを生成する工程と、を含む工程、
    Ｂ 側流において前記一次的汚泥と二次的汚泥とを処理する工程であって、
    １．側流嫌気的分解器へ前記汚泥を導き、及び分解された汚泥を生成するように前記汚泥を前記嫌気的分解器において処理する工程と、
    ２．前記分解された汚泥を側流脱水システムへと導き、及び比較的高いアンモニウム濃度と比較的高い温度とを有するリジェクト水を生成するように前記分解された汚泥を脱水する工程と、
    ３．バイオフィルムキャリアを中に有する側流脱アンモニアバイオフィルム反応器へと前記リジェクト水を導く工程と、
    ４．前記側流脱アンモニアバイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上にＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成する工程と、
    ５．前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記バイオフィルム反応器内の前記リジェクト水から、アンモニウムを除去するために有効である工程、とを含む工程、
    Ｃ 前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記側流において前記リジェクト水にさらされた後に、前記主流において前記廃水を前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させ、及び前記主流において前記廃水からアンモニウム除去する工程、
    Ｄ 前記主流において前記廃水を前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させ、及び前記主流において前記廃水から少なくともいくらかのアンモニウムを除去した後に、前記側流脱アンモニアバイオフィルム反応器において、前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物と前記リジェクト水とを接触させることによって、前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させる工程、及び
    Ｅ 前記主流における前記廃水と前記側流における前記リジェクト水との前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の接触を交替に行うことを、
    １．前記主流において前記廃水からアンモニウムを除去し、及び
    ２．前記側流脱アンモニアバイオフィルム反応器において前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させる
    ために継続する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  17. 脱水工程において生成される前記リジェクト水の前記アンモニウム濃度は、少なくとも３００ｍｇ／Ｌである
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  18. 脱水工程において生成される前記リジェクト水の前記アンモニウム濃度は、約３００ｍｇ／Ｌから２，０００ｍｇ／Ｌである
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記脱アンモニアバイオフィルム反応器は処理されたリジェクト水を生成し、及び前記処理されたリジェクト水は前記主流へ循環処理され、且つ前記主流の、前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記廃水と接触するポイントの上流において前記廃水と混合される
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、脱アンモニア流出を生成する脱アンモニアゾーン内の前記主流における前記廃水と接触し、及び更に次の硝化及び脱窒仕上げプロセスで前記脱アンモニア流出を処理する工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  21. 前記主流反応器における前記廃水を生物学的に処理する工程のステップは、前記主流内の前記廃水をＢＯＤのみの除去プロセスにさらす工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  22. 前記側流において、前記ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成に有利な条件を維持する工程を含み、前記工程は、前記リジェクト水中の比較的に高いアンモニウム濃度を維持する工程、前記リジェクト水中の比較的に高い温度を維持する工程、及び前記リジェクト水中の比較的に低い窒素に対する炭素の割合を維持する工程を含む
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  23. 廃水を処理し且つ前記廃水から炭素及びアンモニウムを除去するための、主流と側流のプロセスであって、
    Ａ 前記廃水から汚泥を除去する工程、
    Ｂ 前記廃水から炭素を減少させるために主流内の前記廃水を生物学的に処理する工程、
    Ｃ 前記汚泥を側流へと導く工程、
    Ｄ 前記側流において、
    １．嫌気的分解器へと前記汚泥を導き、及び分解された汚泥を生成するために前記嫌気的分解器内で前記汚泥を処理し、
    ２．比較的高いアンモニウム濃度を有するリジェクト水を生成するために前記分解された汚泥を脱水し、
    ３．バイオフィルムキャリアを有する側流バイオフィルム反応器へと前記リジェクト水を導き、
    ４．前記側流において前記バイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上でＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成し、及び
    ５．前記リジェクト水のアンモニウム濃度を減少させることを補助するために前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を用いる工程、
    Ｅ 前記リジェクト水と比較して比較的低いアンモニウム濃度を有する前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを補助するために、前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、
    １．前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記側流バイオフィルム反応器内に定着した後で、前記主流における前記廃水を前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させ、及び
    ２．１つのモードにおいて、前記主流における前記廃水と接触した場合に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを促進し、且つ前記側流における前記リジェクト水と接触した場合に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記リジェクト水のアンモニウム濃度を減少させることを促進するように、前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の、前記主流内の前記廃水と前記側流内の前記リジェクト水との接触を交替に行うことによって、用いる工程、を含み、
    比較的高いアンモニウム濃度を有する前記リジェクト水にバイオマスをさらすことは、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水と接触した場合に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させるために有効であるように前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるために有効である
    ことを特徴とするプロセス。
  24. 前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を有する前記バイオフィルムキャリアを、前記側流バイオフィルム反応器と主流脱アンモニア反応器との間で行ったり来たり物理的に移動させる工程を含む
    ことを特徴とする、請求項２３に記載のプロセス。
  25. ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が担持されているバイオフィルムキャリアをそれぞれのバイオフィルム反応器が含んでいる、複数のバイオフィルム反応器を含み、
    第１のモードにおいて、前記プロセスは、第２のバイオフィルム反応器へ前記主流における前記廃水を供給する間、第１のバイオフィルム反応器へ前記リジェクト水を供給する工程を含み、
    第２のモードにおいて、前記プロセスは、前記第１のバイオフィルム反応器へ前記主流における前記廃水を供給する間、前記第２のバイオフィルム反応器へ前記リジェクト水を供給する工程を含み、
    前記第１及び第２のバイオフィルム反応器への前記リジェクト水の供給を交替に行うことによって、前記リジェクト水は個々のバイオフィルム反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復するために使用され、その後前記回復されたＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記主流内の前記廃水のアンモニウム濃度を減少することを補助するために利用されることができる、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のプロセス。
  26. 前記側流バイオフィルム反応器は、統合固定フィルム活性汚泥システムの一部を形成し、及び前記バイオフィルム反応器は、浮遊型バイオマス及び前記バイオフィルム反応器内の前記キャリア上に担持される前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を有する固定フィルムバイオマスの両方を含む
    ことを特徴とする、請求項２３に記載のプロセス。
  27. 複数のＩＦＡＳ反応器を供され、並び前記複数のＩＦＡＳ反応器は、前記リジェクト水中及び前記主流における前記廃水中の前記アンモニウム濃度を減少するために利用される２つ以上のＩＦＡＳ反応器を含む
    ことを特徴とする、請求項２６に記載のプロセス。
  28. バイオフィルムキャリア上に保持されるＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物を利用することによる、廃水における前記アンモニウム濃度を減少するためのＩＦＡＳ廃水処理プロセスであって、前記プロセスは、
    Ａ．廃水を主流へ導く工程、及び前記廃水から汚泥を除去する工程と、
    Ｂ．炭素を除去するために、前記主流において前記廃水を生物学的に処理する工程と、
    Ｃ．前記汚泥を前記側流における側流へ導く工程、及び前記側流において分解された汚泥を生成するように前記汚泥を嫌気的に分解する工程と、
    Ｄ．前記分解された汚泥からリジェクト水を分離する工程であって、前記リジェクト水は、前記主流における前記廃水と比較して比較的に高いアンモニウム濃度を有する工程と、
    Ｅ．少なくとも第１の及び第２のＩＦＡＳ反応器を、前記リジェクト水及び前記主流の前記廃水の両方を処理するために利用する工程であって、それぞれのＩＦＡＳ反応器は、浮遊型ＡＯＢ及びバイオフィルムキャリア上に担持されるＡＮＡＭＭＯＸ微生物の両方を含む工程と、
    Ｆ．第１のモードにおいて、前記リジェクト水を前記第１のＩＦＡＳ反応器へ導く工程であって、前記浮遊型ＡＯＢは前記リジェクト水と接触し、且つ亜硝酸化を実行し、及び前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記リジェクト水と接触し、且つ嫌気的アンモニウム酸化プロセスを実行し、前記浮遊型ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の組み合わせは前記リジェクト水中の前記アンモニウム濃度を実質的に減少する工程と、
    Ｇ．前記第１のモードにおいて、前記主流における前記廃水を前記第２のＩＦＡＳ反応器へ導く工程であって、前記浮遊型ＡＯＢは前記廃水と接触し、且つ亜硝酸化を実行し、及び前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記廃水と接触し、且つ嫌気的アンモニウム酸化プロセスを実行し、前記浮遊型ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の組み合わせは前記主流における前記廃水中の前記アンモニウム濃度を実質的に減少する工程と、
    Ｈ．第２のモードにおいて、前記リジェクト水は前記第２のＩＦＡＳ反応器へ導かれ及び、前記主流における前記廃水は、前記浮遊型ＡＯＢ及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物が、前記第１の及び第２のＩＦＡＳ反応器内に含まれる前記リジェクト水及び前記廃水の前記アンモニウム濃度を減少するために、亜硝酸化及びＡＮＡＭＭＯＸを実行する前記第１のＩＦＡＳ反応器へ導かれるために、前記第１の及び第２のＩＦＡＳ反応器への前記供給を逆転する工程とを含み
    Ｉ．前記第１の及び第２のモードの両方において、前記比較的に高いアンモニウム濃度を有する前記リジェクト水は、運転のサイクルが続く間前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物及び前記浮遊型ＡＯＢが前記主流における前記廃水からアンモニウムを除去するために有効でありえるようにするために、前記バイオフィルムキャリア上に担持される前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復するように機能する、
    ことを特徴とするプロセス。
  29. 主流において廃水からアンモニウムを除去するための統合固定フィルム活性汚泥プロセスであって、
    前記統合固定フィルム活性汚泥プロセスは、浮遊型バイオマス及びバイオフィルムキャリア上に担持されるＡＮＡＭＭＯＸ微生物の双方を含む統合固定フィルム活性汚泥反応器を含み、前記プロセスは、
    Ａ．前記廃水から汚泥を除去する工程、
    Ｂ．側流において、前記主流における前記廃水に対して比較的高いアンモニウム濃度を含むリジェクト水を生成するために前記汚泥を分解する工程、
    Ｃ．前記リジェクト水をＩＦＡＳ反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させる工程であって、前記ＩＦＡＳ反応器内で前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記浮遊型バイオマスとともに前記リジェクト水のアンモニウム濃度を減少させる、工程、
    Ｄ．前記リジェクト水を前記ＩＦＡＳ反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させる工程の後で、前記主流における前記廃水を前記ＩＦＡＳ反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させる工程であって、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記浮遊型バイオマスとともに前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させる、工程、
    Ｅ．前記主流における前記廃水を前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させる工程の後で、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を前記側流における前記リジェクト水と接触させる工程であって、前記側流における前記リジェクト水は前記ＩＦＡＳ反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させる、工程、及び
    Ｆ．前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記浮遊型バイオマスとともに前記リジェクト水及び前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させ、及び、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記リジェクト水によって接触される場合に、前記主流における前記廃水が次に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触した際に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させるのに有効であることができるように前記リジェクト水が前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させ且つ前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成するように、前記側流における前記リジェクト水と前記主流における前記廃水との前記ＩＦＡＳ反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の接触を交替に行うことを続ける工程
    を含むことを特徴とするプロセス。
  30. 廃水を処理するためのプロセスであって、
    前記廃水から汚泥を除去する工程、
    前記廃水からの生物学的栄養物（窒素及びリン）の除去を伴って若しくは伴わずに炭素を除去するために、主流プロセスにおいて前記廃水を生物学的に処理し、及び主流流出を生成する工程、
    側流における嫌気的分解器へ前記汚泥を導き、及び分解された汚泥を生産するために前記汚泥を嫌気的に分解する工程、
    アンモニウムを有するリジェクト水を前記分解された汚泥から分離する工程、
    アンモニウムを有する前記リジェクト水を、浮遊型バイオマス及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物が担持されているバイオフィルムキャリアを有する側流統合固定フィルム活性汚泥反応器へと導く工程、
    前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の育成を促す、前記側流統合固定フィルム活性汚泥反応器内の条件を提供する工程、
    前記リジェクト水のアンモニウム濃度を実質的に減少させるために、前記統合固定フィルム活性汚泥反応器内の前記浮遊型バイオマス及び前記バイオフィルムキャリア上に担持されたＡＮＡＭＭＯＸ微生物を利用する工程、及び
    前記リジェクト水を、前記統合固定フィルム活性汚泥反応器の外部又は前記統合固定フィルム活性汚泥反応器の内部に配置される固体分離器へ導き、及び前記浮遊型バイオマスからリジェクト水を分離する工程、
    を含むことを特徴とするプロセス。
  31. 前記リジェクト水の前記アンモニウム濃度は、亜硝酸化を実行するＡＯＢ浮遊型バイオマス及び嫌気的アンモニウム酸化プロセスを実行する前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物によって減少され、並びに亜硝酸化及び前記嫌気的アンモニウム酸化プロセスの両方は、前記統合固定フィルム活性汚泥反応器において実行される
    ことを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記リジェクト水中のアンモニウムの少なくとも３５％がＡＯＢ浮遊型バイオマスによって除去され、及び前記リジェクト水中のアンモニウムの少なくとも３０％が前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物によって除去されることを特徴とする請求項３１に記載のプロセス。
  33. 廃水からアンモニウムを除去するための主流及び側流の廃水処理プロセスであって、
    前記主流の廃水は比較的低いアンモニウム濃度を含み、及び前記側流の前記廃水は比較的に高いアンモニウム濃度を含み、前記プロセスは、
    前記側流において、前記比較的高いアンモニウム濃度を有する前記廃水の一部分を、バイオフィルムキャリアを内部に有している側流バイオフィルム反応器へ導く工程、
    前記側流バイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を育成する工程、
    前記側流のバイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、前記側流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを促進するために利用する工程、及び
    前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを補助するために、
    前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記側流バイオフィルム反応器内に定着し及び前記側流における前記廃水と接触した後に、前記主流における前記廃水を前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物と接触させ、及び
    前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水と接触した際に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水内のアンモニウム濃度を減少させることを補助し、及び前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記側流における前記廃水と接触した際に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記側流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを促進するように、前記バイオフィルムキャリア上の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の、前記主流における前記廃水と前記側流における前記廃水との接触を交替に行うことによって、利用する工程を含み、
    前記比較的高いアンモニウム濃度を有する前記側流における前記廃水へと前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物をさらすことは、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水と接触した際に前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させるために有効であるように、前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるために有効である、
    ことを特徴とするプロセス。
  34. 前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を有する前記バイオフィルムキャリアを、前記側流バイオフィルム反応器と主流脱アンモニア反応器との間で行ったり来たり物理的に移動させる工程含む
    ことを特徴とする、請求項３３に記載のプロセス。
  35. 前記側流バイオフィルム反応器は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を担持しているバイオフィルムキャリアをそれぞれが含む複数のバイオフィルム反応器のうちの１つを形成し、
    第１のモードにおいて、前記プロセスは、第２のバイオフィルム反応器へ前記主流における前記廃水を供給する間、第１のバイオフィルム反応器へ前記側流における前記廃水を供給し、
    前記第２のモードにおいて、前記プロセスは、前記第１のバイオフィルム反応器へ前記主流における前記廃水を供給する間、前記第２のバイオフィルム反応器へ前記側流における前記廃水を供給し、
    前記第１及び第２のバイオフィルム反応器への前記側流における前記廃水の供給を交替に行うことによって、前記側流における前記廃水は個々のバイオフィルム反応器内の前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を回復させるために使用され、その後回復されたＡＮＡＭＭＯＸ微生物は前記主流における前記廃水のアンモニウム濃度を減少させることを補助するために利用されることができる、
    ことを特徴とする、請求項３３に記載のプロセス。
  36. 前記側流バイオフィルム反応器は、統合固定フィルム活性汚泥システムの一部を形成し、前記側流バイオフィルム反応器は、浮遊型バイオマス及び前記側流バイオフィルム反応器内の前記バイオフィルムキャリア上に担持される前記ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を有する固定フィルムバイオマスの両方を含む
    ことを特徴とする、請求項３３に記載のプロセス。
  37. 複数の統合固定フィルム活性汚泥反応器を供され、及び前記統合固定フィルム活性汚泥反応器は、前記主流における前記廃水中の前記アンモニウム濃度を減少するために利用される２つ以上の統合固定フィルム活性汚泥反応器を含む
    ことを特徴とする、請求項３６に記載のプロセス。
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