JP2023543916A - 生の流入水の生物学的処理におけるバイオマス高密度化のための制御されたマイクロバイオームシフトの方法及び設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法を提供し、方法は、 － 生の流入水を遊離懸濁バイオマスの生物学的処理に供し、それによって、活性汚泥を含むバイオマスを生成する工程と、 － 活性汚泥を分離及び浄化し、それによって、流出水及びＲＡＳを生成する工程と、 － ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部を、ＷＡＳの第１のソースとして抽出する工程と、 － ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部を外部密度ベースで選択し、それによって、ＷＡＳの第２のソースとして抽出されることを意図したオーバーフロー、及び高密度バイオマス集合体を含むアンダーフローを生成する工程と、 － 高密度バイオマス集合体生成処理によって、好気性粒状汚泥又はバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体を、生の流入水の少なくとも一部で生成及び／又は維持する工程と、 － 高密度バイオマス集合体を生物学的処理に供する工程と、 － アンダーフローの高密度バイオマス集合体を、生物学的処理及び／又は高密度バイオマス集合体生成処理に供し、それによって、高密度バイオマスを得る工程と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、廃水処理の分野に関し、より具体的には、活性汚泥処理に関する。

廃水処理において、「活性汚泥」処理工程では、自由培養微生物によって廃水中の懸濁液又は溶解液中の両方の有機物を分解することにより、生物学的浄化を実行する。培地の均質化により、良好なレベルの生物分解を得ることができ、それによって、微生物が汚染物質（炭素、窒素、及びリン汚染物）にアクセスすることを可能にする。微生物及び水中の混濁固形物の混合物は汚泥と呼ばれ、次いで、その後の専用の固液分離工程において処理後の混濁から分離される。

そのような活性汚泥による廃水処理での制限要因は、汚泥の「濃度」である。実際、それは、汚染物質負荷の処理に対するプロセスの可能性、すなわち生物学的処理工程の性能に直接関係する。また、その後の浄化工程の設計、及びその後の汚泥処理の性能も制限する。

汚泥の濃度は、一般に、Ｍｏｈｌｍａｎ指数で表される沈降能力によって測定され得る。Ｍｏｈｌｍａｎ指数は、汚泥体積指数（Ｓｌｕｄｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｎｄｅｘ：ＳＶＩ）とも呼ばれ、汚泥の乾燥残渣の質量に対して３０分間に沈降する活性汚泥の体積を定義する。ｄＳＶＩ（希釈汚泥体積指数：ｄｉｌｕｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｎｄｅｘの略語）が低いほど、沈降能力は良くなる。

全ての従来型活性汚泥（ＣＡＳ）システムでは、活性汚泥の沈降能力は、一般に、「環境要因」と呼ばれる、原水の特性の変動性（流量、汚染負荷、濃度（原水の希釈）、及び温度の季節性パターン）の組み合わせ、並びに「生物学的設計要因」と呼ばれる、生物リアクタの設計構成（プラグフローリアクタ、完全混合リアクタ、接触ゾーンの存在、無酸素ゾーン、嫌気性ゾーン）に依存する。

任意の活性汚泥に予想され得る沈降能力の範囲に対して、環境要因並びに生物学的設計要因が重要な影響を有し、設計及び動作性能に関して直接影響を与える。その結果、各廃水処理プラントは、年間を通じて非常にばらつきがあり得る、自身のＳＶＩの年間変動範囲を有する。例えば、活性汚泥の増量期間は、晩冬／早春などの低温高希釈の季節に生じることが知られている。

このことは、予想される最悪の沈降能力が設計を定義し、これが次いで動作性能の境界線を描くため、設計及び動作に有害であることは言うまでもない。したがって、先行技術において、活性汚泥の沈降能力を向上させるための解決策が開発されている。

第１の解決策は、例えばｄｅ Ｋｒｅｕｋ ｅｔ ａｌ．（Ｍ．Ｋ．ｄｅ Ｋｒｅｕｋ，Ｎ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｍ．Ｃ．Ｍ．ｖａｎ Ｌｏｏｓｄｒｅｃｈｔ「Ａｅｒｏｂｉｃ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｌｕｄｇｅ－ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ」Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ １ Ａｐｒｉｌ ２００７；５５（８－９）：７５－８１）に定義されているような、粒状活性汚泥の使用である。実際、粒状活性汚泥は、良好な沈降性能を呈することが示された。しかしながら、粒状活性汚泥の生成処理には、かなりむらがあり、不安定である。

Ｗｅｉ ｅｔ ａｌ．（Ｗｅｉ ＳＰ，Ｓｔｅｎｓｅｌ ＨＤ，Ｎｇｕｙｅｎ Ｑｕｏｃ Ｂら、「Ｆｌｏｃｓ ｉｎ ｄｉｓｇｕｉｓｅ？Ｈｉｇｈ ｇｒａｎｕｌｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｆｌｏｗ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ」Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓ．２０２０；１７９；１１５８６５）は、最近、全てのＣＡＳ（従来の活性汚泥：Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ）システムにおいて、部分的ではあるが自然な造粒が生じることを開示し、低ＳＶＩと高い部分造粒割合との間の相関関係を強調した。Ｗｅｉらは、特定の構成が他の構成よりも「ベイビー顆粒」を多く生成することを指摘し、したがって、顆粒の定義を２００μｍ未満の粒子に拡大した。特に、嫌気性選択器及びプラグフロー構成を含むシステムでは、より高い割合の顆粒が得られることが観察された。しかしながら、この研究は、年変動スパンに関しては依然として不正確である。しかしながら、この研究は、ＳＶＩはおろか、造粒現象を制御する手段を指摘するものではない。

代替案として、活性汚泥処理に「高密度」汚泥を濃縮することを可能にする、汚泥外部重量選択を使用することが考えられる。より具体的には、外部選択器は、基質及び電子受容体の濃度勾配がフロック及び糸状菌形成よりも顆粒形成に有利な、バイオマス集合体を収集及び保持する。更に、バイオマス廃棄物ストリームに対して動作して、バイオマス廃棄物ストリーム中の糸状菌及びフロックを廃棄する。粒状活性汚泥及び従来の活性汚泥に比べて、重量選択で得られた汚泥は、（１）生物学的集合体を形成するために外部担体材料を使用する必要がなく、（２）活性汚泥フロックは沈降時（液体と汚泥の混合物が通気又は攪拌されていない場合）に凝集する傾向があるが、顆粒は凝集せず、別々のユニットとして沈降し、（３）活性汚泥フロックよりもはるかに速く沈降し、（４）ふるいによって収穫され得る。例えば、文献米国特許出願公開第２０１４／０１４４８３６号明細書は、廃水と再生バイオマスとを組み合わせた内部生物リアクタを記載しており、粒状バイオマスを含むバイオマス廃棄物ストリームを出力する。収集されたバイオマス集合体は、顆粒形成のために内部生物リアクタに還流される。この文献では、高密度バイオマスは、ＳＶＩが１００ｍＬ／ｇより低いことによってのみ定義されている。

しかしながら、汚泥の沈降能力をより良好に制御し、環境要因にできるだけ依存しないようにすることを可能にする、設備及び方法の必要性が依然として存在する。そのような方法は、好ましくは、広範囲の既存のＣＡＳ処理に対して簡単に導入できるべきである。設備は、処理品質（水質浄化レベル）を損なうことなく、所与の処理能力に対してフットプリント（及び資本支出）を低減することが望ましい。

米国特許出願公開第２０１４／０１４４８３６号明細書

ｄｅ Ｋｒｅｕｋ ｅｔ ａｌ．Ｍ．Ｋ．ｄｅ Ｋｒｅｕｋ，Ｎ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｍ．Ｃ．Ｍ．ｖａｎ Ｌｏｏｓｄｒｅｃｈｔ"Ａｅｒｏｂｉｃ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｌｕｄｇｅ－ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ．"Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ １ Ａｐｒｉｌ ２００７；５５（８－９）：７５－８１ Ｗｅｉ ｅｔ ａｌ．Ｗｅｉ ＳＰ，Ｓｔｅｎｓｅｌ ＨＤ，Ｎｇｕｙｅｎ Ｑｕｏｃ Ｂ，ｅｔ ａｌ．《Ｆｌｏｃｓ ｉｎ ｄｉｓｇｕｉｓｅ？Ｈｉｇｈ ｇｒａｎｕｌｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｆｌｏｗ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ．"Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓ．２０２０；１７９；１１５８６５

このように、本発明は、特に連続流活性汚泥処理において、既存の活性汚泥バイオマスを、確実に優れた沈降及び濃縮能力を示す新しい高密度バイオマスに制御シフトする動作方法を提供する。このシフトは、「高密度バイオマス集合体」を生成する処理と、外部重力ベースの選択（文献、米国特許出願公開第２０１５０３７６０４３Ａ１号明細書及び米国特許出願公開第２０１６０１３７５３７Ａ１号明細書に開示されているものなど）との組み合わせを介して得られる。密度ベース又は高密度バイオマス集合体は、バイオマス中の１００μｍ超の高密度バイオマス集合体のより高い割合によって指定されるコンパクトな構造又はサイズによる、増加した重力密度又はより高い拡散抵抗の観点での密度のいずれかを示す。この高密度化の結果は、制御された、より狭いｄＳＶＩ動作スパンであり、これにより、動作及び設計の両方において、増加した浄化器アップフロー速度を可能にする。

本明細書で使用される場合、「マイクロバイオーム」は、明確な生理化学的特性を有する合理的に良く定義された生息地を占める特徴的な微生物群として定義され得る。マイクロバイオームは、関与する微生物を指すだけでなく、特定の生態学的ニッチの形成をもたらす、それらの活動領域をも包含する（Ｗｈｉｐｐｓ Ｊ．，Ｌｅｗｉｓ Ｋ．ａｎｄ Ｃｏｏｋｅ Ｒ．（１９８８）、「Ｍｙｃｏｐａｒａｓｉｔｉｓｍ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｄｉｓｅａｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ」、Ｉｎ：Ｂｕｒｇｅ Ｍ（Ｅｄ．）Ｆｕｎｇｉ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，ｐａｇｅｓ １６１－１８７．ＩＳＢＮ ９７８０７１９０１９７９１）を参照）。

理論に縛られることを望むことなしに、本発明によって開示されるマイクロバイオームの制御シフトは、微生物コンソーシアム及びバイオマス－集合体の関連構造を遷移させ、これらの集合体を外部から選択することによって得られる。より具体的には、制御されたマイクロバイオームシフトは、
－ より高い全体バイオマスインベントリでシステムを設計及び動作することを可能にする、優れた沈降性及び濃縮特性を有するバイオマスの選択、
－ 生物学的栄養除去挙動を有する生物（例えば、硝化菌、嫌気性アンモニア酸化菌、脱窒メタン酸化菌、リン蓄積菌）の蓄積をもたらし、したがって、効率的なリアクタの設計及び動作のための新しいアプローチを容易にする、より高い固形物保持時間（ＳＲＴ）を有するバイオマス画分の保持、
によって得られる。

第１の態様では、本発明は、したがって、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法に関し、方法は、
－ 生の流入水を遊離混濁バイオマスの生物学的処理に供し、それによって、活性汚泥を含むバイオマスを生成する工程と、
－ 活性汚泥を分離及び／又は浄化し、それによって、流出水及びＲＡＳを生成する工程と、
－ ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部を、廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第１のソースとして抽出する工程と、
－ ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部を外部密度ベースで選択し、それによって、ＷＡＳの第２のソースとして抽出されることを意図したオーバーフロー及び高密度バイオマス集合体を含むアンダーフローを生成する工程と、
－ 高密度バイオマス集合体生成処理によって、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）又はバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体を、生の流入水の少なくとも一部で生成及び／又は維持する工程と、
－ 高密度バイオマス集合体を生物的処理に供する工程と、
－ アンダーフローの高密度バイオマス集合体を、生物学的処理及び／又は高密度バイオマス集合体生成処理に供し、
それによって、高密度バイオマスを得る工程と、
－ 高密度バイオマス集合体生成処理に供給される生の流入水の量を制御する工程、及び／又は廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第１のソース及び／又は廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第２のソースから抽出される廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の量を制御する工程であって、
－ ３５～１００ｍｌ／ｇのｄＳＶＩ、及び／又は
－ １００μｍ～１０００μｍの粒子サイズを有する１０％超の粒子、及び／又は
７０％～９５％のｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ１０比、
を有する高密度バイオマスを維持するように構成される、工程と、
を含む、ことを特徴とする。

別の態様では、本発明は、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための設備に関し、この設備は、
－ 第１の入口、第２の入口、及び第１の出口を有する遊離懸濁バイオマスを収容する生物タンクであって、処理水、及び第１の出口で回収された活性汚泥の混合物を生成するために、生の流入水の少なくとも一部及びＲＡＳが第１の入口で供給されるように構成された生物タンクと、
－ 第１の入口、第１の出口、及び第２の出口を有する分離ユニットであって、第１の入口で活性汚泥が供給され、第１の出口で回収された流出水及び第２の出口で回収されたＲＡＳを生成するように構成された分離ユニットと、
－ ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部を、ＷＡＳの第１のソースとして抽出するように構成された抽出デバイスと、
－ 第１の入口、第１の出口、及び第２の出口を有する外部重力ベースの選択器であって、第１の入口でＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部が供給され、ＷＡＳの第２のソースとして第１の出口で抽出されることを意図したオーバーフロー及び第２の出口で回収された高密度バイオマス集合体を含むアンダーフローを生成する、ように構成された、外部重力ベースの選択器と、
－ 第１の入口、任意選択的に第２の入口、任意選択的に第３の入口、及び第１の出口を有する高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニットであって、第１の入口で生の流入水の少なくとも一部が供給され、任意選択的に第２の入口でアンダーフローが供給されて、第１の出口で回収された好気性粒状汚泥若しくはバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体を形成するように構成されている、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニットと、
－ 生成された高密度バイオマス集合体、及び任意選択的に選択器のアンダーフローで回収された高密度バイオマス集合体の少なくとも一部を第２の入口で供給され、それによって高密度バイオマスを得るように更に構成される、生物タンクと、
－ 高密度バイオマス集合体生成及び／若しくは維持ユニットに供給される生の流入水の量のコントローラ、並びに／又は廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第１のソース及び／若しくは廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第２のソースから抽出される廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の量のコントローラと、を備える。

本発明の技術的な利点は、以下の通りである。
－ より高い表面流出率（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ Ｒａｔｅ：ＳＯＲ）、より少ない全深度、及び最新の推奨値を超える表面質量負荷で、浄化器を設計できる可能性があり、
－ 複合汚水オーバーフロー（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｅｗａｇｅ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ：ＣＳＯ）の発生を管理及び最小化するため、及び特に２０１５年７月２１日の欧州法令で定義された（しかしこれに限定されない）、ブラウンフィールドコンテキストにおける性能及びコンプライアンスの観点から、より容易に「基準」流量計算閾値を満たすために、既存のシステムで浄化器のアップフロー速度を増加させることを可能にし、
－ 処理リアクタ内のより少ない希釈、及び内部の水力負荷の低減をもたらす、より低い再生活性汚泥（ＲＡＳ）率で浄化器を動作させることを可能にし、
－ より高いバイオマス濃度、及び２つのバイオマス画分のＳＲＴの分離により、リアクタの体積の低減を可能にする。

更に、本発明は、欧州の「廃水指令」９１／２７１／ＣＥＥによって定義されるように、プラントの「基準流量」を大幅に増加させて、「年間オーバーフロー数」を低減することを可能にする。

本発明の別の利点は、２次処理工程で得られる処理水排出水の品質が向上することである。これにより、より効率的及び／又は競争力のある３次処理（総混濁物質（ＴＳＳ）、総有機炭素（ＴＯＣ）、またＢＯＤへの影響）が可能となり、より競争力のある運用出費（ＯＰＥＸ）（エネルギー、化学物質など）並びに資本支出（ＣＡＰＥＸ）がもたらされ得る。

本発明の方法及び設備で得られるマイクロバイオームシフトは、汚泥保持時間（ＳＲＴ）分離によってサポートされ、これにより、２つの異なる汚泥年齢を伴う２つのバイオマスを有することが可能になり、すなわち、
－ 凝集バイオマスの形態の通常の従属栄養生物（ＯＨＯ）は、脱窒速度に有益な以下の低汚泥経年を受け、
－ 遊離懸濁バイオフィルム集合体の形態の、硝化菌、嫌気性アンモニア酸化剤、脱窒メタン酸化剤、脱窒ポリリン酸塩蓄積生物、若しくは脱窒メチロトローフ、又は任意選択的に、窒素若しくはリンサイクルに関連する他の成長の遅い生物は、集合したバイオマス画分の重量選択によって提供される長いＳＲＴにより、システム内で維持され得、
－ 遊離懸濁バイオフィルム集合体の形態の、有機体（発酵槽だけでなく、より高次のものも含む）又は粒子分解、並びに／若しくは嫌気性、無酸素性及び好気性加水分解反応の原因となるものなどの反応は、集合したバイオマス画分の重量選択によって提供される長いＳＲＴにより、システム内で維持され得る。

この分離のおかげで、生物タンク設計は、はるかに競争力を有し得る。実際、「好気性ＳＲＴ」と呼ばれる生物系は、最新のＣＡＳ及びＩＦＡＳ（統合固定膜活性汚泥法）の設計手法で使用される硝化ウォッシュアウトの閾値未満で設計され得る。その結果、同じ処理性能を得ながら、通気量並びに無酸素量を低減することが可能となる。その観点において、提案された発明により、全体バイオマスの高密度化をサポートする、より高密度な微生物クラスタ又は集合体へのマイクロバイオームシフトと、微生物集団のマイクロバイオームシフト、すなわち本発明の場合、高密度バイオマス集合体上及びその中にシフトされる硝化バイオマスのマイクロバイオームシフトの両方を可能にする。

添付の図面は、本明細書による、様々な非限定的、例示的、革新的な態様を示す。

本発明による、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法の工程を伴う概略的なブロック図である。 本発明による、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法の工程を伴う概略的なブロック図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 本発明による、設備の異なる実施形態を概略的に表す図である。 比較対象のＣＡＳ法との対応する動作変動境界を伴う、本発明の方法で得られるマイクロバイオームシフトを示す概念図である。 実施例の実施形態において測定された、制御ＣＡＳバイオマスと比較した、本発明の方法（図４の実施形態）を使用して高密度化ラインで得られるマイクロバイオームシフトを示す散布図である。 本発明の方法（図４の実施形態）を使用する高密度化ラインの高密度汚泥の季節性挙動を、比較対象の従来の活性汚泥法に対して示す散布図である。結果は、実施例の実施形態において測定された、集合体割合及びｄＳＶＩに関して示されている。 実施例の実施形態において測定された、酸素移動拡大を示すグラフである。 実施例の実施形態において測定された、汚泥濃縮能力を示すグラフである。より具体的には、図１３は、ＡＴＶ Ａ１３１モデル、及び本発明による高密度汚泥の濃縮挙動に対して提案された修正ＡＴＶモデルと対比された、高密度汚泥及びＣＡＳ汚泥測定濃縮プロファイルを示している。 実施例の実施形態において測定された汚泥濃縮能力を示すグラフである。より具体的には、図１４は、測定汚泥体積指数（ＳＶＩ）と、濃縮カラム試験における関連汚泥濃度との間の関係を示しており、ＡＴＶ Ａ１３１の濃縮プロファイルを表示する灰色の長方形の元の領域を超えるグラフの範囲を示している。

本明細書で使用される場合、「ユニット」という表現における「ａ」という用語は、「１つの」又は「いくつかの」ユニットを包含するものと理解されるべきであり、これらは直列又は並列に、支流又は分配構成で配置されてもよい。更に、任意の記載された直列のアプローチは、並列又は支流又は分配形式で実施することができ、任意の記載された並列のアプローチは、直列又は支流又は分配形式で実施することができる。更に、任意の並列又は直列又は支流又は分配のアプローチ又はユニットは、統合された単一のアプローチ又はユニットとして実装することができる。

当該技術分野で知られているように、汚泥は、特定のタイプのバイオマスである。

本明細書で使用される場合、「生物学的処理」は、活性汚泥を含む生物学的処理（特に連続流生物学的処理）、すなわち、任意の遊離懸濁バイオマス処理設計構成及び２次バイオリアクタ技術、例えば、ＭＬＥ（修正Ｌｕｄｚａｃｋ－Ｅｔｔｉｇｎｅｒ）処理、２段階ＢａｒｄｅｎＰｈｏ処理、工程フィード、酸化溝、連続無酸素／酸化、嫌気－無酸素－酸化（Ａ２Ｏ）、無酸素－酸化（ＡＯ）、ＡＯ－（ＡＯ）ｎ、無酸素－酸化－内因性、ＭＢＲ（膜バイオリアクタ）、ＩＦＡＳ（統合固定膜活性汚泥）、ＭＡＢＲ（膜通気バイオフィルムリアクタ）、散水フィルタ、回転バイオフィルムコンタクタとして理解される。

生の流入水（１０）は、少なくとも一部が工場内還流水（６８）を含むか、又はそれからなる場合がある。

分離は、固液分離であり、浄化、沈降、濾過、又は混濁であり得る。有利には、浄化器、膜フィルタ、又は沈降システムで動作される。分離ユニットはまた、フィルタ又は混濁装置、例えば溶存空気混濁（ＤＡＦ）であり得る。好ましくは、分離は、浄化である。

本発明で使用される場合、「高密度バイオマス集合体」は、１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上の粒子サイズ、又は１．０３ｇ／ｃｍ^３超、好ましくは１．０５ｇ／ｃｍ^３超の密度を有する集合体を含むかそれからなるバイオマスと理解される。典型的には、集合体は、１０００μｍ未満の粒子サイズを有し、例えば、集合体は２００～５００μｍの粒子サイズを有する。

本明細書で使用される場合、「高密度」という用語は、その重力及び拡散の両方の意味で理解され、すなわち、粒子（顆粒及び／又はフロック及び／又は集合体）のサイズ及び形状を、その重量と同様に考慮することが重要であり得る。実際、本発明による「高密度」バイオマスは、両方の次元によって影響を受ける、改善された沈降能力を有するバイオマスとして理解される。

本発明で使用される場合、「高密度バイオマス」は、「高密度バイオマス集合体」及び「凝集活性汚泥バイオマス」の混合物として理解され、混合物をバラストするために「高密度（好気性粒状）バイオマス集合体」の適切に調整及び制御された割合を有し、したがって、全体的に「高密度汚泥」混合物に対していくつかの非常に良好な制御沈降能力を付与する。具体的には、高密度バイオマスは、３５～１００ｍＬ／ｇ、好ましくは４０～８０ｍＬ／ｇ、より好ましくは４０～７０ｍＬ／ｇのｄＳＶＩ（希釈ＳＶＩ）を示し、１００μｍ超の粒子（最大１０００μｍ、好ましくは２００μｍ～５００μｍ）の質量割合が１０～５０％（好ましくは２０～４０％）、及び沈降速度が２．０～９．０ｍ／ｈのバイオマスとして理解される。また、１００μｍ未満（好ましくは２００μｍ未満）のサイズの生物学的フロックの割合が質量比で高い（５０％以上９０％以下）ことによって特徴付けられる。この高密度汚泥はまた、８．５ｋｇＭＬＳＳ．ｍ^－２ｈ^－１（ＭＬＳＳ＝Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：混合液体懸濁固形物）以上である限界質量流量基準によって特徴付けられ得る。高密度バイオマスは、通常、７０％～９５％のｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ１０比（この比が１００％であるＡＧＳとは対照的に）、及び５５％～８５％の典型的なｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ５比を示す。

（ｄ）ＳＶＩは、２００６年７月の標準ＮＦ ＥＮ １４７０２－１に従って測定される。

本明細書において粒子の最大サイズを指す意味する粒子サイズは、電子顕微鏡画像の統計的分析によって判定され得る。

生物学的フロックの質量割合は、サイズと関連付けられて％で表される（例えば、０．２ｍｍ未満の粒子の割合である）。この値は、バイオマスサンプルを異なるメッシュサイズ（例えば、２００μｍ／４００μｍ／５００μｍ／８００μｍ／１ｍｍ／１．２５ｍｍ）のふるいにかけることによって得ることができる。次いで、得られた濾液のＳＳ濃度（懸濁物質）を測定し、これを生の汚泥のＳＳ濃度（単位％）と関連付ける。

限界質量流量は、ｋｇ．ｍ^－２ｈ^－１で表される。これは、単位面積及び単位時間あたりのＭＬＳＳ沈降量を表している。これは、所与の濃度での汚泥の流速を測定する。限界質量流量は、生のバイオマス（汚泥）のいくつかの連続した希釈又は濃縮を実行することによって、カインチ曲線から判定される。

本明細書で使用される場合、「選択器」は、バイオマス流（入力流）において、高密度バイオマス（アンダーフロー）と非高密度バイオマス（オーバーフロー）を分離する手段として理解される。言い換えれば、高密度バイオマスを選択して処理で還流又は回収する一方で、非高密度バイオマスを浪費し、それによって、システムをより高い沈降能力を有する汚泥に濃縮する。本発明では、オーバーフローは、凝集活性バイオマスを含む。選択器アンダーフローは、一般的に、沈降性の良好なバイオマス（「高密度バイオマス集合体」の高い割合を含む）を回収し、有利には、１５～７０ｍＬ／ｇの最適化及び制御されたｄＳＶＩを示し、一般的に、１００μｍ（最大１０００μｍ、好ましくは２００～５００μｍ）超の集合体の２０～７０％の割合を有する。選択器オーバーフローは、一般的に、沈降能力の低いバイオマス（綿毛状フロック、ピンフロック、糸状菌フロックなど）を回収し、高い割合の凝集バイオマスを含み、一般的に、６０～２５０ｍＬ／ｇの制御されていないｄＳＶＩを示し、一般的に、１００μｍ（最大１０００μｍ、好ましくは２００～５００μｍ）超の集合体の５～１８％の割合を有する。本発明では、選択器は外部にあり、重力ベース（又は重量測定）である。重力ベースの選択器は、遠心分離機、ハイドロサイクロン、ラメラ、浄化器、スクリーン、ふるい、フィルタ、分級機、又はそれらの組み合わせであり得る。好ましくは、例えば米国特許出願公開第２０１６０１３７５３７Ａ１号明細書に開示されているような、ハイドロサイクロンである。選択器は、１つ又は複数のユニットを含み得る。すなわち、単一の選択器であってもよく、又は複数の選択器であってもよい。選択器が複数のユニットを含む場合、これらは、直列又は並列に、支流又は分配構成で配置され得る。

図１は、本発明による、生の流入水１０の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法の工程を伴うブロック図を概略的に表している。方法は、生の流入水１０を遊離混濁バイオマスの生物学的処理に供し、それによって、活性汚泥ＡＳを含むバイオマス１１を生成する工程１００を含む。生物学的処理タンクは、嫌気性、無酸素性、及び酸化性区画を含み得る。より一般的には、生物学的処理は、遊離混濁バイオマスを伴う任意の生物学的処理構成であり、好ましくは嫌気性工程を含むが、これに限定されるものではない。

方法は、活性汚泥ＡＳを含むバイオマス１１を分離する工程１０１を含み、それによって、流出水１２及び還流活性汚泥ＲＡＳを生成する。

方法は、廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第１のソース１３として、ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥ＡＳの一部を抽出する工程１０２を含む。ＲＡＳを抽出することは、高濃度を呈し、必要とされるポンプ労力が少ないため、よりコストがかからない。

本発明の方法は、還流活性汚泥ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥ＡＳの一部を、外部又は密度ベースで選択する工程１０３を更に含み、それによって、廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第２のソース１５として抽出されることを意図したオーバーフロー１４、及び高密度バイオマス集合体１７の第１の部分を含むアンダーフロー１６を生成する。アンダーフロー１６は、工程１００又は工程１０５のいずれかにおいて、処理工程で再循環される。この解決策は、選択部に流入及びそこから流出するフラックスを制御することを可能にし、したがって、内部選択と比較してより細かい選択をもたらす。

本発明の方法は、生の原料流入水１０の少なくとも一部、及び任意選択的に内部プラント還流水（６８）の少なくとも一部を用いた高密度バイオマス集合体生成処理（６７）によって、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）又はバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分を生成及び／又は持続する工程１０４を含む。工程１０４は、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８において行われる。

本発明による方法は、工程１０４の高密度バイオマス集合体及び任意選択的にアンダーフロー１６の高密度バイオマス集合体の少なくとも一部を、工程１００の生物学的処理に供する工程１０５ａを更に含む。

言い換えれば、方法は、アンダーフロー（１６）の高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分を、生物学的処理に、及び／又は高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供する工程（１０５ｂ）を含む。

高密度バイオマス集合体を生成及び／又は持続する工程１０４、及び／又は工程１００におけるアンダーフロー１６の高密度バイオマス集合体の再循環から、高密度バイオマスが得られて、システム内に持続され、この高密度バイオマスが、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）及び活性汚泥の形態の混合バイオマス集合体のコンソーシアムを含むことが導かれる。

本発明の方法の変形例では、工程１０４は、接触槽１８（以下、饗宴ゾーン１８とも呼ばれる）に、アンダーフロー１６、生の流入水１０の少なくとも一部、及び任意選択的に内部プラント還流水（６８）の一部を供給する工程であり、それによって、好気性粒状汚泥ＡＧＳを形成する。これにより、バイオオーグメンテーション現象がもたらされる。饗宴ゾーン１８は、ＡＧＳの形成を促進するために、２００μｍ超の集合体の優先的な成長を伴って、より大きいサイズの微生物形態を含むアンダーフロー１６の、生の流入水１０の一部又は全体との接触を増加させる。

一方、ＲＡＳ又は生物タンクから廃棄物活性汚泥ＷＡＳの直接抽出（１３）が存在する。ＲＡＳ又はＡＳはまた、外部の重力ベースの選択器に方向付けられる。ＷＡＳはまた、オーバーフロー（１４）として外部重力ベースの選択器を介して抽出される。

一方、回収された高密度バイオマス集合体（１７）を含むアンダーフロー（１６）は、生成及び維持ユニット、ここでは接触タンクに送られる。生成及び維持ユニット（接触ゾーン）には、ＲＡＳの受け入れは存在しない。本発明では、保持された集合体のみが新鮮な炭素と接触して、主に既存の集合体の成長を促進する。饗宴ゾーン（１８）への流入水負荷割合を管理することは、通常の従属栄養生物（ＯＨＯ）と比較して、集合体の成長速度を制御するための方法である。高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）において流入水が多いほど、集合体（１７）は流入水中に利用可能な新鮮な炭素をより多く取り込むため、ＯＨＯ（普通の従属栄養生物）が利用できる量は少なくなる。

本発明のマイクロバイオームシフトは、特に選択器オーバーフロー（１４）を介して、ＷＡＳの一部又は全部を抽出することによって制御される。この制御された抽出は、集合体の浪費を調節するために、外部の重力ベースの選択及び直接抽出（１３）を介して抽出される量を制御することを可能にする。

本発明は、過剰な生物学的汚泥の選択的抽出による高密度汚泥の生物学的改良をもたらし、沈降特性が悪いものは優先的に抽出されることになる。アンダーフロー（１６）の高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分を、饗宴ゾーン（１８）及び／又は生物タンク内で保持及び再循環させることにより、それらの成長、及び生物タンクでのその後のバイオオーグメンテーションを促進する。この結果、高密度バイオマスが確立され、以下の利点がもたらされる。
－ Ｍｏｈｌｍａｎ指数（及びｄＳＶＩ）の絶対値の向上、及び年間にわたる変動の制限、すなわち。冬から春にかけての「糸状菌増量」現象の排除、
－ 混合液の沈降速度の向上、雨天時の浄化の良好な回復力の提供（水力ピーク時のＴＳＳ（総懸濁物質）の損失リスクの減少、合流式汚水オーバーフローの良好な管理、及び自然環境への流出の最小化）、
－ スカム及び安定した生物泡の発生を大幅な低減、
－ ２次浄化出口における処理水の水質改善。

本発明は、「環境要因」の季節性に関係なく、混合液中の高密度バイオマス集合体割合を制御し、その結果、活性汚泥バイオマスのｄＳＶＩを制御する、新しい方法を提供する。

前述したように、所与のプラントは、その生物学的設計要因及び年平均の環境要因に従って、２００μｍ超の集合体の特定の割合を有し、これがベースｄＳＶＩを誘発する。このＳＶＩは、次いで、環境条件の変動により年間にわたって季節性に変動し、環境要因の変動が再現可能である場合、極めて反復的なパターンをたどる。もちろん、嫌気性選択器又は接触ゾーンの存在など、より良好な生物学的設計要因は、より安定した、より狭いｄＳＶＩ変動を誘発する。

同様に、気候及び流入水品質が一年中全く安定していることは、ｄＳＶＩの安定性に有利であることになる。反対に、気候条件が大きく変化し、雨季が顕著で流入水品質の高い変動を誘発すると、集合体画分のより大きい変動を生じ、したがって、大きいｄＳＶＩ変動を誘発することになる。

外部重力ベースの選択の助けを借りて汚泥を濃縮することにより、以下のことが可能になる。
－ 不利な期間中の、生物系内への高密度バイオマス集合体の維持、
－ 有利な期間中の、より高密度の集合体のバイオオーグメンテーションの促進、
－ その結果、より小さくより狭いｄＳＶＩの変動幅を得るために、マイクロバイオームを集合体のより高い割合に向けて制御シフトすること。

図２は、本発明による、生の流入水の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための方法の工程を伴うブロック図を概略的に表している。本発明の方法は、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８内の高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供給される生の流入水１０及び／又は内部プラント還流水（６８）の量を制御する工程１０６を更に含む。方法は、廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第１のソース１３から、及び／又は廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第２のソース１５から抽出された廃棄物活性汚泥ＷＡＳの量を制御する工程１０７を更に含む。

外部重力ベースの選択器を介して送られる抽出の割合を制御することにより、ｄＳＶＩを制御することを可能にして、２００μｍ超の集合体の形低で汚泥の量を制御し、その結果、制御された割合の集合体に向けてマイクロバイオームの制御シフトにより、所望のｄＳＶＩを得る。

高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８を通過する生の流入水の量を制御することは、２００μｍ超の高密度バイオマス形態の集合体の成長を促進及び調整する方法である（例えば、饗宴ゾーンの場合（１８）、集合形態の成長の制御につながる饗宴飢餓勾配の制御）。

直接の、及び外部の重力ベースの選択器によって抽出されたＷＡＳの量を制御することにより、集合体割合、したがってｄＳＶＩを上下に調節することができる。

これらの２つのレバーを使用することにより、活性汚泥の部分的な造粒を管理及び制御して、上述のように、ＡＧＳ、高密度集合体、及び凝集バイオマスのコンソーシアムの形態下で高密度バイオマスを確立することが可能になる。

本発明の方法では、高密度バイオマス集合体１７１の第２の部分を生成及び／又は維持する工程１０４の高密度バイオマス集合体生成処理６７は、アンダーフロー１６及び生の流入水１０の少なくとも一部によって供給される高密度バイオマス集合体の生成及び／又は維持ユニット１８において実行されてもよく、任意選択的に、プラント内還流水（６８）の一部であり、生成された高密度バイオマス集合体１７１の第２の部分は、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）である。高密度バイオマス集合体生成及び／若しくは持続ユニット１８、又は饗宴タンク１８は、有利には、好気性、無酸素性、又は嫌気性である。

本発明の方法は、少なくともＶＦＡ及び／又は容易に生分解可能な炭素を含む追加のストリーム１９を、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８に供給する工程１０８を更に含み得る。これにより、集合体形状に多くの基質を提供し、それらの成長を促進する。饗宴ゾーン１８への補足的な負荷の量を制御することは、高密度バイオマス集合体１７１の成長を制御するための追加の手段であり、したがって、ＳＶＩを調整するための追加のツールである。

「容易に生分解可能な炭素」は、当業者には周知である。それらは、例えば、「活性汚泥モデルＡＳＭ１、ＡＳＭ２及びＡＳＭ３」、生物学的廃水処理の設計及び動作のための数学的モデリングに関するＩＷＡタスクグループ編、Ｈｅｎｚｅら（２０００）、ＩＳＢＮ １ ９００２２２ ２４ ８に定義されている。容易に生分解可能な炭素の例は、揮発性脂肪酸である。ＲＢＣは、例えば、特に米国特許第６，３８７，２６４号明細書に開示されている統一発酵濃縮（ＵＦＡＴ）処理のように、発酵によって生成され得る。

「ＶＦＡ」又は「揮発性脂肪酸」は、当該技術分野において既知である。それらは、低級カルボン酸、特にＣＯＯＨ基で置換されたＣ_１～Ｃ_４飽和、直鎖又はラミ化炭化水素鎖、例えば酢酸、乳酸、有利に酢酸を含む。

本発明の方法は、活性汚泥ＡＳの少なくとも一部及び／又は還流活性汚泥ＲＡＳの少なくとも一部及び／又はアンダーフロー１６の少なくとも一部を発酵に供し、それによって、ＶＦＡを含むストリーム２０を生成する工程１０９、並びにＶＦＡを含むストリーム２０の少なくとも一部を高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８及び／又は生物学的処理に供給する工程１１０を更に含むことができる。

発酵は、「ＲＡＳ発酵」としても知られている、サイドストリーム強化生物学的リン除去（ｓｉｄｅ ｓｔｒｅａｍ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ：Ｓ２ＥＢＰＲ）であり得る。これは、サイドストリームバイオマス発酵からＶＦＡを生成することを目的としている。ストリーム２０は、饗宴ゾーン１８及び／又は生物学的処理において流出することができる。

本発明の方法は、有利には、発酵工程１０９に供される活性汚泥ＡＳ若しくは還流活性汚泥ＲＡＳの量を制御する工程１１１、及び／又は発酵工程１０９に供されるアンダーフロー１６の量を制御する工程１１２、並びに／又は高密度バイオマス集合体の生成及び／又は維持ユニット１８に供給されるＶＦＡを含むストリーム２０の量を制御する工程１１３であって、ＶＦＡを含むストリーム２０の残りの部分が生物学的処理に供給される、工程１１３、を更に含む。饗宴ゾーンへのストリーム２０の量を制御することは、集合体の成長を促進する方法であり、したがって、バイオマス高密度化（ＳＶＩ）を調整する方法である。

本発明の方法では、高密度バイオマス集合体１７１の第２の部分を生成及び／又は維持する工程１０４の高密度バイオマス集合体生成処理６７は、（図５に示されるように）生物学的通気濾過（ＢＡＦ）、膜通気膜リアクタ（ＭＡＢＲ）、及び／又は移動床バイオフィルムリアクタ（ＭＢＢＲ）を含む生物学的濾過などの、通気又は好気性バイオフィルムベースの処理６６であり得る。高密度バイオマス集合体生成処理６７には、生の流入水１０の少なくとも一部及び／又はプラント内部還流水６８の少なくとも一部が供給され、それによってバイオフィルムバイオマスを生成し、このバイオフィルムバイオマス過剰分は、遊離懸濁硝化バイオフィルム６９の形態で生物学的処理プロセス工程１００に脱落する。

この場合、工程１０４から出力された遊離混濁硝化バイオフィルム６９は、生物学的通気フィルタ（ＢＡＦ）の逆洗浄、及び／又は生物学的通気フィルタ（ＢＡＦ）の出力、及び／又は移動床バイオフィルムリアクタ（ＭＢＢＲ）の出力、及び／又は膜通気バイオフィルムリアクタ（ＭＢＢＲ）の出力に含まれ得る。膜通気バイオフィルムリアクタ（ＭＡＢＲ）は、生物学的処理のサイドストリーム及び／又は生物学的処理工程１００内に配置され得る。

高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８が接触ゾーン又は饗宴ゾーンである場合、膜通気バイオフィルムリアクタ（ＭＡＢＲ）もまた、嫌気性接触タンクである饗宴ゾーン内に配置され得る。

先行技術で観察されたｄＳＶＩの変動性（１００～３００ｍＬ／ｇ）は、浄化器の設計に関して最も制限的なレジームが、高いｄＳＶＩ及び設計ＭＬＳＳ（混合溶液懸濁物質：Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）濃度と組み合わされたピークフローであるため、実施者がＳＯＲの低い浄化器を設計することを強いる制限点である。温帯気候の国では、通常、それは冬に起こり、
－ 冬に、最も高いＳＶＩ値が観察され、
－ 硝化作用のあるＳＲＴ（汚泥滞留時間）を維持するために、冬に最も高いＭＬＳＳ値が必要である。

この条件の組み合わせにより、通常のＳＶＩ仮説が１２０～１８０ｍｌ／ｇ程度である最新技術を使用すると、最も低く、最も制限的なＳＯＲがもたらされる。

高密度汚泥を使用する本発明では、前述の制御されたマイクロバイオームシフトに起因する安定して制御されたｄＳＶＩを得ることが可能になる。そのような技術の使用により、４ｇ／Ｌの典型的な設計ＭＬＳＳにおいて４０～１００ｍｌ／ｇの範囲の低ＳＶＩ設計仮説を確実にすることができ、したがって、１．２～３．５ｍ／ｈ、好ましくは１．６～３．２ｍ／ｈの範囲の浄化器ＳＯＲ設計が可能になる。そのようなＳＯＲは、特にフランスでは最大０．８～０．９ｍ／ｈに制限されている現在の設計手法をはるかに上回る。更に、ＡＴＶガイドラインでは、浄化器の最大ＳＯＲは１．６～２．０ｍ／ｈにキャップされている。本発明は、バイオマスのＳＶＩを調節することを可能にする。結果として、分離工程が浄化工程である場合、本発明は、当業者が共通して受け入れられる境界の外部で浄化工程を設計することを可能にする。

制御工程１０６、１０７、１１１、１１２、１１３は、以下を有する高密度バイオマスを維持するように構成される。
－ ３５～１００ｍｌ／ｇ、好ましくは４０～７０ｍｌ／ｇのｄＳＶＩ、及び／又は
－ １００μｍ～１０００μｍの粒子サイズを有する、１０％超、典型的には１５％～７０％の粒子、及び／又は
－ ７０％～９５％、好ましくは７０％～８５％からなるｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ１０比。

有利には、高密度バイオマスは、２００μｍ超（２００μｍ～５００μｍなど）の粒子サイズを有する、１５％～５０％の粒子を有する。

好ましくは、高密度バイオマスは、２００μｍ超（２００μｍ～５００μｍなど）の粒子サイズを有する、２０％～４０％の粒子を有する。

分離の工程１０１が浄化器で動作される場合、以下により動作され得る。
－ 浄化器の底部で２０～３０ｇ／Ｌの固形物濃度を達成する濃縮性能、
－ 流入水流量の約３０～６０％のＲＡＳ速度、
－ １．０～４．０ｍ／ｈ、好ましくは１．６～３．２ｍ／ｈのアップフロー速度（ＳＯＲ）、
－ ８．５～３３．８ｋｇＭＬＳＳ／ｍ^２／ｈ、好ましくは１０～２２ｋｇＭＬＳＳ／ｍ^２／ｈの表面負荷率、
－ 従来設計と比較して、深度が約１０％少なく、体積が２０％少ないように設計された浄化器、
－ 従来設計と比較して、体積が３０～４０％小さく設計された通気タンク。

或いは、分離の工程（１０１）は、ＭＢＲ膜分離として動作することができ、有利には、以下をもたらす。
－ 膜の寿命を短くすることなく、メンテナンスクリーニングサイクルが試薬の消費とともに週に１回以下の頻度に一貫して大幅に削減される、ポリマー膜のメンテナンスクリーニングサイクルの低減された頻度、及び／又は
－ 膜の寿命を短くすることなく、最先端のクリーニング頻度で、２０℃で３０Ｌ．ｍ^－２ｈ^－１（ｌｍｈとも略記）を常に超える年間平均濾過正味フラックスの適用。

本発明の方法によって得られる高密度汚泥は、粒状汚泥及びＣＡＳの定義の外部に位置付けられる。得られた高密度汚泥のこれらの特性に基づいて、本発明は、廃水処理プラント及び処理の設計を最適化することを可能にする。

図３は、本発明による設備５０の実施形態を概略的に表している。生の流入水１０の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための設備５０は、第１の入口６１、第２の入口６２、及び第１の出口６３を有する遊離懸濁バイオマスを収容する生物タンク６０であって、処理水、及び第１の出口６３で回収された活性汚泥の混合物を生成するために生の流入水１０の少なくとも一部及び還流活性汚泥ＲＡＳを第１の入口６１で供給されるように構成された生物タンク６０を備える。設備５０は、第１の入口７１、第１の出口７２、及び第２の出口７３を有する分離ユニット７０であって、第１の入口７１で活性汚泥ＡＳが供給され、第１の出口７２で回収された流出水１２及び第２の出口７３で回収された還流活性汚泥ＲＡＳを生成するように構成された分離ユニット７０を備える。分離ユニット７０は、膜又は浄化器、好ましくは浄化器などの沈降システム、任意選択的にラメラであり得る。分離ユニット７０はまた、フィルタ又は混濁ユニット、例えば溶存空気混濁（ＤＡＦ）であり得る。設備５０は、還流活性汚泥ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥ＡＳの一部を、廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第１のソース１３として抽出するように構成された抽出デバイス８０を備える。設備５０は、第１の入口９１、第１の出口９２、及び第２の出口９３を有する外部重力ベースの選択器９０であって、第１の入口９１で還流活性汚泥ＲＡＳの少なくとも一部及び／又は活性汚泥の一部が供給され、還流活性汚泥ＷＡＳの第２のソース１５として第１の出口９２で抽出されることを意図したオーバーフロー１４、及び第２の出口９３で回収された高密度バイオマス集合体１７を含むアンダーフロー１６を生成する、ように構成された外部重力ベースの選択器９０を更に備える。外部重力ベースの選択器９０は、例えばハイドロサイクロンであり得る。設備５０は、第１の入口１８１、第２の入口１８２、第３の入口１８５、及び第１の出口１８３を有する高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８であって、第１の入口１８１で生の流入水１０の少なくとも一部が供給され、任意選択的に第２の入口１８２でアンダーフロー１６が供給されて、第１の出口１８３で回収された、好気性粒状汚泥ＡＧＳ若しくはバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体１７１の第２の部分を形成するように構成されている、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８を備える。生物タンク６０は、第２の入口６２で高密度バイオマス集合体１７１、及びアンダーフロー１６から回収された高密度バイオマス集合体１７の少なくとも一部が供給されるように更に構成され、それによって、好気性粒状汚泥ＡＧＳ及び／又はバイオフィルム及び活性汚泥の形態の高密度バイオマス集合体のコンソーシアムが得られ、この混合物は高密度バイオマスを構成する。

高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット１８は、単一のユニット、又は直列若しくは並列の、支流若しくは分配された複数のユニットであり得る。ユニット１８は、任意選択的にＭＡＢＲを含む接触ゾーン（バイオマスの高密度集合体の生成及び維持の両方を可能にするという意味で「饗宴」ゾーンとみなされ得る）であり得る。或いは、ユニット１８は、ＭＢＢＲ、散水フィルタ、バイオフィルタ（生物学的通気フィルタ：Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｅｒａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＡＦなど）、ＩＦＡＳ、ＲＢＣ（回転生物学的接触器：Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）、又はバイオディスクであり得る。

第２の入口１８２へのアンダーフロー１６接合部は、時に、特に高密度集合体生成ユニット１８が回収された高密度バイオマス集合体１７を通過させない場合、（生物学的フィルタ又は散水フィルタのように）使用されない（すなわち、ユニット１８にアンダーフロー１６が供給されない）。

高密度バイオマスの集合体を生成するための処理は、以下のとおりであり得る。
－ 集合／粒状化を誘発する饗宴飢餓サイクルを促進する、（嫌気性、無酸素性、又は酸化性条件下での）接触タンクアップフロント、
－ 任意の生物タイプ、好ましくは硝化バイオフィルムのバイオフィルム剥離物を生成する、バイオフィルム処理（これは異なるタイプであり得る）、
－ 又はそれらの任意の組み合わせ。

播種された高密度バイオマス集合体は、選択器によって選択的に保持されて、生物学的処理系を更に豊かにする。生物系に存在する集合体及び凝集されたバイオマスの混合物は、濃縮汚泥と定義される。選択器のオーバーフローは、優先的に活性汚泥凝集バイオマスを廃棄する。

外部選択器は、ハイドロサイクロン、遠心分離機、沈降デバイス、フィルタ、スクリーン、ふるい、分級機、又はラメラであり得る。

生物学的処理混合溶液中の高密度バイオマス集合体のサイズは、選択器がハイドロサイクロンの場合に選択器を通過する際にバイオマスにかかる応力のおかげで、ＡＧＳ処理（１～２ｍｍ）と比較して相対的に小さな集合体サイズ（１００～５００μｍ、好ましくは２００～５００μｍ）に更に制限することができる。これは、集合体及び凝集汚泥混合物のバラスト効果の点で有利であり、これは、集合体の所与の質量割合に対して、集合体の質量がはるかに大きなサイズの高密度粒子の限られた数ではなく、多数の小さい高密度集合体粒子内で送られる場合にバラスト効果が高まるためである。このように、選択器としてハイドロサイクロンを使用することにより、例えばふるいを用いて得られるよりも小さな範囲で集合体のサイズを制御することを助ける。

高密度バイオマス集合体生成ユニット１８で処理される流入水の割合を制御することにより、生物学的処理に対する集合体播種効果を増加又は減少させることが可能になる。

直接ＷＡＳ抽出１３及び選択器オーバーフロー１４から抽出されたＷＡＳの割合の制御（例えば、ＷＡＳソース再分割）により、制御された方法で高密度バイオマス集合体を廃棄することを可能になる。

これらの２つの制御を使用することにより、生物系混濁バイオマス中の高密度バイオマス集合体割合を制御し、それによって凝集バイオマス及び高密度バイオマス集合体のコンソーシアムとして定義される高密度バイオマスを得ることが可能になる。

本発明の実装は、部分的な造粒を伴う遊離懸濁バイオマスシステムにおける外部重力ベースの選択器による、高密度バイオマス集合体のバイオオーグメンテーションのためのバイオマスマイクロバイオームの制御シフトにつながる。制御シフトは、有利には、２０％未満の値から１５～５０％の集合体、好ましくは２０～４０％の集合体まで、制御された方法で実行される。

図４は、本発明による設備５０の別の実施形態を概略的に表している。この実施形態では、高密度バイオマス集合体生成及び／又は持続ユニット１８は、饗宴ゾーンである。饗宴ゾーン１８は、粒状化を促進するために、より大きいサイズの微生物形態を含む選択器アンダーフロー（１６）を、生の流入水１０の一部又は全体、及び任意選択的に内部プラント還流水（６８）の一部又は全体と接触することを可能にする。集合体の優先的な成長は、１００μｍ超である。饗宴ゾーンは、アンダーフロー（１６）から回収された高密度バイオマス集合体（１７）（又はその前駆体）を（好ましくは希釈されていない）生の流入水（１０）と、任意選択的に内部プラント還流水（６８）と接触させて、高い基質勾配を導入し、高密度集合形態に深く浸透するように構成される。饗宴ゾーン（１８）及び生物タンク（６０）のその後の交替は、饗宴、すなわち、前述のバイオマスへの飢餓を誘発し、その結果、饗宴期間中に何らかの基質を貯蔵することができる有機体の優先的な成長が起こり、集合／造粒が誘発される。本発明が饗宴ゾーン１８内のより高密度のバイオマス形態（その前駆体の集合体）のみを導くという事実は、これらが饗宴飢餓期間にさらされる唯一のものであるため、集合体形態の更により優先的な成長を誘発する。

図５は、本発明による設備５０の別の実施形態を概略的に表している。この実施形態では、バイオフィルムベースの処理が追加されて、バイオフィルムの過剰な成長を生物相（６０）に送り込むことによって、システムを集合体の形態で強化する。高密度バイオマス集合体１７１を生成及び／又は維持する工程１０４の高密度バイオマス集合体生成処理６７は、以下のものなどの嫌気性、無酸素性、又は通気性若しくは有酸素性バイオフィルムベースの処理６６である。
－ 生物学的通気濾過（ＢＡＦ）を含む生物学的濾過、又は生物学的無酸素濾過、
－ 膜通気膜リアクタ（ＭＡＢＲ）、
－ 移動床バイオフィルムリアクタ（ＭＢＢＲ）、
－ 散水フィルタ、
－ バイオディスクとしても既知である回転生物学的接触器（ＲＢＣ）。
ここで、高密度バイオマス集合体生成処理６７には、生の流入水１０の少なくとも一部及び／又はプラント内部還流水６８の少なくとも一部が供給され、それによってバイオフィルムバイオマスを生成し、このバイオフィルムバイオマス過剰成長分は、遊離懸濁硝化バイオフィルム６９、好ましくは硝化又は脱窒又は嫌気性バイオフィルム（したがって、集合体を形成している）、好ましくは硝化バイオフィルムの形態で、工程１００の生物学的処理プロセス（６０）に脱落する。

この実施形態では、高密度バイオマス混合物を高密度のバイオマス集合体で更に濃縮するために主生物学的処理システムに播種されるようを意図した、遊離懸濁バイオフィルムの形態の追加の高密度バイオマスを生成するために、サイドストリーム又はメインストリームバイオフィルム生成ユニットがシステムに追加される。

上述のように、バイオフィルム生成ユニットは、膜通気バイオリアクタ（ＭＡＢＲ）、移動床バイオリアクタ（ＭＢＢＲ）、又は生物学的通気若しくは無酸素フィルタ（ＢＡＦ）、散水フィルタ、バイオディスク（特に回転バイオディスク）、埋め込まれた若しくはバラストされたバイオフィルムの任意の形式、好ましくはＭＡＢＲであり得る。

バイオフィルム生成ユニットには、流入水１０の一部を供給することができ、任意選択的に、汚泥ライン還流水などのプラント内部還流水６８を供給することができ、このプラント還流水６８は、汚泥ラインが嫌気性消化、及び／又は例えば水熱炭化、熱加水分解法などの高度な汚泥処理を特徴とする場合に、高レベルのアンモニアを含む場合がある。

バイオフィルム生成ユニット（６６）は、供給された汚染物質を処理してバイオフィルムの成長を誘発する。過剰なバイオフィルムは、最終的に、それ自体（ＭＢＢＲが通気条件下で行うように）、又は特に専用の作用（ＭＡＢＲ処理における通気膜の洗浄、又はＢＡＦ処理における逆洗浄のように）によって、成長培地から剥離される。

バイオフィルム生成ユニットによって生成された過剰なバイオマス６９は、次いで、出口で生物タンク６０に流出される（又はＢＡＦの場合には意図的に逆洗浄される）。

提案された実施形態では、バイオフィルム生成ユニットから剥離した硝化性バイオフィルム薄片６９を収集して生物タンク６０内に播種し、そこで生物汚泥に取り込むことにより、高密度バイオマス集合体と考えられる遊離混濁バイオフィルム集合体を更に濃縮する。

生物的通気濾過（ＢＡＦ）を使用される場合、１次処理された廃水流入水又は消化遠心分離液のような低炭素及び高アンモニア含有液を供給すると、ＢＡＦはいくつかの硝化バイオフィルムを生成し、それは更に主生物系に播かれる。ＭＡＢＲ処理はまた、硝化バイオマスの大部分を生成する。ＭＢＢＲはまた、バイオフィルムの培地への保持時間が長いおかげで、いくつかの硝化バイオマスを生成する。嫌気性消化遠心分離物又は脱炭酸プラント排出物などのワーン内部プラント還流水（６８）の任意選択的な使用はまた、いくつかの硝化バイオフィルムを容易に成長させるためのいくつかの温度利点をももたらす。

したがって、前述のバイオフィルム生成処理（６６）のいずれかを使用して、メインストリーム生物系は、生成された過剰バイオフィルムで播種されることから、その硝化バイオマスインベントリを濃縮する。更に、播種された硝化バイオフィルムフレークは、本質的にＣＡＳバイオマスよりも大きいサイズの粒子及び／又は高密度であるため、外部の重力ベースの選択器アンダーフロー１６において優先的に保持され得る。小さな硝化菌播種フラックスは、硝化濃密バイオマス集合体においてシステムを次第に濃縮するように経時的に統合することができるため、これらの２つの組み合わされた作用は相乗的に拡大する。高密度又はより大きいサイズの硝化集合体は、生物系内のいくつかのアンモニアを硝化しながら、更に成長及び発達することができる。

この実施形態では、饗宴ゾーン（１８）は任意選択的であり、高密度バイオマス集合体への硝化生物のマイクロバイオームシフトのための相乗的な持続効果を追加することができる。この実施形態の特定の実現形態では、硝化バイオフィルム生成ユニットによって生成された高密度の硝化集合体は、外部重力ベースの選択の相乗効果で更に濃縮され、アンダーフロー１６で収集され、通気饗宴ゾーン（１８）で、高濃度のアンモニアを含むプラント内部還流水６８の少なくとも一部（具体的には、サイドストリームの脱アンモニア処理からの嫌気性消化濃縮物又は流出水）と更に接触し、好ましくは、通気饗宴ゾーン１８に供給される生の流入水１０を全く含まない。この選択された硝化菌集合体のストリームは、豊富なアンモニア基質の恩恵を受ける一方で、また、バイオフィルム集合体からＯＨＯを選出し、その結果、高密度集合体内に硝化菌集団が濃縮される。これにより、バイオフィルム生成ユニットで処理される生の流入水及び／又は内部還流水の量を低減しながら、システム内の硝化菌集団を維持／持続することが可能になる。持続効果は、硝化バイオフィルム生成ユニットからの播種効果を低減しながら、システムバイオマス内の硝化バイオマスの同じインベントリを維持することを助けることができる。

硝化菌が高密度の集合バイオマスの形態内／形態上の高割合で設置、成長、及び維持され得るという事実はまた、硝化菌汚泥保持時間（ＳＲＴ）の分離のおかげで、いくつかの興味深い技術的効果を解き放つことができる。実際、そのように提示されたシステムでは、高密度バイオマス集合体内／上に優先的に成長した硝化汚泥は、凝集活性汚泥よりもはるかに長い汚泥保持時間の間、システム内にすることができ、これは、高密度硝化集合体及び活性汚泥の混合物が、強力な選択的抽出を受け得るためであり、選択器オーバーフロー１４からＷＡＳを優先的に抽出する一方で、凝集活性汚泥はシステムから優先的に洗い流され、アンダーフロー１６内の回収された硝化バイオマス集合体１７はシステム内に優先的に保持される。この結果、凝集したバイオマスはシステム内での汚泥保持時間が短くなり、集合したバイオマスはシステム内により長い時間留まる。これら２つのバイオマスのＳＲＴ分離は、地球規模の生物学的処理システムに利点をもたらし、第１に、凝集した活性汚泥ＳＲＴは、システムの見かけの平均ＳＲＴと比較して減少し、（炭素の酸化及び脱窒の目的で）より高い汚染分解速度を有する、より若いバイオマスが得られる。凝集バイオマス通気ＳＲＴは、意図的に非常に低く維持されるように設計され得るため、所与の動作温度範囲で硝化菌のウォッシュアウト閾値を下回ると、それによって凝集バイオマスは硝化菌をまったく含まないが、より若いＯＨＯが高い速度で実行する。一方、集合体にはもともと硝化菌が含まれ、集合体がシステム内にずっと長く存在するために、硝化菌が更に発達する可能性がある。したがって、集合体通気ＳＲＴは、生物系に十分な硝化菌のインベントリを導入し、生体増強し、維持するために、硝化に必要な量よりも高い通気ＳＲＴに意図的に設計される。同様のアプローチは、古典的な（又は通常の）従属栄養脱窒に必要なものよりも高い無酸素ＳＲＴに意図的に設計された高い無酸素ＳＲＴを維持することによって考慮することができ、それによって、生物系における十分にゆっくりと成長する従属栄養性又は独立栄養性（アナモックス、ＤＡＭＯ、又はメチロトローフなど）の脱窒菌のインベントリを導入し、生体増強し、維持する。最後に、必要以上に高い嫌気性ＳＲＴに意図的に設計されたより高い嫌気性ＳＲＴを維持することによって、同様のアプローチを考慮することができ、それによって、十分にゆっくりと成長する加水分解（基質粒子の破壊又は酵素）、発酵、又は生物系におけるそのような微生物を導入し、生体増強し、維持する。本発明が、ＯＨＯ凝集バイオマスのＳＲＴと、例えば、硝化バイオマスオンボード集合体のＳＲＴをと分離することができるという事実は、処理タンクが、硝化菌の洗い出し閾値未満の見かけのＳＲＴで依然として硝化することを可能にし、ＣＡＳ－ＢＮＲ（生物学的栄養素除去：Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｒｅｍｏｖａｌ）又は最先端のＩＦＡＳ（統合固定フィルム活性汚泥：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｉｘｅｄ ｆｉｌｍ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ）と比較してコンパクトな体積を設計することを可能にする。ＣＡＳ－ＢＮＲは硝化菌の播種又は選択的保持の恩恵を受けず、ＩＦＡＳは固定膜部分の播種効果のみから恩恵を受けるが、選択的保持が不足しているため、通気ＳＲＴが少なくなるように設計されている間は、硝化インベントリを統合することはできない。

選択器９０のアンダーフロー１６はオーバーフロー１４と比較してより大きくより高密度の粒子を保持するため、有機体間のＳＲＴ及び／又は成長速度の分離は、選択された粒子の連続体にわたることができる。このアプローチは、最も低い基質勾配特性（拡散のフィックの法則によって特徴付けられる）を伴う最小の粒子で最も高い成長率を有する生物の複数のニッチを作成することができ、成長速度が遅い生物は、最も高い基質勾配特性を有する最大の粒子に位置する。本発明の特徴は、特定の微生物群がそれらの最高活性で又はその近くで機能するように選択を制御及び最適化することである。例えば、通常の従属栄養生物の最大比増殖速度は約５日^－１であり、硝化生物の最大比増殖速度は約１日^－１である。ＳＲＴの分離は、従属栄養生物の成長が速い場合はより小さい又は軽い粒子（フロックなど）のニッチを最適化し、硝化菌の成長が遅い場合は顆粒のより大きい集合体のニッチを最適化するように達成され得、したがって、１：５ＳＲＴ又は成長率分離比を生成する。この分離比は、選択デバイス（浄化器、ハイドロサイクロン、遠心分離機、ラメラ、又は分級機など）の選択圧力を、１：５により近い典型的な比で、１：２の低い比から１：１０の高い比に調整することによって修正され得る。処理に統合されたＭＡＢＲなどのバイオフィルムから脱落したバイオマスの増加は、この比を１：２０以上に更に修正又は増加させることができる。例えば、成長率の高い生物は、最小ＳＲＴ（２０℃で１～５日など）を使用してフロック内でサポートすることができ、成長率が中程度の生物は、中程度のＳＲＴ（２０℃で５～２５日など）粒状又は高密度集合体でサポートでき、成長率が最も遅い生物は、１：５：２０などの比で（付着及び脱落）バイオフィルムでサポートすることができる。他の比は、バイオフィルム管理アプローチを介して、必要に応じて「ダイヤルイン」され得る。生物の成長率に基づいて最適化された異なるＳＲＴを維持することの利点は、最高の活性画分を維持するのに役立ち、したがって急速に成長する生物のインベントリ内の不活性及び内因性デブリを含む腐敗生成物の蓄積が少なくなる一方で、しばしば非常にゆっくりと成長する「効率的な」微生物の増殖を促進する（硝化菌、アナモックス、脱窒嫌気性メタン酸化剤（ＤＡＭＯ）又は微量汚染物質分解剤など）。ＳＲＴグラデーション又はＳＲＴ分離による最高の「アクティブインベントリ」の維持は、処理強化及び処理回復力を強力に支援する。分離の例は、５日^－１での従属栄養生物の成長、１日^－１での硝化菌、及び０．２日^－１でのアナモックス若しくはＤＡＭＯ、又は更にはそれ未満の最適化された支持条件を含み、例えば１：５：２５の分離比を作成する。他の比も可能であり、これらの分離アプローチは、本発明の代表的な特徴である。ＳＲＴ分離制御工程は、選択器での質量分割、フロー分割、及び／又は粒子保持効率の調整に基づいて実行され得る。この分離用の装置によるアプローチは、大きい粒子と小さい粒子の選択効率を変更することによって、デバイス内の選択圧力を自動又は手動で調整することによるものである。例えば、この選択圧力の調整は、ハイドロサイクロンのノズル、その中央部、又は流入部の渦ファインダーを変更することによって、又は、差動ｒｐｍ（１分あたりの回転数）、Ｇ力、トルク、又は池の深度、又は遠心分離機のビーチ角度を変更することによって、又は分級機又はラメラの油圧保持時間若しくは負荷を変更することによって、実現され得る。選択圧力の調整はまた、複数（２つ以上）のデバイスを直列、並列、支流又は分流として含めることによって実現され得る。硝化菌という用語が使用される場合、他の微生物（脱窒菌又は嫌気性生物など）も可能であり、有酸素又は好気性という用語が使用される場合、（無酸素又は嫌気性などの）他の条件も可能である。ＳＲＴ要件は通常、水温の低下とともに増加し、水温の上昇とともに減少することに注意すべきであり、アレニウスが説明した温度依存性とほぼ一致している。

図６は、本発明による設備５０の別の実施形態を概略的に表している。この実施形態では、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニットは、直列の２つのユニットを含む。これらのユニットのうちの１つは、好ましくは嫌気性の饗宴ゾーン１８である。饗宴ゾーン１８は、第３の入口１８５で、少なくともＶＦＡ及び／又は容易に生物分解可能な炭素を含む追加のストリーム１９が任意選択的に供給されるように更に構成される。加えて、高密度バイオマス集合体１７１を生成及び／又は維持する工程１０４の第２の高密度バイオマス集合体生成処理６７は、膜通気膜リアクタ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ａｅｒａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＭＡＢＲ）、移動床バイオフィルムリアクタ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｂｅｄ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＭＢＢＲ）などの通気バイオフィルムベースの処理６６であり得る。

当該技術分野で知られているように、無酸素環境又は嫌気環境で実施されるＭＡＢＲは、単一のコンパクトなリアクタで同時に硝化及び脱窒するために使用され得る。

この実施形態では、設備は、バイオフィルム（６９）を硝化するための生成処理（６６）としてのＭＡＢＲと、バイオマス、特に、ＥＢＰＲ（強化生物学的リン除去：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｒｅｍｏｖａｌ）バイオマスの集合を促進するための高密度バイオマス集合体（１７１）用の生成処理（６７）としての嫌気性饗宴ゾーン１８とを含む。

ＭＡＢＲ膜は、嫌気性饗宴ゾーン１８に直接設置することができ、相乗効果を有する２つの機能を担う１つのタンクを備えたコンパクトな設置を与える。生物学的処理は、好ましくは、Ａ２Ｏ又はＡＯである。この実施形態では、利点は以下のとおりである。
－ ＭＡＢＲは、システムに硝化バイオフィルムバイオマスを提供することができ、
－ 饗宴嫌気性ゾーンは、ＥＢＰＲバイオマス（ＰＡＯ及びＤＰＡＯバイオマス）集合体の生成を伴う集合／部分的造粒を誘発し、
－ ＭＡＢＲは、いくつかの特定のシーケンスされた通気制御により、いくつかのＥＢＰＲバイオマスを提供することができる。

更に、ハイドロサイクロン／選択器は、その選択的バイオマス分離、集合保持、及び凝集バイオマスのその後の浪費によって、これらの高密度集合バイオマスの全てをシステム内に保持する。

以前の実施形態で前述したように、システム内の高密度バイオマス集合体割合の制御は、以下によって調整することができる。
－ 饗宴ゾーン１８で処理される流入水１０及び／又は内部プラント還流水６８の量を増加させ、
－ 直接抽出１３から行われているＷＡＳの再分割、及びＷＡＳの第２のソースとしての選択器オーバーフロー１４から抽出されたＷＡＳ１５によって、集合の消費を管理する。

加えて、この実施形態では、ＭＡＢＲ膜における連続通気率の調節は、多かれ少なかれ硝化バイオフィルムを生成するための制御点となり得る。

必要に応じて、アンモニアの濃度を饗宴タンク１８において局所的に上昇させることができ、そこで、ＭＡＢＲ膜が設置されて、より高い硝化速度を促進し、硝化バイオフィルム生成を最大化する。

この構成における更なる相乗効果は、ＭＡＢＲ膜のバイオフィルムに対して同時に硝化／脱窒反応を実行する饗宴ゾーン１８を通して得られる。

ＭＡＢＲの別の動作では、通気膜は、交互に通気（完全通気又は２時間超の微量通気）及び非通気（１～３時間）を受ける。饗宴ゾーン１８に配置された培地は、流入水１０及び内部還流水６８からのリン汚染、並びに流入液からの新鮮なＶＦＡを含むか、又はＶＦＡを含むストリーム１９（外部投与量又はＳ２ＥＢＰＲアウトレット）導入することによって、第３の入力１８５に更に追加される。

ＭＡＢＲ膜上で成長するバイオフィルムに好気性条件と嫌気性条件を交互に繰り返すことにより、この特定の動作において、ＥＢＰＲバイオマス（リン蓄積生物のＰＡＯ及び脱窒リン蓄積生物のＤＰＡＯ）の形成が促進され、下流の生物系に更に播種されることになる。形成されたＥＢＰＲ凝集バイオマスは、嫌気性饗宴タンク及びＭＡＢＲ固有の動作の両方によって生成され、Ｓ２ＥＢＰＲバリアントを用いてＡ２Ｏ又はＡＯとして構成されている下流の生物学的処理において更に成長及び発展することができる。

ＣＡＳ ＥＢＰＲ処理と比較して、この実施形態は、特に激しく長時間の降雨イベントの間、及び／又は低い廃水温度に関連する冬の間、ＥＢＰＲに関してより回復力がある。実際、この実施形態では、高密度バイオマス集合体に包含されたＥＢＰＲバイオマスの部分は、外部密度ベースの選択器によって選択的に保持され、したがって、ＥＢＰＲバイオマスインベントリ減衰を凝集バイオマスにリンクされている部分に制限する。

したがって、本実施形態は、複数の制御点がシステム内のいくつかのＳＲＴを分離することを可能にし、
－ 凝集バイオマス中のＯＨＯは、その速度を最大化するために低いＳＲＴに維持され、
－ 高いＳＲＴに維持された集合高密度バイオマスの硝化菌は、そうでなければ硝化することができない低好気性ＳＲＴで設計された生物系において硝化インベントリを維持し、
－ 高密度バイオマス集合体中のＥＢＰＲバイオマスは、中程度のＳＲＴ範囲、好ましくはＯＨＯから１／３離れたところに維持されて、いくつかのＥＢＰＲバイオマスインベントリを維持する。

ＭＡＢＲからの硝化バイオマスの播種及び選択器での選択的保持の組み合わせによって提供されるＳＲＴ分離により、硝化を損なうことなく、既知の統合固定膜活性汚泥（ＩＦＡＳ）ガイドライン（ＭＡＢＲはＩＦＡＳである）を下回る生物タンク好気性ＳＲＴを設計することを可能にする。

この実施形態では、硝化菌バイオマスＳＲＴがシステム見かけのＳＲＴから分離されるため、生物系好気性ＳＲＴを更に低減することができる。実際、培地の量（ＭＡＢＲ膜表面を含む）がシステム内の硝化菌の量を駆動する最先端のＩＦＡＳ、したがって所与の好気性体積に対する最終的な硝化性能とは対照的に、本発明は、ＭＡＢＲ膜培地の割合に関係なく、マイクロバイオームをより多量の硝化菌にシフトする新しい方法を提供して、ＭＡＢＲ膜に関してコストを削減したコンパクトなシステムを提供する。

変形例では、ＭＡＢＲ膜は、生物タンク６０、好ましくは嫌気性ゾーン又は無酸素ゾーンに配置することができ、ＭＡＢＲ膜はまた、嫌気性饗宴ゾーン１８に維持することができるが、必ずしも必要ではない。そのような変形例により、よりコンパクトな設置を得ることが可能になる。

また、生物学での嫌気性ゾーン又は無酸素性ゾーンは、ＭＡＢＲのおかげで、いくつかの同時硝化／脱窒を行うことができ、したがってシステム体積を最適化することができる。濃縮汚泥混合物への硝化菌播種効果は、両方のＭＡＢＲを通気することによって更に得られる。或いは、饗宴ゾーン１８に位置する第１のＭＡＢＲは、いくつかのＥＢＰＲバイオマスを提供し、生物タンク６０内に位置する第２のＭＡＢＲは、硝化バイオマスをサポートすることができる。

この変形例では、通気されたバイオフィルムベースの処理によって生成された硝化懸濁バイオフィルム６９の播種と、生物学的処理１００を可能にする、外部重力ベースの選択工程１０３によるその選択的保持効果を組み合わせることにより、最新のＣＡＳ硝化菌の洗浄限界未満、及び既知のＩＦＡＳの完全硝化要件未満の通気ＳＲＴ生の流入水１０の完全な硝化を満たす（Ｈｏｕｗｅｌｌｉｎｇ Ｄｗｉｇｈｔ ＆ Ｄａｉｇｇｅｒ Ｇｌｅｎ Ｔ．－ｉｎｔｅｎｓｉｆｙｉｎｇ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ Ｕｓｉｎｇ Ｍｅｄｉａ－Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｂｉｏｆｉｌｍｓ、ＣＲＣ ｐｒｅｓｓ，２０２０ ＩＳＢＮ ９７８－０－３６７－２０２２７－９を参照）。

図７は、本発明による設備の別の実施形態を概略的に表している。この実施形態では、設備５０は、第１の入口４１、第２の入口４２、及び第１の出口４３を有する発酵タンク４０を更に備え、発酵タンク４０は、活性汚泥ＡＳの少なくとも一部及び／又は還流活性汚泥ＲＡＳの少なくとも一部を第１の入口４１で、及び／又はアンダーフロー１６の少なくとも一部を第２の入口４２で供給し、第１の出口４３で回収されたＶＦＡを含むストリーム２０を生成する、ように構成され、饗宴ゾーン１８は、ＶＦＡを含むストリーム２０が第３の入口１８５で供給されるように構成され、及び／又は生物タンク６０は、ＶＦＡを含むストリーム２０が第２の入口６２で供給されるように構成される。

発酵タンク４０は、サイドストリームバイオマス発酵からＶＦＡを生成するために実施される、サイドストリーム強化生物学的リン除去（Ｓ２ＥＢＰＲ）であり得る。Ｓ２ＥＢＰＲの出口は、饗宴ゾーン１８及び／又は生物タンク６０において流出することができる。Ｓ２ＥＢＰＲは、アンダーフロー１６の少なくとも一部によって供給されてもよい。

ＶＦＡを含むストリーム２０がＳ２ＥＢＰＲ４０の出口４３を形成して饗宴ゾーン１８に至る割合を制御することは、集合体の成長を促進する方法であり、したがって、バイオマス高密度化を調整する方法である。

図８は、本発明による設備５０の別の実施形態を概略的に表している。この実施形態では、設備５０は、饗宴ゾーン１８に供給される生の流入水１０の量のコントローラ１８４を更に備える。設備５０は、廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第１のソース１３から、及び／又は廃棄物活性汚泥ＷＡＳの第２のソース１５から抽出された廃棄物活性汚泥ＷＡＳの量のコントローラ１３１を更に備え得る。

有利には、設備５０は、発酵タンク４０の第１の入口４１で供給される活性汚泥ＡＳ若しくは還流活性汚泥ＲＡＳの量のコントローラ１５１、及び／又は発酵タンク４０の第２の入口４２で供給されるアンダーフロー１６の量のコントローラ１５２、及び／又は饗宴タンク１８の第３の入口１８５で供給されるＶＦＡを含むストリーム２０の量のコントローラ１５３を備え、生物タンク６０は、ＶＦＡを含むストリーム２０の残りの部分が第２の入口６２で供給されるように構成される。

設備の各部分の技術的効果及び利点は、本発明による方法に関連してすでに説明されており、ここでは再度説明しない。

動作中、以下のようにレバーを調整することができる。
－ ２００μｍのふるいで既知の量の混合液をふるいにかけるか、保持された懸濁固形物を測定するか、又はふるいの濾液を最初の懸濁固形物から差し引いて推定することによって、容易に得られる集合体割合。次いで、得られた２００μｍ超の集合体の濃度を最初のサンプルＭＬＳＳ濃度で割って、混合液中の集合体割合を取得し、
－ 欧州標準ＥＮ １４７０２－１に記載されているＳＶＩ及びｄＳＶＩ正規化分析。

環境条件の季節変動のために集合体割合がドリフト低下している場合、又はｄＳＶＩがドリフト上昇している場合は、以下の方法でこのドリフトを補償することが可能である。
－ 直接抽出されるＷＡＳの量を低減する（例えば、外部の重力ベースの選択器を介してより多くのＷＡＳ抽出を行う）、及び／又は
－ 饗宴ゾーン１８を通して、より多量の生の流入水１０及び／又はプラント内部還流水（６８）及び／又はＶＦＡ含有ストリーム（１９）（２０）を導入する。

これらのアクションは、集合体の保持及び成長を有利にする。

第１のソース（１３）からの直接抽出を停止することはまた、ｄＳＶＩが高い値に到達し、例えば、浄化器出口品質を乱す可能性があることに対する対応策である。

逆に、季節性環境条件が自然に高密度集合体の成長に有利な場合、外部の重力ベースの選択器のオーバーフローを介して抽出されるＷＡＳの割合を低減し、直接抽出される部分を増加させることができる。この変形例は、特に、外部重力ベースの選択器が、直接ＷＡＳ抽出よりも高い圧力で供給されるハイドロサイクロンである場合、省エネルギーの点で有利である。饗宴ゾーン（１８）に行く原水の割合を減らすことは、所望の割合の集合体（及び対応するｄＳＶＩ）が得られるまで、集合体の成長速度を一時的に低減する、代替又は追加の方法であり得る。

したがって、本発明は、例えば環境及び生物学的条件に応じて、バイオマス高密度化のレベルを動的に調整するためのいくつかのレバーを提供する。

図９は、所与のプラントのマイクロバイオームシフトの概念図であり、汚泥中の高密度バイオマス集合体割合及び結果として得られるｄＳＶＩの観点からの、ＣＡＳ及び高密度汚泥の動作変動境界の図示である。

すでに説明したように、所与のＣＡＳプラントは、集合体割合及びＳＶＩの年間変動が特定のパターンを有する。このパターンの垂直配置は、先行技術（Ｗｅｉら、２０２０）の「灰色の四角」のプロット点によって示されるように、「生物学的設計要因」に起因するものであり、所与のサンプリング時間における異なるプラント（例えば、異なる「生物学的設計要因」を有するＷＷＴＰ）を示している。

かなり水平の（又は左上、右下に傾斜した）変動は、「環境条件」の変動に起因している。この変動は、生物学的設計及び廃水原水の量及び質の変動に従って、増量（糸状菌の過剰発生によるＳＶＩの制御できない上昇）を被るか否かで、プラントが被ることになる。そのため、増量（図の右側の濃いＣＡＳ変動領域の右角）は、環境要因及び複合的な動作要因によって発生し得、ショッククロリネーションなどの特殊な化学処理を行わない限り、汚泥ＳＶＩは不利な条件で制御不能に高い値へと逸脱してしまう。不利な条件下でのＳＶＩドリフトの程度は、動作履歴及び気候の変動により、年ごとに異なり得る。

外部重力ベースの選択器を介して余剰汚泥（ＷＡＳ）の消費を制御することで、マイクロバイオームは、ＣＡＳにおいて生じる通常の年間変動の左隅に向かって及びそれを超えてシフトする場合がある。その結果、ｄＳＶＩの年間変動は、ＣＡＳの通常動作で生じる最良の年間変動と同等かそれ以上に制御される。「生物学的設計要因」と「環境要因」によるＣＡＳの通常変動範囲の一例を、図の右側の「二点鎖線ライン領域」に概説している。

このように、高密度バイオマスにより、環境要因による年間変動を平準化することが可能になり、バイオマスの沈降能力を変化させる。

実験セットアップ
フルスケールのデモユニットが設置されたＷＷＴＰ（廃水処理場）は、公称容量４００，０００ＰＥ（ピープル等価）で、以下を備える。
－ 古典的な前処理：粗いスクリーニング（４０ｍｍ）、細かいスクリーニング（６ｍｍ）、グリット及びグリース除去、
－ ４つの同一の独立ラインに分配され、各々嫌気的構成の生物学的流域＋シーケンスチャンネル、及び関連するクラリファイアからなる、２次生物学的処理工程、
－ ドリップグリッドでの濃縮、及びそれに続く遠心分離機による脱水からなる、汚泥処理。

ＷＷＴＰの生物学的処理ラインは互いに完全に独立しているため、浄化器の上流又は再循環（ＲＡＳ）レベルでは活性汚泥の混合はない。

本研究の対象は、２つの独立した生物学的処理ラインであり、一方は、「制御ライン」（Ｌｔｅｍ）と呼ばれ、他方は、図４の実施形態にあるようにマイクロバイオームシフト高密度化技術を備え、「高密度化ライン」（Ｌｄｅｎｓ）として知られている。これら２つの生物学的ラインは元々同一であるため、全く同じ生物学的設計要素を有する。その各々は、前処理された原水及びＲＡＳが混合される接触ゾーン又は「前脱窒ゾーン」を有する。その後、混合物は嫌気性攪拌ゾーンを通過し、次いで、微細気泡通気拡散器及びバナナブレード混合器を備えた円形シーケンス通気溝を通過する。汚泥の生物学的処理の出力は、浄化器に到達する前に脱気構造内に落ちる。

汚泥再循環は各ラインに対して独立しており、汚泥の混合は可能でない。シーケンス溝の通気量及び通気強度は、オンラインＮ－ＮＨ４、Ｎ－ＮＯ３分析計に基づく高度な通気制御によって管理される。

この２つのラインの構成の差は、汚泥の取り出し方、及び高密度ラインの饗宴ゾーンの存在有無のみである。制御ラインからの汚泥はシーケンス溝内に直接抽出される一方で、高密度ラインからの汚泥は再循環タンクから抽出され、ここで選択器として使用するハイドロサイクロンスキッドに供給するために移動式ポンプが設置されている。ハイドロサイクロンのアンダーフローに保持されている回収された高密度集合体汚泥を含むストリームは、Ｌｄｅｎｓラインの先頭にある饗宴ゾーンに還流される。ハイドロサイクロンのオーバーフローは、汚泥ラインの汚泥濃縮処理の上流にある貯蔵タンクに圧送される。

このように、同じ「生物学的設計要因」を有する両方のラインを、同じ「環境要因」の変動下で動作させながら比較することができる。したがって、ＣＡＳ（制御ライン）及び高密度汚泥（高密度化ライン）の汚泥凝集割合及びｄＳＶＩ変動の有意差は、本発明の根拠となるマイクロバイオームシフトの仮定を立証することになる。

分析方法
処理水の品質
２つのラインの処理水の水質は、比較される２つのラインの各浄化器の回収シュート内に配置された冷凍式自動サンプラによって収集された２４時間平均の複合サンプルから毎週監視される。

監視される物理化学パラメータは、ｐＨ、総ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、可溶性ＣＯＤ（０．４５μｍ）、ＢＯＤ_５（５日間の生物学的酸素要求量）、Ｎ－ＮＨ_４、Ｎ－ＮＯ_３、Ｎ－ＮＯ_２、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）、Ｐ－ＰＯ４、濁り、ＴＳＳである。ケルダール窒素（ＴＫＮ）は、測定されたＴＮからＮ－ＮＯ_ｘを差し引くことによって推測される。

標準的な方法に従って実施されるｐＨ、ＴＳＳ（全懸濁固形物）、濁度の測定以外は全て、Ｍａｃｈｅｒｅｙ－Ｎａｇｅｌラピッド分析キットを用いて分光光度法により分析される。

汚泥の沈降
汚泥の沈降能力は、Ｍｏｈｌｍａｎ指数（ＳＶＩ３０）、２ｇ／Ｌで正規化された希釈汚泥体積指数（ｄＳＶＩ３０）、汚泥沈降速度（ＩＳＶ）を導出するための３０分間のカラムバッチ沈降試験（試験デカインチ）の３指標を使用して評価される。試験は、新しく収集された汚泥を使用して実施され（サンプリングから試験室に戻るまで最大３０分）、試験開始前に、制御された周囲温度条件下（２０±２℃）及び直射日光から保護されて、試験室で１０分間通気された。

ＳＶＩ及びｄＳＶＩの測定は、２つのラインを公正に比較するために、懸濁物質中の目標汚泥濃度２．０ｇ／Ｌで常に報告されるという ｄＳＶＩの特殊性を伴い、欧州標準ＥＮ １４７０９－１に従って週に５回実施された。カラムバッチ沈降プロファイルは、ＩＳＶが、沈降から１０分間の連続した３点で観測された最も急な勾配から算出される、Ｅｌｅｎａ Ｔｏｒｆｓら（「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｉｎ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｍ．Ｃ．Ｍ．ｖａｎ Ｌｏｏｓｄｒｅｃｈｔ，Ｐ．Ｈ．Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｃ．Ｍ．Ｌｏｐｅｚ－Ｖａｚｑｕｅｚ ａｎｄ Ｄ．Ｂｒｄｊａｎｏｖｉｃ．ＩＳＢＮ：９７８１７８０４０４７４５（Ｈａｒｄｂａｃｋ），ＩＳＢＮ：９７８１７８０４０４７５２（ｅＢｏｏｋ）．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ＩＷＡ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ，ｐｐ ２３５－２６２）、に記載された方法に従って、週に１回実施された。これらのカインチ試験は、処理池のサンプル濃度の汚泥と、処理水を希釈剤として使用した基準濃度２．０ｇ／Ｌの汚泥を用いて実行した。

汚泥の濃度は、原液のＫｙｎｃｈ試験で観察されたＭｏｈｌｍａｎ指数と落下速度の結果に影響を与えるため（Ｋｙｎｃｈ，Ｃ．Ｊ．「Ａ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ」Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｒａｄａｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌ ４８，１９５２，ｐｐ １６６－１７６；）、低濃度で同一の基準ＭＬＳＳ（混合溶液濃度：Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）濃度（２ｇ／Ｌ）での汚泥指数ｄＳＶＩ及びＩＳＶ沈降の速度測定を正規化し、実験デバイスの「エッジ効果」及びライン間の濃度差を排除して、その沈降指標の一貫性及び公平性を比較した。

高密度集合体画分
高密度バイオマス集合体の濃度は、ふるいを使って観察した。既知の汚泥量を５００μｍ及び２００μｍのふるいのパイルに注ぎ、ふるい目よりも小さい粒子が全て通過するまで水道水の低流量で静かにすすいだ。５００μｍ超の画分は、大部分がデブリであり、除外された。２００μｍのふるいに保持された画分は、ふるいを逆洗浄して回収し、ＭＬＳＳを分析した（１０５℃、２４ｈ）。得られた集合体の質量をサンプリング量に正規化し、集合体濃度を得た。元の汚泥濃度に対する集合体濃度の比から、集合体の質量％を得た。

スカム及び生物泡の生成
スカムの生成物は、脱気器に設置された排出ポンプの動作時間に基づいて、ラインごとに観察される。回転するスクレーパは、各脱気器の表面にある混濁物を収集し、ラインごとに個別の貯蔵タンクに送る。スカム貯蔵タンクは、高レベルの閾値がトリガされたときに空になる。したがって、ポンプの累積動作時間が生成された混濁物の量を表すため、流量計がないにもかかわらず、この生成物の監視を可能にする。

結果
季節間の挙動
このプラントは、歴史的にかなり顕著な季節間挙動を有し、夏の終わりには良好な汚泥指数（７０～１３０ｍＬ／ｇ）を示すとともに、気候条件及び抽出の管理に応じて、多かれ少なかれ深刻な冬の劣化が明確に繰り返し生じる。冬のｄＳＶＩの歴史的な基準範囲は、糸状菌増量の時期中、１５０から３００ｍＬ／ｇ超までの範囲である。この歴史的な基準値と比較して、高密度化された実験ラインは、冬の汚泥体積指数の絶対値が低く、特に変動の振幅が小さい状態で、その挙動を根本的に変化させる。

図１０は、実験セットアップで観察された比較結果である。これは、ＣＡＳライン（Ｌｔｅｍ）の先行技術の活性汚泥（黒い四角い点）と、本発明による高密度汚泥（白い丸い点）ライン、特に図４の実施形態との並行試験中に観察されたｄＳＶＩ及び％集合体のカップルに対する全ての収集データを示している。

図１０は、一方で、「大きな四角い灰色の点」（「生物学的設計要因」の影響を概説している）と「小さな黒い四角い点」（「環境要因変動」の影響を概説している）のクラスタにより表される先行技術の活性汚泥適用分野を示している。

クラスタ「大きな四角い灰色点」は、生物学的設計要因による異なるＣＡＳプラント間の先行技術の変動を表し、生の水の強度（濃度、流量、及び負荷）並びに処理設計構成に応じた全ての設備は、特定の集合バイオマスの部分からなる特定の制御不能なｄＳＶＩ範囲を導く。ｄＳＶＩ範囲と集合体範囲の相関は、点線で概説されている。集合体の割合は、バイオリアクタシステムの構成、原水の強度の関数である（Ｗｅｉ Ｓ．ら）。したがって、生物系における集合体割合は、「尖った線」で概説されるように、ｄＳＶＩを駆動する。

クラスタ「小さな黒い四角の点」は、所与のＣＡＳの設備に対して、環境要因に応じた先行技術の変化を示している。これらの結果は、本実験例のＣＡＳ制御ライン（Ｌｔｅｍ）からのものである。遊離懸濁バイオマスシステムにおいて、制御されていないｄＳＶＩの通常の年間変動が満たされている。１００～３００ｍＬ／ｇ；０～２５％の集合体（そのうちの０～２５％は、顕微鏡とふるいの実験室分析により、トイレットペーパーの分解から生じる繊維のマイクロファイバーによるものが主要因であると推定される）。これらの試験結果に基づき、このＣＡＳ汚泥に含まれる高密度バイオマス集合体は、０～１０％の範囲のみにあると推定される。

一方、図１０は、本発明により得られた高密度ライン（Ｌｄｅｎｓ）におけるマイクロバイオームシフトを示しており、集合体生成処理（饗宴ゾーン）及び選択器（ハイドロサイクロン）優先保持の相乗効果のおかげで、生物系における高密度バイオマス集合体割合の目に見える生体増強が見られる。選択器は、以下の分離を可能にする。
－ 制御されていないｄＳＶＩ範囲（６０～３００ｍＬ／ｇ、５～１８％集合体）を表示し、生物系から優先的に抽出された、制御ラインの「黒い四角」クラスタと同様の、選択器オーバーフローで回収された沈降能力の低いバイオマス（綿毛状フロック、ピンフロック、糸状菌フロックなど）、すなわち、「交点」クラスタ、
－ 選択器のアンダーフローで回収されたバイオマス（回収された高密度バイオマス集合体、すなわち、高密度フロック、好気性粒状汚泥、懸濁液中の分離バイオフィルム）の優れた沈降能力、すなわち、生物系で優先的に保持される、２０％～７０％の集合体である、最適化及び制御されたＳＶＩ範囲１５～７０ｍＬ／ｇを表示する「黒い菱形点」クラスタ。

高密度バイオマス集合体のこのバイオオーグメンテーションは、Ｌｄｅｎｓラインの生物系において得られるより高密度なバイオマス、すなわち、最適化及び制御されたＳＶＩ範囲３５～１００ｍＬ／ｇ；１０～４３％の集合体を示す「丸い白の塗りつぶし点」クラスタによって表される高密度汚泥をもたらした。

図１０において「本研究」と特定された「破線」は、結果として得られるｄＳＶＩと高密度バイオマス集合体割合の相関を明確に概説している。本発明は、高密度汚泥中の高密度バイオマス集合体割合を制御された方法でシフトすることによって、動作上のｄＳＶＩを制御する方法を提供する。前述したように、本発明は、遊離混濁バイオマスの部分的な造粒を目的としている。「破線」は、集合体割合が５０％超の上昇によってもｄＳＶＩの大幅な追加の改善はもたらされないことを明確に示しており、したがって工業的に集合体割合を高めることは無意味であると思われる。

両方のラインがまったく同じ環境変動（同じ排出物、同じ汚染負荷、同じ温度、同じ降雨事象）の下で動作されたが、本発明による実験ライン（Ｌｄｅｎｓ）がより高い集合体割合、並びに制御ライン（Ｌｔｅｍ）よりもｄＳＶＩ値及び変動が小さいという事実は、マイクロバイオームシフトを実証する。

集合体比と希釈汚泥体積指数の比較推移
図１１は、図４の実施形態での本発明による実験ラインで得られた、高密度汚泥（二重線）の、従来の活性汚泥による制御ライン（単純線）の季節性挙動を、集合体割合及びｄＳＶＩで示している。長方形の角は、各季節データセットの２５パーセンタイル及び７５パーセンタイルを概説している。点は、各季節データセットの平均値を概説している。季節平均は、高密度化ライン（本発明の方法を実施している）及びＣＡＳラインに対する、それぞれ丸い点と四角い点である。この図は、本発明の方法による高密度汚泥ラインと並行してＣＡＳラインを試行している間に観察されたｄＳＶＩ及びパーセント集合の比較された季節の統計的仕分けを示している。ここで提供されるデータは図１０のものと同じであるが、今回は、ｄＳＶＩ及び集合体割合の変動の推移を観察するために、季節ごとに分類したものである。これらのデータは以下を示している。
－ 高密度化ライン（二重線）と、経時的に統合するＣＡＳ（単純線）で観察される集合体割合の増加、
－ 高密度汚泥（ＥＸＰライン、「二重線」のアウトライン）対、ＣＡＳ（ＣＡＳライン、「単純線」のアウトライン）に対する、より狭いｄＳＶＩの季節内及び季節間の変動、
－ 高密度汚泥（二重線）に対する、より低いｄＳＶＩの絶対値。

ＣＡＳ制御ライン汚泥が、冬に増量を経験し、集合体割合が減少してそのｄＳＶＩが低下したのに対し、濃縮汚泥は冬を通して集合体割合を維持し、更に経時的に集合体を統合したため、制御された低いｄＳＶＩを伴う優れた沈降特性がもたらされた。高密度汚泥は、環境要因変動の下で影響されないことが証明されたが、ＣＡＳ汚泥の沈降性能にはかなりの影響を与えたと考えられる。

環境要因及び生物学的設計要因は、実験中、両方のラインに対して同じであったため、図１１の２つの異なる汚泥間で観察された季節性パターンの著しい違いは、本発明で得られたマイクロバイオームのシフトを更に立証している。

ＣＡＳ制御ラインデータ（四角の点及び単一線）を観察すると、環境要因の変動により、自然に存在する集合体割合及びｄＳＶＩパターンのかなり周期的な挙動に気付くことができ、冬と春には、汚泥の浪費により、及び環境条件が集合体の形成又は維持を不可能にするため、ＣＡＳラインの集合体割合が低下する。必然的な影響は、冬にｄＳＶＩを増加させ、この特定の期間に出現及び増殖する糸状菌によって更に誘発され得る。春から夏にかけて気象条件が良くなるにつれて、ｄＳＶＩは徐々に良くなり、最も高い集合体割合に達する。集合体画分に使用されるプロトコルは、保持されたバイオマスをサイズで区別するだけのものであることに言及する必要があり、糸状菌フロックはふるいのメッシュよりも大きい場合があるため、結果に反映されるが、実際には、高密度バイオマス集合体に与えられた「高密度」の定義を満たしていないために、秋と冬の結果で得られたＣＡＳラインの夏よりも集合体割合が高くなるのは、汚泥の糸状菌増量に関連し得る。しかしながら、ＣＡＳで観察されたｄＳＶＩパターンには、環境要因の変化により従来の活性汚泥によって被る制御不能な周期的年変動が大きく表れている。

高密度バイオマスデータ（丸い点及び二重線）を観察すると、本発明に従って動作する最初の季節において、集合体割合がすでにＣＡＳの挙動から外れていることに気付くことができる。秋に増加した集合体割合は、更に、ＣＡＳバイオマスとは異なり、冬の不利な環境要因の期間中に減少しない。集合体割合及びｄＳＶＩは、春に沿って継続的に改善し、本発明に従って動作された実験ラインにおける高密度バイオマス集合体形態の濃縮という進行的なマイクロバイオームシフト現象を示す。夏には、高密度化ラインは、本発明が目標とする集合体割合（好ましくは２０～４０％）に達しており、次いで、汚泥の浪費は、続く動作においてこの制御された集合体割合を維持するために廃棄物活性汚泥ＷＡＳの２つのソースの間で調節された。

汚泥沈降速度の比較分析
更なる試験により、本発明による高密度汚泥の落下速度は、従来の活性汚泥のものよりも明らかに高いままであることが実証された。冬に試験したＷＷＴＰで遭遇した現在の動作濃度（ＭＬＳＳで２．５～４ｇ／Ｌ）では、従来の活性汚泥に対する平均１．３８ｍ／ｈに対して、濃縮汚泥の沈降速度は、平均３．３５ｍ／ｈと、常に１．４４ｍ／ｈ以超のままであった。また、夏には高濃度汚泥が最大９．０ｍ／ｈに到達したのに対して、ＣＡＳ汚泥はこれらの有利な条件でも５．０ｍ／ｈに到達するにとどまった。

更に、ハイドロサイクロン選択器の選択効果は、抽出された汚泥上で観察され、アンダーフローに保持されたものは、６ｍ／ｈ超の速度で優れた沈降特性を示した一方で、オーバーフローで放出された「軽い」画分は、供給された高密度汚泥よりも著しく沈降したが、ＣＡＳ制御ラインよりは依然として良好であった。

これらの定量化された現象の場合、本発明が提案する第２のＷＡＳソース、すなわちハイドロサイクロンのオーバーフローとして抽出される汚泥の品質が低下する可能性があるという疑問が生じる。得られた結果は、この仮説を裏付けるものではなく、それどころか、高密度化ラインのいわゆる「軽い」画分を含めて、全体的に改善されていることを実証している。実験中にサイクロンオーバーフローの汚泥に対して測定された落下速度は、制御ラインのものよりも大きかったため、抽出時の選択圧力により、高密度バイオマスを徐々に濃縮することを可能にした。その結果，オーバーフローに放出された画分は，経時的に沈降能力を向上させ，従来のバイオマスよりも高いレベルに達し，特にＣＡＳラインでは不利な環境要因により糸状菌が増量する冬により高いレベルに達した。

処理水への影響
処理水の水質を調べたところ、高密度化ラインでは、調査したほぼ全てのパラメータでわずかな改善が見られた。可溶性ＣＯＤ、又はミネラル若しくはアンモニア性窒素の溶存形態に大きな変化はなかった。しかしながら、高密度汚泥は、ＴＳＳ及び濁度の結果によって証明されるように、粒状汚染の低減に顕著な影響を与え、汚泥の高密度化により、水力ピーク降雨条件下でのより良好な浄化システムの回復力が可能となり、排出時のＴＳＳの品質に対する安定性の大幅な向上を可能にした。性能の分散は、調査期間中の制御ＣＡＳラインのＴＳＳの１１．９（±５．９）ｍｇ／Ｌに対する高密度化ラインのＴＳＳの平均値が６．９（±２．０）ｍｇ／Ｌに大幅に減少した。平均値付近の標準偏差は、Ｌｄｅｎｓに対して著しく減少した。

高密度汚泥による粒子汚染の低減における性能向上により、ＴＴＳ品質改善に関連する全窒素、ケルダール窒素、及び全リンのパラメータがわずかではあるが有意に改善した。

生成されたスカムの品質への影響
本発明により得られた高密度化の別の利点は、スカム及び混濁物質の生成の低減である。プロジェクト開始時には予想もしていなかったこのプラス効果は、最初に、脱気タンクにおいて、生物学的処理ラインの先頭にある浄化器及び嫌気性ゾーンの表面で視覚的に観察された。

実験ライン上で高密度化を実施する前の冬には、２つのラインで同様の混濁物質の生成があったが、Ｌｄｅｎｓラインに対して、実験ライン上で高密度化を実施したその後の冬には、この生成はほぼゼロに減少した。この効果は、優先的に汚泥ラインに向かって糸状菌を排出する傾向がある、汚泥抽出に対する選択圧力によって説明され得る。高密度生物学的汚泥は、繊維状生物をより含まない、より明確で分岐の少ないフロックを有する、よりコンパクトなバイオマスの外観を持っていることが顕微鏡で観察された。高密度バイオマスへの処理システムの遷移効果は、顕微鏡観察によって明確に観察され、本発明に従って動作された活性汚泥バイオマスは、高密度のフロック及び集合体のコンソーシアムの形態で移動し、その沈降特性を向上させた。

酸素移動の拡大
試験の間、毎日の自動空気パルス中に得られた溶存酸素（ＤＯ）曲線（拡散器保存目的の）は、ＣＡＳ及び高密度バイオマスに対して異なって挙動することが確認された。高密度バイオマスは、本発明による実験ライン及びＣＡＳ制御ラインに同様のＭＬＳＳ及び同様の負荷を適用したにもかかわらず、より短い時間でより高いＤＯレベルに到達するように見えた。

汚泥中のその場での酸素移動試験中の挙動の違いを確立するために、いくつかの試験を実行した。この試験は、溶存酸素（ＤＯ）レベルがゼロに到達するのに必要な間、生物学的処理通気ゾーンの空気を停止し、次いで約１時間半、送風器の全能力で通気を再開し、次に、別の約１時間半、送風器の能力を低減し、その後、再び空気を停止して汚泥の酸素吸収率（ＯＵＲ）を観察することからなる。得られたＤＯプロファイルは、図１２に示されている。

図１２は、測定を実行するためにライン内のプローブを使用して、その場での酸素化試験中に高密度汚泥（単純線）及びＣＡＳ汚泥（二重線）に対して１０秒ごとに測定及び記録された、比較された酸素化プロファイルを示している。モデル化ＤＯ値は、高密度汚泥及びＣＡＳ汚泥に対して、それぞれ点線及び破線で概説されている。四角及び丸の点は、高密度汚泥及びＣＡＳ汚泥のそれぞれに対する、ＯＵＲが計算された期間を示している。

この図で定性的に観察され得るように、同等の送風器容量及び同様のＯＵＲが観察されたにもかかわらず、ＤＯは、ＣＡＳ汚泥よりも高密度汚泥のほうがはるかに迅速で、はるかに高く上昇している（実際、ＯＵＲは高密度ラインでわずかに高かった）。

組み合わせさられたａｌｐｈａ＊Ｋｌａ（αＫｌａ）要因パラメータに従って、ＤＯをモデル化する単純なパラメータモデルの使用、測定されたＯＵＲ、及びサイトの物理的条件（気圧、温度、タンクの深度）が使用された。

ここで、
－ Ｃｘは、液体中のモデル化されたＤＯ濃度である。
－ αは、清浄水の移動と比較して、汚泥の存在による移動損失の影響を反映するアルファ係数である。
－ Ｋｌａは、通気システムの体積質量移動係数である。
－ Ｃｓ＊は、実験条件（温度及び圧力、並びにタンクの深度による過飽和）における水中の飽和酸素濃度である。
－ ＯＵＲは、バイオマスの酸素摂取率である。

この試験ではＫｌａ要因及びアルファ要因の両方が不明であるため、この実験では組み合わせたαＫｌａ値のみがアプローチされ得る。モデルパラメータαＫｌａ係数は、どちらの場合でも、おおよそのａｌｐｈａ＊ＫＬａ係数値を得るために、実際のＤＯデータとモデル化データとの間の最小平方根誤差低減法で適合された。得られた高密度化ラインの得られたαＫｌａのＣＡＳラインのαＫｌａに対する比は、通気移動の利点に関する洞察を提供する。得られた結果は、ＣＡＳ汚泥と比較して、高密度汚泥の値αＫｌａに対して約＋１５％～＋２５％を示した。両方のラインは同じ拡散器システム及び送風器容量で正確に構成されており、Ｋｌａは両方のケースで等しいと考えられ、したがって、観察結果によれば、高密度汚泥のα係数は、所与のＭＬＳＳ濃度に対してＣＡＳ汚泥のα係数よりも良好であると考えられる。

本発明によるマイクロバイオームシフトで得られる汚泥の形態構造は、ＣＡＳと比較して、所与のＭＬＳＳ濃度に対して汚泥粘度及び気泡干渉を低減することができると推測される。したがって、α要因の強化により、通気移動が改善されることになる。

高密度汚泥が酸素移動効率に及ぼす影響及び利点を完全に理解するために、適切な装置及び標準的な方法でアルファ係数をより正確に測定するように、今後、更にいくつかの専用的な研究試験が必要である。しかし、上述の迅速な評価方法により、本発明による高密度汚泥が酸素移動速度を強化させることが明らかになったが、その拡大メカニズムについては依然として調査すべきである。

汚泥の濃縮能力及び浄化器の設計
図１３は、試験室スケールで実施された汚泥濃縮試験中に高密度汚泥（菱形の点を有する黒い実線）及びＣＡＳ汚泥（丸い点を有する黒い実線）に対して得られた結果を示している。サンプリングしたばかりの汚泥を、直径１５ｃｍ、高さ５５ｃｍの目盛り付き沈降カラムに入れ、２時間の濃縮試験を行った。汚泥濃度は、汚泥ブランケット体積の動的発展に導入された初期質量に基づいて計算された。両方の汚泥は、夏の同じ日にサンプリングされ、高密度汚泥及びＣＡＳ汚泥のｄＳＶＩはそれぞれ、３７ｍｌ／ｇ及び１０７ｍｌ／ｇであった。

濃縮プロファイルは、図１３に表示されている。これらは、高密度汚泥がＣＡＳ汚泥よりもはるかに速く濃縮し、且つはるかに高い最終の２時間濃縮濃度に到達することを明確に示している。すなわち、
－ 高密度汚泥は、わずか６分後にＣＡＳ汚泥の２時間最終濃縮濃度１５ｇ／Ｌ ＭＬＳＳに到達しており、
－ 高密度汚泥は、ＣＡＳ汚泥に対して２．６６倍の４０ｇ／Ｌ ＭＬＳＳの２時間濃縮最終濃度に到達している。

対照的に、ＡＴＶ標準ガイドラインでは、以下の式を使用して、経時的な活性汚泥の濃縮挙動をモデル化する。

ここで、
Ｓｒ ｇ／Ｌ ＭＬＳＳで得られたモデル化された汚泥濃度
Ｃ ＡＴＶガイドラインにおいて１０００に等しい固定係数
ｄＳＶＩ ｍｌ／ｇ単位の汚泥の希釈汚泥体積係数
ｔｔｈ 時間単位の濃縮時間

図１３にプロットされているように、ＡＴＶガイドライン（点線：ＡＴＶによるシミュレーション－Ｓｒ＝１０００／３７＊ｔｔｈ＾（１／３））は、得られた実際の濃縮挙動の結果とは一致しない。

高密度汚泥の濃縮の現実によりよく一致するように、ＡＴＶガイドラインのＣ係数の値を修正することによって、修正されたシミュレーションアプローチが試験された。測定された濃度と一致するモデル化された２時間最終濃度を得するためのＣ係数は、約１２５０であることがわかった。高密度汚泥の濃縮挙動に対するこの修正されたＡＴＶアプローチもまた、図１３にプロットされている（破線：修正されたＡＴＶによるシミュレーション－Ｓｒ＝１２５０／３７＊ｔｔｈ＾（１／３））。

図１４は、異なる時間及びＳＶＩにおいて実施した複数の汚泥濃縮試験結果を要約したものであり、アンダーフロー汚泥（黒く塗りつぶした点）、濃縮汚泥（灰色に塗りつぶした点）、ＣＡＳ汚泥（白く塗りつぶした点）の１時間後（菱形）及び２時間後（丸い点）に得られた濃縮濃度を示している。これらの結果は、元のＡＴＶモデル（灰色の線）、並びにＳＶＩによる１時間（不連続線）及び２時間（連続線）の濃縮時間に対する、上記で提案された修正されたＡＴＶモデル（黒線）に対比されている。

得られた高密度汚泥及びアンダーフロー汚泥点は、ＳＶＩの広い範囲にわたって修正されたＡＴＶモデルと一致する。本発明により、高密度汚泥の達成可能な最終濃縮濃度は、１時間又は２時間の妥当な濃縮時間に、２０ｇ／Ｌ～４０ｇ／ＬのｄＳＶＩ値に到達することができる。濃縮率が高いほど、ＲＡＳ率を５０％だけ低減でき、これにより、浄化器の油圧負荷が次いで、２５％だけ低減される。

ＡＴＶ標準ＣＡＳと比較した高密度化の更なる影響は、以下のように要約することができる。

そのような濃縮汚泥の優れた濃縮能力により、先行技術では実現できなかった浄化器の設計が可能になる。特に、ＲＡＳ率が約５０％低く、表面オーバーフロー率が２５％高い２次浄化器の設計及び動作が可能になり、その結果、浄化器の深度が１０％、浄化器の表面が２０％、通気タンクの体積が３７．５％少なくなる。例示的な設計の要約を以下の表に示す。

結論
本発明は、高密度バイオマス集合体及び凝集バイオマスのコンソーシアムである高密度バイオマスの制御された実施を介して、活性汚泥システムで３５～１００ｍｌ／ｇのｄＳＶＩを制御することを可能にする方法及び設備を提案する。

本発明は完全な造粒を目的としているのではなく、混合液中の制御された割合の造粒形態を目指しており、低いｄＳＶＩを得るために必要なより高密度のバイオマス形態の適切な割合を目指しており、一年中、気候条件の変動に関係なく（例えば、環境要因に関係なく）、制御及び安定化されることに注意することが重要である。

本発明は、
－ 饗宴ゾーン（好気性、無酸素、非好気性）、流入水流低減の制御ベースのアプローチ、直接及び選択器のオーバーフローＷＡＳソース流低減、還流及びサイドストリームＥＢＰＲによる、クラス最高の実施形態の説明と結合することによって、連続流バイオリアクタにおけるバイオマス高密度化の性能及び競争力を向上させ、
－ 濃縮の成功と制御を最大化するために選択器をスマートに統合し、バイオフィルムＭＡＢＲなどの他の技術と組み合わせて相乗効果を得ることによって、浄化器及びバイオタンク体積の競争力を高め、
－ 「マイクロバイオームシフト」及び「アクティブバイオマスインベントリ」の制御を強化することにより、高密度化の効果を拡大し、
－ 複数のＳＲＴを管理し、硝化菌のための最小通気ＳＲＴを低減するアプローチを通して、バイオフィルムベースの処理と結合することによって、バイオマス高密度化を超高密度化し、
－ ＳＲＴのアンカップリング比を制御することにより、全てのバイオマスタイプインベントリ及びキネティクスの可能性を最適化する、
ための、高い可能性を実証している。

Claims (13)

1. 生の流入水（１０）の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化の方法であって、前記方法が、
   － 前記生の流入水（１０）を遊離懸濁バイオマスの生物学的処理に供し、それによって、活性汚泥（ＡＳ）を含むバイオマス（１１）を生成する工程（１００）と、
   － 前記活性汚泥（ＡＳ）を分離及び／又は浄化し、それによって、流出水（１２）及び還流活性汚泥（ＲＡＳ）を生成する工程（１０１）と、
   － 前記還流活性汚泥（ＲＡＳ）の少なくとも一部及び／又は前記活性汚泥（ＡＳ）の一部を、廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第１のソース（１３）として抽出する工程（１０２）と、
   － 前記還流活性汚泥（ＲＡＳ）の少なくとも一部及び／又は前記活性汚泥（ＡＳ）の一部を外部密度ベースで選択し、それによって、廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第２のソース（１５）として抽出されることを意図したオーバーフロー（１４）及び高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分を含むアンダーフロー（１６）を生成する工程（１０３）と、
   － 高密度バイオマス集合体生成処理（６７）によって、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）又はバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体（１７１）の第２の部分を、前記生の流入水（１０）の少なくとも一部で生成及び／又は維持する工程（１０４）と、
   － 前記高密度バイオマス集合体（１７１）の前記第２の部分を前記生物学的処理に供する工程（１０５）と、
   － 前記アンダーフロー（１６）の前記高密度バイオマス集合体（１７）の前記第１の部分を、前記生物学的処理及び／又は前記高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供し、
   それによって、高密度バイオマスを得る工程と、
   － 前記高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供給される前記生の流入水（１０）の量を制御する工程（１０６）、及び／又は前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第１のソース（１３）及び／又は前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第２のソース（１５）から抽出される前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の量を制御する工程（１０７）であって、
   － ３５～１００ｍｌ／ｇのｄＳＶＩ、及び／又は
   － １００μｍ～１０００μｍの粒子サイズを有する１０％超の粒子、及び／又は
   ７０％～９５％のｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ１０比、
   を有する高密度バイオマスを維持するように構成される、工程と、
   を含む、ことを特徴とする、方法。
2. 前記高密度バイオマス集合体（１７１）の前記第２の部分を生成及び／又は維持する前記工程（１０４）の前記高密度バイオマス集合体生成処理（６７）が、前記アンダーフロー（１６）及び前記生の流入水（１０）の少なくとも一部によって供給される接触ゾーン（１８）において実行され、前記生成された高密度バイオマス集合体（１７１）の第２の部分が、通常、好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）である、請求項１に記載の方法。
3. 前記接触ゾーン（１８）が、前記接触ゾーン（１８）内に配置された膜通気バイオフィルムリアクタ（６７）を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記高密度バイオマス集合体（６９、１７１）の前記第２の部分を生成及び／又は維持する前記工程（１０４）の前記高密度バイオマス集合体生成処理（１８）が、
   － 生物学的通気若しくは無酸素濾過（ＢＡＦ）、
   － 膜通気膜リアクタ（ＭＡＢＲ）、又は
   － 移動床バイオフィルムリアクタ（ＭＢＢＲ）を含む生物学的濾過、
   － 回転生物学的接触器、
   － 散水フィルタ、
   － 埋め込み培地、
   などの、好気性、無酸素性、又は嫌気性バイオフィルムベースの処理（６６、６７）を含み、
   前記高密度バイオマス集合体生成処理（１８）が、前記生の流入水（１０）の少なくとも一部で供給され、それによってバイオフィルムバイオマスを生成し、バイオフィルムバイオマス過剰分が、遊離懸濁硝化若しくは脱窒若しくは嫌気性バイオフィルム（６９）の形態で生物学的処理プロセス工程（１００）に脱落する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. － 発酵工程に供される活性汚泥（ＡＳ）若しくは還流活性汚泥ＲＡＳの量を制御する工程（１１１）、及び／又は
   － 発酵工程に供される前記アンダーフロー（１６）の量を制御する工程（１１２）、及び／又は
   － 前記高密度バイオマス集合体の生成及び／又は維持ユニット（１８）に供給されるＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）の量を制御する工程（１１３）であって、ＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）の残りの部分が前記生物学的処理に供給される、工程（１１３）、
   を更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくともＶＦＡ及び／又は容易に生分解可能な炭素を含む追加のストリーム（１９）を、前記高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供給する工程（１０８）を更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. － 前記高密度バイオマス集合体生成処理（６７）に供給される前記生の流入水（１０）の量を制御する工程（１０６）、及び／又は
   － 前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第１のソース（１３）から、及び／若しくは前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第２のソース（１５）から抽出された前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の量を制御する工程（１０７）が、
   － 好ましくは４０～７０ｍｌ／ｇのｄＳＶＩ、及び／又は
   － 好ましくは維持された２００μｍ～５００μｍの粒子サイズを有する、好ましくは２０％～４０％の粒子、及び／又は
   － 好ましくは７０％～８５％のｄＳＶＩ３０／ｄＳＶＩ１０比、
   を有する高密度バイオマスを維持するように構成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記分離の工程（１０１）が浄化器で動作される場合、前記浄化器が、
   － 前記浄化器の底部で２０～３０ｇ／Ｌの固形物濃度を達成する濃縮性能、及び／又は
   － 前記流入水流量の約３０～６０％のＲＡＳ速度、及び／又は
   － １．０～４．０ｍ／ｈ、好ましくは１．６～３．２ｍ／ｈのアップフロー速度（ＳＯＲ）、及び／又は
   － ８．５～３３．８ｋｇＭＬＳＳ／ｍ^－２ｈ^－１、好ましくは１０～２２ｋｇＭＬＳＳ／ｍ^－２ｈ^－１の表面負荷率、及び／又は
   － 従来設計と比較して、深度が約１０％少なく、体積が２０％少ない設計、
   － 従来設計と比較して、体積が３０～４０％小さい通気タンクの設計、
   を達成するように動作され、
   又は、前記分離の工程（１０１）が膜リアクタ（ＭＢＲ）中で動作される場合、前記膜リアクタ（ＭＢＲ）が、
   － 膜の寿命を短くすることなく、メンテナンスクリーニングが試薬の消費とともに週に１回以下の頻度に一貫して大幅に削減される、ポリマー膜のメンテナンスクリーニングサイクルの低減された頻度、又は
   － 膜の寿命を短くすることなく、最先端のクリーニング頻度で、２０℃で３０Ｌ．ｍ^－２ｈ^－１を常に超える年間平均濾過正味フラックスの適用、
   を達成するように動作される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 生の流入水（１０）の生物学的処理における制御されたバイオマス高密度化のための設備（５０）であって、
   － 第１の入口（６１）、第２の入口（６２）、及び第１の出口（６３）を有する遊離懸濁バイオマスを収容する生物タンク（６０）であって、処理水、及び前記第１の出口（６３）で回収された活性汚泥（ＡＳ）の混合物を生成するために、前記生の流入水（１０）の少なくとも一部及び還流活性汚泥（ＲＡＳ）が前記第１の入口（６１）で供給されるように構成された、生物タンク（６０）と、
   － 第１の入口（７１）、第１の出口（７２）、及び第２の出口（７３）を有する分離ユニット（７０）であって、前記第１の入口（７１）で前記活性汚泥（ＡＳ）が供給され、前記第１の出口（７２）で回収された流出水（１２）及び前記第２の出口（７３）で回収された還流活性汚泥（ＲＡＳ）を生成するように構成された、分離ユニット（７０）と、
   － 前記還流活性汚泥（ＲＡＳ）の少なくとも一部及び／又は前記活性汚泥（ＡＳ）の一部を、廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の第１のソース（１３）として抽出するように構成された抽出デバイス（８０）と、
   － 第１の入口（９１）、第１の出口（９２）、及び第２の出口（９３）を有する外部重力ベースの選択器（９０）であって、前記第１の入口（９１）で前記還流活性汚泥（ＲＡＳ）の少なくとも一部及び／又は前記活性汚泥（ＡＳ）の一部が供給され、前記還流活性汚泥（ＷＡＳ）の第２のソース（１５）として前記第１の出口（９２）で抽出されることを意図したオーバーフロー（１４）及び前記第２の出口（９３）で回収された高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分を含むアンダーフロー（１６）を生成する、ように構成された、外部重力ベースの選択器（９０）と、
   － 第１の入口（１８１）、任意選択的に第２の入口（１８２）、任意選択的に第３の入口（１８５）、及び第１の出口（１８３）を有する高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）であって、前記第１の入口（１８１）で前記生の流入水（１０）の少なくとも一部が供給され、任意選択的に前記第２の入口（１８２）で前記アンダーフロー（１６）が供給されて、前記第１の出口（１８３）で回収された好気性粒状汚泥（ＡＧＳ）若しくはバイオフィルムなどの高密度バイオマス集合体（１７１）の第２の部分を形成するように構成されている、高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）と、
   － 前記生成及び／又は維持ユニット（１８）の前記高密度バイオマス集合体（１７１）の生成された第２の部分、並びに任意選択的に前記アンダーフロー（１６）の前記高密度バイオマス集合体（１７）の第１の部分の少なくとも一部を前記第２の入口（６２）で供給され、それによって高密度バイオマスを得るように更に構成される、生物タンク（６０）と、
   － 前記高密度バイオマス集合体生成及び／若しくは維持ユニット（１８）に供給される前記生の流入水（１０）の量のコントローラ（１８４）、並びに／又は前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第１のソース（１３）及び／若しくは前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の前記第２のソース（１５）から抽出される前記廃棄物活性汚泥（ＷＡＳ）の量のコントローラ（１３１）と、
   を備える、設備（５０）。
10. 前記高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）が、接触ゾーン及び／若しくは膜通気バイオフィルムリアクタであるか、又は膜通気バイオフィルムリアクタを含む接触ゾーンである、請求項９に記載の設備（５０）。
11. 前記高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）が、少なくともＶＦＡ及び／又は容易に生分解可能な炭素を含む追加のストリーム（１９）を前記第３の入口（１８５）で供給されるように更に構成されている、請求項９又は１０に記載の設備（５０）。
12. 第１の入口（４１）、第２の入口（４２）、及び第１の出口（４３）を有する発酵タンク（４０）であって、前記活性汚泥（ＡＳ）の少なくとも一部及び／又は前記還流活性汚泥（ＲＡＳ）の少なくとも一部を前記第１の入口（４１）で、並びに／又は前記アンダーフロー（１６）の少なくとも一部を前記第２の入口（４２）で供給して、前記第１の出口（４３）で回収されたＶＦＡを含むストリーム（２０）を生成する、ように構成された、発酵タンク（４０）を備え、前記高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）が、ＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）が前記第３の入口（１８５）で供給されるように構成され、及び／又は前記生物タンク（６０）が、ＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）が前記第２の入口（６２）で供給されるように構成されている、請求項９～１１のいずれか一項に記載の設備（５０）。
13. － 前記発酵タンク（４０）の前記第１の入口（４１）で供給される活性汚泥（ＡＳ）若しくは還流活性汚泥（ＲＡＳ）の量のコントローラ（１５１）、及び／又は
    － 前記発酵タンク（４０）の前記第２の入口（４２）で供給されるアンダーフロー（１６）の量のコントローラ（１５２）、及び／又は
    － 前記高密度バイオマス集合体生成及び／又は維持ユニット（１８）の前記第３の入口（１８５）で供給されるＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）の量のコントローラ（１５３）を更に備え、
    前記生物タンク（６０）が、ＶＦＡを含む前記ストリーム（２０）の残りの部分が前記第２の入口（６２）で供給されるように構成されている、請求項１２に記載の設備（５０）。

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