JPH06511194A - バイオスラリ反応システム及び有害廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 パイオス−１・システム　び　ル 可豆」辷ゴ慣鼠 本発明は、１９８９年１１月１３日に提出した私の開示文献第２３９，２３３号 に関連するもので、該文献は参照することにより本明細書に組み入れられる。

発呪■分野 本発明は有害廃棄物の処理に使用する方法及びシステムに関し、より詳細にはタ ール状及びオイル状のスラッジ及びそれに付随する微生物で分解できる有機化合 物で汚染された土壌の処理に使用される生物的処置方法及びシステムに関する。

光皿Ω背量 廃棄物又は廃棄物で汚染された物質を処理する生物的プロセスの使用は文献中で 広く開示されている。米国の多くの精製所は、何年にも亘ってアメリカン・ペト ロレウム・インスティチュート（ＡＰＩ）の分離装置のスラッジ、ディゾルブト ・エア・フローテーシヨン（ＤＡＦ）の分離装置の浮遊物及び他の石油で汚染さ れた物質の処理を行うための陸上での処理施設を稼働させている。米国では、生 物的プロセスが炭化水素物質で汚染された幾つかの有害廃棄物を現場で処置し及 び／又は処理するために利用されている。　１９９０年２月のシンポジウムの論 文で（ＥＰＡ−バイオテクノロジー環境関連用途への適用に会する工業的ミーテ ィング）ＥＰＡは、３０から４０の木材保存現場でバイオテクノロジーが土壌及 びスラッジの処理に成功裏に利用され、かっ２００を越える有機汚染物が処理ア プローチの組合せを使用して成功裏に処理されていると認めた。生物的プロセス は複数の及び暑々の汚染源からの汚染物を含むスーパーファントの現場の処置に 成功裏に使用されている。

経済上及び環境的な考慮は、生物的プロセス技術は廃棄物及び廃棄物で汚染され た物質の処置及び処理用に重要な可能性を提供することを示している。これに関 連して、有害廃棄物で汚染されているエリアは通常非常に大きく、処置対象とな る大量の固体の処理を必要としている。焼却又は化学的固定及び封入のような最 終的な処分技術の使用は、これらの物質の取扱い及び処分エリアへの運搬に伴う 負担に加えて非常に大きな費用の支出を生じさせる。生物的分解方法は現場で実 施でき使用する機器が複雑でないため他の多くのアプローチと比較してコストが 低くなる。更にこれらは全体の処理アプローチに対して上述の理由及び現場処理 の組合せを使用して実施できる。生物的分解方法は、一度確立されると現場の処 置を来るべき何年にも亘って継続できる天然の微生物を汚染されたエリアに戻す 、多くの廃棄物現場の天然の洗浄性は生物的分解法により刺激され、代替アプロ ーチ（例えば循環ゾーン内の土壌）によっては通常処理されない現場での部分で 丁度役立つ。

生物的プロセスは、有機媒質を代謝するための固有の又は増加した微生物の能力 を開拓することを含む、このプロセスは、代謝を通して汚染された媒体中の有害 成分が無害な成分に変換されるかその濃度が減少してそれが最早人間の健康及び 環境への脅威を与えないようになる場合には処置の一選択肢として有用である。

生物的プロセスは、陸上の環境（例えば陸上の農業、堆肥化）で達成されること ができ、タンク（例えばタンクに基づく地下水処理、スラリ相生物的処置）で行 うことができ、内層面土壌中の汚染物の卓越した微生物的分解により現場で達成 することができ、好気的及び／又は嫌気的環境下で達成することができ、かっ固 をの又は培養され／増加した微生物のいずれかを利用することができる。

サイトの特殊な条件に依存して微生物分解以外のプロセス、例えば揮発、吸収及 び光分解も生物的プロセスの間に起こることがある。このような物理的現象は放 出コントロール及び処理された残渣の化学的安定化の使用なしに適用する場合に は生物的プロセスの効果に疑問が残る傾向がある。生物的分解プロセスを成功さ せるためには少なくとも３種類の基準に合致しなければならない、第１に、複雑 な生物的分解を行うための適切な代謝能力を有する微生物のコミユニティが存在 しなければならない、このような微生物のコミユニティの存在は、これら及び他 の天然に存在する微生物を類似の物質に前もって接触させることにより生ずる。

第２に、微生物−基質相互作用が要求され、これは潜在性のある基質の生物的利 用性に依存する。最後に温度、ＰＨ１酸素利用性、栄養分及び湿気のような環境 的因子が微生物の成長に有利でなければならない。

木材の防腐剤（例えばペンタクロロフェノール）、幾つかの生物的分解可能な除 草剤及び選ばれた炭化水素物質（例えば石油から得られるオイルやグリース）を 含む汚染された土壌やスラッジを処理するために使用される比較的近年の生物的 プロセスのアプローチはスラリ相の生物的処置である（Ｕ、Ｓ、ＥＰＡ・エンジ ニアリング・ブリティン−スラリ生物的分解、Ｅ　Ｐ　Ａ１５４０／２−９０１ ０１６）、この技術は液体／固体システムとして参照されることのあるタンクを 利用する生物的プロセス方法である。スラリ相生物的処置プロセスは抽出及び生 物的分解により有機スラッジ及び汚染された土壌を処理する。これはスラリ相中 の固体を懸濁させるためかつ生物的分解が通常起こる水相への有機汚染物の物質 移動を最大にするために強力でハイパワーの混合を必要とする。

スラリ相生物的処置プロセスは陸上農業、土壌蓄積、コンポスト積み重ねのよう な生物的プロセスより迅速な処理を提供しかつ必要とする面積が少ない、スラリ 相生物的処置プロセスの滞留時間は、廃棄物成分マトリクス、物理的／化学的性 質、汚染物濃度及び成分の生物的分解性により変化する。従来のスラリ相生物的 処置プロセスは次の特性を有している。

（→　生物的分解は常に好気性条件下で起こる。

但）　バッチプロセスは最も一般的なモードの操作である。

（Ｃ）　Ｑｌ気及び混合は機械的曝気装置又は高速（例えば３００〜８００回転 ／分）の機械的タービンを浮かべることにより水中曝気として一般に行われる。

（ハ）合成化学品をベースとする界面活性剤及び分散剤が通常添加され廃棄物成 分溶解が達成されること、及び （ｅｌ　典型的には生物的分解よりむしろ揮発が文献で報告されている多くの汚 染物のカテゴリー（例えば石油芳香物質、パージできるハロゲン化炭化水素、多 核芳香族炭化水素）の汚染物成分除去の主要な寄与手段である。

次のことから、従来のスラリ相生物的処置プロセスは廃棄物処理の重要性に対し 決定的な限界を有している。

（ａｌ　バフ千条件下の操作は、少数の順応していない微生物をその最高汚染強 度において廃棄物と接触させる。従来のプロセスは廃棄物を水で希釈しかつ混合 エネルギーを増加させることにより補償することができるのみであり、これは処 理の間の芳香族成分の揮発量を増加させる。

Φ）合成化学品をベースとする界面活性剤及び分散剤の付加はしばしばプロセス の生物的分解の重要性を減少させる微生物的抑制を生じさせる。

（Ｃ）　浮遊する機械的曝気装置及び／又は高速の機械的タービン混合機の使用 は非常にエネルギー集中的であり、高密度スラリ（つまり固体が２５重量％より 大きい）条件での操作を非経済的にする。

（イ）高度の廃棄物成分揮発の可能性はプロセスへの空気汚染コントロールの必 要性を暗示している。典型的な空気放出コントロールのアプローチは気相活性炭 吸着及び／又は煙霧焼却でありこれらはプロセスにかなりのコストを付加する。

発所五概要 本発明によると、汚染物を水相に溶解しかつそれを微生物的に分解することによ り、有機スラッジ及び有機ステップと有機物で汚染された土壌の混合物の改良さ れたスラリ相生物的処置の処理を提示する方法及び関連システムが開示される。

前記方法を実施する好ましい態様は、 （ａ）　水及び活性バイオスラリでスラッジと土壌の固体高含有量のスラリを形 成し、 伽）前記固体高含有量のスラリを、それぞれが凝集した懸濁物を形成する多数の 微生物集団の育成を促進するために低液圧剪断力に維持された複数の一連のバイ オリアクタを通過させ、 （Ｃ）　連続的又は半連続的に前記一連のバイオリアクタからの流出物を液体− 固体分＊＊に流して混合された液体バイオスラリを生物的分解された廃棄物残渣 から分離し、 （ｄ）　少量の生物的分解残渣を含む混合された液体バイオスラリをリサイクル のためにステップ（川のスラリに戻し、かつ（ｅ）　前記システムからのオフガ ス成分を１又は２以上のバイオリアクタに再循環し、微生物的分解を増加させか つプロセスからの揮発性有害成分排出のコントロールのために高揮発性の有害成 分を戻す、各ステップを含んでいる。

本発明方法は、対象とするタール状−オイル状のスラッジ及び土壌中の有害成分 の生物的分解を行うために、典型的には石油化学的処理の生物的プロセスからの 活性スラッジの形態である炭化水素分解微生物と共基質の組合せを使用する。

使用するアプローチ法は、順応した微生物集団を有害廃棄物質に添加することを 含み、これにより攪拌されたタンク中で高混合液体濃度（つまりその７０から８ ０％がタール状−オイル状スラッジ及び／又は土壌である２５から４０％の固体 、そして乾燥重量ベースで２０から３０％が活性バイオスラリである）で反応す る廃棄物と微生物のスラリか形成され、微生物の成長と基質の利用のための最適 温度で酸素欠乏状１Ｍ（つまり溶解酸素濃度が０．５ｍｇ／１未満）又は好気性 （つまり溶解酸素濃度が２．０ｍｇ／ｊ！以上）条件のいずれかによる汚染物の 分解を行う、生物的分解に対するこのアプローチは生物的処置プロセスの完全な 可能性を達成するために順応した微生物の十分な評価を与えることを予測させる 。

有害廃棄物の酸化的（つまり好気性）又は還元的（つまり嫌気性）のいずれかの 生物的分解の＠横は、廃棄物成分の水相への初期溶解及びそれに続く通性嫌気性 微生物の通常の代謝を通しての成分の実際の生物的分解である。廃棄物成分の溶 解は、より親油性の高い成分を水相中へ分散させる乳化剤として機能する微生物 的界面活性剤の形成を生じさせる。混合された液体への共基質（トルエンのよう な）の添加は代謝機構を通しである種の廃棄物成分の生物的分解を促進し微生物 に生合成用の付加的な炭素源を提供する。代替炭素源上で培養された多数の微生 物の種々の生理機能が共に機能して連続的にフェノール類及び多核芳香族炭化水 素類（ＰＡＨｓ）のような複雑な有機分子を攻撃し、変形しかつ分解する、廃棄 物成分の生物的分解は協力的な共代謝現象である。酸素欠乏条件下では還元的な 生物的分解が起こり、ある種のパージできるハロゲン化炭化水素及び幾つかの多 ハロゲン化ビフェニル類の脱ハロゲン化を生じさせる。このプロセスは、微生物 にエネルギー及び生合成両用の炭素源を与える選択された共基質の存在下でも進 行する。好気性代謝に戻ると、通性嫌気性微生物は低分子量のハロゲン化された 成分の二酸化炭素、水及びハロゲン化物への分解を完了する。

本発明方法によると、一連の攪拌されたタンク反応装置への連続的又は半連続的 な供給が維持され（つまりプラグフロー条件に近づり）、初期には微生物集団に 高濃度比の基質を供給し、次いでパンチ腐食反応と同様に反応装置システムを通 して負荷を先細りにする。バイオスラリは連続的又は半連続的な処理の間にプロ セスの微生物に対する基質比をコントロールするために再循環され、従来の液体 廃棄物の活性スラッジ処理と同様に更新できるプロセスを与える。処理後のバイ オマス分離を達成するために必要な凝集した懸濁物を形成する大量の通性嫌気性 微生物の繁殖を促進するための低液圧剪断力の環境を利用しながら、好気性処理 間の深いタンク反応装置中の高酸素伝達効率を維持する。卓越した処理のために オフガスの再循環が使用され揮発性炭化水素が集められ反応装置システムに戻さ れる。パージできる芳香族化合物及びハロゲン化炭化水素が連続的な一連のガス 状システムで生物的に分解され一微生物と接触する滞留時間は対象とする化合物 の分解の最小許容速度より大きい。

酸素欠乏性及び好気性が交互に位置する攪拌されたタンク反応装置を使用して廃 棄物中の塩素化された炭化水素の還元的及び酸化的な組合せの脱ハロゲン化を行 うことができ、パージできるハロゲン化炭化水素及び幾つかの多塩素化ビフェニ ル類（ＰＣＢｓ）及び他のハロゲン化された有機物の生物的分解を改良する。

このプロセスではＰＣＢである上記ペンタクロロビフェニルの塩素化された異性 体は酸素欠乏条件下で脱ハロゲン化され、一方幾つかの低分子量の塩素化された 異性体は酸化性代謝により分解される。ペンタクロロビフェニルより大きい分子 量のＰＣＢの塩素化された異性体は厳格な好気性条件下で操作されるときにこの プロセスでは持続性があると思われる。

廃棄物／微生物の混合物への選択された共基質の添加は、複雑なハロゲン化され た及びハロゲン化されていない炭化水素類の改良された処理を行う容易に生物的 分解可能な炭素源を提供する。これらの共基質は廃棄物質（例えば石油廃棄物中 のトルエン）中に存在しても良く、そしてそれらの使用は活性バイオスラリ再循 環及び／又は容易に生物的分解できパージできる芳香族化合物のオフガス再循環 （好気性又は酸素欠乏条件の両者）の追加を通して最適化できる。好適な共基質 はパージできる芳香族化合物であるトルエン及びパラキシレン、単純なフェノー ル及びパラ−クレゾール（つまり４−メチル−フェノール）のようなフェノール 類、フェニルデカン、ヘキサデカン、パラ−ナフタレン酸（つまりベンゼンパラ ジカルボン酸）、ビフェニル、安息香酸エステル、樟脳、ピレン及びブタノン（ つまりエチルメチルケトン）を含む。これらの化合物は、対象とする汚染物より 親水性で、通性嫌気性微生物中のチトクロームオキシダーゼ生産を誘起し、幾つ かの高分子量汚染物（例えばベンゾ（ａ）アントラセン）の核を提供し、かつ成 長基質（つまり微生物のサポート成長）として機能できる。

本発明の生物的処置システム及び方法は、次の化合物群の１又は２以上により汚 染されたタール状及びオイル状のスラッジ及びそれに付随する土壌の処理に一般 的に有用であるハ１）パージできる芳香族化合物（例えばベンゼン、トルエン、 キシレン類、エチルベンゼン及びスチレン）　、（２）パージできるハロゲン化 炭化水素（例えばクロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、１．２−ジクロ ロエタン及びトリクロロエチレン）、（３）多核芳香族炭化水素（例えばナフタ レン、ピレン、アセナフテン、アントラセン及びクリセン）　、（４）ペンタク ロロビフェニル未満の塩素化された異性体を存する多塩素化されたビフェニル類 、タール状及びオイル状のスラッジ及び付随する土壌中の汚染物は対象とする生 物的処置システムにより室温又はより高温で廃棄物質１キログラム当たり成分が 数百ミリグラムとなるまで処理可能である。

微生物をベースとする有害廃棄物処理プロセスは、オイル状スラッジ及びアスフ ァルトタイプの廃棄物の精製及び石油化学的生産、有機化学品生産からのプロセ ス廃棄物スラリ（例えばスチレンクール、プロセスタンクの底部からの溶媒汚染 されたスラッジ）、木材タールをベースとするクレオソート（例えばフェノール 類及びフェノール誘導体）で汚染されたスラッジ及び起こり得るコールタールを ベースとするクレオソート（例えばナフタレン及びアントラセン）で汚染された スラッジ、いくつかのＰＣＢで汚染されたＣＥＲＣＬＡサイトからのスラッジ及 び土壌、及び燃料オイル及びディーゼル燃料で汚染された流出エリアからの土壌 を含む多数の有害廃棄物及び付随する液体の処理に成功裏に適用することができ る。

図面の簡単な説明 添付図面中、図面は本発明に従って操作されるシステムの概略ブロックダイアグ ラムである。

好を長■態様Ω説囚 本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）放出を良好にコントロールする揮発性炭 化水素の生物的分解を改良するために、そしてシステムの廃棄物負荷処理ポテン シャルを改良するために修正されることのできる一般に従来と同様のバイオリア クタを利用できる０本発明によるリアクタシステムは添付図面に現れている。

このシステムは４種類の主要な要素、廃棄物溶解セクシヨン、バイオリアクタ系 列セクション、液体一固体分離セクシヨン及びオフガス管理セクションを含んで いる。

典型的にはタール状、オイル状のスラッジと土壌の混合物である廃棄物１３は、 放射状の流れのタービン混合機により固体骨が懸濁状態に維持される第１段廃棄 物溶解リアクタ１中に供給される。上澄水及び液体一固体分離セクシヨン７から のバイオスラリ及び補給水がそれぞれ１５．１４及び２８で供給される。有害有 機物の揮発が重要な問題を徒ボするときには、前記廃棄物溶解リアクタはカバー されかつ好気性バイオリアクタにも使用されるオフガス管理システムに接続され る。可撓性パーツ（図示せず）を利用する回転容積移送式ポンプが前記廃棄物溶 解リアクタｌヘスランフをポンプで供給するために使用される。可撓性部材ポン プは連続的に動作し、供給はほとんどの時間、供給タンク（図示せず）へ戻して 再循環できる。予備設定インターバル間の第１段廃棄物溶解リアクタ１への流れ を生じさせるためにタイマーを使用する。栄養分を前記廃棄物溶解リアクタ中の 供給物に又は直接下流側の任意の又は全てのプロセスバイオリアクタに直接添加 することができる。プロセスへの栄養分の添加の選択されるポイントは有機物処 理目的を達成するために必要とされる住物的乳化量に依存する。前記供給物はそ れをオブシッンの熱交換機（図示せず）を通すことにより予熱することができる 。熱は、空気と水の混合物を取り扱う遠心型容積移送式真空ポンプ（図示せず） により使用されるガスコンプレッサー冷却水システムからも誘導することができ る。

本発明によると、分解されるべき廃棄物は、５個まで概略的に示した一連のイン ラインスラリバイオリアクタ、つまりリアクタ２．３．４．５及び６を通過する 。好ましくは図中にリアクタ２．３及び４として示したように、少なくとも３個 の好気性バイオリアクタ段を使用し、他の２個のオブシッン段５及び６は点線で 示している。各リアクタは完全な混合タイプである。使用される段が増加するほ ど生物的分解の動力学が理想的なプラグフローリアクタの動力学に近づく、生物 的凝集は全微生物数に対して１次反応であるため、プロセスはプラグフローに近 づく滞留時間分布を示すよう設計される０本プロセスにより処理されるタール状 及びオイル状廃棄物質は基質の腐食と微生物成長用の最適の生物的動力学を達成 するために良好に混合されなければならない、従って複数の直列の連続攪拌タン クリアクタの組合せは最も適切なプロセスのコンフィギユレーションである。

本プロセスで使用するために最も適切なバイオリアクタは、放射状又は縦方向の スターラーを有する攪拌タンク、吸引タービンを有する攪拌タンク、ドラフト管 曝気装置を有する攪拌タンク、深いジェットリアクタ、及び内部又は外部エアリ フトを有するエアリフトリアクタである。リアクタの内容の完全な混合を得るだ けでなく、表面浮遊物の形成及び底部沈澱物の蓄積を防止して新たに添加された 廃棄物の混合による取込みを確保するために、次の方法の任意のもの又は全てを リアクタ中で使用することができる。

−スラリ内部中に拡散材を通してガスを注入することにより攪拌を行う。

−軸方向又は放射方向の流れのタービンのような攪拌又は混合装置による回転運 動を与える。

一リアクタの内部のエアリフト又はドラフト管移送システムによる回転運動を与 える。

一リアクタの外部に配置されたポンプによる回転運動を与える。

バイオリアクタは水相中へのタール及び重油の溶解を促進するため及びタール及 びオイルの微生物的分解用の最適条件を達成するための両者を行うよう設計され る。このためには細菌の成長制限が防止されなければならずかつ有機物の生物的 酸化がリアクタ中のどこでも存在するようにしなければならない、細菌の成長制 限の防止は、十分に栄養分と溶解した酸素を分散させがっ微生物に与えるための 攪拌タンクリアクタを必要とする。有機物の最適な生物的分解はプラグフロー条 件下で起こる。従って２種のリアクタタイプを結合するシステムコンフィギエレ ーションは両目的を達成する。これは、直列コンフィギユレーションの連続攪拌 タンクリアクタの使用により満足できる。

前記プロセス用のりアクタ設計の第３の条件は、バイオリアクタが生物的凝集を 促進することである。攪拌タンクリアクタは典型的な高度の乱流条件に遭遇する ため、生物的凝集の破壊がしばしば起こる０局部的剪断応力が集合体の内部結合 力を上回るときは、小さい凝集粒子が大きい集合体から切り取られる。高度な乱 流環境では、生物的凝集の破壊は表面の腐食及び凝集体の分裂から生ずる。

当業者は集合体の破壊がバイオリアクタへ加えられるパワーに比例することを知 っている。タール状でオイル状のスラリの粘度が増加するにつれ混合を行うため に必要とされる加えられるパワーも増加する。パワー消費が増加するとプロセス 中の微生物を損傷することのある強力な剪断力をリアクタ中に生じさせる。最終 的にリアクタ中に導入された全てのエネルギーは熱に変換され、これによりパワ ーを加えるための高いコストに加えて冷却の必要性の増加に導かれる。

それらの単純な構造及び経済的な混合特性のため、エアリフトループリアクタが プロセス内でリアクタ２．３．４．５及び６として使用された。これらのスラリ バイオリアクタは一般的には従来のものと同様であり、このタイプの装置の代表 例は米国特許第４．７２８，０８２号、第４，７２９．７８８号、第４，６４９ ．１１７号及び第４．７３２，６０８号中に示されている。エアリフトループリ アクタの性能は十分に多様性があり、その生物的な酸浸出プロセスや工業的な醗 酵での使用を促進する。散布ガスの広がりを通してのパワー散逸の拡散性のため 、エアリフトループリアクタは最小の機械的剪断でスラリの良好な攪拌を提供す る。前記設計は、剪断に鋭敏な微生物培養にダメージを与えることのある機械的 な混合を使用する必要性なしに穏やかな攪拌を与える。エアリフトループリアク タは、本発明の典型であるタール状、オイル状のスラリのような非ニユートン液 体を混合するためにも効果的である。

該エアリフトループリアクタは上部及び底部で相互接続された２つのチャンバー から成っている。一方のチャンバーであるライザーでは、ガスは底部で散布され る。ガスは上昇し上部から外部へ放出される。従って多くの状況でダウンカマー である他のチャンバーにはガスが存在しない。ライザーとダウンカマー間の密度 差は強い液体循環を生じさせる。典型的には２種類のエアリフト、内部及び外部 ループリアクタのデザインが使用される。上述の米国特許は内部エアリフトルー プリアクタの例である。

エアリフトループリアクタの液体混合時間はガス散布速度の増加とともに減少す ることが知られている。曝気は、空隙形成に起因する供給能力の減少に基づく攪 拌されたタンクリアクタのパワーナンバーの減少を生じさせることも知られてい る。これが、微生物のスラリに溶解酸素を提供するために散布曝気が使用される 際の攪拌されたタンクリアクタ中で混合時間が増加する理由の１つである。従っ てエアリフトループリアクタは表面の高速ガス流の攪拌されたタンクリアクタに 対し明確な利点を示す。

エアリフトループリアクタは典型的にはバブルフローとして知られる流れ方式中 で作動する。これはプラグフローがエアリフトライザー中で有力であることを暗 示している。しかしこの仮定を実証するための局部流現象の測定は文献中で報告 されていない。エアリフトループリアクタのダウンヵマーセクションの容量がサ イズ的にライザーセクションのそれの何倍にも増加し穏やかに拡散するガスがダ ウンカマーの底部に導入されると、ダウンカマーセクション中に理想的に攪拌さ れたタンクリアクタのそれに近づいた攪拌条件が形成される。複数の微細なバブ ル拡散器がガスの導入のために使用されると、エアリフトループリアクタの特徴 的な穏やかな攪拌は依然として維持される。しカルダウンカマーは中程度の密度 のスラリを混合することができる。これは部分的に、米国特許第４，７２８．０ ８２号及び第４．７３２，６０８号に記載された微生物的なミネラル回収に適用 されるような装置である０本発明は、石油及び石油化学の操作からのタール状、 オイル状の残渣の高粘度スラリを、低速軸方向流タービンもエアリフトとともに 設置されたようなりアクタ中で最も良好に混合されることを維持している。好ま しい条件は、ダウンカマーがライザーの断面積の１０００倍で最小であり、ダウ ンカマー内の拡散されたガス流がバブルの大きな塊への集合を防止するために４ ．５ミリメートル以下のバブルを生成することである。ダウンカマー内の軸方向 流タービンはりアクタの中心に向かって降下し次いで拡散されたガスの流れ方向 に上向きの液体の動きを誘起するように設計される、好ましい設計は各１５〜３ ０分毎にリアクタの内容物が完全に回転するようにすることである。この条件は 混合のエネルギー消費を最小にすること及びプロセスの後の反応段における細菌 の生物的凝集の可能性を高めることの両者を行う。

石油−石油化学廃棄物からのタール状、オイル状の残渣の処理を行う際の本プロ セスのバイオリアクタの底部は主として高粘度のアスファルト状の乳化物から成 る。これらのアスファルト状乳化物の典型的な運動掌上の粘度範囲は１０００か ら７０００セカンド・シーボルト・ユニバーサル（ＳＳＵ）単位である。＠生物 処理が効果的であるならば、これらの乳化物はプロセスのバイオリアクタの反応 ゾーン中に再分散されなければならない、アスファルト状乳化物の再分散は、次 のタイプつまり軸方向流スクリューポンプ、内部ギアポンプ、内部ローブポンプ 、可撓性ライナーポンプ及び可撓性チューブポンプのタイプの回転容積移送式ポ ンプの使用を通して行われることが本発明の態様の１つである。これらのうち単 一スクリュー及び可撓性チューブポンプが好ましい。これらのポンプの使用から 生ずる容積的なターンオーバーの範囲は時間当たり１．０から１．５倍である。

廃棄物溶解リアクタ１中では一般に２０から５０回転／分の範囲の遅い混合速度 で比較的高い剪断力を与える低速放射流タービンを使用することが好ましい、こ れは、順応した微生物の集団が多数存在する場合に卓越した廃棄物溶解のための 高レベル混合を誘起させる。

全てのバイオリアクタはカスケードモードで配置され、かつ種々の液体混合レベ ルで作動する。リアクタは完全にガスでシールされている。第１段の廃棄物溶解 リアクタｌは好ましくは酸素欠乏条件で作動しこのセクシゴンに嫌気性の微生物 的代謝を誘起させる。第１段１で起こる操作の目的は、基本的にウォーター−イ ン−オイルの安定な乳化物つまり典型的にはタール中の乳化物を形成することで ある。ここにおける廃棄物は一般に絶対粘度で３０００から１００００センチボ イズの非常に粘性の高い重質残留物である。微生物によるそれらの分解を容易に するためにこれらの物質をより低粘度にすることが望ましい。廃棄物中の長鎖炭 化水素は本質的に水に不溶の化合物である。微生物との一定の接触を維持する水 溶性成長基質と異なり、水に不溶の基質はどのような方法かにより微生物−基質 の接触を達成するために細菌細胞に運ばれなければならない、長鎖炭化水素が生 化学的機構を使用して安定化され直径１μｍ未満の炭化水素の小滴が水性媒体全 体に分散されることが本プロセスの一態樺である。これは、バイオリアクタ内の 炭化水素利用細菌により生産される細胞外の炭化水素−乳化及び安定化剤の存在 により達成される。酸素欠乏状況を与えることにより、処理の間の廃棄物成分溶 解を誘起するよう作用する生物的溶媒及び生物的界面活性剤の生産を高める適切 な酵素の存在が保証される。生物的界面活性剤の多くはおそらく細胞外にあり、 それらは炭化水素廃棄物質の乳化を補助する。いくつかは細胞壁内にも存在しお そらく微生物内への炭化水素の移送を助ける。典型的な生物的界面活性剤は糖脂 質及びアミノ酸脂質である。生物的界面活性剤の分類はその生産の原因となる微 生物により決定される。酸素欠乏条件では通性嫌気微生物はそれらの通常の酸化 的リン酸化の呼吸モードから醗酵代謝へスイッチする。空気の不在を確保するた め、初期段階の混合は注意深くコントロールして渦が形成しないように、つまり 空気の液体中への流れ込みを回避する。

バランスのある好気性成長をサポートする栄養分のある条件下では、通性嫌気性 細菌が基質を新しい細胞物質及び二酸化炭素に代謝する０部分的に酸化された炭 素化合物又は細胞外多糖の生産量は非常に少ない、しかしバランスされていない 好気性成長条件下（つまり細菌の幾つかの成分が細胞の複製をサポートする濃度 では提供されない）では、通性嫌気性細菌がプロセスで有用な多糖類及び生物的 界面活性剤を比較的大量に生産する。栄養分の臨界的な量は通常生化学的酸素要 求量（ＢＯＤ）として採用され、アンモニア−窒素（ＮＨ，−Ｎ）及びＢＯＤ： ＰＯ，−Ｐ比がそれぞれ２０：ｌ及び１００：１である。リン酸−リン（ＰＯ４ Ｐ）の利用できる形態がオルトリン酸塩（ｐｏａ３−　、ＨＰＯ４”−、Ｈｘ　 ＰＯ４−）として細菌に与えられる。細胞外多糖類及び生物的界面活性剤の生産 を誘起するためにこれらの比の一方又は両者を増加させることは本発明の条件で ある。

バランスしていない酸素欠乏成長条件下では、同じ通性嫌気性細菌はアルコール や有機酸のような比較的大量の生物的溶媒を生産する。この条件下で生産される 典型的な生物的溶媒はブタノール、酢酸及び醋酸である０通性嫌気性細菌の酸素 欠乏成長の間の生物的溶媒の生産は、スラリの界面及び表面張力を減少させこれ によりタール状廃棄物からオイルを放出させる。

生物的溶媒生産は、そのリアクタが２．０　ｍｇ／　１未満の溶解酸素濃度で作 動する好気性の第２段バイオリアクタ２中でも起こる。限界酸素濃度未満では第 ２段バイオリアクタ２は酸素欠乏リアクタとしての挙動を示す。従って生物的溶 媒中の微生物集団の一部は代謝の醗酵モードで存在する。

２種類の細菌属の存在はプロセスの微生物を限定する。シュードモナス（Ｐｓｅ ｕｄｏｍｏｎａｄａｃｅａｅ）科のシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ） 　属及びナイセリア（Ｎｅｉ　５ｓｅｒｉａｃｅａｅ）科のアシネトバクタ−（ ＡｃｉｎｅＬｏｂａｃｔｅｒ）属である。一般にこれらの細菌属はグラム陰性好 気性桿菌及び球菌により特徴付けられる。これらの属はプロセスリアクタシード スラッジから分離して特定された（表り。

表Ｉ　リアクタシードスラッジから単離された微生物シュードモナスは好気性の 化学合成有機栄養生物的細菌の大きな群の１つである。これらは炭素及びエネル ギーの単−源として種々の有機化合物を使用できる。

これらの細菌は土壌及び水中に存在する代謝的に多様な自由に生きている細菌で ある。シュードモナスの代謝は典型的には最終の電子受容体としての酸素との呼 吸作用であるが、多くの種は嫌気性条件下で交互の電子受容体として硝酸塩を使 用することもできる。幾つかのチトクロム類は特殊チトクロムオキシダーゼの関 与による脱窒素作用に含まれる。

多くの芳香族化合物をシェードモナス種による成長に使用できる。多数のこれら の化合物（例えば安息香酸エステル、ｐ−ヒドロキシ安息香酸エステル、トリプ トファン、フタル酸エステル）を、共通の中間体であるβ−ケトアジピン酸エス テルに集中させる経路に従ってシュードモナスにより代謝させる。この中間体は 酵素作用により最後の芳香族化合物が開裂した直後に形成される（Ｎ、Ｊ、バレ ロニ、イングランド、ドゥルハムのメト−フィールド・プレス、シリトン・カン パニーの「シュードモナス族」）、これは一般にβ−ケトアジピン酸エステル経 路として知られている。呼吸用基質として芳香族化合物を使用する多くの好気性 細菌はそれらをβ−ケトアジピン酸エステル経路の２個の集中路の一方又は他方 を通して攻撃する。

プロセスリアクタから単離された２種類のシュードモナスは表■に示した栄養分 要求により特徴付けられる。短鎖及び長鎖のアルカン類は、これら及び他のシュ ードモナス種により対応するアルコール、アルデヒド及び−塩基性脂肪酸に単一 最終生成物として酸化される。これらのシュードモナスは未置換脂環式炭化水素 （例えばシクロヘキサン）も利用できる。一般的な代謝中間体は、シクロヘキサ ノール、ギ酸及び吉草酸を含む、示唆されたシクロヘキサン異化作用に加えてシ ュードモナス・アエルギノサ（ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）はｎ−ヘキサデカン、ベ ンゼン、シクロヘキサンオキサイド及びメチルシクロベキサン上で成長できる（ Ｊ、　Ｇｅｎ。

Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、　１２０：　８９−９４）、従ってシェードモナスは通常 のパラフィン系炭化水素上でも脂環式パラフィン系炭化水素上でも成長できる。

（以下余白） 表■　プロセスリアクタから単離された微生物表■　（続き） 表■　（ａき） アシネトバクタ−属の微生物はプロセスリアクタシードスラッジからも単離され た（表１）、これらの細菌は土壌及び水の微生物群の共通メンバーである。これ らは成長因子（つまり細胞合成のために付加する有機化合物）を必要とせず、か つ栄養的に見て多様性がありシュードモナスにより使用される範囲と殆ど同じよ うに広い範囲の有ｌｌ基質を利用できる。アシネトバクタ一種は有機廃棄物の分 解に関してシュードモナスと同様な役割を果たし、類似技術により富化されるこ とが一般に知られている１分解される有機化合物中には、炭化水素類（例えばｎ −ヘキサデカン）、安息香酸エステルやキナ酸エステルのような芳香族化合物及 びシクロヘキサノールのような脂肪族化合物がある（Ｅｕｒ、　Ｊ、　Ｂｉｏｃ ｈｅｍ＋　６０；１−７）。

全てのアシネトバクタ−はオキシダーゼ陰性であるため、これらはチトクロムＣ を欠く、シかしこれらはａ及びｂ変種のチトクロムを含む、アシネトバクタ−は グリオキシル酸サイクルの酵素だけでなくトリカルボン酸サイクルの酵素も全て 含んでいる。多くのアシネトバクタ一種は長鎖アルカン１１　（Ｃ１・〜Ｃ８゜ ）、アルケン類、ある種の分枝アルカン類、多くの１級アルコール類、α−ジオ ール類、長鎖アルデヒド類、−塩基性及び二塩基性脂肪酸類及び種々の他の基質 上で成長できる（Ｒ，Ｍ、アトラス、米国のマクミラン・パブリッシング・カン パニーの「石油微生物学」）。

これらの炭化水素を利用する細菌の属が、細胞外の長鎖炭化水素−乳化及び安定 化剤を生産できることも本プロセスの他の態様である。これらの試薬は、ラムノ ースとβ−ヒドロキシデカン酸から成る糖脂質の形態である細胞外ラムツリピッ ド、オルニチンを含む脂質、及び両親媒性（つまり親水性及び疎水性の両者の基 を有している）多糖生物的乳化剤である。ラムツリピッドはシェードモナス・ア エルギノサの幾つかの種族により生産され、かつ水性表面張力を減少させ更にオ イルと水の間の界面張力を低下させることにより機能する。これらの同じ微生物 は、５０を越えるアミノ酸残基から成るペプチド糖基質のようなアミノ酸含を脂 質、１１の脂肪酸の脂質残基、及び糖残基を生産できる（Ｍｔｋｒｏｂｉｏｌｏ ｇｉｙａ、　５２（５）ニア６７）。

炭化水素を利用する細菌であるアシネトバクタ−族の幾つかはりポヘテロ多糖タ イプの分子を生産できる０両親媒性の多糖生物的乳化剤は通常オイル−水界面に 強い親和性を有している。多糖乳化剤は通常界面張力を低下させない、しかしそ の界面への優先性は自身を非常に有効な乳化安定剤とする。高分子量の細胞外生 物的乳化剤は界面張力を低下させるために特別に効果的ではないが、界面に強固 に結合しかつ乳化物を明白に安定化し更に小滴の合体を防止する性質を有してい る。

乳化物の安定化に寄与しかつ廃棄物と微生物間に密度差を生じさせるために特に 第１段の下流側のりアクタに添加剤を加えても良く、これにより凝集する微生物 粒子の分離と形成を容易にできる。このような添加剤の中にはベントナイトやア タブルガイトのような吸着クレーがある。

第３段３では空気も導入される。生物的分解に伴う生物的界面活性剤生産に起因 して、溶解は依然として継続して起こる。しかし混合は攪拌を小さくして意図的 に弱くする。この及び引き続く段階で図示したように軸方向流のタービンが３０ から５０回転／分の低速で使用され集合体の切取り割合比較的小さくすること及 び乱流の減少を確保する。攪拌レベルを減少させて生物的界面活性剤の生産を増 加させることが本発明の他の態様である。

主として窒素、酸素、二酸化炭素及び任意の揮発した有機物の混合物を含む各プ ロセスリアクタの上部のガス空間は、空気と水の混合物を取り扱える遠心型容積 移送式真空ポンプを使用して排気されかつ再圧縮される。続いて２種類のインラ インガス分析装置により酸素及び二酸化炭素含有量を分析する。ガス流中の酸素 濃度は酸素プラント１２からシステム中へ純酸素を注入することにより維持する 。

生物的分解プロセスの代謝最終生成物である二酸化炭素は、図示の通りガス流を ＣＯ！除去リアクタあるいは吸着装置９を通すことにより調節される。これは、 セラミック又はスチールの削屑を充填した固定床吸着塔である。該プロセスは揮 発性の廃棄物成分を除去することなく循環しているオフガスから二酸化炭素を除 去する必要性を有している。この必要性を達成するために、２５から３５重量％ の炭酸ナトリウム又はカリウムの濃縮水溶液をＣＯ工除去リアクタ（吸収装置） ９とスクラバー溶液再生リアクタ（ストリッパー）１０間を循環させる。二酸化 炭素は次の酸−塩基反応ｆｆ１ｔｌに従って吸収される。

Ｃ０５−−＋　ＨｚＯ＋　Ｃｏｔ　→　ＨＣＯｓ　−一般に炭化水素はこのよう な高イオン強度の溶液には非常に溶解しにくい。

図示の通り本発明の二酸化炭素除去の態様は、プロセスのオフガスからＣＯＩを 除去するための吸収装置９とＣＯを富化した再循環（スクラバー）溶液１８を再 生するための空気ストリッパー１０から成っている。室温で二酸化炭素を有する ガス１７は真空排気調節器８を通った後に吸収装置９に入り、向流的に炭酸塩溶 液１９（Ｃｏ、が欠乏したスクラバー溶液）に達する。この溶液に吸収される二 酸化炭素の量は温度、圧力、オフガス中の二酸化炭素の分圧及び溶液の強度によ り変化する。プロセスは本質的に大気圧及び２０から３５°Ｃの常温で作動する 。オフガス中の二酸化炭素の分圧は一般に４から６容量％の範囲で変化する。目 的とするＣＯ８欠乏リサイクルガス２５の二酸化炭素分圧は０．５から１．０容 量％である。好ましいスクラバー溶液は、それが対応するす１−ＩＪウム塩より 溶解性が高くかつ炭酸ナトリウムの等価溶液より効果的に吸収を行うため、３０ 重量％の炭酸カリウム水溶液である。

ＣＯ２富化したスクラバー溶液１８は２４から３０°Ｃの常温で空気で溶液をス トリップすることにより再生される。ＣＯ２富化された排出空気２２は大気に放 散され、Ｃｏ工が欠乏するスクラバー溶液１９は再使用のために吸収装置に戻さ れる。前記ストリッパーもセラミック又はスチールの削屑を充填した固定床塔で ある。スクラバー溶液２１の定期的なブローダウンが炭酸塩溶液のイオン強度を 調節するために要求され、一方新鮮なスクラバー試薬２３が水２４とブレンドさ れプロセスへこの調製されたスクラバー溶液１１が提供される。

一連のバイオリアクタ１〜６を通して廃棄物を処理した後、液体一固体分離装置 ７が混合された液体バイオスラリ１４と生物的分解残渣１６からの液体上澄液１ ５の分離のために使用される。少量の生物的分解残渣を含む混合液体バイオスラ リはバイオスラリ戻し管を通して、本系列の第１のりアクタ中の出発廃棄物質と 接触させるためにリアクタヘッドに戻される。生物的分解残渣は液体一固体分離 装置内のホッパー又はトラフ内に集められる。生物的分解残渣は、行われ得る重 金属回収又は安定化及び固体化のための付加的な加工を行った後に、処理された 廃棄物の埋立て地に送られ、上澄液１５は排水処理に送られる。

液体一固体分離装置は、生物的分解された廃棄物残渣から混合した液体バイオス ラリを分離するために使用される。前記プロセスは動形掻取タイプのスラッジコ レクターを有する従来の重力分離機又はミクロスクリーン装置のいずれかを使用 する０本処理システムとともに使用される液体一固体分離装置のタイプは生産さ れる生物的分解された廃棄物残渣に依存する０重く粘性のあるスラッジは、スラ ッジを中心部のホンバーに向かって進行させる互い違いの鋤を有する増粘装置− 清浄装置又は浮上分離増粘装置のいずれかで最も良好に分離される。

液体一固体分離装置の設計は次の３種類の別個の層が観察されるように行う。

（１）生物的分解された廃棄物残渣層、（２）混合された液体バイオスラリ層、 及び（３）液体上澄層。これら３種類の層は別々に取り出されて前記プロセスの ヘッドへポンプで戻すか、あるいは最後の加工及び／又は最終的な廃棄処分のた めに別個に貯蔵される。

生物的に分解された廃棄物残渣は、色（灰色かがった黒対栗色ががった茶色）、 組織（ゲル状のスラッジ対凝集した液体一固体懸濁物）、及び密度（比重１．１ から１．４対０．９８から１．０２）により混合した液体バイオスラリから識別 できる。上澄層は磨いたような外観を有する灰色かがった黒の液体であり、懸濁 した固体の廃棄物及び化学的酸素要求量に関するレベルは一般に低い。

リアクタ上部に位置する回転バルブを通してエアリフトへのガス及び拡散剤が別 に供給される。それぞれのガス流はロータメーターにより計測される。リアクタ は熱損失を最小にするため断熱される。それらは典型的には２５から３５°Ｃの 間であり３５°Ｃが成長及び生物的分解の動力学上最適である混合された液体の 温度で運転される。より低温では供給される廃棄物を予熱するために熱交換器が 使用される。プロセスから揮発性の炭化水素物質が失われることを防止するため に弱い減圧に維持される。混合した液体はガスシールを維持するために液体一固 体分離装置の大気脚を通して最後のりアクタから去る。

合体したフィルターをガス分析器に通じるガスラインで使用して機器中における 凝縮を回避する。更にラインを冷却してガス分析器に入る前のガスを更に乾燥さ せるようにしてもよい、２個のガス分析装置を２個のソレノイドタイプのバルブ とインターフェイスさせ、ガスシステム中で臨界的なｃｏｔｓ度に達したときに いつでも、一方がシステムへの純酸素の注入を許容し、他方はＣＯ０除去リアク タ９を通してプロセスのガス流の経路を決定する。その代わりにオフガスをＣＯ 工除去リアクタを連続的に通すことによりシステムを運転して、再循環ガス流中 の二酸化炭素分圧の低い平衡を特定しても良い、それが必要になったときには、 任意の生物的に分解しない揮発性有機物を活性炭吸着カラム（図示せず）を通る Ｃ０８欠乏ガス放出流の経路を決定することにより除去することができる。

空気及び水の混合物を取り扱える遠心型容積移送式真空ポンプを使用してガス流 を再循環させる。このコンプレッサーのケーシング内の冷却水はプロセスガス中 の揮発性を機動により汚染されるため、それは閉鎖されたループ内に維持されか つシール水エアクーラー（図示せず）により冷却される０時々少量の放出流が前 記ループから除去され排水処理に送られる。補給水が冷却ループに添加されシス テムの排出をバランスする。

添付図面に関連して説明したアプローチは、有害廃棄物質へ炭化水素分解細菌（ 石油化学処理のバイオプロセスからの活性スラッジの形態の）の大きな集団を付 加し、微生物の成長と揮発性利用に最適な温度で好気性又は嫌気性のいずれかの 分解を行うために攪拌されたタンク中で反応することができる廃棄物のスラリと 微生物を形成することを含んでいる。これは、生物的処置プロセスの完全なポテ ンシャルを達成するために順応した微生物の十分な残留を保証する。好気性つま り酸化的な微生物経路は、多くの有害廃棄物（例えば揮発性、半揮発性及び幾つ かのハロゲン化された有機物）の典型である有機物の分解に最適であると思われ る。これらの特色は、有機物の好気性生物的分解の効率も最適な基質−微生物接 触つまり酸素化のための混合の関数であり、これにより好気性分解が除去のため の優先機構でありかつ細胞質の合成のための十分な栄養分（つまり炭素、窒素及 びリン）を供給することを確保するという理解と関連している。有機化合物の全 体の分解は異なった微生物間の一連の代謝反応を通して起こる。

有害廃棄物の酸化的生物的分解の仮定された機構は、初期溶解及び／又は廃棄物 及び廃棄物成分の水相中への分散、そしてこれに続く通常の好気性代謝を通して の廃棄物成分の実際の分解である。廃棄物成分の見掛は上の溶解及び／又は分散 は、水相中へより親油性の高い成分を分散させる乳化剤として機能する微生物溶 媒及び界面活性剤の形成から生ずる。オイル相と強く分離される化合物（例えば 多核芳香族化合物、多塩素化ビフェニル）はバイオリアクタ中に最も遅く分散し 、従って最も遅く分解する。高蒸気圧を有する化合物（特に水溶性の小さい化合 物）はバイオリアクタ中に迅速に分散し、バイオリアクタ中の揮発性物質の滞留 時間を増加させるためのオフガス循環が使用されていないと、前記化合物は酸化 の初期段階の間に溶液から容易に取り除かれる。従って代謝速度の最も遅い基質 の溶解及び転化は有害廃棄物成分のスラリの生物的分解の全反応時間を決定する 。

本発明によると、一連の撹拌されたタンクリアクタへの連続的又は半連続的な供 給の維持は初期には高い基質−徹生物比を与え、一方この比はりアクタシステム を通して小さくなり、これにより成分除去用の最適の生物的分解の動力学を与え る。連続的処理の間のプロセスの基質−徹生物比をコントロールするためのバイ オスラリ再循環の使用は、活性スラッジ処理と同様に更新できるプロセスを与え る。低液圧剪断環境中のエアレーションの間の高い酸素伝達効率の維持は、凝集 した懸濁物を形成する微生物の大きな集団の形成（処理後の微生物分離を達成す るために必要である）を促進するが、懸濁物中に濃いスラリ（例えば固体含有量 が４０％）を保持するため十分な混合を継続する。エアリフトループリアクタは 、ダウンカマーがライザーの断面積の少なくとも１ｏｏＯ倍の断面積を有する場 合にこの環境を与え、穏やかな混合のための微細なバブルエアレージ町ン及び廃 棄物溶解を達成しかつこの混合がダウンカマー中に位置する低速の軸方向流ター ビンの使用により促進されるように、ガス流はダウンカマー中に拡ｔする。

本発明の更に重要な態様によると、オフガス再循環を使用して処理のために揮発 性炭化水素を集めかつリアクタシステムに戻す、微生物と接触する滞留時間が分 解の最小許容運動速度（つまり芳香族炭化水素については通常０．２から０．５ 　ｈｒ〜１）より大きければ、多くの芳香族炭化水素は連続的な押出システムで 分解できる。

特に、真空排気調節器８及びＣＯ工除去リアクタ９を通った後の１７におけるプ ロセスオフガスはライン２５及びライン２７を通ってｃｏ２欠乏リサイクルガス （更に酸素欠乏）として幾つかのりアクタに戻ることが判る。必要があれば付加 酸素が酸素プラント１２により供給されライン２６を通して供給できる。典型的 にはベンゼン、トルエン、キシレン類及びナフタレンである揮発性の有害成分を 集めかつ戻すためのオフガス再循環の使用はより完全な微生物的分解を可能にす る。更にこれは、揮発性有機化合物の放出コントロールと、例えばベンゾ（ａ） アントラセン、ベンゾ（ｂ）フルオランセンのような高分子１ｉＰＡＨであるよ り耐性の強いを機化合物の微生物的分解を有利にする機構の両者を与える。従っ てオフガス再循環システムはガス流から二酸化炭素を除去し、かつプロセスの微 生物の代謝の必要性に合致するために要求されるような酸素添加を与える。

リアクタに戻されるときに再循環するオフガスに酸素を供給しないことにより本 プロセスは嫌気性条件下で運転できることが本発明の他の態様である０、ここで エネルギーを生成する代謝の原理的なモードは醗酵又は嫌気性呼吸のいずれがで ある。ＫＩ酵では有機化合物は電子供与体及び電子受容体の両者として機能する 。

醗酵可能な１＆質から誘導される通常２種類の異なった代謝物質は最終生成物の 混合物を与える原因となり、それらの幾つかは基質より容易に酸化され他は容易 に還元される。嫌気性呼吸では、有機化合物は電子供与体として機能し、酸素以 外の酸化された無機化合物は最終的な電子受容体として機能する。そのように機 能できる化合物は硫酸塩、硝酸塩及び炭酸塩である。

プロセスの一部は嫌気性条件で運転して、効果的な廃棄物溶解用の微生物溶媒の 発生を達成し、カリ処理系統の後の段階で起こる好気性生物的分解を促進するた めにある種のパージできるハロゲン化炭化水素及び多塩素化ビフェニルの還元的 脱ハロゲン化の度合いを高められる。

閉鎖されたループオフガス再循環システムは、プロセスのガス流２９へ選択され た揮発性芳香族炭化水素を添加することも許容する。これらは、プロセスで使用 される主要な細菌の属であるシュードモナス及びアシネトバクタ−の成長を刺激 する共基質として主に添加される０選択される揮発性芳香族炭化水素共基質は、 それらが成長用基質及び卓越した多核芳香族炭化水素の生物的分解の共代謝物の 両者として機能するため、トルエン及びパラ−キシレンである。添加の好ましい 方法は、第２段階のバイオリアクタへ計測しながら添加される液体試薬としての 方法である。その揮発性のため、トルエン及びｐ−キシレンの両者はガス相に迅 速に進入し、オフガス再循環システム全体に均一に分布する。

図面中に成長栄養分添加剤３０として示した共基質は、プロセスのスラリ相へ直 接添加されてもよい。これらは微生物が栄養分として又はエネルギー源として使 用できる化合物である。選択される化合物は、単純なフェノール及びパラ−クレ ゾールのようなフェノール類、フェニルデカン、ヘキサデカン、パラ−ナフタレ ン酸、ビフェニル、安息香酸エステル、樟脳、ピレン及びブタノンを含む、一般 に成長栄養分添加は第２段階のバイオリアクタ以降で起こる。

これら全ての化合物は、通常耐性がある有害廃棄物成分（例えばベンゾ（ａ）ピ レン、ベンゾ（ｂｌフルオランセン）の生物的分解の共代謝に加えて成長基質と しても機能する。成長刺激栄養分添加剤の存在から生ずる生物的分解速度の迅速 な上昇を通して耐性のある炭化水素の生物的分解を促進するために、成長基質が 微生物に与えられることは、本発明の重要な！！様である。共代謝する微生物は 共基質単独の酸化からは有用なエネルギーを誘起させないと理解されている。従 って共代謝集団の細菌数は時間とともに迅速には上昇せず、あるいは上述の成長 栄養分添加剤の存在なしには高速度生物的分解を達成できない。

特に第２及び引き続く段階で凝集懸濁物を形成する微生物は、主として廃棄物溶 解を行う機能を有し、通性嫌気性細菌つまりこれらは好気性環境で好気性呼吸代 謝を行うがエネルギー源として醗酵又は嫌気性呼吸のいずれかを使用して嫌気性 条件下でも成長する。廃棄物溶解リアクタではエネルギー生成代謝の主要なモー ドは最終生成物の平均酸化レベルが未処理廃棄物のレベルと等しい醗酵であると 信じられている。

本システムのように閉鎖ループデザインの使用はバイオリアクタが好気性条件と 同じ容易性で嫌気性条件下でも運転されることを許容する。酸素を閉鎖ループか ら除去するのみでバイオリアクタ中に酸素欠乏条件を形成できる０個々のバイオ リアクタをメインプロセスのオフガス循環ループから分離して嫌気性条件下に位 置させ特別のプロセスの対象となる性能（例えば還元性脱ハロゲン化、生物的溶 媒生産）を達成することが本発明の他の態様である。これは付加的な遠心型容積 移送式真空ポンプと嫌気性リアクタ専用オフガス管理システムを設置することに より達成される。本発明の一態様は、有害廃棄物及び／又は土壌中の塩素化され た炭化水素の還元的及び酸化的脱ハロゲン化の組合せを行うために交互に設置さ れた酸素欠乏型及び好気性の攪拌されたタンクの使用を含むことができる。実際 にはこのようなアプローチを使用すると、主として分子量の小さい塩素化された 異性体（例えばペンタクロロビフェニルより分子量の小さいＰＣＢの塩素化され た異性体）が酸素欠乏型及び好気性の組合せ条件下のプロセスで使用される主要 な細菌属により分解される。それにもかかわらず、嫌気性処理あるいはより正確 には醗酵は、プロセスの引き続く好気性条件中のタール及びオイルだけでなくタ ール状及びオイル状ハロゲン中の成分の卓越した処理を生じさせる酸素欠乏型リ アクタ中では起こらない。

本システムはペンタクロロビフェニルより分子量の大きいｐｃｓｇ性体の還元的 脱ハロゲン化の条件を形成する厳格な嫌気性環境下での運転を許容する。メタン 生産は起こりやすくないため、これは非メタン細石性条件である。嫌気性段階の 次には上述のように一連の好気性段階が続く。

夾施廻上 前述の原理に従って運転される図面中に示したシステムを石油及び石油化学的加 工からの廃棄物質の処理に利用した。該廃棄物はタール−オイル状スラッジとオ イルで汚染された土壌の組合せであった。前記タール−オイル状スラッジは４７ 重量％の固体分と２５重量％の石油炭化水素を含んでいた。スラッジ中の炭化水 素汚染物は２５％の飽和化合物、４０％の芳香族化合物及び３５％の樹脂から成 っていた。

タール−オイル状スラッジ及びオイル汚染土壌中で特定された有害有機汚染物は 石油芳香族化合物、多核芳香族炭化水素、パージできるハロゲン化炭化水素及び フタル酸エステル類であった。

この廃棄物の組合せを、滞留時間が３０日である全体のシステムを使用して常温 （つまり２３〜２５℃）で本発明により処理した。該プロセスでは第１段廃棄物 溶解リアクタと直列に運転される３個の好気性バイオリアクタを利用した。該プ ロセスはシュードモナス及びアシネトバクタ−属の炭化水素利用細菌により順応 化させた。該システムはオフガス再循環及びテスト期間全体に亘ってプロセスの 第２、第３及び第４段階の好気性条件を維持した。廃棄物溶解リアクタはテスト 期間全体に亘って嫌気性条件下で運転した。窒素及びリンのレベルは、本発明に 従って生物的溶媒及び生物的界面活性剤生産が最適となるようにシステム内でＵ Ｒ節した。

廃棄物溶解リアクタ中の混合は低速の放射方向流タービンにより達成され、一方 策２、第３及び第４段階のバイオリアクタではエアリフトと軸方向流タービンを 使用して混合した。軸方向流タービンの速度はりアクタの段数の増加とともに減 少した。

廃棄物溶解リアクタ中のスラリ濃度は固体分４０％に維持した。第２、第３及び 第４段階のバイオリアクタ中のスラリレベルは、それぞれ固体分を３７．２９及 び１６％に等しくなるようにした。第２、第３及び第４段階のバイオリアクタ中 の平衡スラリ相化学的酸素要求量はそれぞれ２５０，０００　、１９８．０００ 及び１１０．０００　ｍ　ｇ　／　ｌ　テあった。スラリ相炭化水素オイル濃度 は廃棄物溶解リアクタ中の高い値である１２％から第４段バイオリアクタ中の低 い値である１、９％まで変化した。システム全体の化学的酸素要求量及び炭化水 素オイル除去は、それぞれ８４及び５６％であった。

本プロセスは半連続的廃棄物負荷条件（つまり６回の等しい供給サイクルを毎日 行った）下で９０日間運転した。溶出物の品質を６０日及び９０日目に有害有機 成分をサンプリングして決定した。これらの分析の結果をそれぞれ揮発性及び半 画発性の炭化水素に関し表■及び■に示す。これらのデータは、組み合わされた 廃棄物中の石油芳香族化合物、パージできるハロゲン化炭化水素、多核芳香族炭 化水素及びフタル酸エステル類の多くは、プロセスからの溶出液中で低レベルま で減少していることを示している。芳香族化合物及びパージできるハロゲン化炭 化水素もオフガス再循環ループの蒸気相中で低レベルであることが見出された。

似下余白） 実施思呈 前記実施例で述べたように本発明を修正し、第３段バイオリアクタとして中間の 酸素欠乏型リアクタを組み入れた。これは、第３段バイオリアクタの周囲に別個 の酸素欠乏型オフガス再循環ループを設置することにより達成され、これにより リアクタ溶解酸素レベルをスラリ混合物中で０．５ｍｇ／４未満に低下させた。

このリアクタはテスト期間全体に亘って実質的な嫌気性条件に維持した。

前記実施例で述べた組み合わされた廃棄物はこのシステムに６０日間供給され、 その後蒸気相サンプル分析を好気性及び嫌気性オフガス再循環ループに関して行 った。その結果は次の通りである。

これらのデータは準定常状態下の半連続的供給を約６０日行った後のオフガス再 循環ループ中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の代表的なものである。これらは好 気性システムループは嫌気性システムループより小さいｖｏｔ４度を有している ことを示している。しかしより多くの数のハロゲン化された炭化水素が好気性シ ステムループからのオフガス中で嫌気性システムループで見られる濃度より若干 高い濃度と同定されている。これらのデータは、幾つかのパージできるハロゲン 化された炭化水素の脱ハロゲン化が、中間の酸素欠乏バイオリアクタが廃棄物処 理系統に組み入れられたときに、システム中で起こることを示している。

ＣＯｉスクラバー溶液中の吸収により処理システムから■ＯＣが失われるのか否 かを評価するために、スクラバー溶液のサンプルを集め分析した。この分析の結 果は次の通りである。

濃度１２５℃における水への （μｇ／ｌ）　溶解性ゝ　（μｇ／ｊりこれらのデータは、比較的低濃度の揮発 性化合物がＣＯよスクラバー溶液中に存在し、これにより微生物処理プロセスの 効果が確認されることを示している。

丈施出１ 本発明に従って運転される図面に示したシステムを有害廃棄物サイトからのター ル−オイル状スラッジの処理に利用した。廃棄物は多塩素化ビフェニルを含む転 換される液体と混合されたエチルベンゼン−スチレン生産からのタールから成っ ている。該廃棄物は３０重量％の炭化水素のオイルと石油炭化水素の典型である 多数の揮発性芳香族化合物を含んでいた。対象となる有害有機物はアロクローズ （Ａｒｏｃｌｏｒｓ）　Ｐ　ＣＢ　１０１６及びＰ　ＣＢ　１２５４、ベンゼン 、トルエン、エチルベンゼン、スチレン及びキシレン類であった。

タール−オイル状スラッジを全体のシステムを使用し６５日の滞留時間で常温で （つまり２３〜２５°Ｃ）本発明により処理した。該プロセスは第１段廃棄１！ ！溶解リアクタと直列で運転される２個の好気性バイオリアクタを利用した。該 プロセスはシュードモナス及びアシネトバクタ−属の炭化水素利用細菌で順応さ せた。該システムはテスト期間全体に亘ってオフガス再循環及びプロセスの第２ 及び第３段の好気性条件を維持した。前記廃棄物溶解リアクタはテスト期間全体 に亘って嫌気性条件下で運転された。窒素及びリンのレベルは、本発明に従って 生物的溶媒及び生物的界面活性剤生産が最適となるようにシステム内で調節した 。

前記廃棄１１５溶解リアクタ中の混合は低速の放射方向流タービンにより達成さ ね、一方第２及び第３のバイオリアクタではエアリフトと軸方向流タービンの組 合せを使用して混合した。軸方向流タービンの速度はりアクタの段数の増加とと もに減少した。

廃棄物溶解リアクタ中のスラリ濃度は固体骨３５％に維持した。第２及び第３段 階のバイオリアクタ中のスラリレベルは、それぞれ固体骨を２７及び２１に等し くなるようにした。半連続的供給を１３０日間行った（つまり６回の等しい供給 サイクルを毎日行った）後のスラリ相炭化水素オイル濃度は廃棄物溶解リアクタ 中の高い値である３０％から第３段バイオリアクタ中の低い値である３、２％ま で変化した。

１３０日間システムを運転した（つまり２種類のシステムの滞留時間）後の第２ 及び第３段のバイオリアクタ中の石油芳香族炭化水素は無視できるレベルである ことが判った。タール−オイル状廃棄物中の多塩素化ビフェニルは次のように還 元された。

（以下余白） パラメーターａ　廃棄物溶解リアクタ　生物的に処理された（μｇ／ｋｇ）　残 渣（μｇ／ｋｇ） Ｈ基因化合物 全同系列化合物　３６５３６　２２６６３多塩素化ビフエニル除去のデータは同 系列化合物のデータの分析から明らかなように、微生物的分解は主としてＰＣＢ の低分子量異性体で起こることを示している。該データはモノからペンタまでの クロロビフェニルがプロセス中で部分的に生物的に分解されたことを暗示してい る。これはアロクローのデータを調べることにより立証される。ここで、低分子 量のアロクロー（Ｐ　ＣＢ　１０１６）は廃棄物から除去されるか、あるいは少 なくとも検出できない形態に変換され、かつ高分子量のアロクロー（ＰＣＢ１２ ５４）は好気性条件下ではかなりの程度までは分解されなかったことが明らかで ある。

実施廻Ａ 先行する実施例で提示された同じクール−オイル状スラッジを全体のシステムを 使用して６５０の滞留時間で常温（つまり２３〜２５’Ｃ）下、本発明により酸 素欠乏条件下で処理した０本プロセスでは直列で運転される３種類の酸素欠乏型 バイオリアクタと廃棄物溶解のために主として使用される第１段リアクタを利用 した。

本プロセスはシェードモナス及びアシネトバクタ−族の炭化水素利用細菌により 順応させた。該システムはテスト期間全体に亘ってオフガス再循環及び各リアク タ段を嫌気性条件に維持した。窒素及びリンの濃度は、本発明に従って生物的溶 媒生産が最適となるレベルに補正した。

第１段リアクタ中の混合は低速の放射方向流タービンにより達成され、一方第２ 及び第３段階のバイオリアクタではエアリフトと軸方向流タービンを使用して混 合した。

スラリ濃度は、第１段の高い値である固体骨３５％から最後のりアクタ段の低い 値である固体骨２５％まで変化した。システム全体の化学的酸素要求量及び炭化 水素オイル除去は、それぞれ８４及び５６％であった。１３０日間半連続的に供 給（つまり６回の等しい供給サイクルを毎日行った）した際のスラリ相炭化水素 オイル濃度は第１段リアクタ中の高い値である３０％から第３段の酸素欠乏型バ イオリアクタ中の低い値である１５．２％まで変化した。

１３０日間システムを運転した（つまり２種類のシステムの滞留時間）後の第２ 及び第３段のバイオリアクタ中の石油芳香族炭化水素は無視できるレベルである ことが判った。タール−オイル状廃棄物中の多塩素化ビフェニルは次のように還 元された。

似下余白） パラメーター１　第１段バイオリアクタ　第２段ルイオす７クタ　第３段バイオ リアクタ（μ　ｇ／ｋｇ）　（μ　ｇ／ｋｇ）　（μ　ｇ／ｋ　ｇ）Ｆ１洒５タ １引ｂイ駈１り 全同系列化合物　４７８１９　２３１８３　１００００全アロクロー　１５００ ００　９５０００　２２７４２同系列化合物のデータは、酸素欠乏条件下ではＰ ＣＢの高塩素化異性体は本プロセスにより還元され、又低分子量異性体も速度は 遅いが除去されることを示している。高分子量のアロクロー（ＰＣＢ１２５４） が低分子量のアロクロー（ＰＣＢ１０１６）より遠く低濃度へ還元されるアロク ローの場合にはその効果がより明瞭である。

このデータは、本プロセス内を、異なった反応環境（つまり酸素欠乏、好気性、 酸素欠乏、好気性等）を通して特別の代謝特性を与えられる通性嫌気性微生物の 単一の微性物集団を循環させることにより、ＰＣＢ住物約物的分解良できること を示している。これはここに述べたようにリアクタオフガスの再循環の機構を通 して主として達成される。

特殊な態様に関して本発明を述べてきたが、本明細書の開示を考慮すると、本明 細書の教示の範囲内である本発明に関する種々の変形が当業者にとって可能であ ることが理解されるであろう、従って本発明は広く解釈されるべきであり、添付 の請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

ｏｒＴ／ＩＩ（ＦＯ）／ｎＱＩ＋７ 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．汚染物を水相中に溶解しかつそれを微生物的に分解することにより有機スラ ッジ及び、有機スラッジと有機物で汚染された土壌の混合物をスラリ相で生物的 処置する改良された方法において、（ａ）前記スラッジ及び土壌と水との固体高 含有スラリ、及び順応した炭化水素利用細菌の大きな集団と少量の生物的分解残 渣とから成る活性バイオスラリを形成し、 （ｂ）凝集して懸濁物を形成する微生物の大きな集団の生成を促進するためにそ のそれぞれに低液圧剪断力が維持された直列の複数のバイオリアクタに、前記固 体高含有スラリを通過させ、 （ｃ）前記一連のバイオリアクタからの流出物を連続的又は半連続的に液体一固 体分離装置に流し、生物的に分解された廃棄物残渣から混合された液体バイオス ラリを分離し、 （ｄ）少量の生物的分解残渣を含む前記混合された液体バイオスラリをステップ （ａ）のスラリにリサイクルのために戻し、かつ（ｅ）微生物的分解を増加させ かつプロセスからの揮発性有害成分放出のコントロールするために、システムか らのオフガス成分を前記１又は２以上のバイオリアクタに再循環して高原発性有 害成分を戻す、各ステップを含んで成る方法。
2. ２．前記スラリ中の全固体含有量がスラリの２５から４５重量％であり、乾燥重 量ベースでその７０から８０％がタール−オイル状スラリ及び／又は土壌で、２ ０から３０％が活性バイオスラリである請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記細菌がシュードモナス及びアシネトバクター属から成る群の１又は２以 上から選択されたものである請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．ステップ（ｂ）においてエアレーション及び混合強度がコントロールされて 前記一連のバイオリアクタ間の低い液圧剪断力を連続的に達成し、これにより分 離ステップ（ｃ）における混合された液体バイオスラリからの処理された廃棄物 残渣の分離効率を高めるようにした請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．ステップ（ａ）において炭化水素利用細菌の属が、水性表面張力を減少させ かつオイルと水との間の界面張力を低下させるために、細胞外長鎖炭化水素乳化 及び安定化剤を生産できるものである請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．炭化水素乳化及び安定化剤が、通性嫌気性細菌の酸素欠乏又は好気性のいず れかのアンバランスな成長条件下で生産される請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．ステップ（ｅ）においてりアクタに戻されるときに酸素を再循環しているオ フガスに供給しあるいは供給しないことのいずれかによる好気性又は嫌気性のい ずれかの条件下で、プロセスが運転される請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．プロセスの一部が嫌気性条件下で運転され、廃棄物溶解用の微生物溶媒の生 成が達成され及び／又は選択されたパージできるハロゲン化炭化水素及び多塩素 化ビフェニル類の還元的脱ハロゲン化を行うようにした請求の範囲第７項に記載 の方法。
9. ９．ステップ（ｄ）においてバイオスラリが再循環されて連続的又は半連続的処 理の間のプロセスの基質対微生物比をコントロールするようにした請求の範囲第 １項に記載の方法。
10. １０．第１段廃棄物溶解リアクタの混合が低速放射方向流タービンを使用して行 われ、かつ引き続くバイオリアクタ段の混合がリアクタの段数の増加とともに減 少する速度で運転されるエアリフト及び軸方向流タービンの組合せを使用して行 われる請求の範囲第３項に記載の方法。
11. １１．１又は２以上の成長刺激栄養添加剤が前記固体高含有スラリに添加され、 これにより生物的分解速度の迅速な上昇を通して耐性のある化合物の生物的分解 を促進するようにした請求の範囲第１項に記載の方法。
12. １２．前記成長刺激栄養添加物が、トルエン、パラ−キシレン、フェノール、バ ラークレゾール、フェニルデカン、ヘキサデカン、ピレン及びプタノンから成る 群の１又は２以上の化合物から選択され、該添加物は微生物にエネルギーを与え かつ共基質として作用する請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．前記栄養添加物がトルエンを含んで成る請求の範囲第１２項に記載の方法 。
14. １４．前記栄養添加物がパラ−キシレンを含んで成る請求の範囲第１２項に記載 の方法。
15. １５．汚染物を水相中に溶解しかつそれを徴生物的に分解することにより有機ス ラッジ及び、有機スラッジと有機物で汚染された土壌の混合物をスラリ相で生物 的処置する改良されたシステムにおいて、（ａ）それぞれに低液圧剪断方方維持 された複数の直列接続されたバイオリアクタ、 （ｂ）前記スラッジ及び土壌と水との固体高含有スラリ、及び順応した炭化水素 利用細菌の大きな集団から成る活性バイオスラリを形成し、かつ該固体高含有ス ラリを前記複数の直列接続されたりアクタを通過させて凝集懸濁物を形成する微 生物の大きな集団の形成を促進する手段、（ｃ）生物的に分解された廃棄物残渣 から混合された液体バイオスラリを分離するための液体一固体分離装置、 （ｄ）前記一連のバイオリアクタからの流出物を前記液体一固体分離装置へ連続 的又は半連続的に流す手段、 （ｅ）リサイクルのために少量の生物的分解残渣を含む前記混合された液体バイ オスラリをステップ（ａ）の手段に戻すための手段、及び（ｆ）前記システムか ら１又は２以上の前記バイオリアクタへオフガス成分を再循環し、微生物的分解 を増加させかつ前記システムからの揮発性有害成分放出をコントロールするため に高揮発性の有害成分を戻す手段、を含んで成るシステム。
16. １６．前記バイオリアクタが撹拌されたタンクリアクタである請求の範囲第１５ 項に記載のシステム。
17. １７．エアレーション及び混合強度が各バイオリアクタ中でコントロールされて 前記一連のバイオリアクタ間の値い液圧剪断力を連続的に達成し、これにより前 記分離装置における混合された液体バイオスラリからの処理された廃棄物残渣の 分離効率を高めるようにした請求の範囲第１５項に記載のシステム。
18. １８．少なくとも前記一連のバイオリアクタの幾つかの連続するリアクタ間に交 互に酸素欠乏及び好気性条件を確立する手段を更に含む請求の範囲第１５項に記 載のシステム。 １９，前記バイオリアクタの少なくとも幾つかがエアリフトリアクタである請求 の範囲第１５項に記載のシステム。