CN115335334A - 好氧生物膜处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

在将原水供给曝气槽(2)，并通过填充在曝气槽中的生物膜保持载体(C)或颗粒对原水中的去除目标物质进行好氧生物处理的方法及装置中，预先设定单位生物膜保持载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的溶解氧浓度目标值和/或与其对应的曝气强度设定值的关系，与单位载体或颗粒的氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整所述溶解氧浓度目标值和/或曝气强度设定值，对曝气装置进行控制以使溶解氧浓度达到该目标值或者使成为设定的曝气强度设定值。

Description

好氧生物膜处理方法及装置
技术领域
本发明涉及通过自造粒颗粒、流化床载体、固定床载体等对包含能够进行生物氧化的污染物质的排水进行生物膜处理的方法以及装置，特别是，涉及其曝气强度控制。在本发明中，将存在于进行微生物处理的生物膜的外部的排水称为体相水。
背景技术
作为包含能够进行生物氧化的污染物质的排水的处理方法，除了使用浮游污泥的活性污泥法以外，还有自造粒颗粒法、流化床载体法、固定床载体法等微生物以被称为生物膜的集聚增殖的形态进行处理的生物膜法等。
在使用前者的浮游污泥的活性污泥法中，微生物以被称为微生物絮凝物的形态以分散状态维持在反应槽中。通过将伴随排水处理而增加的微生物以多余污泥的方式除去的操作，将反应槽中维持的微生物量维持恒定，从而能够将因微生物自身的自分解过程而产生的氧消耗维持在固定水平。因此，该过程中所需氧量的增减与原水负荷成比例变化。能够通过在该氧消耗中加入伴随微生物的自分解过程的固定的氧消耗的补偿来确定应该供给的氧消耗量。在该过程中，微生物典型地以被称为絮凝物的1mm左右的微生物的凝集体的形态被保持，充分确保了微生物与体相水相的接触面积。因此，氧、污染物质在絮凝物内的浸透性和扩散性并不是污染物除去速度的主要处理性能的限速因素。因此，应该向装置供给的曝气风量被认为与氧消耗量成比例。在专利文献1中记载了用仪器测量污染物质的负荷，并基于此控制曝气风量。
在使用浮游污泥的活性污泥法以及生物膜法(自造粒颗粒法、流化床载体法、固定床载体法等)中，作为简易地进行与原水负荷成比例的氧供给量调整的方法，进行保持液体中的溶解氧浓度(以下记载为DO)恒定的风量控制的所谓的DO控制系统被广泛使用。
在专利文献2中记载了在自造粒颗粒法、流化床载体法中，当BOD容积负荷小于规定值时，以微生物载体的流动化作为判断基准，当BOD容积负荷大于所述规定值时，以废水的需氧量作为判断基准，控制对废水的曝气量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-353496号公报。
专利文献2：日本特开昭63-256185号公报。
在自造粒颗粒法、流化床载体法、固定床载体法等利用生物膜进行处理的方法中，严格来说，难以仅根据由作为原水负荷指标的通常的原水的每单位时间的流量与原水的污染物质浓度的积而求出的流入负荷、将流入负荷除以反应槽的容积而求出的槽负荷来进行适当的氧供给量调整。其理由列举如下。
在利用微生物膜的方法中，由于没有将反应槽中以生物膜的形态保持的微生物量保持固定的机构，结果保持的微生物量会随着时间而变化，因此，因微生物自身的自分解过程而产生的氧消耗量也会变化。因此，在利用生物膜的方法中，除了需要考虑与原水负荷成比例变化的氧消耗量的变化以外，还需要考虑伴随微生物保持量的变化的氧消耗的变化来确定提供给装置的氧供给量。
由于这些因素，在利用生物膜的处理方式中，原水有机物的氧化所需的氧量根据负荷变动而变化，处理装置内保持的生物膜的量的变化也会导致需要供给的氧量发生变化。而且，生物膜法中，典型的是通常形成膜厚3mm以上的微生物膜，保持的单位微生物与体相水的接触面积比浮游法更少。因此，向生物膜内的微生物供给氧时，体相水与生物膜的接触面上的氧扩散现象成为氧供给中的主要限速因素。
生物膜中氧的扩散速度依赖于体相水的DO水平，因此，需要调整DO水平以调整氧供给量。另外，从曝气系统的观点出发，即使是相同的氧供给量，需要的曝气风量也会因DO水平的不同而变化。众所周知DO水平高时需要的曝气量增加，DO水平低时需要的曝气量降低。
因此，在负荷增加的情况下，原水中有机物氧化所需的氧量增加。考虑了根据作为生物膜保持的微生物量的变化而变化的自分解过程导致的氧消耗量来确定供给所需氧量。根据供给所需氧量的增加进行提高体相水的DO的调整，也需要增加曝气风量来实现目标DO。
相反，在负荷降低的情况下，原水中有机物氧化所需的氧量降低。考虑了根据作为生物膜保持的微生物量的变化而变化的自分解过程导致的氧消耗量来确定需要供给的氧量。根据供给所需氧量的降低，能够将体相水的DO维持较低，也降低曝气量来实现目标DO。
由于这样的理由，在不进行与曝气风量的负荷对应的调整和控制的运转时，为了在高负荷时也能维持较高的体相水DO并维持氧供给量，需要在曝气风量过多的状态下进行风量恒定运转。
在高负荷时能够维持需要的高DO的风量恒定运转下，不进行与负荷降低时的氧消耗降低时的氧消耗降低对应的风量抑制，因此会产生能量的浪费。假定高负荷时的氧供给并进行设定了较高的DO目标值的DO控制时，生物膜处理装置也能够降低DO水平来维持负荷降低，因此，如果降低DO控制的目标DO水平，则能够限定曝气风量。但是，由于在通常的DO控制中不进行这种根据DO目标值降低的风量抑制，因此还会产生能量消耗的浪费。
由于这样的理由，能量消耗的浪费在负荷变动大的情况下特别明显。然而，即使存在产生这样的能量消耗的浪费的情况，现有技术中也难以根据负荷变动进行调整不会使处理水质劣化的DO水平的与操作目标DO水平相匹配的风量调整。在操作员进行适当风量调整的情况下，以往即使是低负荷也假定一定程度的高负荷，因此，以往即使是低负荷也经常进行过量的DO水平设定和曝气以留有一定程度的余地进行需要以上的氧供给。因此，经常会产生能量的浪费。
当利用作为原水负荷的指标的通常的原水负荷来调整曝气强度时，需要测量原水中的去除目标物质的浓度。在该情况下，例如考虑在原水槽中设置作为有机物负荷的在线测量装置的总有机碳(TOC)计、氨传感器、吸光度计等对策。然而，测量设备的初始费用高，由于有机物种中固体物多等原因，难以进行稳定的测量，由于有机物的组成导致不能得到分析精度这样的问题，在现实中难以设置，不能通过自动测量进行负荷监视，因此，结果经常发生难以确定适当的曝气强度的情况。
另外，使用总有机碳计、氨离子传感器、吸光度计等进行原水中的去除目标有机物质的浓度测量时，传感器的清洗和校正等维护管理作业需要花费劳力和时间。特别是总有机碳计具有复杂的机构，故障概率高。因此，从运行管理方面出发，难以稳定维持利用总有机碳计的控制系统，存在误动作的担忧。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供在使用好氧生物膜的排水处理中适当控制曝气的方法及装置。
用于解决课题的手段
本发明的好氧生物膜处理方法，其是将原水供给曝气槽，使用曝气装置进行曝气，通过填充在曝气槽中的生物膜保持载体或颗粒对原水中的去除目标物质进行好氧生物处理的方法，其特征在于，预先设定作为单位该载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的DO目标值和/或与其对应的曝气强度设定值的关系，与单位载体或颗粒的氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整所述DO目标值和/或曝气强度设定值，对所述曝气装置进行控制以使DO达到该目标值或者使成为设定的曝气强度设定值。
本发明的好氧生物膜处理装置，其是具有供给原水的曝气槽、对该曝气槽进行曝气的曝气装置、填充在该曝气槽中的带生物膜的载体或颗粒、以及对该曝气装置进行控制的控制器的好氧生物处理装置，其特征在于，所述好氧生物膜处理装置具有：预先设定作为单位该载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的DO目标值和/或与其对应的曝气强度设定值的关系的机构；以及与单位载体或颗粒的氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整所述DO目标值和/或曝气强度设定值的机构，所述控制器对所述曝气装置进行控制以使DO达到该目标值或者使成为设定的曝气强度设定值。
根据本发明的一个方面，所述单位载体或颗粒的氧消耗速度是载体的单位填充容积的氧消耗速度、载体组的单位总表面积的氧消耗速度、颗粒的单位填充体积的氧消耗速度、颗粒组的单位总表面积的氧消耗速度中的任意一种。
根据本发明的一个方面，根据曝气风量的测量值、从曝气槽排放的气相中的氧浓度的测量值或者曝气槽的DO的测量值以及曝气槽的氧溶解效率的实验值或计算值、和载体的填充容积或表面积的测量值或者计算值算出所述单位载体或颗粒的氧消耗速度。
根据本发明的一个方面，通过曝气风量、曝气停止时间或曝气抑制时间的控制进行所述曝气强度的控制。
根据本发明的一个方面，使用实验结果、实际的运行成绩、考虑了生物膜中氧的扩散性的机构模型中的任意一种来设定所述关系。
发明的效果
在本发明中，不使用原水负荷，而是使用曝气槽的氧消耗速度，在总有机碳计等原水浓度测量中不使用传感器就能够进行曝气控制，因此，能够抑制维护的人手和成本，而且在因现场设施、原水种类而不能使用总有机碳计的情况下也能够适当地进行曝气控制。
另外，根据本发明的一个方面，使用单位载体或颗粒的氧消耗速度，推定适合于随时间变化的曝气槽内的载体、颗粒的性状的所需要的充分的氧供给，改变DO的目标值或曝气强度的设定值本身进行控制，因此能够进行更适当的曝气控制。
附图说明
图1是应用本发明的生物处理装置的构成图。
图2是比较例的生物处理装置的构成图。
图3是表示实施例和比较例的结果的图。
图4是表示实施例和比较例的结果的图。
图5是表示实施例和比较例的结果的图。
图6是表示原水的总有机碳负荷的图。
具体实施方式
图1是应用本发明的生物处理装置的构成图。
被处理排水(原水)通过配管1被导入曝气槽2中。在曝气槽2内填充有负载生物膜的载体C。在曝气槽2内的底部设置有散气管3a、3b、3c，从鼓风机4通过配管5和分支配管5a、5b、5c供给空气，进行曝气。曝气槽2设置有顶盖2r。
由生物膜进行了好氧性生物处理的水通过筛网2a从配管6作为处理水被取出。
在该生物处理装置中，作为测量机构，设置有测定曝气槽2上部且顶盖2r下侧的气相部气体中的氧浓度的排气计7、测定曝气槽2内的DO的DO计8以及测定从鼓风机4向散气管3a～3c供给的空气量的风量计9。
在本发明中，并不将原水负荷作为管理指标，而是根据曝气槽的单位载体或颗粒的氧消耗速度进行曝气控制。
通常，原水负荷大时，曝气槽的氧消耗速度大，原水负荷较小时，氧消耗速度小，该氧消耗速度包括微生物的自分解过程导致的氧消耗。
另一方面，在生物膜法中，典型地通常形成膜厚3mm以上的微生物膜，保持的单位微生物与体相水的接触面积与典型地形成1mm左右的絮凝物的利用微生物的浮游法相比更少。因此，向生物膜内的微生物供给氧时，体相水与微生物膜的接触面的氧扩散现象成为氧供给中的主要限速因素。另外，也已知微生物膜与体相水的接触面积对氧向微生物膜扩散的扩散速度是主要因素。接触面积越大，氧扩散速度越高，接触面积越窄，氧扩散速度越低。另外，已知微生物膜中氧的扩散速度依赖于体相水的DO水平，需要调整DO水平来调整氧供给量。另外，从曝气系统的观点出发，即使是相同的氧供给量，需要的曝气风量也会因DO水平的不同而变化。众所周知，DO水平高时需要的曝气量增加，DO水平低时需要的曝气量降低。因此，以往，在利用生物膜的处理装置中，大多维持体相水的DO水平较高以产生满足需要的氧消耗的充分的氧扩散现象，结果经常进行过量的曝气，经常产生能量的浪费。
对产生维持DO水平较高从而产生与曝气相关的能量的浪费的情况的根本原因进行研究，结果发现了与填充在曝气槽内的载体、颗粒的保持量/与保持量成比例地变化的微生物膜与体相水的接触面积发生变化且氧的扩散效率发生变化是一个原因。
例如，将填充有流化床载体的曝气槽长期运转时，存在载体被切削而小粒径化，从筛网的空隙以SS的形式流出到槽外，槽内的载体填充率降低，生物膜表面与体相水的接触面积降低，从而处理性能降低的情况。
另外，在设置利用沉降性载体的膨胀床的曝气槽的情况下，需要定期逆洗来排出载体之间的多余污泥、SS。此时，通过载体相互的碰撞、剪切力使得载体摩耗而载体的填充率逐渐降低，槽内的载体填充率降低，生物膜表面与体相水的接触面积降低从而能够有助于氧向生物膜扩散的生物膜与体相水的接触面积降低，氧的移动速度降低，处理性能降低。
在使用了自造粒颗粒的生物处理槽中，自造粒颗粒的个体数、粒径随时间发生变动，曝气槽内的生物膜的量增减，从而生物膜与体相水的接触面积增减，进而氧向生物膜的扩散性发生变化，因此，即使有机物负荷相同，也产生排水处理所需要的曝气风量发生变化的现象。
由于这样的理由，对于利用氧消耗速度的负荷管理而言，虽然具有能够监视也包括微生物量的变化导致的氧消耗的需氧量的优点，但氧从体相水向生物膜移动的氧移动速度受到载体量的变化、接触面积的变化的影响。因此，即使氧消耗速度相同，载体、颗粒的性状变化使得适当的DO水平、曝气风量发生变化，因此，难以对满足需氧量且不会发生能量损失的曝气量进行管理。由于这样的理由，在利用氧消耗速度的曝气控制中，也与进行利用原水负荷的曝气控制的情况同样地，优选将能够进行考虑载体量、颗粒量的增减的影响的曝气控制的单位载体或颗粒的氧消耗速度作为指标进行曝气控制。由于能够假定单位载体或颗粒量的体相水与生物膜的接触面积是固定的，因此，不需要考虑随着接触面积的变化而引起的氧移动速度的变化。
因此，在本发明中，使用单位载体或颗粒的氧消耗速度作为管理指标进行曝气，而不仅仅是氧消耗速度。
作为单位载体或颗粒的氧消耗速度，能够举例载体或颗粒的单位填充容积的氧消耗速度或者载体组或颗粒的单位总表面积的氧消耗速度这样的指标。
＜原水负荷＞
根据下式算出原水负荷。
负荷＝Q·浓度
负荷：原水负荷[kg/d]。
Q：原水流量[m3/d]。
浓度：原水浓度[kg/m3]。
作为原水浓度，可举出由总有机碳、氨氮、UV吸光度推算的总有机碳/N的浓度。
＜载体容积负荷＞
根据下式算出载体容积负荷。
负荷载体容积＝负荷/V载体
负荷载体容积：载体容积负荷[kg/(m3·d)]。
V载体：曝气槽内的载体填充容积[m3]。
＜载体表面积负荷＞
根据下式算出载体表面积负荷。
负荷载体表面积＝负荷/S载体
负荷载体表面积：载体表面积负荷[kg/(m2·d)]。
S载体：曝气槽内的载体组的总表面积[m2]。
在曝气槽中，原水负荷有时随时间以分钟为单位急速变动，但载体的性状(曝气槽内的载体填充容积或曝气槽内的载体组的总表面积)的随时间变化以日到月为单位比较缓慢地变化。因此，优选频繁地更新原水负荷的计算值。另外，对于曝气槽内的载体填充容积或曝气槽内的载体组的总表面积，只要定期对载体(例如以每1～3个月1次左右的频率)进行采样并分析，更新载体填充容积、载体组的总表面积数据即可。
[氧消耗速度的推算方法]
＜情况1：根据风量计和排气计推算氧消耗速度的方法＞
测量曝气风量和排气中的氧浓度，通过下式直接推算氧消耗速度qO2。
数学式1
Figure BDA0003868681620000081
数学式2
Figure BDA0003868681620000082
OTE：氧移动效率[-]。
Z0：吹入空气中的氧摩尔分数[-]。
Z：排气中的氧摩尔分数[-]。
qO2：氧消耗速度[kg/d]。
Gv：标准状态换算的曝气空气的吹入流量[Nm3/d]。
vm：氧的比容[Nm3/kg]。
＜情况2：根据DO计和曝气风量计算氧消耗速度的方法＞
测量曝气风量和DO，间接推算氧消耗速度qO2。
(i)根据下式算出(控制装置安装前的准备)氧消耗速度的推算所需要的氧溶解性指标φ。
数学式3
Figure BDA0003868681620000091
数学式4
Figure BDA0003868681620000092
OTE：氧移动效率[-]。
Z0：吹入空气中的氧摩尔分数[-]。
Z：排气中的氧摩尔分数[-]。
φ：氧溶解性指标[m]。
vm：氧的比容[Nm3/kg]。
h：散气装置的水深[m]。
Cs：饱和溶解氧的浓度[kg/m3]。
C：混合液中的溶解氧的浓度[kg/m3]。
(ii)连续测量(装置运转时)氧消耗速度的随时间变化。
根据DO计和曝气风量的连续测量数据以及预先求出的氧溶解性指标φ通过下式连续推算氧消耗速度qO2。
数学式5
Figure BDA0003868681620000093
qO2：氧消耗速度[kg/d]。
Gv：标准状态换算的曝气空气的吹入流量[Nm3/h]。
h：散气装置的水深[m]。
Cs：饱和溶解氧的浓度[kg/m3]。
C：混合液中的溶解氧的浓度[kg/m3]。
φ：氧溶解性指标[m]。
在本发明中，预先设定曝气槽的单位载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的DO目标值或与其对应的曝气强度设定值的关系，与氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整对应的DO目标值或曝气强度设定值。
而且，对曝气装置进行控制以使DO达到目标值或使成为设定的曝气强度设定值。
[氧消耗速度与DO目标值和/或曝气强度设定值的关系]
使用预实验的结果数据、实际的运行成绩数据、考虑了生物膜中氧的扩散性的机构模型的模拟结果等来设定氧消耗速度与DO目标值和/或曝气强度设定值的关系。
该关系可以是标准曲线(近似函数)、控制表等中的任意一种。
[用于制作标准曲线或控制表的生物膜机构模型]
作为发现原水生物膜负荷与DO目标值或曝气强度设定值的关系的一个方法，能够利用推定生物膜与含有污染物质和氧的处于流动状态的体相水相接触时的污染物质的减少、生物膜中的活性污泥菌体量的增减的动力学模型(以下有时称为生物膜机构模型)。这种动力学模型还需要考虑菌体增殖和污染物质的消耗和氧消耗在生物膜内同时发生的情况、体相水相中溶解氧向生物膜的扩散和氧因曝气而溶解在体相水中的现象来构建。另外，生物膜的增加、缩小因伴随菌体的增殖和死亡的菌体群的体积的增加和减少、来自体相水的菌体的附着以及菌体向体相水中的剥离而产生。在生物膜利用处理中利用动力学模型时，需要对这些现象进行数学模型化。由于这种现象本来是在三维空间中发生的现象，因此，模型公式变得复杂，但通过用只考虑厚度方向变化的一维模型公式来表现生物膜的增加和缩小，从而能够比较容易地进行模拟。作为用于模拟利用活性污泥的排水处理的数学模型，例如能够有效利用国际水协(International Water Association)的任务组提出的一系列数学模型(参考文献1)。作为以生物膜为对象的数学模型例子，能够利用(参考文献2)等。
参考文献1：M Henze；IWA.Task Group on Mathematical Modelling for Designand Operaton of Biological Wastewater Treatment；et al。
参考文献2：Boltz,J.P.,Johnson,B.R.,Daigger,G.T.,Sandino,J.,(2009a).“Modeling Integrated Fixed-Film Activated Sludge and Moving Bed BiofilmReactor Systems I：Mathematical Treatment and Model Development”.WaterEnvironment Research,81(6),555-575。
通过利用数学模型，例如能够构建流化床载体的数学模型。通常，这种数学模型大多以联立常微分方程的形式记载，能够利用以联立常微分方程为对象的数值积分软件来模拟目标过程的动态行为。例如，能够根据因特定的装置结构、负荷假定、曝气强度而变化的体相水相的DO的状况进行处理水质的预测。
通过利用数学模型，从而能够针对各种负荷条件预测在各种曝气强度下进行处理时的例如处理水的总有机碳浓度。根据模拟结果，研究处理不劣化的最低限度的DO目标值、曝气强度调整，制作整理了模拟结果的表，能够有效用于本专利的控制系统中利用的控制表。
[曝气强度的控制]
曝气强度例如能够通过改变曝气风量(供气流量)、每规定时间周期的曝气停止时间或曝气抑制时间(弱曝气的时间)来控制。曝气停止时间表示所谓的间歇曝气中规定时间周期内停止曝气的时间。曝气抑制时间是指交替地重复强曝气和弱曝气运转中的弱曝气的时间。
根据原水负荷连续地或阶段性地控制曝气风量、曝气停止时间、曝气抑制时间。
＜氧扩散性指标＞
利用附着于自造粒微生物颗粒、流化床或固定床载体的生物膜的生物膜处理来去除污染物质时，与浮游法相比，流动状态的液相与微生物接触的表面积少，需要氧、污染物质向生物膜的内部(向厚度方向)扩散浸透来进行污染物质的生物分解，该扩散浸透过程的速度与微生物的增殖速度和氧消耗速度相比更慢，扩散浸透过程是确定处理性能的主要因素之一。
生物膜与体相水接触的表面积是影响扩散浸透过程的因素。表面积窄时，即使体相水的DO相同，氧向生物膜扩散的氧扩散总量也相对减少，存在处理性能降低而处理水水质劣化的倾向。反之，表面积增大时，即使体相水的DO相同，氧向生物膜扩散的氧扩散总量也相对增加，处理能力提高，存在处理水质良好的倾向。另外，即使在低DO的情况下，也能够发挥充分的处理性能，能够削减与曝气量、曝气相关的电力。
在利用自造粒微生物颗粒的装置的情况下，长期使用导致颗粒增大时，与自造粒微生物颗粒的单位容积的体相水接触的比表面积降低，与装置的单位容积的体相水接触的表面积降低。
在利用载体的装置的情况下，长期使用导致载体保持的污泥保持量增加时，载体内部的空隙空间会因微生物膜自身和水垢成分等无生物活性的固体成分而堵塞，因此，体相水与生物膜的接触面积降低。其结果是，与载体的单位填充容积的体相水接触的比表面积降低，与曝气槽的单位容积的体相水接触的表面积降低。
特别地，在利用附着于固定载体的生物膜的处理的情况下，使用期间为长期时，存在在载体之间的空间保持过量的生物膜的倾向。在这种情况下，与生物膜保持量的增加对应地，体相水相的容量相对降低。另外，该状态进一步发展时，载体之间的空间被微生物膜堵塞，产生体相水不能流入的空间。其结果是，体相水相与生物膜的接触面积逐渐降低，存在氧、污染物质向生物膜的浸透透过性随时间降低的倾向。
[除流化床以外的生物处理]
在图1中，说明使用流化床载体的生物处理，在使用固定床载体、颗粒的情况下，也能够通过相同的方法实施本发明。
在本实施方式中，说明了通过伴有曝气的好氧生物膜处理来处理包含有机物的排水时使用的情况，除此之外，进行使用生物膜的生物硝化脱氮处理等包括在曝气槽中使用生物膜的好氧处理工序的生物处理时，也能够用同样的方法实施本发明。
[传感器的维护]
通常利用与节流孔组合的微差压计、与皮托管组合的微差压计、热线式风量计进行风量测量。作为工业设备的微差压计、热线式风量计的测量稳定性高，是以大气为对象的测量，与以包含污染物质的排水为对象的测量相比，传感器污染导致的精度降低的风险也少，因此，典型地，只要进行1次/年的定期维护，就能够进行稳定的测量。
对于从曝气槽排放的排气中的氧浓度测量而言，测量部不与传感器污染性高的排水直接接触，因此，不需要定期的清洗作业，典型地，以1次/1天实施利用大气氧浓度的定期校正，只要进行1次/年的定期维护，就能够进行稳定的测量。
对于曝气槽内的溶解氧的浓度计而言，近年来，使用原理上由污染引起的测量值的偏差少的荧光式DO计，典型地，能够通过1次/月的定期清洗和利用空气氧浓度的校正作业来维持精度。
实施例
[实验例1：根据风量计和排气计推算氧消耗速度的方法]
(1)在图1的生物处理装置中，根据曝气风量和排气中的氧浓度的在线数据推算氧消耗速度qO2。
(2)连续测量所需要的排气计7(排气氧浓度计)的校正频率的评价
每天将已知浓度的O2标准气体通入排气计7一次，确认排气计7的指示值，标准气体浓度与排气计7的指示值的差为0.2％以上时，对排气计7进行校正。需要的校正频率为每7天一次。此外，能够对该校正操作进行自动化。
[实验例2：根据DO计和风量计推算氧消耗速度的方法]
(1)在图1的生物处理装置中，通过排气计采集曝气槽2上部的气相部的氧浓度，测定反应槽的曝气风量、排气中的氧浓度、反应槽内的DO，根据测定结果计算氧溶解性指标φ。
(2)基于事先测量的氧溶解性指标φ，根据DO计和曝气风量的在线测量数据连续推算氧消耗速度qO2。
(3)连续测量所需要的DO计的校正频率的评价
通过每天使用用饱和水校正的便携式DO计测定反应槽内的DO一次，确认与DO计8的指示值的差，该差达到±0.5mg/L以上时，对DO计8进行校正。需要的校正频率为每15天一次。
[实验例3：根据总有机碳计和流量计算出原水负荷]
对使用图2所示的生物处理装置进行基于利用原水的总有机碳浓度的测量值的原水负荷的曝气控制时的维护频率进行确认。
在图2的生物处理装置中，被处理排水(原水)通过配管10被导入曝气槽11中。在曝气槽11内填充有负载生物膜的载体C。在曝气槽11内的底部设置有散气管13，从鼓风机14通过配管15供给空气，进行曝气。
由生物膜进行了好氧性生物处理的水通过筛网12从配管16作为处理水被取出。
在该生物处理装置中，作为测量机构，设置有测定在配管10中流动的原水的流量以及总有机碳浓度的流量计17和总有机碳计18、测定曝气槽11内的DO的DO计19、以及测定从鼓风机14向散气管13供给的空气量的风量计20，这些检测值被输入至控制器21。通过控制器21控制鼓风机14的电机转速从而对曝气强度进行控制。
用流量计17测定原水流量，用总有机碳计18测定原水的总有机碳浓度，算出总有机碳负荷。
每天采样一次原水，用0.45μm的过滤器过滤后，用分析室的总有机碳计测定滤液中的总有机碳浓度。总有机碳计18与分析室的总有机碳计的指示值的差为5％以上时，对总有机碳计18进行校正。需要的校正频率为每3天一次。
表1
维持精度所需要的校正频率
实验例1的排气计 7日(能够自动化)
实验例2的DO计 15日
实验例3的总有机碳计 3日
如表1所示，确认了与用总有机碳计18测定原水中的总有机碳的实验例3相比，直接或间接算出曝气槽中的氧消耗速度的实验例1、2的仪器校正的劳力和时间更小。
[实施例1]
＜控制表的制作＞
利用生物膜机构模型，对载体的单位填充容积的氧消耗速度和与其相应的DO的目标值和弱曝气时间对处理水质的影响进行模拟，预先求出能够实现针对载体的单位填充容积的氧消耗速度能够维持目标处理水质的最小曝气风量的DO目标值和弱曝气时间设定值的关系，制成表2所示的控制表。
表2
Figure BDA0003868681620000151
通过实验例2的测量和推算算出载体的单位填充容积的氧消耗速度，根据该数值每2小时调整DO的目标值和弱曝气时间设定值。
在该控制表中，例如，总有机碳载体容积负荷(kg C/(m3·d)，以下有时省略单位)为0.5以上～小于2.5时，DO的目标值为3.1mg/L；2.5以上～小于2.7时，DO的目标值为3.8mg/L；2.7以上～小于3.0时，DO的目标值为3.9mg/L；3.0以上～小于3.2时，DO的目标值为4.4mg/L；3.2以上时，DO的目标值为4.8mg/L，分别设为适当的值。
总有机碳载体容积负荷为0.5以上～小于0.8时，将弱曝气时间设定值设定为每2小时110分钟，0.8以上且小于1.2时为每2小时90分钟，1.2以上且小于1.5时为每2小时80分钟，1.5以上且小于2.0时为每2小时60分钟，2.0以上且小于2.5时为每2小时40分钟，2.0以上且小于2.5时为每2小时20分钟，分别设为适当的值，总有机碳载体容积负荷为2.7(kg C/(m3·d))以上时，将弱曝气时间设定值设为零(即，不进行间歇曝气)。
将总有机碳负荷如图6所示变动的原水作为处理对象排水。
根据载体容积负荷的2小时的移动平均值，每2小时根据表2的控制表调整DO目标值、2小时周期内的弱曝气时间一次，对鼓风机的电机转速进行控制，以使弱曝气时间设为规定的低风量(3m3/(底面积m2·hr))，除弱曝气时以外的时间达到设定的DO目标值。
将弱曝气时间的长度的随时间变化示于图3，将DO的随时间变化示于图4。另外，将鼓风机的电力消耗量的随时间变化示于图5。
[比较例1]
除了将DO的目标值设为固定值3.5mg/L以及将弱曝气时间维持固定10分钟/2小时以外，与实施例1同样地进行。将结果示于图3～5。
＜考察＞
在实施例1中，根据单位载体的氧消耗速度来调整DO目标值和弱曝气时间，因此，鼓风机的电力使用量与比较例1相比更少。即，比较例1的电力消耗量约为1150kWh/日，相对于此，实施例1的电力消耗量约为950kWh/日，约减少17％。
此外，实施例1和比较例1的处理水质几乎没有差异。
使用特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但是，本领域技术人员知晓，在不脱离本发明的意图与范围的情况下能进行各种变更。
本申请是基于2020年3月31日申请的日本专利申请2020-063032提出的，通过引用将其全文内容援引至此。
附图标记的说明
2、11：曝气槽；2a、12：筛网；3a、3b、3c：散气管；4、14：鼓风机；7：排气计；8、19：DO计；9、20：风量计。

Claims (6)

1.一种好氧生物膜处理方法，其是将原水供给曝气槽，使用曝气装置进行曝气，通过填充在曝气槽中的生物膜保持载体或颗粒对原水中的去除目标物质进行好氧生物处理的方法，其特征在于，
预先设定作为单位该载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的溶解氧浓度目标值和/或与其对应的曝气强度设定值的关系，
与单位载体或颗粒的氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整所述溶解氧浓度目标值和/或曝气强度设定值，
对所述曝气装置进行控制以使溶解氧浓度达到该目标值或者使成为设定的曝气强度设定值。
2.如权利要求1所述的好氧生物膜处理方法，其中，
所述单位载体或颗粒的氧消耗速度是载体的单位填充容积的氧消耗速度、载体组的单位总表面积的氧消耗速度、颗粒的单位填充体积的氧消耗速度、颗粒组的单位总表面积的氧消耗速度中的任意一种。
3.如权利要求1或2所述的好氧生物膜处理方法，其特征在于，
根据曝气风量的测量值、从曝气槽排放的气相中的氧浓度的测量值或者曝气槽的溶解氧浓度的测量值以及曝气槽的氧溶解效率的实验值或计算值、和载体的填充容积或表面积的测量值或者计算值，来算出所述单位载体或颗粒的氧消耗速度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的好氧生物膜处理方法，其中，
通过曝气风量、曝气停止时间或曝气抑制时间的控制进行所述曝气强度的控制。
5.如权利要求1～4中任一项所述的好氧生物膜处理方法，其中，
使用实验结果、实际的运行成绩、考虑了生物膜中氧的扩散性的机构模型中的任意一种来设定所述关系。
6.一种好氧生物膜处理装置，其是具有供给原水的曝气槽、对该曝气槽进行曝气的曝气装置、填充在该曝气槽中的带生物膜的载体或颗粒、以及对该曝气装置进行控制的控制器的好氧生物处理装置，其特征在于，
所述好氧生物膜处理装置具有：
预先设定作为单位该载体或颗粒的氧消耗速度与与其对应的溶解氧浓度目标值和/或与其对应的曝气强度设定值的关系的机构；以及
与单位载体或颗粒的氧消耗速度的测量值的变动对应地根据所述关系调整所述溶解氧浓度目标值和/或曝气强度设定值的机构，
所述控制器对所述曝气装置进行控制以使溶解氧浓度达到该目标值或者使成为设定的曝气强度设定值。
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