JP2001314889A - 廃水の生物学的リン除去の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝集剤および有機物を必要以上に過剰に添加
することなく、廃水中からの容易かつ安定したリン除去
を可能とする、廃水の生物学的リン除去の制御方法を提
供する。 【解決手段】 最初沈澱池で固液分離を行う廃水の生物
学的リン除去の制御方法である。モデルシミュレーショ
ンにより処理結果を短時間で予測し得る工程と、前記処
理結果に基づいて、前記凝集剤の添加量、前記有機物の
注入量および前記最初沈澱池の運転池数の少なくとも１
種を制御する工程とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水等の廃水処理
方法に係り、特に下水等の廃水から生物学的にリンを除
去する際の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃水から有機物を除去するための従来の
代表的な処理プロセスとしては、活性汚泥法プロセスが
知られており、リン酸イオンおよび有機物を同時に除去
する従来の方法としては嫌気好気活性汚泥法プロセスが
知られている。

【０００３】嫌気好気活性汚泥法による廃水処理装置の
一例を、図６に示す。図示する廃水処理装置は、最初沈
澱池２と、生物学的リン放出反応により活性汚泥が細胞
内のリン酸イオンを廃水中に放出する嫌気槽３と、生物
学的リン摂取反応により活性汚泥が廃水中のリン酸イオ
ンを細胞内に摂取する好気槽４と、最終沈澱池６とから
構成される。好気工程における活性汚泥のリン摂取量
は、嫌気工程でのリン放出量より大であり、このリン摂
取量とリン放出量との差が廃水からのリン酸イオンの除
去量に相当する。

【０００４】処理される廃水は、まず最初沈澱池２に導
入され、ここで比較的大きく重い固形物を除去した後、
嫌気槽３に導入される。次いで、嫌気槽３における生物
学的リン放出反応および好気槽４における生物学的リン
摂取反応を経て、廃水中のリンは汚泥の構成成分に変化
し、最終的に余剰汚泥として廃水処理装置から排出され
る。また、廃水中の有機物は嫌気工程および好気工程の
両方において除去される。

【０００５】こうした従来の処理法において、生物処理
のみではリンの目標処理水質を達成できない場合は、硫
酸バンドおよびポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を添加
することによって、リンを不溶化し沈澱除去する。この
ような凝集剤の添加を制御するためには、従来から、凝
集剤を定量注入する方法や、嫌気槽の酸化還元電位（Ｏ
ＲＰ）の値により凝集剤添加量を制御する方法（特開平
３−２７８８９６号公報）が用いられてきた。さらに、
嫌気槽内の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定し、この測定
値に基づいて浮遊固形物濃度（ＳＳ）の高い廃水の注入
量を制御する方法（特開平３−２７８８９３号公報）、
および実装置の処理水中のリン濃度を自動計測してフィ
ードバックすることにより、凝集剤の添加量を制御する
方法等も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】嫌気好気活性汚泥法を
はじめとする生物学的リン除去法による廃水処理装置を
用いた廃水からのリン除去において、生物学的リン除去
反応の原理は、廃水中のリンを汚泥構成成分に変化さ
せ、廃水中のリンを余剰汚泥中のリンとして廃水処理装
置から排出させるというものである。したがって、廃水
の有機物濃度がリン濃度に比して小である場合には、有
機物濃度の不足により余剰汚泥発生量が小となってしま
い、所望のリン除去量を得ることができないという基本
的な問題がある。

【０００７】その対策として、次のようにしてリンを除
去する方法が採用されている。すなわち、１）凝集剤を
添加して混合液中のリン酸態イオンと凝集剤とを化学反
応させて、不溶性のリン化合物を形成することによりリ
ンを除去する方法、２）有機物を添加して余剰汚泥発生
量を増加させることによりリンを除去する方法、３）最
初沈澱池の運転池数を減少させて流入する有機物量を増
加させることにより、余剰汚泥量を増加させてリンを除
去する方法等である。しかしながら、廃水処理装置に流
入する廃水の水質は、時間、季節、および気温等の様々
な要因により変動するものである。このため、水質の変
動に対応して廃水処理装置の処理性能を良好に維持管理
するには、廃水処理装置の前述の１）から３）の運転条
件を、廃水の水質に対応した適切な値となるよう制御す
る必要がある。

【０００８】酸化還元電位（ＯＲＰ）に対しては、ｐ
Ｈ、ＤＯ、様々なイオン濃度等の因子が影響するため、
酸化還元電位（ＯＲＰ）と処理水のリン濃度との相関は
低い。したがって、凝集剤添加量、もしくは浮遊固形物
濃度（ＳＳ）の高い廃水の添加量を、酸化還元電位（Ｏ
ＲＰ）に基づいて適正値に制御することは困難であり、
凝集剤の過剰添加や不十分なリン除去を招くという問題
がある。一方、実装置の処理水中のリン濃度を自動計測
しフィードバックすることにより凝集剤の添加量を制御
する場合には、凝集剤の添加を行いながら処理水中のリ
ン濃度を測定するものであるため、時間遅れを生じると
いう問題がある。このように、廃水からの生物学的リン
除去は、複雑な生物処理機能に対する水質変動や凝集剤
注入量変動の影響を考慮して制御することが求められる
にもかかわらず、現状ではこうした制御は極めて困難で
ある。それゆえ、比較的単純な制御を行いがちとなり、
安定したリン除去を行うためには、凝集剤や有機物が過
剰に添加される傾向にあるのが現状である。

【０００９】そこで本発明は、凝集剤および有機物を必
要以上に過剰に添加することなく、廃水中からの容易か
つ安定したリン除去を可能とする、廃水の生物学的リン
除去の制御方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、凝集剤および有機物の少なくとも一種を
添加し、最初沈澱池で固液分離を行う廃水の生物学的リ
ン除去の制御方法において、モデルシミュレーションに
より処理結果を短時間で予測し得る工程と、前記処理結
果に基づいて、前記凝集剤の添加量、前記有機物の注入
量および前記最初沈澱池の運転池数の少なくとも１種を
制御する工程とを具備することを特徴とする制御方法を
提供する。

【００１１】また本発明は、最初沈澱池で固液分離を行
う廃水の生物学的リン除去の制御方法において、モデル
シミュレーションにより処理結果を短時間で予測し得る
工程と、前記処理結果に基づいて、前記最初沈澱池の運
転池数を制御する工程とを具備することを特徴とする制
御方法を提供する。

【００１２】本発明の制御方法において、前記処理結果
を得るためのシミュレーションは、前記廃水の化学的酸
素要求量（ＣＯＤ）およびリン濃度に基づいて行われる
ことが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のリ
ン除去の制御方法を説明する。

【００１４】本発明の方法を適用し得る廃水の生物学的
リン除去処理装置の一例を、図１に示す。

【００１５】図示する装置は、主として最初沈澱池（最
初沈澱池２ａおよび最初沈澱池２ｂ）、嫌気槽３、好気
槽（好気槽４ａおよび好気槽４ｂ）および最終沈澱池６
から構成される。嫌気槽３では、散気装置８による散気
は行われず撹拌のみが行われ、この嫌気槽３には、必要
に応じて有機物注入装置１１から有機物注入ポンプ１２
により有機物が供給される。引き続いた好気槽４ａおよ
び好気槽４ｂでは、散気装置８により酸素供給が行われ
るとともに、散気に伴って生じる水流により撹拌が行わ
れる。好気槽４ａには、必要に応じて凝集剤注入装置１
３から凝集剤注入ポンプ１４により凝集剤が供給され
る。

【００１６】廃水１は、最初沈澱池２ａおよび最初沈澱
池２ｂでの固液分離を経て、嫌気槽３、好気槽４ａおよ
び好気槽４ｂへと順次通水される。好気槽４ｂを流出し
て最終沈澱池５に流入する流出液は、最終沈澱池５で処
理水６と活性汚泥とに分離される。この最終沈澱池５で
分離・濃縮された活性汚泥の一部は、返送汚泥７として
返送汚泥ポンプ１０により嫌気槽３へ送られる。

【００１７】嫌気槽３においては、活性汚泥が最初沈澱
池２ａおよび２ｂからの出口水および有機物注入装置１
１から供給される有機物を利用して、活性汚泥細胞内に
蓄積したリン酸イオンを廃水中に放出（リン放出反応）
する。また、最初沈澱池出口水および返送汚泥７に含ま
れる硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を窒化ガスにまで還
元（脱窒反応）して脱窒処理する。なお、嫌気槽３に注
入される有機物としては、例えば、メタノール、エタノ
ール、酢酸およびギ酸等を挙げることができるが、費用
面を考慮するとメタノールを用いることが好ましい。

【００１８】引き続いた好気槽４ａおよび好気槽４ｂに
おいては、活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを活性汚泥
細胞内に摂取する（リン摂取反応）とともに、廃水中の
窒素化合物の硝酸性窒素または亜硝酸性窒素への酸化
（硝化反応）および有機物の酸化分解除去が行われる。
さらに、好気槽４ａにおいては、凝集剤注入装置１３に
より供給される凝集剤と好気槽内の混合液中のリン酸態
イオンとが化学反応し、不溶性のリン化合物を形成する
ことによりリン除去が行われる。

【００１９】本発明の制御方法においては、廃水処理装
置へ導入される廃水の水質に基づいて処理結果をシミュ
レートし、この結果を用いてリン除去に関連する運転条
件を自動制御するものである。具体的には、図１に示し
たような廃水処理装置の状態を模したシミュレーション
モデルを構築し、廃水処理装置への流入水１の化学的酸
素要求量（ＣＯＤ）およびリン濃度の測定結果を用い
て、計算機１５によりシミュレーション計算を逐次行
う。処理水６の水質（リン濃度）が目標値を満足しない
計算結果となった場合には、次に示す（１）〜（３）の
運転条件のうち、少なくとも一つを制御した場合のシミ
ュレーション計算を計算機１５で行う。

【００２０】（１）嫌気槽３へ有機物注入装置１１から
供給される有機物の注入量を増加させる。

【００２１】（２）最初沈澱池をバイパスして嫌気槽３
に流入する廃水の流量を大とする。

【００２２】（３）好気槽４ａに凝集剤注入装置１３か
ら供給される凝集剤注入量を増加させる。

【００２３】次に、この計算の結果、処理水６中のリン
濃度の低減に効果があるパターンの制御信号を、所定の
バルブやポンプに自動出力して運転条件を自動制御す
る。例えば、有機物注入ポンプ１２または凝集剤注入ポ
ンプ１４に計算機１５からの制御信号を自動出力して、
有機物注入装置１１または凝集剤注入装置１３から供給
される薬剤の注入量を自動制御する。あるいは、２つの
最初沈澱池２ａおよび２ｂの間に設けられたバルブ９に
制御信号を自動出力してこのバルブを閉じ、最初沈澱池
２ａのみで固液分離を行う。バルブ９の開閉や注入ポン
プ１２および１４の制御は、手動により行うこともでき
る。

【００２４】なお、本発明のリン除去の制御方法は、図
１に示した廃水処理装置のみに適用されるものではな
い。例えば、嫌気工程と好気工程との間に、脱窒（無酸
素）工程をさらに具備する処理装置にも適用することが
できる。さらに、凝集剤注入装置１３から供給される凝
集剤は、図１に示したような好気槽４のみならず、反応
槽や沈澱槽に流入させることもできる。

【００２５】

【実施例】以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。

【００２６】構築するシミュレーションモデルは、実装
置における処理反応を再現し得る動力学的モデルとし、
混合液中の浮遊汚泥量、返送汚泥濃度や余剰汚泥量は、
常に実装置の測定結果をもとに修正を加えておく。ま
た、動力学的定数に関しても、必要に応じてキャリブレ
ーションを行っておく。

【００２７】シミュレーションに当たっては、図２に示
すフローからなる廃水の生物学的リン除去処理装置を用
いた。図２に示す廃水処理装置は、最初沈澱池を１つと
して、メタノール等の有機物を嫌気槽３に供給する有機
物注入装置を設けない以外は、図１に示した装置と同様
である。ここでは、処理装置の添加凝集剤としてポリ塩
化アルミニウムを用い、添加量を制御しつつ凝集剤注入
装置１３から好気槽４ａに注入した。なお、ポリ塩化ア
ルミニウムの添加量は、流入水１中の化学的酸素要求量
（ＣＯＤ）およびリン濃度からのシミュレーション結果
に基づいて制御した。また、処理水中の目標リン濃度は
０．５ｍｇ−Ｐ／リットルとしてシミュレーションを行
った。

【００２８】動力学的な反応速度式は、Ｍｏｎｏｄ式を
基本とした微生物増殖速度式を用いる。以下に、反応速
度式の一例として、リン蓄積細菌の増殖速度ｒ_paoの反
応式を示し、この反応式における各変数および係数につ
いての説明を下記表１にまとめる。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【表１】

【００３１】本実施例におけるシミュレーションのため
のパラメータ、および処理結果等の経時変化を図３〜図
５のグラフに示す。

【００３２】図３のグラフには、流入水中のＣＯＤ濃度
および流入水リン濃度の経時変化を示した。図３のグラ
フ中、曲線ａは流入水のＣＯＤ濃度を表し、曲線ｂは流
入水のリン濃度を表している。このグラフからわかるよ
うに、流入水中のＣＯＤ濃度およびリン濃度は一定では
なく、例えばＣＯＤ濃度は最大で８０（ｍｇ／Ｌ）程度
変化しており、リン濃度は最大で４．５（ｍｇ−Ｐ／
Ｌ）程度変化している。所望の水質の処理水を得るに
は、こうした変化に対応して運転条件を適切に制御する
ことが必要である。

【００３３】本実施例においては、流入水のＣＯＤ濃度
およびリン濃度に基づいたシミュレーションにより処理
結果を得て、この結果に応じて凝集剤としてのポリ塩化
アルミニウムの添加量を制御する。図４のグラフには、
本発明による制御時のポリ塩化アルミニウム添加量の経
時変化を曲線ｃとして示した。ポリ塩化アルミニウムの
添加量は、図３に示した流入水のＣＯＤ濃度およびリン
濃度の変化に対応して増減していることが、図４のグラ
フに明確に示されている。なお、図４のグラフには、従
来法による一定量の凝集剤を添加する場合の添加量を直
線ｄとして示している。

【００３４】このように本発明の方法により制御して処
理された処理水中のリン濃度を図５のグラフに示す。図
５のグラフから、動力学的シミュレーションモデル計算
による制御を行うことにより、処理装置の処理水リン濃
度は０．５ｍｇ−Ｐ／リットル以下となり、安定したリ
ン除去が可能であることがわかる。処理水中のリン濃度
を、従来法の一定量の凝集剤の添加により０．５ｍｇ−
Ｐ／リットル以下に制御するには、凝集剤を過剰に加え
なければならない。図４のグラフに示されているよう
に、本発明の方法で制御することによって、凝集剤添加
量は従来の一定流量凝集剤を添加する方法の６０％程度
に低減することができた。

【００３５】上述した例では、凝集剤の添加量を制御す
ることによって目標処理リン濃度を達成したが、有機物
の注入量を制御してもよい。この場合も、有機物の添加
量を従来の８０％程度に抑えて、安定したリン除去を行
うことができる。さらに、最初沈澱池の運転池数を制御
した場合も、廃水中から容易に、かつ安定してリンを除
去することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、凝
集剤および有機物を必要以上に過剰に添加することな
く、廃水中からの容易かつ安定したリン除去を可能とす
る、廃水の生物学的リン除去の制御方法が提供される。
本発明は、リンを含有する下水の処理に有効に用いるこ
とができ、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法が適用される廃水の生物学的
リン除去処理装置の一例の構成を表す概略図。

【図２】本発明の制御方法が適用される廃水の生物学的
リン除去処理装置の他の例の構成を表す概略図。

【図３】流入水中のＣＯＤ濃度およびリン濃度の経時変
化を表すグラフ図

【図４】ポリ塩化アルミニウム添加量の経時変化を表す
グラフ図。

【図５】処理水中のリン濃度の経時変化を表すグラフ
図。

【図６】従来の廃水の処理装置の構成を表す概略図。

【符号の説明】

１…流入廃水 ２，２ａ，２ｂ…最初沈澱池 ３…嫌気槽 ４，４ａ，４ｂ…好気槽 ５…最終沈澱池 ６…処理水 ７…返送汚泥 ８…散気装置 ９…バルブ １０…返送汚泥ポンプ １１…有機物注入装置 １２…有機物注入ポンプ １３…凝集剤注入装置 １４…凝集剤注入ポンプ １５…計算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 純 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 局 俊明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 馬場 圭 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 水野 健一郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 武智 辰夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4D015 BA19 BB06 CA18 DA03 EA01 EA32 FA02 4D040 BB32 BB72 BB91 4D062 BA19 BB06 CA18 DA03 EA01 EA32 FA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝集剤および有機物の少なくとも一種を
   添加し、最初沈澱池で固液分離を行う廃水の生物学的リ
   ン除去の制御方法において、 モデルシミュレーションにより処理結果を短時間で予測
   し得る工程と、 前記処理結果に基づいて、前記凝集剤の添加量、前記有
   機物の注入量および前記最初沈澱池の運転池数の少なく
   とも一種を制御する工程とを具備することを特徴とする
   制御方法。
2. 【請求項２】 最初沈澱池で固液分離を行う廃水の生物
   学的リン除去の制御方法において、 モデルシミュレーションにより処理結果を短時間で予測
   し得る工程と、 前記処理結果に基づいて、前記最初沈澱池の運転池数を
   制御する工程とを具備することを特徴とする制御方法。
3. 【請求項３】 前記処理結果を得るためのシミュレーシ
   ョンは、前記廃水の化学的酸素要求量およびリン濃度に
   基づいて行われることを特徴とする請求項１または２に
   記載の方法。