JP2002516756A

JP2002516756A - 廃水の生物処理プラントにおけるエアレーション処理制御方法

Info

Publication number: JP2002516756A
Application number: JP2000552050A
Authority: JP
Inventors: ルフェーヴル，ファニ; コーレ，フィリップ; ブジャーン，ブルーノ; フィリップ，ジャン−ピエール
Original assignee: スエズリヨネーズデゾー
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2002-06-11
Also published as: AU3936399A; KR100589874B1; NO321986B1; DK1091911T3; TR200003554T2; PL344491A1; DE69900559T2; PL195619B1; CN1303357A; ES2155428T3; ATE210089T1; NO20006122D0; AU742852B2; ES2155428T1; CA2335944A1; EP1091911B1; BR9910846A; CN1189407C; KR20010052484A; WO1999062832A1

Abstract

(57)【要約】この方法は下記工程を含むことを特徴としている：すなわち、処理媒体の酸化還元電位の値を連続的に測定し、処理媒体を活性化するか、もしくはエアレーション手段を活性化し；エアレーション段階の間に、酸素濃度が標準範囲と一致すれば、エアレーションをそのまま維持し；酸素濃度が標準範囲を上回れば、エアレーションを低減し；酸素濃度が標準範囲以下であれば、エアレーションを増加させるために、酸化還元電位の値とともに酸素濃度を測定し且つその値を利用し；酸化還元電位の部分硝化から全体硝化への移行の間に、そのシステムの標準範囲と実際の酸素濃度の比較により酸素の標準値の自己調節を行い、このシステムの実際の酸素必要量により標準値を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は炭素および窒素含有汚染物を除去する廃水の生物処理プラントのエア
レーション処理の制御方法に関する。

【０００２】廃水の浄化は重要な課題である。したがって、ＥＵ（欧州連合）は都市廃水の
処理に関する指示書（No.91/271/EEC）を発行した。この指示書は、未処理廃水
を自然環境に排出する場合の限界値を定めている。したがって、各処理装置は、
水処理の品質について正確な目標値を定める必要があり、そのような目標値を達
成できない場合は、経済的ペナルティーまたは刑罰を伴うペナルティーさえも受
ける可能性がある。

【０００３】都市廃水処理プラントは、大抵、活性汚泥処理を利用している。この処理工程
の重要な段階は、エアレーション期間の順序を決めることにより、廃水に含まれ
ている炭素と窒素を除去することにある。廃水処理プラントで起きる主な課題は
、その処理を被浄化水の個々の成分の処理速度およびその汚染負荷の変動に適応
させて、一定品質の浄化水と自然環境に排出する最小制御汚染量を得ることであ
る。このために、炭素または窒素の除去が２つの要件を満たさねばならないとす
ると、これらの物質の除去には、エアレーションの非常に厳密で正確な制御を必
要とする。第１の要件によると、廃水の炭素成分の酸化を行い且つ汚泥を安定化
するために１日の総エアレーション期間を十分とる必要があり；第２の要件は窒
素成分をうまく除去するためにエアレーション段階の毎日の時間分布に直接リン
クさせる必要がある。一方では、硝化を行うためには、汚泥が好気性条件下に十
分な期間置かれる必要があり；そして他方では、脱窒には流出水を無酸素状態で
適切な時間滞留させる必要がある。このために、単一エアレーション槽において
使われた低負荷活性汚泥処理においては、窒素化合物は空気処理と非空気処理を
交互に行う厳密な制御により除去される。

【０００４】酸素供給装置の設定や操作に何らかの欠陥があると、廃水浄化ステーションが
不調になり、処理した流出水の品質や浄化性生物群とつくられた汚泥の特性の間
の平衡関係に間接的な影響を及ぼす。

【０００５】したがって、エアレーションの順序の適応性が欠如していると、エアレーショ
ン期間が十分でないと、得られた水に酸化されていない窒素化合物が含まれ、ま
たは無酸素期間が短すぎると硝酸塩類が含まれ、短期的には得られた水の品質に
影響がある。それに対して、非エアレーションの期間が長すぎる場合は、被処理
廃水は、絶対回避しなければならない嫌気性条件に遭遇することになる。実際に
、酸素処理が不十分な特定ゾーンにリンクした処理槽における嫌気生活の現象は
、糸状菌の長期的な出現をもたらし、その結果これらの微生物はフロックの構造
の変化とその沈降速度の低下を引き起こす。これらの変化や低下は、もちろん、
処理水の品質とコストに好ましくない影響がある。エアレーションの累積期間が
不十分な場合のもう一つの結果は、汚泥の品質に関係し、とくに汚泥の安定性を
決定する。

【０００６】そのような水処理方法では、エアレーションの制御が、何故キー・ポイントの
一つであるかは理解できる。種々の制御方法が使われている。これらの中には、
以下に述べる方法がある：１）生物槽のエアレーションにおいて最も単純な方法はタイマーであり、これは
使用者が決めたプログラムに従ってプラントが実際に必要とすることとは無関係
に、その日の決まった時間に酸素を送り込むことができる。２）わずかに改良された方法は、そのプラントで測定した酸化還元電位の上下両
閾値に基づいてエアレーション期間を決める方法で、数秒後には取り消されるこ
ともある時間Ｔにおける情報により決定がなされる。３）より精密な方法が、この特許の保有者により開発されている（FR-A-2,724,6
46）。この方法は、種々の酸化還元電位，この酸化還元電位の変動の導関数およ
びその浄化ステーションの履歴を考慮しており、したがって、エキスパート・シ
ステムの概念に近い方法である。４）その他の制御論理は、被浄化水の酸素濃度の測定に基づいており；その槽の
非エアレーション段階の間はこの概念は実際には意味がないと仮定し；その場合
酸素濃度の測定は非エアレーション期間（無酸素の期間）を、たとえば、40〜60
分と定めるタイマーで置き換え；それに続いて酸素に対する基準値について制御
が効果的に行われる期間があり、たとえば、エアレーション・タービンが一つず
つ徐々に止められる。５）硝化と脱窒の効率、および続いてその浄化ステーションの酸素要求量をキャ
ラクタライズすることにより、エアレーション槽のアンモニア化合物とニトロ化
合物の濃度について制御する試みがいくつか行われた。

【０００７】上で述べた従来技術の方法をいろいろ用いると、多数の欠点が明らかになり、
これはこれらの方法の限界を証明している。これらの欠点の中で、とくに下記事
項に言及する必要がある：１）タイマーによる自動制御は、被処理水の不規則な供給によりそのステーショ
ンに課される汚染物負荷の変動を考慮していないことは明らかである。２）酸化還元電位の閾値による方法は、一時的な過負荷，機器の一時的な破損な
どの、その浄化ステーションの履歴を考慮していない。３）FR-A-2,724,464に記載の方法は、その硝化レベルと脱窒レベルにおいて、炭
素汚染物に対して効果的な浄化を可能にすることができる。しかし、この方法の
目標は、十分なエアレーションを行うことであり、これは実際には酸素を過剰に
供給することになる。このような酸素の過剰供給は、経済的観点からは欠点にな
りうる。さらに、水処理の観点からは、エアレーション段階は酸素含有量７〜８
mg/lという比較的高い時にスタートするのでエアレーションに影響があり、硝酸
塩の酸素の使用を開始する前に酸素を除去しなければならない。脱窒の同じ期間
について、エアレーションを止める期間が同様に長くなり、効果的な処理時間が
１日以上短縮される。４）被浄化水中の酸素濃度を単純に測定することに基づく方法を用いると、活性
汚泥槽で起きる脱窒反応の進行状態を制御することができない。これは、この段
階を実施するには酸素濃度はゼロであることが必要であるからである。さらに、
硝化を引き起こすために必要な酸素濃度は、生物反応器に存在する汚泥の酸化状
態により、３〜７mg/lの範囲で変動する。５）エアレーション槽のアンモニア化合物とニトロ化合物の濃度の測定に基づく
方法は、機器のコストが高いので、実施できそうなのは大きなステーションのみ
である。その上、この方法は、FR-A-2,724,646に記載の酸化還元電位の測定によ
り汚泥の生理的状態を評価できるにも関わらず、汚泥の酸化状態を考慮していな
い。

【０００８】従来技術には上で述べたような欠点があるので、エアレーション槽への酸素の
供給をより慎重に制御しながら、浄化ステーションのエアレーション槽における
種々の反応を最適にする手段を研究する必要がある。これが本発明により解決さ
れた課題である。

【０００９】本発明の主題は、したがって、下記工程を含むことを特徴とする、炭素除去工
程，硝化工程および脱窒工程を用いた生物的廃水処理プラントにおけるエアレー
ション制御方法である：１）処理媒体の酸化還元電位の値を連続的に測定し、処理媒体を活性化するか、
もしくはエアレーション手段を活性化し；２）エアレーション段階の間に、 −酸素濃度が標準範囲と一致すれば、エアレーションをそのまま維持し、 −酸素濃度が標準範囲を上回れば、エアレーションを低減し、 −酸素濃度が標準範囲以下であれば、エアレーションを増大させるために、酸化還元電位とともに酸素濃度を測定し且つそれらの値を利用し；３）酸化還元電位の部分硝化から全体硝化への移行の間に、そのシステムの標準
範囲と実際の酸素濃度を比較して酸素の標準値の自己調節を行い、このシステム
の実際の酸素必要量により標準値を調節する。

【００１０】本発明によると、部分硝化から全体硝化への酸化還元電位の移行が酸素濃度に
関する標準範囲の比較的低い領域に存在する場合は、この標準値は低下する。

【００１１】本発明によると、部分硝化から全体硝化への酸化還元電位の移行の値が酸素濃
度に関する標準値に到達しない場合は、この標準値は上がる。

【００１２】本発明の主題であるこの方法が、FR-A-2,724,646で規定された酸化還元電位の
変動の導関数のモニタリングを含む方法と、エアレーション段階の間における「
酸素濃度」信号のみのモニタリングと組み合わせる理由は明らかである。その理
由の概略を述べると、酸化還元電位の値を分析するとそのプラントの開始期間お
よび停止期間の順序を決めることができ、そして酸素濃度を分析するとエアレー
ション段階の間に用いる動力を制御することができるからである。

【００１３】本発明では、酸化還元電位と絶対値[Ｏ₂]としての酸素濃度の測定の他に、こ
れらのパラメータの連続的比較が行われ、これによりそのステーションに集めら
れた情報の一貫性を推定し、且つ確認することができる。したがって、本発明の
方法を用いることにより、とくに −酸化還元電位と酸素濃度に関する両センサーの信頼性のコントロール； −機器の信頼性のコントロールまたは汚染物過負荷の確認； −汚泥の生物学的状態の精巧な分析； −汚泥の性能の関数として酸素濃度の標準値を再調節する可能性；および −比較的低濃度の残留酸素を用いた脱窒段階への着手と脱窒段階の迅速な開始の
保証；などのそのステーションの状態に関連した種々の情報と重大な干渉に対する可能
性にアクセスすることができる。

【００１４】本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照した下記説明により明らかに
なるであろう。

【００１５】したがって、上で述べたように、図１に示した本発明の方法の種々の工程は、
次のように要約することができる：まず第１に、開始段階では、大量の酸素を供給するために、エアレーションは
そのプラントの最大能力で行われる。すなわち、経験ではこのような大量供給は
浄化を良好に行うには有用であることが証明されている。

【００１６】工程１：処理媒体の酸化還元電位(EH)の値を連続的に測定すると、処理媒体、
またはそうでなければエアレーション手段（エアレーション・ブースター）を活
性化することができる。

【００１７】工程２：酸化還元電位の調査：この電位の値が高いならば、硝化と炭素の除去
はうまくいっており、一方、酸化還元電位の値が低いならば、これは硝化と炭素
の除去が不十分なためであり、制御している酸素成分の調査を行う必要がある。

【００１８】工程３：処理媒体の酸素濃度の測定とこの濃度の調査を行う（図２を参照のこ
と）。以下それぞれのケースを提示する：ａ）酸素濃度の値[Ｏ₂]が図２の「酸素標準領域」と呼ばれる領域に位置し、エ
アレーション・パワーを維持する必要があるか、ｂ）または酸素濃度の値[Ｏ₂]が図２の基準２により指定された領域に位置し（
すなわち、[Ｏ₂]について標準値以下にある）、酸化パワーを増加させるか、ま
たはこれがない場合は必要な酸素量を供給するために酸素ブースターを最大の能
力で稼働させ続けるか、ｃ）または酸素濃度の値[Ｏ₂]が図２の基準３により指定された領域に位置し（
すなわち、[Ｏ₂]について標準範囲より上にある）、酸化還元電位は不十分であ
るが酸素の標準値を超えており、エアレーションを下げるか、またはそれができ
ない場合は、エアレーション・ブースターを最小能力で稼働させ続けるか、ｄ）または酸素濃度の値[Ｏ₂]が図２の基準１により指定された領域に位置し（
酸化還元電位と酸素濃度が低すぎる）、この状況はそのステーションの過負荷（
汚泥の呼吸作用が高い）に対応しているか、または機器またはセンサーの故障に
対応しており、この場合は本発明により警報が発せられ、およびｅ）または酸素濃度の値[Ｏ₂]が図２の基準４により指定された領域に位置し、
平均的な酸化還元電位と高い酸素含有量の組み合わせが、センサーの故障か生物
群の被毒（汚泥の低い呼吸作用）を示し、この場合も本発明により警報が発せら
れる。

【００１９】最終工程：本発明では、酸素濃度の標準値を自己調節する追加の工程が認めら
れることが上で判明した。

【００２０】酸化還元電位の「部分硝化」領域から「全体硝化」領域への移行の間に、本発
明は、酸素標準値を修正するために系における酸素濃度の測定が行われ、これに
より硝化反応と汚泥成分の完全酸化に必要な酸素の実際の必要量を再評価するこ
とができる。

【００２１】酸化還元電位のこの移行が、酸素濃度値の領域１または２（図２）で起きると
、生物群が必要とする酸素量は低く、本発明によると酸素標準値が低下し、これ
によりエアレーションに関連したエネルギーの節減が可能になる。

【００２２】逆に、酸化還元電位の移行の値が提案された標準酸素濃度条件より下に規則的
に到達することができない場合は、酸素に対する必要性が高く、したがって、[
Ｏ₂]標準値を上げることが必要になる。この標準値を上げることにより、このプ
ロセスを確実なものとし、且つ、汚泥の再酸化を促進することができる。

【００２３】添付図面の図３において、酸素濃度閾値の時間の関数としての変動が示されて
おり、この図は、本発明の方法を使うことにより、[Ｏ₂]標準閾値の自己調節が
得られる方法を示している。

【００２４】この図３は研究期間（１年は必要）を通して酸素閾値の変動を表している。と呼ばれる点は実測値は、酸化還元電位が「フェーズ３」において「部分硝化
」から「全体硝化」への通過を示した時に到達した溶解酸素濃度を表している。
連続し且つより安定した線は、実測値に基づいて、コントロール・ロジックによ
り規定された酸素標準値を表している。この方法の信頼性を高めながら、標準値
の修正を限定するために、変動はここで弱められる。

【００２５】生物群の実際のニーズの大きな変動を反映している（個体群を若返らせる）こ
の[Ｏ₂]標準値の変動の範囲を指摘することは重要である。実際に、図３の曲線
は、この生物系が２〜３mg/lのオーダーの溶解酸素を用いて全体硝化において非
常によく機能しており（古い汚泥の場合）、一方、いくつかのケース（「若い」
汚泥）では５〜６mg/lの含有量では全体硝化を保証するには不十分であることを
示している。本発明はこの難点を解決することを可能にし、且つ稼働条件の自己
調節に導いている。

【００２６】下の表１では３つの方法、すなわち、(A)自動制御なしの方法、(B)酸化還元電
位EHのみの自動制御を用いた方法、および(C)酸化還元電位EHの自動制御と本発
明による酸素濃度を用いた方法、それぞれの生物廃水処理プロセスを用いて得ら
れた結果を比較して示している。この表は、本発明の主題である方法を用いた場
合に得られる利点、とくに経済的利点を明らかに示している。

【００２７】

【表１】

【００２８】本発明の主題であるこの方法により得られる利点としては、とくに次の事項を
挙げることができる： −炭素または窒素汚染物を処理する反応を行うのに必要なエアレーション・パワ
ーを調節することができる； −受け取った情報の一貫性を実証し、且つ浄化ステーションで起きる制約的事象
を検出する可能性；および −信頼性を高める視点をもって系を制御する実際の標準値の自己調節を行う可能
性、たとえば、汚泥の要件に関するより精巧な専門的技術。

【００２９】本発明は上で述べた代表的な実施態様に限定されるものではなく、本発明には
添付クレイムの範囲内にあるすべての変形態様がすべて含まれることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】上で規定された本発明の方法の種々の工程を示す図であり、

【図２】本発明を実施する方法を理解できるようにする図であり、

【図３】工業プラントで測定された酸素濃度閾値の時間の関数としての変
動を示す曲線である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ブジャーン，ブルーノフランス国、エフ−78400 シャトゥー、リュデュジェネラールコラーン 35 (72)発明者フィリップ，ジャン−ピエールフランス国、エフ−95220 エルブレイ、リュスフロ 17 Ｆターム(参考） 4D040 BB01 BB02 BB91 BB92

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素除去工程，硝化工程および脱窒工程を用いた生物的廃水
処理プラントにおけるエアレーション制御方法において：この方法が、１）処理媒体の酸化還元電位の値を連続的に測定し、処理媒体を活性化するか、
もしくはエアレーション手段を活性化し；２）エアレーション段階の間に、 −酸素濃度が標準範囲と一致すれば、エアレーションをそのまま維持し、 −酸素濃度が標準範囲を上回れば、エアレーションを低減し、 −酸素濃度が標準範囲以下であれば、エアレーションを増大させるために、酸化還元電位とともに酸素濃度を測定し且つそれらの値を利用し；３）酸化還元電位の部分硝化から全体硝化への移行の間に、そのシステムの標準
範囲と実際の酸素濃度を比較して酸素標準値の自己調節を行い、このシステムの
実際の酸素必要量により標準値を調節する；各工程を含むことを特徴とする前記方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記酸化還元電位の部分硝
化領域から全体硝化領域への移行が酸素濃度の標準範囲の低い領域に存在する場
合は、この標準値を下げられることを特徴とする前記方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法において、前記酸化還元電位の部分硝
化領域から全体硝化領域への移行の値が酸素濃度の標準値に達しない場合は、こ
の標準値を上げられることを特徴とする前記方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法において、前記酸化還元電位と同様に
、前記酸素濃度値が低すぎる場合は、警報が発せられることを特徴とする前記方
法。
【請求項５】請求項１に記載の方法において、酸素含有量が高く、且つ酸
化還元電位が低い場合は、警報が発せられることを特徴とする前記方法。