JP2009214037A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バチルス菌の優占度をリアルタイムで推定し、その結果に基づいてバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することができる水処理方法及び水処理装置を提供する。
【解決手段】バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する際、生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を求め、この求められたミネラル供給量に従ってミネラル供給装置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃水を被処理水として導入し、バチルス菌により生物処理するための水処理方法及び水処理装置に関するものに関する。

廃水の処理施設において、余剰汚泥の削減、脱臭、曝気の効率化に対して様々な対応策が講じられている。悪臭の原因となる臭気物質は、主に、硫化水素、メチルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル及びアンモニアなどである。これらの臭気物質は、硫黄や窒素を含有する有機物が嫌気状態にて分解されることで生成する。

これらに対して、バチルス属細菌（以下、バチルス菌とも呼ぶ）の性質を利用した生物処理の技術が実用化されている。バチルス属細菌は、活性汚泥中に存在する土壌細菌の一種であり、臭気物質を生成する硫酸還元菌などの働きを抑制する性質があると考えられている。このようなバチルス属細菌の特性を有効活用するべく、最近、有機性廃水を好気性処理する曝気槽にミネラルなどを供給してバチルス属細菌を優占化させて、余剰汚泥の削減、脱臭、曝気の効率化を図ることが採用されるようになってきた。

例えば、バチルス属細菌を優勢種とする生物相を活性汚泥中に形成し、これを用いて生物処理を行う廃水処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、バチルス属細菌を優勢種とするために被処理水に対して酸化剤を添加する方法が提示されている。

この他、活性汚泥処理における沈殿槽から曝気槽への汚泥返送処理の過程で、バチルス属細菌優占化手段を用いて、返送される汚泥の少なくとも一部を好気状態及び嫌気状態に繰り返し曝すことでバチルス属細菌の優占化を行う廃水処理施設も提示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−３２９３０１号公報 特開２００７−３１９８３７号公報

このようにバチルス菌を用いて活性汚泥処理を行う場合は、バチルス菌の優占化状態を維持する必要がある。

しかし、バチルス菌の優占度の計測のためには、採取したサンプルから寒天培養を行う必要がある。そのため、水処理の過程で変動する水質、菌種の優占度をリアルタイムに計測することができず、したがって、被処理水をバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することが困難であった。また、この計測のために定期的にサンプルを培養させるか、あるいは、バチルス菌を増殖させる設備が必要となり、これらを新設しなければならず、設備コストが上昇する。

本発明の目的は、バチルス菌の優占度をリアルタイムで推定し、その結果に基づいてバチルス菌の優占状態にリアルタイムで制御することができる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。

本発明の水処理方法は、バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する水処理方法であって、前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を求め、この求められたミネラル供給量に従ってミネラル供給装置を制御することを特徴とする。

また、本発明の水処理装置は、バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する水処理装置であって、生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するためにミネラルを供給するミネラル供給装置と、前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を求めるミネラル供給量算出手段と、この求められたミネラル供給量に従って前記ミネラル供給装置を制御するミネラル供給量制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の水処理装置では、生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを有し、前記相関関係保持手段に保持された水質指標との相関関係を定期的に更新するようにしてもよい。

また、本発明の水処理装置では、前記水質指標は、臭気強度、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら１つ以上の組み合わせでもよい

本発明によれば、オンライン制御により被処理水中のバチルス菌を常に優占化状態に維持することができるので、臭気や余剰汚泥量の発生量が少ない安定した水処理を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明に係る水処理方法の一実施の形態は、有機性廃水を被処理水として曝気槽に導入し、この曝気槽にてバチルス菌を優占化させ、活性汚泥法により生物処理するものである。

この方法では、まず、バチルス菌量と相関関係を有するオンライン計測可能な水処理指標を特定し、それらの相関関係を予め求めておく。例えば、バチルス菌に脱臭効果があるということから、被処理水の水質指標として臭気を特定し、これを計測する。すなわち、曝気槽（追加して、返送汚泥ライン、余剰汚泥ラインに設けても良い）に臭気センサを設けて臭気をオンラインで計測する。また、前述のように、臭気とバチルス菌量との相関関係を予め求めておく。そして、この臭気の計測値から、バチルス菌量との相関関係により臭気を計測した被処理水におけるバチルス菌量を推定する。その結果、例えばバチルス菌が少なくなってきた場合はフィードバック制御でバチルス菌の減少に見合ったミネラルを投入することで、バチルス菌の優占化状態に維持する。

このように、バチルス菌の優占化状態を維持して水処理を行うことにより、臭気の発生が少なく、余剰汚泥量の削減が可能となる。

水質指標としては、臭気の他に、例えば、余剰汚泥の重量が考えられる。すなわち、バチルス菌の優占化状態で水処理を行った場合、余剰汚泥の粘質が変わることが知られている。この余剰汚泥の粘質が変わるということは重量が変わることを意味するので、これらの相関関係を求めておくことにより、バチルス菌量の推定が行なうことができる。

このように、水質指標である、臭気センサの値、余剰汚泥量や、その他、ＳＳ、ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ計、Ｔ−Ｐ計、曝気槽流入量など、オンライン計測可能な値と、そのときの寒天培養したバチルス菌の優占化度をオフラインで測定し、これらの間の相関をとることにより、オンライン計測値から計測対象におけるバチルス菌バチルス菌の優占化度が算出（推定）され、これに対応するミネラルの供給量を決定し、バチルス菌を優占化する仕組みが構築される。

次に、図１を用いて上記水処理方法を実行する水処理装置の一実施の形態を説明する。

図１において、有機性廃水は、最初沈殿池１１を経た後、被処理水として曝気槽１２に導入され、ここで曝気された後、最終沈殿池１３にて汚泥が沈殿され、上澄水が取り出される。最終沈殿池１３で沈殿された汚泥の一部は返送汚泥ポンプ１４により曝気槽１２に返送され被処理水と混合される。また、残りは余剰汚泥として余剰汚泥ポンプ１５により系外に排出される。また、曝気槽１２への流入配管及び最終沈殿池１３からの余剰汚泥排出配管にはそれぞれ流量計１６，１７が設けられており、それらの配管を流れる曝気槽流入量や余剰汚泥量を計測する。また、曝気槽１２の下流部分には被処理水の水質指標である、例えば臭気やＳＳ値などを計測する水質指標計測装置１８が設けられている。さらに、前記曝気槽１２に対しては、被処理水中の汚泥に含まれているバチルス菌を優占化するためのミネラル供給装置１９が設けられている。

コントローラ２１は、流量計１６，１７や水質指標計測装置１８による計測値を入力し、後述する所定の処理機能により演算処理を実行し、ミネラル供給装置１９によるミネラル投入量を算出して、曝気槽１２における被処理水をバチルス菌の優占化状態に制御する。

ここで、従来は、バチルス菌を意識して監視制御を行なっていなかった。しかし、バチルス菌が存在し、かつバチルス菌を優占化させれば、余剰汚泥量および臭気が削減し、環境にやさしくなることが知られるようになってきた。そこで、本発明では、現在の水処理施設において一般的に用いられているオンライン計測可能な水質指標、すなわち、臭気、ＳＳ値、ＣＯＤ値、ＤＯ値、Ｔ−Ｎ値、Ｔ−Ｐ値、余剰汚泥量、流入量等から、バチルス菌の優占化をするためのミネラルの量を導出する。これにより、バチルス菌を優占化させるためのミネラル量を導出することで、バチルス菌を優占化させ、余剰汚泥などが削減できる。

そのために、コントローラ２１には入出力部２２を設け、流量計１６，１７や水質指標計測装置１８による計測値を入力し、ミネラル供給装置１９に対する制御信号を出力する。このコントローラ２１は、コンピュータなどにより構成されており、機能実現手段として、相関関係保持手段２３、バチルス菌量算出手段２４、ミネラル供給量算出手段２５、ミネラル供給量制御手段２６を有する。

相関関係保持手段２３は、水質指標、例えば、臭気の値とバチルス菌量との相関関係を予め求め、これを保持している。すなわち、寒天培養したバチルス菌の優占化度（菌量）をオフラインで測定しておき、この菌量に対する臭気センサの計測値とにより、図３で示すような相関関係をとる。図３の例では横軸にバチルス菌量、縦軸に臭気をとっており、バチルス菌量が増えるに従って臭気が減少していることを表す。なお、臭気センサの値の他、余剰汚泥量や、その他、ＳＳ、ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ計、Ｔ−Ｐ計、曝気槽流入量など、オンライン計測可能な値と、そのときの、寒天培養したバチルス菌の優占化度との相関をとることも可能である。

バチルス菌量算出手段２４は、水質指標計測装置１８により計測された水質指標の値、この場合臭気から相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を算出（推定）する。すなわち、バチルス菌量算出手段２４には図３で示す相関関係を表す下式（１ａ）が設定されており、臭気の値は、水質指標計測装置１８である臭気センサから入出力部２２に入力されているので、図３の相関関係からバチルス菌量Ｂを算出（推定）する。

なお、水質指標としてＳＳを用いた場合は次式（１ｂ）となる。

他の水質指標を用いた場合も、同様の関係式によりバチルス菌量を求めることができる。

ミネラル供給量算出手段２５は、算出されたバチルス菌量Ｂに基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を次式（２）により求める。

上記式（２）で求めた、バチルス菌量−ミネラル量の関係から求められたミネラル量を用いて、次式（３）を適用して、ミネラル量を予測する。式（３）は回帰式を用いた例である。

式（３）について、係数α０、α１、α２、α３を求めて、オンラインで計測した臭気およびミネラル量を用いて、ミネラル量を予測する。なお、臭気の代わりに、流入量、ＳＳ、ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐ、余剰汚泥量に代えてもよいのは前述したとおりである。

ミネラル供給量制御手段２６は、ミネラル供給量算出手段２５で求められたミネラル供給量に従って、ミネラル供給装置１９を制御する。

次に、コントローラ２１の動作を、図２を用いて説明する。処理が開始され、データの取り込み指令が発せられる（ステップ２０１）。このため、最初沈殿池１１から曝気槽１２に導入される被処理水の流入量が流量計１６から入出力部２２に取り込まれる（ステップ２０２）。また、曝気槽１２における被処理水の水質指標（ここでは、臭気）が水質指標計測装置１８により計測され、同じく入出力部２２に取り込まれる（ステップ２０３）。

この取り込まれた臭気の値から、予め相関関係保持手段２３に保持された相関関係により、バチルス菌量算出手段２４において被処理水におけるバチルス菌量が推定される（ステップ２０４）。さらに、このように推定されたバチルス菌量に対し、これを優占化するミネラル量をミネラル供給量算出手段２５により算出し、ミネラル供給量制御手段２６により、曝気槽流入量を考慮してミネラル供給装置１９を制御し、曝気槽１２にミネラルを投入する（ステップ２０５）。

このようにバチルス菌を優占化状態として処理を行い、その結果生じる余剰汚泥量を流量計により計測し（ステップ２０６）、バチルス菌優占化による効果を確認して処理を終了する（ステップ２０７）。

上記実施の形態によると、被処理水の臭気をオンラインで計測し、その計測値を基にバチルス菌との相関関係により菌量を推定し、その菌量を優占化するためのミネラルを求めて、投入するようにしたので、オンライン制御により被処理水中のバチルス菌を常に優占化状態に維持することができる。このため、臭気や余剰汚泥量の発生量が少ない安定した水処理を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、相関関係保持手段２３は、寒天培養したバチルス菌の優占化度（菌量）をオフラインで測定しておき、この菌量に対する臭気センサの計測値とにより、図３で示すような相関関係を得ていたが、この相関関係は各種の条件により変化することが考えられる。このため、生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを設け、このサンプルのバチルス菌量をオフラインで測定して定期的に相関関係を更新するとよい。すなわち、定期的に汚泥を収集し、バチルス菌の優占化度合いを測定し、オンラインの演算式を変更する。このようにすると常に正確な相関関係を保持することができるので、高精度の制御が可能となる。

コントローラ２１の各手段で用いる演算式は、上述した式（１）、（２）、（３）を用いるが、これ以外の回帰分析などを用いても良い。

さらに、水質指標は、臭気強度の他に、前述したように、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら１つ以上の組み合わせを用いてもよい。

本発明による水処理装置の一実施の形態を説明する図である。 同上一実施の形態におけるコントローラの処理動作を説明するフローチャートである。 同上一実施の形態における、バチルス菌量と臭気との相関関係を説明する図である。 同上一実施の形態におけるバチルス菌量とミネラル量との関係を説明する図である。

符号の説明

１２ 曝気槽
１８ 水質指標計測装置
１９ ミネラル供給装置
２３ 相関関係保持手段
２４ バチルス菌量算出手段
２５ ミネラル供給量算出手段
２６ ミネラル供給量制御手段

Claims (4)

1. バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する水処理方法であって、
   前記生物処理された水の水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を予め求めておき、
   前記水質指標の値を計測し、この計測した水質指標の値から前記相関関係に基づいて前記計測対象におけるバチルス菌量を推定し、
   この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を求め、
   この求められたミネラル供給量に従ってミネラル供給装置を制御する、
   ことを特徴とする水処理方法。
2. バチルス菌を優占化させて被処理水を生物処理する水処理装置であって、
   生物処理部に対し、前記バチルス菌を優占化するためにミネラルを供給するミネラル供給装置と、
   前記生物処理された水の水質指標の値を計測する水質指標計測装置と、
   予め求められた前記水質指標の値と前記バチルス菌量との相関関係を保持している相関関係保持手段と、
   前記水質指標計測装置により計測された水質指標の値から前記相関関係に基づいて計測対象のバチルス菌量を推定するバチルス菌量算出手段と、
   この推定されたバチルス菌量に基づき、そのバチルス菌を優占化するために必要なミネラル供給量を求めるミネラル供給量算出手段と、
   この求められたミネラル供給量に従って前記ミネラル供給装置を制御するミネラル供給量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする水処理装置。
3. 生物処理部のバチルス菌量を定期的に計測するオートサンプラを有し、前記相関関係保持手段に保持された水質指標との相関関係を定期的に更新することを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
4. 前記水質指標は、臭気強度、浮遊物質量、化学的酸素要求量、溶存酸素濃度、全窒素値、全燐値、余剰汚泥量、色度、粘性度、のいずれか、またはこれら１つ以上の組み合わせであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の水処理装置。

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