JP2011245359A - 下水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の下水処理装置は、活性汚泥により下水を処理する下水処理装置G1であって、活性汚泥が投入され、流入する下水が生物反応して処理される生物反応槽1と、生物反応槽1内の液体の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測手段4と、生物反応槽1内の液体に酸素を供給する曝気手段2と、酸化還元電位計測手段4の計測値を基に生物反応槽1のN2Oガス生成量を推定し、N2Oガス生成量の推定値に基づき曝気手段2を制御する第1制御手段3とを備える。
【選択図】図1
Description
N2O生成量が増加する条件は、硝化反応の進行および不完全な脱窒反応が挙げられる(非特許文献1)。
(実施形態1)
図1に、本発明に係わる実施形態1の下水処理装置G1の概念的構成図を示す。
実施形態1の下水処理装置G1は、複数の微生物群を含む活性汚泥が投入され、流入する下水(被処理水)を微生物群で生物反応させて処理する生物反応槽1を備える。
図示していないが、沈殿池5で分離された活性汚泥の一部は生物反応槽1に返送汚泥として戻される。
また、生物反応槽1には、反応液の酸化還元電位(ORP)を計測するORP計4が生物反応槽1に設置されている。
生物反応槽1に流入する下水中に含まれるアンモニア体窒素(NH4−N)は、活性汚泥による硝化反応でNO2−Nを経てNO3−Nに酸化される。そのため、N2Oが硝化工程の副生成物として生成される。
制御手段3のメモリ等の記憶部には、予め、図2に示す好気槽のORPとN2O生成量の関係式の情報が入力されている。一例として図2の実験結果の点を内挿、外挿して一次関数の近似式として入力すると、例えば直線の線形式となる。これにより、制御手段3は、入力されたORPとN2O生成量の関係式(近似式)を用いて、ORP計4の計測値からN2O生成量を算出する。
窒素の流入負荷が大きい下水処理装置G1では、N2Oが多く生成されるため、N2O生成量の目標値を大きく設定するとよい。また、ORP計4の設置場所が生物反応槽1の上流側に近いほど、相対的に、下流側での化学反応量が多くN2O(ガス)の生成量が多くなると想定されるため、N2O生成量の目標値を小さく設定すると良い。
図3に、実施形態2の下水処理装置G2の概念的構成図を示す。
実施形態2の下水処理装置G2は、図1に示す実施形態1の生物反応槽1を嫌気槽21Aと好気槽21Bとに分割して設け、好気槽21Bで処理した反応液(液体)を嫌気槽21Aに循環させるための循環ポンプ(循環手段)25を設置したものである。
実施形態2のその他の構成は、実施形態1の構成と同様であるので、同様な構成要素には、実施形態1の構成要素に20番台の符号を付して示し、詳細な説明を省略する。
また、ORP計24が、嫌気槽21Aに設置され、嫌気槽21Aの反応液(液体)のORPが測定される。嫌気槽21Aは、硝酸体窒素(NO3−N)が窒素ガス(N2)に還元される脱窒反応が進行する反応槽であり、無酸素槽とも呼ばれる。
N2Oは、嫌気槽21Aの脱窒工程おいて、硝酸体窒素(NO3−N)の酸素原子(O)が分離され窒素(N2)に還元される過程で生成する。すなわち、N2Oは、NO3−N → NO2−N → N2O → N2と反応が進む還元される過程で生成する。
そのため、嫌気槽21Aにおいて脱窒不良を回避して溶解性N2Oの蓄積を抑制できれば、好気槽21BからのN2Oの排出量を削減できる。
N2O生成量は嫌気槽21AのORPの上昇に伴い増加することが分かる。図4の結果より、N2O生成量をORPに対して指数関数による近似式でN2O生成量を推定できることが分かる。なお、指数関数の代わりにORP値を変数とする2次式等の線形式の近似式を用いてN2O生成量を推定してもよい。
嫌気槽21AのORPの増加は、循環ポンプ25の循環に伴い、好気槽21Bから嫌気槽21Aに循環される反応液中のNO3−NのNに対する脱窒時に消費される流入水由来の有機物の炭素源(C)の比率(C/N)の低下や、反応液の循環による嫌気槽21Aへの溶存酸素の持ち込みが起因する。なお、NO3−Nの脱窒工程で、有機物(炭素源(C))が用いられ(消費され)るので、有機物(炭素源(C))の減少は脱窒不良の起因となる。
制御手段23は、嫌気槽21Aの反応液のORP計24の計測値から、記憶された近似式のデータに従い、N2O生成量の推定値を算出する。
そして、制御手段23はN2O生成量の推定値が予め設定されたN2O生成量の目標値になるように、循環ポンプ25の循環流量を制御する。
循環ポンプ25による循環流量を低下させても、N2O生成量の推定値が目標値を超える場合、制御手段23は曝気手段22を制御して曝気量を削減する。これにより、嫌気槽21Aへの反応液の循環等による持ち込み溶存酸素を削減する。
図5に、実施形態3の下水処理装置G3の概念的構成図を示す。
実施形態3の下水処理装置G3は、図1に示す実施形態1の生物反応槽1を嫌気槽31Aと好気槽31Bとに分割して設け、嫌気槽31Aにその内部の反応液の酸化還元電位を計測する嫌気槽用ORP計34Aを設置するとともに、好気槽31Bにその内部の反応液の酸化還元電位を計測する好気槽用ORP計34Bを設置する。そして、制御装置33の演算結果を表示するための表示手段36を備えたものである。
下水処理装置G3における表示手段36の表示方法について説明する。
制御手段33のメモリ等の記憶部は、予め、図2に示す好気槽のORPとN2O生成量の関係式(近似式)の情報と図4に示す嫌気槽のORPとN2O生成量の関係式(近似式)の情報とが入力されている。
なお、表示手段36では、制御手段33から現状の運転条件を入手し、曝気手段32や循環ポンプ(図示せず)などの消費エネルギからCO2排出量を算出し、消費エネルギによるCO2排出量に、N2O推定値から換算したCO2排出量を加えて表示することが好ましい。
図4に示す嫌気槽31AでのORPの増加は、ORPの増加によりN2O生成量が指数関数的に増加する一方、図2に示す好気槽31BでのORPの増加は、ORPの増加によりN2O生成量が直線的に増加する。そのため、ORPが−150mVを超えると、図4に示す嫌気槽31AでのORPの増加は、次第に図2に示す好気槽31BでのORPの増加に比べ、N2O生成量が大きくなる。
従って、N2O生成量のレベルは、例えば、図6に示すように、分類できる。レベル1からレベル5になるに従ってN2O発生量が増加し、レベル5が最もN2O発生量が大きい。
なお、実施形態3では、N2O発生レベルを5段階に分けた場合を例示したが、2以上の任意の複数レベルに分けてもよいのは勿論である。
図7に、実施形態4の下水処理装置G4の概念的構成図を示す。
実施形態4の下水処理装置G4は、図1に示す実施形態1の下水処理装置G1と異なり、生物反応槽41の上部に曝気の排ガスを回収するための排ガス回収手段47と、排ガス回収手段47のガスのN2O濃度(N2O生成量)を計測するためのN2O計48を備え、N2O発生量の計測信号を制御手段43に伝達したものである。
下水処理装置G4の制御手段43の制御方法を、図8を用いて説明する。図8は、実施形態4の制御手段43の制御方法を示すフロー図である。
ORP計44のORPの計測値が所定値a未満の場合(S801でYes)、制御手段43は曝気手段42の曝気流量を増加させる(S802)。
一方、生物反応槽41におけるN2O計48のN2O生成量の計測値が所定値b以下の場合(S803でNo)、制御手段43は曝気風量を減少させ(S804)、制御を終了する。
なお、一回の制御で、曝気手段42の曝気量の増減は現状値の10%〜20%程度にするとよい。また、制御手段43の制御周期はORP計44とN2O計48の計測周期以上に設定するとよい。実施形態4では、所定値aを低く設定すると曝気量を削減できる。
実施形態1〜4によれば、ORP計の計測値またはN2O計48のN2O(ガス)生成量の計測値を基に、生物反応槽の運転を制御することにより、曝気風量または嫌気槽、好気槽間の循環流量の少なくとも何れかを削減し、かつ、N2O発生量を抑制できるため、下水処理場のCO2排出量を削減できる。
なお、嫌気槽、好気槽間の循環手段として、循環ポンプ25を例示したが、嫌気槽、好気槽間で反応液の循環が行えれば、循環ポンプ以外の循環手段としてもよい。
また、前記実施形態においては、各構成を個別に説明したが、これらの構成を適宜、組み合わせて構成してもよい。
2、22、32、42 曝気手段
3、23、33 制御手段(第1制御手段)
4、24、44 ORP計(酸化還元電位計測手段)
21A 嫌気槽
21B 好気槽
25 循環ポンプ(循環手段)
34A 嫌気槽ORP計(第1酸化還元電位計測手段)
34B 好気槽ORP計(第2酸化還元電位計測手段)
36 表示手段(N2O推定値表示手段)
43 制御手段(第2制御手段)
47 排ガス回収手段
48 N2O計
G1、G2、G3、G4 下水処理装置
Claims (9)
- 活性汚泥により下水を処理する下水処理装置であって、
前記活性汚泥が投入され、流入する下水が生物反応して処理される生物反応槽と、
前記生物反応槽内の液体の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測手段と、
前記生物反応槽内の液体に酸素を供給する曝気手段と、
前記酸化還元電位計測手段の計測値を基に前記生物反応槽のN2Oガス生成量を推定し、前記N2Oガス生成量の推定値に基づき前記曝気手段を制御する第1制御手段とを
備えたことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項1記載の下水処理装置において、
前記生物反応槽は、嫌気槽と好気槽とを有し、
前記好気槽内の液体を前記嫌気槽へ循環する循環手段をさらに備え、
前記酸化還元電位計測手段は前記嫌気槽に設置されるとともに、前記曝気手段は前記好気槽に設置されており、
前記第1制御手段は、前記酸化還元電位計測手段の計測値を基に前記生物反応槽のN2Oガス生成量を推定し、前記N2Oガス生成量の推定値に基づき前記曝気手段と前記循環手段とを制御する
ことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項2記載の下水処理装置において、
前記酸化還元電位計測手段は、第1酸化還元電位計測手段と第2酸化還元電位計測手段とであり、
前記第1酸化還元電位計測手段は前記嫌気槽に設置され、かつ、前記第2酸化還元電位計測手段は前記好気槽に設置されており、
前記第1制御手段は、前記第1・第2酸化還元電位計測手段のそれぞれの計測値を基に前記嫌気槽および前記好気槽のそれぞれのN2Oガス生成量を推定し、前記N2Oガス生成量の推定値に基づき前記曝気手段と前記循環手段とを制御する
ことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項1から請求項3何れか一項記載の下水処理装置において、
前記第1制御手段は、前記N2Oガス生成量の推定値に基づき少なくとも2つ以上のN2O生成レベルに分類するN2O生成レベル分類手段と、当該分類の結果を表示装置に表示するN2O推定値表示手段とを備えた
ことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項1から請求項4のうちの何れか一項記載の下水処理装置において、
前記第1制御手段は、前記N2Oガス生成量の推定値が所定の目標値になるように制御する
ことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項1から請求項5のうちの何れか一項記載の下水処理装置において、
前記第1制御手段は、前記N2Oガス生成量の推定値と前記下水処理装置の消費エネルギとに基づき、前記N2Oガス生成量の推定値から換算されるCO2排出量と前記消費エネルギによるCO2排出量の少なくとも何れかを最小または少なくなるように制御する
ことを特徴とする下水処理装置。 - 活性汚泥により下水を処理する下水処理装置であって、
前記活性汚泥が投入され、流入する下水が生物反応して処理される生物反応槽と、
前記生物反応槽内の液体の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測手段と、
前記生物反応槽内の液体に酸素を供給する曝気手段と、
前記生物反応槽内の排気ガス中のN2Oガス量を計測するN2O計測手段と、
前記酸化還元電位計測手段の計測値と前記N2O計測手段の計測値とに基づいて前記曝気手段を制御する第2制御手段とを
備えたことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項7記載の下水処理装置において、
前記第2制御手段は、前記N2O計測手段の計測値が所定の目標値になるように制御する
ことを特徴とする下水処理装置。 - 請求項7または請求項8記載の下水処理装置において、
前記第2制御手段は、前記N2O計測手段の計測値と前記下水処理装置の消費エネルギとに基づき、前記N2O計測手段の計測値の推定値から換算されるCO2排出量と前記消費エネルギによるCO2排出量の少なくとも何れかを最小または少なくなるように制御する
ことを特徴とする下水処理装置。
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