JP2014184396A - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
下水処理に要する動力を低減して、水処理に要するコストを低減しながら、流入する非処理水の水質変動や流量変動に対して、より安定的な窒素除去を可能にする。
【解決手段】
水処理装置では、原水が流入する第１好気槽１と、無酸素槽２と、第２好気槽３と、最終沈殿池４とが直列に接続されている。第１好気槽内を風量制御可能な第１曝気手段５が曝気し、第２好気槽内を第２曝気手段７が曝気する。第２好気槽の流出水を無酸素槽及び第１好気槽に戻すことなく最終沈殿池に導く。原水の有機物濃度を有機物濃度計測手段１０が計測し、原水の窒素濃度を窒素濃度計測手段１１が計測する。有機物濃度計測手段及び窒素濃度計測手段が検出した原水の有機物濃度および原水の窒素濃度から、消化率設定手段が最適硝化率を演算する。硝化率設定手段の演算結果に応じて、第１曝気制御手段１４が第１曝気手段の風量を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、活性汚泥を用いて生物処理する水処理プロセスを利用した水処理装置および水処理方法に関する。

従来の下水処理の例が、特許文献１に記載されている。この公報には、下水処理場から流出する処理水の窒素およびリンの水質を常に良好に維持するために、下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分との比であるＣ／Ｎ比を用いて、下水処理場における循環流量、変装流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御することが開示されている。

また、特許文献２には、好気槽内のアンモニア性窒素濃度を計測し、設定値との偏差に応じて曝気風量を調整する制御方式が開示されており、特許文献３には、無酸素槽での脱窒速度に応じて有機物源を添加する制御方式が開示されている。

特開２００３−２００１９０号公報 特開２０１２−６６２３１号公報 特開２００１−１７０６８５号公報

上記特許文献１に記載の下水処理場水質制御装置では、嫌気−無酸素−好気法を用いているので、無酸素槽が好気槽の前段に設置されている。この配置により、他の好気性従属栄養菌に先行して脱窒菌は有機物を摂取でき、脱窒性能の確保が期待できる。しかしながら、後段の好気槽から無酸素槽へＮＯ_３−Ｎを多く含んだ硝化液を循環させる必要があり、この好気槽から無酸素槽への返流に多大な動力を必要とする。また、原水水質や好気槽内のアンモニア性窒素濃度に応じて、好気槽に設けた曝気手段の風量を制御しているが、この好気槽での曝気手段の風量制御は好気槽での硝化性能維持のためであり、硝化液が流入する無酸素槽での脱窒性能は必ずしも保障されない、という不具合がある。

この状況は特許文献２に記載の水処理システムでも同じであり、また特許文献３に記載の窒素含有排水処理装置では、有機物添加により脱窒性能維持を図っているために、処理コストの増加を招く恐れがある。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は下水処理を含む水処理において、水処理に要する動力を低減して水処理に要するコストを低減しながら、流入する被処理水の水質変動や流量変動に対して、より安定的な窒素除去を可能にする。

上記課題を解決するために本発明は、少なくとも、原水が流入する第１好気槽と、前記第１好気槽からの流出水を処理する無酸素槽と、前記無酸素槽からの流出水を処理する第２好気槽と、前記第２好気槽の流出水を沈殿する最終沈殿池と、前記第１好気槽内を曝気し風量制御可能な第１曝気手段と、前記第２好気槽内を曝気する第２曝気手段とを備え、前記第２好気槽の流出水を前記無酸素槽及び前記第１好気槽に戻すことなく前記最終沈殿池に導き、原水の有機物濃度を計測する有機物濃度計測手段と、原水の窒素濃度を計測する窒素濃度計測手段とを前記第１好気槽の上流側であって原水の流入する部分に設け、前記有機物濃度計測手段及び前記窒素濃度計測手段が検出した原水の有機物濃度および原水の窒素濃度から最適硝化率を演算する硝化率設定手段と、この硝化率設定手段の演算結果に応じて前記第１曝気手段の風量を制御する第１曝気制御手段を設けたことを特徴とする。

また本発明は、原水が流入する第１好気槽と前記第１好気槽からの流出水を処理する無酸素槽と前記無酸素槽からの流出水を処理する第２好気槽と前記第２好気槽の流出水を沈殿する最終沈殿池とが直列接続された水処理装置の水処理方法は、前記第１好気槽内の上流側に設けた原水の有機物濃度を計測する有機物濃度計測手段と、原水の窒素濃度を計測する窒素濃度計測手段の検出値を用いて前記第１好気槽内の硝化率を硝化率設定手段が演算および設定するステップと、前記硝化率設定手段の設定値が入力されこの入力に応じて第１曝気制御手段が前記第１好気槽内に設けた第１曝気手段の風量を制御するステップと、前記第２好気槽内を第２曝気手段が曝気するステップとを有し、前記第２好気槽の流出水を前記無酸素槽及び前記第１好気槽に戻すことなく前記最終沈殿池に導いたことを特徴とする。

本発明によれば、下水処理を含む水処理において、無酸素槽の上流側及び下流側に好気槽を配置して下流側の好気槽から上流側の無酸素槽への返流回路を不要とし、少なくとも上流側の好気槽の曝気手段の風量を可変とした。これにより、水処理における動力を低下でき、水処理コストを低減できる。また、流入する被処理水の水質変動や流量変動に対して、より安定的に窒素除去が可能になる。

本発明に係る水処理装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 図１に示した水処理装置が備える第１ブロワの風量制御のフローチャートである。 硝化率と脱窒率の関係を説明する図である。 硝化率と窒素除去率の関係を説明する図である。 図１に示した水処理装置の変形例の構成を示すブロック図である。 図１に示した水処理装置の他の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明に係る水処理装置の他の実施例の構成を示すブロック図である。 図７に示した水処理装置が備える第１、第２ブロワの風量制御のフローチャートである。

下水処理場をはじめとする水処理プラントで、有機物除去を対象として用いる標準活性汚泥法では、好気状態において好気性従属栄養菌が有機物を摂取して、有機物を除去している。また、処理水質をさらに向上させるために、有機物に加えて窒素やリンを除去する高度処理も用いられる。これらの下水処理方法においては、生物学的窒素除去を、好気槽での硝化と無酸素槽での脱窒で実現している。

つまり、硝化工程を好気状態で実行し、硝化菌により下水中のアンモニア性窒素(ＮＨ_４-Ｎ)を硝酸性窒素(ＮＯ_３-Ｎ)に酸化する。一方、脱窒工程を無酸素状態で実行し、脱窒菌によりＮＯ_３-ＮをＮ_２ガスへ還元する。Ｎ_２ガスは大気中へ放出されるので、液相中から窒素は除去される。

具体的な窒素除去方法としては、硝化内生脱窒法や嫌気−硝化・内生脱窒法（ＡＯＡＯ法）のように、無酸素槽を好気槽の後段に設置して実施する方法がある。これらの方法では、第１好気槽の前に燐を除去するための嫌気槽を含む場合と含まない場合があるが、第１好気槽−無酸素槽−第２好気槽の順に反応槽を設置し、第１好気槽において硝化したＮＯ_３-Ｎを、続く無酸素槽において脱窒する。これらの方法は、硝化液の循環が不要であり、動力を低減できる。

このように無酸素槽の上流側及び下流側に好気槽を配置した本発明に係る水処理装置のいくつかの実施例及びその変形例を、以下、図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る水処理装置Ｓａの一実施例の構成を示すブロック図である。水処理装置Ｓａでは、硝化内生脱窒法を用いた水処理で、活性汚泥を利用して有機物と窒素を除去している。水処理装置Ｓａは、主な構成要素として、第１好気槽１および無酸素槽２、第２好気槽３、最終沈殿池４を有している。

第１好気槽１は、第１好気槽１内に散気する第１散気部５と、この第１散気部５に空気を供給する曝気手段としての第１ブロワ６を有している。この第１好気槽１には、被処理水である下水１００と、最終沈殿池４からの返送汚泥１０２が流入する。

第１好気槽１の下流側には、無酸素槽２が設置されており、第１好気槽１からオーバーフローして流出した流出水が第１好気槽１と無酸素槽２を連結する流出水流路２１から無酸素槽２に流入する。無酸素槽２の下流側には、第２好気槽３が設置されており、無酸素槽２からオーバーフローして流出した流出水が、無酸素槽２と第２好気槽３を連結する流出水流路２２から第２好気槽３に流入する。第２好気槽３は、第２好気槽３内に散気する第２散気部７と第２散気部７に空気を供給する曝気手段としての第２ブロワ８を有している。

第２好気槽３の下流側には、第２好気槽３からオーバーフローした流出水が流出水流路２３を経て流入する最終沈殿池４が設置されている。最終沈殿池４と第１好気槽１とが流路８００により連通している。流路８００の途中には、最終沈殿池４で発生した返送汚泥１０２を第１好気槽１に返送するための返送ポンプ９が配置されている。

このように構成した下水処理装置Ｓａでは、流入する下水１００の水質および処理途中の下水の水質を監視するために、種々の計測手段が設けられている。つまり、第１好気槽１の上流側には、下水１００に含まれる有機物の濃度を計測するために有機物濃度計１０、および下水１００に含まれる窒素の濃度を計測するために第１窒素濃度計１１を、それぞれ設置している。また第１好気槽１には、第１好気槽１における硝化進行度を評価するために、酸化還元電位計（ＯＲＰ計）１２を設置している。

有機物濃度計１０と第１窒素濃度計１１は、硝化進行度を設定する硝化率設定部１３に接続されている。硝化率設定部１３では、有機物濃度計１０と第１窒素濃度計１１が計測した下水１００の有機物濃度と窒素濃度とから、第１好気槽１での最適な硝化率を演算し、設定する。硝化率設定部１３とＯＲＰ計１２は、第１曝気制御手段１４に接続されている。第１曝気制御手段１４は、ＯＲＰ計１２が計測した第１好気槽１の硝化率が、硝化率設定部１３で設定した設定値を満たすように、第１ブロワ６の曝気風量を制御する。

このように構成した下水処理装置Ｓａでは、硝化内生脱窒法を用いて、以下のように下水処理が実行される。初めに、下水１００が第１好気槽１に流入する。第１好気槽１では、下水１００中のＮＨ_４-Ｎが、活性汚泥中の硝化菌によりＮＯ_３-Ｎへと硝化される。それとともに、第１好気槽１では、下水１００中の有機物が、活性汚泥中の好気性従属栄養菌により除去される。

次いで、第１好気槽１からオーバーフローして無酸素槽２に流出した流出水から、無酸素槽２において、ＮＯ_３-Ｎが脱窒菌により脱窒される。無酸素槽２からオーバーフローして第２好気槽３に流出した流出水は、第２好気槽３において、第２ブロワから発生した気泡により曝気されて、窒素気泡が除去される。第２好気槽３において窒素気泡が大気に開放されることから、最終沈殿池４に流出する流出水中の活性汚泥には窒素気泡がほとんど付着していない状況となる。

したがって、最終沈殿池４で窒素気泡とともに活性汚泥が浮上するというトラブルを抑制できる。最終沈殿池４では、第２好気槽３からもたらされた活性汚泥が固液分離される。固液分離して発生する上澄み液は、処理水１０１として系外に排出される。一方、最終沈殿池４で分離された活性汚泥は、返送ポンプ９により返送汚泥１０２として、第１好気槽１へ返送される。

ところで、これ迄の硝化内生脱窒法においては、第１ブロワを、定風量運転するか、下水の流入水量に対して第１ブロアの風量の比を一定とする流量比一定運転するか、第１好気槽内に残存するアンモニア性窒素の濃度に応じて風量制御運転するか、していた。これにより、第１ブロワの風量を多くして、硝化と共に有機物の除去を促進していた。

ただし、下水１００に含まれる有機物の濃度が低くなると、無酸素槽２では有機物量が不足し、脱窒が十分には進行せず、脱窒性能が低下することになる。これに対して、第１ブロワの風量が少ないと、第１好気槽での有機物の除去が抑制される。その結果、下流の無酸素槽では、有機物量は確保されるが、第１好気槽では硝化が制限され、窒素除去性能が低下する。

そこで本実施例では、下水１００に含まれる有機物の濃度と窒素の濃度とから、無酸素槽２における脱窒量が最も多くなるように、第１好気槽１内における硝化率を設定する。そして、硝化率の設定値に応じて、第１ブロワ６の風量を制御する。

図２は、第１ブロワ６の風量制御のフローチャートである。第１ブロワ６を制御する第１曝気制御手段１４を用いた上記第１ブロワ６の風量制御を、このフローチャートを用いて詳細に説明する。

初めに、ステップＳ１０１において、流入する下水１００の量またはこの下水処理装置Ｓａの容量に応じて、第１ブロワ６の風量(ｑ_１)の初期値（デフォルト値）を決定する。次にステップＳ１０２において、第１好気槽１の上流側に設けた有機物濃度計１０が流入する下水１００の有機物濃度(Ｃ_ＣｉＮ)を、同じく第１好気槽１の上流側に設けた窒素濃度計１１が流入する下水１００の窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)を検出する。検出した有機物濃度(Ｃ_ＣｉＮ)および窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)は、硝化率設定部１３に入力される。

ステップＳ１０３では、硝化率設定部１３が、入力された下水１００の有機物濃度(Ｃ_ＣｉＮ)と窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)とから、第１好気槽１で実際に硝化させるべき硝化率(Ｒ_Ｎ−０) を設定する。ここで、硝化率(Ｒ_Ｎ)は、第１好気槽１中のＮＨ_４-Ｎ濃度(Ｃ_ＮＨ４)およびＮＯ_３-Ｎ濃度(Ｃ_ＮＯ３)の合計量に占めるＮＯ_３-Ｎ濃度(Ｃ_ＮＯ３)の割合であり、式(１)で表わされる。

なお、第１好気槽１での硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)の一例を、式(２)に示す。

ここで、式（２）中の変数および定数の内容は、次のとおりである。
ａ：第１好気槽１での硝化量に対する有機物除去量、
Ｃ_Ｎ：脱窒量当たりの有機物消費量。

式(２)から、硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)は定数ａに反比例し、下水１００の有機物濃度と窒素濃度の比（Ｃ/Ｎ比）に正比例する。つまり、硝化菌の割合が高い場合や下水１００の有機物濃度が高い場合には、硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)を大きくする。一方、硝化菌の割合が低い場合や下水１００の有機物濃度が低い場合には、硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)を小さくする。

なお、式(２)で表わされる硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)は、下水１００に含まれる有機物の全てが、次の２つの工程で消費し尽くされると仮定した場合の値である。すなわち、一部が、第１好気槽１において好気性従属栄養菌により消費され、残りが、無酸素槽２において脱窒菌により脱窒時に消費される、と仮定した場合である。この硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ−０)を、実際の下水処理において、有機物および窒素成分の挙動を予め求め、その結果に基づいて修正するようにしてもよい。

ステップＳ１０４で、第１好気槽１に設けた第１ブロワ６の風量を制御する第１曝気制御手段１４が、ＯＲＰ計１２が検出した第１好気槽１内の被処理水のＯＲＰの検出値を取り込む。次に、ステップＳ１０５において、ＯＲＰ計１２が検出した第１好気槽１内の被処理水のＯＲＰ値から第１好気槽１内の硝化率(Ｒ_Ｎ)を算出する。第１好気槽１内の硝化率(Ｒ_Ｎ)は、以下の式(３)により算出される。

次に、ステップＳ１０６において第１好気槽１における硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)とＯＲＰ計１２の検出値から算出した硝化率の算出値(Ｒ_Ｎ)を比較する。比較した結果に応じて、第１曝気制御手段１４が第１ブロワ６の風量を制御する。

具体的には、第１好気槽１での硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)と算出値(Ｒ_Ｎ)の差が許容範囲δ以内であれば、第１ブロワ６の風量を現状のままとして変更しない。一方、第１好気槽１内の硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)と算出値(Ｒ_Ｎ)の差が許容範囲δよりも大きければ、第１ブロワ６の風量を減少（設定値(Ｒ_Ｎ-０)＜算出値(Ｒ_Ｎ)の場合）、もしくは第１ブロワ６の風量を増加（設定値(Ｒ_Ｎ-０)＞算出値(Ｒ_Ｎ)の場合）させる。第１ブロワ６の風量(ｑ_１)の変化量(Δq_１)の算出式を式(４)に示す。

以上説明した第１ブロワ６の風量制御により、硝化内生脱窒法を用いた窒素除去において、窒素除去性能を維持できる。すなわち、下水１００の有機物濃度が高い場合は、第１好気槽１で硝化および有機物除去を促進しても、無酸素槽２で脱窒菌が利用可能な有機物が多く残っているので、第１好気槽１での硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)を高く設定する。これに対して、下水１００の有機物濃度が低い場合は、第１好気槽１で有機物を多量に消費すると、無酸素槽２で脱窒菌が利用可能な有機物の残存量が低下するので、第１好気槽１での硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)を低く設定し、第１ブロワ６の風量を抑制する。

図３に、脱窒率(Ｒ_Ｄ)と硝化率(Ｒ_Ｎ)との関係をグラフで示す。この図３は、ＡＯＡＯ法を用いた下水処理方法において、第１好気槽１内の硝化率(Ｒ_Ｎ)と、無酸素槽２内の脱窒率(Ｒ_Ｄ)との関係を、本発明者らが実験的に調べた結果である。硝化率(Ｒ_Ｎ)の上昇に伴い、脱窒率(Ｒ_Ｄ)が低下することが確認された。

ここで、脱窒率(Ｒ_Ｄ)は、無酸素槽２へ流入する流入水の全窒素濃度(ＴＮ_ｉＮ)と、無酸素槽２から流出する流出水の全窒素濃度(ＴＮ_Ｏｕｔ)とから算出される。その算出式を式(５)に示す。

図４に、硝化率(Ｒ_Ｎ)とこの下水処理系全体の窒素除去率の関係について、本発明者らが実験的に調べた結果を、グラフで示す。図３に示したのと同じ実験手段を用いた場合である。この図４では、窒素除去率が硝化率(Ｒ_Ｎ)に対して、Ｒ_Ｎ＝０．７近傍で極大値を有している。したがって、この実験の場合には、第１好気槽１における硝化率（Ｒ_Ｎ）がほぼ０．７になるように、第１好気槽１に設けた第１ブロワ６の風量を制御すればよいことが分かる。

これにより、第１、第２好気槽間に無酸素槽を有する一般の下水処理装置においても、第１好気槽における硝化率を特定の値に制御することにより、下水処理装置全体での窒素除去率を最大にできることが分かった。なお、この特定の値は一般的には、１００％ではないので、第１ブロワを過大な風量で動作させる必要がなく、第１ブロワの消費動力を従来よりも低減できる。

上記実施例では、下水１００の有機物濃度を有機物濃度計１０により計測した。有機物濃度計１０としては、吸光光度計（ＵＶ計）や全有機炭素計、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計など、有機物濃度を直接または間接的に算出できるものであれば良い。同様に、下水１００の窒素濃度を、第１窒素濃度計１１により計測し。第１窒素濃度計１１としては、全窒素濃度計やアンモニア性窒素濃度計など、窒素濃度を算出できるものであれば良い。

さらには、有機物濃度計１０または第１窒素濃度計１１を設けず、下水１００の有機物濃度(Ｃ_ＣｉＮ)もしくは窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)の変動を記録したデータベースに基づき、下水１００の有機物濃度(Ｃ_ＣｉＮ)もしくは窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)の最大値を推定して用いても良い。

上記実施例では、第１好気槽１の硝化率をＯＲＰ計１２の検出値から算出したが、ＯＲＰ計１２の代わりに全窒素濃度計やアンモニア性窒素濃度計、硝酸性窒素濃度計を用いて、硝化率を算出しても良い。

図５に、上記実施例の変形例である下水処理装置Ｓｂの構成図を、ブロック図で示す。上記実施例では、下水１００の水質から第１ブロワ６の風量を制御するフィードフォワード式の制御を用いている。これに対して本変形例では、下水処理装置Ｓｂが備える無酸素槽２内もしくは無酸素槽２の下流側に、第２窒素濃度計１５を設置し、第２窒素濃度計１５の計測値（Ｃ_Ｎｏｕｔ）に基づいて第１ブロワ６の風量を制御するフィードバック式の制御を追加している。フィードバック回路を設けたので、よりきめ細かな第１ブロワの風量制御が可能になり、下水処理装置Ｓｂの運転コストをより低減できる。

図６に、上記実施例の他の変形例である下水処理装置Ｓｃの構成図を、ブロック図で示す。上記実施例では、下水１００は初めに第１好気槽１に流入していた。本変形例では、第１好気槽１の上流側に嫌気槽１６を設置し、嫌気・硝化内生脱窒法（ＡＯＡＯ法）を用いた下水処理装置Ｓｃとなっている。

ここで、嫌気槽１６は、活性汚泥中のリン除去細菌がエネルギー源である有機物を摂取するために設けられている。リン除去細菌は、摂取した有機物を用いて下流側に配置された第１好気槽１および無酸素槽２、第２好気槽３内で、下水１００からリンを摂取する。そのため、硝化内生脱窒法に嫌気槽１６を追加すれば、リンをも除去できる。

ＡＯＡＯ法を用いた本変形例における第１ブロワ６の運転制御方法は、硝化内生脱窒法を用いた上記実施例１における第１ブロワ６の運転制御方法と同一である。しかしながら、硝化内生脱窒法を用いた下水処理装置Ｓａでは、有機物濃度計１０と第１窒素濃度計１１とを、第１好気槽１の上流側に設置して下水１００の水質を計測していた。本変形例の下水処理装置Ｓｃでは、第１好気槽１の上流側に加えて、嫌気槽１６内もしくは嫌気槽１６と第１好気槽１とを連通する流路２０中に、有機物濃度計１０と第１窒素濃度計１１とを設置することも可能である。

本変形例によれば、上記実施例と同様に、第１好気槽における有機物の消費を制御して第１好気槽における硝化率を特定値にし、下水処理装置Ｓｃの全体の窒素除去率を極大化することが可能になり、第１ブロワの消費動力を低減できる。さらに、下水に含まれるリンをも除去できる。

図７に、本発明に係る下水処理装置の他の実施例の構成をブロック図で示す。本実施例に示す下水処理装置Ｓｄは、図１に示した実施例１の下水処理装置Ｓａの構成に加え、第２ブロワ８の風量を制御する第２曝気制御手段１７を有している。下水処理装置Ｓｄの全体の窒素除去率を向上させるために、図４に示すように第１好気槽１において硝化を制限すると、第１好気槽１で硝化されなかったＮＨ_４-Ｎを第２好気槽３において硝化する必要が生じる。そこで、本実施例では、第１好気槽１内の流入水の硝化率に応じて、第２ブロワ８の風量を制御している。

図８に、第１、第２ブロワ８の風量制御のフローチャートを示す。なお、このフローチャートにおいて、図２に示した実施例１のフローチャートの各ステップと同一内容は、同一ステップ番号を付している。図８から分かるように、第１ブロワ６の制御は、実施例１の場合と同じである。したがって、以下の記載では、主として第２曝気制御手段１７による第２ブロワ８の風量の制御フローについて説明する。

ステップＳ１０３において第１好気槽１の硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)を設定する。ステップＳ１０４〜Ｓ２０８において、実施例１と同様に、硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)を満足するよう第１ブロワ６の風量を制御する。

ステップＳ２０９において、硝化率の設定値(Ｒ_Ｎ-０)および下水１００の窒素濃度(Ｃ_ＮｉＮ)の検出値を用いて、第１好気槽１から流出する流出水のアンモニア性窒素濃度(Ｃ_ＮＨ４)を算出する。式(６)に、アンモニア性窒素濃度(Ｃ_ＮＨ４)の算出式を示す。

次にステップＳ２１０において、ステップＳ２０９で算出した、第１好気槽１から流出する流出水のアンモニア性窒素濃度(Ｃ_ＮＨ４)に基づいて、第２曝気制御手段１７が第２ブロワ８の風量(ｑ_２)を算出する。第２ブロワ８の風量(ｑ_２)の算出式の例を、式(７)に示す。

第２ブロアの風量制御方法の例としては、例えば、以下の方法がある。予め第２好気槽３から流出する流出水や処理水中に残存するアンモニア性窒素濃度の目標値を設定する。設定した目標値と第１好気槽１から実際に流出する流出水のアンモニア性窒素濃度（Ｃ_ＮＨ４）との差をとる。この差分は、第２好気槽３内で実行されるべき硝化反応量である。硝化反応は、ＮＨ_４ ^＋＋２Ｏ_２→ＮＯ_３ ⁻＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｈ^＋（ＮＨ_４−Ｎ→ＮＯ_３−Ｎ）であるから、アンモニア性窒素濃度（Ｃ_ＮＨ４）が予め知られていれば、硝化反応に必要な酸素量を事前に決定でき、硝化反応に必要な酸素量として、第２ブロワ８の風量に決定する。ここで第２好気槽３から流出する流出水や処理水中の残存アンモニア性窒素濃度の目標値は、第２好気槽３から最終沈殿池４を経由して処理水として流出可能な値であり、許容限界値に余裕係数を掛けた値である。

他の方法としては、第１好気槽１の硝化率の設定値（Ｒ_Ｎ−０）を用いる方法や、第１好気槽１から流出する流出水中のアンモニア性窒素濃度（Ｃ_ＮＨ４）に対応する第２ブロアの風量を予め定めておく方法、等を用いることができる。

本実施例によれば、第１ブロワ６の風量を制限して第１好気槽１における硝化を抑制した場合であっても、第２ブロワ８の風量を制御しているので、第２好気槽内に流入する流入水に残存するＮＨ_４-Ｎを、適切に硝化することができる。これにより、実施例１に比べ、さらにＮＨ_４-Ｎ成分を低減でき、後処理等をすることなく、河川等へ処理水を排水することが可能になる。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲により示されており、特許請求の範囲の中に入るすべての変形例は本発明に含まれるものである。

１…第１好気槽、２…無酸素槽、３…第２好気槽、４…最終沈殿池、５…第１散気部、６…第１ブロワ(曝気手段)、７…第２散気部、８…第２ブロワ(曝気手段)、９…返送ポンプ、１０…有機物濃度計、１１…窒素濃度計、１２…ＯＲＰ計(硝化率検出手段)、１３…硝化率設定部(硝化率設定手段)、１４…第１曝気制御手段、１５…第２窒素濃度計、１６…嫌気槽、１７…第２曝気制御手段、２０…流路、２１〜２３…流出水流路、１００…下水、１０１…処理水、１０２…返送汚泥、８００…返送汚泥の移送流路、Ｓａ〜Ｓｄ…水処理装置。

Claims (9)

1. 少なくとも、原水が流入する第１好気槽と、前記第１好気槽からの流出水を処理する無酸素槽と、前記無酸素槽からの流出水を処理する第２好気槽と、前記第２好気槽の流出水を沈殿する最終沈殿池と、前記第１好気槽内を曝気し風量制御可能な第１曝気手段と、前記第２好気槽内を曝気する第２曝気手段とを備え、前記第２好気槽の流出水を前記無酸素槽及び前記第１好気槽に戻すことなく前記最終沈殿池に導き、原水の有機物濃度を計測する有機物濃度計測手段と、原水の窒素濃度を計測する窒素濃度計測手段とを前記第１好気槽の上流側であって原水の流入する部分に設け、前記有機物濃度計測手段及び前記窒素濃度計測手段が検出した原水の有機物濃度および原水の窒素濃度から最適硝化率を演算する硝化率設定手段と、この硝化率設定手段の演算結果に応じて前記第１曝気手段の風量を制御する第１曝気制御手段を設けたことを特徴とする水処理装置。
2. 前記硝化率設定手段は、この水処理装置で除去される窒素量が最大になるように、前記第１好気槽における硝化率及び有機物の消費量を設定し、この設定された硝化率及び有機物の消費量に応じた風量を前記第１曝気制御手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記第１好気槽に、この第１好気槽内の硝化率を検出する硝化率検出手段を設け、この硝化率検出手段は、アンモニア性窒素濃度計、硝酸性窒素濃度計、酸化還元電位計（ＯＲＰ計）の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
4. 前記第２好気槽に設けた第２曝気手段は風量制御可能な曝気手段であり、この第２曝気手段の風量を制御する第２曝気制御手段を設け、前記第１好気槽に設けた前記硝化率検出手段が検出した硝化率に応じて、前記第２曝気制御手段が前記第２好気槽に設けた第２曝気手段の風量を制御することを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
5. 前記第１好気槽の上流に原水を導く嫌気槽を設け、この嫌気槽からの流出水を前記第１好気槽に導き、リン除去も行うことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
6. 前記無酸素槽から流出する流出水の窒素濃度を検出する第２窒素濃度計を設け、前記第２窒素濃度計の検出値に応じて、前記第１曝気制御手段が前記第１好気槽に設けた前記第１曝気手段の曝気風量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水処理装置。
7. 原水が流入する第１好気槽と前記第１好気槽からの流出水を処理する無酸素槽と前記無酸素槽からの流出水を処理する第２好気槽と前記第２好気槽の流出水を沈殿する最終沈殿池とが直列接続された水処理装置の水処理方法は、前記第１好気槽内の上流側に設けた原水の有機物濃度を計測する有機物濃度計測手段と、原水の窒素濃度を計測する窒素濃度計測手段の検出値を用いて前記第１好気槽内の硝化率を硝化率設定手段が演算および設定するステップと、前記硝化率設定手段の設定値が入力されこの入力に応じて第１曝気制御手段が前記第１好気槽内に設けた第１曝気手段の風量を制御するステップと、前記第２好気槽内を第２曝気手段が曝気するステップとを有し、前記第２好気槽の流出水を前記無酸素槽及び前記第１好気槽に戻すことなく前記最終沈殿池に導いたことを特徴とする水処理方法。
8. 前記硝化率設定手段が前記第１好気槽内の硝化率を設定するステップは、この水処理装置で除去される窒素量が最大になるように、前記第１好気槽における硝化量及び有機物の消費量を設定し、この設定された硝化率及び有機物の消費量に応じた風量を前記第１曝気制御手段に出力するステップであることを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
9. 前記第１好気槽における硝化率の設定値または検出値から前記第２好気槽における残存アンモニア濃度を第２曝気制御手段が算出し、この残存アンモニア濃度となるよう前記第２曝気手段を前記第２曝気制御手段が制御するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。

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