JP2960273B2 - 間欠曝気式活性汚泥法の運転制御方法 - Google Patents

間欠曝気式活性汚泥法の運転制御方法

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    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、下水や生活排水を生物
学的に処理し、特に排水中の窒素・リンを除去するプロ
セスの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】下水や生活排水の処理は有機物除去が主
体であり、活性汚泥法に代表される生物学的処理法が一
般に用いられてきた。しかし近年になって、湖沼等の閉
鎖性水域では富栄養化が大きな問題となり、この原因と
なる窒素、リンの除去が重要となってきた。そのため、
有機物に加えて窒素、リンを除去できる処理法が活性汚
泥法の改良法として開発されてきており、代表的な方法
としてA2 O法、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活性汚
泥法(以下、間欠曝気法と略称する)等が挙げられる。
これらの方法では、微生物が好気条件、嫌気条件に交互
におかれ、有機物、窒素、リンの除去がなされる。
【0003】ここで、窒素、リンの除去を目的とする下
水処理について、その原理を簡単に述べておく。下水中
の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となって
分解除去される。窒素は好気性の条件下で、硝化菌の働
きによりNH4 −N(アンモニア性窒素)がNO3 −N
(硝酸性窒素)に酸化され、次いで嫌気性の条件下で、
脱窒菌の働きによりNO3 −NがN2 (窒素ガス)に還
元されて除去される。硝化・脱窒の関係を整理すると表
1のようになる。
【0004】
【表1】 リンは曝気槽の運転条件を好気性、嫌気性に交互に変え
ることにより、細胞内にリンを多量に蓄積する性質を持
つ活性汚泥をつくり出し、この活性汚泥を利用して除去
する。即ち、この活性汚泥は嫌気性条件でリンを放出
し、好気性条件でリンを吸収する性質があるため、好気
性条件でリンの吸収を行ない、リンを多量に吸収した活
性汚泥を余剰汚泥として処理系から除くことにより脱リ
ンを行なう。この関係は表2のように整理することがで
きる。
【0005】
【表2】 このように窒素、リン除去に当たって、好気性、嫌気性
の2条件が不可欠であるが、厳密には脱窒のための嫌気
性条件と脱リンのための嫌気性条件は異なっており、間
欠曝気法では脱窒が終了し、曝気槽内にNO3 −Nに起
因する酸素分子が無くなった後で、活性汚泥からのリン
の放出が起こり、これが次の曝気工程におけるリンの吸
収につながる。
【0006】間欠曝気法は好気条件、嫌気条件の比率を
時間的に設定することができ、しかも既存の施設にも比
較的容易に適用されることから注目されている方法であ
る。しかし、間欠曝気法における窒素、リンの除去を効
率良く行うためには、負荷に対応した曝気時間(好気条
件)、攪拌時間(嫌気条件)の制御が重要であり、これ
までいくつかの制御方法が提案されてきた。その例とし
て特公昭63ー35317号公報、および特開昭64ー
70198号公報に記載記されている方法があるが、こ
れらの方法には制御の安定性及び処理水質に問題があっ
た。
【0007】これに対して、本発明者らは、この問題を
大幅に改善する方法として、排水が流入する第1曝気槽
と、この第1曝気槽に直列に連結した第2曝気槽の二つ
の曝気槽を用い、その後段に最終沈澱池を設けた装置
と、その制御方法を特願平4─146054号により出
願中である。図2は上記特願平4─146054号に開
示した間欠曝気法と、制御システムの概要を説明するた
めの装置の要部構成を示す模式図であり、水および空気
の経路を実線の矢印、制御信号系統を点線の矢印で表わ
してある。
【0008】図2において、この装置は主として、下水
1が流入し活性汚泥によって有機物、窒素、リンが除去
される第1曝気槽2aと第2曝気槽2b、重力沈降によ
って活性汚泥が分離され処理水3が得られる最終沈澱池
4、沈降した活性汚泥を第1曝気槽2aに返送する返送
汚泥ポンプ5から構成されている。第1曝気槽2aと第
2曝気槽2bの容積比はおよそ1:1であり、処理水3
の滞留時間の合計は最終沈澱池4も含めて16〜32時
間である。制御系は第1曝気槽2a内の酸化還元電位を
測定する第1のORP計6aと、第2曝気槽2b内の酸
化還元電位を測定する第2のORP計6b、およびこれ
らORP計の値に基づいて第1曝気ブロワ7a、第2曝
気ブロワ7b、第1攪拌ポンプ8a、第2攪拌ポンプ8
bへの制御信号を出力する制御装置9からなっている。
【0009】このような装置系を運転制御するときの基
本的な考え方は、第1曝気槽2aで硝化、脱窒を一定時
間に制御することにより、リン放出時間を確保し、第2
曝気槽2bでは硝化、脱窒を行なうとともに、リンの放
出を防止しつつ制御の1周期を所定の時間に維持するこ
とにある。以下にその具体的な方法を、図3(a)、
(b)を併用参照して説明する。図3(a)、(b)
は、制御を実施中に、任意のタイミングで曝気開始時間
を零点として、時間の経過に伴うORPの変化を示し、
図3(a)は第1曝気槽のORP、図3(b)は第2曝
気槽におけるORPのそれぞれ時間経過に対する線図で
ある。
【0010】はじめに、第1曝気槽2aの制御方法につ
いて述べる。硝化とリン吸収を行なう曝気時間をTe
脱窒時間をTf とし、Te とTf の和である時間Tg
あらかじめ設定した時間Tgsと一致するように、曝気時
間Te を調節する。ここで第1のORP計6aのORP
の変化を見ると、脱窒終了後に屈曲点Aが出現してお
り、屈曲点Aを検出することにより時間Tg を測定し、
gsとTg の差に基づいて曝気時間Te を調節する。そ
の結果、後述のように1周期はほぼTds 時間に維持さ
れているため、リン放出時間がTds−Tgsとして確保さ
れることになる。
【0011】次に、第2曝気槽2bの制御方法は、硝化
とリン吸収のための曝気時間をTb、脱窒が進行する攪
拌時間をTC とし、Tb とTC の和である時間Td があ
らかじめ設定した時間Tdsと一致するように、曝気時間
b を調節し、併せてTd 時間後1周期が終了したとし
て、第1曝気槽2a、第2曝気槽2bを同時に曝気状態
に復帰させる。これは、第2のORP計6bのORPの
変化から屈曲点Bを検出して時間Td を測定し、Tds
d の差に基づき曝気時間Tb を調節することにより行
なう。この結果、脱窒が終了すると直ちに曝気状態とな
るため、第2曝気槽2bにおいてリンが放出されず、高
い窒素、リン除去率が得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上、本発明者らが出
願中の間欠曝気法における制御方法について説明した
が、この制御方法は窒素、リンの除去率が高く安定性も
良いが、センサーを良好な状態に維持管理するために、
ORP計の洗浄を1〜4週間に1回というかなりの高頻
度で行なう必要があり、例えば、管理者が常駐していな
い処理場に適用するには問題があることが、本発明者ら
のその後の研究で判明した。
【0013】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は制御用センサーを不要とし、なおかつ
安定した脱窒、脱リン効率を示す間欠曝気法を、タイマ
ーを用いて時間設定のみで運転制御する方法を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による間欠曝気法の運転制御方法は、第
1、第2の二つの曝気槽を用いる間欠曝気法において、
第1曝気槽の容積をV1、第2曝気槽の容積をV2 、曝
気と攪拌からなる嫌気−好気の1周期の時間をT s 、1
周期Ts 内の第1曝気槽の曝気時間をTa1、第2曝気槽
の曝気時間をTa2、このプロセスの汚泥滞留時間(SR
T)をn日、硝化菌の比増殖速度をμとして、曝気時間
比rを、r=(V1 ・Ta1+V2 ・Ta2)/[(V1
2 )・T s ]として求め、rが1/(n・μ)よりも
大きく、かつTa1がTs の1/2以下となるように、T
a1、Ta2を設定し、、第1曝気槽ではTa1時間曝気後攪
拌を行ない、第2曝気槽ではTa2時間曝気後攪拌を行な
い、第1、第2曝気槽ともに曝気、攪拌の合計時間がT
s 時間に達した時点で、2槽同時に攪拌工程から曝気工
程へ移行するタイマー制御を行なうものである。
【0015】
【作用】本発明の方法は上記のように、第1、第2曝気
槽の曝気、攪拌時間の制御を全てタイマーで行なうもの
であるから、ORP計からの信号を用いる必要がない。
例えば、第1曝気槽の曝気時間Ta1を30分に設定して
硝化、リン吸収を行ない、以後攪拌工程に移行して脱
窒、リン放出を行なう。また、第2曝気槽の曝気時間T
a2を70分に設定して硝化を行ない、以後攪拌工程で脱
窒を進行させ、予め設定した嫌気−好気の1周期時間で
あるTs 120分が経過すると、第1、第2曝気槽とも
に曝気状態に復帰する。曝気時間の設定には一定の条件
があり、第1曝気槽の容積をV1 、第2曝気槽の容積を
2 、このプロセスの汚泥滞留時間(SRT)をn日、
硝化菌の比増殖速度をμとして、曝気時間比r=(V1
・Ta1+V2 ・Ta2)/[(V1 +V2 )・Ts ]とし
て求め、rが1/(n・μ)よりも大きく、かつTa1
s の1/2以下となるように、Ta1、Ta2を設定す
る。rを1/(n・μ)より大きくする理由は、活性汚
泥内に一定量の硝化菌を維持するためであり、Ta1をT
s の1/2以下に設定するのは、硝化、脱窒を早期に終
了させて、第1曝気槽において十分なリン放出時間を確
保するためである。このようなタイマー制御を行なうこ
とにより、センサーを使用することなく、しかも硝化、
脱窒、リン放出、リン吸収の時間を確保することがで
き、良好な窒素、リン除去率を得ることができる。
【0016】
【実施例】はじめに、本発明の基本的な考え方について
述べる。本発明者らは、前述の特願平4─146054
号に開示した制御方法を進める過程で、水質、温度等の
条件が比較的安定している場合は、第1、第2曝気槽の
曝気時間はほぼ一定となり、この時間制御を、特にセン
サーを用いることなくタイマーで行なっても、処理水質
は良好に保たれることがわかった。そこで、微生物の増
殖速度の観点からタイマー制御の要件を考察し、後述す
るような条件の下に、タイマーによる時間設定のみで制
御することが有効であるとの結論を得た。
【0017】以下、本発明による制御方法の実施例を図
面を参照して説明する。図1は本発明の方法が適用され
る間欠曝気法の装置、および制御システムを説明するた
めの要部構成を示す模式図である。図1の図2と共通す
る部分には同一符号を用いてあり、矢印線の扱いも図2
と同じである。図1において、この装置は図2に示し
た、即ち、特願平4─146054号に開示した装置と
基本的に同じであるが、異なる点は、図2の第1のOR
P計6aと第2のORP計6bを備えていないことにあ
る。
【0018】図1に示す装置系における本発明の運転制
御方法は次の通りである。例えば、第1曝気槽2aの曝
気時間Ta1を30分に設定して、溶存酸素(DO)濃度
2〜3mg/lの条件で硝化、リン吸収を行なった後、
攪拌工程に移行し、脱窒、リン放出を行なう。また、第
2曝気槽の曝気時間Ta2を70分に設定して、同様にD
O濃度2〜3mg/lの条件で硝化を行ない、以後攪拌
工程で脱窒を進行させ、予め設定した嫌気−好気の1周
期の時間Ts である120分が経過した時、第1、第2
曝気槽ともに曝気状態に復帰するようにタイマー制御を
行なう。
【0019】各曝気槽における曝気時間の設定には一定
の条件があり、第1曝気槽2aの容積をV1 、第2曝気
槽2bの容積をV2 、このプロセスの汚泥滞留時間(S
RT)をn日、硝化菌の比増殖速度をμとして、曝気時
間比rをr=(V1 ・Ta1+V2 ・Ta2)/[(V1
2 )・Ts ]として求め、rが1/(n・μ)より大
きく、かつTa1がTs の1/2以下となるようにTa1
a2を設定する。
【0020】rを1/(n・μ)よりも大きくする理由
は、活性汚泥内に一定量の硝化菌を維持するためであ
る。一般に系内に硝化菌を維持する条件は、SRTが硝
化菌の比増殖速度μの逆数1/μより大きいことであ
り、嫌気、好気を含むプロセスでは、全体に占める好気
部分の割合または好気時間の割合をrとして、r・SR
Tが1/μより大きいことが知られている。本発明の方
法を適用する二つの曝気槽を用いた間欠曝気法の場合、
rを曝気時間比と定義すると、r=(V1 ・Ta1+V2
・Ta2)/[(V1 +V2 )・Ts ]として求めること
ができる。したがって、SRTがn日の場合、rを1/
(n・μ)よりも大きくすれば硝化菌を維持することが
できる。なお、μは水温に対応して求められており、文
献から容易に得ることができ、SRTは活性汚泥法の一
般的な管理指標として得られる。
【0021】Ta1をTs の1/2以下に設定するのは、
硝化、脱窒を早期に終了させて、第1曝気槽2aにおけ
る十分なリン放出時間を確保するためである。ここで、
SRT=20日、V1 =V2 、水温20℃、μ=0.2
5(1/日)、Ta1=30分、Ta2=70分、Ts =1
20分の条件で計算を行なうと、r=0.42となる。
一方、1/(n・μ)は0.2であるから、r>1/
(n・μ)となって、硝化菌は系内に維持されることと
なる。また、Ta1=30分では通常30分程度で脱窒が
終了するため、第1曝気槽2aにおいて約60分をリン
放出のために確保することができ、これが曝気工程にお
ける良好なリン吸収に役立っている。第2曝気槽2bで
は曝気時間Ta2=70分であり、脱窒に50分が確保さ
れているので、窒素除去は良好である。嫌気−好気の1
周期の時間Ts は、一般に1〜3時間程度とするのが妥
当であり、V1 とV2 の比は1:2〜2:1の範囲が望
ましい。
【0022】引き続き、実験結果に基づきさらに具体的
な例を述べる。本発明者らは、し尿、食堂排水、石鹸
水、水道水、酢酸ナトリウム等を混合した調製下水を用
い、図1に示す装置と同等の機能を有する実験装置を使
用して、窒素、リンの同時除去を目的とする運転制御実
験を行なった。表3に実験装置の主要な仕様、および実
験条件を示す。
【0023】
【表3】 この実験結果の一例を表4に示す。
【0024】
【表4】 表4からわかるように、窒素濃度が42mg/lと比較的
高かったため、第2曝気槽2bで脱窒時間が少し不足
し、NO3 −N濃度が若干高めとなっているが、T−N
除去率は86.9%、T−P除去率は93.0%を示
し、処理水質は良好であった。
【0025】なお、本発明の制御方法では窒素濃度が低
い場合、第2曝気槽2bで脱窒が終了しても、攪拌が継
続することがあるが、第2曝気槽2bの溶存有機物濃度
は低く、リンの放出は僅かであるから、処理水3中のリ
ン濃度が大きく上昇することはない。また、窒素濃度が
高い場合、脱窒が終了しないこともあるが、第1曝気槽
2aでも脱窒がなされており、第2曝気槽2bの窒素濃
度は低いため、処理水3中の窒素濃度が大きく上昇する
ことはない。勿論、水質分析や可搬式のDO計、ORP
計、温度計等を用いて運転状態を検査し、必要に応じて
タイマー設定を調節することが望ましいが、これは活性
汚泥プロセスで一般に行われている管理作業と同様であ
り、本発明による制御方法を適用するに当たって、管理
作業負担が特に増大することはない。
【0026】以上のような運転制御を行うと、制御用セ
ンサーは不要となり、しかも硝化、脱窒、リン放出、リ
ン吸収の時間を確保することができ、良好な窒素、リン
除去率が得られる。本発明による制御方法と、前述した
本発明らが出願中の制御方法のいずれを適用するかにつ
いては、処理水質に関して窒素、リンの規制が非常に厳
しい場合は出願中の制御方法を用いるのがよく、水質規
制が比較的緩やかな場合は、本発明による制御方法を用
いるのが望ましい。
【0027】
【発明の効果】以上、本発明の間欠曝気式活性汚泥法の
運転制御方法に関して説明したが、本発明による方法
は、本発明者らが出願中の特願平4─146054号に
開示した方法を、実用的観点から大幅に改良したもので
ある。即ち、本発明ではセンサーとしてORP計を用い
ることなく、一定の条件を設定したタイマーによる制御
のみで、本発明者らが出願中の制御方法と類似の制御を
行なうことが可能である。特に本発明による制御方法
は、従来のORP計が不要となるため、運転管理者の負
担を大幅に軽減し、しかも硝化、脱窒、リン放出、リン
吸収時間が確保され、良好な処理水質が得られるという
大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の運転制御方法が適用される下水処理装
置の要部構成を示す模式図
【図2】本発明者らが出願中の間欠曝気法の制御方法が
適用される下水処理装置の要部構成を示す模式図
【図3】本発明者らが出願中の間欠曝気法の制御方法に
おける第1曝気槽、第2曝気槽のORPの変化を示し、
(a)は第1曝気槽のORP、(b)は第2曝気槽のO
RPのそれぞれ時間経過に対する関係線図
【符号の説明】
1 下水 2a 第1曝気槽 2b 第2曝気槽 3 処理水 4 最終沈殿池 5 返送汚泥ポンプ 7a 第1曝気ブロワ 7b 第2曝気ブロワ 8a 第1攪拌ポンプ 8b 第2攪拌ポンプ 9 制御装置
フロントページの続き (72)発明者 森 豊 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 初又 繁 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−50092(JP,A) 特開 平5−169087(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 3/30 - 3/34 C02F 3/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1曝気槽とこの第1曝気槽に直列に連結
    した第2曝気槽を備え、これら二つの曝気槽で排水の曝
    気を行なう好気状態と、曝気を停止して攪拌を行なう嫌
    気状態とを繰り返すことにより、排水中の窒素およびリ
    ンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の運転制御方法であ
    って、第1曝気槽の容積をV1 、第2曝気槽の容積をV
    2 、曝気と攪拌からなる嫌気−好気の1周期の時間をT
    s 、1周期Ts 内の第1曝気槽の曝気時間をTa1、第2
    曝気槽の曝気時間をTa2、このプロセスの汚泥滞留時間
    をn日、硝化菌の比増殖速度をμとし、曝気時間比r
    を、r=(V1 ・Ta1+V2 ・Ta2)/[(V1
    2 )・Ts ]として求め、rが1/(n・μ)より大
    きく、かつTa1時間がTs 時間の1/2以下となるよう
    にTa1、Ta2を設定し、第1曝気槽ではTa1時間曝気後
    攪拌を行ない、第2曝気槽ではTa2時間曝気後攪拌を行
    ない、いずれも曝気、攪拌の合計時間がTs に達した時
    点で、第1曝気槽、第2曝気槽とも同時に攪拌工程から
    曝気工程へ移行させることを特徴とする間欠曝気式活性
    汚泥法の運転制御方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の方法において、第1曝気槽
    および第2曝気槽の制御時間の設定をすべてタイマーを
    用いて行なうことを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法の
    運転制御方法。
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