JP3023921B2 - 活性汚泥処理装置 - Google Patents

活性汚泥処理装置

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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、下水処理などで使用される活性汚泥処理装
置に関し、特に、亜硝酸性窒素型脱窒法による活性汚泥
処理装置に関する。
B.発明の概要 本発明は、下水処理などで使用される亜硝酸性窒素型
脱窒法の活性汚泥処理装置において、 硝化反応に伴う呼吸速度を計測する計測器と、計測さ
れた呼吸速度を温度及び汚泥濃度で呼吸率に換算する補
正演算手段と、余剰汚泥量の操作により呼吸率を一定に
保持する制御手段とを備えることにより、 硝化反応を安定に維持し、亜硝酸型脱窒を優先的に起
こし、エネルギー消費を低く抑える技術を提供するもの
である。
C.従来の技術 下水処理等には活性汚泥処理プロセスが不可欠である
が、その活性汚泥処理装置として、通常、硝化反応によ
るものが使用されている。活性汚泥処理における定常的
な硝化では、一般に亜硝酸菌と硝酸菌が共同で行う酸化
作用によりアンモニアが亜硝酸を経由して硝酸にまで酸
化されるが、何らかの理由で硝酸菌の活動が抑制される
と亜硝酸の酸化速度は低下し、反応液に亜硝酸が蓄積す
るようになる。前者は硝酸型硝化と呼ばれ、後者は亜硝
酸型硝化と呼ばれている。亜硝酸は酸素要求物質で、通
常の活性汚泥処理では、処理水BOD(Biochemical Oxyge
n Demand)又は処理水COD(Chemical Oxygen Demand)
を高める恐れがあり、後者は好ましくない。しかし、硝
化により生じた酸化態窒素を窒素ガスに還元して完全に
除去する硝化脱窒法を採用すれば、硝化反応を亜硝酸生
成の段階にとどめ、亜硝酸を直接に脱窒した方が、硝化
のための酸素必要量や脱窒のための水素供与体必要量を
減らすことができ、経済的である。
下水処理における活性汚泥処理装置では硝化の開始時
にしばしば亜硝酸型硝化が観察されるが、これは、亜硝
酸菌よりも硝酸菌の方がガス状アンモニア(NH3)の毒
性に対して敏感だからで、同じ理由により脱窒工程を含
まない活性汚泥法で高濃度の窒素を含む排水を処理した
場合も過渡的に亜硝酸型硝化が観察される。しかし、そ
れらの場合、硝化が進行してアンモニアが低濃度になる
と亜硝酸型硝化を定常的に維持することが難しくなるの
で、これまでは酸素供給制御により故意により高濃度の
アンモニアを残留させるか、反応液温を極端に高めるな
どの手法に頼っていた。
D.発明が解決しようとする課題 活性汚泥処理における硝化反応は、曝気槽内の水温
(T),溶存酸素濃度(DO),平均汚泥滞留時間(SR
T)等の影響を受けることがしられている。このため、
例えば冬期は温度活性が低下して硝化が殆ど起こらなか
ったり、逆に夏期には硝化が進み過ぎて処理が悪化した
りする。このように、硝化が不安定になると、硝化反応
の次工程である脱窒素プロセスの処理性能も不安定にな
る。
硝化反応とこれに続く脱窒反応は下記の通りである。
NH4 ++3/2・O2→NO2 -+H2O …(1) NO2 -+2/1・O2→NO3 - …(2) 2NO2 -+6H →N2+2H2O+2OH- …(3) 2NO3 -+1OH →N2+4H2O+2OH- …(4) 上記の如く、硝化・脱窒反応も亜硝酸型脱窒と硝酸型
脱窒との2種類に分岐し、運転条件によりいずれか一方
が優先される。前者はアンモニア性窒素の酸化を(1)
式の亜硝酸性窒素の段階まででとどめておき、これを脱
窒菌により直線(3)式へ脱窒する。後者はアンモニア
性窒素の酸化を(1)式を経由して(2)式の硝酸性窒
素の段階まで硝化したのち(4)の如く脱窒するもので
ある。この2方式を比較した場合、前者は後者よりもブ
ロワ電力量等のエネルギーの消費が少なくて済むが、既
に説明したように、硝化を安定に保つこと自体が難しい
うえ、その中でも亜硝酸型を優先させて安定に維持する
ことは非常に困難であった。
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもの
で、硝化反応を安定に維持し、亜硝酸型脱窒を優先的に
起こし、エネルギー消費を低く抑える活性汚泥処理装置
を提供することを目的とする。
E.課題を解決するための手段 本発明における上記課題を解決するための手段は、活
性汚泥を含む流入水を曝気槽内で亜硝酸性窒素型脱窒法
により処理する活性汚泥処理装置において、硝化反応に
伴う呼吸速度を計測する計測器と、計測された呼吸速度
を温度及び汚泥濃度で呼吸率に換算する補正演算手段
と、余剰汚泥量の操作により前記呼吸率を一定に保持す
る制御手段とを備える活性汚泥処理装置とするものであ
り、曝気槽内の溶存酸素濃度を所定の濃度に維持するこ
とで亜硝酸型脱窒を優先させる別の制御手段を備えるこ
とを好適とするものである。
F.作用 本発明は、まず硝化反応を安定に維持するために、計
算器により硝化反応に伴う呼吸速度を計測すると共に、
その呼吸速度を演算手段で温度及び汚泥濃度を補正して
呼吸率に換算する。硝化反応を左右する残存NH4−N濃
度がゼロに近づくと、呼吸率もゼロに近づく特性がある
ので、逆にその呼吸率を一定に保持するように余剰汚泥
量を制御手段で操作すればよい。また亜硝酸型脱窒を優
先的に起こすためには、別の制御手段で曝気槽内の溶存
酸素濃度を所定の濃度に維持する。
G.実施例 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。
第1図は、本発明の一実施例の構成図である。同図に
おいて、曝気槽は嫌気槽11と好気槽12とで成り、流入水
は嫌気槽11と好気槽12とを循環して亜硝酸性窒素型脱窒
法により曝気されたのち最終沈殿池13で活性汚泥が分離
され、処理水として送られる。分離された活性汚泥は返
送汚泥として嫌気槽11に戻されるが、一部は余剰汚泥と
してポンプ14を介して余剰汚泥ラインへ送られる。好気
槽12には、本発明の計測器である呼吸速度計15と、水温
計16と、MLSS汚泥温度計17とが配設され、それらの計測
値に基づいて呼吸速度を温度及び汚泥濃度により後記す
る呼吸率に換算する補正演算手段18に接続されている。
算出された呼吸率は、呼吸率コントローラ19で設定値と
比較されたのち汚泥滞留時間コントローラ20の制御値と
なる。汚泥滞留時間コントローラ20は前記ポンプ14を制
御する。前記コントローラ19及び20が、余剰汚泥量の操
作により呼吸率を一定に保持する本発明の制御手段であ
る。好気槽12には、その他に溶存酸素濃度計21で配設さ
れていて、この濃度計21に本発明の別の制御手段である
溶存酸素コントローラ22が接続され、好気槽12へ送風す
るブロワ23の送風量を制御するようになっている。
以下、上記装置の動作を説明する。
まず、硝化反応を安定に維持するため、曝気槽の出口
に配設された呼吸速度計15により全呼吸速度(rr)、硝
化抑制時呼吸速度(ATU−rr)及び硝化に伴う呼吸速度
(Nit−rr)を連続計測する。順序としては、最初に全
呼吸速度rrを測定し、次にATU(アリルチオ尿素)を添
加したときの呼吸速度ATU−rrを測定し、硝化に伴う呼
吸素度Nit−rrは、前記rrよりATU−rrを差し引いた値と
して演算される。このNit−rrの値により、硝化反応が
安定に終了しているか否かを知ることができる。
第2図はこの硝化に伴う呼吸速度Nit−rrと残存NH4
N濃度との関係を示す特性図である。同図で明らかな如
く、硝化反応が終了に近づき、残存NH4−N濃度がゼロ
に近づくと、Nit−rrも急激に低下する。即ち、Nit−rr
を連続的に監視していれば残存NH4−N濃度をチェック
することができ、Nit−rrが一定になるように制御する
ことにより、残存NH4−N濃度を一定に保ち、硝化を安
定させることができる。但し、第2図に示した特性は水
温(T)によって変化するので、温度補正が必要であ
る。また、このNit−rrをMLSS濃度で除することによ
り、単位汚泥当たりの呼吸速度(Nit−kr=Nit−rr/MLS
S)を求めることができる。このNit−krは、一般に呼吸
率と呼ばれている。
第3図は、基準温度(例えば15℃)における呼吸率Ni
t−kr(15)とNH4−N濃度との関係を示す特性図であ
る。同図に示す如く、この呼吸率Nit−kr(15)は、温
度変化及びMLSS濃度と無関係なので、これが一定になる
ように制御すれば残存NH4−N濃度が一定になるように
制御することになる。その実際の方法としては、第1図
に示すように、水温計16及びMLSS汚泥濃度17の計測値を
補正演算手段18に入力して呼吸率Nit−kr(15)を算出
し、これを呼吸率コントローラ(NitC)19へ入力する。
呼吸率コントローラ19は、その呼吸率Nit−kr(15)が
目標とする呼吸率値Nit−kr(15)setからズレた場合に
は、測定値(PV)と設定値(SV)との偏差から平均汚泥
滞留時間(SRT)の設定値又はその修正指令を出力し、
汚泥滞留時間コントローラ(SRTC)20、その算出結果に
基づいて、SRT目標値を更新し、そのSRT目標値になるよ
うにポンプ14で余剰量汚泥を操作して、前記呼吸率Nit
−kr(15)を所定の目標値に一定制御する。
次に、亜硝酸型脱窒を優先的に起こすために、曝気槽
の出口における溶存酸素(DO)の濃度を所定の低濃度に
一定制御する。具体的には好気槽12に配設された溶存酸
素濃度計21の計測値を溶存酸素コントローラ(DOC)22
に入力し、DO値が一定になるように、ブロワ23の送風量
を制御する。但し、亜硝酸型脱窒を優先させるために、
DO設定値は0.5〜1.0(mg/)程度の低い値とする。
本実施例は下記の効果が明らかである。
(1)Nit−rr制御により硝化反応を安定に維持するこ
とができる。
(2)亜硝酸型脱窒を優先的に行うことによりエネルギ
ー消費を削減することができる。
H.発明の効果 以上、説明したとおり、本発明によれば、硝化反応を
安定に維持し、亜硝酸型脱窒を優先的に起こし、エネル
ギー消費を低く抑える活性汚泥処理装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図及び第3図
は実施例の濃度特性図である。 11……嫌気槽、12……好気槽、13……最終沈殿池、14…
…ポンプ、15……呼吸速度計、16……水温計、17……ML
SS汚泥濃度計、18……補正演算手段、19……呼吸率コン
トローラ、20……汚泥滞留時間コントローラ、21……溶
存酸素濃度計、22……溶存酸素コントローラ、23……ブ
ロワ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/34 101 C02F 3/30 C02F 3/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性汚泥を含む流入水を嫌気槽と好気槽か
    ら成る曝気槽に流入し、流入水は嫌気槽と好気槽とを循
    環して亜硝酸性窒素型脱窒法により曝気された後、最終
    沈殿池で活性汚泥を分離して、処理水として送水し、分
    離された活性汚泥は返送汚泥として嫌気槽に戻され、一
    部は余剰汚泥としてポンプを介して余剰汚泥ラインへ送
    出されるようにした活性汚泥処理装置であって、前記好
    気槽に配設され、硝化反応に伴う呼吸速度を計測する計
    測器と、計測された呼吸速度を温度及び汚泥濃度で呼吸
    率に換算する補正演算手段と、該補正演算手段で算出さ
    れた呼吸率とあらかじめ目標として設定した呼吸率値と
    を比較してその偏差から平均汚泥滞留時間の設定値又は
    その修正指令信号を出力する呼吸率コントローラと、該
    呼吸率コントローラの出力信号を入力して平均汚泥滞留
    時間の目標値を更新し、この目標値になるように前記ポ
    ンプを制御して余剰汚泥を操作して前記呼吸率が目標値
    になるように制御する汚泥滞留時間コントローラと、前
    記好気槽に配置され好気槽内の溶存酸素濃度を計測する
    溶存酸素濃度計と、好気槽内に送風するブロワと、前記
    溶存酸素濃度計の計測値を入力し、溶存酸素濃度を0.5
    〜1.0(mg/)の低濃度値となるようにブロワの送風量
    を制御する溶存酸素コントローラを備えることを特徴と
    する活性汚泥処理装置。
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