JP3250934B2 - 下水処理プロセスの制御方法 - Google Patents

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
学的に処理する方法であり、特に排水中の窒素およびリ
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（嫌気−無酸素−好気法）、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
除去が行なわれる。

【０００３】ここで、窒素、リン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り分解除
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次のようにな
る。

【０００４】 反応 窒素の形態変化 反応条件 微生物 硝化反応 アンモニア性窒素→硝酸性窒素 好気性（溶存酸素あり） 硝化菌 脱窒反応 硝酸性窒素 →窒素ガス 嫌気性（溶存酸素なし） 脱窒菌 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だし、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。この関係は下記のように整理することがで
きる。

【０００５】 反応 槽内のリン濃度 反応条件 リン除去 リンの放出 増加 嫌気性（溶存酸素なし） ─ リンの吸収 減少 好気性（溶存酸素あり） 活性汚泥抜き出し このように窒素、リンの除去においては、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とは異なってお
り、間欠曝気法では脱窒が終了し槽内に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
につながっている。

【０００６】間欠曝気法は好気条件、嫌気条件の比率を
時間的に設定でき、しかも既存の施設にも比較的容易に
適用できることから注目されている方法であり、本発明
者らは従来の間欠曝気法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（以下、２槽
式間欠曝気法とする）を特開平６─５５１９０号公報に
より開示している。

【０００７】以下にその概要を図２と図３（ａ），
（ｂ）を参照して説明する。図２は特開平６─５５１９
０号公報に記載の間欠曝気法及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り、図２では、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
印で表わしてあり、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から構成してある。第１曝気槽２ａと第２曝気槽２
ｂの容積比はおよそ１：１であり、処理水の滞留時間の
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、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８ｂへの制御信号
を出力する制御装置９からなっている。

【０００８】このような装置系における運転制御の基本
的な考えかたは、排水が流入する第１曝気槽２ａと、こ
の第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽２ｂの二つの
曝気槽を用い、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、リン放出を防
止しつつ制御の１周期を所定の時間に維持し、高い窒
素、リン除去率を得ることにある。その具体的な方法
を、制御に伴うＯＲＰの変化とともに、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の変化を示した
ものであり、図３（ａ）は第１曝気槽のＯＲＰ、図３
（ｂ）は第２曝気槽のＯＲＰのそれぞれ時間経過に対す
る関係線図である。

【０００９】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Ｔ_e 、
脱窒時間をＴ_f とし、Ｔ_e とＴ_f の和である時間Ｔ_g が
あらかじめ設定した時間Ｔ_gsと一致するように、曝気時
間Ｔ_e 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って時間Ｔ_g を測定
し、Ｔ_gsとＴ_g の差に基づいて曝気時間Ｔ_e を調節す
る。その結果、後述のように１周期はほぼＴ_ds時間に維
持されているため、リン放出時間がＴ_ds−Ｔ_gsとして確
保されることになる。

【００１０】第２曝気槽２ｂの制御方法は次のとおりで
ある。硝化とリン吸収のための曝気時間をＴ_b 、脱窒が
進行する攪拌時間をＴ_C とし、Ｔ_b とＴ_C の和である時
間Ｔ _d があらかじめ設定した時間Ｔ_dsと一致するよう
に、曝気時間Ｔ_b を調節し、併せて時間Ｔ_d 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系６
ｂのＯＲＰの変化から屈曲点Ｂを検出して時間Ｔ_d を測
定し、Ｔ_dsとＴ_d の差に基づいて曝気時間Ｔ_b 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
放出されることなく、高い窒素、リン除去率が得られ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上、本発明者らが特
開平６−５５１９０号公報に記載の２槽式間欠曝気法に
ついて説明したが、この方式のような生物学的脱窒素法
は、その後の研究によって次のような問題があることが
わかった。即ち、冬期などで１５℃以下の低い水温条件
で運転を行うと、硝化、脱窒速度の低下から窒素の除去
率が低下することである。このような１５℃以下の低水
温条件では、硝化工程、脱窒工程に時間を長くとればよ
いが、一定のリンの放出時間を確保するような運転を行
っているので、硝化、脱窒時間をある程度以上長くする
ことができずに、脱窒が不十分となる。この場合、第２
曝気槽２ｂでは脱窒が完了しない状態で強制的に次の運
転周期に移行している。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は窒素の除去率の低下を防止することが
できる２槽式間欠曝気法による下水処理プロセスの制御
方法を提供することにある。

【００１３】

【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、本発明の２槽式間欠曝気法の運転制御は次のよう
に行なう。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のＯＲＰ計を設置した第１曝気槽で、
所定の時間曝気を行った後攪拌工程に移行し、この第１
曝気槽の攪拌工程に出現する第１のＯＲＰ計のＯＲＰ屈
曲点を検出した後、第１曝気槽に有機物として例えば酢
酸を添加する。

【００１４】

【作用】第１曝気槽２ａにおいて所定の時間、例えば３
０分間曝気を行った後攪拌工程に移行する。この攪拌工
程では初めに脱窒反応が起こり、第１曝気槽２ａに設置
した第１のＯＲＰ計６ａのＯＲＰ屈曲点が出現した後リ
ンの放出が起こる。一般にリンの放出速度は有機物の供
給量に依存することが知られているので、ＯＲＰ屈曲点
が出現した後、第１曝気槽２ａに有機物として酢酸を添
加することにより、リン放出速度を上げることができ
る。良好なリン除去を行うためには、第１曝気槽２ａの
攪拌工程で所定のリンの放出量を確保する必要があるの
で、このようにリン放出速度を上げることにり、リン放
出に配分する時間が少なくてよく、その時間短縮分は窒
素除去の時間にに配分することができる。

【００１５】以上の方法によれば、第１曝気槽２ａにお
けるリン放出時間が短縮され、その分窒素除去に時間を
長くとれるので、窒素除去率が低下するのを防ぐことが
できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は２槽式間欠曝気法の装置および制御システ
ム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
装置と基本的に同じであるが、異なる点は酢酸添加ポン
プ１０と酢酸貯留槽１１を備えていることにある。

【００１７】この装置を用いた本発明の制御方法は、第
１曝気槽２ａの攪拌工程の脱窒の終了時に検出される第
１のＯＲＰ計６ａのＯＲＰ屈曲点が出現した後に、酢酸
添加ポンプ１０を用いて酢酸貯留槽１１から第１曝気槽
２ａに酢酸を添加する。ＯＲＰ屈曲点の検出は制御装置
９で行なわれ、ＯＲＰ屈曲点検出の判定結果に基づき、
起動の信号が制御装置９から酢酸添加ポンプ１０に自動
的に送られる。

【００１８】このように、本発明の制御方法は、第１曝
気槽２ａに設置した第１のＯＲＰ計６ａの屈曲点を検出
する必要があり、これはＯＲＰ変化曲線の傾きが急変す
る点を屈曲点としている。詳細な検出方法については、
本発明者らが出願中の特開平５−２２０４９５号公報に
記載されているので、ここではその説明を省略する。リ
ンの放出は有機物を利用する反応であり、その利用する
有機物の種類によってリンの放出速度は異なる。一般的
に酢酸はリンの放出に利用される有機物として知られて
おり、酢酸によって得られるリン放出速度は、有機物の
混合した下水によって得られるリンの放出速度よりも高
い。このため、第１曝気槽２ａに酢酸を添加することに
より、通常の下水を処理する場合よりもリンの放出速度
は高くなる。したがって、リンの放出速度を高くするこ
とによって、所定のリン放出量を確保するために必要な
時間を減少させ、その分、第１のＯＲＰ計６ａのＯＲＰ
屈曲点出現時間の設定値を大きくすることができる。こ
のことを窒素除去の観点から言い換えれば、第１曝気槽
２ａにおける硝化、脱窒工程に、より多くの時間を配分
することができるので、窒素除去量が増加することにな
る。

【００１９】酢酸を添加した場合の第１のＯＲＰ計６ａ
のＯＲＰ屈曲点出現時間の設定値は、あらかじめ酢酸を
添加した場合のリン放出速度を実験により求めておくこ
とにより決定することができる。通常、第１のＯＲＰ計
６ａのＯＲＰ屈曲点の出現時間の設定値は６０分程度に
設定するが、酢酸を添加することにより、７０〜９０分
程度までＯＲＰ屈曲点の出現時間の設定値を大きくする
ことができる。また、酢酸の添加量も、あらかじめその
利用速度を実験によって求めておき、計算値より若干多
く添加しておけば、リン放出速度が酢酸濃度によって律
速することはない。

【００２０】また、本発明の方法により第１曝気槽２ａ
内に添加する有機物は、第２曝気槽２ｂで分解除去され
るので処理水３中の有機物濃度が高くなることもない。
以上、本発明の実施例について説明したが、これまで説
明した酢酸に代えて他の有機物を添加してもよく、微生
物に摂取されやすく、比較的高いリン放出速度を得るこ
とができる糖類等の生物易分解性有機物を使用すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上、本発明の２槽式間欠曝気法の運転
制御方法に関して説明した。従来、水温が１５℃以下と
低い場合、硝化、脱窒速度の低下から窒素の除去率が低
下するという問題があった。本発明の方法は、この問題
に対処するためになされたものであり、以下の利点を有
する。

【００２２】本発明の方法は、ＯＲＰ計を設置した第１
曝気槽で所定の時間曝気を行った後攪拌工程に移行し、
この第１曝気槽の攪拌工程に出現するＯＲＰ計のＯＲＰ
屈曲点を検出した後、第１曝気槽に有機物として、酢酸
を添加する。酢酸を添加することにより、リンの放出速
度を高め、１周期内のリンの放出時間を減少させる。し
たがって、その時間減少分は処理工程の１周期内で硝
化、脱窒に配分する時間を増加させて、１周期内でより
多くの窒素を除去し、水温が低い場合でも良好な窒素除
去率を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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 ６ａ 第１のＯＲＰ計 ６ｂ 第２のＯＲＰ計 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 １０ 酢酸添加ポンプ １１ 酢酸貯留槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 康成 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 小倉 明子 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４−104896（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−262197（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−116684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/30 C02F 3/34 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のＯＲＰ計を設置した第１曝気槽と、
   この第１曝気槽に直列に連結し第２のＯＲＰ計を設置し
   た第２曝気槽を備え、排水を第１曝気槽へ流入させて、
   前記二つの曝気槽において曝気を行なう好気状態と、曝
   気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰り返して処
   理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、
   沈澱汚泥は曝気槽へ返送するとともに余剰汚泥として抜
   き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性
   汚泥法による下水処理プロセスの制御方法において、第
   １曝気槽で所定の時間曝気を行なった後攪拌工程に移行
   し、攪拌工程に出現する第１のＯＲＰ計のＯＲＰ屈曲点
   を検出した後、第１曝気槽に有機物を添加することを特
   徴とする下水処理プロセスの制御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、有機物が生
   物易分解性有機物であることを特徴とする下水処理プロ
   セスの制御方法。