JP3388963B2 - 間欠曝気式活性汚泥法の制御方法 - 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、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っており、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のである。 【０００３】ここで、窒素、リン除去を目的とした下水
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、つ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。 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
するのである。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
り脱リンを行う。この関係は下記のように整理できる。 反応 槽内のリン濃度 反応条件 リン除去 リン放出 増加 嫌気性（溶存酸素なし） − リン吸収 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お
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。 【０００４】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。 【０００５】以下にその概要を図１と図２（ａ）、
（ｂ）を参照して説明する。図１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１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から構成されている。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
ＯＲＰ計６ａ、第２曝気槽２ｂ内の酸化還元電位を測定
する第２ＯＲＰ計６ｂ、および６ａ，６ｂの測定値に基
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の制御を行う制御
装置９とから成っている。 【０００６】この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、
両曝気槽を同一の周期で曝気と攪拌の制御をしている。
第１曝気槽２ａでは、硝化、脱窒を一定時間行い、残り
の時間をリン放出時間として確保している。また、第２
曝気槽２ｂでは硝化、脱窒を１周期の時間に維持してリ
ン放出を防止している。この制御法により高い窒素、リ
ン除去率を得ることができる。 【０００７】次に、具体的な方法を、制御に伴うＯＲＰ
の変化とともに、図２（ａ）、（ｂ）を併用参照して説
明する。図２（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２（ａ）は
第１曝気槽のＯＲＰ、（ｂ）は第２曝気槽のＯＲＰのそ
れぞれの経過時間に対する関係線図である。 【０００８】始めに第１曝気槽２ａの制御法を説明する
と、硝化とリン吸収を行う曝気時間をＴe 、脱窒時間を
Ｔf とし、Ｔe とＴf の和である時間Ｔg があらかじめ
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１ＯＲＰ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、Ａを検出す
ることによって時間Ｔg を測定し、ＴgsとＴg の差に基
づいて曝気時間Ｔe を調節するのである。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。 【０００９】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Ｔb を
調節し、併せて時間Ｔd 後１周期が終了したとして、第
１曝気槽２ａ、第２曝気槽２ｂ同時に曝気状態に復帰さ
せる。これは、第２ＯＲＰ系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とＴd の差に
基づいて曝気時間Ｔb を調節することにより行う。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。 【００１０】 【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。しかし本方式を含め、生物学的脱リン
法では、解決しなければならない次のような問題があ
る。そのひとつは、流入排水中の有機物濃度が低い場合
にリン除去率が低下することである。これは、有機物濃
度が低い場合、嫌気工程においてリン放出量が低下し、
その結果好気工程においてリン吸収が不良となっておこ
る現象である。もう一つは、上記の場合とは逆に、流入
排水中の有機物濃度が極端に高い場合、嫌気工程におい
てリン放出量が増加し、その結果好気工程時間内におい
てリンが吸収しきれなくなりおこる現象である。本方式
の制御方法は、従来の技術において述べたように、１周
期の間に窒素、リン除去工程を配分する運転を行ってい
るので、ある程度の有機物負荷変動に対しては対応が可
能で良好な処理水質が得られる。しかし、有機物負荷変
動が極端に大きい場合、リン除去が悪化することがあ
る。 【００１１】本発明は上述の点を改良するためになされ
たものであり、その目的はリンの除去率低下を防止する
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。 【００１２】 【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、本発明では２槽式間欠曝気法の運転を流入水の有
機物濃度の増減に応じて第一曝気槽の窒素、リン除去工
程の時間配分を変化させることにより、次のように行
う。具体的な方法は、第１曝気槽における現工程の曝気
時間（Ｔ_e ）と脱窒時間（Ｔ_f ）のＤＮ比Ｒ_n ＝Ｔ_f ／
Ｔ_e を求め、このＤＮ比に基づき、次工程での第１のＯ
ＲＰ計のＯＲＰ屈曲点検出時間Ｔ_gs(n+1) の設定値を調
節する。例えば第１曝気槽の曝気時間が３０分、脱窒時
間が２５分のとき、ＤＮ比Ｒ_n ＝２５／３０＝０．８３
となり、この０．８３とあらかじめ設定したＤＮ比Ｒ₀
＝１．０と比較し、その差に応じて次工程における第１
のＯＲＰ計のＯＲＰ屈曲点検出時間の設定値Ｔ_gs(n+1)
を大きくする。また、ＤＮ比の現工程での測定値Ｒ_n が
設定値Ｒ₀ より大きい場合は、第１のＯＲＰ計のＯＲＰ
屈曲点検出時間の設定値を小さくする。本方式である２
槽式間欠曝気法では、従来の技術の項でも述べたよう
に、第１曝気槽においてリンの放出が行なわれるが、こ
のリンが放出する速度については、供給される有機物の
量によって変動し、有機物の量が多い場合には速くな
り、少ない場合は遅くなる傾向がある。そのため、有機
物供給量が多過ぎる場合はリン放出量が過大となり、所
定の曝気時間ではリンを吸収できなくなり、リン除去率
が低下する。また有機物供給が少ない場合はリンの放出
量が小さくなり、その結果リン吸収も弱くなってリン除
去率が低下する現象が発生する。すなわち、安定したリ
ン除去を行うためには、第１曝気槽におけるリン放出量
は適当な量を確保することが重要である。ここで、上述
したＤＮ比は本発明者らによる特開平６−２６２１９７
号公報に記載の指標であり、流入有機物量の変化を判断
するのに有効な指標となることから、現工程におけるＤ
Ｎ比Ｒ_n が設定したＤＮ比Ｒ₀ より小さい（有機物供給
量が大きい）場合は、次工程での第１のＯＲＰ計のＯＲ
Ｐ屈曲点検出時間の設定値Ｔ_gs(n+1) を大きくすること
により、リン放出時間を少なくしてリン放出量を抑え
る。また、現工程のＤＮ比Ｒ_n が設定したＤＮ比Ｒ₀ よ
り大きい（有機物供給量が小さい）場合は、第１のＯＲ
Ｐ計のＯＲＰ屈曲点検出時間の設定値Ｔ_gs(n+1) を小さ
くすることにより、リン放出時間を多くしてリン放出量
を増加させる。このように、第１のＯＲＰ計のＯＲＰ屈
曲点検出時間の設定値Ｔ_gsを変化させることによって、
リン放出時間を変化させ、適当なリン放出量を確保す
る。 【００１３】以上の運転方法によれば、流入原水の有機
物負荷変動が激しい場合におこるリン除去率の悪化を防
止する事ができ、安定したリン除去が可能となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。本発明の方法が適用される２槽式間欠
曝気法の装置及び制御システムは、図１に示す模式図と
同様の構成であるからここでは図示を省略し、再び図
１、図２を参照して説明する。なお、本発明の方法は制
御指標としてＤＮ比を用いているが、このＤＮ比につい
ての詳細な説明は、本発明者らによる特開平６−２６２
１９７号公報に記載されているので省略する。 【００１５】現工程で第１曝気槽２ａで所定の時間（Ｔ
_e ）曝気を行なった後撹拌工程に移行し、第１のＯＲＰ
計６ａのＯＲＰ屈曲点Ａの検出に基づき脱窒時間
（Ｔ_f ）を測定してＲ_n ＝Ｔ_f ／Ｔ_e を求め、このＲに
対して、あらかじめＤＮ比Ｒ₀ を設定しておき、現処理
工程におけるＤＮ比をＲ_n として、Ｒ_n ＜Ｒ₀ のときは
リン放出量が増加すると判断し、次回の処理工程の第１
のＯＲＰ計６ａのＯＲＰ屈曲点Ａの検出時間の設定値Ｔ
_gs(n+1) を大きくする。Ｒ_n ＞Ｒ₀ のときはリン放出量
が減少すると判断し、次回の処理工程の第１のＯＲＰ計
６ａのＯＲＰ屈曲点Ａの検出時間の設定値Ｔ_gs(n+1) を
小さくする。具体的に第１のＯＲＰ計６ａのＯＲＰ屈曲
点の検出時間の設定値Ｔ_gsを調節する方法は、下記
（１）式による。 Ｔ_gs(n+1) ＝Ｔ_gs0 ＋Ｋ（Ｒ₀ −Ｒ_n ） （１） 但し、Ｔ_gs(n+1) ：次工程における第１のＯＲＰ計屈曲
点検出時間の設定値 Ｋ ：比例定数 Ｒ_n ：現工程におけるＤＮ比 Ｒ₀ ：ＤＮ比の標準設定値 Ｔ_gs0 ：ＤＮ比Ｒ₀ のときの第１のＯＲＰ計屈曲点
の検出時間の標準設定値 Ｔ_gsには上限及び、下限の設定時間を設けておき、その
範囲内で変化させる。こうした演算は制御装置９で行わ
れる。 【００１６】ここで第１のＯＲＰ屈曲点の検出時間の設
定値Ｔ_gsを変化させる理由について説明する。既に述べ
たように、２槽式間欠曝気法の第１曝気槽では好気工程
にリン吸収が、嫌気工程に第１のＯＲＰ屈曲点が出現し
た後、リン放出が行われる。一般にこのリンが放出する
速度は有機物の供給量に依存しており、有機物供給量が
大きい場合には、リン放出速度が速く、小さい場合には
遅いことが知られている。また、ＤＮ比は有機物供給量
が大きい場合には小さく、有機物供給量が小さい場合に
は大きい値となるので、例えば、ＤＮ比が小さい場合に
は、有機物供給量が大きく、リンの放出速度が増加し
て、第１曝気槽２ａでのリン放出量が多いと判断でき
る。この放出量が大きすぎると第１曝気槽および第２曝
気槽の好気工程の時間内ではリンを完全に吸収しきれな
くなってしまい、処理水中にリンが残存し、処理水質が
悪化する。そこで、第１曝気槽のＯＲＰ屈曲点の検出時
間の設定値を大きくすることにより、リンの放出時間を
小さくし、放出量を抑える。この時、窒素除去に配分さ
れる時間が多くなるので、窒素除去に対しても効率的で
ある。 【００１７】逆に、ＤＮ比が大きい場合、第１曝気槽で
のリン放出量が少ないと判断できる。このような場合、
好気工程におけるリンの吸収が不良となり処理水質が悪
化する。そこで、第１曝気槽のＯＲＰ屈曲点の検出時間
の設定値を小さくすることにより、リンの放出時間を大
きくし、リン放出量を増加させ、リン吸収が不良となる
のを防止するのである。この時、第１曝気槽のＯＲＰ屈
曲点の検出時間の設定値を小さくするので、窒素除去に
費やす時間が少なくなるが、一般にこのような場合、窒
素負荷も低いので、この操作により窒素除去が悪化する
ことはない。したがって、あらかじめ、平均的な有機物
負荷でのＤＮ比及び第１のＯＲＰ屈曲点の検出時間の設
定値を決めておけば、ＤＮ比に対応した第１曝気槽のＯ
ＲＰ屈曲点の検出時間の設定値を決定でき、結果的に安
定した窒素、リン除去が可能となるのである。 【００１８】 【発明の効果】生物学的脱リン法では、流入排水中の有
機物濃度が低い場合、または流入排水中の有機物濃度が
極端に高い場合、リン除去率が低下する問題があるが、
２槽式間欠曝気法の制御方法は、１周期の間に窒素、リ
ン除去工程を配分するような運転をおこなっているの
で、ある程度の有機物負荷変動に対しては対応が可能で
良好な処理水質が得られる。しかし、有機物負荷変動が
極端に大きい場合、リン除去が悪化することがあった。
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。 【００１９】第１曝気槽における曝気時間と脱窒時間の
比であるＤＮ比に基づいて、第１のＯＲＰ計のＯＲＰ屈
曲点検出時間の設定値を調節する。この結果、第１曝気
槽でのリン放出量は常に適当量が確保され、リン吸収及
び放出が良好な状態で進行し、高いリン除去率を維持す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】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２】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１ＯＲＰ計 ６ｂ 第２ＯＲＰ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

───────────────────────────────────────────────────── 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８−164398（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/12 C02F 3/28 - 3/34

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【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
   泥法の制御方法において、第１曝気槽で所定の時間（Ｔ
   e ）曝気を行なった後撹拌工程に移行し、第１のＯＲＰ
   計のＯＲＰ屈曲点の検出に基づき脱窒時間（Ｔf ）を測
   定してＴf ／Ｔe （ＤＮ比とする）を求め、このＤＮ比
   に基づき、第１のＯＲＰ計のＯＲＰ屈曲点検出時間の設
   定値を調節することを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法
   の制御方法。