JP3397102B2 - 間欠曝気式活性汚泥法の制御方法 - Google Patents
間欠曝気式活性汚泥法の制御方法Info
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Description
の小規模な汚水の硝化−脱窒処理を行う間欠曝気式活性
汚泥法、例えば、オキシデーションディッチ法、単槽式
嫌気好気法、回分法等による間欠曝気式活性汚泥法にお
ける制御方法に関するものである。
法に関する従来技術としては、特開平5−50092号
公報(従来例1という)及び特開平7−136682号
公報(従来例2という)に開示されたものがある。以
下、その要点の概要を図10〜図13によって説明す
る。
において、図11に示すDO(溶存酸素濃度)値に対す
る時間(横軸)の制御曲線において好気時間Bと嫌気時
間AとのA/Bの比が0.6〜1.0となるようにAの
時間を制御する方法である。図10において、21は間
欠曝気槽であり、22は沈澱池、23は水中エアレー
タ、24はコンプレッサ、25はDO計である。また、
図11において、Tは曝気サイクル時間、Aは嫌気時
間、Bは好気時間、Cは空気供給時間、Dは空気供給停
止時間である。
において、図13に示すDO値に対する時間の制御曲線
における好気時間τを計測し、この時刻からτ−αtだ
け経過した後に曝気を再開するように1サイクルの運転
を行う制御方法である。図12において、11はオキシ
デーションディッチであり、12は沈澱池、13は曝気
機、14はDO計、15は制御盤、16は演算装置であ
る。
欠曝気式活性汚泥法の制御方法においては、次のような
問題点がある。まず、従来例1においては、コンプレッ
サー運転タイマーを40分と固定し、この結果から好気
時間Bを測定し、そして嫌気時間Aを確保するものであ
り、次に従来例2においては、DOのピークが上限値C
2 レベル(=2〜3mg/l)となった時点で曝気を停
止し、好気時間τを測定し、そして嫌気時間Tを確保す
るようになっている。従って、両従来例とも各サイクル
のインターバル時間は不定であり、定刻に処理を開始す
ることにならず、維持管理上好ましくない。
式嫌気好気法、回分法等による間欠曝気式活性汚泥法の
適用施設は小規模施設が主体であり、例えば小規模下水
処理の特質として、下水の供用開始時にはごく小量の汚
水しか入らず、また、反応槽内の活性汚泥濃度も小さい
という過度の低負荷から始まり、定格負荷になるまで長
い年月が経過する場合が多い。そこで間欠曝気式活性汚
泥法の自動制御は、過度の低負荷から定格負荷に到るま
で手動調節なしで制御できることが望ましい。
の低負荷の場合、Rr(活性汚泥の酸素利用速度)は非
常に小さいにも拘わらずブロワの運転時間を40分と固
定しているため、40分経過後にDO値は8.0mg/
lの程度の飽和値に達することが下記の(1)式より容
易に予想され、ブロワの消費動力の無駄となるだけでな
く、曝気停止直後のDO値が8mg/lであればDOが
0に低下するまでの時間は非常に大であり、これと同じ
嫌気時間を設定するとインターバル時間が過大となり、
この間はBOD除去反応が小さいので、水質が悪化する
ようになる。
(mg/l/Hr) Rr:活性汚泥の酸素利用速度(mg/l/Hr) Cs:飽和溶存酸素濃度(mg/l)…20℃、1気圧
の水中で8.84 C :反応槽内の溶存酸素濃度(mg/l) kLa:総括物質酸素移動容量係数(1/Hr)…曝気装
置の酸素供給能力に比例する係数。
・週間変動は対応可能であるが、供用開始直後で活性汚
泥濃度、流入負荷ともに小さい過度の低負荷から定格負
荷までの幅広い負荷変動には対応できず、負荷状況によ
ってブロワの運転時間及び好気時間と嫌気時間の比を手
動調節することが必要となる。
値C2 (=2〜3mg/l)に達した時に曝気装置を停
止するので、曝気停止直後のDO値が過大となる問題点
は防ぐことができる。しかし良好な窒素除去を達成する
ためには、好気処理によるケルダール性窒素のほぼ全量
の硝化とこれにより生成した硝酸の嫌気処理によるほぼ
全量の脱窒が必要であり、定格負荷においては、硝化速
度と脱窒速度がほぼ等しく、好気時間と嫌気時間は1:
1でよいが、低負荷においては好気時間を嫌気時間に比
べて小さくしないと脱窒に必要な水素供与体(汚水中の
有機物等)まで酸化し、脱窒速度が低下するので、脱窒
が十分に行われない。従って、好気時間と嫌気時間の比
を負荷の大小に応じて調整する必要がある。
ためになされたものであり、負荷の大小の変動に拘わら
ず、ブロワ運転時間や好気時間と嫌気時間の比を手動調
節することなしに、負荷変動に十分に対応できる間欠曝
気式活性汚泥法の制御方法を提供することを目的として
いる。
活性汚泥法の制御方法は、単一の反応槽内において、汚
水を連続的に攪拌し間欠的に曝気する(酸素供給)こと
により槽内を時間的に嫌気状態と好気状態を交互に行う
汚水の活性汚泥処理方法において、次の、の2つの
工程または〜の3つの工程を有するものである。 反応槽内において曝気装置停止直後からDOの降下
を時系列的に採取し、汚泥の呼吸速度Rrを各間欠曝気
サイクル毎に計測し、計測したRrに応じて間欠曝気イ
ンターバル時間を自動設定する工程、 間欠曝気インターバル時間において、槽内DOが硝
化反応が進行するDO値を上回る好気時間Toxと酸素の
供給を停止している時間の内脱窒反応が進行する槽内D
Oが0近傍の嫌気時間Tanとの好気嫌気時間比RAO(=
Tox/[Tox+Tan])が設定値通りとなるよう前回の
サイクルにおいて計測したRrから曝気装置停止時間を
予測する工程、 曝気装置が可変速の場合には、曝気停止直後にでる
DOのピーク値が硝化が十分に行われる目標ピークDO
値の前後値(ピークDO許容範囲)以内に納まるように
各サイクル毎にDOのピーク値がピークDO許容範囲外
となった場合に目標ピークDO値との偏差に比例した酸
素供給量を自動的に調節する工程。
の制御方法は、単一の反応槽内において、汚水を連続的
に攪拌し間欠的に曝気する(酸素供給)ことにより槽内
を時間的に嫌気状態と好気状態を交互に行う汚水の活性
汚泥処理方法において、次の〜の3つの工程または
〜の4つの工程を有するものである。 反応槽内において曝気装置停止直後からDOの降下
を時系列的に採取し、汚泥の呼吸速度Rrを各間欠曝気
サイクル毎に計測し、計測したRrに応じて間欠曝気イ
ンターバル時間を自動設定する工程、 間欠曝気インターバル時間において、槽内DOが硝
化反応が進行するDO値を上回る好気時間Toxと酸素の
供給を停止している時間の内脱窒反応が進行する槽内D
Oが0近傍の嫌気時間Tanとの好気嫌気時間比RAO(=
Tox/[Tox+Tan])を前回のサイクルにおいて計測
したRrに応じて自動設定する工程、 間欠曝気インターバル時間において、好気嫌気時間
比RAOが設定値通りとなるよう前回のサイクルにおいて
計測したRrから曝気装置停止時間を予測する工程、 曝気装置が可変速の場合には、曝気停止直後にでる
DOのピーク値が硝化が十分に行われる目標ピークDO
値の前後値(ピークDO許容範囲)以内に納まるように
各サイクル毎にDOのピーク値がピークDO許容範囲外
となった場合に目標ピークDO値との偏差に比例した酸
素供給量を自動的に調節する工程。
OX)は0.5〜1.0mg/l以上であり、脱窒反応が
進行する槽内DO値(DOO )は0近傍の0.1〜0.
2mg/lであり、好気嫌気時間比RAOの設定値は前回
のサイクルにおいて計測したRrに比例させて0.2以
上0.5未満の範囲とすることが好ましい。また、前記
の目標ピークDO値は1.5〜3mg/lとするのがよ
い。
示すような優れた特長が得られる。 (イ)汚水を連続的に攪拌し間欠的に曝気する間欠曝気
式活性汚泥法によるシステムにおいて、Rr計測は曝気
装置停止直後のDO値の降下を時系列的に採取し、これ
を最小二乗法等により計算処理することで求められ、D
O計と計算機のみの構成で目的を達成できるので、新た
な装置が不要となる。
況を定量化でき、それに見合った曝気インターバルを設
定できる。すなわちRrが大であるということは反応槽
内の活性汚泥濃度MLSSが大であり、また流入汚水の
負荷(流入量×BOD濃度)が大であることを示す。こ
の場合には、BOD除去速度が大であり、曝気インター
バル時間を短くする必要がある。なぜならインターバル
時間を過大にすると、曝気停止時にはBOD除去反応は
小さいのに拘わらずBOD成分が流入されるため、反応
槽内の未処理のBOD濃度が増大し、結果として処理水
質が悪化するからである。
ンターバルを以下のように自動設定し、手動による調整
を不要とすることができる。ここで、Rrと曝気インタ
ーバル時間の関係は図3において以下の式に置き換える
ことができる。 TI =(Tox+Tan)×(1+α) ここで、TI :曝気インターバル時間(Hr) Tox:好気時間(Hr) Tan:嫌気時間(Hr) α :余裕率(0.1〜0.4) RAO=0.5とすると、Tan=Tox t1 =t2 とすると、 Tox=2×t2 DOpeak=2.0mg/l、DOmin = 0.5mg/
lとすると、 t2 =1.5/ Rr ∴ TI =2×Tox×(1+α) =2×2×t2 ×(1+α) =2×2× 1.5/ Rr×(1+α) TI =6.6/Rr〜8.4/Rr→8.0/Rr …(2)式 以上の結果より曝気インターバル時間TI はRrの逆数
に比例することとなる。
単位は1時間とし、その倍数毎に増加させるとすると、
(2)式よりRrと曝気インターバルの関係は下記の表
1のようになる。
自動設定されたインターバル時間において、設定された
RAOとなるよう曝気停止時間を制御しているので、毎サ
イクルは必ず定刻に処理を開始する。これにより曝気装
置の次回の運転開始時刻が既知となるので、維持管理の
面で有利となる。また、反応槽が複数系列ある場合、1
系は0:00分開始、2系は0:30分開始というよう
に曝気装置の運転タイミングをずらすことにより、電力
消費の凹凸を平滑化できるので、電力料金を低減でき
る。
ほぼ等しく、好気時間と嫌気時間は1:1でよいが、低
負荷時でこれを適用すると好気時間が過多となり、脱窒
に必要な水素供与体(汚水中の有機物等)まで酸化する
ので、脱窒速度は低下し、十分な脱窒が行われない。そ
こで好気時間と嫌気時間の比は負荷の大小に応じて調整
する必要がある。本発明ではRrで負荷の定量化を行っ
ており、好気嫌気時間比RAOとRrは以下の関係式が与
えられる。 RAO=a+b×Rr
測値はほとんど変動しないため、前回のRr値より目標
嫌気時間Tanを確保する曝気装置停止タイミングを正確
に算出できる。
給量(速度)の2つである。前者は上記(ホ)で理論通
りに設定できるため、後者はDOのピーク値が目標値前
後となるようその加減を独立して制御できる。従って、
より正確なDOのピーク値の目標管理ができる。これに
より、ほぼ全量の硝化と脱窒が可能となり、同時に曝気
装置の省エネ運転が可能となる。
式活性汚泥法の制御方法を図1から図7の図面に基づい
て以下説明する。間欠曝気式活性汚泥処理方法は、前述
のようにオキシデーションディッチ法、単槽式嫌気好気
法、回分法等が一般的であるが、本実施の形態では図2
に示すオキシデーションディッチ法、単槽式嫌気好気法
の装置構成について説明する。
は、大別して、汚水と活性汚泥を混合した混合液の活性
処理を行う反応槽1と混合液を溜めて沈澱浄化処理を行
う沈澱池2の部分とからなっている。反応槽1内には曝
気装置3(図中ではブロワと散気装置の組み合わせ)と
水中攪拌装置6とを具備している。そして、DO計4が
配置され、DO計4と曝気装置3とは酸素供給装置制御
盤5に接続されている。
あるので、ここでは簡潔に説明するに止める。流入汚水
は反応槽1内で水中攪拌装置6により攪拌されながら、
ブロワよりの曝気により処理され、ほぼ全量の硝化と脱
窒が終了した後、沈澱池2に移送される。ここで暫時静
置され、池の底部に沈殿物が堆積し、清浄な上澄液は上
方から採取され、処理水として放流される。一方、池の
底部に沈澱した堆積物はその大部分が返送汚泥として反
応槽1へ還流され、その残りは余剰汚泥として廃棄処理
される。
フローチャート、図3は本発明の制御方法に係るDO線
図である。また、図4〜図7は図1の各処理における詳
細を示すフローチャートで、図4は設定値入力処理のフ
ローチャート、図5は初期運転モード処理のフローチャ
ート、図6は予測運転モード処理のフローチャート、図
7は曝気量調節処理のフローチャートである。以下、本
発明の詳細構成を下記[1]〜[5]のステップ順に図
1〜図7を使用して説明する。
に、ステップ1は設定値の入力、ステップ2は初期運転
モード、ステップ3は予測運転モード、ステップ4は予
測運転モードにおける曝気量の調節である。 [1]始めに、図1及び図4で示される初期曝気インタ
ーバル時間等12項目の設定値の入力を行う(ステップ
1)。 [2]次いで、制御開始命令を出す。
プ2)。初期運転はRrを簡便に採取するための運転で
あり、最小ピークDO値(DOpmin)で曝気装置3を停
止し、一定時間待機後(曝気装置3とDO計4の距離か
ら生ずるタイムラグを考慮)にRr計測のためのDO値
の記録を行う。曝気装置停止条件として最小ピークDO
値を用いる理由は、曝気装置停止を決定するDO値をR
r採取可能な最小なものとしておけば、最短の時間でR
rを採取でき、速く予測運転に入れるからである。
ル時間TI を[数1]より決定し、初期曝気インターバ
ル時間経過まで待機し、次回は予測運転()へ行く。
一方、Rrが曝気装置3の酸素供給量に比べ大きい場
合、曝気装置運転タイムアウト条件(初期曝気インター
バル時間TI0に初期運転時間比R0 を乗じた時間)を経
過してもDO値が最小ピークDO値に到達しない場合が
想定される。その場合は、ピークDO値が低いためRr
算定は困難であり、Rr算定は不可とする。そこで次回
の初期運転では曝気量を最大とし、初期曝気インターバ
ル時間経過まで待機し、次回も初期運転()へ戻る。
定する理由として、まず曝気装置運転時間は曝気インタ
ーバル時間より短くしないと停止後のRrを採取する時
間が確保できないこと、次に各サイクルにおいて必ず嫌
気時間を確保したいこと、そして初期運転時間比R0 を
0.5より大きくとることにより曝気量を増大させ次回
のサイクルではRrを減小させる効果があることであ
る。
プ3)。予測運転は、好気時間(Tox)と嫌気時間(T
an)で設定した好気嫌気時間比 RAO(=Tox/[Tox+Tan]) が、設定値の範囲(0.2以上0.5未満)通りとなる
よう曝気装置停止時間tを前回のサイクルにおいて計測
したRrから[数2]により予測し決定する。なお、曝
気装置停止後のRrの算定方法及び曝気インターバル時
間の決定方法はステップ2の場合と同じである。
テップ4で次回の曝気量の調節を行う。そして、今回の
曝気インターバル時間経過まで待機し、次回も予測運転
()に戻る。一方、Rrが酸素供給量に比べ大きく
て、曝気装置運転タイムアウト条件(曝気インターバル
時間TI に初期運転時間比R0 を乗じた値)を経過して
もDO値が予測停止値に到達しない場合には、ピークD
O値が低いためRr算定は困難であり、Rr算定は不可
とする。そこで次回は曝気量を最大とし、曝気インター
バル時間経過まで待機し、初期運転()へ戻る。
(ステップ4)。ステップ3(予測運転)において、曝
気装置停止後に出現するDOのピーク値が、ピークDO
許容範囲((1−K)×DOSV≦DOのピーク値≦(1
+K)×DOSV(図3及び図7参照))内にあるとき
は、曝気量は現状維持とし、ピークDO許容範囲外にあ
るときは、[数3]により曝気量を調節する。ただし、
曝気量の上限、下限は保持する。
第2の実施形態を前出の図1、図5、図7及び以下の図
8、図9を用いて説明する。本実施形態による制御方法
の基本的な処理手順は図1の通りである。ただし、ステ
ップ1の設定値の入力では、図8に示すように、図4の
好気嫌気時間比RAO以外の全ての項目を設定する。RAO
を設定しない理由は、以下に述べるように[数4]によ
りRAOが決定され自動設定されるからである。
理及び動作は前記[3]と同じである。予測運転モード
(ステップ3)における処理及び動作は基本的に前記
[4]と同じであるが、好気嫌気時間比RAO(=Tox/
[Tox+Tan])は、図9に示すように予測運転モード
に入る前に、前回のサイクルにおいて計測したRrから
[数4]により決定される。その上で好気嫌気時間比R
AOが設定値通りとなるように曝気装置停止時間tを前回
のサイクルにおいて計測したRrから前出の[数2]に
より予測し決定する。 [数4] RAO=a+b×Rr ただし、0.2≦RAO<0.5
OD/kgSS・日で設計しているオキシデーションデ
ィッチ法においては、研究の結果、上式の最適値として
a=0.2、b=0.02が経験的に得られた。また、
曝気量の調節(ステップ4)における処理及び動作も前
記[5]と同じである。
槽で好気嫌気を繰り返して汚水を処理する間欠曝気式活
性汚泥法において、酸素供給停止時間を利用してRrを
計測することにより、反応槽内の負荷を定量的に把握
し、これに見合った適切なインターバル時間を設定で
き、かつ設定されたインターバル時間においてほぼ10
0%の脱窒が確保できるように設定された好気嫌気時間
比となるよう曝気装置の停止タイミングを制御できるの
で、負荷の時間変動や週間変動に対応できるのみなら
ず、供用開始直後で活性汚泥濃度、流入負荷とも小さい
過度の低負荷から定格負荷まで、一切の手動による調整
なしで良好な活性汚泥処理効果が得られる。
構成を示すフローチャートである。
の一例を示す模式構成図である。
る。
る。
る。
る。
力処理のフローチャートである。
モードのフローチャートである。
Claims (6)
- 【請求項1】 単一の反応槽内の汚水を連続的に攪拌し
間欠的に曝気することにより槽内を時間的に嫌気状態と
好気状態を交互に行う汚水の間欠曝気式活性汚泥法の制
御方法であって、 前記反応槽内において曝気装置停止直後からDOの
降下を時系列的に採取し、汚泥の呼吸速度Rrを各間欠
曝気サイクル毎に計測し、計測した前記Rrに応じて間
欠曝気インターバル時間を自動設定する工程と、 前記間欠曝気インターバル時間において、槽内DO
が硝化反応が進行するDO値を上回る好気時間Toxと酸
素の供給を停止している時間の内脱窒反応が進行する槽
内DOが0近傍の嫌気時間Tanとの好気嫌気時間比RAO
(=Tox/[Tox+Tan])が設定値通りとなるよう前
回のサイクルにおいて計測したRrから曝気装置停止時
間を予測する工程との2つの工程を有することを特徴と
する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法。 - 【請求項2】 請求項1の2つの工程の後に、 前記曝気装置が可変速の場合には、曝気停止直後に
でるDOのピーク値が硝化が十分に行われる目標ピーク
DO値の前後値(ピークDO許容範囲)以内に納まるよ
うに各サイクル毎に前記DOのピーク値が前記ピークD
O許容範囲外となった場合に前記目標ピークDO値との
偏差に比例した酸素供給量を自動的に調節する工程を有
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。 - 【請求項3】 単一の反応槽内の汚水を連続的に攪拌し
間欠的に曝気することにより槽内を時間的に嫌気状態と
好気状態を交互に行う汚水の間欠曝気式活性汚泥法の制
御方法であって、 前記反応槽内において曝気装置停止直後からDOの
降下を時系列的に採取し、汚泥の呼吸速度Rrを各間欠
曝気サイクル毎に計測し、計測した前記Rrに応じて間
欠曝気インターバル時間を自動設定する工程と、 前記間欠曝気インターバル時間において、槽内DO
が硝化反応が進行するDO値を上回る好気時間Toxと酸
素の供給を停止している時間の内脱窒反応が進行する槽
内DOが0近傍の嫌気時間Tanとの好気嫌気時間比RAO
(=Tox/[Tox+Tan])を前回のサイクルにおいて
計測した前記Rrに応じて自動設定する工程と、 前記間欠曝気インターバル時間において、前記好気
嫌気時間比RAOが設定値通りとなるよう前回のサイクル
において計測した前記Rrから曝気装置停止時間を予測
する工程との3つの工程を有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。 - 【請求項4】 請求項3の3つの工程の後に、 前記曝気装置が可変速の場合には、曝気停止直後に
でるDOのピーク値が硝化が十分に行われる目標ピーク
DO値の前後値(ピークDO許容範囲)以内に納まるよ
うに各サイクル毎に前記DOのピーク値が前記ピークD
O許容範囲外となった場合に前記目標ピークDO値との
偏差に比例した酸素供給量を自動的に調節する工程を有
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。 - 【請求項5】 硝化反応が進行するDO値(DOOX)は
0.5〜1.0mg/l以上であり、脱窒反応が進行す
る槽内DO値(DOO )は0近傍の0.1〜0.2mg
/lであり、好気嫌気時間比RAOの設定値を前回のサイ
クルにおいて計測したRrに比例させて0.2以上0.
5未満の範囲とすることを特徴とする請求項1、2、3
または4記載の間欠曝気式活性汚泥法の制御方法。 - 【請求項6】 前記目標ピークDO値が1.5〜3mg
/lであることを特徴とする請求項2または4記載の間
欠曝気式活性汚泥法の制御方法。
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