JP3533547B2 - 回分式活性汚泥法の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、下水や生活排水、
産業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おり、代表的な方
法としてＡ₂ Ｏ法、回分式活性汚泥法などが挙げられ
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、リンの除去がなされるため、
嫌気好気活性汚泥法と総称されている。 【０００３】はじめに、窒素、リンの除去を目的とした
下水処理について、その原理を簡単に述べる。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】 【表１】 反応 窒素の形態の変化 反応条件 微生物 硝化反応 アンニア性窒素 好気性 硝化菌 → 硝酸性窒素 （溶存酸素あり） 脱窒反応 硝酸性窒素 嫌気性 脱窒菌 → 窒素ガス （溶存酸素なし） リンは反応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
つ活性汚泥を作りだし、この活性汚泥を利用して除去す
る。すなわち、この活性汚泥は嫌気性条件下でリンを放
出し、好気性条件下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することがで
きる。 【０００５】 【表２】 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 活性汚泥 （溶存酸素あり） 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
気条件と脱リンのための嫌気条件とは異なっており、脱
窒が終了して反応槽内に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】嫌気条件下で脱窒とリン放出とを区別する
には、反応槽にＯＲＰ（酸化還元電位）計を設置し、嫌
気条件下でＯＲＰ屈曲点を用いて両者を区別する方法が
ある。この屈曲点の検出前には脱窒反応が、また屈曲点
の検出後にはリン放出反応が起こっているためである。
ＯＲＰ屈曲点を利用する回分式活性汚泥法の制御方法は
本発明者らが出願中の特開平７−１３６６８３号公報に
記載されているが、その概要は以下のように要約するこ
とができる。 【０００７】図１は回分式活性汚泥法に用いられる装置
の要部構成を示す模式図であり、水及び空気の経路を実
線の矢印、制御信号を点線の矢印で表してある。図１に
おいて、この装置は主として下水１が流入し処理が行わ
れる反応槽２と、処理水３を排出する処理水排出装置４
とから構成されている。制御系は、酸化還元電位を測定
するＯＲＰ計５、ＯＲＰ測定値に基づいて曝気ブロワ
６、曝気撹拌装置７に制御信号を出力する制御装置８か
ら構成されている。運転方法は原水（下水）１を反応槽
２に供給し、撹拌工程、曝気工程を行った後、沈殿工程
を経て、処理水を排出する。この装置の制御方法は、攪
拌、曝気、沈殿・排出の各処理サイクルの時間をまず設
定する。その中で、所定の時間に設定された撹拌工程に
ついては、ＯＲＰ屈曲点の出現時間を検出することによ
り、脱窒時間とリン放出時間とを測定することができ
る。この結果を用いることにより、１つの撹拌・曝気工
程における脱窒、リン放出と曝気時間を確定することが
でき、適切な撹拌時間と曝気時間の比率を確保して窒
素、リンの除去を良好に行うことができる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】特開平７−１３６６８
３号公報では通常流入する有機物負荷変動（日変化）に
対しては良好な処理水質が得られるが、有機物の負荷変
動が非常に大きい場合、リンの除去率が悪化することが
知られている。一つは、有機物濃度が低い場合、嫌気
（攪拌）工程においてリン放出量が低下し、その結果好
気（曝気）工程においてリン吸収が不良となって起こる
現象である。例えば下水が多量の雨水を含んでいる場合
は、有機物濃度が低下してリン除去率も低下する現象が
おこる。もう一つは、上記の場合とは逆に、流入原水中
の有機物濃度が非常に高い場合、リン除去率が低下す
る。これは、有機物濃度が非常に高い場合、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
において活性汚泥がリンを吸収しきれなくなり起こる現
象である。 【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的はリンの除去率の低下を防止することが
できる回分式活性汚泥法の制御方法を提供することであ
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明では回分式活性汚
泥法の制御を「微生物のいる反応槽にＯＲＰ計を設置し
て、嫌気工程中のＯＲＰ屈曲点検出時のＯＲＰ測定値と
その後の嫌気工程中のＯＲＰ計の測定値の差に基づき、
曝気開始時間の設定値を調整する」ことにより上記の課
題を解決している。 【００１１】具体的な方法は、反応槽に設置したＯＲＰ
計の嫌気工程中のＯＲＰ屈曲点検出時のＯＲＰ測定値と
その後の嫌気工程中のＯＲＰ測定値の差（ΔＯＲＰ）に
基づいて、曝気開始時間を調節している。この意味を説
明すると、本方式の運転は、まず攪拌を所定の時間行
う。この撹拌工程では、まず脱窒反応が進行し脱窒反応
が終了後、曝気開始の時点までリンの放出が行われる。
脱窒反応の終了はＯＲＰ屈曲点で判断でき、リンの放出
速度については、供給される有機物の量によって変動
し、有機物の量が少ない場合は遅くなり、多い場合は速
くなる傾向にあることが知られている。つまり、安定し
たリン除去を行うためには、反応槽におけるリンの放出
量は適当な量を確保することが重要である。また、ΔＯ
ＲＰはリン放出量と相関があり、ΔＯＲＰが大きいほど
リン放出量が多くなり、ΔＯＲＰが小さいほどリン放出
量が少ないことが知られている。そこで、適切なリン放
出量を確保するために、ΔＯＲＰが大きい時は、曝気開
始までの時間を早くしてリン放出時間を少なくし、ΔＯ
ＲＰが小さい時は曝気開始までの時間を遅くしてリン放
出時間を多くするのである。 【００１２】 【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。回分式活性汚泥法の装置および制御シ
ステムの要部構成は従来の方法と同じで図１に示す。回
分式活性汚泥法では１サイクルを基本として一定量の原
水（下水）１を処理する。この１サイクルとは、微生物
の存在する反応槽２に、下水１が流入し、曝気撹拌装置
７、曝気ブロア６を動作させることにより、撹拌・曝気
工程を行い、沈殿工程の後、処理水排水装置４を動作さ
せ処理水を反応槽の外に排出することである。以上の動
作はＯＲＰ計５の出力を制御装置８に入力して機器を制
御することにより行う。 【００１３】図２に本発明の方法を用いた制御を行った
場合のＯＲＰの変化を示す。ＯＲＰ屈曲点検出時点を基
準として、通常の負荷における嫌気工程中の屈曲点検出
時点でのＯＲＰの測定値と嫌気工程終了時点即ち曝気開
始時点でのＯＲＰ測定値との差（△ＯＲＰs ）と、それ
に対応したリン放出時間Ｔs を設定しておく。嫌気工程
での屈曲点検出時のＯＲＰ測定値とその後のＯＲＰ測定
値の差（△ＯＲＰn ）を比較して、△ＯＲＰn が△ＯＲ
Ｐs になったときにリン放出量が適切になったと判断す
る。このとき屈曲点検出時から△ＯＲＰn が△ＯＲＰs
になるまでの経過時間Ｔnpが小さい時は、曝気開始まで
の時間を早くするために設定値Ｔn を小さくする。反対
に、屈曲点検出時から△ＯＲＰn が△ＯＲＰs になるま
での経過時間Ｔnpが大きいときには、曝気開始までの時
間を遅くするために設定値Ｔn を大きくする。 【００１４】具体的に現工程における曝気開始までの時
間の設定値Ｔn を調節する方法は下記（１）式による。 【００１５】 【数１】Ｔn = Ｔs ＋Ｋ₁ ( Ｔnp−Ｔs ） （１） 但し、Ｔn ：現工程における曝気工程開始までの
時間の設定値 Ｋ₁ ：比例定数 Ｔs ：通常負荷時の曝気開始までの時間の設定値 Ｔnp ：現工程における△ＯＲＰn ＝△ＯＲＰs に
なるまでのＯＲＰ屈曲点検出時点からの経過時間 △ＯＲＰs ：通常負荷時の屈曲点検出時点のＯＲＰ測定
値と嫌気工程終了時点のＯＲＰ測定値との差 △ＯＲＰn ：現工程における屈曲点検出時点のＯＲＰ測
定値とその後の嫌気工程中のＯＲＰ測定値との差 また、Ｔn には上限、下限の設定時間を設けておき、そ
の範囲内で曝気開始までの時間を変化させる。 【００１６】ここで曝気開始までの時間の設定値を変化
させる意味を説明する。従来の技術において述べたよう
に、回分式活性汚泥法では嫌気工程でＯＲＰ 屈曲点が
出現した後、リン放出が行われ、好気工程でリン吸収を
する。図３ 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整下水を用いてこれまで本
発明者らが行ってきた連続実験において得られたデータ
から、縦軸にリン放出による反応槽のＰＯ4 - Ｐ （リ
ン酸性リン）濃度の増加、横軸にΔＯＲＰ をプロット
したグラフである。図３ からΔＯＲＰ が大きいほど、
リンの放出は多く、ΔＯＲＰ が小さいほど、リン放出
が少ないことがわかる。すなわち、ΔＯＲＰ が通常よ
り大きい場合、リン放出量が大きく、ΔＯＲＰ が小さ
い場合、リン放出量が小さくなると判断できる。例えば
ＯＲＰ 屈曲点検出後の嫌気時間を一定にした場合、△
ＯＲＰ 値が通常より大きければリン放出量が多いと判
断できる。この放出量が多すぎると反応槽の好気工程の
時間内でリンを吸収できなくなり、処理水中にリンが残
存し処理水質が悪化する。そこで、反応槽の曝気開始ま
での時間を短くすることにより、リンの放出時間を小さ
くし、放出量を抑える。逆に、△ＯＲＰ 値が通常より
も小さければ、反応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、反応槽の曝気
開始までの時間を長くすることにより、リンの放出時間
を大きくしてリン放出量を増加させ、リン吸収が不良と
なるのを防止できるのである。この時、予め設定された
処理サイクルの時間のうち、反応槽の曝気工程開始まで
の時間の設定値を大きくするので、硝化に費やす曝気工
程の時間が少なくなるが、一般にこのような現象は原水
の有機物負荷が低い場合に発生し、この時には窒素負荷
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。従ってあらかじめ平均的な負荷条件でのＯＲＰ
屈曲点検出時のＯＲＰ測定値と嫌気工程終了時のＯＲＰ
測定値の差（△ＯＲＰ ）と曝気開始までの時間の設定
値を決めておけば、測定したＯＲＰ 計のＯＲＰ 値に対
応した反応槽の曝気開始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。 【００１７】 【発明の効果】生物学的脱リン法では、流入原水中の有
機物濃度が低い場合、または非常に高い場合、リン除去
率が低下するという問題がある。回分式活性汚泥法の場
合通常流入する負荷変動に対しては対応が可能だが、上
記のように非常に負荷変動が大きな場合、リン除去が悪
化することがある。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。 【００１８】本発明の方法は反応槽内にＯＲＰ計を設置
しておき、嫌気工程中のＯＲＰ屈曲点検出時点のＯＲＰ
計の測定値とその後の嫌気工程中のＯＲＰ測定値の差に
基づいて曝気開始時間の設定値を変化させ、リン放出時
間を調節する。この結果、反応槽中の有機物濃度が低い
場合、または、非常に高い場合でも、反応槽でのリン放
出量は常に適当量が確保され、リン吸収、放出が良好な
状態で進行してリン除去率を高く維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明および従来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】本発明の方法が適用される制御方法における反
応槽のＯＲＰの変化を示し、時間経過に対する関係線
図。 【図３】本発明におけるΔＯＲＰとリン放出による反応
槽のＰＯ₄ −Ｐ濃度の増加の関係を示すグラフ 【符号の説明】 １ 下水 ２ 反応槽 ３ 処理水 ４ 処理水排出装置 ５ ＯＲＰ計 ６ 曝気ブロワ ７ 曝気撹拌装置 ８ 制御装置

フロントページの続き (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７−136683（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−116684（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238294（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】排水が流入する反応槽内で、撹拌と曝気と
   を組み合わせた工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排
   出工程からなる処理サイクルを繰返して排水を処理する
   回分式活性汚泥法の制御を行うに当たり、反応槽にＯＲ
   Ｐ 計を設置し、曝気を伴わない攪拌工程である嫌気工
   程中のＯＲＰ 屈曲点検出時のＯＲＰ測定値とその後の
   嫌気工程中のＯＲＰ 計の測定値の差に基づき、曝気開
   始時間を調整することを特徴とする回分式活性汚泥法の
   制御方法。