JP3542915B2 - 回分式活性汚泥法における処理時間の制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回分式活性汚泥法における処理時間、特に、硝化処理時間の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、窒素除去を目的とする回分式活性汚泥法は、単一の反応槽において、通常、嫌気処理、好気処理、沈澱処理、排出処理を1サイクルとして、1日当たり4回程度のサイクルで生物学的硝化、脱窒処理を規則的に行うことを通例としている。
【0003】
この回分式活性汚泥法において、反応槽での回分処理を具現化するに当たっては、その流入濃度と流入量を設定することから始まる。
その際の設定値は、通常、流入負荷を高めに設定することで、処理水質の安全を確保する傾向にあり、また、低水温時でも所定の処理水質を確保できる設定にしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
その為、各処理工程の反応時間を固定した従来の方式では、流入汚水が低負荷のときや、その処理能力が高まる中・高温時の場合には、各反応工程に余裕ができ、特に、嫌気処理後の好気処理の工程で必要以上に過曝気される傾向となる。その為、汚泥の解体を招いたり、PHの低下を招くことで、後工程に悪影響を与えたり、或いは、次回以降の回分処理サイクルに弊害をもたらし、その結果、処理水質の安定性を損なうという課題がある。
【0005】
そこで、本発明では、効率的な運転を行うため、回分式活性汚泥法における処理工程の反応時間を状況に応じて変える方法について検討した。
それに関し、本発明では、窒素除去を目的とする回分式活性汚泥法の反応槽での1サイクルの処理工程を、第1嫌気工程、第1好気工程、第2嫌気工程、第2好気工程、沈澱工程、排出工程の順序で規則的に行うことにより、所定の処理水質を確保する方式を採用した。
この場合、第1嫌気工程では流入汚水中のBOD源を利用して槽内のNOXの脱窒が行われ、第1好気工程ではBOD除去とNH4−Nの硝化が行われる。更に、第2嫌気工程では残存するBOD源を利用してNOXの脱窒が行われる。
【0006】
このように嫌気工程、好気工程が繰り返される場合における窒素形態の経時変化と、DO値(溶存酸素濃度)の経時変化について種々試験したところ、反応槽における窒素形態の経時変化とDO値の経時変化との相関関係について、NH4−N濃度がほぼ零になる時点と、DO値が急激に立ち上がる時点とが、よく一致することが見出された。
【0007】
そこで、本発明では、このDO値の変化に着目し、DO値により好気時間、特に、第1好気工程における硝化処理時間の制御を行う方式を発明したのである。言い換えれば、第1好気工程におけるDO値は、酸素溶解速度と生物による溶存酸素消費速度の差によって決まり、反応槽における混合液のアンモニア濃度が希薄になった時点から、生物による酸素消費速度が小さくなって急上昇する。
そこで、この現象を利用して、回分処理の好気処理時間や嫌気処理時間を可変制御することにした。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による、回分式活性汚泥法における処理時間の制御方法は、
回分式活性汚泥法における好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする。
そして、処理工程の1サイクルを、第1嫌気工程、第1好気工程、第2嫌気工程、第2好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
第1好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
又、第1好気工程における、フレックス時間帯の残存時間を、第2嫌気工程に予め設定した長さのコア時間に加算して、その嫌気処理時間を増加させるようにすることも特徴とする。
更に、処理工程の1サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
そして、前記好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことも特徴とする。
或いは、処理工程の1サイクルを、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
そして、前記好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、次の沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことも特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明では、第1嫌気工程、第1好気工程、第2嫌気工程、第2好気工程、沈澱工程、排出工程の1サイクルを6時間とする、図4に示す回分式汚水処理工程中、第1好気工程のコア時間と第2嫌気工程のコア時間と、両工程に振り分けるフレックス時間の合計時間を、200分間に設定している。
その内、第1好気工程を、DO制御を行わないコア時間(60分)と、DO値によって制御を行うフレックス時間(0〜80分)とに分け、フレックス時間の時間帯では、反応槽の混合液のDO値が制御DO値、具体的には、「第1好気工程のコア時間(60分間)経過直後のDO値a+1mg/l」の設定値に達した時点で、第1好気工程を終了するように制御する。
その結果、第1好気工程の処理時間は、60〜140分間の範囲内で制御され、次の第2嫌気工程の処理時間は、逆に140〜60分間の範囲内で可変制御される。
【0013】
また、無負荷運転に近いパターン、例えば、原水の流入が殆どない場合には、第1好気工程の硝化処理時間内で、DO値の急上昇が起こり、DO値が上がり過ぎてしまう場合が生ずる。
それを防止するため、フレックス時間の時間帯において、DO値が5mg/lの上限値に達した時点で、第1好気工程を終了するように制御する。
尚、DO値が5mg/lから0mg/lに下降するに要する時間は、20〜25分程度である。
【0014】
従って、本発明では、第1好気工程の終了時間を、第1好気工程のコア時間経過後の制御DO値に達した時点としている。また、その制御DO値を、「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+1mg/l」に設定している。
また、フレックス時間帯でのDO値が、5mg/lの上限値に達した場合に、第1好気工程が終了するように制御している。
【0015】
前記の場合には、制御DO値を、特に「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+1mg/l」に設定して制御しているが、当然のことながら、その数値には、下記のような条件次第によっては、その数値を上下に変動させて制御することが好ましい。
例えば、「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+αmg/l」を制御DO値とする場合において、αの数値が小さいと、急激なDO値の上昇を起こす前に、DO値が制御DO値に達してしまい、目的を果たすことなく好気工程が終了してしまう懸念がある。
また、αの数値が大きいと、フレックス時間の時間帯における硝化処理の時間短縮を妨げることになる。
また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、好気工程からの溶存酸素濃度の高い混合液を持ち込み、第2嫌気工程の混合液に対する脱窒効率に悪影響を与える。
【0016】
これらのことから、通常の回分処理においては、αの数値範囲は「0.5〜5.0mg/l」程度とし、その内でも「1.0〜3.0mg/l」程度の数値とすることが好ましい。
また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、αの数値範囲を「0.5〜2.0mg/l」程度とし、その内でも「1.0mg/l」程度の数値とすることが好ましい。
【0017】
また、前記の場合には、フレックス時間帯でのDO値が、5mg/lの上限値に達した場合に、第1好気工程が終了するように制御しているが、条件次第によっては、その数値を上下に変動させることができる。
例えば、「第1好気工程のコア時間経過直後やコア時間経過後のDO値の上限値をβmg/l」に上限設定する場合に、流入負荷が極端な低負荷又は無負荷等の状況により、好気工程のコア時間中における混合液の溶存酸素濃度の急激な立ち上がりが生じたような場合には、好気工程のコア時間経過時のDO値が高くなりすぎ、制御DO値まで上昇しないことが想定される。
【0018】
このことから、βの数値範囲としては、通常の回分処理の場合には、2.0〜10,0mg/l程度とし、また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、2.0〜5.0mg/l程度とすることが好ましい。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を実施する反応槽Dの形態を、図1〜図3に従って説明する。
1は反応槽Dへ送り込まれる流入汚水の導入管であって、その管途中には積算流量計Mが接続され、前工程の流量調整槽Cに設置した汚水移送ポンプ24からの流入量が積算される。
【0020】
2は反応槽Dの槽底部に敷設した散気装置であって、その送気管3の管途中には風量計Nが接続され、槽外のブロアポンプ(図示せず)からの風量が計測される。4は反応槽Dの槽底部に設置した嫌気攪拌装置、即ち、水中ミキサー、5は固液分離後に堆積した余剰汚泥を汲み上げる汚泥引き抜きポンプであって、その引き抜き管6の管途中に積算流量計Mを接続し、その管端部を汚泥濃縮貯留槽Fに臨ませている。
【0021】
7はフロート8を備えた上澄水排出装置であって、その中央底部位置に上澄水の汲み上げポンプ9を備えてなり、当該排出装置7の両側位置を、槽内に立ち上げたフロートガイド10により浮上案内される。11は槽内に降設した汚泥巻き込み防止センサーであって、上澄水排出装置7に付設している。
12は汲み上げた上澄水の移送ホースであって、その管途中に積算流量計Mを接続し、その管先端部を次の消毒槽Gに臨ませている。
【0022】
13は汚泥界面検知装置、14は汚泥濃度を計測するMLSS計、15は溶存酸素濃度を計測するDO計、16は酸化還元電位を計測するORP計、17はPH計、18は水位センサーであって、反応槽Dのローレベルの水位線LWL以下の槽内に降設して沈められ、反応槽Dの混合液に対する各種のデータが計測される。
【0023】
次に、図3に示す汚水処理装置の全体概要図に基づいて、その処理工程を説明する。先ず、生活排水が曝気式水中スクリーン21を備えた曝気沈砂槽Aに流入し、ここで混入した異物や粗大な夾雑物を曝気処理することで除去した後、原水ポンプ槽Bに貯留された原水を、原水ポンプ22により汲み上げて流量調整槽Cへ送る。
【0024】
流量調整槽Cでは、処理汚水を嫌気攪拌装置23により攪拌することにより、その汚濁濃度を平均化し、流量変動の緩和に対処している。
また、流量調整槽Cの汚水は、汚水移送ポンプ24により汲み上げられ、その一定量が定期的に反応槽Dへ移送され、当該反応槽D内の活性汚泥により生物学的硝化脱窒処理が行われる。
【0025】
(第1嫌気工程)
先ず、反応槽Dへの汚水流入に伴って、嫌気攪拌装置4である水中ミキサーが作動して嫌気攪拌を開始し、それと同時に凝集剤タンクEに入れた凝集剤を添加する凝集剤注入ポンプ25が、前記の汚水移送ポンプ24と連動し、これにより流入汚水に比例した量の凝集剤が、30分間に亘って比例注入される(汚水流入工程と凝集剤注入工程が同時進行)。
この嫌気攪拌が、前記の流入時間を含んで70分間に亘って行われることで、流入汚水中のBOD源を利用して反応槽Dの混合液中のNOXの脱窒処理がなされる。
【0026】
(第1好気工程)
次いで、散気装置2からの曝気による好気攪拌が、60〜140分間の処理時間行われることで、BOD除去とNH4−Nの硝化処理がされる。
この第1好気工程の処理時間は、最初60分間に亘るコア時間と、0〜80分間のフレックス時間を備えており、その終了時間を、原則的には、反応槽Dの混合液のDO値が第1好気工程のコア時間経過後の制御DO値に達した時点、即ち、DO値が「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+1mg/l」に設定している。
例えば、第1好気工程におけるDO値が、図5の上段に示すように経時変化する事例の場合、図5の下段に示すように、第1好気工程のコア時間(60分)経過時から40分前後でDO値が急激に上昇し、凡そ40分強のところで制御DO値に到達している。この制御DO値を受けて第1好気工程が終了し、次の第2嫌気処理工程に供される。
また、DO値の上限による例外的な制御として、フレックス時間帯でのDO値が5mg/lに達した時点で、第1好気工程を終了制御する。
【0027】
(第2嫌気工程)
第2嫌気工程は、残存するBOD源を利用してNOXの脱窒を行うためのもので、前記第1好気工程におけるフレックス時間の残存時間と、当該第2嫌気工程のコア時間(60分間)が加算された処理時間に亘って嫌気攪拌が行われる。
従って、第2嫌気工程の処理時間は、最大で140分間、最小で60分間に亘って行われる。
例えば、図5に示す事例の場合には、図5の下段に示すように、フレックス時間(80分間)中の後半40分弱と、第2嫌気工程のコア時間(60分)の合計時間に亘って嫌気処理される。
【0028】
(第2好気工程)
再び、第2好気攪拌が10分間に亘って行われることにより、溶存酸素濃度を上昇させる。
【0029】
(沈澱工程)
その後、混合液を40分間に亘って沈澱処理することで固液分離が行われる。
【0030】
(排出工程)
最後に、上澄水排出装置7の汲み上げポンプ9を作動させて、40分間に亘って汲み上げ、消毒装置を介して消毒槽Gへ移送し、放流ポンプ槽Hへ一旦貯留した上で放流する。勿論、消毒槽Gから槽外へ直接放流することもできる。
【0031】
(汚泥引き抜き工程)
また、反応槽D内で増加、増殖した活性汚泥の濃度を一定に保持し、処理能力を安定させるため、原則として、1サイクル毎に汚泥引き抜きポンプ5を作動させて沈澱汚泥を引き抜き処理し、それを汚泥濃縮貯留槽Fへ移送する。
この汚泥引き抜き工程は、排出工程中の最後の5分間に亘って行われる。
【0032】
そこで、図6の上段に示すグラフでは、回分処理の1サイクル6時間を、図4に示す各工程の時間配分とし、制御DO値を「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+1mg/l」に設定した場合における、反応槽Dの混合液に対するDO値、PH値、ORP値の経時変化の代表的な事例を示している。
また、図6の下段に示すグラフには、前記の場合における混合液中の窒素分の経時変化を示している。
【0033】
(他の実施形態)
尚、前記の実施形態の場合には、回分処理の1サイクルを、第1嫌気工程、第1好気工程、第2嫌気工程、第2好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の場合における制御方法について説明したが、それとは異なり、回分処理の1サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の第2の実施形態の場合には、前記好気工程の処理時間をコア時間とフレックス時間とで構成し、フレックス時間の時間帯における反応槽の混合液のDO設定値により、硝化処理時間を短縮して制御することで、過曝気による汚泥解体とPHの低下に対処することができる。
【0034】
また、前記とは逆に、好気工程におけるフレックス時間の残存時間を、沈澱工程のコア時間に加算することで、その沈澱処理時間を増加するように制御することもできる。
【0035】
また、処理工程の1サイクルを、好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の第3の実施形態の場合には、前記好気工程の処理時間をコア時間とフレックス時間とで構成し、フレックス時間の時間帯における反応槽の混合液のDO設定値により、硝化処理時間を可変制御することで、過曝気による弊害に対処する。
逆に、好気工程におけるフレックス時間の残存時間を、次の沈澱工程のコア時間に加算することで、その沈澱処理時間を増加するように制御することもできる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は、前記のように構成したので、好気工程の処理時間を必要且つ充分な時間に制御することにより、過曝気による汚泥の解体を防止し、また、PHの低下(硝化菌の活動を低下させる)を防止すると共に、第2嫌気工程へ溶存酸素濃度の高い混合液の持ち込みを防止する。
【0037】
また、第1好気工程の処理時間における短縮時間分を、反応速度の遅い次工程の第2嫌気工程の処理時間に加えることにより、窒素除去効率を飛躍的に高め、ひいては、処理水質の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図1】反応槽の縦断概要図である。
【図2】反応槽の平面概要図である。
【図3】汚水処理装置の全体概要図である。
【図4】回分処理1サイクル6時間当たりの各工程の一覧を示す図である。
【図5】上段には、DO値の経時変化を示し、下段には、DO値が「第1好気工程のコア時間経過直後のDO値a+1mg/l」で、フレックス時間を可変制御した場合の経時変化を示す拡大図である。
【図6】上段はDO値、PH値、ORP値の経時変化を示すグラフであって、下段は窒素分の経時変化を示すグラフとしている。
【符号の説明】
A 曝気沈砂槽
B 原水ポンプ槽
C 流量調整槽
D 反応槽
E 凝集剤タンク
G 消毒槽
H 放流ポンプ槽
M 積算流量計
N 風量計
1 導入管
2 散気装置
3 送気管
4、23 嫌気攪拌装置
5 汚泥引き抜きポンプ
6 引き抜き管
7 上澄水排出装置
8 フロート
9 汲み上げポンプ
10 フロートガイド
11 汚泥巻き込み防止センサー
12 移送ホース
13 汚泥界面検知装置
14 MLSS計
15 DO計
16 ORP計
17 PH計
18 水位センサー
21 水中スクリーン
22 原水ポンプ
24 汚水移送ポンプ
25 凝集剤注入ポンプ
Claims (7)
- 回分式活性汚泥法における好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。 - 処理工程の1サイクルを、第1嫌気工程、第1好気工程、第2嫌気工程、第2好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
第1好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。 - 第1好気工程における、フレックス時間帯の残存時間を、第2嫌気工程に予め設定した長さのコア時間に加算して、その嫌気処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項2記載の処理時間の制御方法。
- 処理工程の1サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。 - 好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項4記載の処理時間の制御方法。
- 処理工程の1サイクルを、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のDO値が、コア時間の経過直後のD
O値に所定の値をプラスした制御DO値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。 - 好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、次の沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項6記載の処理時間の制御方法。
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