JP3608256B2 - 循環式硝化脱窒法の運転制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は循環式硝化脱窒法を用いて廃水中の有機物及び窒素を高効率に除去する運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から下水等の廃水中の有機物を効率的に除去するとともに、閉鎖性水域の富栄養化の原因物質と考えられている窒素及びリンを除去する方法が種々提案されている。この富栄養化とは、水域中のＮ，Ｐ等の栄養塩類の濃度が増大し、これらを栄養素とする生物活動が活発となって生態系が変化することを指している。特に湖沼等に生活排水とか工場廃水が大量に流入すると、上記の富栄養化が急速に進行することが知られている。
【０００３】
近時、窒素の除去率を高めることが要求されており、窒素に関する規制も厳しくなることが予想されるので、これを除去することができる高度処理プロセスを採用する施設が増加するものと考えられる。
【０００４】
生物学的に窒素とリンを同時に除去する方法として、従来の活性汚泥法の変法として循環式硝化脱窒法が注目されている。この循環式硝化脱窒法とは、例えば図２に示したように、生物反応槽を溶存酸素（以下ＤＯと略称）の存在しない嫌気槽１ａ，１ｂとＤＯの存在する複数段の好気槽２ａ，２ｂ，２ｃとに仕切り、この嫌気槽１ａ，１ｂにより、流入する原水３を無酸素状態下で撹拌機構１０による撹拌を行って活性汚泥中の脱窒菌による脱窒を行い、次に好気槽２ａ，２ｂ，２ｃの内方に配置した散気管４にブロワ５から空気を供給することにより、エアレーションによる酸素の存在下で活性汚泥による有機物の酸化分解と硝化菌によるアンモニアの硝化を行う。そして最終段の好気槽２ｃの硝化液を硝化液循環ポンプ６を用いて嫌気槽１ａに送り込むことにより、嫌気槽１ａ，１ｂの脱窒効果が促進される。
【０００５】
脱窒菌とは、嫌気条件下で硝酸呼吸により〔Ｎ０２−Ｎ〕及び〔Ｎ０３−Ｎ〕を〔Ｎ２〕や〔ＮＯ２〕に還元する細菌を指している。又、原水中のリンは嫌気槽１ａ，１ｂ内で放出され、好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ内で活性汚泥に取り込まれて除去される。７は最終沈澱池であり、この最終沈澱池７の上澄液は、処理水１１として図外の消毒槽等を経由してから放流され、該最終沈澱池７内に沈降した汚泥の一部は汚泥返送ポンプ８により嫌気槽１ａに返送され、他の汚泥は余剰汚泥引抜ポンプ９から図外の余剰汚泥処理装置に送り込まれて処理される。
【０００６】
かかる循環式硝化脱窒法を用いることにより、通常の標準活性汚泥法で達成される有機物除去効果と同程度の効果が得られる上、窒素とリンに関しては活性汚泥法よりも高い除去率が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の循環式硝化脱窒法の場合、効率的な運転制御方法の確立が困難であり、特に好気槽における硝化効率と、それに伴う嫌気槽における脱窒効果をともに充分に高めることが困難であるという課題があった。
【０００８】
前記循環式硝化脱窒法における動作態様は、嫌気槽１ａ，１ｂにおける脱窒反応と、好気槽２ａ，２ｂ，２ｃにおける硝化反応とに大別することが出来るが、反応の律速となっているのは後者，即ち硝化反応である。特に循環式硝化脱窒法によって効率的に窒素を除去するためには、嫌気槽における脱窒と好気槽における硝化を最適な運転条件に保持することが要求される上、窒素除去工程は硝化工程に影響される度合が高いため、良好な窒素除去を行うためには硝化工程が良好に行われていることが必要である。
【０００９】
硝化が良好に進行している場合には、脱窒反応の良否が窒素除去率を左右するので、高い窒素除去率を維持するには硝化反応と脱窒反応のバランスを良好に保持することが要求される。又、好気槽内でのＤＯ濃度は、流入負荷変動とか水量に起因して常に変化している。
【００１０】
脱窒とは溶存酸素（ＤＯ）が存在しない条件下での硝酸呼吸であり、脱窒反応が良好に行われるためには水素供与体としての基質の存在が不可欠である。又、脱窒反応が良好に行われない原因としては、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）と硝化体窒素の比（ＢＯＤ／Ｎ比と呼称）の不足とか、〔ＮＯ３−Ｎ〕基質の不足が考えられる。
【００１１】
一般に上記〔ＢＯＤ／Ｎ比〕は化学量論的に２．８６以上必要であるとされている。従って流入負荷変動が大きい処理場ではそれに応じて循環量も変化させる必要がある。
【００１２】
そこで本発明はこのような循環式硝化脱窒法が有している課題を解消して、好気槽のＤＯ濃度に起因する硝化反応の低下を防止し、ひいては嫌気槽における脱窒反応を高めて常に安定した処理水が得られる循環式硝化脱窒法の運転制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、原水を嫌気槽で脱窒細菌により脱窒を行う工程と、複数段の好気槽で硝化細菌により硝化を行う工程と、沈澱槽で固液分離して上澄液を処理水として放流する工程とを含む循環式硝化脱窒法において、原水の流入口に流量計と吸光光度計を配備するとともに、硝化液循環ポンプにより嫌気槽に硝化液を送り込む流路に流量計を配備し、更に好気槽の上流側にアンモニア計と全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器及び溶存酸素計を配備して、アンモニア計の測定値は前記各流量計及吸光光度計の測定値とともに循環量制御装置に入力し、硝化反応に基づく酸素消費速度と溶存酸素計で測定された値を硝化反応制御装置に入力して、上記循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動を制御するとともに、硝化反応制御装置の出力信号に基づいてＤＯ制御を実施して複数段の好気槽への送風量制御を行うようにした循環式硝化脱窒法の運転制御方法を提供する。
【００１４】
具体的には上記循環量制御装置の出力信号に基づいて、ＢＯＤと硝化体窒素の比〔ＢＯＤ／Ｎ〕比が３以下にならないように循環量を決定して硝化液循環ポンプの駆動制御を実施する。
【００１５】
【作用】
かかる活性汚泥循環変法の運転制御方法によれば、原水が嫌気槽もしくは嫌気条件下で脱窒され、好気槽もしくは好気条件下での曝気と硝化細菌の作用に基づく硝化が行われる一方、原水の流量とＵＶ値とが流量計と吸光光度計によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置に入力される。原水は嫌気槽での撹拌作用と脱窒細菌の作用に基づいて脱窒が行われ、次にアンモニア計によって硝酸性窒素の濃度が計測されて循環量制御装置に入力されて流入窒素負荷量が求められる。
【００１６】
次に原水は好気槽におけるブロワの駆動に伴うエアレーションによって硝化菌の作用に基づいてアンモニア性窒素の酸化である硝化が行われ、全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器（ＡＴＵ−Ｒｒ計）によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が計測されるとともに、溶存酸素計によってＤＯが測定される。そして前記循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動が最適に制御され、更に硝化反応制御装置の出力信号に基づいてブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御が実施される。
【００１７】
特に好気槽の前段部分での硝化菌の活性の低下に基づく硝化反応の不安定化を防止して、該好気槽での硝化反応が促進され、ひいては嫌気槽における窒素除去率が向上するという作用が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法の具体的な実施例を、前記従来の構成部分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述する。図１中の１ａ，１ｂは廃水の脱窒を行うための嫌気槽、１２は嫌気−好気両用槽、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは硝化を行うための複数段の好気槽であり、この嫌気槽１ａ，１ｂと嫌気−好気両用槽１２及び好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅとは同一の生物反応槽を仕切板１３，１３で区切って分割構成されている。
【００１９】
上記嫌気槽１ａ，１ｂには撹拌機構１０，１０が配備され、嫌気−好気両用槽１２には撹拌機構付き散気管１２ａが配備されており、更に好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ内にはエア吹出機構としての散気管４が配置されて、外部に上記各散気管４にエアを供給するためのブロワ５が配備されている。６は硝化液の一部を好気槽２ｅから嫌気槽１ａに送り込む流路１６に配備された硝化液循環ポンプである。
【００２０】
７は最終沈澱池、８は汚泥の一部を嫌気槽１ａに返送する汚泥返送ポンプ、９は他の汚泥を図外の余剰汚泥処理装置に送り込む余剰汚泥引抜ポンプである。この余剰汚泥引抜ポンプには通常タイマーが付設されていて、所定時間毎に余剰汚泥の引抜動作を行うように設定されている。
【００２１】
本実施例では、原水３の流入口に原水の流量計１４とＵＶ計１５（吸光光度計）が配備され、好気槽２ｅから嫌気槽１ａに硝化液の一部を送り込む流路１６に中途部に硝化液の流量計１７が配備されていて、各流量計１４，１７及びＵＶ計１５の測定値が循環量制御装置１８に入力されている。
【００２２】
好気槽２ａにアンモニア計２０（ＮＨ４−Ｎ計）とＡＴＵ−Ｒｒ計２１及びＤＯ計２２とが付設されており、このアンモニア計２０の測定値は循環量制御装置１８に入力され、ＡＴＵ−Ｒｒ計２１で測定された値に基づいて演算された〔Ｎｔ−Ｒｒ〕値２３及びＤＯ計２２で測定された〔ＤＯ〕値２４が制御部としての硝化反応制御装置２５に入力される。尚、硝化反応制御装置２５には別途に調査した流入水質分析値３０が入力されている。
【００２３】
そして循環量制御装置１８の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプ６の駆動が制御され、硝化反応制御装置２５の出力信号に基づいてＤＯ制御２６を実施してブロワ５の駆動制御を行い、各散気管４への送風量がコントロールされる。
【００２４】
尚、上記の実施例では嫌気槽１ａ，１ｂと複数段の好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅとの間に嫌気−好気両用槽１２を配置したが、この嫌気−好気両用槽１２を単に嫌気槽とした装置例にしてもよい。
【００２５】
かかる装置の基本的作用は以下の通りである。図１に示したように先ず原水３の流量とＵＶ値が流量計１４とＵＶ計１５によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置１８に入力される。原水は嫌気槽１ａ，１ｂへ流入し、水中にある撹拌機構１０，１０の撹拌作用と脱窒細菌の作用に基づいて、〔ＮＯ３−Ｎ〕、〔ＮＯ２−Ｎ〕イオンのＮ２への還元、即ち脱窒が行われる。同時にアンモニア計２０によって硝酸性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕の濃度が計測されて循環量制御装置１８に入力されて流入窒素負荷量が求められる。
【００２６】
次に原水３が嫌気−好気両用槽１２から好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅに流入して、ブロワ５の駆動に伴って散気管４，４，４からのエアレーションによる曝気が行われ、硝化菌の作用に基づいてアンモニア性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕の〔ＮＯ２−Ｎ〕又は〔ＮＯ３−Ｎ〕への酸化、即ち硝化が行われる。
【００２７】
硝化反応は硝化菌によるアンモニア性窒素の酸化作用であり、硝化速度はアンモニア性窒素の減少速度又は〔ＮＯＸ−Ｎ〕，〔ＮＯ２−Ｎ＋ＮＯ３−Ｎ〕の増加速度として表わすことができる。
【００２８】
他方の脱窒反応は
２ＮＯ３ −＋５（Ｈ２） → Ｎ２↑＋２ＯＨ−＋２Ｈ２Ｏ
として表わすことができる。
【００２９】
上記の作用時に、好気槽２ａからサンプリングされた試料の〔ＮＨ４−Ｎ〕濃度がアンモニア計２０により測定されるとともにＡＴＵ−Ｒｒ計２１によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕２３と、ＤＯ計２２によって〔ＤＯ〕２４が測定され、後述する演算に基づいてブロワ５の送風量をコントロールするＤＯ制御２６が実施される。
【００３０】
更に好気槽２ｅの硝化液が流路１６及び硝化液循環ポンプ６により嫌気槽１ａに送り込まれることにより、該嫌気槽での脱窒効果が促進される。特に廃水中のリンは嫌気槽内で放出され、好気槽内で活性汚泥に取り込まれて除去される。
【００３１】
最終沈澱池７内に沈降した汚泥の一部は汚泥返送ポンプ８により嫌気槽１ａに返送され、他の汚泥は余剰汚泥引抜ポンプ９により余剰汚泥処理装置に送り込まれて処理される。最終沈澱池７の上澄液は処理水１１として図外の消毒槽等を経由してから放流される。
【００３２】
上記のＡＴＵ−Ｒｒ計２１は、好気槽２における硝化反応の進行状況をモニターするために用いられる。即ち、酸素利用速度（ｏｘｙｇｅｎ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ，以下Ｒｒと略称する）には有機物の酸化分解の際に消費される酸素量と、活性汚泥の内生呼吸に消費される酸素量及び硝化反応で消費される酸素量とが含まれる。
【００３３】
この値は有機物の除去や内生呼吸による呼吸速度、即ち、全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値として表わされる。従って硝化反応の進行状況は、Ｒｒと硝化抑制剤であるＮ−アリルチオ尿素（化学式Ｃ４Ｈ８Ｎ２Ｓ，以下ＡＴＵと略称する）を添加して測定したＲｒの差（ＡＴＵ−Ｒｒ）から求めることができる。
【００３４】
上記の差を〔Ｎｔ−Ｒｒ〕とすると、
〔Ｎｔ−Ｒｒ〕＝〔Ｒｒ〕−〔ＡＴＵ−Ｒｒ〕・・・・・・・・・・（１）
となる。つまり〔Ｎｔ−Ｒｒ〕は硝化に伴う酸素消費速度であり、この値が小さければ硝化反応が終了し、大きければ硝化反応が終了していないものと判断することができる。又、〔Ｎｔ−Ｒｒ〕は硝化反応に基づく酸素消費量を表すので、この値から好気槽２ａ内の硝化速度を推定することが可能である。
【００３５】
次に硝化反応制御装置２５により、流入窒素負荷量に対して好気槽２で硝化反応が終了する硝化速度μ（ｍｇ／ｌ）を演算によって求める。ここで予め調査しておいて硝化速度と、硝化に要する呼吸速度の関係から硝化速度μに相当する〔Ｎｔ−Ｒｒ〕を求める。そしてこの〔Ｎｔ−Ｒｒ〕に対して上記により実測した〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が一致するような設定値を求め、ブロワ５の送風量をコントロールするＤＯ制御２６が実施される。
【００３６】
硝化反応は次式で表わされる。
ＮＨ４ ＋＋２Ｏ２ → ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・・・・・・・・・・（２）
好気槽内で硝化が完全に終了すると、この好気槽へ流入するアンモニア性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕が全部〔ＮＨ３−Ｎ〕に酸化されるので、上記（２）式から好気槽出口での〔ＮＨ３−Ｎ〕濃度を求めることができる。
【００３７】
次に求められた〔ＮＨ３−Ｎ〕濃度と循環量から求められる〔ＮＨ３−Ｎ〕量及びＵＶ計１５から計測されたＢＯＤ濃度と原水３の流入量とから、前記ＢＯＤと硝化体窒素の比〔ＢＯＤ／Ｎ〕比が２．８以上、好ましくは３以下にならないように循環量を決定して硝化液循環ポンプ６の駆動制御を実施する。
【００３８】
そして前記（１）式における〔Ｎｔ−Ｒｒ〕の値が大きく、硝化反応を高めなければならない時には、汚泥返送ポンプ８による最終沈澱池７から嫌気槽１に戻す汚泥量を多くして活性汚泥浮遊物であるＭＬＳＳを高め、好気槽２による硝化が順調に行われている場合には、硝化液循環ポンプ６による好気槽２ｅから嫌気槽１ａに対する硝化液の返送量を多くして循環比を高めることにより、窒素の除去率を大きくすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法によれば、原水が嫌気槽で脱窒され、好気槽での曝気と硝化細菌の作用に基づく硝化が行われる一方、原水の流量とＵＶ値とが流量計と吸光光度計によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置に入力され、更に好気槽におけるブロワの駆動に伴うエアレーションによって硝化が行われるのと同時に全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器（ＡＴＵ−Ｒｒ計）によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が計測され、溶存酸素計によってＤＯが測定される。
【００４０】
そして循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動が最適に制御され、更に硝化反応制御装置の出力信号に基づいてブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御が実施されるので、特に好気槽の前段部分での硝化菌の活性の低下に基づく硝化反応の不安定化を防止して、該好気槽での硝化反応が促進され、ひいては嫌気槽における窒素除去率が向上するという効果が得られる。
【００４１】
特に循環式硝化脱窒法によって効率的に窒素を除去するためには、嫌気槽における脱窒と好気槽における硝化を最適な運転条件に保持することが要求される上、窒素除去工程は硝化工程に影響される度合が高いため、高い窒素除去率を維持するには硝化反応と脱窒反応のバランスを良好に保持することが要求され、これに伴って嫌気槽における窒素除去率を向上させることができる運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法の一例を示す概要図。
【図２】従来の循環式硝化脱窒法の一例を示す概要図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…嫌気槽
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…好気槽
４…散気管
５…ブロワ
６…硝化液循環ポンプ
７…最終沈澱池
８…汚泥返送ポンプ
９…余剰汚泥引抜ポンプ
１２…嫌気−好気両用槽
１３…仕切板
１４，１７…流量計
１５…吸光光度計
１８…循環量制御装置
２０…アンモニア計
２１…ＡＴＵ−Ｒｒ計
２２…溶存酸素計
２５…硝化反応制御装置
【産業上の利用分野】
本発明は循環式硝化脱窒法を用いて廃水中の有機物及び窒素を高効率に除去する運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から下水等の廃水中の有機物を効率的に除去するとともに、閉鎖性水域の富栄養化の原因物質と考えられている窒素及びリンを除去する方法が種々提案されている。この富栄養化とは、水域中のＮ，Ｐ等の栄養塩類の濃度が増大し、これらを栄養素とする生物活動が活発となって生態系が変化することを指している。特に湖沼等に生活排水とか工場廃水が大量に流入すると、上記の富栄養化が急速に進行することが知られている。
【０００３】
近時、窒素の除去率を高めることが要求されており、窒素に関する規制も厳しくなることが予想されるので、これを除去することができる高度処理プロセスを採用する施設が増加するものと考えられる。
【０００４】
生物学的に窒素とリンを同時に除去する方法として、従来の活性汚泥法の変法として循環式硝化脱窒法が注目されている。この循環式硝化脱窒法とは、例えば図２に示したように、生物反応槽を溶存酸素（以下ＤＯと略称）の存在しない嫌気槽１ａ，１ｂとＤＯの存在する複数段の好気槽２ａ，２ｂ，２ｃとに仕切り、この嫌気槽１ａ，１ｂにより、流入する原水３を無酸素状態下で撹拌機構１０による撹拌を行って活性汚泥中の脱窒菌による脱窒を行い、次に好気槽２ａ，２ｂ，２ｃの内方に配置した散気管４にブロワ５から空気を供給することにより、エアレーションによる酸素の存在下で活性汚泥による有機物の酸化分解と硝化菌によるアンモニアの硝化を行う。そして最終段の好気槽２ｃの硝化液を硝化液循環ポンプ６を用いて嫌気槽１ａに送り込むことにより、嫌気槽１ａ，１ｂの脱窒効果が促進される。
【０００５】
脱窒菌とは、嫌気条件下で硝酸呼吸により〔Ｎ０２−Ｎ〕及び〔Ｎ０３−Ｎ〕を〔Ｎ２〕や〔ＮＯ２〕に還元する細菌を指している。又、原水中のリンは嫌気槽１ａ，１ｂ内で放出され、好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ内で活性汚泥に取り込まれて除去される。７は最終沈澱池であり、この最終沈澱池７の上澄液は、処理水１１として図外の消毒槽等を経由してから放流され、該最終沈澱池７内に沈降した汚泥の一部は汚泥返送ポンプ８により嫌気槽１ａに返送され、他の汚泥は余剰汚泥引抜ポンプ９から図外の余剰汚泥処理装置に送り込まれて処理される。
【０００６】
かかる循環式硝化脱窒法を用いることにより、通常の標準活性汚泥法で達成される有機物除去効果と同程度の効果が得られる上、窒素とリンに関しては活性汚泥法よりも高い除去率が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の循環式硝化脱窒法の場合、効率的な運転制御方法の確立が困難であり、特に好気槽における硝化効率と、それに伴う嫌気槽における脱窒効果をともに充分に高めることが困難であるという課題があった。
【０００８】
前記循環式硝化脱窒法における動作態様は、嫌気槽１ａ，１ｂにおける脱窒反応と、好気槽２ａ，２ｂ，２ｃにおける硝化反応とに大別することが出来るが、反応の律速となっているのは後者，即ち硝化反応である。特に循環式硝化脱窒法によって効率的に窒素を除去するためには、嫌気槽における脱窒と好気槽における硝化を最適な運転条件に保持することが要求される上、窒素除去工程は硝化工程に影響される度合が高いため、良好な窒素除去を行うためには硝化工程が良好に行われていることが必要である。
【０００９】
硝化が良好に進行している場合には、脱窒反応の良否が窒素除去率を左右するので、高い窒素除去率を維持するには硝化反応と脱窒反応のバランスを良好に保持することが要求される。又、好気槽内でのＤＯ濃度は、流入負荷変動とか水量に起因して常に変化している。
【００１０】
脱窒とは溶存酸素（ＤＯ）が存在しない条件下での硝酸呼吸であり、脱窒反応が良好に行われるためには水素供与体としての基質の存在が不可欠である。又、脱窒反応が良好に行われない原因としては、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）と硝化体窒素の比（ＢＯＤ／Ｎ比と呼称）の不足とか、〔ＮＯ３−Ｎ〕基質の不足が考えられる。
【００１１】
一般に上記〔ＢＯＤ／Ｎ比〕は化学量論的に２．８６以上必要であるとされている。従って流入負荷変動が大きい処理場ではそれに応じて循環量も変化させる必要がある。
【００１２】
そこで本発明はこのような循環式硝化脱窒法が有している課題を解消して、好気槽のＤＯ濃度に起因する硝化反応の低下を防止し、ひいては嫌気槽における脱窒反応を高めて常に安定した処理水が得られる循環式硝化脱窒法の運転制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、原水を嫌気槽で脱窒細菌により脱窒を行う工程と、複数段の好気槽で硝化細菌により硝化を行う工程と、沈澱槽で固液分離して上澄液を処理水として放流する工程とを含む循環式硝化脱窒法において、原水の流入口に流量計と吸光光度計を配備するとともに、硝化液循環ポンプにより嫌気槽に硝化液を送り込む流路に流量計を配備し、更に好気槽の上流側にアンモニア計と全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器及び溶存酸素計を配備して、アンモニア計の測定値は前記各流量計及吸光光度計の測定値とともに循環量制御装置に入力し、硝化反応に基づく酸素消費速度と溶存酸素計で測定された値を硝化反応制御装置に入力して、上記循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動を制御するとともに、硝化反応制御装置の出力信号に基づいてＤＯ制御を実施して複数段の好気槽への送風量制御を行うようにした循環式硝化脱窒法の運転制御方法を提供する。
【００１４】
具体的には上記循環量制御装置の出力信号に基づいて、ＢＯＤと硝化体窒素の比〔ＢＯＤ／Ｎ〕比が３以下にならないように循環量を決定して硝化液循環ポンプの駆動制御を実施する。
【００１５】
【作用】
かかる活性汚泥循環変法の運転制御方法によれば、原水が嫌気槽もしくは嫌気条件下で脱窒され、好気槽もしくは好気条件下での曝気と硝化細菌の作用に基づく硝化が行われる一方、原水の流量とＵＶ値とが流量計と吸光光度計によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置に入力される。原水は嫌気槽での撹拌作用と脱窒細菌の作用に基づいて脱窒が行われ、次にアンモニア計によって硝酸性窒素の濃度が計測されて循環量制御装置に入力されて流入窒素負荷量が求められる。
【００１６】
次に原水は好気槽におけるブロワの駆動に伴うエアレーションによって硝化菌の作用に基づいてアンモニア性窒素の酸化である硝化が行われ、全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器（ＡＴＵ−Ｒｒ計）によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が計測されるとともに、溶存酸素計によってＤＯが測定される。そして前記循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動が最適に制御され、更に硝化反応制御装置の出力信号に基づいてブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御が実施される。
【００１７】
特に好気槽の前段部分での硝化菌の活性の低下に基づく硝化反応の不安定化を防止して、該好気槽での硝化反応が促進され、ひいては嫌気槽における窒素除去率が向上するという作用が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法の具体的な実施例を、前記従来の構成部分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述する。図１中の１ａ，１ｂは廃水の脱窒を行うための嫌気槽、１２は嫌気−好気両用槽、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは硝化を行うための複数段の好気槽であり、この嫌気槽１ａ，１ｂと嫌気−好気両用槽１２及び好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅとは同一の生物反応槽を仕切板１３，１３で区切って分割構成されている。
【００１９】
上記嫌気槽１ａ，１ｂには撹拌機構１０，１０が配備され、嫌気−好気両用槽１２には撹拌機構付き散気管１２ａが配備されており、更に好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ内にはエア吹出機構としての散気管４が配置されて、外部に上記各散気管４にエアを供給するためのブロワ５が配備されている。６は硝化液の一部を好気槽２ｅから嫌気槽１ａに送り込む流路１６に配備された硝化液循環ポンプである。
【００２０】
７は最終沈澱池、８は汚泥の一部を嫌気槽１ａに返送する汚泥返送ポンプ、９は他の汚泥を図外の余剰汚泥処理装置に送り込む余剰汚泥引抜ポンプである。この余剰汚泥引抜ポンプには通常タイマーが付設されていて、所定時間毎に余剰汚泥の引抜動作を行うように設定されている。
【００２１】
本実施例では、原水３の流入口に原水の流量計１４とＵＶ計１５（吸光光度計）が配備され、好気槽２ｅから嫌気槽１ａに硝化液の一部を送り込む流路１６に中途部に硝化液の流量計１７が配備されていて、各流量計１４，１７及びＵＶ計１５の測定値が循環量制御装置１８に入力されている。
【００２２】
好気槽２ａにアンモニア計２０（ＮＨ４−Ｎ計）とＡＴＵ−Ｒｒ計２１及びＤＯ計２２とが付設されており、このアンモニア計２０の測定値は循環量制御装置１８に入力され、ＡＴＵ−Ｒｒ計２１で測定された値に基づいて演算された〔Ｎｔ−Ｒｒ〕値２３及びＤＯ計２２で測定された〔ＤＯ〕値２４が制御部としての硝化反応制御装置２５に入力される。尚、硝化反応制御装置２５には別途に調査した流入水質分析値３０が入力されている。
【００２３】
そして循環量制御装置１８の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプ６の駆動が制御され、硝化反応制御装置２５の出力信号に基づいてＤＯ制御２６を実施してブロワ５の駆動制御を行い、各散気管４への送風量がコントロールされる。
【００２４】
尚、上記の実施例では嫌気槽１ａ，１ｂと複数段の好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅとの間に嫌気−好気両用槽１２を配置したが、この嫌気−好気両用槽１２を単に嫌気槽とした装置例にしてもよい。
【００２５】
かかる装置の基本的作用は以下の通りである。図１に示したように先ず原水３の流量とＵＶ値が流量計１４とＵＶ計１５によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置１８に入力される。原水は嫌気槽１ａ，１ｂへ流入し、水中にある撹拌機構１０，１０の撹拌作用と脱窒細菌の作用に基づいて、〔ＮＯ３−Ｎ〕、〔ＮＯ２−Ｎ〕イオンのＮ２への還元、即ち脱窒が行われる。同時にアンモニア計２０によって硝酸性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕の濃度が計測されて循環量制御装置１８に入力されて流入窒素負荷量が求められる。
【００２６】
次に原水３が嫌気−好気両用槽１２から好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅに流入して、ブロワ５の駆動に伴って散気管４，４，４からのエアレーションによる曝気が行われ、硝化菌の作用に基づいてアンモニア性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕の〔ＮＯ２−Ｎ〕又は〔ＮＯ３−Ｎ〕への酸化、即ち硝化が行われる。
【００２７】
硝化反応は硝化菌によるアンモニア性窒素の酸化作用であり、硝化速度はアンモニア性窒素の減少速度又は〔ＮＯＸ−Ｎ〕，〔ＮＯ２−Ｎ＋ＮＯ３−Ｎ〕の増加速度として表わすことができる。
【００２８】
他方の脱窒反応は
２ＮＯ３ −＋５（Ｈ２） → Ｎ２↑＋２ＯＨ−＋２Ｈ２Ｏ
として表わすことができる。
【００２９】
上記の作用時に、好気槽２ａからサンプリングされた試料の〔ＮＨ４−Ｎ〕濃度がアンモニア計２０により測定されるとともにＡＴＵ−Ｒｒ計２１によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕２３と、ＤＯ計２２によって〔ＤＯ〕２４が測定され、後述する演算に基づいてブロワ５の送風量をコントロールするＤＯ制御２６が実施される。
【００３０】
更に好気槽２ｅの硝化液が流路１６及び硝化液循環ポンプ６により嫌気槽１ａに送り込まれることにより、該嫌気槽での脱窒効果が促進される。特に廃水中のリンは嫌気槽内で放出され、好気槽内で活性汚泥に取り込まれて除去される。
【００３１】
最終沈澱池７内に沈降した汚泥の一部は汚泥返送ポンプ８により嫌気槽１ａに返送され、他の汚泥は余剰汚泥引抜ポンプ９により余剰汚泥処理装置に送り込まれて処理される。最終沈澱池７の上澄液は処理水１１として図外の消毒槽等を経由してから放流される。
【００３２】
上記のＡＴＵ−Ｒｒ計２１は、好気槽２における硝化反応の進行状況をモニターするために用いられる。即ち、酸素利用速度（ｏｘｙｇｅｎ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ，以下Ｒｒと略称する）には有機物の酸化分解の際に消費される酸素量と、活性汚泥の内生呼吸に消費される酸素量及び硝化反応で消費される酸素量とが含まれる。
【００３３】
この値は有機物の除去や内生呼吸による呼吸速度、即ち、全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値として表わされる。従って硝化反応の進行状況は、Ｒｒと硝化抑制剤であるＮ−アリルチオ尿素（化学式Ｃ４Ｈ８Ｎ２Ｓ，以下ＡＴＵと略称する）を添加して測定したＲｒの差（ＡＴＵ−Ｒｒ）から求めることができる。
【００３４】
上記の差を〔Ｎｔ−Ｒｒ〕とすると、
〔Ｎｔ−Ｒｒ〕＝〔Ｒｒ〕−〔ＡＴＵ−Ｒｒ〕・・・・・・・・・・（１）
となる。つまり〔Ｎｔ−Ｒｒ〕は硝化に伴う酸素消費速度であり、この値が小さければ硝化反応が終了し、大きければ硝化反応が終了していないものと判断することができる。又、〔Ｎｔ−Ｒｒ〕は硝化反応に基づく酸素消費量を表すので、この値から好気槽２ａ内の硝化速度を推定することが可能である。
【００３５】
次に硝化反応制御装置２５により、流入窒素負荷量に対して好気槽２で硝化反応が終了する硝化速度μ（ｍｇ／ｌ）を演算によって求める。ここで予め調査しておいて硝化速度と、硝化に要する呼吸速度の関係から硝化速度μに相当する〔Ｎｔ−Ｒｒ〕を求める。そしてこの〔Ｎｔ−Ｒｒ〕に対して上記により実測した〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が一致するような設定値を求め、ブロワ５の送風量をコントロールするＤＯ制御２６が実施される。
【００３６】
硝化反応は次式で表わされる。
ＮＨ４ ＋＋２Ｏ２ → ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・・・・・・・・・・（２）
好気槽内で硝化が完全に終了すると、この好気槽へ流入するアンモニア性窒素〔ＮＨ４−Ｎ〕が全部〔ＮＨ３−Ｎ〕に酸化されるので、上記（２）式から好気槽出口での〔ＮＨ３−Ｎ〕濃度を求めることができる。
【００３７】
次に求められた〔ＮＨ３−Ｎ〕濃度と循環量から求められる〔ＮＨ３−Ｎ〕量及びＵＶ計１５から計測されたＢＯＤ濃度と原水３の流入量とから、前記ＢＯＤと硝化体窒素の比〔ＢＯＤ／Ｎ〕比が２．８以上、好ましくは３以下にならないように循環量を決定して硝化液循環ポンプ６の駆動制御を実施する。
【００３８】
そして前記（１）式における〔Ｎｔ−Ｒｒ〕の値が大きく、硝化反応を高めなければならない時には、汚泥返送ポンプ８による最終沈澱池７から嫌気槽１に戻す汚泥量を多くして活性汚泥浮遊物であるＭＬＳＳを高め、好気槽２による硝化が順調に行われている場合には、硝化液循環ポンプ６による好気槽２ｅから嫌気槽１ａに対する硝化液の返送量を多くして循環比を高めることにより、窒素の除去率を大きくすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法によれば、原水が嫌気槽で脱窒され、好気槽での曝気と硝化細菌の作用に基づく硝化が行われる一方、原水の流量とＵＶ値とが流量計と吸光光度計によって計測され、この計測値に基づいてＢＯＤ濃度が求められて循環量制御装置に入力され、更に好気槽におけるブロワの駆動に伴うエアレーションによって硝化が行われるのと同時に全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器（ＡＴＵ−Ｒｒ計）によって硝化反応にかかる酸素消費速度〔Ｎｔ−Ｒｒ〕が計測され、溶存酸素計によってＤＯが測定される。
【００４０】
そして循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動が最適に制御され、更に硝化反応制御装置の出力信号に基づいてブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御が実施されるので、特に好気槽の前段部分での硝化菌の活性の低下に基づく硝化反応の不安定化を防止して、該好気槽での硝化反応が促進され、ひいては嫌気槽における窒素除去率が向上するという効果が得られる。
【００４１】
特に循環式硝化脱窒法によって効率的に窒素を除去するためには、嫌気槽における脱窒と好気槽における硝化を最適な運転条件に保持することが要求される上、窒素除去工程は硝化工程に影響される度合が高いため、高い窒素除去率を維持するには硝化反応と脱窒反応のバランスを良好に保持することが要求され、これに伴って嫌気槽における窒素除去率を向上させることができる運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例にかかる循環式硝化脱窒法の運転制御方法の一例を示す概要図。
【図２】従来の循環式硝化脱窒法の一例を示す概要図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…嫌気槽
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…好気槽
４…散気管
５…ブロワ
６…硝化液循環ポンプ
７…最終沈澱池
８…汚泥返送ポンプ
９…余剰汚泥引抜ポンプ
１２…嫌気−好気両用槽
１３…仕切板
１４，１７…流量計
１５…吸光光度計
１８…循環量制御装置
２０…アンモニア計
２１…ＡＴＵ−Ｒｒ計
２２…溶存酸素計
２５…硝化反応制御装置
Claims (2)
- 原水を嫌気槽で脱窒細菌により脱窒を行う工程と、複数段の好気槽で硝化細菌により硝化を行う工程と、沈澱槽で固液分離して上澄液を処理水として放流する工程とを含む循環式硝化脱窒法において、
原水の流入口に流量計と吸光光度計を配備するとともに、硝化液循環ポンプにより嫌気槽に硝化液を送り込む流路に流量計を配備し、更に好気槽の上流側にアンモニア計と全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器及び溶存酸素計を配備して、アンモニア計の測定値は前記各流量計及吸光光度計の測定値とともに循環量制御装置に入力し、硝化反応に基づく酸素消費速度と溶存酸素計で測定された値を硝化反応制御装置に入力して、上記循環量制御装置の出力信号に基づいて硝化液循環ポンプの駆動を制御するとともに、硝化反応制御装置の出力信号に基づいてＤＯ制御を実施して複数段の好気槽への送風量制御を行うことを特徴とする循環式硝化脱窒法の運転制御方法。 - 上記循環量制御装置の出力信号に基づいて、ＢＯＤと硝化体窒素の比〔ＢＯＤ／Ｎ〕比が３以下にならないように循環量を決定して硝化液循環ポンプの駆動制御を実施するようにした請求項１記載の循環式硝化脱窒法の運転制御方法。
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