JP3671554B2

JP3671554B2 - 間欠曝気式活性汚泥法の制御方法

Info

Publication number: JP3671554B2
Application number: JP28719996A
Authority: JP
Inventors: 豊森; 康成佐々木; 繁初又
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JPH10128378A

Description

【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Ａ₂Ｏ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いる。
【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。
【０００４】

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。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することができる。
【０００５】

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。
【０００６】
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。
【０００７】
以下にその概要を図３と図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
図３は特開平６─５５１９０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３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２ｂ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１ＯＲＰ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、それらの値に基づいて第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への制御信号を出力する制御装置９からなっている。
【０００８】
このような装置系における運転制御の基本的な考え方は、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、第１曝気槽２ａで硝化、脱窒を一定時間に制御することにより、確実にリン放出時間を確保し、第２曝気槽２ｂでは硝化、脱窒を行うとともに、リン放出を防止しつつ制御の１周期を所定の時間に維持し、高い窒素、リン除去率を得ることである。
【０００９】
具体的な方法を、制御に伴うＯＲＰの変化とともに、図４（ａ）、（ｂ）を併用参照して説明する。図４（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４（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。
【００１０】
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Ｔ_e、脱窒時間をＴ_fとし、Ｔ_eとＴ_fの和である時間Ｔ_gがあらかじめ設定した時間Ｔ_gsと一致するように、曝気時間Ｔ_e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Ｔ_gを測定し、Ｔ_gsとＴ_gの差に基づいて曝気時間Ｔ_e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Ｔ_ds時間に維持されているため、リン放出時間がＴ_ds−Ｔ_gsとして確保されることになる。
【００１１】
第２曝気槽２ｂの制御方法を説明すると、硝化とリン吸収のための曝気時間をＴ_b、脱窒が進行する攪拌時間をＴ_Cとし、Ｔ_bとＴ_Cの和である時間Ｔ_dがあらかじめ設定した時間Ｔ_dsと一致するように、曝気時間Ｔ_bを調節し、併せて時間Ｔ_d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Ｔ_dを測定し、Ｔ_dsとＴ_dの差に基づいて曝気時間Ｔ_b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。
【００１２】
【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、本方式のような生物学的脱リン法では、なお解決しなければならない問題として、最終沈殿池でのリンの２次放出現象がある。
【００１３】
２槽式間欠曝気法では、最終沈殿池は、重力沈降により活性汚泥と処理水とに固液分離を行う部分である。沈降した活性汚泥はある程度の時間、最終沈殿池に滞留し、その後第１曝気槽に返送されるが、活性汚泥の沈降性等の問題により最終沈殿池に滞留する時間が長くなり、活性汚泥が長時間嫌気状態におかれる場合がある。このように場合には、有機物がほとんど無い状態でリンの放出が起り、処理水のリン濃度が増加して除去率の低下がみられる、いわゆるリンの２次放出と呼ばれる現象が起こり、最終沈殿池の前段の各曝気槽内でのリン除去は良好であるにもかかわらず、処理水のリン濃度が高くなる。リンの放出は通常、有機物がある程度存在した状態で、脱リン菌が有機物を体内に取込む過程で同時に起こるが、上述したように、活性汚泥を静置させ長時間嫌気状態にすると、先ほどとは違う代謝経路で、有機物を取込まずにリンを放出する現象が起こるのである。つまり最終沈殿池では、沈降させた活性汚泥を長時間嫌気状態にさせないように運転することが重要である。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は最終沈殿池におけるリンの２次放出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。
【００１５】
【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、本発明の２槽式間欠曝気法の運転はそれぞれ次のように行なう。
【００１７】
返送汚泥流量計、および最終沈殿池に汚泥界面計と水温計を設置して、それぞれの測定値によって最終沈殿池から第１曝気槽に戻される返送汚泥の流量を調節するものである。具体的には、まず返送汚泥流量計、汚泥界面計の測定値から最終沈殿池の活性汚泥の滞留時間を計算する。この滞留時間に上限のしきい値を設けるが、最終沈殿池の活性汚泥の嫌気状態の進行は、その時の水温によって違ってくるため、２次放出が起こるまでの滞留時間も水温に影響を受ける。そのため、最終沈殿池の活性汚泥の滞留時間の上限値は、それぞれの水温条件において設定する。したがって、返送汚泥流量計、汚泥界面計の測定値から計算される滞留時間とその時に測定された水温条件での滞留時間の上限値とを比較して、上限値以上となった場合、嫌気状態がかなり進行していると判断して返送汚泥流量を増加させる。返送汚泥流量を増加させることによって、最終沈殿池に沈降している活性汚泥の滞留時間を短くすることができるので、このような操作により、最終沈殿池の活性汚泥の嫌気状態を２次放出が起こらない程度に維持することができる。
【００１８】
以上の制御方法で、最終沈殿池におけるリンの２次放出を防止することができ、安定したリン除去が可能となる。
【００１９】
【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。はじめに、参考例としての方法について述べる。図１は参考例としての方法が適用される２槽式間欠曝気法の装置および制御システムの要部構成を示す模式図である。図１で図３と共通する部分には同一符号を用いてあり、矢印線の扱いも図３と同じである。図１において、この装置は図３に示した装置と基本的に同じであるが、異なる点は最終沈殿池のＯＲＰ計１０と連続測定を行うことができる返送汚泥流量計１１を備えていることである。
ここでＯＲＰ計は活性汚泥の嫌気状態をモニタする指標として知られており、嫌気状態においてＯＲＰ値は、時間とともに低下してゆく傾向を示す。この方法では、最終沈殿池にＯＲＰ計を設置し、このＯＲＰ値に下限のしきい値を設け、ＯＲＰの測定値がこの下限値以下となった場合、嫌気状態がかなり進行していると判断して返送汚泥流量を増加させる。返送汚泥流量を増加させることによって、最終沈殿池に沈降している活性汚泥の滞留時間を短くすることができるので、このような操作により、ＯＲＰの下限値を適切に設定しておけば、最終沈殿池の活性汚泥の嫌気状態を２次放出が起こらないように維持することができる。
【００２０】
この装置を用いた本発明の運転制御方法は、次のように行われる。最終沈殿池のＯＲＰ計１０から制御装置９に送られるＯＲＰの測定値Ｒに対して、あらかじめ設定したＯＲＰの下限値をＲ_Lとして、Ｒ≦Ｒ_Lになったとき、最終沈殿池でのリンの２次放出の可能性があると判断し、返送汚泥ポンプ５の流量を増加させる。
【００２１】
返送汚泥流量の増加は、当初の返送汚泥流量Ｑ₁に対して、▲１▼一定の割合でリニアに流量を増加させる方法と、▲２▼段階的に流量を増加させる方法との、いずれでもよいが、返送汚泥流量には上限値を設けておき、その範囲内で変化させる。また、流量増加後ＯＲＰ値が数時間連続してＯＲＰの下限値Ｒ_Lを上回った時点で、当初の返送汚泥流量Ｑに流量を低下させる。最終沈澱池のＯＲＰの測定位置は、最も嫌気状態にある沈澱池下部で測定する。なおこれらの演算は制御装置９で行っている。
【００２２】
このようにＯＲＰ値が低下した場合に、返送汚泥流量を増加させることによって、最終沈殿池に沈降している活性汚泥の滞留時間を短くすることができる。したがって、あらかじめリンの２次放出が起こる時のＯＲＰの値を実験的に求めておき、ＯＲＰの下限値Ｒ_Lを裕度を持たせて設定することにより、最終沈殿池の活性汚泥の嫌気状態を２次放出が起こらないように維持することが可能である。
【００２３】
次に、本発明の方法を述べる。図２は本発明の方法が適用される２槽式間欠曝気法の装置および制御システムの要部構成を示す模式図である。図２の図３と共通する部分には同一符号を用いてあり、矢印線の扱いも図３と同じである。図２に示した装置は図３の装置と基本的には同じであるが、異なる点は連続測定を行うことができる返送汚泥流量計１１と汚泥界面計１２、水温計１３を備えていることである。
【００２４】
この装置を用いた運転制御方法は次のようにして行われる。汚泥界面計１２から制御装置９に送られる汚泥界面の測定値から、最終沈殿池に沈降している活性汚泥の容積を計算し、さらにその計算結果と、返送汚泥流量計１１から制御装置９に送られる流量測定値（最終沈殿池から引抜かれる汚泥の流量）により、最終沈殿池に沈降している活性汚泥の滞留時間Ｔ（最終沈殿池の汚泥容積／返送汚泥流量）を計算する。この計算した滞留時間Ｔに対して、あらかじめ各水温条件において設定した滞留時間の上限値Ｔ_Hnとして、Ｔ≧Ｔ_Hnのとき、最終沈殿池でのリンの２次放出の可能性があると判断して、返送汚泥ポンプ５の流量を増加させる。例えば、算出した滞留時間が４時間で、その時の水温計１３から制御装置９に送られる水温測定値が１５℃のとき、あらかじめ設定してある１５℃の時の滞留時間の上限値３．５時間と比較し、返送流量を増加させる。なお、それぞれの水温条件において、滞留時間の上限値を設定する理由は、すでに述べたように、２次放出が起こるまでの滞留時間は、水温に影響を受けるためである。
【００２５】
返送汚泥流量の増加の方法は、第１の方法において記載した方法と同様であり、返送汚泥流量には上限値を設けておき、その範囲内で変化させる。また、流量増加後滞留時間が数時間連続して滞留時間の上限値Ｔ_Hnを下回った時点で、当初の返送汚泥流量Ｑに流量を下げる。なおこうした演算は制御装置９で行うことができる。
【００２６】
滞留時間の上限値を設定する水温条件は１〜１０℃の間隔で行えばよいが、測定水温が設定した水温条件に当てはまらない場合は、一つ上の水温条件における滞留時間の上限値を採用すればよい。例えば１０から３０℃の範囲で５℃間隔で滞留時間の上限値を設定していた場合、測定水温が１７℃であれば、２０℃での滞留時間の上限値を採用する。
【００２７】
したがって、あらかじめ各水温条件におけるリンの２次放出が起こるまでの滞留時間を実験的に求めておき、滞留時間の上限値Ｔ_Hnを裕度を持たせて設定することにより、最終沈殿池の活性汚泥の嫌気状態を２次放出が起こらないように維持すること可能である。
【００２８】
【発明の効果】
生物学的脱リン法では、活性汚泥の固液分離を行う最終沈殿池において、活性汚泥の滞留時間が長くなり、嫌気状態が長時間になると、有機物がほとんど無い状態でリンの放出が起り、処理水のリン濃度が増加し除去率の低下がみられることがある。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。
【００２９】
本発明の方法は、返送汚泥流量計、また最終沈殿池に汚泥界面計及び水温計を設置しておき、返送汚泥流量計、汚泥界面計の測定値から最終沈殿池の汚泥滞留時間を計算する。この汚泥滞留時間と水温計の測定値に基いて、汚泥滞留時間がそれぞれの水温条件において、あらかじめ定めた値以上となったとき、最終沈殿池から第１曝気槽に戻される返送汚泥の流量を増加させる。
【００３０】
この結果、最終沈殿池の沈降した活性汚泥が長時間嫌気状態に置かれることによるリンの２次放出を防止でき、安定して良好なリン除去を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例としての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下水処理装置の要部構成を示す模式図
【図３】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４】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ＯＲＰ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１のＯＲＰ計
６ｂ第２のＯＲＰ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
１０最終沈殿池のＯＲＰ計
１１返送汚泥流量計
１２汚泥界面計
１３水温計

Claims

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、
返送汚泥流量、および最終沈殿池の汚泥界面と水温とを測定し、返送汚泥流量および汚泥界面の測定値から計算される汚泥の滞留時間と、その時に測定された水温条件での滞留時間の所定の上限値とを比較し、所定の上限値となった際、返送汚泥流量を増加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。