JP3685975B2

JP3685975B2 - 排水処理方法及び装置

Info

Publication number: JP3685975B2
Application number: JP2000087264A
Authority: JP
Inventors: 賢二郎淵脇
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001269696A

Description

【０００１】
【発明の属る技術分野】
本発明は、活性汚泥槽内への曝気の有無を交互に切り替えて、有機性窒素を含む排水を生物学的に処理する排水処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水や生活排水の処理方法として活性汚泥法が広く知られている。さらに、湖沼等の富栄養化の原因となる窒素、リンをも除去可能な活性汚泥を用いた処理方法として、Ａ₂Ｏ法、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活性汚泥法等が開発されている。
【０００３】
間欠曝気式あるいは回分式の活性汚泥法は、活性汚泥中に曝気により好気状態を作り出す好気工程と、曝気を停止して無酸素状態で攪拌を行う無酸素工程とを繰り返すことで、好気工程では、硝化菌によりアンモニア性窒素を硝酸性窒素に硝化するとともに、リンを活性汚泥に吸収させた状態で引き抜くことで除去し、無酸素工程では、硝酸性窒素を窒素ガスに還元することで脱窒処理を行うものである。
【０００４】
これらの活性汚泥法で処理を好適に行うためには、好気工程と無酸素工程とを適切なタイミングで切り替える必要があり、各種の制御方法及び装置が開発されている。
【０００５】
例えば、特公昭６４−７０１９８号公報に開示された技術は、処理槽内に酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設置しておき、好気工程において検出されたＯＲＰ値が１２０〜２００ｍＶ以上となった時点で曝気を停止して無酸素工程へと切り替え、無酸素工程において検出されたＯＲＰ値が−２５０〜−３５０ｍＶ以下となった時点で、曝気を開始する。
【０００６】
また、特開昭６４−７０１９８号公報に開示されている技術は、ＯＲＰ値の変化率、具体的には、屈曲点の発生を監視することで硝化、脱窒の終了タイミングを検出して切り替えを行うものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理対象汚水の窒素含有率によっては、各工程が終了してもＯＲＰ値が−２５０ｍＶ〜１２０ｍＶの範囲内にある場合もあるし、終了していないにもかかわらず、この範囲を逸脱することもありうる。また、汚水の状況によっては屈曲点が発生しないこともあり、これらの技術では正確な処理タイミングを判定することは困難である。
【０００８】
本発明は、係る問題点に鑑みて、効率的で安定した窒素処理が行える排水処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の排水処理方法は、曝気装置により活性汚泥槽へ曝気を行う好気工程と、曝気を行わない無酸素工程とを交互に繰り返して有機性窒素を含む排水を生物学的に処理する排水処理方法であって、曝気装置を制御して好気工程における曝気風量を活性汚泥槽の溶存酸素量が一定となるように調整するとともに、曝気風量の制御目標値の減少量あるいは減少率が所定値以下になった段階で、曝気を停止して、無酸素工程へと切り替えることを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明の排水処理装置は、有機性窒素を含む排水が投入されて、これに曝気を行う好気工程と、曝気を停止する無酸素工程とを繰り返すことで有機性窒素を生物学的に分解処理する活性汚泥槽と、この活性汚泥槽内への曝気を行う曝気装置と、活性汚泥槽内の溶存酸素量を測定する溶存酸素計と、曝気装置による曝気風量を測定する流量計と、曝気装置を制御して、好気工程における曝気風量を活性汚泥槽の溶存酸素量が一定となるように調整するとともに、曝気風量の制御目標値の減少量あるいは減少率が所定値以下になった段階で、曝気装置を停止して、無酸素工程へと切り替える制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
溶存酸素量が一定となるように曝気風量を調整することで、過曝気となることがなく、無酸素工程に移行した際に瞬時に無酸素状態となり脱窒反応が促進され、移行時の無駄がなくなる。さらに、硝化処理の終了に伴い必要な曝気風量が減少するから曝気風量の制御目標値の減少量あるいは減少率を監視することで、硝化処理の終了時点を確実に検出することが可能であり、好気工程時間の調整も可能となる。
【００１２】
ここで、無酸素工程への切り替えは、曝気風量の制御目標値が当該好気工程中の最大曝気風量に１未満の所定の係数を乗じて算出された曝気風量まで減少した段階で行われることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、処理対象の汚水に含まれる窒素が少なく、曝気風量が少量で済むときは、曝気停止の基準となる曝気風量も小さくなり、逆に処理対象の汚水に含まれる窒素が多く、曝気風量が大量に必要なときは、曝気停止の基準となる曝気風量も大きくなるので、いずれの場合でも確実に硝化処理がほぼ終了した時点を検出して好気工程を終了することが可能となり、汚水の状況によらずに安定した硝化処理が可能となる。
【００１４】
また、曝気装置は、回転数を制御することで、供給風量を調整可能なブロワと、活性汚泥槽内に設置され、ブロワから活性汚泥処理槽への曝気供給ラインと大気とを接続する空気抜きライン上に設けられた開度調整可能な空気抜き弁と、を備えており、制御部は、ブロワの回転数と空気抜き弁の開度を調整することで、活性汚泥処理槽に供給される曝気風量を調整するものであることが好ましい。
【００１５】
ブロワは一般的に回転数制御により調整できる吐出風量域が限られ、回転数制御のみでは最低吐出風量を０まで任意に調整できない。空気抜き弁と併用することで、曝気風量を０から最大風量まで無段階で調整することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、本発明に係る排水処理装置の好適な実施形態を示す概略図である。本装置は、有機性窒素を含む処理対象排水が処理のため貯留される活性汚泥槽１内に曝気と攪拌を行う水中曝気攪拌機２が配置されており、この水中曝気攪拌機２には、ラインＬ１を介してブロワ５が接続されている。一方、活性汚泥槽１の液相内には溶存酸素量（ＤＯ値）を測定するＤＯセンサ３が配置されている。
【００１８】
水中曝気攪拌機２とブロワ５を接続するラインＬ１上には、風量計４が配置されるとともに、ラインＬ１は風量計４より上流側でラインＬ２に分岐し、その先はバルブ６を介して大気側へ開放されている。
【００１９】
水中曝気攪拌機２、ＤＯセンサ３、風量計４、ブロワ５、バルブ６の各々は制御装置７に接続されて、ＤＯセンサ３、風量計４の各測定信号が送られるとともに、水中曝気攪拌機２、ブロワ５、バルブ６の運転状態が制御されている。
【００２０】
図２は、この制御装置７の内部構成の一例を示すブロック図である。ＤＯセンサ３からのＤＯ計測値とオペレータの操作等により入力されるＤＯ目標値の各信号の差分を計算する差分器７０と、差分器７０の演算結果から曝気風量の目標値を設定する風量目標値生成部７１と、設定された風量目標値をモニタし、曝気終了時点の検出を行う目標値監視部７２と、目標値監視部７２からの信号に応じて水中曝気攪拌機２の攪拌動作を制御する攪拌機制御部７３と、目標値監視部７２から送られる風量目標値と風量計４で計測された風量計測値との差分を計算する差分器７４と、差分器７４の演算結果から、ブロワ５とバルブ６の制御量を夫々決定する風量コントローラ７５と、決定された制御量に基づいてバルブ６の開度を調整するバルブ開度調整部７６と、ブロワ５の回転数を調整するブロワ回転数調整部７７と、で構成されている。
【００２１】
次に、本実施形態の動作、すなわち、本発明に係る排水処理方法について、図１〜図５を参照して詳しく説明する。図３は、この排水処理方法における好気（曝気）工程と無酸素（攪拌）工程の切り替え動作を説明するフローチャートであり、図４は、好気工程中における曝気風量、活性汚泥槽１内のＤＯ値、アンモニア性窒素（NH₄-N）の量の時間変化を表すグラフであり、図５は、バルブ開度及びブロワ回転数それぞれと曝気風量との関係を示すグラフである。
【００２２】
本実施形態では、活性汚泥槽１内に曝気を行う好気工程と曝気を止めて攪拌を行う無酸素工程を交互に繰り返して有機性窒素を処理する。そこで、便宜上好気工程の開始時点から説明する。
【００２３】
活性汚泥槽１内に処理対象排水を導き、バルブ６を閉じた状態で、ブロワ５を作動させると、ラインＬ１を介して空気が水中曝気攪拌機２から活性汚泥槽１内部の液相へと導入され、曝気が開始される（Ｓ１）。開始にあたって、Ｑｍａｘを初期値０に設定しておく。曝気によって活性汚泥槽１内のＤＯ値が上昇して好気状態となると、活性汚泥槽内の硝化菌がNH₄-Nを硝化し、硝酸性窒素（NO₂-NあるいはNO₃-N）に変化させる。この結果、図４に示されるように、NH₄-N濃度は減少し、ＤＯ計測値は上昇する。この際に、ＤＯ計測値がＤＯ目標値に一致するようＤＯ制御が行われる。
【００２４】
具体的には、図２に示される風量目標値生成部７１は、ＤＯ目標値に対してＤＯ計測値が小さい場合は、入力値が正、ＤＯ目標値に対してＤＯ計測値が大きい場合は入力値が負になるので、入力値を基にして風量目標値の増減を決定する。目標値監視部７２は、この目標値の変化を監視して後述するように好気工程の終了を検出する。好気工程の終了を検出するまでは、目標値監視部７２は、目標値をそのまま出力し、好気工程の終了後、次の好気工程の開始までは目標値として０を出力する。
【００２５】
差分器７４は、風量目標値と風量計４からの風量計測値との差分を計算し、風量コントローラ７５に送る。風量コントローラ７５は、入力信号に応じて計測値が目標値を上回っているときは、風量を低下させ、計測値が目標値を下回っているときは風量を増加させるようにブロワ５及びバルブ６の制御量を決定し、バルブ開度調整部７６とブロワ回転数調整部７７を操作してバルブ６の開度とブロワ５の回転数を調整する。
【００２６】
この調整は、例えば、図５の線図に基づいて行われる。一般的なブロワ５は、最小吐出風量が０ではなく、安定した最小吐出風量は、最大吐出風量の半分程度である。ここでは、モータ回転数を６０〜１００％に制御することで、風量を５５〜１００％にリニアに調整可能なブロワ５を用い、風量を０〜５５％に調整する場合は、バルブ６の閉度を調整することで制御を行う例を示している。
【００２７】
このようにＤＯを目標値にほぼ一定に制御するよう風量を調整して好気工程を行う。このとき、目標値監視部７２は、風量Ｑを監視し、内部に保持しているＱｍａｘがＱを上回っているかを判別し（Ｓ３）、上回った場合には、これを新たにＱｍａｘに設定することで、当該好気工程中の最大風量の検出を行う（Ｓ４）。
【００２８】
活性汚泥槽１内のNH₄-Nが完全に硝化されると、図４に示されるように、酸素が必要でなくなるので、ＤＯ計測値を目標値と一定に維持するために必要な曝気風量は減少する。目標値監視部７２は、この曝気風量Ｑとα・Ｑｍａｘ（ここで、αは１未満の正の係数であり、例えば、０．５である。）とを比較し（Ｓ５）、曝気風量Ｑがα・Ｑｍａｘを下回ったら、好気工程が終了したと判断し、ブロワ５を停止して、曝気を停止するとともに、攪拌機制御部７３の指令によって水中曝気攪拌機２による攪拌動作が所定の時間継続される（Ｓ６）。
【００２９】
好気工程中のＤＯ値が目標値一定になるよう制御しているので、図４に示されるように好気工程終了後速やかに活性汚泥槽１内のＤＯ値は０になり、無酸素状態になり、無酸素工程へと移行する。この結果、硝酸性窒素は脱窒菌により、窒素ガスに還元され、空気中へと放出される。無酸素状態への移行が速いので、工程の無駄がなくなり、好ましい。攪拌機制御部７３は、所定の時間ｔ経過後（Ｓ７）、無酸素工程を終了し、再び、好気工程へと切り替える（Ｓ１）。
【００３０】
無酸素工程の終了時間は、オペレータが入力してもよいし、あるいは、好気工程の処理時間を基にして硝酸性窒素の量を推定して設定してもよい。又は、予め決められた時間になるよう、好気工程のＤＯ値を制御してもよい。
【００３１】
ここでは、曝気風量と最大曝気量の比が１未満の所定値αを下回ったときに曝気を停止する例を説明したが、曝気風量が所定の値に達したときに曝気を停止してもよい。処理対象排水の有機性窒素量の変動が大きい場合は、比をもとに制御したほうが、曝気終了の検出が確実になる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、好気工程の終了を確実に検出できるとともに、好気工程中の曝気風量が過剰にならないので、好気工程終了後、速やかに無酸素工程に移行することができ、運転中の無駄がなくなり、窒素を効率的に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排水処理装置の全体概略図である。
【図２】図１の装置の制御装置のブロック図である。
【図３】図１の装置の工程切り替えを説明するフローチャートである。
【図４】図１の装置におけるアンモニア性窒素、溶存酸素量と曝気風量の時間変動を示すグラフである。
【図５】図１の装置におけるブロワ回転数、バルブ開度と曝気風量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…活性汚泥槽、２…水中曝気攪拌機、３…ＤＯセンサ、４…風量計、５…ブロワ、６…バルブ、７…制御装置。

Claims

曝気装置により活性汚泥槽へ曝気を行う好気工程と、曝気を行わない無酸素工程とを交互に繰り返して有機性窒素を含む排水を生物学的に処理する排水処理方法であって、
前記曝気装置を制御して前記好気工程における曝気風量を前記活性汚泥槽の溶存酸素量が一定となるように調整するとともに、曝気風量の制御目標値の減少量あるいは減少率が所定値に達した段階で、曝気を停止して、前記無酸素工程へと切り替えることを特徴とする排水処理方法。
前記無酸素工程への切り替えは、曝気風量の制御目標値が当該好気工程中の最大曝気風量に１未満の所定の係数を乗じて算出された曝気風量まで減少した段階で行われることを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。
有機性窒素を含む排水を生物学的に処理する排水処理装置であって、
前記有機性窒素を含む排水が投入されて、これに曝気を行う好気工程と、曝気を停止する無酸素工程とを繰り返すことで前記有機性窒素を生物学的に分解処理する活性汚泥槽と、
前記活性汚泥槽内への曝気を行う曝気装置と、
前記活性汚泥槽内の溶存酸素量を測定する溶存酸素計と、
前記曝気装置による曝気風量を測定する流量計と、
前記曝気装置を制御して、前記好気工程における曝気風量を前記活性汚泥槽の溶存酸素量が一定となるように調整するとともに、曝気風量の制御目標値の減少量あるいは減少率が所定値に達した所定値以下になった段階で、前記曝気装置を停止して、前記無酸素工程へと切り替える制御部と、
を備えていることを特徴とする排水処理装置。
前記無酸素工程への切り替えは、曝気風量の制御目標値が当該好気工程中の最大曝気風量に１未満の所定の係数を乗じて算出された曝気風量まで減少した段階で行われることを特徴とする請求項３記載の排水処理装置。
前記曝気装置は、
回転数を制御することで、供給風量を調整可能なブロワと、
前記ブロワから前記活性汚泥処理槽への曝気供給ラインと大気とを接続する空気抜きライン上に設けられた開度調整可能な空気抜き弁と、
を備えており、前記制御部は、前記ブロワの回転数と前記空気抜き弁の開度を調整することで、前記活性汚泥処理槽に供給される曝気風量を調整することを特徴とする請求項３あるいは４に記載の排水処理装置。