JP3782738B2 - 排水処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場等で用いられる排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
多くの下水処理場では、下水を活性汚泥槽で好気処理して下水中の有機物を分解し、活性汚泥槽から排出される好気処理水を最終沈殿池に導入し、最終沈殿池において好気処理水中の汚泥を沈殿させ、最終沈殿池からの上澄液を河川等に放流している。
【０００３】
ところが、この上澄液には、未分解の有機物やアンモニア、毒性が高くＣＯＤを増加させる亜硝酸が含まれている。このため、上澄液をそのまま河川等に放流することは決して好ましいことではない。
【０００４】
そこで、通常、上澄液を生物ろ過槽で高度処理することにより、未分解の有機物やアンモニア、亜硝酸性窒素などの除去が図られている。このとき、生物ろ過槽における曝気量は通常、一定に保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の下水の処理方法は、以下に示す課題を有する。
【０００６】
即ち上記従来の下水の処理方法にあっては、下水の水質や活性汚泥槽における生物相のバランスがくずれることにより、活性汚泥処理で分解できなかった有機物が多量に生物ろ過槽に流入されることがある。この場合、生物ろ過槽において、曝気量が小さく且つ一定であると、その有機物の分解のために多量の酸素が必要となり、その結果、部分的に酸素取込みの競合、あるいは嫌気的な反応が起こり、生物ろ過槽に流入してきた亜硝酸性窒素濃度を低減できなくなる。また硝酸性窒素が亜硝酸性窒素となり、これが生物ろ過水に含有されたまま河川等に放流されることとなる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を十分低濃度にすることができる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理排水を活性汚泥槽で好気処理する好気処理工程と、前記活性汚泥槽から排出される好気処理水中の汚泥を最終沈殿池で沈殿分離し、上澄液を排出する沈殿分離工程と、前記上澄液を生物ろ過槽で曝気しながら生物ろ過する生物ろ過工程とを含む排水処理方法であって、前記上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定し、これらの比を算出する算出工程と、前記ＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比に応じて、前記生物ろ過槽における曝気量を制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、被処理排水が活性汚泥槽で好気処理され、活性汚泥槽から排出される好気処理水中の汚泥が最終沈殿池で沈殿分離されて上澄液が最終沈殿池から排出され、この上澄液が生物ろ過槽で曝気されながら生物ろ過される。このとき、被処理排水の水質や活性汚泥槽における生物相のバランスがくずれることにより、活性汚泥槽での好気処理で分解できなかった有機物が多量に生物ろ過槽に流入されることがある。この場合、生物ろ過槽において、その有機物の分解のために多量の酸素が必要となり、その結果、部分的に酸素取込みの競合、あるいは嫌気的な反応が起こり、生物ろ過槽に流入してきた亜硝酸性窒素濃度を低減できないことがある。また硝酸性窒素が亜硝酸性窒素となり、これが生物ろ過水に含有されたまま河川等に放流されることがある。また、本発明者等により、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比と、生物ろ過槽から排出される生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度との間には相関があることが分かっている。そこで、本発明では、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比に応じて、生物ろ過槽における曝気量を制御することとしている。これにより、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比によらず、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を十分低濃度にすることが可能となる。また上澄液のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比に応じて生物ろ過槽における曝気量を制御することで、曝気量を一定にする場合よりも生物ろ過槽での過剰な曝気を十分防止することが可能となる。
【００１０】
上記制御工程において、前記ＮＨ₄−Ｎ濃度に対する前記ＣＯＤ_Mn濃度の比が２以上であるときに、前記生物ろ過槽の槽内液中の溶存酸素濃度が設定値以上になるように前記生物ろ過槽における曝気量を制御することが好ましい。
【００１１】
前記ＮＨ₄−Ｎ濃度に対する前記ＣＯＤ_Mn濃度の比が２以上になると、生物ろ過槽の槽内液中の溶存酸素濃度が減少しはじめ、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素が高くなる傾向がある。この場合に、生物ろ過槽の槽内液中の溶存酸素濃度が設定値以上になるように曝気量を制御することで、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を十分低濃度にすることが可能となる。
【００１２】
ここで、溶存酸素濃度の設定値が６ｍｇ／リットルであることが好ましい。溶存酸素濃度の設定値が６ｍｇ／リットル以上になると、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を確実且つ十分に低濃度にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の排水処理方法を実施する排水処理装置を示すフロー図である。図１に示すように、排水処理装置１は、下水（被処理排水）を好気処理する活性汚泥槽２を備える。活性汚泥槽２には、活性汚泥槽２の槽内液を曝気する散気管３が設けられ、散気管３にはブロワ４により空気が供給されるようになっている。なお、活性汚泥槽２の内部には、下水と空気との接触時間を長くする観点から、下水が蛇行して通過するように仕切が設けられてもよい。
【００１５】
活性汚泥槽２から排出される好気処理水は、最終沈殿池５に導入される。最終沈殿池５では汚泥が沈殿分離され、上澄液が得られる。沈殿分離された汚泥は、活性汚泥槽２における汚泥濃度の低減を防止する観点から、活性汚泥槽２に返送され、上澄液は最終沈殿池５から排出されて生物ろ過装置６に導入される。
【００１６】
生物ろ過装置６は、生物ろ過槽８を備えており、生物ろ過槽８の内部には、散気管９が配設され、散気管９は、空気供給管１０を介してブロワ１１に接続されている。また、生物ろ過槽８には、槽内液中の溶存酸素濃度（以下、「ＤＯ」という）を測定するＤＯ計１２が設けられている。なお、生物ろ過槽８には、ろ層１４が配設され、ろ層１４は、セラミックやアンスラサイト等の無機系ろ材のほか、プラスチックなどの有機系ろ材等で構成されている。
【００１７】
また排水処理装置１は、上澄液を採取し、上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定し、これらの比を算出する測定機器７を備える。
【００１８】
そして、測定機器７、ＤＯ計１２及びブロワ１１は、制御装置１３に電気的に接続されている。制御装置１３は、ＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比と、ＤＯ計１２で測定されたＤＯ値とに基づいてブロワ１１の出力を制御するものである。
【００１９】
次に、上記排水処理装置１を用いた排水処理方法について説明する。
【００２０】
先ずブロワ４，１１を作動し、下水を活性汚泥槽２に導入する。活性汚泥槽２においては、散気管３より槽内液に空気を供給して下水の好気処理を行う（好気処理工程）。すると、下水中の窒素分を含む有機物が活性汚泥によりアンモニア性窒素に分解され、アンモニア性窒素が酸化されて硝酸性窒素又は亜硝酸性窒素に変換される。
【００２１】
活性汚泥槽２から排出される好気処理水は最終沈殿池５に導入される。最終沈殿池５では、汚泥が沈殿分離され、上澄液が得られる（沈殿分離工程）。
【００２２】
しかし、この上澄液には、未分解の有機物やアンモニア、毒性が高くＣＯＤを増加させる亜硝酸が含まれている。そこで、上記未分解の有機物やアンモニア、亜硝酸を除去すべく、この上澄液を最終沈殿池５から排出して生物ろ過装置６の生物ろ過槽８に導入する。生物ろ過槽８においては、ブロワ１１により、散気管９から上澄液に散気空気が供給される。従って、上澄液は、曝気されながらろ層を通過する。これにより上澄液の生物ろ過が行われる（生物ろ過工程）。
【００２３】
このとき、下水の水質や活性汚泥槽２における生物相のバランスがくずれることにより、活性汚泥処理で分解できなかった有機物が多量に生物ろ過槽８に流入されることがあり、この場合には、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度が増加することとなる。
【００２４】
図２は、最終沈殿池５から排出される上澄液中の亜硝酸性窒素濃度、及び生物ろ過槽８から排出される生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度の経時変化の一例を示すグラフ、図３は、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比の経時変化の一例を示すグラフである。図２より、１１月付近及び８月付近で上澄液中の亜硝酸性窒素濃度の高い領域が存在する。このとき、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度は１１月付近で高い値を示すが、８月付近では低い値を示している。また図３より、上澄液におけるＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比は、１１月付近で高い値を示すが、８月付近では低い値を示している。本発明者等は、図２、図３の結果から、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度と上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比との間に相関があるのではないかと考え、それらの関係を調べた。結果を図４に示す。図４より、上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度と相関を持つことが確認できる。
【００２５】
以上のことから、本発明者等は、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度が増加するのは、▲１▼上澄液中に、分解しやすい有機物の割合が多くなるため、微生物の酸素要求量が高くなり、一時的に酸素不足となって完全に硝化が進まないか、▲２▼生物ろ過槽の一部に嫌気ゾーンが形成され、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に還元されることに起因するものと考えた。
【００２６】
ここで、上記▲１▼、▲２▼より生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度を低減するためには、生物ろ過槽８の槽内液中の亜硝酸性窒素について十分硝化を行うため、あるいは嫌気ゾーンを消滅させるために、曝気量を増加させればよいと考えられる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、測定機器７でＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定してこれらの比を算出し（算出工程）、算出された濃度比の値に応じて、制御装置１３によりブロワ１１の出力を制御し、生物ろ過槽８における曝気量を調整することとしている（制御工程）。即ち、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が高くなった場合には、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度が高くなると推測されるため、生物ろ過槽８において曝気量を増加させる。一方、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が低くなった場合には、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度が低いものと推測されるため、生物ろ過槽８において曝気量を減少させる。
【００２８】
こうしてＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比に応じて、生物ろ過槽８における曝気量を調整することにより、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比及び亜硝酸性窒素濃度によらず、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を十分低濃度にすることができる。また、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比に応じて、曝気量が増減されるため、生物ろ過槽８における過剰な曝気を十分防止でき、省電力化が可能となる。
【００２９】
このとき、ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が２以上になるときに、生物ろ過槽８の槽内液中のＤＯ値が設定値以上になるように生物ろ過槽８における曝気量を調節することが好ましい。
【００３０】
ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度の比が２以上になると、生物ろ過槽８の槽内液中のＤＯ値が減少しはじめ、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度が高くなる傾向がある。この場合に、生物ろ過槽８の槽内液中のＤＯ値が設定値以上になるように曝気量を制御することで、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を十分低濃度にすることが可能となる。
【００３１】
従って、具体的には、ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が２未満のときは、ブロワ１１を制御して曝気量を設定値未満とし、ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が２以上のときは、ブロワ１１を制御して曝気量を設定値以上にする。
【００３２】
ここで、ＤＯ計１２でモニタされるＤＯ値の設定値が６ｍｇ／リットルであることが好ましい。ＤＯ値の設定値が６ｍｇ／リットル以上になると、生物ろ過水中の亜硝酸性窒素を確実且つ十分に低濃度にすることができる。
【００３３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、生物ろ過槽８における曝気量を制御するために、測定機器７及び制御装置１３を用いてブロワ１１を制御しているが、オペレータが、測定機器７及び制御装置１３を用いずに、上澄液を採取してＣＯＤ_Mn濃度、ＮＨ₄−Ｎ濃度を分析により測定した後、その濃度比に応じてブロワ１１の出力を制御するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、測定機器７は、ＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定し、且つこれらの比の算出を行う機能を併有しているが、測定機器７は、ＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定する濃度測定計と、濃度測定計で測定されたＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度に基づいてこれらの比を算出する演算装置とで構成されてもよい。
【００３５】
次に、本発明の内容を、実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例】
（実施例１）
図１に示す排水処理装置１を用いて以下のようにして下水の処理を行った。
【００３６】
即ち先ず下水を活性汚泥槽２で好気処理し、好気処理水を最終沈殿池５に導入し、好気処理水中の汚泥を最終沈殿池５で沈殿させた。そして、このとき最終沈殿池で得られる上澄液を生物ろ過装置６の生物ろ過槽８に導入し、上澄液を曝気しながら生物ろ過し、生物ろ過水を得た。
【００３７】
また、生物ろ過装置６を長期間安定して運転できるようにするため、生物ろ過装置６のろ層の逆洗を３〜１０日に１回行った。逆洗条件は通常、空洗５分−併洗６分−水洗４分とし、上澄液の汚れやろ材へのＳＳ付着物が多く、洗浄を強化したいときは空洗５分−併洗８分−水洗４分とした。
【００３８】
なお、生物ろ過装置６の仕様（即ちろ材、ろ材寸法、ろ層厚、ろ過速度、通気風量、空洗時の空洗速度、併洗時の空洗速度及び水洗時の水洗速度）は、下記表１に示す通りとした。
【表１】

【００３９】
下水の処理に際しては、上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度、ＮＨ₄−Ｎ濃度、ＮＯ₂−Ｎ濃度を下水道試験法に従って測定すると共に、生物ろ過装置６で得られた生物ろ過水について下水道試験法に従ってＮＯ₂−Ｎ濃度を測定した。
【００４０】
上澄液中のＮＯ₂−Ｎ濃度が３ｍｇ／リットル以上であってＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度が２以上のときには、制御装置１３によりブロワ１１を制御して、ＤＯ計１２で測定されたＤＯ値が６ｍｇ／リットル以上となるように曝気量を調節し、それ以外のときには、ブロワ１１を制御してＤＯ値が２〜６ｍｇ／リットルとなるように曝気量を調節した。その結果、上澄液のＮＯ₂−Ｎ濃度及びＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比によらず、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎを、十分低濃度にできることが分かった。
【００４１】
（比較例１）
ブロワ１１の出力を一定にした以外は実施例１と同様にして下水の処理を行った。
【００４２】
そして、実施例１と同様にして、上澄液中のＮＯ₂−Ｎ濃度、上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度を測定し、ＮＯ₂−Ｎ濃度及びＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度を、測定した年月に対応してグラフ上にプロットした。結果を図５，図６に示す。なお、図５中、「◆」は上澄液中のＮＯ₂−Ｎ濃度、「■」は、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度を表す。
【００４３】
図５、図６に示す結果より、上澄液におけるＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比が高くなったときに、曝気量を増加させないと、上澄液中のＮＯ₂−Ｎ濃度及び上澄液におけるＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比がともに高くなったときに、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度が増加することがあることが分かった。
【００４４】
また、上澄液中のＮＯ₂−Ｎ濃度が３ｍｇ／リットル以上でも、ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度が２未満では、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度は低いままであることが分かった。
【００４５】
なお、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度と上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度との関係を調べた。結果を図７に示す。図７に示す結果より、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎ濃度の増加は、上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度と相関があることが分かった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の排水処理方法によれば、上澄液のＮＯ₂−Ｎ濃度及びＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度比によらず、生物ろ過水中のＮＯ₂−Ｎを、十分低濃度にできる。また、上澄液のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度比に応じて曝気量が制御されるため、生物ろ過槽における過剰な曝気を十分防止でき、省電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理方法を実施する排水処理装置の一例を示すフロー図である。
【図２】上澄液及び生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図３】図２の上澄液におけるＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図４】図２のＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度及び生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度との関係を示すグラフである。
【図５】比較例１に係る上澄液及び生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】比較例１に係るＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度の経時変化を示すグラフである。
【図７】比較例１に係る生物ろ過水中の亜硝酸性窒素濃度と、ＣＯＤ_Mn濃度／ＮＨ₄−Ｎ濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…排水処理装置、２…活性汚泥槽、５…最終沈殿池、８…生物ろ過槽。

Claims (3)

1. 被処理排水を活性汚泥槽で好気処理する好気処理工程と、
   前記活性汚泥槽から排出される好気処理水中の汚泥を最終沈殿池で沈殿分離し、上澄液を排出する沈殿分離工程と、
   前記上澄液を生物ろ過槽で曝気しながら生物ろ過する生物ろ過工程と、
   を含む排水処理方法であって、
   前記上澄液中のＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度を測定し、これらの比を算出する算出工程と、
   前記ＣＯＤ_Mn濃度及びＮＨ₄−Ｎ濃度の比に応じて、前記生物ろ過槽における曝気量を制御する制御工程と、
   を含むことを特徴とする排水処理方法。
2. 前記制御工程において、前記ＮＨ₄−Ｎ濃度に対する前記ＣＯＤ_Mn濃度の比が２以上であるときに、前記生物ろ過槽の槽内液中の溶存酸素濃度が設定値以上になるように前記生物ろ過槽における曝気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
3. 前記設定値が６ｍｇ／リットルであることを特徴とする請求項２に記載の排水処理方法。

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