JP4190145B2 - 脱窒用有機炭素源の効率的添加方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物学的硝化脱窒法により下水やし尿から窒素除去を行う際に脱窒用の有機炭素源を外部から添加する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥循環変法は、原水中の窒素分を除去するために反応タンクに好気ゾーンと無酸素ゾーンとを設け、好気ゾーンにおけるアンモニアの硝化反応と無酸素ゾーンにおける硝酸の脱窒反応とにより、水中の窒素分を窒素ガスとして大気中に放出させる技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この技術において通常無酸素ゾーンにおける脱窒用の有機炭素源は原水中に含まれるものから得ている。しかし、原水中から除去すべき窒素濃度に対して有機炭素源濃度が低い場合には、メタノールや酢酸等を与える必要が生じる。この際に、有機炭素源を過剰に添加すると好気ゾーンにおける硝化反応が抑制されたり、必要空気量が増加することになるので、適切な量を無酸素ゾーンに添加する技術が望まれている。
【０００４】
すなわち、原水中の窒素濃度と有機炭素源濃度を適切に把握し、必要な量の有機物を適切に添加する技術が望まれている。特に原水中窒素濃度の時間変動が大きい場合には、この時間変動に対応しうる添加方法が望まれている。しかし、有機炭素源を系内のどのプロセスで添加することが最適なのか、有機炭素源をプロセスのいつの時点で添加することが最適なのかは明らかでなかった。
【０００５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、添加すべき有機炭素源の量と添加位置と添加のタイミングとを最適に行うことができる脱窒用有機炭素源の効率的添加方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の脱窒用有機炭素源の効率的添加方法は、無酸素タンクと好気タンクを有し、無酸素タンクに所定量の有機炭素源を添加して生物学的硝化脱窒を行う処理系において、
単位処理期間中に無酸素タンク内の単位ＳＳ量に対する原水ＢＯＤ負荷量をＢＯＤ−ＳＳ負荷量として定義するとともに、単位時間帯に単位ＳＳ量から除去される窒素量を脱窒速度として定義して、前記生物学的硝化脱窒過程におけるＢＯＤ−ＳＳ負荷量と脱窒速度との相関式を求め、
単位処理期間中の各単位時間帯毎に無酸素タンクへ供給する原水中のＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量を測定して単位処理期間におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量の変動パターンを経験則として求めるとともに、測定したＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量に対して所定時間経過後の処理水のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度が所定値以下となるのに要する必要脱窒速度を求め、求めた必要脱窒速度を前記相関式に代入して各単位時間帯における必要有機炭素源量を求め、求めた必要有機炭素源量から原水中の原有機炭素源量を減算して必要脱窒速度を達成するのに要する有機炭素源の必要添加量を求め、求めた必要添加量を積算して処理系で単位処理期間中に要する有機炭素源の添加量の必要総量を求め、この必要総量を単位処理期間中の単位時間帯数で除算して有機炭素源の平均添加量を算出し、
平均添加量の有機炭素源を添加した時の無酸素タンクのＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３以上であるか否かを各単位時間帯毎に判断し、Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を下回る単位時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を増加させ、Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を上回る時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を低減させることで、各単位時間帯で添加する有機炭素源の添加量を調整するとともに、単位処理期間に添加する有機炭素源の総量を前記必要総量に抑制するものである。
【０００７】
上記した構成により、処理系に流入した原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎは好気タンクにおいて硝化菌の働きにより硝化された後に、無酸素タンクにおけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷となる。このため、無酸素タンクへ供給する原水中のＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量を指標とし、各単位時間帯におけるＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を増減することで、原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度の時間変動に対応して有機炭素源の添加量を調整して処理水中のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度を設定した目標値とすることができるとともに、有機炭素源の過剰な添加を防止して適切な添加量を適切なタイミングで添加することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４において、２段ステップ流入式硝化脱窒法を行う処理施設は、第１無酸素タンク１と第１好気タンク２と第２無酸素タンク３と第２好気タンク４を上流側から下流側へ順次に配置したものであり、第２好気タンク４が送り管路５で終沈へ連通するとともに、終沈からの返送汚泥を供給する返送管路６が第１無酸素タンク１に連通している。
【０００９】
第１無酸素タンク１と第２無酸素タンク３には原水（初沈越流水）を供給する原水供給管７が連通しており、原水供給管７には原水中のアンモニウム濃度を測定するためのアンモニウムイオンセンサー８を設けている。このアンモニウムイオンセンサー８は原水供給管７を流れる原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度をイオン電極を利用して測定するものである。
【００１０】
原水に含まれるＮＨ_４ ^＋−Ｎは第１好気タンク２および第２好気タンク４において硝化菌の働きにより硝化された後、第２無酸素タンク３および第１無酸素タンク１におけるＮＯ_Ｘ ⁻−Ｎ負荷となるので、アンモニウムイオンセンサー８で原水中のＮＨ_４ ^＋−Ｎ濃度を測定して第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３におけるＮＯ_Ｘ ⁻−Ｎ濃度を算出し、必要な有機炭素源の量を求める。
【００１１】
第１無酸素タンク１と第２無酸素タンク３にはメタノールを供給するメタノール供給管９が連通している。各メタノール供給管９には送液ポンプ１０を設けており、基端がメタノール貯留槽１１に連通している。制御装置１２はアンモニウムイオンセンサー８の出力値に基づいて各送液ポンプ１０の駆動制御を行うものであり、以下に説明する設定を行っている。
【００１２】
つまり、１日を単位処理期間（ｄ）として各無酸素タンク１、３での単位ＳＳ量（ｋｇＳＳ）に対する原水ＢＯＤ負荷量（ｋｇＢＯＤ）をＢＯＤ−ＳＳ負荷量（ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ）として定義するとともに、単位時間帯（ｈｒ）に単位ＳＳ量（ｋｇＳＳ）から除去される窒素量（ｍｇＮ）を脱窒速度（ｍｇＮ／ｇＳＳ／ｈｒ）として定義して、図２に示すように、生物学的硝化脱窒を行う処理系におけるＢＯＤ−ＳＳ負荷量と脱窒速度との相関式を経験則により求めて、以下のように定義する。
【００１３】
脱窒速度（ｍｇＮ／ｇＳＳ／ｈｒ）＝８．３×ＢＯＤ−ＳＳ負荷（ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ）＋１．４…１式
次に、アンモニウムイオンセンサー８で単位処理期間である１日中の各単位時間帯毎に第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３における原水中のＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量を測定して単位処理期間の１日におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量の変動パターンを経験則として求めるとともに、測定したＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量に対して所定時間経過後の処理水のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度が所定値（例えば１５ｍｇＮ／Ｌ）以下となるのに要する必要脱窒速度を求める。
【００１４】
この必要脱窒速度を相関式（１式）に代入して１日の各単位時間帯における必要有機炭素源量を求める。この必要有機炭素源量から原水中の原有機炭素源量を減算して必要脱窒速度を達成するのに要する有機炭素源の必要添加量を求める。この各単位時間帯毎の必要添加量を積算して処理系で単位処理期間の１日に要する有機炭素源の添加量の必要総量を求める。この必要総量を単位処理期間中の単位時間帯数である２４時間で除算して有機炭素源の平均添加量を算出する。
【００１５】
次に、先に求めたＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量の変動パターンにおいて、平均添加量の有機炭素源を添加した場合における各単位時間帯での第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３の原水中のＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３以上であるか否かを判断する。
【００１６】
この判断において、Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を下回る単位時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を平均添加量より増加させて設定する。Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を上回る時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を平均添加量より低減させ設定する。
【００１７】
このようにして各単位時間帯で添加する有機炭素源の添加量を調整するとともに、単位処理期間に添加する有機炭素源の総量を必要総量に抑制するように添加量の配分を制御装置１２に設定する。
【００１８】
以下、上記した構成における作用を説明する。原水供給管７を通して原水（初沈越流水）を第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３に供給する。系内に流入した原水は第１無酸素タンク１、第１好気タンク２、第２無酸素タンク３、第２好気タンク４を順次に流れ、第２好気タンク４から送り管路５を通して終沈へ流れ、終沈から返送管路６を通して第１無酸素タンク１に流れる間に生物学的硝化脱窒される。
【００１９】
この処理系において第１好気タンク２の原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎは硝化菌の働きにより硝化された後に第２無酸素タンク３におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷となり、第２好気タンク４の原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎは硝化菌の働きにより硝化された後に第１無酸素タンク１におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷となる。
【００２０】
制御装置１２は、アンモニウムイオンセンサー８で測定する原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度を指標として、例えば図３に示すように、予め配分設定された値の有機炭素源を供給する。このとき、メタノール：１ｇをＢＯＤ：１ｇと換算し、各送液ポンプ１０を駆動して設定量のメタノールを第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３に添加する。第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量は異なるので、第１無酸素タンク１および第２無酸素タンク３のそれぞれのＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量に見った量のメタノールを各送液ポンプ１０を適宜に駆動することで供給し、ＮＯ_X−Ｎ負荷の大きい第２無酸素タンク３に多くのメタノールを添加することで少ないＢＯＤ−ＳＳ負荷で高い脱窒速度を得ることができる。
【００２１】
本法を適用することによって得られる原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度と処理水中のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度の変化は、例えば図４に示すように、原水のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度の最大値４３ｍｇＮ／Ｌに対し、処理水のＮＯ_X−Ｎ濃度は最大１２ｍｇＮ／Ｌとなる。また、添加する有機炭素源の総量を予め求めた必要総量に抑制することで、有機炭素源の添加量を必要最小限に止めることができ、過剰添加に伴う硝化性能の低下と必要空気量の増加を抑えることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、無酸素タンクの原水中のＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量を指標とし、各単位時間帯におけるＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を増減することで、原水中のＮＨ₄ ⁺−Ｎ濃度の時間変動に対応して有機炭素源の添加量を調整して処理水中のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度を設定した目標値とすることができるとともに、有機炭素源の過剰な添加を防止して適切な添加量を適切なタイミングで添加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における処理系を示す模式図である。
【図２】同実施の形態におけるＢＯＤ−ＳＳ負荷と回分脱窒速度との相関を示すグラフ図である。
【図３】同実施の形態におけるメタノール添加量の配分を示すグラフ図である。
【図４】同実施の形態における窒素濃度の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 第１無酸素タンク
２ 第１好気タンク
３ 第２無酸素タンク
４ 第２好気タンク
５ 送り管路
６ 返送管路
７ 原水供給管
８ アンモニウムイオンセンサー
９ メタノール供給管
１０ 送液ポンプ
１１ メタノール貯留槽
１２ 制御装置

Claims (1)

1. 無酸素タンクと好気タンクを有し、無酸素タンクに所定量の有機炭素源を添加して生物学的硝化脱窒を行う処理系において、
   単位処理期間中に無酸素タンク内の単位ＳＳ量に対する原水ＢＯＤの負荷量をＢＯＤ−ＳＳ負荷量として定義するとともに、単位時間帯に単位ＳＳ量から除去される窒素量を脱窒速度として定義して、前記生物学的硝化脱窒過程におけるＢＯＤ−ＳＳ負荷量と脱窒速度との相関式を求め、
   単位処理期間中の各単位時間帯毎に無酸素タンクへ供給する原水中のＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量を測定して単位処理期間におけるＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量の変動パターンを経験則として求めるとともに、測定したＮＯ_X ^-−Ｎ負荷量に対して所定時間経過後の処理水のＮＯ_X ^-−Ｎ濃度が所定値以下となるのに要する必要脱窒速度を求め、求めた必要脱窒速度を前記相関式に代入して各単位時間帯における必要有機炭素源量を求め、求めた必要有機炭素源量から原水中の原有機炭素源量を減算して必要脱窒速度を達成するのに要する有機炭素源の必要添加量を求め、求めた必要添加量を積算して処理系で単位処理期間中に要する有機炭素源の添加量の必要総量を求め、この必要総量を単位処理期間中の単位時間帯数で除算して有機炭素源の平均添加量を算出し、
   平均添加量の有機炭素源を添加した時の無酸素タンクのＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３以上であるか否かを各単位時間帯毎に判断し、Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を下回る単位時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を増加させ、Ｔ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３を上回る時間帯にはＴ−ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３となるように有機炭素源の添加量を低減させることで、各単位時間帯で添加する有機炭素源の添加量を調整するとともに、単位処理期間に添加する有機炭素源の総量を前記必要総量に抑制することを特徴とする脱窒用有機炭素源の効率的添加方法。

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