JP4229999B2 - 生物学的窒素除去装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝化菌もしくは脱窒菌の生物学的作用により被処理水中の窒素を除去する生物学的窒素除去装置に係るもので、特にその制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
およそ、下水中に含まれるりんが湖沼や閉鎖性の強い湾内に流入し続けると、やがて濃度が過剰となり、アオコや赤潮などの有害な植物性プランクトンが発生する。これを富栄養化現象といい、近年、深刻な社会問題となっていることは周知の事実である。
ところで、「高度処理施設設計マニュアル(案)」(社団法人日本下水道協会、平成6年)にも記載されているように、下水中の窒素は、硝化菌と脱窒菌の機能を応用した生物学的窒素除去法によって処理することができる。
【0003】
そしてこの生物学的窒素除去法による水処理装置は、硝化処理槽と脱窒処理槽の2つの生物反応槽を備えている。すなわち、硝化処理槽では、好気性条件下で独立栄養細菌である亜硝酸細菌(主としてNitrosomomas)および硝化細菌(主としてNitrobacter)が無機性窒素を酸化し、増殖のためのエネルギーを得る。これらの反応を化学反応式で表すと、次のようになる。
【化1】
したがって、硝化細菌による硝化反応は、上記式を組み合わせて総括的には次のように表すことができる。
【化2】
【0004】
硝化反応にて硝化された被処理水が脱窒処理槽に送り込まれると、無酸素条件下で通性嫌気性細菌である脱窒細菌による硝酸性呼吸あるいは亜硝酸性呼吸が行なわれる。無酸素状態における呼吸反応は次の式で表される。
【化3】
この結果、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は窒素ガスに還元され、下水中に含まれる窒素が除去される。
【0005】
図10は従来の生物学的窒素除去装置の一例を示す構成図である。図10において、生物学的窒素除去装置は、処理の対象とする流入水が流入する脱窒処理槽41と、この脱窒処理槽41を通過後の被処理水が流入する硝化処理槽42と、曝気処理された被処理水から活性汚泥を沈降分離して処理水として流出させる最終沈澱池43と、硝化処理槽42に空気を送る曝気装置44と、汚泥を返送するための返送汚泥ポンプ45と、余剰汚泥を抜き出すための余剰汚泥ポンプ46により構成されている。
aは系外から脱窒処理槽41へ被処理水が導かれる配管、bは硝化処理槽42と最終沈澱池43とを結合する配管、cは最終沈澱池から系外へ処理水を流出させるための配管である。dは最終沈澱池43に沈澱した汚泥を引抜くための配管であり、途中で配管eならびに配管fに分岐し、配管eは系外へ、配管fは脱窒処理槽41へと接続される。
【0006】
次に動作について説明する。流入下水中の窒素は、大部分がアンモニア性窒素として含まれている。このアンモニア性窒素を含む流入水が、配管aを介して脱窒処理槽41を経て硝化処理槽42に流れ込むと、曝気装置44による酸素の供給が行われ、硝化細菌により硝酸性窒素、亜硝酸性窒素に酸化される。次に硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を含む活性汚泥は、配管bを介して最終沈澱池43に流入し、ここで汚泥が重力沈降で分離されて、処理水が得られ、この処理水は配管cを介して系外へ放流される。分離された汚泥は、配管dを介して引抜かれた後、大部分が返送汚泥ポンプ45により返送汚泥として配管fを介して脱窒処理槽41に返送されるが、その一部は余剰汚泥ポンプ46により、余剰汚泥として、配管eを介して系外へ引き抜かれる。返送汚泥として脱窒処理槽41へ返送された被処理水に含まれる硝酸性窒素、亜硝酸性窒素は、脱窒処理槽41にて脱窒細菌による脱窒が行われることで、窒素ガスとして除去される。
【0007】
ところで、特開昭62−262797号公報には、生物学的窒素除去プロセスのうちの硝化プロセスにかかる制御装置の一例が示されている。図11はその構成図を示すものであり、図11において、図10と同一符号は同一または相当部分を示している。ここで曝気槽47は上記硝化処理槽42に相当する。48は曝気槽47の末端付近に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、49は曝気槽47に取り付けられた溶存酸素濃度計、50はアンモニア性窒素濃度計48及び溶存酸素濃度計49の信号に基づいて曝気装置44の出力を制御するコントローラであり、信号線48aを介してアンモニア性窒素濃度計48と、信号線49aを介して溶存酸素濃度計49と、信号線44aを介して曝気装置44と接続されている。
【0008】
次に動作について説明する。曝気槽47末端でのアンモニア性窒素濃度はアンモニア性窒素濃度計48で計測され、信号線48aを介してコントローラ50に送られる。また、曝気槽47内の溶存酸素濃度は溶存酸素濃度計49で計測され、信号線49aを介してコントローラ50に送られる。コントローラ50では、上記アンモニア性窒素濃度の計測値が予め定めた目標値となるように、溶存酸素濃度の設定値を演算する。さらに、上記溶存酸素濃度の計測値が、上記溶存酸素濃度の設定値となるように、曝気槽47への曝気量を調節する。コントローラ50からの出力は信号線44aを介して曝気装置44に伝えられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の生物学的窒素除去装置の制御装置は以上のように構成されているので、硝化処理後のアンモニア性窒素濃度をもとに硝化処理槽への曝気量を調節していた。しかし、硝化反応は有機物除去反応などに比べて速度が遅く、また家庭排水を主とする一般下水は流量が著しく変動する。すなわち、アンモニア性窒素濃度の値だけを用いて曝気量を決定するのでは、流量が多いときは曝気量が不足がちになり、逆に流量が少ないときは曝気量が過剰がちになるため、アンモニア性窒素濃度を所定の値に保つことは難しいという問題点があった。
【0010】
また、従来の生物学的窒素除去装置の制御装置においては、硝化処理後のアンモニア性窒素濃度を一定に保つことを目的としていた。しかし、降雨などの影響により流量が著しく増大した場合は、処理水のアンモニア性窒素濃度を通常流量時の値に保てたとしても、河川などに放流される窒素の絶対量が増大するので、環境へのダメージを防止できないという問題点があった。
【0011】
また、硝化処理を経て脱窒処理した後の硝酸性窒素を低いレベルに維持しなければ、真に良質な水質が得られたとは言えず、硝化プロセスだけでなく脱窒プロセスの制御装置も必要であるという問題点があった。
【0012】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、生物学的窒素除去装置における硝化処理ならびに脱窒処理を適切に制御することにより、汚濁物中の窒素成分を常に良好に除去し、良好な水質を確保することのできる、生物学的窒素除去装置の制御装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る生物学的窒素除去装置は、処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、汚泥を脱窒処理槽に返送させる手段と、汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けたものであって、更に硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施形態を図について説明する。
図1は実施の形態1による生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図であり、図において、生物学的窒素除去装置は処理の対象とする流入水が流入する脱窒処理槽1と、この脱窒処理槽1を通過後の被処理水が流入する硝化処理槽2と、曝気処理された被処理水から活性汚泥を沈降分離して処理水として流出させる最終沈澱池3と、硝化処理槽2に空気を送る曝気装置4と、汚泥を返送するための返送汚泥ポンプ5と、余剰汚泥を抜き出すための余剰汚泥ポンプ6により構成されている。
aは系外から脱窒処理槽1へ被処理水が導かれる配管、bは硝化処理槽2と最終沈澱池3とを結合する配管、cは最終沈澱池3から系外へ処理水を流出させるための配管である。dは最終沈澱池3に沈澱した汚泥を引抜くための配管であり、途中で配管eならびに配管fに分岐し、配管eは系外へ、配管fは脱窒処理槽1へと接続される。
なお、以上は図25に示した従来装置と同様である。
【0016】
本実施形態においては、更に、硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量を、放流水中のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、7は配管cに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、8は同じく配管cに取り付けられた流量計である。9は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、10は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線7aを介してアンモニア性窒素濃度計7と、信号線8aを介して流量計8と、信号線9aを介して設定器9と、また信号線4aを介して曝気装置4と接続されている。
【0017】
なお、本実施形態において、流量計8とアンモニア性窒素濃度計7との位置関係について何ら限定するものではなく、同図と反対に、アンモニア性窒素濃度計7が上流側に、流量計8が下流側に配置されても全く問題はない。更に、アンモニア性窒素濃度濃度計7を別の場所に配置し、配管cから採水するようにしてもよい。同様に、流量計8を配管aに設置し、流入水量を計測するようにしてもよい。
【0018】
次に動作について説明する。硝化処理槽2からの放流水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計7で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線7aならびに信号線8aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器9に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線9aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、硝化処理槽2からの放流水中のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水の流量から放流アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【0019】
放流アンモニア性窒素量は、例えば式(1.1)に従って演算する。
NH4out=Qout×C1 (1.1)
ここに、
NH4out:放流アンモニア性窒素量
Qout :放流水量
C1 :放流水中のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば式(1.2)に従って演算する。
Qair=Qair0+K1(NH4out−NH4out1) (1.2)
ここに、
Qair :曝気量
Qair0 :定数
K1 :定数
NH4out1 :放流アンモニア性窒素量の目標値
【0020】
コントローラ10の出力は信号線4aを介して曝気装置4に伝えられる。
これにより、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも大きい場合は、曝気量を増大させ、硝化が促進される。逆に、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0021】
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2を図に基づいて説明する。図2は実施の形態2に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量を、硝化処理槽2末端のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
【0022】
図において、13は硝化処理槽2末端に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、8は同じく配管cに取り付けられた流量計である。9は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、10は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線13aを介してアンモニア性窒素濃度計13と、信号線8aを介して流量計8と、信号線9aを介して設定器9と、また信号線4aを介して曝気装置4と接続されている。
本実施形態においては、流量計8とアンモニア性窒素濃度計13の位置について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計13を別の場所に設置し、硝化処理槽2もしくは配管bから採水するようにしてもよい。更に流量計8を配管aに設置し、流入水量を計測してもよい。
【0023】
次に動作について説明する。硝化処理槽2からの放流水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計13で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線13aならびに信号線8aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器9に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線9aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、硝化処理槽2末端のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水の流量からアンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【0024】
放流アンモニア性窒素量は、例えば式(2.1)に従って演算する。
NH4out=Qout×C2 (2.1)
ここに、
NH4out :放流アンモニア性窒素量
Qout :放流水量
C2 :硝化処理槽末端のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態1における式(1.2)に従って演算する。
コントローラ10の出力は信号線4aを介して曝気装置4に伝えられる。
これにより、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも大きい場合は、曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に放流アンモニア性窒素量が目標値よりも小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0025】
実施の形態3.
以下、本発明の実施の形態3を図に基づいて説明する。図3は実施の形態3に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量を、流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、14は配管aに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、15は同じく配管aに取り付けられた流量計である。
【0026】
9は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、10は硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線14aを介してアンモニア性窒素濃度計14と、信号線15aを介して流量計15と、信号線9aを介して設定器9と、また信号線4aを介して曝気装置4と接続されている。
なお、本実施形態において、流量計15とアンモニア性窒素濃度計14との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計14が上流側、流量計15が下流側でも全く問題はない。又アンモニア性窒素濃度計14を別の場所に設置し、配管aから採水するようにしてもよく、更に、流量計15を配管cに設置し、放流水量を計測してもよい。
【0027】
次に動作について説明する。硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計14で、流入水の流量は流量計15で計測され、それぞれ信号線14aならびに信号線15aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器9に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線9aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【0028】
流入アンモニア性窒素量は、例えば式(3.1)に従って演算する。
NH4in=Qin×C3 (3.1)
ここに、
NH4in :流入アンモニア性窒素量
Qin :流入水量
C3 :流入水中のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば式(3.2)に従って演算する。
Qair=Qair0+K3(NH4in−NH4out1) (3.2)
ここに、
Qair :曝気量
Qair0 :定数
K3 :定数
NH4out1 :放流アンモニア性窒素量の目標値
【0029】
コントローラ10の出力は信号線4aを介して曝気装置4に伝えられる。
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0030】
実施の形態4.
以下、本発明の実施の形態4を図に基づいて説明する。図4は実施の形態4に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量を、脱窒処理槽1前段のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、16は脱窒処理槽1前段に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、15は配管aに取り付けられた流量計である。
【0031】
9は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器である。10は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線16aを介してアンモニア性窒素濃度計16と、信号線15aを介して流量計15と、信号線9aを介して設定器9と、また信号線4aを介して曝気装置4と接続されている。
なお、本実施形態において、流量計15とアンモニア性窒素濃度計16との位置について何ら限定するものではない。アンモニア性窒素濃度計16を別の場所に設置し、脱窒処理槽1から採水するようにしてもよい。又、流量計15を配管cに設置し、放流水量を計測してもよい。
【0032】
次に動作について説明する。硝化処理槽2へ流入する流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計16で、流入水の流量は流量計15で計測され、それぞれ信号線16aならびに信号線15aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器9に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線9aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、脱窒処理槽1前段のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
流入アンモニア性窒素量は、例えば式(4.1)に従って演算する。
NH4in=Qin×C4 (4.1)
ここに、
NH4in :流入アンモニア性窒素量
Qin :流入水量
C4 :脱窒処理槽前段のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態3における式(3.2)に従って演算する。
【0033】
コントローラ10の出力は信号線4aを介して曝気装置4に伝えられる。
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0034】
実施の形態5.
以下、本発明の実施の形態5を図に基づいて説明する。図5は実施の形態5に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量を、処理水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、20は配管cに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、8は同じく配管cに取り付けられた流量計である。
【0035】
18は脱窒処理槽1から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器で、21は脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線20aを介して硝酸性窒素濃度計20と、信号線8aを介して流量計8と、信号線18aを介して設定器18と、また信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計8と硝酸性窒素濃度計20の位置について何ら限定するものではなく、硝酸性窒素濃度計20が上流側、流量計8が下流側でも全く問題はない。また、硝酸性窒素濃度計20を別の場所に設置し、配管cから採水するようにしてもよく、更に、流量計8を配管aに設置し、流入水量を計測してもよい。
【0036】
次に動作について説明する。脱窒処理槽1への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計20で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線20aならびに信号線8aを介してコントローラ21に伝えられる。設定器18に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は、信号線18aを介してコントローラ21に伝えられる。コントローラ21では、放流水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【0037】
流入硝酸性窒素量は、例えば式(5.1)に従って演算する。
NO3in=Qout×C6 (5.1)
ここに、
NO3in :流入硝酸性窒素量
Qout :放流水量
C6 :放流水中の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば式(5.2)に従って演算する。
QRe=QRe0+K6(NO3in−NO3out1) (5.2)
ここに、
QRe :返送汚泥量
QRe0 :定数
K6 :定数(>0)
NO3out1 :放流硝酸性窒素量の目標値
コントローラ21の出力は信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5に伝えられる。
【0038】
これにより、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0039】
実施の形態6.
以下、本発明の実施の形態6を図に基づいて説明する。図6は実施の形態6に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量を、返送汚泥中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、24は配管fに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、8は配管cに取り付けられた流量計である。
【0040】
18は脱窒処理槽1から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器、25は脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線24aを介して硝酸性窒素濃度計24と、信号線8aを介して流量計8と、信号線18aを介して設定器18と、また信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計8ならびに硝酸性窒素濃度計24の位置について何ら限定するものではなく、流量計8を配管aに設置し流入水量を計測してもよい。
【0041】
次に動作について説明する。脱窒処理槽1への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計24で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線24aならびに信号線8aを介してコントローラ25に伝えられる。設定器18に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は信号線18aを介してコントローラ25に伝えられる。コントローラ25では、返送汚泥中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【0042】
流入硝酸性窒素量は、例えば式(6.1)に従って演算する。
NO3in=Qout×C7 (6.1)
ここに、
NO3in :流入硝酸性窒素量
Qout :放流水量
C7 :返送汚泥中の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態5における式(5.2)に従って演算する。コントローラ25の出力は信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5に伝えられる。
【0043】
これにより、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0044】
実施の形態7.
以下、本発明の実施の形態7を図に基づいて説明する。図7は実施の形態7に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量を、硝化処理槽2末端の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、28は硝化処理槽2末端に取り付けられた硝酸性窒素濃度計、8は配管cに取り付けられた流量計である。
【0045】
18は脱窒処理槽1から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器、29は脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線28aを介して硝酸性窒素濃度計28と、信号線8aを介して流量計8と、信号線18aを介して設定器18と、また信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計8と硝酸性窒素濃度計28の位置について何ら限定するものではない。硝酸性窒素濃度計28を別の場所に設置し、硝化処理槽2もしくは配管bから採水するようにしてもよい。又、流量計8を配管aに設置し流入水量を計測してもよい。
【0046】
次に動作について説明する。脱窒処理槽1への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計28で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線28aならびに信号線8aを介してコントローラ29に伝えられる。設定器18に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線18aを介してコントローラ29に伝えられる。コントローラ29では、硝化処理槽2末端の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【0047】
流入硝酸性窒素量は、例えば式(7.1)に従って演算する。
NO3in=Qout×C8 (7.1)
ここに、
NO3in :流入硝酸性窒素量
Qout :放流水量
C8 :硝化処理槽末端の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態5における式(5.2)に従って演算する。コントローラ29の出力は信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5に伝えられる。
【0048】
これにより、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し、脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【0049】
実施の形態8.
以下、本発明の実施の形態8を図に基づいて説明する。図8は実施の形態8に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量を、流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節し、加えて脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量を、処理水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
【0050】
図において、14は配管aに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、15は同じく配管aに取り付けられた流量計である。32は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、10は硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線14aを介してアンモニア性窒素濃度計14と、信号線15aを介して流量計15と、信号線32aを介して設定器32と、また信号線4aを介して曝気装置4と接続されている。
【0051】
また、20は配管cに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、8は同じく配管cに取り付けられた流量計であり、設定器32は脱窒処理槽1から放流される硝酸性窒素量の目標値も設定するように構成されている。21は脱窒処理槽1へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線20aを介して硝酸性窒素濃度計20と、信号線8aを介して流量計8と、信号線32bを介して設定器32と、また信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5と接続されている。
【0052】
なお、本実施形態においては、流量計15とアンモニア性窒素濃度計14との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計14が上流側、流量計15が下流側でも全く問題はない。又、アンモニア性窒素濃度計14を別の場所に設置し、配管aから採水するようにしてもよい。更に、流量計8と硝酸性窒素濃度計20との位置関係について何ら限定するものではなく、硝酸性窒素濃度計20が上流側、流量計8が下流側でも全く問題はない。又、硝酸性窒素濃度計20を別の場所に設置し、配管cから採水するようにしてもよい。また、流量の測定を行うのに、流量計8、流量計15のいずれか一方のみとしてもよい。
【0053】
次に動作について説明する。硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計14で、流入水の流量は流量計15で計測され、それぞれ信号線14aならびに信号線15aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器32に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線32aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
流入アンモニア性窒素量は、例えば実施の形態3における式(3.1)に従って演算する。
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態3における式(3.2)に従って演算する。コントローラ10の出力は信号線4aを介して曝気装置4に伝えられる。
【0054】
一方、脱窒処理槽1への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計20で、放流水の流量は流量計8で計測され、それぞれ信号線20aならびに信号線8aを介してコントローラ21に伝えられる。設定器32に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は、信号線32bを介してコントローラ21に伝えられる。コントローラ21では、放流水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素濃度量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
流入硝酸性窒素量は、例えば実施の形態5における式(5.1)に従って演算する。また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態14における式(5.2)に従って演算する。
コントローラ21の出力は信号線5aを介して返送汚泥ポンプ5に伝えられる。
【0055】
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できる。さらに、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し、脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽1に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
なお、本実施の形態は、実施の形態3と実施の形態5の組み合わせによるものであったが、実施の形態3の代わりに実施の形態4を、実施の形態5の代わりに実施の形態6あるいは実施の形態7を組み合わせる構成とすることも可能である。
【0056】
実施の形態9.
以下、本発明の実施の形態9を図に基づいて説明する。図9は実施の形態9に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、流入水量の変化傾向を流入水量から検知し、コントローラの出力を補正するように装置を構成したものである。
図において、14は配管aに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、15は同じく配管aに取り付けられた流量計である。
【0057】
9は硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、10は硝化処理槽2へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽2への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線14aを介してアンモニア性窒素濃度計14と、信号線15aを介して流量計15と、信号線9aを介して設定器9と接続されている。また、33は、コントローラ10からの出力を補正するための補正器であり、信号線33aを介してコントローラ10と、信号線15cを介して流量計15と、信号線33bを介して曝気装置4と接続されている。
【0058】
なお、本実施形態においては、流量計15とアンモニア性窒素濃度計14との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計14が上流側、流量計15が下流側でも全く問題はない。又、アンモニア性窒素濃度計14を別の場所に設置し、配管aから採水するようにしてもよく、更に、流量計15を配管cに設置し放流水量を計測してもよい。
【0059】
次に動作について説明する。硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計14で、流入水の流量は流量計15で計測され、それぞれ信号線14aならびに信号線15aを介してコントローラ10に伝えられる。設定器9に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線9aを介してコントローラ10に伝えられる。コントローラ10では、硝化処理槽2への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差ならびに補正器で演算された補正値に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【0060】
流入アンモニア性窒素量は、例えば実施の形態3における式(3.1)に従って演算する。また、曝気量の設定値は、例えば式(3.2)に従って演算する。また同時に流入水の流量は、流量計15で測定され、信号線15cを介して補正器33に伝えられる。補正器33では流入水量の変化傾向に応じて、コントローラ10の出力を補正する演算値を算出し、例えば式(9.1)に従って演算する。
HO=H0+Khosei(Qin−Qin-1) (9.1)
ここに、
HO :補正値
H0 :定数
Khosei :定数
Qin :現在の流入水量
Qin-1 :1ステップ前の流入水量
ここで、1ステップ前とは約30分〜2、3時間前を指す。
コントローラ10からの出力は補正器33において、例えば式(9.2)に従って補正される。
QairH=Qair×HO (9.2)
補正器33からの出力は信号線33bを介して曝気装置4に伝えられる。
【0061】
これにより、流入水量が増加する場合には、曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入水量が減少する場合には、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、流入水の流量の変化傾向を考慮することにより、必要な曝気量を過不足無くさらにいち早く硝化処理槽2に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
なお、本実施の形態は、流入水の流量の変化傾向をもとに補正値の演算を行ったが、流入水量の代わりに、硝化処理槽2の酸化還元電位値、溶存酸素値、MLSS値あるいは脱窒処理槽1の酸化還元電位値、溶存酸素値、MLSS値等により補正値を算出するようにした構成とすることも可能である。
又、図9においては、図3の装置に補正器を設けた場合について説明したが、図1、図2及び図4〜図8の各装置における流量計及びコントローラに補正器を設け出力量を補正してもよい。
【0062】
実施の形態10.
上記各実施の形態において、生物学的窒素除去装置への流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、流入水中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、流入水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【0063】
実施の形態11.
上記各実施の形態において、硝化処理槽2中もしくは硝化処理槽2からの放流水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、アンモニア性窒素濃度の代わりに硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成することもできる。すなわち、硝化処理槽2に流入するアンモニア性窒素量を既知とし、流入アンモニア性窒素量から放流される硝酸性窒素量を減じるように装置を構成することにより、放流されるアンモニア性窒素量を検知する。これにより各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0064】
実施の形態12.
上記各実施の形態において、硝化処理槽2中もしくは硝化処理槽2からの放流水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝化処理槽2もしくは放流水中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、硝化処理槽2もしくは放流水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【0065】
実施の形態13.
上記各実施の形態において、硝化処理槽2中もしくは硝化処理槽2からの放流水中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝酸性窒素濃度の代わりにアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成することもできる。すなわち、硝化処理槽2に流入するアンモニア性窒素量を既知とし、流入アンモニア性窒素量から放流されるアンモニア性窒素量を減じるように装置を構成することにより、放流される硝酸性窒素量を検知する。これにより各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0066】
実施の形態14.
上記各実施の形態において、硝化処理槽2中もしくは硝化処理槽2からの放流水中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝化処理槽2もしくは放流水中のアンモニア性窒素濃度が無視できる程度の場合、硝化処理槽2もしくは放流水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【0067】
実施の形態15.
上記各実施の形態において、脱窒処理槽1中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、脱窒処理槽1中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、脱窒処理槽1中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【0068】
実施の形態16.
上記各実施の形態において、脱窒処理槽1中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、脱窒処理槽1中のアンモニア性窒素濃度が無視できる程度の場合、脱窒処理槽1中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【0069】
実施の形態17.
上記実施の形態1〜9においては、流量計を備えて流入水量もしくは放流水量を計測するように構成したが、流入下水量の変動が小さい場合は、これを省略し、所定の流量を設定して必要な演算に用いるように装置を構成することもできる。
【0070】
実施の形態18.
上記各実施の形態においては、硝化処理槽2から放流されるアンモニア性窒素量の目標値もしくは硝酸性窒素量の目標値を設定するように装置を構成したが、基準となる放流水量ならびに目標とする放流水中のアンモニア性窒素濃度もしくは硝酸性窒素濃度を設定し、これらから上記放流アンモニア性窒素量を求めるように構成することもできる。
【0071】
実施の形態19.
上記各実施の形態においては、脱窒処理槽1ならびに硝化処理槽2から構成される生物学的窒素除去装置を対象とした制御装置について述べたが、脱窒処理槽1単独あるいは硝化処理槽2単独あるいは複数の脱窒処理槽1ならびに硝化処理槽2から構成される生物学的窒素除去装置についても、同様に制御装置を構成することができる。
【0072】
実施の形態20.
上記各実施の形態においては、曝気量、返送汚泥量を調節する生物学的窒素除去装置の制御装置について述べたが、脱窒処理の効果を高めるための炭素源を注入する装置を備え、この炭素源注入量を調節するように構成した生物学的窒素除去装置についても、また、硝化処理槽2から脱窒処理槽1へ循環する水路を備え、この循環水量を調節するように構成した生物学的窒素除去装置についても、同様に制御装置を構成することができる。
【0073】
実施の形態21.
上記各実施の形態においては、時間連続のアナログ式で構成したが、時間不連続のアナログ式(サンプル値式)やデジタル式で構成しても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【0074】
実施の形態22.
上記各実施の形態においては、制御回路構成を示したが、これを計算機内にプログラム化して実装しても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【0075】
実施の形態23.
上記各実施の形態においては、制御回路を閉ループで構成したが、制御目標値をオペレータに提示する運転支援システムとして構成することもできる。
【0076】
【発明の効果】
この発明による生物学的窒素除去装置によれば、処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、汚泥を脱窒処理槽に返送させる手段と、汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けたものであって、更に硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたので、装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態2による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態3による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態4による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態5による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態6による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図7】 この発明の実施の形態7による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態8による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図9】 この発明の実施の形態9による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図10】 従来の生物学的窒素除去装置を示す構成図である。
【図11】 従来の生物学的窒素除去装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 脱窒処理槽、2 硝化処理槽、3 沈澱池、4 曝気装置、5 返送汚泥ポンプ、6 余剰汚泥ポンプ、7,13 アンモニア性窒素濃度計、8 流量計、9 設定器、10 コントローラ。
Claims (2)
- 処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、上記汚泥を上記脱窒処理槽に返送させる手段と、上記汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けた生物学的窒素除去装置において、上記硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、上記計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去装置。
- 硝化処理槽からの流出水量に基づき、曝気量を調節する手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の生物学的窒素除去装置。
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