JP4340239B2 - 排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents
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Description
このような従来の技術としては、(特許文献1)に「酸化還元電位を利用して連続回分式の反応槽内の好気性状態と嫌気性状態の制御を行う排水処理方法及び排水処理装置」が開示されている。
図13は(特許文献1)に開示された従来の排水処理装置の模式図である。本排水処理装置による排水処理方法は、無酸素期間と好気期間とを交互に反応槽内に出現させる間欠曝気工程と、無酸素期間にだけ選択的に原水を導入して脱窒処理を行わせ、以後の好気期間において硝化反応が促進されるように反応槽内のpHを高める工程と、無酸素期間の終期には原水の供給を止めて硝酸塩を完全に脱窒する工程と、好気期間において原水中の窒素成分を硝化させる工程と、を備えている。また、本排水処理装置は、回分式の反応槽(R)と、ポンプ(P)を利用して原水貯留槽(T1)から反応槽(R)に原水を供給する流入水吸込管(301)と、反応槽(R)に配設された流出水排出装置(D)からポンプ(P)を利用して流出水を排出する流出水排出管(302)と、反応槽(R)内に配設され酸化還元電位を連続的に測定するORPプローブ(S2)と、好気期間において完全に硝化された時点を検知するpHプローブ(S1)と、反応槽(R)内に配設され好気期間の間空気を供給するブロア(B)と、反応槽(R)内に配設され無酸素期間の間槽内を混合する混合機(M)と、を備えている。
図14は(特許文献2)に開示された従来の排水処理装置の模式図である。本排水処理装置は、曝気タンク(401)と、曝気タンク(401)内に配設されアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素を各々測定する検出器(412、413、414)と、これらの測定値から硝化率を演算する演算器(415)と、この演算結果と目標硝化率設定器(416)の設定値とを比較し制御する調整システム(417)と、を備えている。
図15は(特許文献3)に開示された従来の排水処理装置の模式図である。本排水処理装置は、混合溶液(502)で満たされた生物反応タンク(501)と、生物反応タンク(501)内に配設され混合溶液をパイプ(504)を経てリターンパイプ(507)で流動させるポンプ(503)と、混合溶液を感知チャンバ(508)内に移動させるためソレノイドバルブ(505)を開放させるコンピュータ(513)と、感知チャンバ(508)と生物反応タンク(501)の両方向に設置され感知チャンバ(508)及び生物反応タンク(501)内の微生物懸濁液(混合溶液)を撹拌する攪拌機(509)と、感知チャンバ(508)内のNADHの蛍光度変化を感知する感知プローブ(510)と、を備えている。
(1)(特許文献1)に開示の技術は、反応槽内の排水の酸化還元電位(ORP)やpHをORPプローブやpHプローブを用いて測定し、ORPやpHだけに基づいて排水の硝化状態や脱窒状態を検知し、反応槽を間欠的に曝気して無酸素期間と好気期間とを交互に出現させるため、排水にpHを増減させる物質や酸化還元物質等が含有されている場合には、pHやORPが排水の硝化状態や脱窒状態を正確に表していないため、ORPやpHだけを間欠運転の指標にするのは正確性に欠け、排水処理を安定して行うことができないという課題を有していた。
(2)硝化工程と脱窒工程とを別々に行うため無酸素期間と好気期間とを交互に反応槽内に出現させ、無酸素期間に原水が反応槽に導入されるので、単位時間当たりの原水の導入量が少なくなり排水処理量が減少し、全体の処理に支障をきたすという重大な問題点があるという課題を有していた。
(3)(特許文献2)に開示の技術は、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素を各々測定する検出器の測定速度が遅く、また測定感度が低いため、曝気タンク内の状態をリアルタイムで正確に検知することができず、排水処理の制御ができないという課題を有していた。
(4)(特許文献3)に開示の技術は、混合溶液のNADHの蛍光度変化を感知する感知プローブ(510)を備えているので、蛍光度が高いときには混合溶液内の微生物の代謝が活発で、蛍光度が低いときには代謝が乏しいという状態を把握することはできる。しかしながら、曝気装置と、微生物の代謝の状態から生物反応タンク内の状態を判断する判断装置と、を備えていないので、排水処理の制御ができないという課題を有していた。例えば、アンモニア性窒素が硝酸性窒素に転換される硝化段階が終了したという判断装置がない場合は、硝化時間が短いときには硝酸性窒素への転換が十分に進まず、硝化時間が長いときには脱窒段階で必要な炭素源も硝化段階で消耗されてしまうため、脱窒段階で多量の炭素源を供給しなければ脱窒ができなくなるという課題を有していた。また硝酸性窒素が窒素ガスに還元されて除去される脱窒段階が終了したという判断装置がない場合は、脱窒時間が長時間続くという課題を有していた。
(5)(特許文献4)に開示の技術は、曝気タンク内に収容された排水のNADH等の蛍光測定値が設定値に近づくように曝気タンク内の酸素濃度を連続的に調節するので、従来は排水の硝化だけに適用されていた曝気タンクを用いて硝化反応と脱窒反応と同時に行うことができる。しかしながら、曝気タンク内の排水は汚泥が懸濁した状態なので、蛍光測定値のばらつきが大きく、蛍光測定値が設定値に近づくように曝気タンク内の酸素濃度を連続的に調節するとばらつきが大きく安定性に欠け、排水処理を安定して行うことができないという課題を有していた。
(6)蛍光測定値は微生物の代謝の状態を反映しているが、これだけでは硝化及び脱窒の状態、例えば、脱窒及び硝化が終了しているのか、硝化に比べ脱窒が不十分な状態にあるのか、硝化に比べ脱窒が勝っている状態にあるのか等の詳細な状態を把握することができないので、好気性の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌という2種類の細菌群を単一の反応槽内に保持させ、硝化と脱窒をバランス良く両立させて全窒素濃度を低下させた処理水を得ることが困難であり、安定した水質の処理水を得るには熟練を要し操作性に欠けるという課題を有していた。
また、本発明は、硝化と脱窒をバランス良く両立させて全窒素濃度を低下させた処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れた排水処理方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載の発明は、生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う反応槽を備えた排水処理装置であって、前記反応槽内に配設され前記排水内の生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサと、前記反応槽内に配設され前記排水のpHを測定するpHセンサと、前記反応槽内に配設され前記排水の溶存酸素濃度を測定するDOセンサと、前記反応槽内の前記排水に酸素を供給する酸素供給部と、前記蛍光量を用いて演算された所定時間における蛍光変化量と前記pHを用いて演算された所定時間におけるpH変化量と前記溶存酸素濃度とに基づいて前記排水の硝化及び脱窒の反応段階を判断する反応段階判断部と、前記反応段階判断部が判断した前記反応段階に基づいて前記排水中の溶存酸素濃度が0.1〜0.9mg/Lの範囲になるように前記酸素供給部の運転を制御する制御部と、を備え、(a)前記溶存酸素濃度<DO閾値、前記pH変化量>pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき、前記反応段階判断部が前記反応段階を硝化未了と判断し、前記制御部が、前記酸素供給部が供給する酸素量を増加させ、(b)前記溶存酸素濃度>DO閾値、前記pH変化量<pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき、前記反応段階判断部が、前記反応段階を脱窒未了と判断し、前記制御部が、前記酸素供給部が供給する酸素量を減少させるものである構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
(1)蛍光量を用いて演算された所定時間における蛍光変化量とpHを用いて演算された所定時間におけるpH変化量と溶存酸素量とに基づいて排水の硝化及び脱窒の反応段階を判断する反応段階判断部と、反応段階判断部が判断した反応段階に基づいて酸素供給部の運転を制御する制御部と、を備えているので、反応槽内で脱窒及び硝化が終了しているのか、硝化に比べ脱窒が不十分な状態にあるのか、硝化に比べ脱窒が勝っている状態にあるのか等の詳細な状態を把握することができるため、好気性の硝化菌と嫌気性の脱窒菌という2種類の細菌群を単一の反応槽内に保持させ、硝化と脱窒をバランス良く両立させて安定した水質の処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れ、また作業者の熟練は必要でなくなり操作性に優れる。
(2)単一の反応槽内に懸濁させた微生物フロック内に硝化菌と脱窒菌を保持して、微生物フロックの外周部分で硝化を、微生物フロックの内部の酸素欠乏領域で脱窒を同時に行うことができるので、反応槽内に流入させた排水中の有機物を脱窒菌のエネルギー源及び炭素源として利用して微生物の活性を最適に維持することができ、また流入させた排水の量や水質が変動する等の負荷に対する耐性を高めることができ、排水処理を安定に行うことができる。
(3)溶存酸素濃度を低くした状態で硝化と脱窒を単一の反応槽内で同時に行うことができるため、硝化タンクと脱窒タンクを複数有する排水処理装置では硝化タンクと脱窒タンクとの間で排水を循環するポンプ等の付帯設備が必要となるが、それらの付帯設備や設備を駆動するエネルギーが不要になるため、現在運転されている排水処理場で維持管理費の大部分を占めている動力費を約20〜30%削減することができ省エネルギー性に優れる。
(4)簡便な条件式で反応槽内の反応段階を判断し反応状態を制御でき、装置構成を簡素化できるとともに応答性に優れ、さらに操作性に優れる。
排水処理工程においては、反応槽内の反応段階に応じて、好気性状態ではO2、無酸素状態ではNOx分子が電子受容体となる。特に、無酸素状態ではNOx分子である硝酸性窒素が、生物蛍光体から電子を受容して還元され窒素ガスとなり排水から除去され、生物蛍光体は酸化されるので、NOx分子の量や還元状態によって生物蛍光体の蛍光量が変化する。即ち、分子の酸化・還元反応による生物蛍光体の蛍光量の変化を、蛍光測定センサで測定して、反応槽内の硝化と脱窒の反応段階を把握することができる。
この構成により、以下のような作用が得られる。
(1)溶存酸素濃度、蛍光変化量及びpH変化量に基づいて反応槽内に供給する酸素量を制御するので、反応槽内の反応段階がどのような状態にあるのか、例えば脱窒及び硝化が終了しているのか、硝化に比べ脱窒が不十分な状態にあるのか、硝化に比べ脱窒が勝っている状態にあるのか等の状態に応じて必要な酸素量を供給することができ、好気性の硝化菌と嫌気性の脱窒菌という2種類の細菌群を単一の反応槽内に保持させ、硝化と脱窒をバランス良く両立させて安定した水質の処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れる。
請求項1に記載の発明によれば、
(1)反応槽内の詳細な状態を把握して、その状態に応じた制御がされるので、全窒素濃度を低下させた処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れ、また作業者の熟練は必要でなくなり操作性に優れた排水処理装置を提供することができる。
(2)反応槽内に流入させた排水中の有機物を脱窒菌のエネルギー源及び炭素源として利用して微生物の活性を最適に維持することができ、また流入させた排水の量や水質が変動する等の負荷に対する耐性を高めることができ、排水処理の安定性に優れた排水処理装置を提供することができる。
(3)従来の硝化タンクと脱窒タンクを複数有する排水処理装置に必須の循環ポンプ等の付帯設備が必要ないため、これらの付帯設備の動力費を削減することができ省エネルギー性に優れた排水処理装置を提供することができる。
(4)簡便な条件式で反応槽内の反応段階を判断し反応状態を制御でき、装置構成を簡素化できるとともに応答性に優れ、さらに操作性に優れた排水処理装置を提供することができる。
(1)硝化と脱窒をバランス良く両立させて全窒素濃度を低下させた処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れた排水処理方法を提供することができる。
(実施の形態1)
図1は本発明の排水処理装置を用いた排水処理システムを示すフローシートであり、図2は排水処理装置の反応槽の模式図であり、図3は反応段階判断装置の正面図である。
図1において、1は排水中の粗大浮遊物等の粗大夾雑物を除去するスクリーン、2はスクリーン1の下流に配設され砂等の固形物質等を沈降分離させる沈砂池、3は沈砂池2の下流に配設され排水の流量及び濃度を調整し処理に適するように最適化する流量調整槽、4は流量調整槽3の下流に配設され排水の懸濁物質等を沈降させて分離する最初沈殿池、5は最初沈殿池4の下流に配設され排水が嫌気状態で活性汚泥形態の微生物と一緒に撹拌されてリンが放出される嫌気槽、6は嫌気槽5の下流に配設され硝化菌と脱窒菌が形成する微生物フロックに排水の有機物が固定され硝化及び脱窒,リンの固定化が行われる反応槽、7は排水の有機物が固定化された微生物フロックが沈降し固液分離される最終沈殿池であり、最終沈殿池7に沈降した汚泥(微生物フロック)は嫌気槽5及び反応槽6に返送され、一部は後述する濃縮槽9に移送される。8は最終沈殿池7で固液分離された液体が消毒され河川等に放流される消毒及び放流槽、9は最初沈殿池4及び最終沈殿池7から移送された汚泥が濃縮される濃縮槽、10は濃縮槽9で濃縮された汚泥が貯留され処理される汚泥処理槽であり、処理された汚泥は脱水後廃棄される。
なお、排水の種類等に応じて、流量調整槽3や最初沈殿池4を省略して排水処理システムを構成して運転することも可能である。この場合は、沈砂池2から流出した排水が最初沈砂池4に直接流入されるように、又は、流量調整槽3から流出した排水が嫌気槽5に直接流入されるように、配管を連結して排水処理システムが構成される。
100は反応槽6内に配設され排水内の微生物フロックが産生する生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサである。本実施の形態では、蛍光測定センサ100は、340nmの波長の紫外線を照射するための図示しない発光部材と、発光部材に光ファイバケーブルで繋がれて図示しない光源窓を通じて光を発散させる図示しない伝達部材と、排水中の生物蛍光体が励起して発光される光を検出し、検出した波長を電気的信号に変換する図示しない検出部材と、を備えている。なお、蛍光測定センサ100の本体は耐酸性に優れるステンレス製等で形成され、伝達部材は耐衝撃性に優れるエンジニアリング樹脂で形成され、光源窓は透過性及び耐摩耗性に優れる石英で形成されている。また、変換された電気的信号は、パルス信号で伝達されるのが好ましい。微生物や日光等による測定誤差を少なくできるからである。
101は反応槽6内に配設され排水の水素イオン濃度を測定するpHセンサ、102は反応槽6内に配設され排水の溶存酸素濃度を測定するDOセンサ、103は蛍光測定センサ100,pHセンサ101,DOセンサ102が接続され蛍光測定センサ100が測定した蛍光量を用いて所定時間における蛍光変化量を演算し、pHセンサ101が測定したpHを用いて所定時間におけるpH変化量を演算し、DOセンサ102が測定した溶存酸素濃度と蛍光変化量とpH変化量とに基づいて排水の硝化及び脱窒の状態を判断する反応段階判断部が内蔵された反応段階判断装置、104は反応段階判断部に接続され反応段階判断部が判断した反応段階に基づいて後述する酸素供給部やミキサー108の運転を制御する制御部である。なお、本実施の形態においては、反応段階判断装置103の外部に制御部104が接続された状態を説明したが、反応段階判断装置103の内部に制御部104を組み込み一体化させてもよい。
105は反応槽6の底面又は側面に配設された散気管、106は散気管105から反応槽6内に供給される酸素量や空気量を制御する自動制御弁、107は酸素や空気を散気管105に送る可変ブロワである。散気管105,自動制御弁106,可変ブロア107が酸素供給部を構成している。108は反応槽6の底面又は側面に配設され反応槽6内の排水を撹拌するミキサーである。
反応段階判断装置103の外箱は、防水が可能で腐食が起きないPVC等の材質で製作されることが望ましい。また、表示部111には反応段階の状態を表示する文字とランプで構成され、ランプは各反応段階が一目でわかるように異なる色のランプを使うのが望ましく、必要によって高輝度のLEDを使うこともできる。
反応段階判断装置103の内箱は、演算プログラムが記録された反応段階判断部が収納されるように空間及び位置が確保されており、内箱の一側面には反応段階判断部及びその他の部品に電源が供給できるように電源供給端子112と連通されるよう孔部が形成されている。
反応段階判断部に記録された演算プログラムは、微生物の活動能力を反映する蛍光量を測定する蛍光測定センサ100,反応槽6内の排水の水素イオン濃度を測定するpHセンサ101で測定され入力された信号に基づき、蛍光変化量及びpH変化量を演算する多数の数式と、反応槽6内の排水の溶存酸素濃度を測定するDOセンサ102で測定された信号と蛍光変化量及びpH変化量に基づき、反応槽6がどのような反応段階にあるかを判断するための条件式で構成されている。また、演算プログラムは、蛍光測定センサ100,pHセンサ101,DOセンサ102から入力された信号の演算及び判断以外に、これらの値がどんな反応段階を現わすかどうかを表示部111に表示する表示方法に対する内容も含んでいる。
図4は反応段階判断部がpH変化量を演算するフローチャートであり、図5は反応段階判断部が蛍光変化量を演算するフローチャートであり、図6は反応段階を判断するフローチャートであり、反応段階判断部が演算した状態量であるpH変化量及び蛍光変化量、溶存酸素濃度を条件式に代入して反応段階を判断する手順を示している。
反応段階判断部は、図4に示すように、演算に必要な変数Ad1,Ad2,Avg1,N及びpHを“0”に初期化した後(S1)、pHセンサで測定されるpH値を所定時間毎(本実施の形態においては5秒毎)にサンプリングする。5秒毎に1ずつ増加するサンプリング回数をNに保存して、サンプリングされたpH値は累積しAd2に保存する(S2)。ここで、Ad1は5秒毎のpHの測定値、Ad2はpHの測定値の累積値、Nはサンプリング回数(累積回数)であり本実施の形態では0〜120である。
N=120になるまでこの状態が繰り返され、N=120になると(即ち10分間が経過すると)、10分間にサンプリングされた120個のpH値の平均値(Avg1)を計算するとともに、新たに計算された平均値(Avg1)から、過去10分間の平均値(Avg2)を減じてpH変化量(ΔpH)が演算される(S3)。次に、pH変化量(ΔpH)と平均値(Avg1)を出力し(S4)、平均値(Avg1)は過去の平均値(Avg2)に置き換えられ、pH変化量の再演算のために回数(N)と変数Ad1,Ad2が“0”に初期化される(S5)。以上のようにして、繰り返しpH変化量(ΔpH)が演算され、演算されたpH変化量を用いて、後述する反応段階を判断するための条件式によって反応段階が判断され、リアルタイムで表示部111にその反応段階が表示される。
N=120になるまでこの状態が繰り返され、N=120になると(即ち10分間が経過すると)、10分間にサンプリングされた120個の蛍光量の平均値(Avg1)を計算するとともに、新たに計算された平均値(Avg1)から、過去10分間の平均値(Avg2)を減じて蛍光変化量(ΔBPA)が演算される(S8)。次に、蛍光変化量(ΔBPA)と平均値(Avg1)を出力し(S9)、平均値(Avg1)は過去の平均値(Avg2)に置き換えられ、蛍光変化量の再演算のために回数(N)と変数Ad1,Ad2が“0”に初期化される(S10)。以上のようにして、繰り返し蛍光変化量(ΔBPA)が演算され、演算された蛍光変化量を用いて、後述する反応段階を判断するための条件式によって反応段階が判断され、リアルタイムで表示部111にその反応段階が表示される。
なお、サンプリング回数、サンプリング間隔等は、排水の種類等に応じて適宜選択することができる。
なお、本実施の形態においては、反応段階を判断するための各閾値として、DO閾値を0.6mg/L、pH閾値を0.1、蛍光閾値を0.2ppbとした。これらの各閾値は、本発明者らが実験により求めた最適値であるが、排水の種類等に応じて、排水処理効率が高くなるように適宜これらの閾値を修正することができる。但し、DO閾値は、高くても0.9mg/Lにするのが望ましい。DOが0.9mg/Lより高くなると反応槽内で脱窒不良が発生し易くなるからである。
初めに、外部から流入された排水中の粗大夾雑物がスクリーン1によって除去される(濾過工程)。次に、スクリーン1を通過した排水の砂成分が、流速が低い沈砂池2で除去される(沈砂工程)。次いで、沈砂池2から流入された排水が、流量調整槽3において流量及び濃度が調整されて次工程に供給される(供給工程)。次いで、流量調整槽3から供給された排水に含まれた浮遊物質が最初沈殿池4で比重差によって除去される(1次沈殿工程)。次に、最初沈殿池4から流入された排水から、嫌気槽5でリンが放出される(脱リン工程)。次いで、反応工程では、嫌気槽5から連続的に流入された排水が、反応槽6において、微生物フロックと連続的若しくは間欠的に供給された酸素によって有機物の除去、連続的な脱窒及び硝化が行われ、リンは固定化反応を通じて汚泥形態に変換される。反応槽6内の微生物活性を極大化するためにDO濃度が0.6mg/L未満になるように運転しながら、各センサから入力された信号を用いて反応段階判断部が演算し、pH変化量が0.1未満、蛍光変化量が0.2ppb未満に維持されるように制御部104が酸素供給量を調節して、脱窒及び硝化を誘導する。次に、反応槽6から流入された処理水と汚泥が、最終沈殿池7で重力沈降によって固液分離される(2次沈殿工程)。次に、最終沈殿地7で固液分離された処理水の中の上層水を消毒及び放流槽8に流入し、殺菌した後放流される(消毒及び放流工程)。なお、最終沈殿池7で沈殿した汚泥は、返送ポンプ11によって嫌気槽5及び反応槽6に返送され、汚泥の一部と最初沈殿池4から流入された汚泥が濃縮槽9に移送される(返送工程)。濃縮槽9に移送された汚泥は、重力濃縮された後、汚泥処理槽10を通じて脱水されて廃棄される(廃棄工程)。
なお、本実施の形態における排水処理装置の反応槽6では、DO濃度が0.2〜0.6mg/L、蛍光量が0〜100ppb、pHが5.5〜7.5になるように運転状態が維持されて連続的な脱窒及び硝化が行われる。反応槽6内に硝化菌と脱窒菌を保持して排水処理効率を高めるためである。
(1)蛍光量を用いて演算された所定時間における蛍光変化量とpHを用いて演算された所定時間におけるpH変化量と溶存酸素濃度とに基づいて排水の硝化及び脱窒の反応段階を判断する反応段階判断部と、反応段階判断部が判断した反応段階に基づいて酸素供給部の運転を制御する制御部104と、を備えているので、反応槽6内で脱窒及び硝化が終了しているのか、硝化に比べ脱窒が不十分な状態にあるのか、硝化に比べ脱窒が勝っている状態にあるのか等の詳細な状態を把握することができるため、好気性の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌という2種類の細菌群を単一の反応槽6内に保持させ、硝化と脱窒をバランス良く両立させて全窒素濃度を低下させた処理水を容易に得ることができ処理水の水質の安定性に優れ、また作業者の熟練は必要でなくなり操作性に優れる。
(2)単一の反応槽6内に懸濁させた微生物フロック内に硝化菌と脱窒菌を保持して、微生物フロックの外周部分で硝化を、微生物フロックの内部の酸素欠乏領域で脱窒を同時に行うことができるので、反応槽6内に流入させた排水中の有機物を脱窒菌のエネルギー源及び炭素源として利用して微生物の活性を最適に維持することができ、また流入させた排水の量や水質が変動する等の負荷に対する耐性を高めることができ、排水処理を安定に行うことができる。
(3)溶存酸素濃度を低くした状態で硝化と脱窒を単一の反応槽6内で同時に行うことができるため、硝化タンクと脱窒タンクを複数有する排水処理装置では必須の循環ポンプ等の付帯設備や設備を稼働させるエネルギーが必要ないため、現在運転されている排水処理場で維持管理費の大部分を占めている動力費を約20〜30%削減することができ省エネルギー性に優れる。
(4)反応段階判断部を用いて可変ブロワ107,自動制御弁106、ミキサー108の運転をリアルタイムに近い状態で制御されるので、流入水量や水質の変化が生じても自動運転が可能で操作性に優れる。
(5)反応段階判断装置103が表示部111を有しているので、反応段階と排水処理装置の運転状態を視覚的に確認することができる。
(6)反応槽6が嫌気槽5の下流に配設されているので、反応槽6内の溶存酸素濃度を0.6mg/L程度の低濃度に維持することができ安定性に優れる。
(7)簡便な条件式で反応槽6内の反応段階を判断し反応状態を制御でき、装置構成を簡素化できるとともに応答性に優れ、さらに操作性に優れる。
(実施例1)
実施の形態1で説明した排水処理装置を、排水の滞留時間が5.2時間、反応槽内のMLSS(浮遊固形分)が3000〜4000mg/L、反応槽内のDO濃度が0.6mg/L以下、最終沈殿池からの汚泥返送率が50〜100%になるような状態で運転し、排水処理を行った。
図7は排水処理を行った9日目までの反応槽内の排水のpH及び蛍光量を記録した図である。
図7に示すように、反応槽内の蛍光量及びpHは、処理を開始してから3日目位までは約1日の周期で大きく増減したが、4日目頃からほぼ安定した。
なお、蛍光量及びpHが1日目の終わりから増加し始め2日目の初めから減少したのは、反応槽内に流入した排水の有機物をエネルギー源と炭素源として脱窒菌の代謝が活発化し、微生物フロック内の酸素欠乏領域が大きくなり、硝化不良の状態になったことを示している。この場合、本発明の排水処理装置は、反応段階判断部が“硝化未了”と判断し、制御部が可変ブロワの回転数を増加させる等の手段によって、反応槽内の溶存酸素濃度を高め硝化を促進させた。4〜6日目にかけては“脱窒終了及び硝化終了”の反応段階であり、蛍光量及びpHが安定した。6日目の後半以降のようにpH変化量は大きくないが蛍光変化量が大きい場合には、反応段階判断部は“脱窒未了”と判断し、制御部が可変ブロワ の回転数を減らす等の手段によって、反応槽内の溶存酸素濃度を低下させ脱窒を促進させた。
以上のように本実施例によれば、反応槽に蛍光測定センサとpHセンサとDOセンサとを備え、単一の反応槽内に懸濁させた微生物フロック内に保持された硝化菌及び脱窒菌を用い、蛍光変化量及びpH変化量を指標にして硝化と脱窒をバランス良く行わせることができるので、微生物の活性を最適に維持することができるとともに、流入させた排水の量や水質が変動する等の負荷に対する耐性を高めることができ、排水処理を安定に行うことができることが明らかになった。
図8は脱窒及び硝化が終了した状態を示す模式図である。pH、蛍光量、DOがそれぞれ一定の範囲内にあり、増加傾向や減少傾向がみられない状態を示している。
図8に示す反応状態においては、硝化不良によるpHの増加がみられず、脱窒不良によって生物蛍光体が過剰になることによる蛍光量の増加がみられないので、反応槽内では脱窒及び硝化がバランス良く行われ、それらの反応が終了したことを示している。
図9に示す状態においては、DO濃度が0.6mg/Lで維持されて硝化が活発に行われ、アンモニア性窒素が酸化され硝酸性窒素が生成されるためpHが減少している。また、微生物フロックの内部の酸素欠乏領域で、硝酸性窒素が還元され窒素ガスが生成されるのに生物蛍光体が消耗され蛍光量が減少しており、硝酸性窒素の生成量より還元された硝酸性窒素の量が少なく、硝化に比べ脱窒が不十分な状態を示している。
図10に示す状態においては、DO濃度が低下して硝化不良になることによりアンモニア性窒素から硝酸性窒素への転換量が減少するためpHが増加し、また生成された硝酸性窒素の量が少ないため生物蛍光体が消耗される量が少なくなり蛍光量が増加している。
図11に示す状態においては、酸素供給部によって反応槽内に酸素が十分に供給され、アンモニア性窒素が酸化され硝酸性窒素が生成されるためpHが減少している。排水中のアンモニア性窒素が減少するにつれて酸素が過剰になり、反応槽内のDO濃度が増加するにつれて微生物フロック内が酸素に富み内部の酸素欠乏領域が小さくなり、脱窒菌の代謝が乏しく硝酸性窒素の還元量が減少し脱窒不良になる傾向がみられ、生物蛍光体の消耗量が少なくなり蛍光量が増加している。
図12に示す状態においては、排水中の硝酸性窒素の全て乃至は大部分が還元されて窒素ガスに転換されて脱窒が終了し、生物蛍光体の消耗量が激減したことによって余剰の生物蛍光体が発生し蛍光量が急激に増加し、また硝化及び脱窒が終了したことにより排水中のOH−イオンが微生物に消費されなくなるためpHが急激に増加している。
実施例1で説明した蛍光測定センサ、pHセンサ及びDOセンサを反応槽内に配設し、酸素供給部、反応段階判断部及び制御部を備えた排水処理装置を用いて排水処理を行った。排水処理を行う前の流入水、排水処理後の処理水(反応槽で処理された後、最終沈殿池に流出される排水)のアンモニア性窒素(NH3−N)、亜硝酸性窒素(NO2−N)、硝酸性窒素(NH3−N)及び全窒素(T−N)の濃度(mg/L)を測定し、流入水を処理したことで除去された全窒素の濃度(mg/L)を流入水の全窒素の濃度で除して処理効率(%)を求めた。
(比較例1)
特許文献1の間欠曝気方式を用いた反応槽を用い、反応段階判断部及び制御部を備えていない以外は、実施例2と同一の容積等を有する排水処理装置を用いて、実施例2と同一の条件で運転し排水処理を行った。実施例2と同様に、比較例1の排水処理装置を用いて排水処理された処理水についても、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素及び全窒素の濃度を測定し、処理効率(%)を求めた。
この結果を(表1)に示す。
2 沈砂池
3 流量調整槽
4 最初沈殿池
5 嫌気槽
6 反応槽
7 最終沈殿池
8 消毒及び放流槽
9 濃縮槽
10 汚泥処理槽
10a 返送ライン
11 汚泥返送ポンプ
12 汚泥廃棄バルブ
100 蛍光測定センサ
101 pHセンサ
102 DOセンサ
103 反応段階判断装置
104 制御部
105 散気管
106 自動制御弁
107 可変ブロワ
108 ミキサー
110 窓
111 表示部
112 電源供給端子
113 入力端子
Claims (2)
- 生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う反応槽を備えた排水処理装置であって、
前記反応槽内に配設され前記排水内の生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサと、前記反応槽内に配設され前記排水のpHを測定するpHセンサと、前記反応槽内に配設され前記排水の溶存酸素濃度を測定するDOセンサと、前記反応槽内の前記排水に酸素を供給する酸素供給部と、前記蛍光量を用いて演算された所定時間における蛍光変化量と前記pHを用いて演算された所定時間におけるpH変化量と前記溶存酸素濃度とに基づいて前記排水の硝化及び脱窒の反応段階を判断する反応段階判断部と、前記反応段階判断部が判断した前記反応段階に基づいて前記排水中の溶存酸素濃度が0.1〜0.9mg/Lの範囲になるように前記酸素供給部の運転を制御する制御部と、を備え、(a)前記溶存酸素濃度<DO閾値、前記pH変化量>pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき、前記反応段階判断部が前記反応段階を硝化未了と判断し、前記制御部が、前記酸素供給部が供給する酸素量を増加させ、(b)前記溶存酸素濃度>DO閾値、前記pH変化量<pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき、前記反応段階判断部が、前記反応段階を脱窒未了と判断し、前記制御部が、前記酸素供給部が供給する酸素量を減少させることを特徴とする排水処理装置。 - 反応槽内の排水の硝化及び脱窒を生物処理によって同時に行う反応工程を備えた排水処理方法であって、
前記反応工程において、前記排水中の溶存酸素濃度を0.1〜0.9mg/Lの範囲とした状態で、前記反応槽内の前記排水の溶存酸素濃度、前記排水内の生物蛍光体の蛍光量を用いて演算された所定時間における蛍光変化量、及び前記排水のpHを用いて演算された所定時間におけるpH変化量に基づいて、前記反応槽内に供給する酸素量を制御し、(a)前記溶存酸素濃度<DO閾値、前記pH変化量>pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき硝化未了と判断し、前記酸素供給部が供給する酸素量を増加させ、(b)前記溶存酸素濃度>DO閾値、前記pH変化量<pH閾値及び前記蛍光変化量>蛍光閾値のとき、前記反応段階判断部が、前記反応段階を脱窒未了と判断し、前記制御部が、前記酸素供給部が供給する酸素量を減少させることを特徴とする排水処理方法。
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