JP4579450B2 - オキシデーションディッチの運転制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水中の窒素分を除去するオキシデーションディッチの運転制御方法に関し、特に、その溶存酸素量の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
生物学的な汚水の処理方法としてオキシデーションディッチ(Oxidation Ditch :OD)法が知られている。ODはレーストラック形状の無終端式の循環水路からなり、少なくとも一カ所に曝気装置を有する構成を採る。
【0003】
このようなODの運転方法としては、通常、曝気装置から近いその下流側の領域の溶存酸素量を比較的高く維持することで好気性ゾーンとし、さらにその下流側で曝気装置に戻るまでの領域の溶存酸素量を低く維持することで嫌気性ゾーンとして、好気性ゾーンでは有機物の分解と硝化反応、嫌気性ゾーンでは脱窒反応を行うことにより窒素分の浄化を行う連続式の運転方法が知られている。
【0004】
こうした連続式の運転方法においては、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適切な比率で形成することが必要となるため、所定の位置で溶存酸素量(DO値)を測定し、DO値に応じて曝気装置の運転を制御する技術が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアレーターなどの循環流形成と曝気とを同一の装置で行っている場合には、循環流形成のために必要な最小限度の回転数でエアレーターを稼働させても過曝気となる場合があり、過曝気を抑制しようとすると循環流の形成が困難になるという問題がある。
【0006】
また、循環流形成と曝気を別の装置で行う場合であっても、曝気装置による曝気量には下限があり、この下限量では過曝気となる場合でも、曝気装置を停止させると曝気不足となる場合があり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することは困難であった。
【0007】
そこで本発明は、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することが可能なオキシデーションディッチの運転制御方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るODの運転制御方法は、無終端状に形成された循環水路と、循環水路内の少なくとも1カ所に設置された水中式の水流発生手段と、循環水路内の液相内に散気することで曝気を行う散気装置と、循環水路内の所定の位置に配置されて溶存酸素量を検出する溶存酸素計と、を備え、循環水路内に好気性水域と嫌気性水域とを形成して汚水中の窒素分を硝化脱窒素処理するODの運転制御方法であって、散気量を所定量以下に制御しても溶存酸素計の測定値が目標値を上回る場合には、水流発生手段を制御して循環流の流速を低下させる制御を行うことを特徴とする。
【0009】
散気量だけでなく、循環流の流速を制御することにより、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正な状態で形成することが可能である。
【0011】
このように散気量を下限値付近に設定しても過曝気状態となる場合には、循環流の流速を低下させることで、散気される空気の曝気効果を減少せしめて有効曝気量を減らし、溶存する酸素量を低減させることが可能である。これにより、有効曝気量の調整範囲を下限側に拡大することが可能となり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することができる。
【0012】
ここで、循環流の流速低下制御は、散気装置による散気量を所定値以下に制御しても溶存酸素計の測定値が目標値を上回る状態が所定時間経過した場合に行うとともに、流速低下制御中に溶存酸素計の測定値が目標値を下回る状態が所定時間経過した場合には低下制御を停止することが好ましい。
【0013】
循環流の流速低下により実際に溶存酸素量が低下するまでにはタイムラグがあり、また、溶存酸素計の測定位置と散気装置との位置の違いによる偏差もある。
制御にオフセットを設けることで、頻繁に制御を繰り返すことにより溶存酸素量のぶれを抑制する。
【0014】
【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。
【0015】
図1は、本発明に係るODの運転制御方法を実施するOD処理施設100を示す概略構成図であり、図2はそのII−II線断面図である。
【0016】
OD処理施設100を構成するOD槽1内には、仕切壁2が設けられ、無終端状の長円形循環水路を形成している。この長円形循環水路の各直線部の上流側には、水中式の水流発生装置4a、4bがそれぞれ配置されている。これらの水流発生装置4a、4bは、水中プロペラや水中スクリュー等の循環水路内に循環流を生起させるだけの機能を有し、曝気機能を有しない水流発生手段である。
【0017】
2つの水流発生装置4a、4bのうち、図1で下側にあたる直線部上流側に配置される水流発生装置4aの下流側底部には散気装置5が配置されている。この散気装置5としては、微細気泡を水中に散気することが可能な散気板や散気筒であり、例えば、オーストリアのAquaconsult社製のエアレーションパネルAQUASTRIP(同社PCT出願が国際公開公報WO95/35156号公報として開示されている)を好適に用いることができる。この装置は、ベースプレート上に微細な孔が設けられた膜シートを配置した構成を採り、膜シートとベースプレートの間に空気を供給して空気圧が所定以上となると膜シートに開けられた孔が開いて空気を微細な気泡として水中に散気する構成を有している。このため、高い酸素移動効率を得ることができる。
【0018】
この散気装置5には、風量調整弁6aを介して送風機6が接続されている。そして、水流発生装置4aが設けられた直線部の下流端には、処理水出口21が設けられ、その下流側の半円状水路の下流端に溶存酸素計(DO計)7が配置されている。そして、他方の水流発生装置4bの上流側には汚水と活性汚泥の混合液を導入する流入水入口20が設けられている。
【0019】
このDO計7の出力信号は、制御装置8に送られている。制御装置8は、DO計7の出力を基にしてインバーター9を介して送風機6の風量と水流発生装置4aの回転数を制御するとともに、風量調整弁6aの開度を制御する機能を有する。
【0020】
次に、本ODの基本的動作を説明する。水流発生装置4a、4bを回転駆動することで、OD槽1内には通常、流速0.2〜0.4m/s程度の循環流が形成されている。汚水と活性汚泥の混合液は流入水入口20から導入され、18〜32時間程度OD槽1内を循環滞留して処理された後に処理水出口21から排出され、図示していない次工程の沈殿槽等に導かれて滅菌処理された後に河川等に放流される。
【0021】
散気装置5には送風機6から流量調整弁6aを介して空気が送られ、OD槽1内の液相の曝気が行われる。曝気された空気中の酸素は、汚水と活性汚泥の混合液に溶け込むが、液中に存在するアンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素や亜硝酸性窒素に硝化する硝化反応や微生物による有機物の分解に使用されるため、下流側へと流れるに連れて徐々にOD値は低下していき、DO計7を越えた付近でDO値はほぼ0ppmになる。以下、この水流発生装置4aからDO計7付近までのDO値が0ppmより大きい領域を好気性ゾーン3aと呼ぶ。
【0022】
一方、水流発生装置4b下流から水流発生装置4a上流までの領域はDO値がほぼ0ppmの嫌気性状態に維持される。以下、この領域を嫌気性ゾーン3bと呼ぶ。この嫌気性ゾーン3bにおいては、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒反応が行われ、還元された窒素ガスは大気中に放出されることで、脱窒素処理が行われる。
【0023】
こうして好気性ゾーン3aと嫌気性ゾーン3b間で循環を繰り返すことで、汚水中の有機物は活性汚泥処理により分解され、硝化反応、脱窒反応によって窒素分は脱窒素処理される。両者が組み合わされることで、酸の生成によるpHの低下を防ぎ、活性汚泥処理を行う微生物を阻害することなく効率の良い処理が行える。
【0024】
このOD処理施設100では、制御装置8がDO計7の測定値を基に散気装置5による曝気量を制御するDO制御を行うことにより、好気性ゾーン3aと嫌気性ゾーン3bとの比率を適正な比率に維持して効率良い汚水処理を行っている。
以下、本発明に係る運転制御方法であるこのOD制御について具体的に説明する。
【0025】
図3は、このOD制御を説明する処理フロー図である。この制御は、制御装置8により行われるものであり、所定の時間サイクルで繰り返し実行されるものである。以下、DO計7の測定DO値を変数DO、散気装置5に供給する供給空気量の設定値を変数A、水流発生装置4aの設定流速を変数Vで表すこととする。
【0026】
ステップS1では、DO計7の測定DO値が設定上限閾値DOUth(例えば、0.11ppm)を越えているか否かを判定する。越えていた場合には、ステップS2へと移行してカウンタmを0にリセットし、カウンタnに1を加える。ステップS3では、カウンタnの値が閾値nthに達しているか否かを判定する。達していた場合には、ステップS4へと移行してカウンタnを0にリセットし、以下に説明するDOの減少制御に入る。カウンタnが閾値nthに達するのは、nthサイクル連続してDO計7の測定DO値が設定上限閾値DOUthを上回った場合であり、一時的にDO計7の測定DO値が設定上限閾値DOUthを上回った場合、つまりステップS3でNOと判定された場合には、その後の処理をスキップして、DOの減少制御を行わないことで、過剰な減少制御によってDO値が不用意に減少するのを防止することができ、安定したDO制御を行うことが可能となる。
【0027】
続くステップS5では、散気装置5への設定供給空気量Aが下限値Amin以下となっていないかを判定する。下限値Amin以下でない場合には、ステップS6へと移行して、設定供給空気量AをΔAだけ減少させる。具体的には、インバーター9で制御するブロワー6の回転数および流量調整弁6aの開度を制御することにより、散気装置5へ供給される空気量が設定供給空気量Aとなるよう制御して処理を終了する。このように供給空気量を減少させることで液相中へ新たに溶け込む酸素量を減らし、DO値を減少させる。
【0028】
ステップS5でYESと判定された場合には、ステップS7へと移行し、設定流速Vが活性汚泥の沈降分離を引き起こさない下限値であるVmin(例えば0.1m/s)以下となっていないかを判定する。ステップS7でNOと判定された場合には、ステップS8へと移行して設定流速VをΔVだけ減少させる。つまり、インバーター9で制御する水流発生装置4aの回転数を減少させることで、OD槽1内の循環流速を設定流速になるよう制御する。こうして循環流の流速を下げると、散気装置5から放出されてから水面に至るまでの気泡の軌跡を短くすることにより、酸素移動効率を低下させ、同一の曝気量であっても液相中へ新たに溶け込む酸素量を減少させて、DO値を減少させることができる。
【0029】
ステップS7で設定流速VがVmin以下に低下している場合には、これ以上流速を低下させることはできないと判定し、ステップS9へと移行して送風機6を停止させる。これにより、曝気を停止させることでDO値を減少させることができる。
【0030】
ステップS1において、DO値が上限閾値DOUth以下であると判定された場合には、ステップS10へと移行してDO値が下限閾値DOLth(例えば、0.10ppm)未満でないかを判定する。下限閾値以上であった場合は、DO値が目標値である下限閾値DOLth以上上限閾値DOUth以下であることを意味するから、供給空気量、水流制御は現在の設定のままとしてその後の処理をスキップして処理を終了する。このように上限閾値と下限閾値との間に差を設けてオフセットを採ると、頻繁に供給空気量を切り換える必要がなく、過度の制御によるDO値の発振を抑制することができ、好適である。
【0031】
ステップS10において、DO値が下限閾値DOLth未満であると判定された場合には、ステップS11へと移行してカウンタnを0にリセットし、カウンタmに1を加える。ステップS12では、カウンタmの値が閾値mthに達しているか否かを判定する。達していた場合には、ステップS13へと移行してカウンタmを0にリセットし、以下に説明するDOの増大制御に入る。カウンタmが閾値mthに達するのは、mthサイクル連続してDO計7の測定DO値が設定下限閾値DOUthを下回った場合であり、一時的にDO計7の測定DO値が設定下限閾値DOLthを下回った場合にすぎない場合、つまりステップS12でNOと判定された場合には、その後の処理をスキップして、DOの増大制御を行わないことで、過剰な増大制御によってDO値が不用意に減少するのを防止することができ、安定したDO制御を行うことが可能となる。
【0032】
続くステップS14では、設定流速Vが標準流速Vst未満であるか否かを判定する。設定流速Vが標準流速Vst未満である場合には、前述のDO値減少制御における水流制御が継続中であると判定してステップS15へと移行する。
【0033】
ステップS15では、送風機6が停止中か否かを判定する。送風機6が停止中の場合には、ステップS9の送風機停止処理が継続中であると判定し、ステップS16へと移行して、DO値を増大させるために曝気を再開する。このときの供給空気量Aは下限値Aminである。
【0034】
送風機6が運転中の場合には、ステップS17へと移行して設定流速VをΔVだけ増大させる。具体的には、インバーター9の制御により水流発生装置4aの回転数を増大させる。こうして循環流の流速を上げることにより、散気装置5から放出されて水面へと至る気泡の軌跡を長く採ることができるので、その酸素移動効率を増大させ、同一の曝気量であっても液相中へと新たに溶け込む酸素量を増大させて、DO値を増大させることができる。
【0035】
ステップS14で流速が標準流速Vstに達していた場合には、ステップS18へと移行して設定供給空気量Aが最大空気量Amaxに達していないか否かを判定する。設定供給空気量Aが最大空気量Amaxに達している場合には、これ以上の曝気量増大制御は不可能であるため、現在の曝気量を維持してその後の処理をスキップして処理を終了する。
【0036】
一方、設定供給空気量Aが最大空気量Amaxに達していない場合には、設定空気量AをΔAだけ増大させる。具体的には、インバーター9で制御するブロワー6の回転数および流量調整弁6aの開度を制御することにより、散気装置5へ供給される空気量が設定供給空気量Aとなるよう制御して処理を終了する。このように供給空気量を増大させることで液相中へ新たに溶け込む酸素量を増やし、DO値を増大させる。
【0037】
こうして、従来の供給空気量のみを制御する場合と比較して広い範囲で実効的な曝気量を制御することができるので、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンの区分けを維持することができ、安定した処理を行うことができる。以上の説明では、散気装置の散気量が最低の場合のみに循環流の流速制御を行う例を説明してきたが、それ以外の場合でも、DO値に応じて流速を制御することが好ましい。具体的には、測定DO値が目標DO値との差が負でその絶対値が所定値以上に大きい場合、つまりDO値が低すぎる場合には、散気量を増やすだけでなく、循環流の流速を上げることで速やかにDO値を増大させ、測定DO値と目標DO値との差が正でその絶対値が所定値以上に大きい場合、つまりDO値が高すぎる場合には、散気量を減らすだけでなく、循環流の流速を下げることで速やかにDO値を減少させる。このようにすることで、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンのそれぞれをより適正に維持することが可能となる。
【0038】
ここでは、流速、供給空気量を閾値と比較することでその増大、減少を切り換える制御を説明してきたが、PID制御や他の既知の様々な制御手法を応用することが可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、このように散気装置5へ供給する供給空気量と循環流の流速を組み合わせて制御することにより、散気装置5の構造上困難であった下限値以下の曝気量に相当する曝気量を実現することが可能になり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとの比率を維持することができ、安定した処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るODの運転制御方法を実施するOD施設の概略構成図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】本発明に係るODの運転制御方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1…OD槽、2…仕切壁、4a、4b…水流発生装置、5…散気装置、6…送風機、6a…風量調整弁、7…DO計、8…制御装置、9…インバーター、20…流入水入口、21…処理水出口。
Claims (2)
- 無終端状に形成された循環水路と、前記循環水路内の少なくとも1カ所に設置された水中式の水流発生手段と、前記循環水路内の液相内に散気することで曝気を行う散気装置と、前記循環水路内の所定の位置に配置されて溶存酸素量を検出する溶存酸素計と、を備え、循環水路内に好気性水域と嫌気性水域とを形成して汚水中の窒素分を硝化脱窒素処理するオキシデーションディッチの運転制御方法であって、
前記散気装置による散気量を所定量以下に制御しても前記溶存酸素計の測定値が目標値を上回る場合に前記水流発生手段を制御して循環流の流速を低下させる制御を行うことを特徴とするオキシデーションディッチの運転制御方法。 - 前記循環流の流速低下制御は、前記散気装置による散気量を所定値以下に制御しても前記溶存酸素計の測定値が目標値を上回る状態が所定時間経過した場合に行うとともに、流速低下制御中に前記溶存酸素計の測定値が目標値を下回る状態が所定時間経過した場合には、低下制御を停止することを特徴とする請求項1に記載のオキシデーションディッチの運転制御方法。
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