JP4821799B2 - 排水処理方法およびそれに用いる計装制御装置、排水処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥の沈降性が促進された、ないし汚泥の発泡が抑制された活性汚泥法による排水処理方法およびそれに用いる計装制御装置、排水処理設備に関する。

一般に、活性汚泥法による排水処理は複数の生物処理槽と沈殿槽を備える排水処理設備で行う。生物処理槽では活性汚泥に含まれている好気性微生物による有機物質の分解活動が行なわれており、ここには充分な酸素が必要であるため曝気装置により曝気が行われる。そして有機物質の分解活動により汚泥が発生する。処理水を放流する前に処理水と活性汚泥を分離させることが必要であるが、活性汚泥を重力沈殿させて分離する沈殿槽方式では、処理水の水質を安定的に放流基準以下とするためには、活性汚泥の沈降性を良好に維持することが不可欠となっている。

しかしながら、活性汚泥の沈降性を良好に維持することは一般に難しく処理水中で活性汚泥の沈降性が悪化した時には、凝集剤などにより沈降性を改善する必要があった。また、凝集剤を使わない方法として、たとえば、生物処理槽の微生物混合液の一部を引き抜き、オゾンを注入した後に再び生物処理槽に戻すことによって汚泥沈降性悪化を抑制する方法が提案されている（特許文献１）。

また、生物処理槽を空気で曝気するため、処理状態によっては、生物処理槽の処理液が発泡する。所定量を超えて発泡（以下発泡現象ともいう）した場合、生物処理槽の外部に漏洩したり処理水と一緒に沈殿槽から環境水に漏洩したり、強風により周辺環境に飛散したりして環境を汚濁する。このような場合には、消泡装置および消泡剤を用いて生じてしまった泡を消していた（たとえば、特許文献２）。
特開２００５−３０５４４１号公報 特開２００３−２００１８８号公報

しかし、汚泥の沈降性の課題については、従来の方法においては、凝集剤滴下設備などの新規設備の導入が必要であったり、凝集剤の重量分、余剰汚泥として廃棄する汚泥の量が増えるという問題があり、特許文献１の記載の方法では手間がかかり効率的ではなく、汚泥の沈降性向上効果も十分ではない。

後者の発泡の課題については、消泡装置や消泡剤を用いる特許文献２の方法ではコスト高になるという問題がある。

本発明は、活性汚泥法による排水処理方法において、新規設備の導入を必要とせず、余剰汚泥量を増やすことなく沈殿槽における汚泥の沈降性の向上や生物処理槽における発泡の抑制を図ることができる排水処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究の結果、生物処理槽における平均溶解酸素濃度が沈殿槽における汚泥の沈降性や生物処理槽における発泡性と相関性が大きいことを見出し、本発明に至った。

すなわち、請求項１の発明は、
複数の生物処理槽、沈殿槽および前記複数の生物処理槽に曝気するための曝気装置を備える排水処理設備を用いた活性汚泥法による排水処理方法であって、
下記式（１）で示される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と前記沈殿槽の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて、前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が所定の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）以下になる全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を求め、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度が求めた平均溶解酸素濃度以上になるように、曝気空気量を調整し、
さらに前記沈殿槽の溶解酸素濃度と前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が所定の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）以下になる溶解酸素濃度を求め、沈殿槽の溶解酸素濃度が求めた溶解酸素濃度以上になるように曝気空気量を調整して、沈殿槽における活性汚泥の沈降性の向上を図ることを特徴とする排水処理方法。
ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}＝Σ（ＤＯ_{ａｒ（ｎ）}×Ｖ_ｎ）／Σ_（ｎ）・・・（１）
ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}：平均溶解酸素濃度
ＤＯ_{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
Ｖ_（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積

本発明者らは、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と沈殿槽の活性汚泥の沈降性との相関性に加えて、さらに沈殿槽の溶解酸素濃度と活性汚泥の沈降性との間にも相関性があり、沈殿槽の溶解酸素濃度が特定の範囲内にあるときには、沈殿槽における活性汚泥の沈降性の向上を図れることを見出した。

請求項１の発明によれば、前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を、前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と前記沈殿槽の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて決定するため、簡単な方法でより確実に活性汚泥の沈降性を向上させることができる。
即ち、活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）は、簡単な方法で測定でき、信頼性が高いため活性汚泥の沈降性を評価する尺度として広く用いられている値である。一方、活性汚泥の沈降性を向上させることに有効な前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度は処理する汚水の性質、排水処理設備の構成や性能等の影響を受けるため、個々の排水処理毎に異なる。請求項２の発明においては、活性汚泥の沈降性を評価する尺度として活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を用いながら、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を前記実績データに基づいて決定した活性汚泥の沈降性の良い範囲に対応する溶解酸素濃度に制御するため、簡単な方法で確実に活性汚泥の沈降性を向上させることができる。

請求項１の発明によれば、さらに沈殿槽の溶解酸素濃度についても沈殿槽の溶解酸素濃度と前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて求めた所定の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）以下になるように曝気空気量を調整しているため、より確実に、沈殿槽における活性汚泥の沈降性の向上を図ることができる。

上記式（１）において、各生物処理槽の容積は既知であるから、各生物処理槽の溶解酸素濃度の測定値を式（１）に代入すれば平均溶解酸素濃度を求めることができる。なお、生物処理槽の数ｎや各生物処理槽の大きさは、汚水の濃度や汚水に含まれる物質の種類等の汚水の性質や汚水の量等に応じて適宜決定される。

活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）とは、たとえば１Ｌのメスシリンダーに１Ｌの処理液を入れて静置して３０分後の高さを％で表示する汚泥の沈降性を示す指標として、当分野では通常用いられている。この値が小さいほど汚泥の沈降性がよいことを表す。

請求項２の発明は、
複数の生物処理槽、沈殿槽および前記複数の生物処理槽に曝気するための曝気装置を備える排水処理設備を用いた活性汚泥法による排水処理方法であって、
下記式（１）で示される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と前記生物処理槽の発泡量との実績データに基づいて生物処理槽の発泡が抑制される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を求め、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度が求めた平均溶解酸素濃度以下になるように曝気空気量を調整して、生物処理槽における発泡の抑制を図ることを特徴とする排水処理方法。
ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}＝Σ（ＤＯ_{ａｒ（ｎ）}×Ｖ_ｎ）／Σ_（ｎ）・・・（１）
ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}：平均溶解酸素濃度
ＤＯ_{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
Ｖ_（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積

請求項２の発明によれば、前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を、前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と発泡量の実績データに基づいて決定するため、より確実に発泡を抑制し、ひいては発泡現象を防ぐことができる。即ち、発泡量を抑制することに有効な前記全生物処理槽の平均溶解酸素濃度は処理する汚水の性質、排水処理設備の構成や性能等の影響を受けるため、個々の排水処理毎に異なる。請求項２の発明においては、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を、前記実績データに基づいて決定した発泡が抑制される範囲に対応する溶解酸素濃度に制御するため、より確実に発泡を抑制し、ひいては発泡現象を防ぐことができる。

請求項３の発明は、
請求項１または請求項２に記載の排水処理方法における曝気空気量を自動で調整するための排水処理設備用の計装制御装置であって、
各生物処理槽の溶解酸素濃度を測定する溶解酸素濃度測定手段と、
各生物処理槽の容積を入力する容積入力手段と、
各溶解酸素濃度の測定データと各生物処理槽の容積から下記式（１）に基づいて全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を算出する平均溶解酸素濃度算出手段と、
全生物処理槽の平均溶解酸素濃度の基準値を入力する基準値入力手段と、
前記平均溶解酸素濃度算出手段により算出された平均溶解酸素濃度と前記基準値に基づいて曝気空気量を算出する曝気空気量算出手段と、
算出された曝気空気量に基づいて曝気空気量を調整する曝気空気量調整手段とを有することを特徴とする計装制御装置。
ＤＯ_{ａｒ（ａｒｅ）}＝Σ（ＤＯ_{ａｒ（ｎ）}×Ｖ_ｎ）／Σ_（ｎ）・・・（１）
ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}：平均溶解酸素濃度
ＤＯ_{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
Ｖ_（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積

請求項３の発明によれば、計装制御装置に全生物処理槽の平均溶解酸素濃度の基準値を入力すれば、計装制御装置が自動的に曝気空気量を調整して全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を制御するため、人手を借りずに沈殿槽における活性汚泥の沈降性の向上や生物処理槽における発泡の抑制を図ることができる。

汚泥沈降性および発泡量に関する基準値としては、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度の基準値を入力する。両者の基準値は必ずしも同一ではない。

請求項４の発明は、
請求項３に記載の計装制御装置を備えることを特徴とする排水処理設備。

請求項４の発明によれば、余剰汚泥量を増やすことなく、自動的に沈殿槽における汚泥の沈降性の向上や生物処理槽における発泡の抑制を図ることができる。

本発明の排水処理方法により、生物処理槽への曝気空気量（Ｖ_ａｒ）を調整するだけで、活性汚泥の沈降性が促進されその沈降性が安定維持され、処理水の水質が放流基準値以下で安定に維持される。そして、これまで沈降性が悪化した時に滴下していた凝集剤や滴下装置が不要となる。また、生物処理槽への曝気空気量（Ｖ_ａｒ）を調整するだけで発泡を抑制し、ひいては発泡現象の発生を防ぐことができる。そしてこれまで使用していた消泡剤や消泡装置が不要となる。

また、本発明の排水処理設備用の計装制御装置および排水処理設備を用いれば、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度が、所定の濃度に制御されるように曝気空気量が自動的に調整されるため、人手をかけることなく活性汚泥の沈降性の向上および発泡の抑制を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

図１は本発明の一実施の形態に係る排水処理装置および排水処理方法を説明する図である。排水処理装置は、調整槽１、曝気装置２、ｎ個の槽からなる生物処理槽３、沈殿槽４、消毒槽５、余剰汚泥引抜装置１１を有し、余剰汚泥引抜装置１１は汚泥槽６、脱水機７を有する。汚水は図の左側から流入し、調整槽１においてｐＨ、処理量などが調整され、生物処理槽３へ移送される。生物処理槽３の第１槽はろ材８のない状態で曝気装置２から空気が送り込まれる。

汚水はその後ろ材を有する第２槽以降の生物処理槽３に移送される。この第２槽以降の生物処理槽３では同様に空気が送り込まれて曝気が行われ、ろ材８や活性汚泥に含まれている好気性微生物により汚水に含まれる有機物質の分解が行なわれる。第２槽から第ｎ槽まで順次移送され、分解が進行すると共に発生汚泥量が増える。次にｎ番目の生物処理槽３から沈殿槽４に移送されて、沈殿槽４内で汚泥９が沈降する。沈降した汚泥は汚泥槽６に引き抜かれ、脱水機７に移されて脱水される。脱水された汚泥は産業廃棄物として焼却される。沈殿槽４の上澄み液１０は排水基準を満たせば消毒槽で消毒後放流される。

なお、図１の排水処理設備においては、第２槽以降の生物処理槽３にろ材が使用されている場合を示したが、ろ材は全ての生物処理槽に使用されていてもよく、逆にろ材が一切使用されていなくてもよい。また、ろ材を使用する場合においてもろ材の種類は特に限定されない。

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

(実施例１)
本実施例は、５個の生物処理槽と沈殿槽および曝気装置を有する排水処理設備を用いて全生物処理槽の平均溶解酸素濃度および沈殿槽の溶解酸素濃度と活性汚泥の沈降性の関係を調べた例である。

イ．全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と汚泥沈降性
調査に際しては、５個の生物処理槽３それぞれの溶解酸素濃度を測定し、前記式（１）により全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}を求め、さらにその時の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を測定した。図２は、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}と活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）の調査結果を示すグラフである。図中◆印は全生物処理槽の平均溶解酸素ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}を、■印は活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を示している。また右縦軸は全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}、左縦軸は活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）である。横軸は調査の実施日を示している。

一般的に活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が７５％以下であれば良好な汚泥沈降性であるとみなされる。図２において、活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が７５％（図中上側の実線で記載された水平なライン）以下に対応する全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}はマクロ的な傾向からみて４ｍｇ／Ｌ（図中下側の実線で記載された水平なライン)以上であると認められる。全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}が５以上であればその傾向は歴然としていることが分かる。汚泥の滞留時間なども関係して平均溶解酸素濃度と汚泥沈降性との間に若干のずれが見られるが、両者の間に明確な相関性がある。したがって、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}を所定の値以上にすれば活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）は向上することが分かる。

ロ．沈殿槽の溶解酸素濃度と汚泥沈降性
本実施例においては、さらに沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓを測定し活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との関係を調査した。図３は、沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓと活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）の調査結果を示すグラフである。図中◆印は沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓを、■印は活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を示している。また右縦軸は沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓ、左縦軸は活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）である。横軸は調査の実施日を示している。

活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が７５％以下に対応する沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓはマクロ的な傾向からみて１ｍｇ／Ｌ（図中実線で記載された水平なライン）以上であると認められる。沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓが２以上であればその傾向は歴然としている。沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓと活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との間に若干のずれが見られるが、両者の間に明確な相関性がある。したがって、沈殿槽の溶解酸素濃度ＤＯ_Ｓを所定の値以上にすれば活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）は向上することが分かる。

（実施例２）
本実施例は、５個の生物処理槽と沈殿槽および曝気装置を有する排水処理設備を用いて全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と発泡現象の発生との関係を調べた例である。

調査に際しては、５個の生物処理槽３それぞれの溶解酸素濃度を測定し、前記式（１）により全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}を求め、さらにその時の生物処理槽の発泡現象の発生の有無を調べた。図４は全生物処理槽の平均溶解酸素濃度とＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}と生物処理槽の発泡現象の発生の有無を示すグラフである。図中◆印は全生物処理槽の平均溶解酸素ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}を示しており、図４の中央より下の２箇所に記載した□が、発泡現象が発生したことを示している。横軸は調査の実施日を示す。なお、本実施例においては生物処理槽水面の１／３以上を覆う発泡が生じた場合に発泡現象が発生したと判定した。

なお、全生物処理槽の平均溶解酸素の発泡量への影響は、おおよそ２週間程度遅れて現れる。図４に示した結果をマクロ的に見ると両者の間に明確な相関性があり、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を所定の値以下にすれば発泡現象の発生を抑制できることが分かる。そして本実施例においては全生物処理槽の平均溶解酸素濃度ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}が４ｍｇ／Ｌを超える時に発泡現象が発生し、４ｍｇ／Ｌ以下の時には発泡現象が発生していないことが分かる。

一般の生物処理槽をもつ排水処理装置およびその処理順を説明する図である。 本発明における、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）の実績データによる相関関係を示すグラフである。 本発明における、沈殿槽の溶解酸素濃度と活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）の実績データによる相関関係を示すグラフである。 本発明における、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と生物処理槽の発泡量との相関性を示すグラフである。

１ 調整槽
２ 曝気装置
３ 生物処理槽
４ 沈殿槽
５ 消毒槽
６ 汚泥槽
７ 脱水機
８ ろ材
９ 汚泥
１０ 上澄み液
１１ 余剰汚泥引抜装置
１２ 計装制御装置

Claims (4)

1. 複数の生物処理槽、沈殿槽および前記複数の生物処理槽に曝気するための曝気装置を備える排水処理設備を用いた活性汚泥法による排水処理方法であって、
   下記式（１）で示される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と前記沈殿槽の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて、前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が所定の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）以下になる全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を求め、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度が求めた平均溶解酸素濃度以上になるように、曝気空気量を調整し、
   さらに前記沈殿槽の溶解酸素濃度と前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）との実績データに基づいて前記活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）が所定の活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）以下になる溶解酸素濃度を求め、沈殿槽の溶解酸素濃度が求めた溶解酸素濃度以上になるように曝気空気量を調整して、沈殿槽における活性汚泥の沈降性の向上を図ることを特徴とする排水処理方法。
   ＤＯ _{ａｒ（ａｖｅ）} ＝Σ（ＤＯ _{ａｒ（ｎ）} ×Ｖ _ｎ ）／Σ _（ｎ） ・・・（１）
   ＤＯ _{ａｒ（ａｖｅ）} ：平均溶解酸素濃度
   ＤＯ _{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
   Ｖ _（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積
2. 複数の生物処理槽、沈殿槽および前記複数の生物処理槽に曝気するための曝気装置を備える排水処理設備を用いた活性汚泥法による排水処理方法であって、
   下記式（１）で示される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度と前記生物処理槽の発泡量との実績データに基づいて生物処理槽の発泡が抑制される全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を求め、全生物処理槽の平均溶解酸素濃度が求めた平均溶解酸素濃度以下になるように曝気空気量を調整して、生物処理槽における発泡の抑制を図ることを特徴とする排水処理方法。
   ＤＯ _{ａｒ（ａｖｅ）} ＝Σ（ＤＯ _{ａｒ（ｎ）} ×Ｖ _ｎ ）／Σ _（ｎ） ・・・（１）
   ＤＯ _{ａｒ（ａｖｅ）} ：平均溶解酸素濃度
   ＤＯ _{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
   Ｖ _（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積
3. 請求項１または請求項２に記載の排水処理方法における曝気空気量を自動で調整するための排水処理設備用の計装制御装置であって、
   各生物処理槽の溶解酸素濃度を測定する溶解酸素濃度測定手段と、
   各生物処理槽の容積を入力する容積入力手段と、
   各溶解酸素濃度の測定データと各生物処理槽の容積から下記式（１）に基づいて全生物処理槽の平均溶解酸素濃度を算出する平均溶解酸素濃度算出手段と、
   全生物処理槽の平均溶解酸素濃度の基準値を入力する基準値入力手段と、
   前記平均溶解酸素濃度算出手段により算出された平均溶解酸素濃度と前記基準値に基づいて曝気空気量を算出する曝気空気量算出手段と、
   算出された曝気空気量に基づいて曝気空気量を調整する曝気空気量調整手段とを有することを特徴とする計装制御装置。
   ＤＯ_{ａｒ（ａｒｅ）}＝Σ（ＤＯ_{ａｒ（ｎ）}×Ｖ_ｎ）／Σ_（ｎ）・・・（１）
   ＤＯ_{ａｒ（ａｖｅ）}：平均溶解酸素濃度
   ＤＯ_{ａｒ（ｎ）} ：ｎ番目の生物処理槽の溶解酸素濃度
   Ｖ_（ｎ） ：ｎ番目の生物処理槽の容積
4. 請求項３に記載の計装制御装置を備えることを特徴とする排水処理設備。

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