JP5140545B2 - 空気供給システム及び空気供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気供給システム及び空気供給方法に係り、特に、好気性微生物を利用した下水処理における反応槽内に反応促進のための空気を供給する空気供給システム等に関する。

下水処理においては、生活廃水、工場排水等の下水中に含まれるアンモニア性窒素の硝化のために、従来より好気性微生物を利用したいわゆる好気処理が行われている。この好気処理は、反応槽内の下水に硝化菌等の好気性微生物を投入し、又は下水中に元々存在する好気性微生物を利用して、酸素環境下で分解処理を行うものである。

例えば、最初沈殿池で沈殿汚泥が除去された下水は反応槽に送られて反応槽内で好気処理される。その際、好気性微生物が酸素を利用してアンモニア性窒素を硝化し、増殖しつつ硝酸又は亜硝酸を作成する。増殖した好気性微生物はフロックを形成し、活性汚泥として反応槽内に滞留し、最終沈殿池で沈殿する。その活性汚泥の一部は、集められて除去され、汚泥焼却工程において焼却処理される。活性汚泥が除去された上澄水は、次の処理のために最終沈殿池へと送られる。

この反応槽においては、硝化反応を促進するために、エアレーションがよく行われる。エアレーションは、反応槽内の下水中へ空気又は酸素を供給することにより行われ、それにより、下水の溶存酸素濃度を上昇させて好気性微生物の反応を促進する。

一方、反応槽における好気処理において、亜酸化窒素ガス（Ｎ_２Ｏガス、一酸化二窒素ガスとも言う。）が発生することが知られている。この亜酸化窒素ガスは温室効果ガスであり、その温室効果は二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの約３１０倍と非常に高い。したがって、反応槽での処理において、亜酸化窒素ガスの発生を抑制することが、地球環境保護の観点から急務とされている。

例えば、特許文献１には、ＡＯＳＢＲ（無酸素好気回分式活性汚泥法）において、亜酸化窒素ガスをモニタリングし、その発生終了を検知することにより硝化反応の終了を判定して、無酸素好気配分を決定する提案が開示されている。また、亜酸化窒素ガスの発生時間に基づき硝化反応の停滞・悪化を判断する提案も開示されている。これにより、亜酸化窒素ガスの有無やその発生時間に基づき、処理の良好／不良を検知することができて、最適なシステム運転に寄与するものとされている。

特開２００７−２４４９４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のものは、亜酸化窒素ガスの有無又はその発生時間に基づき処理の良好／不良を検知するものであり、亜酸化窒素ガスの濃度に基づき、亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御する（減少させる）ものではない。また、特許文献１には、ＡＯＳＢＲ以外の処理法（例えば、標準法）において、反応槽で発生する亜酸化窒素ガスを減少させる方法については開示されていない。

したがって、例えば最初沈殿池、反応槽、最終沈殿池を有する一般的な標準法に基づく下水処理システムにおいて、空気供給によって好気処理が行われる反応槽での亜酸化窒素ガスの発生量を精度よく制御する提案が必要とされている。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、空気供給が行われる反応槽における亜酸化窒素ガス濃度を検出し、亜酸化窒素ガスの発生量を高精度に制御することのできる空気供給システム及び空気供給方法を提供することを例示的課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての空気供給システムは、好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給システムであって、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御する制御手段とを有する。

反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき供給空気量を制御するので、反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができ、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。

より詳細に説明すると、反応槽内に供給する空気量が適正量である場合には、好気性微生物による硝化反応が適正に行われるので、その結果、反応槽の亜酸化窒素ガスの発生量が少なく、そのガス濃度は低濃度となる。しかしながら、供給空気量が一定であっても、例えば、反応槽に流入する下水量（下水処理量）、撹拌の程度、温度、活性汚泥量等の外部要因によって、下水中の溶存酸素濃度が適正反応に対して相対的に過剰となったり不足となったりして、硝化反応が適正に行われなくなる場合がある。

硝化反応が適正に行われないと、結果的に亜酸化窒素ガスの発生量が増加し、検出される亜酸化窒素ガス濃度も高濃度となる。したがって、濃度検出手段による検出濃度の変化（例えば、検出濃度の上昇）に基づいて、下水中の溶存酸素濃度を調整すべく反応槽内への供給空気量を制御すれば、再び硝化反応が適正反応へと向かい、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。

なお、硝化反応が適正に行われるとは、下水処理設備における処理目的に応じて設計通りの程度に硝化反応が進行することを言い、具体的には、硝化反応を充分に進行させてアンモニア性窒素の殆どを硝酸に変化させる場合と、硝化反応を殆ど進行させずに硝酸又は亜硝酸を殆ど生成しない場合とを含む。この硝化反応の適正化が行われた場合には、亜酸化窒素ガスの発生量が少ない。好気性微生物は、酸素呼吸によりアンモニア性窒素を硝酸又は亜硝酸に硝化するバクテリア（硝化菌）や、酸素を利用して有機物を分解する従属栄養細菌を含む。

また、本発明に係る空気供給システムは、下水処理設備における反応槽に適用することができるが、その下水処理設備としては、未硝化型、硝酸型、亜硝酸型、硝化脱窒型等の種々の設備を包含することができる。また、下水処理設備は、下水が最初沈殿池から反応槽を経由して更に最終沈殿池へと送られるものや沈殿槽を兼ねた回分式反応槽を有するものを含む。反応槽内で好気処理のみを行う標準法に係るもの以外にも、反応槽内で嫌気処理や再曝気処理を行うことにより、脱窒処理を実現する高度処理法（ＡＯ法、Ａ２Ｏ法、ＡＯＡＯ法等）に係るものも含む。いわゆる標準活性汚泥法、循環式硝化脱窒法、ステップ流入式ＡＯＡＯ法、ステップ流入式Ａ２Ｏ法に係る処理設備も含む。

反応槽への空気供給は、下水中に配置した多孔質のヘッドから空気を放出する散気装置によって行われる場合や、下水中への空気噴射と撹拌とを行うエアレータによって行われる場合を含む。また、反応槽内での硝化反応には酸素が必要であるので、空気供給の代わりに酸素供給を行ってもよい。

濃度検出手段は、亜酸化窒素ガス濃度を検出可能な公知の濃度センサーを適用することができる。また、制御手段は、典型的にはコンピュータであるが、もちろん汎用のコンピュータであっても、本発明に係る制御アルゴリズムに基づいて動作指令を送出する専用コンピュータ（ＣＰＵ）であってもよい。

制御手段が、検出濃度の上昇に基づき空気量を減少させる制御を行ってもよい。

下水処理設備には、反応槽内の滞留時間が比較的短い運転を行うもの（すなわち、未消化型）がある。この未硝化型の下水処理設備においては下水の硝化を目的とせず、下水に含まれる有機物の分解を目的とするいわゆる標準活性汚泥法による処理を目的としている。したがって、好気性微生物による有機物の分解が行われるが、アンモニア性窒素の硝化が余り行われないように、反応槽内における下水の滞留時間が短く（すなわち、下水の流量に対し反応槽が小さく）設計されている。このような処理設備においては、通常状態においては硝化反応が余り進まないので、反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生は少ない。

しかしながら、下水処理場において処理すべき下水量は常に一定とは限らず、一般的には時刻に応じて変動する。例えば夜中の時間帯において処理すべき下水量が少なくなると、下水流量が減少し、反応槽内での下水の滞留時間が長くなってしまう。そうすると、本来余り進行しないはずであった反応槽内における好気性微生物によるアンモニア性窒素の硝化反応が進行してしまい、以下の反応式に示すように、亜酸化窒素ガスが発生してしまう。

しかしながら、この発明においては、亜酸化窒素ガス濃度の上昇に基づき、反応槽内に供給する空気量を減少させるので、下水の流量が小さい場合でも硝化反応の進行を減速又は停止させることができる。その結果、硝化反応が進まなくなり、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。予期せず下水の滞留時間が長くなってしまっても、硝化反応の進行を予防して亜酸化窒素ガスの発生を抑制することができる。

制御手段が、検出濃度の上昇に基づき空気量を増加させる制御を行ってもよい。

下水処理設備には、反応槽内の滞留時間が比較的長い運転を行うもの（例えば、硝酸型、硝化脱窒型）がある。この硝酸型の下水処理設備においては、反応槽内において下水の硝化を行うことを目的としている。また、硝化脱窒型の下水処理設備においては、反応槽内において下水の硝化及び脱窒を行うことを目的としている。したがって、好気性微生物による硝化反応が充分に行われるように、反応槽内における下水の滞留時間が長く（すなわち、下水の流量に対し反応槽が大きく）設計されている。このような処理設備においては、通常状態においては硝化反応が略完全に進行するので、反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生は少ない。

しかしながら、例えば昼間の時間帯において処理すべき下水量が多くなると、下水流量が増加し、反応槽内での下水の滞留時間が短くなってしまう。そうすると、反応槽内における好気性微生物と溶存酸素との接触時間が短くなり、部分的に嫌気性の脱窒反応が生じて、結果としてアンモニア性窒素の硝化反応が不充分となってしまう。その結果、以下の反応式に示すように、亜酸化窒素ガスが発生してしまう。

しかしながら、この発明においては、亜酸化窒素ガス濃度の上昇に基づき、反応槽内に供給する空気量を増加させるので、下水の流量が大きい場合でも好気性微生物と溶存酸素との接触時間を充分に長く確保することができる。その結果、硝化反応を促進して充分に進行させることができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。予期せず下水の滞留時間が短くなってしまっても、硝化反応を充分に進行させて亜酸化窒素ガスの発生を抑制することができる。

空気供給システムが、反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段を更に有し、制御手段が、検知された滞留時間の変化及び検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御してもよい。

滞留時間検知手段が反応槽における下水の滞留時間を検知するので、その滞留時間の変化、すなわち滞留時間が増加傾向にあるか又は減少傾向にあるかを把握することができる。そして、その滞留時間の変化及び検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御することにより、未硝化型の下水処理設備においても硝酸型や硝化脱窒型等の下水処理設備においても硝化反応を適正化して亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。

制御手段が、滞留時間の増加及び検出濃度の上昇に基づき空気量を減少させる制御を行うと共に、滞留時間の減少及び検出濃度の上昇に基づき空気量を増加させる制御を行ってもよい。

滞留時間が増加した場合において検出濃度が上昇した場合は、その下水処理設備が滞留時間の短い運転を行っている設備、すなわち未硝化型の設備であると判断することができる。その判断に基づき、空気量を減少させる制御を行えば、硝化反応の進行を減速又は停止させて亜酸化窒素ガスの発生量を減少することができる。

一方、滞留時間が減少した場合において検出濃度が上昇した場合は、その下水処理設備が滞留時間の長い運転を行っている設備、すなわち硝酸型、硝化脱窒型等の設備であると判断することができる。その判断に基づき、空気量を増加させる制御を行えば、硝化反応を促進して充分に進行させることができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。

下水処理設備における処理態様ごとに制御態様を変更する必要なく、複数の処理態様を自動的に判定して処理態様ごとに適切に供給空気量の制御を行うことができる。

滞留時間検知手段が、反応槽における下水の流量を計測する流量計、又は流量を算出する流量算出手段を有して構成されてもよい。

反応槽の容量は、特定の下水処理設備においては一定容量であるので、反応槽における下水の流量（すなわち、反応槽への下水の流入量又は反応槽からの下水の流出量）を検知すれば、その流量に基づいて反応槽内での下水の滞留時間を検知することができる。例えば、流量計を用いて滞留時間検知手段を構成すれば、本発明に係るシステムを簡単な構成で安価に構成することができる。

なお、安定的な系においては、反応槽への下水の流入量と反応槽からの下水の流出量とは略同量であり、それが反応槽における下水の流量と略等価となる。また、例えば、ポンプによって下水を最初沈殿池へと送水し、その最初沈殿池から反応槽へと下水を送水するシステムにおいては、そのポンプによる送水量が、すなわち反応槽における流量と等価となる。

例えば、流量計によって反応槽における下水の流量を検知する場合、反応槽の容量Ｖ、流量（流量計による計測値）Ｑとすれば、滞留時間Ｔは、流量算出手段によってＴ＝Ｖ／Ｑとして算出することができる。流量算出手段は、例えば、ＣＰＵを有するコンピュータであってもよいし、上記のように特定の算出手順がプログラムとして記録され、流量計測値の入力に対して滞留時間を出力する制御装置であってもよい。

なお、必ずしも滞留時間の絶対値が必要でなく、滞留時間の変化（増加又は減少）のみを検知すればよい場合においては、流量Ｑと滞留時間Ｔとが反比例の関係にあることから、特段流量算出手段による演算を必要としない。流量計の計測値のみに基づき滞留時間の変化を検知することもできる。

一方、上記ポンプによって下水を最初沈殿池へ送水する場合において、ポンプの回転数及びＨ−Ｑ曲線等に基づき、流量計を用いずに流量算出手段によって反応槽における流量を算出するように構成することもできる。この方法によれば、流量計を用いることなく下水の流量を、ひいてはその流量に基づく下水の滞留時間を検知することができるので、やはりシステムを簡単かつ安価とすることができる。

空気供給システムが、反応槽における下水の硝化速度を検知する硝化速度検知手段を更に有し、制御手段が、検知された硝化速度の変化及び検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御してもよい。

硝化速度検知手段が反応槽における下水の硝化速度を検知するので、その硝化速度の変化、すなわち硝化速度が上昇（加速）傾向にあるか又は減少（減速）傾向にあるかを把握することができる。そして、その硝化速度の変化及び検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御することにより、未硝化型の下水処理設備においても硝酸型や硝化脱窒型等の下水処理設備においても硝化反応を適正化して亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。

制御手段が、硝化速度の上昇及び検出濃度の上昇に基づき空気量を減少させる制御を行うと共に、硝化速度の減少及び検出濃度の上昇に基づき空気量を増加させる制御を行ってもよい。

硝化速度が上昇した場合において検出濃度が上昇した場合は、その下水処理設備が滞留時間の短い運転を行っている設備、すなわち未硝化型の設備であると判断することができる。その判断に基づき、空気量を減少させる制御を行えば、硝化反応の進行を減速又は停止させて亜酸化窒素ガスの発生量を減少することができる。

一方、硝化速度が減少した場合において検出濃度が上昇した場合は、その下水処理設備が滞留時間の長い運転を行っている設備、すなわち硝酸型、硝化脱窒型等の設備であると判断することができる。その判断に基づき、空気量を増加させる制御を行えば、硝化反応を促進して充分に進行させることができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。

下水処理設備における処理態様ごとに制御態様を変更する必要なく、複数の処理態様を自動的に判定して処理態様ごとに適切に供給空気量の制御を行うことができる。

硝化速度検知手段が、反応槽内における下水による酸素摂取を計測する呼吸速度計を有して構成されてもよい。

呼吸速度計を用いることにより、反応槽内での下水による酸素摂取を計測することができる。その酸素摂取の速度の変化は、反応槽内の好気性微生物による硝化反応の速度変化を略指標するので、呼吸速度計により硝化速度検知手段を構成することができる。したがって、本発明に係るシステムを簡単な構成で安価に構成することができる。なお、反応槽内のＮＨ_４−Ｎ、ＮＯ_２−Ｎ又はＮＯ_３−Ｎの濃度検出を行うことにより、硝化速度を検知することもできる。

反応槽から発生する亜酸化窒素ガスを収集すべく反応槽の開口を覆う覆蓋部と、覆蓋部により収集された亜酸化窒素ガスを濃度検出手段へと導く導出手段とを有してもよい。

覆蓋部が反応槽の開口を覆って亜酸化窒素ガスを収集し、それを導出手段が濃度検出手段へと導くので、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスを殆ど漏らさずに濃度検出手段へと導くことができる。濃度検出手段による濃度検出の精度を向上させることができ、この空気供給システムによる亜酸化窒素ガス低減の効率を向上させることができる。

本発明の他の例示的側面としての空気供給方法は、好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給方法であって、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出するステップと、濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、反応槽内に供給する空気量を制御するステップとを有する。

この空気供給方法によれば、上記の空気供給システムと同様の効果を得ることができる。すなわち、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき供給空気量を制御するので、反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができ、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき供給空気量を制御するので、反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を高精度に低減することができる。

［実施の形態１］
＜滞留時間の短い運転を行う下水処理場＞
以下、本発明の実施の形態１に係る空気供給システムＳについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気供給システムＳが適用される下水処理設備Ａの全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。この下水処理設備Ａは、最初沈殿池１、反応槽２、最終沈殿池３を有して構成され、いわゆる標準活性汚泥法による未硝化型の下水処理を行うものであり、下水Ｗの滞留時間が比較的短く設定されている。

最初沈殿池１は、その上流側の沈砂池において粒子の大きいゴミや砂等が除去された上澄みとしての下水Ｗが流入する沈殿池である。最初沈殿池１においては、下水Ｗを緩やかに流水させて、比較的粒子の小さいゴミ等を沈殿させる。そして、その粒子の小さいゴミ等が除去された上澄みとしての下水Ｗは、最初沈殿池１から下流側の反応槽２へと送られるようになっている。

反応槽２は、最初沈殿池１から送られた下水Ｗに対し、好気性微生物による好気処理を行って浄水するためのものである。反応槽２内には、好気性微生物としての従属栄養細菌と独立栄養細菌（硝化菌）とが存在している。その従属栄養細菌は、酸素を消費しながら下水Ｗ中の有機物を分解しつつ増殖し、フロックを形成して反応槽２内を滞留し、最終沈殿池底部にて沈殿する。硝化菌も酸素を消費しつつ下水Ｗ中のアンモニア性窒素を硝化するが、硝化反応は有機物の分解に比較して進行が遅いので、反応槽２内での下水Ｗの滞留時間を短く設定することにより、硝化反応を殆ど進行させないようにすることができる。本実施の形態１に係る下水処理設備Ａは、滞留時間を短く設定しており、有機物の分解を主目的とするが、硝化を目的としない処理設備である。

反応槽２には、本発明の実施の形態１に係る空気供給システムＳが適用されている。図２は、下水処理設備Ａにおける反応槽２及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。この空気供給システムＳは、散気装置４、コンピュータ（制御手段）５、ガス濃度センサー（濃度検出手段）６、覆蓋部７、ガイド管（導出手段）８を有して大略構成されている。

散気装置４は、反応槽２内に設置されて下水Ｗ中に空気Ｂを放出するための装置である。例えば、空気ポンプ、多孔質部材、吸気管等を有して構成され、吸気管を介して空気ポンプにより大気を吸気し、多孔質部材から下水Ｗ中に放出するが、詳細については省略する。散気装置４は、コンピュータ５からの制御指令に基づき、供給する空気量を制御することができるようになっている。

コンピュータ５は、散気装置４による放出空気量（供給空気量）を制御するためのものである。コンピュータ５は、散気装置４及びガス濃度センサー６に接続されており、ガス濃度センサー６からの濃度データＤ１に基づき散気装置４へ向けて供給空気量を制御するための制御指令Ｄ２を送出する機能を有する。例えば、コンピュータ５はＣＰＵ及び記憶装置を有して構成されている。その記憶装置内には空気供給プログラムが記憶されており、そのプログラムの機能に基づきコンピュータ５の主要部としてのＣＰＵがガス濃度センサー６からの濃度データＤ１を受信する機能、濃度データＤ１に基づいて後述する亜酸化窒素ガスＧの濃度変化を判定する機能、濃度変化の判定結果に応じて散気装置４に向けて制御指令Ｄ２を送信する機能を発揮するように構成されていてもよい。

ガス濃度センサー６は、反応槽２から発生する亜酸化窒素ガスＧのガス濃度を検出するためのものである。ここで、反応槽２から発生する亜酸化窒素ガスＧのガス濃度とは、反応槽２内にて液相状態で発生した亜酸化窒素が気相へと相移動し、その結果反応槽２からガス状態で放出された亜酸化窒素ガスＧの濃度を意味する。亜酸化窒素の相移動は、液相の亜酸化窒素濃度と供給する空気Ｂ中の亜酸化窒素ガス濃度との濃度差に起因して発生する。

ガス濃度センサー６は、亜酸化窒素ガスＧの濃度を常時又は継続的に監視し、その濃度データＤ１を常時又は継続的にコンピュータ５へと送信するようになっている。なお、反応槽２内での従属栄養細菌による有機物の分解反応では亜酸化窒素ガスＧは発生しないが、反応槽２内での下水Ｗの滞留時間が長時間になるほど反応槽２内の硝化菌による硝化反応が進行してしまい、亜酸化窒素ガスＧの発生量が増加し、ひいてはガス濃度センサー６による検出濃度が上昇する。

覆蓋部７は、反応槽２の開口を覆って反応槽２からの亜酸化窒素ガスＧを収集するための蓋部材である。覆蓋部７の一部にはガイド管８の一端が接続されており、このガイド管８の他端はガス濃度センサー６に接続されている。そして、覆蓋部７によって収集された亜酸化窒素ガスＧを殆ど外部に漏出することなくガス濃度センサー６へと導くことができるようになっている。

反応槽２において好気処理によって有機物の分解が行われて浄化された下水Ｗは、下流側の最終沈殿池３へと送られるようになっている。最終沈殿池３では、反応槽２で発生したフロックが沈殿する。その沈殿物は凝縮されて一部が余剰汚泥として焼却処理されたり、反応槽２へと返送されて好気性微生物源として利用される。上澄みとしての下水Ｗは、消毒やｐＨ調整が行われて、河川や外海に放流される。

次に、この空気供給システムＳの動作について説明する。

反応槽２から発生した亜酸化窒素ガスＧの濃度がガス濃度センサー６によって検出されると、ガス濃度センサー６はコンピュータ５に向けて濃度データＤ１を送信する。コンピュータ５はガス濃度センサー６からの濃度データＤ１を常時又は継続的に受信し、その濃度変化を判定する。

具体的には、反応槽２内の下水Ｗの滞留時間が長くなり硝化反応が進行すると、濃度データＤ１は上昇傾向となる。したがって、コンピュータ５は、濃度データＤ１が上昇傾向にあるか否かを判断し、上昇傾向にある場合に散気装置４に向けて供給空気量を減少させるための制御指令Ｄ２を送信する。制御指令Ｄ２を受信した散気装置４が供給空気量を減少させると、反応槽２内の硝化反応が減速又は停止する。そうすると、亜酸化窒素ガスＧの発生量が減少し、ガス濃度センサー６による濃度データＤ１も減少傾向に転じる。濃度データＤ１の減少傾向を判定すると、コンピュータ５は供給空気量減少の制御指令Ｄ２の送信を停止し、例えば供給空気量を維持又は増加させる制御指令Ｄ２を散気装置４に向けて送信する。

なお、濃度データＤ１に基づく制御指令Ｄ２の送信態様については、種々の態様が考えられる。例えば、予め濃度の上限値を定めておき、検出された濃度データＤ１が上限値を超えた場合に、供給空気量を所定量減少させる制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。その場合において、濃度データＤ１が予め設定された下限値未満となった場合に、供給空気量を所定量増加させる制御指令Ｄ２を送信することもできる。

また、予め濃度の上昇速度（時間当たりの濃度の増大量）の基準値（基準速度）を定めておき、検出された濃度データＤ１による濃度上昇速度が基準速度を超えた場合に、供給空気量を所定量減少させる制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。その場合において、検出された濃度データＤ１による濃度減少速度が予め設定された基準減速度未満となった場合に、供給空気量を所定量増加させる制御指令Ｄ２を送信することもできる。

濃度データＤ１の増分に応じて（例えば、比例するように）、供給空気量の減少量を設定するように制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。すなわち、濃度データＤ１の上昇が小さい場合には供給空気量の減少程度も小さく、濃度データＤ１の上昇が大きい場合には供給空気量の減少程度も大きくなるように設定することができる。もちろん、この場合には、濃度データＤ１の減少分に応じて、供給空気量の増加量を設定するように制御指令Ｄ２が送信される。

［実施の形態２］
＜滞留時間の長い運転を行う下水処理場＞
本発明の実施の形態２に係る空気供給システムＳについて説明する。この空気供給システムＳ及びそれが適用される下水処理設備Ａの構成は、大略において上記実施の形態１において説明したものと同様であるので、図１及び図２を用いて同様の符号に基づき説明する。この下水処理設備Ａは、いわゆる標準活性汚泥法による硝酸型の下水処理を行うものであり、下水Ｗの滞留時間を比較的長く設定することにより、反応槽２内で積極的に硝化菌による硝化反応を進行させるものである。

反応槽２内には、従属栄養細菌と共に独立栄養細菌としての硝化菌が存在する。そして、従属栄養細菌が下水Ｗ中の有機物を分解すると共に硝化菌が下水Ｗ中のアンモニア性窒素を硝化する。反応槽２内での下水Ｗの滞留時間が長いので硝化反応が充分に進行する。この処理状態においては、反応槽２からの亜酸化窒素ガスＧの発生は硝化反応に伴うもののみである。

しかし、処理下水量の増加等の外部要因により、反応槽２内の滞留時間が短縮されると、散気装置４からの供給空気Ｂと下水Ｗ内の硝化菌との接触時間を充分に確保することが難しくなる。その結果、供給酸素量が不足し、硝化反応が充分に進行することができなくなり、下水Ｗ中の一部で無酸素による嫌気反応（脱窒反応）が発生する。この脱窒反応によって亜酸化窒素ガスＧが生成され、ガス濃度センサー６による検出濃度が上昇する。

したがって、本実施の形態２に係る空気供給システムＳにおいては、コンピュータ５が、ガス濃度センサー６による亜酸化窒素ガスＧの検出濃度上昇に応じて、供給空気量を増加させる制御指令Ｄ２を散気装置４へ向けて送信する。供給空気量が増加すると、供給空気Ｂに起因する溶存酸素と硝化菌との接触時間を充分確保することができるようになり、硝化反応が促進されて充分に進行し、亜酸化窒素ガスＧの発生を減少させることができる。

例えば、この空気供給システムＳにおいては、反応槽２から発生した亜酸化窒素ガスＧの濃度がガス濃度センサー６によって検出されると、ガス濃度センサー６はコンピュータ５に向けて濃度データＤ１を送信する。コンピュータ５はガス濃度センサー６からの濃度データＤ１を常時又は継続的に受信し、その濃度変化を判定する。

具体的には、反応槽２内の下水Ｗの滞留時間が短くなり硝化反応が充分に進行しなくなると、濃度データＤ１は上昇傾向となる。したがって、コンピュータ５は、濃度データＤ１が上昇傾向にあるか否かを判断し、上昇傾向にある場合に散気装置４に向けて供給空気量を増加させるための制御指令Ｄ２を送信する。制御指令Ｄ２を受信した散気装置４が供給空気量を増加させると、反応槽２内の硝化反応が送信されて充分に進行する。そうすると、亜酸化窒素ガスＧの発生量が減少し、ガス濃度センサー６による濃度データＤ１も減少傾向に転じる。濃度データＤ１の減少傾向を判定すると、コンピュータ５は供給空気量増加の制御指令Ｄ２の送信を停止し、例えば供給空気量を維持又は減少させる制御指令Ｄ２を散気装置４に向けて送信する。

［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３に係る空気供給システムＳ３の概略構成を模式的に示す概略構成図である。この空気供給システムＳ３は、散気装置４、コンピュータ（制御手段）５、ガス濃度センサー（濃度検出手段）６、覆蓋部７、ガイド管（導出手段）８に加え、流量計（滞留時間検知手段）９を有して構成されている。

その流量計９は、最初沈殿池１から反応槽２へと至る流路の途中に配置されており、反応槽２へ流入する下水Ｗの流量が計測できるようになっている。そして、流量計９とコンピュータ５とが接続されており、流量計９による流量データＤ３がコンピュータ５へと送信できるようになっている。

また、ポンプ（図示せず）によって下水Ｗを最初沈殿池１へと送水する場合において、そのポンプの回転数、Ｈ−Ｑ曲線に基づいて反応槽２への流量を算出することもできる。

反応槽２の容量は一定であるので、流量計９により下水Ｗの流量が計測できれば、下水Ｗの反応槽２内における滞留時間を大略算出することができる。例えば、下水Ｗの流量Ｑ、反応槽の容量をＶとすると、反応槽２内の下水Ｗの滞留時間Ｔは、Ｔ＝Ｖ／Ｑとなり、流量Ｑと滞留時間Ｔとは、反比例の関係となる。

この空気供給システムＳ３は、滞留時間Ｔ及びガス濃度センサー６による検出濃度の双方の情報に基づいて反応槽２内への供給空気量を制御する。すなわち、表１に示すように、滞留時間Ｔが増加している場合においてガス濃度センサー６による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備が未硝化型であると判断することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させるために供給空気量を減少させる制御を行う。一方、滞留時間Ｔが減少している場合においてガス濃度センサー６による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備が硝酸型であると判断することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させるために供給空気量を増加させる制御を行う。

具体的には、この空気供給システムＳ３は、図４に示すフローチャートに基づく動作を行う。

反応槽２から発生した亜酸化窒素ガスＧの濃度がガス濃度センサー６によって検出されると、ガス濃度センサー６はコンピュータ５に向けて濃度データＤ１を送信する（Ｓ．１）。そして、反応槽２へと流入する下水Ｗの流量が流量計９によって計測されると、流量計９はコンピュータ５に向けて流量データＤ３を送信する（Ｓ．２）。コンピュータ５は濃度データＤ１及び流量データＤ３を常時又は継続的に受信する。

コンピュータ５は、流量データＤ３が減少傾向にあるか否かを判定する（Ｓ．３）。そして、流量データＤ３が減少傾向（滞留時間Ｔの増加傾向）にあると判定した場合に（Ｓ．３：Ｙ）、更に濃度データＤ１が上昇傾向にあるか否かを判定する（Ｓ．４）。濃度データＤ１が上昇傾向にあると判定した場合は（Ｓ．４：Ｙ）、下水処理設備の処理態様が未硝化型であると判断し（Ｓ．５）、散気装置４に向けて供給空気量を減少させる制御指令Ｄ２を送信する（Ｓ．６）。なお、流量データＤ３が減少傾向にあることと、滞留時間Ｔが増加傾向にあることとは同義であり、流量データＤ３が増加傾向にあることと、滞留時間Ｔが減少傾向にあることとは同義である。また、供給空気量の減少の程度は、流量データＤ３の減少量や減少速度、濃度データＤ１の増加量や増加速度に基づいて設定されてもよい。一方、流量データＤ３が減少傾向にあると判定した場合において（Ｓ．３：Ｙ）、濃度データＤ１が減少傾向にある場合には（Ｓ．４：Ｎ）、下水処理設備が硝酸型であるとの判断となる（Ｓ．７）。

コンピュータ５が、流量データＤ３が増加傾向（滞留時間Ｔの減少傾向）にあると判定した場合に（Ｓ．３：Ｎ）、更に濃度データＤ１が上昇傾向にあると判定した場合には（Ｓ．８：Ｙ）、下水処理設備の処理態様が硝酸型であると判断し（Ｓ．９）、散気装置４に向けて供給空気量を増加させる制御指令Ｄ２を送信する（Ｓ．１０）。一方、流量データＤ３が増加傾向（滞留時間Ｔの減少傾向）にあると判定した場合において（Ｓ．３：Ｎ）、更に濃度データＤ１が減少傾向にあると判定した場合には（Ｓ．８：Ｎ）、下水処理設備の処理態様が未硝化型であるとの判断となる（Ｓ．１１）。

［実施の形態４］
図５は、本発明の実施の形態４に係る空気供給システムＳ４の概略構成を模式的に示す概略構成図である。この空気供給システムＳ３は、散気装置４、コンピュータ（制御手段）５、ガス濃度センサー（濃度検出手段）６、覆蓋部７、ガイド管（導出手段）８に加え、呼吸速度計（硝化速度検知手段）１０を有して構成されている。

その呼吸速度計１０は、反応槽２内に配置されており、反応槽２内での酸素摂取量若しくは酸素摂取速度又はその両方が計測できるようになっている。そして、呼吸速度計１０とコンピュータ５とが接続されており、呼吸速度計１０による計測データＤ４がコンピュータ５へと送信できるようになっている。

この酸素摂取量は、反応槽２内での硝化菌の活動を指標する。すなわち、硝化菌による硝化反応が促進されれば酸素消費量が上昇し、呼吸速度計１０による計測データＤ４の数値も上昇する。逆に、硝化菌による硝化反応が減速すれば酸素消費量が減少し、呼吸速度計１０による計測データＤ４の数値も減少する。したがって、計測データＤ４は硝化速度を指標するデータであり、本願においては、硝化速度上昇と計測データＤ４の上昇、硝化速度減少と計測データＤ４の減少を各々同義に取り扱う。

この空気供給システムＳ４は、硝化速度及びガス濃度センサー６による検出濃度の双方の情報に基づいて反応槽２内への供給空気量を制御する。すなわち、表２に示すように、硝化速度が上昇している場合においてガス濃度センサー６による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備が未硝化型であると判断することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させるために供給空気量を減少させる制御を行う。一方、硝化速度が減少している場合においてガス濃度センサー６による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備が硝酸型であると判断することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させるために供給空気量を増加させる制御を行う。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

本発明の実施の形態１に係る空気供給システムが適用される下水処理設備の全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。 図１に示す下水処理設備における反応槽及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る空気供給システムの概略構成を模式的に示す概略構成図である。 図３に示す空気供給システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る空気供給システムの概略構成を模式的に示す概略構成図である。

符号の説明

Ａ：下水処理設備
Ｂ：空気（供給空気）
Ｄ１：濃度データ
Ｄ２：制御指令
Ｄ３：流量データ
Ｄ４：計測データ
Ｇ：亜酸化窒素ガス
Ｑ：流量
Ｓ，Ｓ３，Ｓ４：空気供給システム
Ｔ：滞留時間
Ｖ：容量
Ｗ：下水
１：最初沈殿池
２：反応槽
３：最終沈殿池
４：散気装置
５：コンピュータ（制御手段）
６：ガス濃度センサー（濃度検出手段）
７：覆蓋部
８：ガイド管（導出手段）
９：流量計（滞留時間検知手段）
１０：呼吸速度計（硝化速度検知手段）

Claims (7)

1. 好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給システムであって、
   前記反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段と、
   前記検知された滞留時間が増加している場合において前記検出された前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が未硝化型であると判断して前記反応槽内に供給する空気量を減少させる制御を行うと共に、前記滞留時間が減少している場合において前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が硝酸型又は硝化脱窒型であると判断して前記空気量を増加させる制御を行う制御手段と、を有する空気供給システム。
2. 前記滞留時間検知手段が、前記反応槽における前記下水の流量を計測する流量計、又は前記流量を算出する流量算出手段を有して構成される請求項１に記載の空気供給システム。
3. 好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給システムであって、
   前記反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記反応槽における下水の硝化速度を検知する硝化速度検知手段と、
   前記検知された硝化速度が上昇している場合において前記検出された前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が未硝化型であると判断して前記反応槽内に供給する空気量を減少させる制御を行うと共に、前記硝化速度が減少している場合において前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が硝酸型又は硝化脱窒型であると判断して前記空気量を増加させる制御を行う制御手段と、を有する空気供給システム。
4. 前記硝化速度検知手段が、前記反応槽内における前記下水による酸素摂取を計測する呼吸速度計を有して構成される請求項３に記載の空気供給システム。
5. 前記反応槽から発生する前記亜酸化窒素ガスを収集すべく前記反応槽の開口を覆う覆蓋部と、
   該覆蓋部により収集された前記亜酸化窒素ガスを前記濃度検出手段へと導く導出手段と、を有する請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の空気供給システム。
6. 好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給方法
   であって、
   前記反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出するステップと、
   前記反応槽における下水の滞留時間を検知するステップと、
   前記検知された滞留時間が増加している場合において前記検出された前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が未硝化型であると判断して前記反応槽内に供給する空気量を減少させる制御を行うと共に、前記滞留時間が減少している場合において前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が硝酸型又は硝化脱窒型であると判断して前記空気量を増加させる制御を行うステップと、を有する空気供給方法。
7. 好気性微生物を利用した下水処理を行うための反応槽内に空気を供給する空気供給方法
   であって、
   前記反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出するステップと、
   前記反応槽における下水の硝化速度を検知するステップと、
   前記検知された硝化速度が上昇している場合において前記検出された前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が未硝化型であると判断して前記反応槽内に供給する空気量を減少させる制御を行うと共に、前記硝化速度が減少している場合において前記亜酸化窒素ガスの濃度が上昇している場合には、前記下水処理の処理態様が硝酸型又は硝化脱窒型であると判断して前記空気量を増加させる制御を行うステップと、を有する空気供給方法。

Images