JP5714355B2 - 活性汚泥処理装置及びその処理方法 - Google Patents
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Description
(1)運転管理者の経験に基づいて、流入水質予測や流入水量によりその日の必要送風量を設定し、その風量が常に一定となるように制御する、風量一定制御(例えば、非特許文献1参照。)
(2)流入水量に対する送風倍率を設定し、送風倍率が一定となるように、流入水量に応じた風量を演算して制御する、流入比率一定制御(例えば、非特許文献1参照)。
(4)複数段の好気タンク各槽毎にDOを測定し、DOが一定となるように各槽の風量を個別に制御する、分割曝気DO一定制御(例えば、特許文献1参照)。
(6)生物反応タンクへ流入する入口のアンモニア性窒素濃度を測定し、流入水量と測定アンモニア性窒素濃度を乗じた汚濁負荷量を演算し、流入箇所での汚濁負荷量、又は他の反応槽での滞留時間を時間遅れとして処理した好気槽入口箇所での汚濁負荷量に対し、一義に対応させた必要空気量を乗算演算し求めその演算値で風量を制御する、硝化制御(例えば、特許文献4参照)。
(7)例えば、硝化制御とDO制御との併用等による制御。
更に、生物反応タンク1池に対して、アンモニア性窒素濃度もDOもそれぞれ1つの計測器による計測値を基に制御を行っているため、複数層ある生物反応タンク1池の中で、入口水質により時間ごと、各槽ごとに各種反応が変動することで、各時間各槽毎に異なる必要空気量に対して個別に適正な送風を行うことができず、結果として送風量が過剰となっている。
図1は、本発明の一実施形態に係る活性汚泥処理装置1を示す。
本実施形態において、原水を硝化細菌により硝化を行う生物反応タンク10は、第1反応槽11、第2反応槽12、第3反応槽13、第4反応槽14から成る。なお、第1反応槽11、第2反応槽12、第3反応槽13、第4反応槽14の体積をV1,V2,V3,V4として表す。
第1反応槽11、第2反応槽12、第3反応槽13、第4反応槽14には、それぞれの底部側に散気装置24,25,26,27が設置されている。
送風量演算・弁制御装置33は、これらの入力信号に基づいて、後述する風量調節弁35,36,37,38,43の開度調整制御を行うための出力信号を送出するように構成されている。
メンブレン式散気装置はこの構成を持つもので、ステンレス鋼や硬い樹脂製の基板の周囲に、伸び縮みするスリット状に多数の孔を穿孔した膜の周縁を締結固定し、基板と膜との間に分岐配管34a,34b,34c,34dから送風される加圧空気を、散気装置24,25,26,27が設置されている反応槽の水中水圧に抗して吹込むと、膜が空気圧によって基板から膨れて伸び、穿孔した多数の孔も拡がって開口する。
このように空気の吹き込みの有り無しで自動的に散気孔が開閉でき、更に吹き込む際には膜も隆起しながら多数穿孔された散気孔から勢いよく吹き出すので、曝気空気の送風を停止して反応槽中に存在する汚泥が沈降してきても、散気孔に堆積閉塞することがなく、膜上に堆積した汚泥も送気時には吹き飛ばし振り落とすことが可能である。
風量計44と、温度計45と、圧力計46とは、送風機制御装置48に実測値を送信するように連絡している。送風機47は、送風機制御装置48によって運転が制御される。
主であり、送風量(G S0 、風力計44で計測)は従、若しくはモニタリングであって、その送風空気圧力が一定になるように、送風機制御装置48からの出力信号にて送風機47の吸込ベーン開度等を調整する。その結果、下流の風量調節弁35,36,37,38の開度に応じて間接的に送風機47からの送風量が変化する。
本実施形態においては、原水は配管30からの返送汚泥と合流した水量で原水配管28によって生物反応タンク10の第1反応槽11に流入され、以下順に第2反応槽12,第3反応槽13及び第4反応槽14を流下しながら、硝化細菌により硝化され、処理水が排出管32から排出される。
図2に示すフローチャートは、第1反応槽11における処理手順について説明する。第2反応槽12,第3反応槽13及び第4反応槽14についても、同様に処理されるので、これらの説明は省略する。
図3は、滞留時間(θ)の概念図である。
図3に示すように、測定間隔tと、各測定時刻の流量Qにて、各測定間隔毎に流入した水量(Q×t)を演算する。
現在時刻をtnとすると、現在時刻tnから測定間隔tずつ時刻を遡っていき、Σ(Q×t)≒V 1 となった時のθが、現在時刻tnにおける滞留時間となる。
((Qn十Qn-1)×t)≒V1であれば、θ=2×tと判定する。θ≠2×tであれば、次行へ進む。
((Qn+Qn-1+Qn-2)×t)≒V 1 であれば、θ=3×tと判定する。θ≠3×tであれば、次行へ進む。
以上の判断を繰返すことにより、滞留時間θを決定する。
第2反応槽12のアンモニア性窒素計16で実測されたアンモニア性窒素濃度N2の現在値(=N2-n)と、θ時間前の第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度N 1 (=N1-1)との差(N1-1−N2-n)、即ちθ時間前の第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度N1-1が、第2反応槽12のアンモニア性窒素計16で実測されたアンモニア性窒素濃度N2に流達する間に硝化されたアンモニア性窒素濃度を演算する。
2)N1-1−N2-n<設定下限値の場合(ステップS2のYES)には、次のDO判定ステップS3へ進み、DOが設定下限値(例えば、0.1〜4.0mg/L)未満であれば(ステップS3のNO)、次のサンプリングタイムまでDO一定制御を行うために、ステップS23へ進む。ここで、DOの設定下限値は、光学式DO計の測定精度下限値(精度±0.05mg/L)から下水協設計指針の硝化反応に必要なDO(1.5〜2.0mg/L)に余裕を持たせた範囲としてある。
ステップS24において、送風量演算・弁制御装置33は、空気量(G S )≒送風下限値か否かを判断する。空気量(G S )≒送風下限値の場合(ステップS24のYES)には、ステップS25へ進み、空気量(G S )≠送風下限値の場合(ステップS24のNO)には、ステップS27へ進む。
一定時間は、0分(スキップもできるように)から生物処理への影響が生じない60分以内くらいのところに幅を持たせた(120分)範囲とした。
一定時間を超えた場合(ステップS25のNO)には、ステップS27へ進み、一定時間以内の場合(ステップS25のYES)には、ステップS26へ進む。
ステップS27において、送風量演算・弁制御装置33は、風量調節弁35を調節することによって、DO一定制御(目標値=DO設定値上限値、送風下限設定あり)を行わせる。ここで、DO設定上限値〜制御のハンチング防止で少し幅を持たせる(例えば、2.0mg/L)範囲とすることが好ましい。
硝化速度(Kn)は、次式により求められる。
ここで、
N1-1:時刻t1の時の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたア
ンモニア性窒素濃度
(t1は、現在時刻tnよりもθ時間前の時刻)
N2-n:現在時刻tnの時の、第2反応槽12のアンモニア性窒素計16で実測され
たアンモニア性窒素濃度
MLSS:現在時刻tnのMLSS濃度
図5は、第1反応層11内の流下方向のアンモニア性窒素濃度変化の例を示す。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS6において、第1反応槽11の流入アンモニア負荷量(ΣLNin)を求める。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS7において、第1反応槽11で硝化したアンモニア負荷量(LNT)を求める。アンモニア負荷量(LNT)は、図10に示す例のように、第1反応槽11(V 1 )で硝化したアンモニア性窒素負荷量を表す。
第1反応槽11で硝化したアンモニア性窒素負荷量(LNT)は、次式により求められる。
時刻t1から現在時刻tnの間の流入アンモニア負荷量(ΣLNin)が、第1反応槽11で硝化したアンモニア負荷量(LNT)より大きい場合(ステップS8のNO)には、ステップS13へ進む。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS9において、時刻t1の時の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度(N1-1)が、時刻t1の後の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度(N1-2)より小さいか否かの判断を行う。
時刻t1の時の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度(N1-1)が、時刻t1の後の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度(N1-2)より小さい場合(ステップS9のYES)には、ステップS11へ進む。
硝化に必要な酸素量(AORN)は、次式により求められる。
AORN=4.57×LNT/θ×10-3
=4.57×(N1-1−N2-n)×V1/θ×10-3
例えば、図6のような場合がある。
時刻t 1 から現在時刻tnまでの第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度N1の平均値(=ΣLNin/V 1 )を、(Ave.N1-1〜n)と表記する。
時刻t1の後の、第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度(N1-2)が、時刻t 1 から現在時刻tnまでの第1反応槽11のアンモニア性窒素計15で実測されたアンモニア性窒素濃度N 1 の平均値(=ΣLNin/V 1 =Ave.N1-1〜n)より大きい場合(ステップS11のYES)には、ステップS13へ進む。
硝化に必要な酸素量(AORN)は、次式により求められる。
AORN=4.57×LNT/θ×10-3×(ΣLNin/V1/N1-n)
ここでは、次式によりAORNを補正する。
例えば、図11のような場合がある。
また、流入負荷が低下したとき等でも、ここまでの判定にかからなかった場合、例えば、図12のような場合には、設定風量を減らす方向の補正となるが、同式での補正となる。
総酸素量(AOR)は、硝化に必要な酸素量(AORN)と内生呼吸に必要な酸素量(AORE)との和である。
内生呼吸に必要な酸素量(AORE)は、次式により求められる。
AORE =0.10×V1×MLSS×0.8×10-3×1/24×1/60
必要空気量(Gs)は、次式により求められる。
EAS:清水に対する酸素移動効率(%)
ρ:空気の密度 =1.293(kg空気/Nm3)
OW:空気中の酸素の重量比=0.232(kgO2/kg空気)
必要空気量(Gs)が送風下限量より小さい場合(ステップS16のNO)には、ステップS17へ進む。
必要空気量(Gs)が送風下限量より大きい場合(ステップS16のYES)には、ステップS21へ進む。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS17において、DOの下限値(例えば、0.1〜4.0mg/L)より大きいか否かの判断を行う。
DOの下限値(例えば、0.1〜4.0mg/L)より小さい場合(ステップS17のNO)には、ステップS20へ進む。
DOの下限値(例えば、0.1〜4.0mg/L)より大きい場合(ステップS17のYES)には、ステップS18へ進む。
一定時間は、0分(スキップもできるように)から生物処理への影響が生じない60分以内くらいのところに幅を持たせた(120分)範囲とした。
一定時間を超えた場合(ステップS18のNO)には、ステップS20へ進み、一定時間以内の場合(ステップS18のYES)には、ステップS19へ進む。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS20において、風量調節弁35を調節することによって、下限値にて送風させる信号を送信する。
次に、送風量演算・弁制御装置33は、ステップS22において、測定間隔tが経過したか否かをの判断を行う。
測定間隔tが経過すると、ステップS1へ進む。
例えば、標準活性汚泥法、A2O法(嫌気−無酸素−好気法)、AO法(嫌気−好気法)、硝化内生脱窒法、循環式硝化脱窒法、OD法、ステップ注入法、回分式活性汚泥法、間欠曝気法、担体投入型活性汚泥法、担体投入A2O法、担体投入AO法、担体投入硝化内生脱窒法、担体投入循環式硝化脱窒法、担体投入OD法、担体投入ステップ注入法、担体投入回分式活性汚泥法、担体投入間欠曝気法、凝集剤注入型活性汚泥法、凝集剤注入A2O法、凝集剤注入AO法、凝集剤注入硝化内生脱窒法、凝集剤注入循環式硝化脱窒法、凝集剤注入OD法、凝集剤注入ステップ注入法、凝集剤注入回分式活性汚泥法、凝集剤注入間欠曝気法、膜分離型活性汚泥法、膜分離型A2O法、膜分離型AO法、膜分離型硝化内生脱窒法、膜分離型循環式硝化脱窒法、膜分離型OD法、膜分離型ステップ注入法、膜分離型回分式活性汚泥法、膜分離型間欠曝気法等である。
10 生物反応タンク
11 第1反応槽
12 第2反応槽
13 第3反応槽
14 第4反応槽
15,16,17,18,18A アンモニア性窒素計
19,20,21,22 DO計
23 MLSS計
24,25,26,27 散気装置
28 原水配管
29,31 流量計
30 配管
32 配水管
33 送風量演算・弁制御装置
34 送気配管
35,36,37,38,43 風量調節弁
39,40,41,42,44 風量計
45 温度計
46 圧力計
47 送風機
48 送風機制御装置
Claims (6)
- 原水を硝化細菌により硝化を行う複数の反応槽から成る生物反応タンクを備える下水の活性汚泥処理装置において、
前記生物反応タンクへの流入水量を計測する流量計と、
前記生物反応タンクの各反応槽に設けられる散気装置と、
前記散気装置へ空気を供給する送風機出口の送風圧を計測する送風圧力計と、
前記散気装置への送風量を制御する風量調整弁と、
前記生物反応タンクの末端に設けられるMLSS計と、
前記生物反応タンクの各反応槽の流入側に設けられるアンモニア性窒素計と、
前記生物反応タンクの各反応槽の流出側に設けられるDO計と、
前記流量計、前記送風圧力計、各前記風量調節弁、前記MLSS計、各前記アンモニア性窒素計及び各前記DO計に連絡する送風量演算・弁制御装置と、
送風機制御装置とを備え、
前記送風量演算・弁制御装置は、
前記アンモニア性窒素計の相互間隔に対応した前記生物反応タンクの各反応槽のタンク容量、流入水量及びアンモニア性窒素濃度から下水の滞留時間θを連続的に算出して、必要送風量を演算し制御を併せて行なうにあたり、前記生物反応タンクの各反応槽のタンク容量及び前記流量計の流量計測値から求められる下水の滞留時間(θ)を演算し、最上流の反応槽のアンモニア性窒素濃度の前記下水の滞留時間(θ)前の計測値と、最上流の次の反応槽のアンモニア性窒素濃度計の計測値との差が設定下限値以上となっていた硝化が進んでいる場合には、各反応槽のタンク容量及び前記流量計の流量計測値から求められた下水の滞留時間の間に、隣接する2つのアンモニア性窒素計からの計測値に基づき、上流側の反応槽におけるアンモニア性窒素濃度を下流側の反応槽におけるアンモニア性窒素濃度まで硝化した、前記MLSS計のMLSS濃度測定値に応じた硝化速度K n に基づき硝化したアンモニア性窒素負荷量(L NT )の量に応じた硝化制御に切り替わって各反応槽毎に散気装置への必要送風量を求め、
最上流の反応槽のアンモニア性窒素濃度の前記下水の滞留時間(θ)前の計測値と、最上流の次の反応槽のアンモニア性窒素濃度計の計測値との差が設定下限値より小さい場合には、次の測定サンプリング時刻までは、DO計の計測値による溶存酸素が一定になるようにDO一定制御に切り替わって各反応槽毎に散気装置への必要送風量を求め、
前記送風機制御装置は、
前記送風量演算・弁制御装置により求めた前記必要送風量に見合った前記散気装置への送風量を、送風圧力を一定に保ったまま、各反応槽の前記風量調節弁を個別に開度制御して制御する
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 請求項1記載の活性汚泥処理装置において、
前記送風量演算・弁制御装置は、前記下水の滞留時間の間に流入したアンモニア性窒素量の積算値(ΣL Nin )が、前記硝化した量(L NT )を下回る場合に、送風量が過剰にならないよう、設定送風量を減らす制御を行う
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 請求項1記載の活性汚泥処理装置において、
前記送風量演算・弁制御装置は、前記下水の滞留時間の間に流入したアンモニア性窒素量の積算値(ΣLNin)が、前記硝化した量(LNT)を上回る場合で、かつ現在時刻よりも前記下水の滞留時間(θ)前の時刻のアンモニア性窒素濃度が、現在時刻よりもθ−t(t:測定間隔)時間前の時刻のアンモニア性窒素濃度を下回る場合には、前記下水の滞留時間(θ)の間に流入したアンモニア性窒素量の平均値が、現在時刻よりもθ−t時間前の時刻のアンモニア性窒素濃度を上回る場合に、現在時刻よりもθ時間前の時刻のアンモニア性窒素濃度に対する、現在時刻よりもθ−t時間前の時刻のアンモニア性窒素濃度の比によって、前記硝化に必要な酸素量(AOR N )を補正し、前記硝化に必要な酸素量(AOR N )に応じた送風量が過小にならないよう、設定送風量を増やす制御を行う
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 請求項1記載の活性汚泥処理装置において、
前記送風量演算・弁制御装置は、現在時刻よりも前記下水の滞留時間(θ)前の時刻のアンモニア性窒素濃度に対する、前記下水の滞留時間(θ)の間に流入したアンモニア性窒素量の平均値の比によって、前記硝化に必要な酸素量(AOR N )を補正し、前記硝化に必要な酸素量(AOR N )に応じた送風量に過不足が生じないよう、設定送風量を増減する制御を行う
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか記載の活性汚泥処理装置において、
前記散気装置は、風量制御範囲が広く、散気孔が開閉することで送風−停止の間欠曝気運転が可能なメンブレン膜を有する散気装置で構成され、
前記送風量演算・弁制御装置により演算された必要空気量が、前記生物反応タンクの各反応槽への最小送風量を下回った場合に、前記送風量演算・弁制御装置の出力信号に基づいた各反応槽個別の風量調節弁の全閉を含む開度制御により、間欠曝気運転を行うようにした
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか記載の活性汚泥処理装置を用いて、原水を硝化細菌により硝化を行う下水の活性汚泥処理方法において、
前記アンモニア性窒素計の相互間隔に対応した各反応槽の反応タンク容量と、流入水量、前記アンモニア性窒素計の測定濃度、前記MLSS計のMLSS濃度測定値とから硝化速度を連続的に算出し、必要送風量を演算しながら、前記送風量演算・弁制御装置の出力信号に基づいて各反応槽の風量調節弁の開度制御を行い、前記反応槽への送風量の制御を個別に行う
ことを特徴とする活性汚泥処理方法。
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