JP5944467B2 - 下水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、好気処理によって下水中に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に硝化する下水処理システムに関するものである。

生活排水や工場排水などの下水中に含まれるアンモニア性窒素は、下水の放流先となる湖沼や内湾などの閉鎖性水域における溶存酸素の低下や富栄養化現象の原因になることが知られている。このため、下水処理設備では好気処理が行われている。好気処理とは、反応槽内の下水に投入した、若しくは、下水中に元々存在する硝化菌などの好気性微生物を利用して、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に硝化する処理のことを意味する。

このような好気処理では、微生物活動や反応槽の運転条件などの変化によって、反応副生成物として亜酸化窒素ガス（Ｎ_２Ｏ）が発生することが知られている。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ガスの約３１０倍と非常に高い。また、亜酸化窒素ガスは、フロンガスと同様、成層圏のオゾン層を破壊するオゾン層破壊ガスとしても問題視されている。このため、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制することが地球環境保護の観点から急務となっている。

このような背景から、近年、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制するための発明が幾つか提案されている（特許文献１〜３参照）。特許文献１記載の発明は、亜酸化窒素ガスを溶解させた吸収液を無酸素槽に供給することにより、無酸素槽内の脱窒菌によって亜酸化窒素ガスを窒素ガスに還元するものである。特許文献２記載の発明は、亜酸化窒素ガスを含有する含有ガスを無酸素槽内に供給する前に、脱窒菌の反応を阻害する酸素を含有ガスから除去するものである。特許文献３記載の発明は、亜酸化窒素ガスを溶解させた吸収液を嫌気性条件下で処理することによって、亜酸化窒素ガスを窒素ガスに還元するものである。

特開平１０−１２８３８９号公報 特開２０００−２４６０５５号公報 特開２００２−２０４９２６号公報

しかしながら、特許文献１，３記載の発明によれば、吸収液を貯留するための吸収槽や吸収槽内で吸収液を循環させるための循環ポンプなどの付加的な装置を用意する必要がある。また、特許文献２記載の発明によれば、含有ガスから酸素を除去するための酸素除去装置を用意する必要がある。このため、特許文献１〜３記載の発明によれば、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制する下水処理システムを安価に構成することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を安価に抑制可能な下水処理システムを提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る下水処理システムは、原水供給路から供給された原水が流入する、嫌気条件下で該原水中に含まれる有機物を活性汚泥に取り込むと共に該活性汚泥中に含まれるリンを該原水に放出する嫌気槽と、前記嫌気槽から流出した処理原水が流入する、無酸素条件下で該処理原水中に含まれる亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を窒素ガスに還元する無酸素槽と、前記無酸素槽から流出した処理原水が流入する、好気条件下で該処理原水中に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素に硝化すると共に該処理原水中に含まれるリンを活性汚泥中に取り込む、該処理原水の流れ方向に沿って配列された複数の好気槽と、前記好気槽から流出した処理原水が流入する、該処理原水に含まれる活性汚泥を沈殿させる沈殿槽と、前記沈殿槽内に堆積する活性汚泥を前記嫌気槽に返送する汚泥返送路と、最下流の前記好気槽内の硝化液を前記無酸素槽に循環する硝化液循環路と、前記沈殿槽内における前記活性汚泥の滞留時間を制御する滞留時間制御部と、を備える。

本発明に係る下水処理システムによれば、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を安価に抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態である下水処理システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第２の実施形態である下水処理システムの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第３の実施形態である下水処理システムの構成を示すブロック図である。 図４は、図１に示す下水処理システムの変形例の構成を示すブロック図である。 図５は、図２に示す下水処理システムの変形例の構成を示すブロック図である。 図６は、図３に示す下水処理システムの変形例の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態である下水処理システムの構成について説明する。

〔第１の実施形態〕
始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施形態である下水処理システムの構成について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である下水処理システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態である下水処理システム１は、嫌気槽１１と、無酸素槽１２と、複数の好気槽１３ａ〜１３ｃと、沈殿槽１４と、汚泥返送路１５と、硝化液循環路１６と、を備える。

嫌気槽１１には、原水供給路１７から供給された原水が流入する。嫌気槽１１では、嫌気条件下で原水中に含まれる有機物が活性汚泥に取り込まれると共に、活性汚泥中に含まれるリンが原水中に放出される。

無酸素槽１２には、嫌気槽１１から流出した処理原水が流入する。無酸素槽１２では、無酸素条件下で処理原水中に含まれる亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が窒素ガスに還元される。

複数の好気槽１３ａ〜１３ｃは、処理原水の流れ方向に沿って直列に配列されている。複数の好気槽１３ａ〜１３ｃには、各好気槽の堰高を調整することによって、無酸素槽１２から流出した処理原水がステップ流入する。各好気槽には、貯留される活性汚泥に対して散気を行うための図示しない散気装置が備えられている。複数の好気槽１３ａ〜１３ｃでは、好気条件下で処理原水中に含まれるアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素に硝化される共に処理原水中に含まれるリンが活性汚泥中に取り込まれる。

沈殿槽１４には、最下流の好気槽１３ｃから流出した処理原水が流入する。沈殿槽１４では、処理原水が分離液と活性汚泥１８とに分離される。沈殿槽１４の側壁には、図示しない配管が接続されており、図示しない配管を介して消毒処理された分離液を系外に排出できるように構成されている。また、沈殿槽１４の底部には、汚泥返送路１５が接続されており、沈殿槽１４の底部に堆積した活性汚泥１８を嫌気槽１１に返送できるように構成されている。

硝化液循環路１６は、無酸素槽１２と最下流の好気槽１３ｃとを接続する配管であり、好気槽１３ｃ内の硝化液を無酸素槽１２に循環する。

本発明の第１の実施形態である下水処理システム１には、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制するために、負荷検出部１９ａ〜１９ｄと、原水ステップ流路２０と、流入窒素負荷制御装置２１と、が設けられている。

負荷検出部１９ａ〜１９ｄはそれぞれ、無酸素槽１２及び好気槽１３ａ〜１３ｃに設けられている。負荷検出部１９ａ〜１９ｄは、各槽におけるアンモニア性窒素負荷（例えば、アンモニア酸化細菌量、亜硝酸酸化細菌量、アンモニア性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、酸素消費速度など）を検出する。負荷検出部１９ａ〜１９ｄは、検出されたアンモニア性窒素負荷の値を流入窒素負荷制御装置２１に入力する。

原水ステップ流路２０は、原水供給路１７から供給された原水の一部を無酸素槽１２及び好気槽１３ａ〜１３ｃに供給するための配管である。原水供給路１７から無酸素槽１２及び好気槽１３ａ〜１３ｃの各槽への原水の供給量はそれぞれ、バルブ２２ａ〜２２ｄの開度を制御することによって調整される。

流入窒素負荷制御装置２１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって構成されている。流入窒素負荷制御装置２１は、負荷検出部１９ａ〜１９ｄから入力された無酸素槽１２及び好気槽１３ａ〜１３ｃの各槽におけるアンモニア性窒素負荷の値に基づいて、各槽におけるアンモニア性窒素負荷が所定値未満になるようにバルブ２２ａ〜２２ｄの開度を制御して各槽に原水を供給する。例えば、負荷検出部１９ｄによって検出されたアンモニア性窒素負荷の値が所定値以上である場合、流入窒素負荷制御装置２１は、バルブ２２ｄを開くことによって好気槽１３ｃ内に原水を供給する。好気槽１３ａ〜１３ｃ内における亜酸化窒素ガスの発生量は、アンモニア性窒素負荷の増加に応じて増加する。従って、このようにアンモニア性窒素負荷の値に応じて好気槽１３ａ〜１３ｃに原水を供給することにより、好気槽１３ａ〜１３ｃ内におけるアンモニア性窒素負荷の値を所定値未満に保ち、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態である下水処理システムの構成について説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態である下水処理システムの構成を示す模式図である。図２に示すように、本発明の第２の実施形態である下水処理システム２は、嫌気槽１１と、無酸素槽１２と、複数の好気槽１３ａ〜１３ｃと、沈殿槽１４と、汚泥返送路１５と、硝化液循環路１６と、を備える。なお、これらの構成要素は、第１の実施形態である下水処理システム１における構成要素と同じであるので、以下ではその説明を省略する。

本発明の第２の実施形態である下水処理システム２には、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制するために、滞留時間制御装置３１が設けられている。滞留時間制御装置３１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって構成されている。滞留時間制御装置３１は、例えば沈殿槽１４から汚泥返送路１５への活性汚泥１８の引き抜き回数や引き抜き量を制御することによって、沈殿槽１４内における活性汚泥１８の滞留時間を制御する。活性汚泥１８内に含まれる亜酸化窒素ガスは、沈殿槽１４内に滞留している間に活性汚泥１８内で分解されていく。従って、活性汚泥１８を速やかに汚泥返送路１５へと引き抜くのではなく、所定時間以上滞留させるように活性汚泥１８の滞留時間を制御することによって、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制することができる。

〔第３の実施形態〕
最後に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態である下水処理システムの構成について説明する。

図３は、本発明の第３の実施形態である下水処理システムの構成を示す模式図である。図３に示すように、本発明の第３の実施形態である下水処理システム３は、嫌気槽１１と、無酸素槽１２と、複数の好気槽１３ａ〜１３ｃと、沈殿槽１４と、汚泥返送路１５と、硝化液循環路１６と、を備える。なお、これらの構成要素は、第１及び第２の実施形態である下水処理システム１，２における構成要素と同じであるので、以下ではその説明を省略する。

本発明の第３の実施形態である下水処理システム３には、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制するために、ガス検出部４１ａ〜４１ｃと、ガス供給路４２と、ガス送り制御装置４３と、が設けられている。

ガス検出部４１ａ〜４１ｃはそれぞれ、好気槽１３ａ〜１３ｃに設けられている。ガス検出部４１ａ〜４１ｃは、亜酸化窒素ガスセンサによって構成され、各好気槽内における亜酸化窒素ガスの発生量を検出する。ガス検出部４１ａ〜４１ｃは、検出された亜酸化窒素ガスの発生量の値をガス送り制御装置４３に入力する。

ガス供給路４２は、好気槽１３ａ〜１３ｃ内で発生した亜酸化窒素ガスを無酸素槽１２に供給するための配管である。各好気槽から無酸素槽１２への亜酸化窒素ガスの供給量はそれぞれ、バルブ４４ａ〜４４ｃの開度を制御することによって調整される。

ガス送り制御装置４３は、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって構成されている。ガス送り制御装置４３は、ガス検出部４１ａ〜４１ｃから入力された好気槽１３ａ〜１３ｃ内における亜酸化窒素ガスの発生量の値に基づいて、好気槽１３ａ〜１３ｃ内における亜酸化窒素ガスの発生量の値が所定値未満になるようにバルブ４４ａ〜４４ｃの開度を制御して好気槽１３ａ〜１３ｃ内の亜酸化窒素ガスを無酸素槽１２に供給する。例えば、ガス検出部４１ｃによって検出された亜酸化窒素ガスの発生量の値が所定値以上である場合、ガス送り制御装置４３は、バルブ４４ｃを開くことによって好気槽１３ｃ内の亜酸化窒素ガスを無酸素槽１２に供給する。無酸素槽１２に供給された亜酸化窒素ガスは、脱窒処理によって無酸素槽１２内で分解処理される。従って、このように亜酸化窒素ガスの発生量に応じて好気槽１３ａ〜１３ｃ内の亜酸化窒素ガスを無酸素槽１２に供給することにより、大気中への亜酸化窒素ガスの放出を抑制することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、第１乃至第３の実施形態である下水処理システムのうちの２つ以上を組み合わせて下水処理システムを構築してもよい。また、本実施形態は、Ａ２Ｏ法を利用した下水処理システムに本発明を適用したものであるが、本発明は好気処理のみを行う標準法を利用した下水処理システムにも適用することができる。

すなわち、図４に示すように処理原水の流れ方向に沿って直列に配列された複数の好気槽１３ａ〜１３ｅを備える下水処理システムにおいて、２段目以後の好気槽１３ｂ〜１３ｅに対して負荷検出部１９ａ〜１９ｄ及びバルブ２２ａ〜２２ｄを設け、流入窒素負荷制御装置２１が、負荷検出部１９ａ〜１９ｄから入力された好気槽１３ｂ〜１３ｅの各槽におけるアンモニア性窒素負荷の値に基づいて、各槽におけるアンモニア性窒素負荷が所定値未満になるようにバルブ２２ａ〜２２ｄの開度を制御して各槽に原水を供給するようにしてもよい。

また、図５に示すように処理原水の流れ方向に沿って直列に配列された複数の好気槽１３ａ〜１３ｅを備える下水処理システムにおいて、滞留時間制御装置３１が、例えば沈殿槽１４から汚泥返送路１５への活性汚泥１８の引き抜き回数や引き抜き量を制御することによって、沈殿槽１４内における活性汚泥１８の滞留時間を制御するようにしてもよい。

また、図６に示すように処理原水の流れ方向に沿って直列に配列された複数の好気槽１３ａ〜１３ｅを備える下水処理システムにおいて、２段目以後の好気槽１３ｂ〜１３ｅに対してガス検出部４１ａ〜４１ｄ及びバルブ４４ａ〜４４ｄを設け、ガス送り制御装置４３が、ガス検出部４１ａ〜４１ｄから入力された好気槽１３ｂ〜１３ｅ内における亜酸化窒素ガスの発生量の値に基づいて、好気槽１３ｂ〜１３ｅ内における亜酸化窒素ガスの発生量の値が所定値未満になるようにバルブ４４ａ〜４４ｄの開度を制御して好気槽１３ｂ〜１３ｅ内の亜酸化窒素ガスを好気槽１３ａに供給するようにしてもよい。

このように、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

１，２，３ 下水処理システム
１１ 嫌気槽
１２ 無酸素槽
１３ａ〜１３ｃ 好気槽
１４ 沈殿槽
１５ 汚泥返送路
１６ 硝化液循環路
１７ 原水供給路
１８ 活性汚泥
１９ａ〜１９ｄ 負荷検出部
２０ 原水ステップ流路
２１ 流入窒素負荷制御装置
２２ａ〜２２ｄ，４４ａ〜４４ｃ バルブ
３１ 滞留時間制御装置
４１ａ〜４１ｃ ガス検出部
４２ ガス供給路
４３ ガス送り制御装置

Claims (1)

1. 原水供給路から供給された原水が流入する、嫌気条件下で該原水中に含まれる有機物を活性汚泥に取り込むと共に該活性汚泥中に含まれるリンを該原水に放出する嫌気槽と、
   前記嫌気槽から流出した処理原水が流入する、無酸素条件下で該処理原水中に含まれる亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を窒素ガスに還元する無酸素槽と、
   前記無酸素槽から流出した処理原水が流入する、好気条件下で該処理原水中に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素に硝化すると共に該処理原水中に含まれるリンを活性汚泥中に取り込む、該処理原水の流れ方向に沿って配列された複数の好気槽と、
   前記好気槽から流出した処理原水が流入する、該処理原水に含まれる活性汚泥を沈殿させる沈殿槽と、
   前記沈殿槽内に堆積する活性汚泥を前記嫌気槽に返送する汚泥返送路と、
   最下流の前記好気槽内の硝化液を前記無酸素槽に循環する硝化液循環路と、
   前記沈殿槽内における前記活性汚泥の滞留時間を制御する滞留時間制御部と、
   前記複数の好気槽に各槽におけるアンモニア性窒素負荷を検出する負荷検出部と、
   前記原水供給路から供給された原水の一部を前記複数の好気槽及び前記無酸素槽に分配供給する原水ステップ流路と、
   前記負荷検出部により検出されたアンモニア性窒素負荷の値に基づいて、前記複数の好気槽のそれぞれの好気槽におけるアンモニア性窒素負荷がそれぞれ所定値未満になるように、前記原水ステップ流路によるそれぞれの好気槽に分配供給する原水の量を制御する負荷制御部と、を備える
   ことを特徴とする下水処理システム。

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