JP6298918B1

JP6298918B1 - 排水処理装置

Info

Publication number: JP6298918B1
Application number: JP2017101583A
Authority: JP
Inventors: セイドウチ
Original assignee: 日金建設株式会社
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2037-05-23
Also published as: JP2018196845A

Abstract

【課題】簡素な構成で安価なシステムを実現でき、既存の排水処理施設の有効利用が可能で、排水処理の効率化、処理水質の向上、安定化を促進できるメンテナンス性に優れた排水処理装置を提供する。【解決手段】内部が上流から下流に向かって複数の槽２５〜２７に仕切られ、生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う好気槽１８と、送風機３０に接続され各槽２５〜２７内の排水中に空気を供給する空気供給部３１と、送風機３０と空気供給部３１を接続する配管３２に設けられた１つの供給調整部３４とを備え、複数の槽２５〜２７のいずれか１のみに設置される蛍光測定センサ３５で測定される蛍光量、ｐＨセンサ３６で測定されるｐＨ、及びＤＯセンサ３７で測定され溶存酸素濃度に基づいて好気槽１８内での硝化及び脱窒の反応段階を判断し、反応段階に応じて供給調整部３４により空気供給部３１からの空気供給量を制御する制御部４０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、排水中の窒素成分を生物処理によって除去する排水処理装置に関する。

従来、排水中の窒素成分を除去するために様々な排水処理方法や排水処理装置が提案されている。
その１つとして、連続的に排水を流入させる生物学的窒素除去法では、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する硝化槽（好気槽）と硝酸性窒素を窒素ガスに還元する脱窒槽（無酸素槽）との２種類の槽が一つずつ、もしくは複数設けられている。好気槽ではその槽内を好気性状態にするために空気を送風し、無酸素槽ではその槽内を無酸素状態にするために空気を送風しない。そして、好気槽への送風量が過剰にならないような制御がなされている。また、好気槽と無酸素槽の区別のない完全混合型の好気槽で、硝化と脱窒を同時並行的に行う方式では、好気槽全体に空気を送風しており、この場合は、好気槽と無酸素槽を別々に有する窒素除去法より高度な制御が求められる。
しかし、好気槽内の硝化状態や脱窒状態を検知するために、酸化還元電位（ＯＲＰ）をＯＲＰプローブで測定しても、反応が遅く、値が安定せず、バラツキも大きいので、硝化状態や脱窒状態を正確に把握することができず、風量制御の指標にするには正確性、信頼性に欠け、排水処理の安定性に欠けるという問題点があった。
これらの問題点を解決するものとして、例えば、特許文献１には、嫌気槽と、嫌気槽の下流側に配設される無酸素槽と、無酸素槽の下流側に配設される好気槽と、好気槽内に配設され生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサと、好気槽内に配設されｐＨを測定するｐＨセンサと、好気槽内に配設され溶存酸素濃度を測定するＤＯセンサと、好気槽内に空気を供給する空気供給部と、無酸素槽に好気槽で硝化された排水（硝化液）を循環させる硝化液循環部と、蛍光測定センサで測定される蛍光量とｐＨセンサで測定されるｐＨとＤＯセンサで測定される溶存酸素濃度とに基づいて好気槽での硝化及び脱窒の反応段階を判断し反応段階に応じて空気供給部の運転を制御する制御部と、を備えた排水処理装置が記載されている。

特開２０１６−１９８６９４号公報

しかしながら、特許文献１の排水処理装置は、高度な処理を行うために、複数槽に仕切られた好気槽に対し、複数のＤＯセンサ、蛍光測定センサ、及びｐＨセンサを設置し、好気槽内の詳細な状態を把握する必要があった。また、好気槽の各槽に設けられる散気管には、供給する空気の送風量を増減できる送風機が接続されるだけでなく、槽毎に供給される空気量を増減させるために、個別の電動空気弁と、それを開閉するためのバルブ開閉部も必要としていた。よって、特許文献１の排水処理装置は、部品点数が多く、構造及び制御が複雑となり、取り扱い性、メンテナンス性に欠けるという問題があった。また、高価なシステムとなり、初期投資の額が増大するため、設備導入が進まず、排水処理の効率化、処理水質の向上、安定化が図られないという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、簡素な構成で安価なシステムを実現でき、既存の排水処理施設の有効利用が可能で、排水処理の効率化、処理水質の向上、安定化を促進できるメンテナンス性に優れた排水処理装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る排水処理装置は、排水中の窒素成分を生物処理によって除去する排水処理装置であって、
内部が複数の槽に仕切られ上流から下流に向かって排水が移送されるように連通し、生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う好気槽と、送風機に接続され前記各槽内の排水中に空気を供給する空気供給部と、前記送風機と前記空気供給部を接続する配管に設けられた１つの供給調整部と、前記好気槽の下流側に設けられ、排水に含まれる活性汚泥を沈降させ、固液分離を行うための最終沈殿池と、該最終沈殿池で沈殿した前記活性汚泥の一部を前記好気槽の最上流側の槽に返送する汚泥返送部と、を備え、前記複数の槽のいずれか１のみに、該槽内の排水中の生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサ、前記排水のｐＨを測定するｐＨセンサ、及び前記排水の溶存酸素濃度を測定するＤＯセンサが設置され、前記蛍光測定センサで測定される蛍光量、前記ｐＨセンサで測定されるｐＨ、及び前記ＤＯセンサで測定される溶存酸素濃度に基づいて前記好気槽内での硝化及び脱窒の反応段階を判断し、該反応段階に応じて前記供給調整部により前記空気供給部からの空気供給量を制御する制御部を有する。

ここで、排水としては、下水、汚水、し尿、畜産排水、産業排水等を対象とすることができ、生物処理は、排水中に活性汚泥（好気性微生物を含んだ有機汚泥）を混ぜ、空気を吹き込むことにより行われる。
空気供給部は、好気槽の各槽内の排水中に空気を供給できるものであればよいが、送風機から送られる空気を細かい気泡にして吹き込む散気管を有するものが好適に用いられる。
供給調整部は、空気供給部から好気槽に供給される空気供給量を制御できるものであればよい。なお、空気供給量の制御（空気量の調整）には、供給される空気量を増減させるものだけでなく、空気の供給の有無を切り換えるものも含む。

蛍光測定センサは、生物蛍光体が特定の励起波長を有することを利用しており、生物学的排水処理において利用される活性汚泥（微生物）中に存在する生物蛍光体の蛍光量を測定するものである。このため、生物蛍光体の蛍光量は、生物蛍光体に２５０〜５００ｎｍ程度の波長の光を照射して励起させ、検出された特定の波長の蛍光強度から求めることができる。
生物蛍光体としては、生体（生細胞）によって合成され、分子に光が照射されることにより蛍光を発するものであればよく、例えば、ＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）、ＮＡＤＰＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）等の補酵素、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）、ＡＤＰ（アデノシン二リン酸）、チロシン、トリプトファン、アデニン、アデノシン、エストロゲン酸、ヒスタミン、ビタミンＡ、フェニルアラニン、ｐ−アミノ安息香酸、ドーパミン（３，４−ジヒドロキシフェニルエチルアミン）、セロトニン（５−ヒドロキシトリプトアミン）、３，４−ジヒドロキシフェニルアラニン、キヌレニン、ビタミンＢ１２等を挙げることができる。

これらの生物蛍光体は、生体で合成され生体化学反応を促進する生体触媒である酵素を補助する機能を有し、生体における酸化及び還元反応を触媒する酵素が基質から引き離した電子を電子受容体に供給する還元力を有している。
排水処理においては、好気槽内の反応段階に応じて、好気性状態ではＯ_２、無酸素状態ではＮＯｘ分子が電子受容体となる。特に、無酸素状態ではＮＯｘ分子である硝酸性窒素が還元され窒素ガスとなり排水から除去され、同時に生物蛍光体は酸化されるので、ＮＯｘ分子の量や還元状態によって生物蛍光体の蛍光量が変化する。
よって、分子の酸化及び還元反応による生物蛍光体の蛍光量の変化を蛍光測定センサで測定することにより、好気槽の反応段階を瞬時に安定した値として把握することができる。

補酵素であるＮＡＤＨ又はＮＡＤＰＨを生物蛍光体として利用すると、それらが酸化された状態とは異なり、３４０ｎｍにピークがある励起波長により４６０ｎｍにピークがある蛍光を発するので、この波長における蛍光量の変化を測定することで、微生物の代謝状態（硝化と有機物酸化が生じる好気的呼吸状態か、脱窒が生じる硝酸呼吸状態か、嫌気状態か）を把握して好気槽内の反応段階を応答性良く把握することができる。
特に蛍光測定センサとしてＮＡＤＨセンサを使用した場合、瞬時に安定したＮＡＤＨの蛍光量（ＮＡＤＨ値）の測定を行うことができ、優れた応答特性を有するので、好適に用いることができる。
硝化反応ではアンモニア性窒素が硝化され、脱窒反応では硝酸性窒素が脱窒されるので、処理中の排水のｐＨを測定することで、硝化反応が優先しているか、硝化と脱窒反応が同時並行的に進行しているか等の硝化と脱窒の進行の程度を判断することができる。ｐＨセンサは、ほぼリアルタイムでｐＨを測定できるので、蛍光測定センサ及びＤＯセンサによる制御にｐＨセンサによる制御を組合せることで、硝化・脱窒同時反応の制御精度を高めることができる。

本発明に係る排水処理装置において、前記蛍光測定センサは、本体部と、該本体部の一端部に着脱自在に装着されるセンサモジュール部とを備え、前記本体部は、ケースと、該ケースに内蔵された電源と、メイン回路とを有し、前記センサモジュール部は、前記ケースの開口部に覆設されるカバー体と、該カバー体に収容され前記電源から電力が供給される光源部と、該光源部から光が照射されることによって蛍光を発する前記生物蛍光体の蛍光量を測定する光検出器とを有することが好ましい。
ここで、光源部の光源として、光量の安定性、長寿命性に優れるＬＥＤを用いることにより、測定精度を向上、安定化させることができる。その結果、複数槽からなる好気槽全体の反応段階を１つの槽内に設置された蛍光測定センサで的確に判断することができ、制御部による制御も簡素化することができる。

本発明に係る排水処理装置において、前記センサモジュール部は、前記カバー体に収容され前記光源部の光量を検出する光性能監視用検出器を備え、前記メイン回路は、経時変化に伴って前記光源部の光量が低下することなく初期の光量が維持されるように前記光性能監視用検出器で検出した光量に応じて、前記電源から前記光源部に供給する電力を調節することが好ましい。

本発明に係る排水処理装置において、前記配管の前記供給調整部より上流側に設けられ、前記制御部により、前記反応段階が脱窒未了の段階であると判断された時に、前記配管を通過する空気の一部を前記配管から大気中に排出する風量調整部を有することが好ましい。
ここで、風量調整部は、制御部の指示により、配管を通過する空気の一部を必要に応じて大気中に排出できるものであればよいが、電動式の開閉弁が好適に用いられる。

本発明に係る排水処理装置において、前記好気槽の上流側に配設される無酸素槽と、該無酸素槽の上流側に配設される嫌気槽とを有し、前記汚泥返送部は、前記最終沈殿池で沈殿した前記活性汚泥の一部を、前記好気槽の最上流側の槽に代えて、前記嫌気槽に返送することが好ましい。
これにより、標準活性汚泥法では十分に取り除くことができない窒素やリンを取り除く高度処理を行うことができ、処理水質の向上を図ることができる。

本発明に係る排水処理装置において、前記好気槽で硝化された排水（硝化液）を前記無酸素槽に循環させる硝化液循環部を有することが好ましい。
これにより、無酸素槽と好気槽との間の酸化還元状態の開きを小さくすることができる。この結果、好気槽への空気供給量を低減することができ、短時間で必要な溶存酸素濃度を得ることが可能となり、省エネルギー性に優れる。また、処理水量を増大させることができ、排水処理の効率も向上する。

本発明に係る排水処理装置において、前記制御部は、前記蛍光測定センサで測定される蛍光量、又は前記複数の槽のいずれか１に設置された硝酸センサで測定される硝酸性窒素濃度に基づいて、前記硝化液循環部によって循環される硝化液の循環率を増減させることが好ましい。
これにより、流入する排水の量や水質の変化等に伴う排水処理の負荷変動が発生する条件下であっても、無酸素槽での脱窒量を最適に保つことが可能となり、好気槽での硝化及び脱窒同時反応に必要な空気量を低減して、効率的に排水処理を行うことができる。また、好気槽への空気供給に必要な電力も削減することができ、省エネルギー性に優れる。

本発明に係る排水処理装置において、前記硝化液循環部で循環される前記硝化液の循環率が４０％〜１００％であることが好ましい。
これにより、硝化液の循環率が、従来の硝化担体を投入する嫌気無酸素好気法（担体Ａ₂Ｏ法）の１／２程度となり、硝化液の循環に必要な動力エネルギーを１／２〜１／３まで大幅に低減することができる。
ここで、硝化液の循環率は４０％〜１００％、好ましくは４０％〜７０％である。硝化液の循環率が４０％より低くなるにつれ、好気槽での必要空気量が増える。これは、好気槽での硝化と脱窒の同時進行状態に達するまでの時間が長くなることを意味し、結果として、処理水質が悪化することになり、好ましくない。また、硝化液の循環率が７０％より大きくなるにつれ、無酸素槽の容量を大きくする必要があり、さらに１００％より大きくなると、硝化液の循環に必要な動力エネルギーが増加する傾向があり、好ましくない。
尚、硝化液の循環率は、流入水量（＝最初沈殿池流出水量）に対する硝化液の循環量の割合（硝化液の循環量を流入水量で割ったもの）である。従来の担体Ａ₂Ｏ法では、窒素除去率が８０％のときの硝化液の循環率は１００％〜２５０％であったが、本発明の排水処理装置では、好気槽での空気量が適正に保たれ、硝化と脱窒が継続的に安定して行われるため、硝化液の循環率を大幅に削減することができる。それに伴って循環ポンプの駆動に必要な消費電力も低減する。特に、無酸素槽と好気槽の容量比を１：３〜１：５とすることにより、硝化液の循環率が４０％〜１００％で、好気槽での脱窒と無酸素槽での脱窒をバランス良く行うことができ、制御の安定性に優れる。

本発明に係る排水処理装置によれば、簡単な構成で好気槽内の硝化及び脱窒の反応段階を的確に判断しながら空気供給量を制御して、効率的に排水処理を行うことができる。また、既存の排水処理施設を有効利用して安価に設備導入を行うことができ、処理水質の向上、安定化を図ることができる。特に蛍光測定センサが、本体部に着脱自在に装着されるセンサモジュール部を備える場合、センサモジュール部のみを簡単に着脱して、光源を交換することができ、メンテナンス性に優れる。更に、センサモジュール部が、光性能監視用検出器を備える場合、光源部の光量を監視して、一定の光量が得られるように供給電力を調節することができ、蛍光測定センサによる測定の正確性、経時安定性に優れる。

本発明の第１の実施の形態に係る排水処理装置を用いる排水処理システムのフローチャートである。同排水処理装置の構成を示す模式図である。同排水処理装置の動作を示すフローチャートである。同排水処理装置に用いる蛍光測定センサの部分正断面図である。同排水処理装置に用いる蛍光測定センサにおける性能の自動補正機能を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る排水処理装置の構成を示す模式図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る排水処理装置１０について説明する。
図１は、排水処理装置１０が適用された排水処理システム１１を示している。図１において、排水処理システム１１の最上流には、排水中の粗大浮遊物等の粗大夾雑物を除去するスクリーン１２が設けられている。また、スクリーン１２の下流には砂等の固形物質等を沈降分離させる沈砂池１３が設置され、その下流には、排水の流量等を調整し、処理に適するように水量変動を平滑化するために流量調整槽１４が設けられている。そして、流量調整槽１４の下流に排水の懸濁物質等を沈降させて分離するために最初沈殿池１５が設けられ、その下流に排水処理装置１０が設置される。排水処理装置１０は、排水中の窒素成分を生物処理によって除去する装置であって、上流側から下流側に向かって、嫌気槽１６、無酸素槽１７、好気槽１８の３つの槽を有している。最上流部の嫌気槽１６では、排水が嫌気状態で活性汚泥形態の微生物と一緒に撹拌されてリンが放出される。嫌気槽１６から無酸素槽１７に流入した排水は窒素が除去（脱窒）される。そして、好気槽１８では硝化菌と脱窒菌が形成する微生物フロックにより硝化、脱窒、及びリンの吸収が行われる。なお、排水処理装置１０は、好気槽１８で硝化された排水、つまり硝酸性窒素と溶存酸素と好気状態の活性汚泥（微生物フロック）からなる硝化液の一部を、無酸素槽１７に循環させる硝化液循環部１９を有しており、これにより、無酸素槽１７での窒素除去が促進される。好気槽１８の下流側には、排水に含まれる活性汚泥を沈降させ、固液分離を行うための最終沈殿池２０が設けられている。最終沈殿池２０の下流には消毒放流槽２１が設けられており、最終沈殿池２０で固液分離され、処理が終了した排水（上澄み）を消毒して、処理水として河川等に放流する。また、最終沈殿池２０で沈殿した活性汚泥の一部は、汚泥返送部２２によって嫌気槽１６に返送され、残りは余剰汚泥として排出される。
なお、排水の種類等に応じ、流量調整槽１４や最初沈殿池１５を省略することも可能である。

以下、排水処理装置１０の詳細について説明する。
図２において、生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う好気槽１８は、内部が上流から下流に向かって多孔板２３、２４で３つの槽２５〜２７に等分割されている。なお、好気槽１８の各槽２５〜２７は、上流から下流に向かって排水が移送されるように連通していればよい。例えば、多孔板２３、２４の代わりに、仕切りの一部に切欠きや開口を形成してもよいし、切欠きや開口を形成せず、排水が仕切りをオーバーフローするようにしてもよい。仕切りに切欠きや開口を形成する場合、その形状、数、配置等は適宜、選択することができる。また、好気槽１８の分割数も、適宜、選択することができる。
硝化液循環部１９は、循環ポンプ２８により好気槽１８の最下流の槽２７から無酸素槽１７に硝化液を循環させる硝化液循環路２９を有している。このように、硝化液循環部１９の硝化液吸い込み側を好気槽１８の最下流側に設けることにより、循環による窒素除去効率を最大にすることができる。

排水処理装置１０は、送風機３０に接続され好気槽１８の各槽２５〜２７内の排水中に空気を供給する空気供給部３１を備えている。空気供給部３１は、送風機３０に接続された配管３２から分岐して、各槽２５〜２７内に設置される散気管３３を有することにより、送風機３０から送られる空気を細かい気泡にして吹き込むことができる。送風機３０と空気供給部３１を接続する配管３２には供給調整部として流量調整可能な電動弁（流量調整弁）３４が１つ取り付けられている。なお、供給調整部として弁の開閉のみを行う電動弁（開閉弁）を用いてもよい。特に、送風機３０として風量調整可能な送風機（風量可変送風機）を用いる場合は、送風機３０から空気供給部３１に送られる風量そのものを調整できるので、供給調整部として開閉弁を用いてもよいが、流量調整弁を組み合わせることにより、空気供給量を細かく制御することができ、排水処理の効率、安定性を向上できる。
なお、供給調整部として電動弁３４を用いる場合、図２に示すように、配管３２から分岐する空気供給部３１の上流側（配管３２と最上流側の散気管３３との接続位置よりも上流の位置）に取り付けることにより、１つの電動弁３４だけで好気槽１８全体に対して供給する空気供給量を簡単に制御することができる。

好気槽１８の最下流の槽２７のみに、槽２７内の排水中の生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサ３５、排水のｐＨを測定するｐＨセンサ３６、排水の溶存酸素濃度を測定するＤＯセンサ３７、及び排水の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸センサ３８が設置されている。排水処理装置１０は、装置全体を制御する制御部４０を有しており、蛍光測定センサ３５で測定される蛍光量、ｐＨセンサ３６で測定されるｐＨ、ＤＯセンサ３７で測定される溶存酸素濃度、及び硝酸センサ３８で測定される硝酸性窒素濃度に基づいて、好気槽１８内での硝化及び脱窒の反応段階を判断し、その反応段階に応じて供給調整部３４により空気供給部３１からの空気供給量を制御することができる。
蛍光測定センサ３５には、補酵素であるＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）を生物蛍光体として利用したＮＡＤＨセンサを使用した。
ｐＨセンサ３６では、硝化反応によるアルカリ度の低下と、脱窒反応によるアルカリ度の上昇の結果として変化するｐＨを測定し、その変化から硝化及び脱窒の同時進行の程度、もしくは、硝化と脱窒のいずれかへの反応の偏りを確認する。これにより、蛍光測定センサ３５で測定される蛍光量（ＮＡＤＨ値）に基づく硝化と脱窒の同時進行の制御をさらに安定化させることができる。

以下、排水処理装置１０の動作について説明する。
図３において、まず、図２の蛍光測定センサ３５で測定された蛍光量が予め設定した上限値より大きいか否かを判定（Ｓ１：蛍光量判定第１ステップ）する。そして、蛍光量が上限値より大きいと判定した時には、制御部４０からの制御により送風機３０の出力を増大させたり、電動弁３４を開いたりして各散気管３３から好気槽１８の各槽２５〜２７内に供給される空気量を増大させ（Ｓ２：第１空気量増加ステップ）、ステップＳ１に戻る。
また、蛍光量判定第１ステップＳ１で測定された蛍光量が上限値以下であると判定した時には、予め設定した下限値より小さいか否かを判定（Ｓ３：蛍光量判定第２ステップ）する。そして、蛍光量が下限値より小さいと判定した時には、制御部４０からの制御により送風機３０の出力を減少させたり、電動弁３４を閉じたり（絞ったり）して各散気管３３から好気槽１８の各槽２５〜２７内に供給される空気量を減少させ（Ｓ４：第１空気量減少ステップ）、ステップＳ１に戻る。
また、蛍光量判定第２ステップＳ３で測定された蛍光量が下限値以上であると判定した時には、図２のｐＨセンサ３６で測定されるｐＨが予め設定した上限値より高いか否かを判定（Ｓ５：ｐＨ判定第１ステップ）する。そして、ｐＨが上限値より高いと判定した時には、制御部４０からの制御により送風機３０の出力を増大させたり、電動弁３４を開いたりして各散気管３３から好気槽１８の各槽２５〜２７内に供給される空気量を増大させ（Ｓ６：第２空気量増加ステップ）、ステップＳ１に戻る。
また、ｐＨ判定第１ステップＳ５で測定されたｐＨが上限値以下であると判定した時には、予め設定した下限値より小さいか否かを判定（Ｓ７：ｐＨ判定第２ステップ）する。そして、ｐＨが下限値より小さいと判定した時には、制御部４０からの制御により送風機３０の出力を減少させたり、電動弁３４を閉じたり（絞ったり）して各散気管３３から好気槽１８の各槽２５〜２７内に供給される空気量を減少させ（Ｓ８：第２空気量減少ステップ）、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ７でｐＨが下限値以上であると判定した時は、そのままステップＳ１に戻る。
以上の動作を繰り返すことにより、好気槽１８全体における硝化領域と脱窒領域の割合を常に略一定に保つことができ、同時に行われる硝化及び脱窒の反応を安定的に継続して行うことが可能となる。また、最適な溶存酸素濃度が得られるように、空気の供給量が制御されるため、無駄なエネルギーが消費されることがなく、省エネルギー性に優れる。
尚、第１空気量増加ステップＳ２、第１空気量減少ステップＳ４、第２空気量増加ステップＳ６、第２空気量減少ステップＳ８の各ステップにおいて増減させる空気量は、ＤＯセンサ３７で測定される溶存酸素濃度に基づいて微調整することができる。

なお、蛍光測定センサ３５又は硝酸センサ３８は、硝化液循環部１９によって循環させる硝化液の循環率を調整するために用いられる。
つまり、上記の蛍光量及びｐＨがそれぞれ一定範囲に収まるように空気量を増減させ、排水処理の負荷変動に応じて溶存酸素濃度を変化させて、好気槽１８で硝化及び脱窒を同時に行う反応工程中に、図２に示したように硝化液循環部１９で、好気槽１８の最下流の槽２７から無酸素槽１７に硝化液を４０％〜１００％の循環率で循環させることにより、送風機３０による送風量を効果的に低減できる。また、送風時間を短縮して短時間で排水処理を行うことができるので、処理水量を増大させることができ、処理水量当たりの消費エネルギーも大幅に低減することが可能となる。

次に、排水処理装置１０で用いられる蛍光測定センサ３５の詳細について説明する。
図４において、蛍光測定センサ３５は、本体部４１と、本体部４１の一端部（使用時は下端部）に着脱自在に装着されるセンサモジュール部４２とを備えている。本体部４１の円筒状のケース４３には、図示しない電源とメイン回路（一次ＰＬＣ）が内蔵されている。そして、本体部４１の他端部（使用時は上端部）には蛍光測定センサ３５のメイン回路と排水処理装置１０の制御部４０を接続するためのケーブル接続ソケット４４が取り付けられている。
センサモジュール部４２は、ケース４３の開口部４５に覆設されるカバー体４６を有しており、このカバー体４６がボルト４７によってケース４３に固定されていることにより、必要に応じて簡単にセンサモジュール部４２を取り外すことができる。なお、ケース４３とカバー体４６の間はＯリング４８によってシールされており、蛍光測定センサ３５の内部に排水等が浸入することを防止している。

カバー体４６の内部には、２５０〜５００ｎｍ程度の波長の光（紫外線）が照射可能なＬＥＤ４９を光源とする光源部５０が収容されている。光源部５０は挿抜自在なソケット部５１を介して電源と接続され電力が供給される。
また、カバー体４６の内部には、光源部５０から光が照射されることによって蛍光を発する生物蛍光体５２の蛍光量を測定する光検出器５３が収容されている。光検出器５３は挿抜自在なソケット部５４を介してメイン回路に接続されており、その計測結果はメイン回路で処理されて制御部４０に送られ、それに基づいて前述の空気供給量の制御が行われる。
さらに、カバー体４６の内部には、光源部５０の光量を検出する光性能監視用検出器５５が収容されている。光性能監視用検出器５５は挿抜自在なソケット部５６を介してメイン回路に接続されており、メイン回路は、光性能監視用検出器５５で検出した光量に応じて、光源部５０の光量が一定となるように電源から光源部５０に供給する電力を調節する。
なお、カバー体４６の表面中央部は石英ガラスやアクリル等を用いた透明カバー５７で覆われており、光源部５０から照射される光や生物蛍光体５２からの反射光（蛍光）を確実に通過させることができる。

以下に、蛍光測定センサ３５の動作につき詳細に説明する。
図５の上段に示すように、経時変化に伴って光源部５０の光量（光強度）が低下している場合に、電源から光源部５０に流れる電流（光源供給電力）を補正せず一定のままにすると、光検出器５３では蛍光量（試料検出値）が実際の値よりも低く検出されることになり、正確な測定を行うことができない。
これに対し、排水処理装置１０で用いられる蛍光測定センサ３５では、まず、光源部５０を所定時間（例えば５ｍｓｅｃ）だけ発光させ、その発光中に光性能監視用検出器５５で光源部５０の初期の光量を検出（受光）し、検出した値を記憶する。そして、所定時間経過後に、光源部５０の発光がＯＦＦになった瞬間に、生物蛍光体５２の蛍光（反射光）のみを光検出器５３で検出する。光源部５０は、一定周期（例えば２〜５ｓｅｃ）で発光のＯＮ、ＯＦＦを繰り返しており、光検出器５３では、光源部５０の発光がＯＦＦになる度に、生物蛍光体５２の蛍光（反射光）を検出し、メイン回路で処理する。また、光性能監視用検出器５５では、光源部５０が所定時間だけ発光する度に、その発光中に光源部５０の光量のみを検出し、初期の光量と比較する。そして、光量に変化がない場合、或いは変化量が許容範囲内にある場合は、電源から光源部５０に流れる電流を維持する。もし、光量が低下している（変化量が許容範囲を超えている）と判断した場合は、図５の下段に示すように、電源から光源部５０に流れる電流を増加させ、光源部５０の光量が初期の光量と一致する（変化量が許容範囲内に収まる）ように調整を行う。なお、電源から光源部５０に流れる調整後の電流が、予め設定した上限値を超える場合は、ＬＥＤ４９の不良（寿命）と判断し、制御部４０から光や音等でアラームを発し、ＬＥＤ４９の交換を促す。
このとき、光源部５０、光検出器５３、及び光性能監視用検出器５５を保持するセンサモジュール保持部５８は、固定ねじ５９によってカバー体４６に着脱自在に取り付けられている。よって、センサモジュール部４２をケース４３から取り外した後、カバー体４６からセンサモジュール保持部５８を取り外すことにより、ＬＥＤ４９を簡単に交換することができる。
以上により、経時変化に伴う光源部５０の光量の低下を補正して初期の光量を維持することができ、光量の変動による測定誤差の発生を防止し、正確な測定結果に基づいて最適な空気供給量に調整することができる。その結果、排水処理の効率、省エネルギー性を向上させ、処理水質の安定化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る排水処理装置６０について説明する。なお、第１の実施の形態と同様のものには、同一の符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、排水処理装置６０では、嫌気槽１６、無酸素槽１７、硝化液循環部１９、及び硝酸センサ３８を備えておらず、最終沈殿池２０で沈殿した活性汚泥の一部は、汚泥返送部２２によって好気槽１８の最上流側の槽２５に返送されている。
また、風量調整できない（出力が増減できない）送風機６１を用いるので、配管３２の電動弁（供給調整部）３４より上流側に、風量調整部として電動式の開閉弁６２を設けている。これにより、送風機６１の出力を増減させる代わりに、開閉弁６２を開閉することによって空気供給部３１に送られる風量を調整することができる。つまり、制御部４０により、好気槽１８における反応段階が脱窒未了の段階であると判断された時（図３のステップＳ４、Ｓ８）に、開閉弁６２を開放することにより、配管３２を通過する空気の一部を配管３２から大気中に排出することができ、空気供給部３１から好気槽１８内に供給される空気量を減少させることができる。
このように、風量調整できない送風機６１を用いる場合でも、反応段階に応じて、空気供給部３１に送られる空気の風量を開閉弁（風量調整部）６２で調整することができ、電動弁３４との組み合わせにより空気供給部３１から好気槽１８に供給される空気供給量を最適に制御することができる。したがって、既存の排水処理施設に本発明の排水処理装置を導入する際に、既存の送風機が風量調整できない送風機であっても、風量調整可能な送風機に交換する必要がなく、既存の送風機をそのまま有効利用して、システムを安価に構築することができる。
この排水処理装置６０は、高度な排水処理が不要な排水処理施設、将来的に高度処理が必要な排水処理施設、及び既存施設を活用して部分的な施設や設備の改造により自動運転管理が必要な施設に特に有用であるが、導入後に段階的に嫌気槽１６、無酸素槽１７、硝化液循環部１９等を追加することにより、高度な排水処理にも対応することが可能であり、汎用性に優れる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、第１の実施の形態では、蛍光測定センサ３５、ｐＨセンサ３６、ＤＯセンサ３７、及び硝酸センサ３８を全て好気槽１８の最下流の槽２７に設置したが、これらのセンサは好気槽１８の複数の槽２５〜２７のいずれか１に設置されていればよい。また、必ずしも全てのセンサを同一の槽に設置する必要はなく、異なる槽に分けて設置してもよく、その組み合わせは、適宜、選択することができる。

１０：排水処理装置、１１：排水処理システム、１２：スクリーン、１３：沈砂池、１４：流量調整槽、１５：最初沈殿池、１６：嫌気槽、１７：無酸素槽、１８：好気槽、１９：硝化液循環部、２０：最終沈殿池、２１：消毒放流槽、２２：汚泥返送部、２３、２４：多孔板、２５〜２７：槽、２８：循環ポンプ、２９：硝化液循環路、３０：送風機、３１：空気供給部、３２：配管、３３：散気管、３４：電動弁（供給調整部）、３５：蛍光測定センサ、３６：ｐＨセンサ、３７：ＤＯセンサ、３８：硝酸センサ、４０：制御部、４１：本体部、４２：センサモジュール部、４３：ケース、４４：ケーブル接続ソケット、４５：開口部、４６：カバー体、４７：ボルト、４８：Ｏリング、４９：ＬＥＤ（光源）、５０：光源部、５１：ソケット部、５２：生物蛍光体、５３：光検出器、５４：ソケット部、５５：光性能監視用検出器、５６：ソケット部、５７：透明カバー、５８：センサモジュール保持部、５９：固定ねじ、６０：排水処理装置、６１：送風機、６２：開閉弁（風量調整部）

Claims

排水中の窒素成分を生物処理によって除去する排水処理装置であって、
内部が複数の槽に仕切られ上流から下流に向かって排水が移送されるように連通し、生物処理によって排水の硝化及び脱窒を同時に行う好気槽と、送風機に接続され前記各槽内の排水中に空気を供給する空気供給部と、前記送風機と前記空気供給部を接続する配管に設けられた１つの供給調整部と、前記好気槽の下流側に設けられ、排水に含まれる活性汚泥を沈降させ、固液分離を行うための最終沈殿池と、該最終沈殿池で沈殿した前記活性汚泥の一部を前記好気槽の最上流側の槽に返送する汚泥返送部と、を備え、前記複数の槽のいずれか１のみに、該槽内の排水中の生物蛍光体の蛍光量を測定する蛍光測定センサ、前記排水のｐＨを測定するｐＨセンサ、及び前記排水の溶存酸素濃度を測定するＤＯセンサが設置され、前記蛍光測定センサで測定される蛍光量、前記ｐＨセンサで測定されるｐＨ、及び前記ＤＯセンサで測定される溶存酸素濃度に基づいて前記好気槽内での硝化及び脱窒の反応段階を判断し、該反応段階に応じて前記供給調整部により前記空気供給部からの空気供給量を制御する制御部を有することを特徴とする排水処理装置。
請求項１記載の排水処理装置において、前記蛍光測定センサは、本体部と、該本体部の一端部に着脱自在に装着されるセンサモジュール部とを備え、前記本体部は、ケースと、該ケースに内蔵された電源と、メイン回路とを有し、前記センサモジュール部は、前記ケースの開口部に覆設されるカバー体と、該カバー体に収容され前記電源から電力が供給される光源部と、該光源部から光が照射されることによって蛍光を発する前記生物蛍光体の蛍光量を測定する光検出器とを有することを特徴とする排水処理装置。
請求項２記載の排水処理装置において、前記センサモジュール部は、前記カバー体に収容され前記光源部の光量を検出する光性能監視用検出器を備え、前記メイン回路は、経時変化に伴って前記光源部の光量が低下することなく初期の光量が維持されるように前記光性能監視用検出器で検出した光量に応じて、前記電源から前記光源部に供給する電力を調節することを特徴とする排水処理装置。
請求項１〜３のいずれか１記載の排水処理装置において、前記配管の前記供給調整部より上流側に設けられ、前記制御部により、前記反応段階が脱窒未了の段階であると判断された時に、前記配管を通過する空気の一部を前記配管から大気中に排出する風量調整部を有することを特徴とする排水処理装置。
請求項１〜４のいずれか１記載の排水処理装置において、前記好気槽の上流側に配設される無酸素槽と、該無酸素槽の上流側に配設される嫌気槽とを有し、前記汚泥返送部は、前記最終沈殿池で沈殿した前記活性汚泥の一部を、前記好気槽の最上流側の槽に代えて、前記嫌気槽に返送することを特徴とする排水処理装置。
請求項５記載の排水処理装置において、前記好気槽で硝化された硝化液を前記無酸素槽に循環させる硝化液循環部を有することを特徴とする排水処理装置。
請求項６記載の排水処理装置において、前記制御部は、前記蛍光測定センサで測定される蛍光量、又は前記複数の槽のいずれか１に設置された硝酸センサで測定される硝酸性窒素濃度に基づいて、前記硝化液循環部によって循環される硝化液の循環率を増減させることを特徴とする排水処理装置。
請求項６又は７記載の排水処理装置において、前記硝化液循環部で循環される硝化液の循環率が４０％〜１００％であることを特徴とする排水処理装置。