JPS58104697A - 生物学的脱窒素法の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃水中に溶解している窒素分を生物学的に除去
する生物学的脱窒軍法に係わり、特に、脱嗜素工程の有
機炭素源供給制御方法に関する。

廃水中の窒素化合物は湖沼や内海における富栄曹化現象
の一要因で、窒素化合物を除去する９わゆる脱窒を行う
ことが重要である。廃水からの脱窒素するには物理化学
的にアンモニアガスとして飛散させる方法、生物学的に
窒素ガスとして飛散させる方法や蛋白源として回収する
方法が知られている。これらの方法のうち生物学的に窒
素ガスとして飛散させる生物学的硝化脱窒素性が最４一
般的に用いられている。この生物学的脱窒軍法は、好気
性粂件で生育する硝化菌の作用によりアンモニア性窒素
（以下ＮＨ，−Ｎと称するンを硝酸性あるいは亜硝酸性
窒素（総称してＮ０ｘ−Ｎと称する）Ｋ酸化させる硝化
工程と、便化工程からの流出水すなわち硝化液中のＮ０
ｘ−Ｎｔ嫌気性条件で活動する脱窒軍曹の作用により窒
素（以下Ｎ、と称すンガスに還元する脱窒素工程とから
構成されている。脱窒素工程では脱窒素の九めの還元剤
が必要となり、一般的にメタノール等の水素供与体であ
る有機炭素源が使用される。脱窒素工程への有機炭素源
供給は生物学的脱嗜素法において重要なことである。す
なわち、炭素源の過少添加は、Ｎｏｔ−Ｎを残留させる
とともに脱窒素プロセスの下流に設置される沈殿池で脱
窒反応が進むために汚泥浮上現象を発生させ、処理水質
を悪化させる原因となる。一方、有機炭素源の過剰添加
は不経済であるばかりでなく、残留炭素源が処理水有機
物ａ度を増大させる結果となり処理水質の悪化を招くこ
とになる。したがって、有機炭素源の供給は除去すべき
窒素量に過不足のないように行うことが必要となる。

有機炭素源の供給量を適正に行うため、従来禰種の制御
方法の提案されている。その１つとして一脱９１素工程
で発生するガス流１を測定し、その全成分が窒素ガス（
Ｎ、ガス）であるとして求め九Ｎ、ガス発生量に対応し
て有機炭素源注入量を制御する方法がある。この制御法
はガス発生ａ轍を完全に検出することが条件となる。し
かるに、脱窒素工程では気液境界面に発生したスカムが
固定層を形成し、この固定・層如発生ガスの飛散を妨害
量るために検出ガス量は大きな誤差を伴う。また、巨大
な土木構造物である下水処理場の脱窒素工程を完全に密
閉することは困難でガス洩れを避けら元々のガス発生量
が非常に少ないことから無視することはできな４゜した
がって、このような誤差を伴った検出量に基づき炭素源
注入量を制御しても適正量を′注入することは不可能で
ある。さらに、外部ガスによる曝気撹拌される脱窒素工
程の場合には発生ガスが外部ガスにより希釈されるため
、全成分がＮ、ガスとする制御法を実施することができ
ない。

また、全窒素あるいは硝酸性窒素分析計により窒素量を
検出し、炭素源注入量を検出値に比例させる方法や検出
値と廃水流量との積に比例させる方法がある。しかし、
これらの分析計は信頼性や保守性が十分でなく、！ｌた
検水を分析計に導入する際に汚泥除去など前処理を必要
とするなどの欠点があり、オン、ライン計測器として用
いることは：：： できない、　　　）、 以上のことから、従来の制御法では炭素源注入量の適正
値を得ることができず、廃水中の窒素負荷ｉ１に見合わ
ない炭素源注入操作が行われる九めに処理の安定化と処
理水質の向上は望めない。

本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的と
するところは硝化工程で生成される全窒素量を還元する
のに必要な適正量の炭素源を供給し、水処理を良好に行
える生物学的脱窒票決の制御方法を提供することにある
。

本発明は硝化液中の’ＮＯｘ　　Ｎ量と脱窒素工程排ガ
ス中の窒素成分量が相関々係を有することを艷い出し、
外部導入ガスによる曝気攪拌方式の脱窒素工糧における
排ガス中の窒素成分量を検知し、この窒素成分量に基づ
いてＮＯｘ　　Ｎの還元に要し九炭素・量を算出し、こ
の炭素量に一定量の炭素源を追加した炭素量を脱窒素工
程に供給し、硝化液中の全ＮＯｘ　　Ｎｔを完全に還元
することを特徴としている。

本発明の基本理念についてまず説明する。

本発明者らは好気的条件（硝化工程）でＮＨ４−Ｎが酸
化さｎて生成したＮＯｘ　　Ｎを炭素源（一般的にはメ
タノール）存在下で嫌気的条件（脱窒素工程ンにすると
Ｎ、ガスと亜酸化９素（以下Ｎｔｏと略称するンガスが
同時に発生し、それぞれのガス発生量と廃水中のＮＯｘ
　　Ｎ量の間には第１図及び第２図に示すような＠線的
関係があり、窒素成分ＧＮを検知することによりＮ０ｘ
−Ｎ量を導出できることを実験的に４出した。窒素成分
量ＧＮは脱窒素工程から排出するガス中のＮ、ガスとＮ
、Ｏガスの和により、あるいはＮ。

ガス、ＮｆＯガス単独により求めてもＮＯｘ　−Ｎ量を
表現できるものである。排ガス中の窒素成分ＩＧＮは、
還元用のメタノールが十分に存在する範囲では特定のＮ
ｏｔ　　Ｎ量に対して最大値を呈示するが、Ｎ０ｘＮ量
に対してメタノールが不足しているときには最大値の範
囲内でメタノール量に比例することを明らかにした。こ
のことから−排ガス中の窒素成分量ＧＮに基づいてメタ
ノール必要量を算出することができる。ところで、本発
−明者らは脱窒素工程の攪拌をガス吹込みで行うことに
より気液境界面にスカム固定層を形成させずガス飛散を
良好にし、かつ液中へのガス溶解を抑制させるために発
生ガスの＃１ぼ全量が排ガス中に含まれることを明らか
にした。排ガス中のＮ、′＆びＮ、０濃度の測定は、例
えばガスクロマトグラフ分析装置や高感度赤外分光々度
計などによりオンライン計測が容易である。また、脱窒
素工程におけるＮ！及びＮ、Ｏガス発生量はガス吹込み
流量に影響されず、Ｎ０ｘＮ＠と炭素源量とによって決
定されることを見出した。し九がって、脱窒素工穆をガ
ス曝気し、その排ガス中の窒素成分量を測定することに
よって供給炭素源の消費量を正確に予測することができ
る。

本発明はこのような基本的な関係において成されたもの
で、本発明の一実施例を１！３図により説明する。１１
３図において、１は脱窒素工程であって、Ｎ０ｘＮを含
有した流入水２とメタノールである炭素源液３が流入し
、曝気ガス供給装置７で圧送される曝気ガス５が散気管
９から噴射され、曝気ガスと発生ガスが混合した排ガス
１０を上部覆蓋の一個所より抜出し、概出した脱窒液４
は下流の再曝気槽や沈毀池などで所定の処理が行われる
。曝気ガス１１限定さｎるものでなく、不活性ガスはも
ちろんのこと消化ガス、空気であっても良い。空気など
の酸素含有ガスを使用する場合には嫌気状態を維持する
ガス流量とすることが必要である。

このような脱窃素工程において、排ガス１０は窒素分析
計１２、亜酸化窒素分析計１３に導ひかれ、Ｎ！　ガス
濃度Ｃｗｔ　　−Ｎｔ　Ｏガス濃１ｊ　Ｃｗ　ｔ　。

を計測するとともに流量計１４で排ガス流量Ｑ１を測定
し、測定信号が演算回路１６に入力され、次式で窒素成
分量Ｇｗが演算される。

Ｇｙ　＝　（ｋｌ　”Ｃａｔ十ｋｔ　”Ｃａｍｏ）　・
Ｑｇ・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ａ）ｋｌ
　ｅ　ｋｔ　　”定数 また、曝気ガスがＮ、を含有する場合には（１）式をＣ
ｈｏ　のみで足義する。なお、流量計１４の設置は、脱
窒素工程：１からのガス発生量が曝気ガス量に比べて僅
少でほぼ無視できることから、脱ｇ素工程ｌ吹込み前の
曝気ガス５を対象とした位置でも良い。演算回路１６で
はさらに測定した窒素成分量ＧＭに基づいて、ＧＭを生
成するのに消費されたメタノールＩ　Ｑ、　ｃ’が次式
で算出される。

Ｑ、　ｃ’　＝　ｋ　ｌｌＧｇ　　”−・”・・・・（
２）ｋはメタノール１１度や反応モル比等を考慮し九係
数である。算出されたメタノール消費量ＱＣ’の信号は
演算回路１７に入力し、１５ｆｔ量計１５で測定された
炭素源供給量Ｑｃの信号と比較される。（３）式で演算
される。

ΔＱ　ｃ　＝　Ｑｃ　−Ｑｃ’　　・・・・・・・・・
・・・　（３）メタノール偏量ΔＱｃは少なくともΔＱ
ｃ≧０なる関係が成立つ。すなわち、ΔＱｃ＝０であれ
ば供給し友メタノール量は全て消費され、不足して９る
ことが予想される。また、ΔＱｃ〉０ならばメタノール
供給量は過剰になっていると結論さ扛る。メタノール偏
量ΔＱｃの信号を制御回路１８に入力する。制御回路１
８では偏量ΔＱｃに基づいて炭素源供給装置１８を調節
する。炭素源供給量の調節はΔＱｃ＞０時に減少させ、
ΔＱｃヰ０時に増加する方向に行うものであるが、実際
には＠４図に示すような制御法が実用的である。すなわ
ち、メタノール偏量ΔＱｃが特定範囲内（α≦ΔＱｃ≦
β）にあｎば炭素源供給量を現状に維持し、ΔＱｃ＞β
であれば供給量を（β−ΔＱｃ　）に比例、あるいＦｉ
可、音減少させメタノール消費量Ｑｃ’　　に近づける
掃作を行い、逆にΔＱｅ＜αであｎば供給量を（α−Δ
Ｑｃ）に比例、あるいは定量増加させる操作を行い、メ
タノール偏量ΔＱｃを常に特定範囲内に維持するもので
ある。このように、メタノール偏量ΔＱ、ｃに対応した
炭素源供給を行うことにより、脱窒素工程１の脱窒反応
を反映した運転管理が可能である。

なお、実施例では炭素源としてメタノールを用いてきた
が、本発明の炭素源はメタノールに限定されるものでな
く、他の有機化合物たとえばグルコースやその他の糖質
、炭素源を含む汚れであっても良い。また、脱窒素工程
への曝気ガスとしてメタン等の水素供緑体を含むガス、
例えば消化ガスを使用する場合には炭素源供給量ととも
に曝気ガス量を調節しても良い。

以上要約すると、脱窒素工程における排ガス中の窒素成
分量と炭素源供給量を測足し、窒炭成分量から炭素源消
費量を算出し、炭素源供給量と炭素源消費量を比較し、
供給量が消費Ｉ工り多いときＫＦｉ供給量を減少させ、
両者かはぼ等しいときには供給量を増加させる炭素源供
給制御法である。

本発明によれば脱窒素工程から流出する脱窒液中の残留
炭素源を零にでき、炭素源の節約と処理水質の向上を図
れる。また、排ガス中へ窒素成分量を精度良く検知でき
、正確なメタノール消費量が予測されるため、信頼性の
向上が図ｎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は脱窒反応時におけるＮＯｘ　　Ｎ量とＮ２発生
量の特性図、ＷＪ２図はＮＯｘ　−Ｎ量とＮ、Ｏ発生量
の特性図、第３図は本発明の一実施例を示す構成図、第
４図は本発明における制御法の一実施例を説明する特性
内である。 １・・・脱窒素工程、２・・・流入水、３・・・炭素源
、４・・・脱窒液、５・・・曝気ガスーパ゛′７・・・
曝気ガス供給装置、８・・・炭素源供給装置、９・・・
散気管、１０・・・排ガス、１２・・・窒素分析計、１
３・・・亜酸化窒素分析計、１４・・・流量計％１６．
１７・・・演算回路、１８・・・制″￥１１図 ＮＯスズ−１ ￥２図　゛ 〜θズーＮ【 Ｙ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、外部からのガス吹込みによって曝気作用をうけ、流
   入廃水中の硝酸性窒素あるいは亜硝酸性窒素を有機炭素
   の存在下で還元し窒素性ガスとして除去する説窪素工程
   において、前記脱嗜素工程から飛散する排ガスに含有す
   る窒素成分量と前記脱９素工程に流入する有機炭素量を
   測定し、前記窒素成分量測定値に基づいて有機炭素消費
   量を算出し、前記有機炭素量測定値と該有機炭素消費量
   算出値との差分量を常に所定値に維持するように前記脱
   窒素工程への有機炭素供給量を調節することを特徴とす
   る生物学的脱窒軍法の制御方法。