JPS646839B2 - - Google Patents

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JPS646839B2
JPS646839B2 JP15527382A JP15527382A JPS646839B2 JP S646839 B2 JPS646839 B2 JP S646839B2 JP 15527382 A JP15527382 A JP 15527382A JP 15527382 A JP15527382 A JP 15527382A JP S646839 B2 JPS646839 B2 JP S646839B2
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JP
Japan
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denitrification
tank
organic matter
amount
nitrogen
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JP15527382A
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JPS5946195A (ja
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Shoji Watanabe
Kenji Baba
Shunsuke Nokita
Hitoshi Ogasawara
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は生物学的脱窒プロセスに係り、特に脱
窒還元剤である有機物を適正に供給し、良好な脱
窒状態を維持する生物学的脱窒プロセスの制御方
法に関する。
〔従来技術〕
廃水中の窒素化合物は生物の栄養塩となり湖沼
や内海の汚染源となつている。このため、下水処
理場に対して窒素化合物を除去することが課せら
れてきている。脱窒技術には種々の方法がある
が、下水処理場では生物学的脱窒素法が最も一般
的に用いられている。
第1図は廃水の連続的な処理における生物学的
脱窒素法の基本的なプロセスを示すもので、硝化
槽1、脱窒槽2及び沈殿池3を主構成要素として
いる。硝化槽1には有機性あるいはアンモニア性
窒素(NH3−N)を含有した流入水5と硝化菌、
脱窒菌及び酸化菌が生息する返送汚泥9が流入
し、空気供給装置11から圧送される曝気空気が
散気管12より噴射され、(1)式の硝化反応により
NH3−Nを硝酸性あるいは亜硝酸性窒素(総称
してNOx−N)に酸化する。
NH4 ++2O2硝化菌 ―――→ NOx -+H2O+2H+ …(1) (1)式の反応の結果、水素イオンが生成され硝化
槽1内のPHが低下することから、硝化槽1ではア
ルカリ剤を供給装置13から供給し、PH低下を防
止する。NOx−N及び上記の活性汚泥を含有し
た硝化液6が脱窒槽2に流入し、(2)式に基づく脱
窒反応が行われる。(2)式において、脱窒反応時に
還元剤として水素が必要となり、一般的にメ 2NOx -+5(H2)脱窒菌 ―――→ N2+2OH-+4H2O …(2) タノール等の有機物が対象となる。従つて、脱窒
槽2には供給装置14より有機物が注入される。
また、脱窒槽2では撹拌装置15を設置し、活性
汚泥の浮遊化を図つている。脱窒液7は沈殿池3
に流下し、活性汚泥が分離沈降する。沈降した汚
泥は返送汚泥9として硝化槽1に還流し、一部は
余剰汚泥10として系外に排出される。上澄液は
処理水8として河川に放流される。
このような処理過程を経て脱窒が行われるが、
脱窒槽2に注入する有機物は処理性能を左右する
重要な操作要因となる。すなわち、注入量が過剰
であれば不経済であるばかりでなく残留有機物を
増大させ水質を悪化させる。また、注入量が不足
すれば脱窒が不完全となりNOx−Nが残留し、
水質を悪化させる。従つて、有機物の適正供給が
プロセス管理上の課題となつている。このため、
種々の有機物注入制御方法が提案されている。そ
の1つに、脱窒槽2の混合液の酸化還元電位
(ORP)を指標として有機物の注入制御を行う方
式がある。この方式は、(2)式で示す脱窒反応が還
元反応であることから、ORPで反応状態を捕捉
できるものとしている。従つて。特定のORP目
標値を設定して有機物注入量を制御すれば所定の
脱窒状態が維持できる。しかし、本発明者らが行
つた実験によれば、単にORPを指標とした有機
物注入制御では有機物を連続供給しているにもか
かわらずORPを目標値に維持できず、有機物濃
度が異常に高い脱窒液となり、処理水質を悪化さ
せる現象が発生した。このように、従来のORP
目標値による制御法では有機物の適正供給が維持
できない。
〔発明の目的〕
本発明は廃水の連続的な処理における従来技術
の問題点に対処して成されたもので、その目的と
するところはプロセス状態に対応して有機物を注
入し、処理水質を悪化させることなく良好な脱窒
状態を維持する生物学的脱窒素法の制御方法を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は廃水を連続的に処理する方式における
ORPを所定のマイナス電位に設定する指標とし
た有機物注入制御において有機物の異常注入が発
生することを実験的に見い出したことに基づい
て、脱窒状態判定手段として、脱窒槽内の汚泥濃
度、硝化槽でのアルカリ消費量、流入窒素量に対
する有機物の注入比率、あるいは前記マイナス電
位よりプラス側に設定されたORP値の少なくと
も1つを指標とし、これらの指標における実測値
と目標値の偏差によつて脱窒状態を判定させ、そ
の判定によつて脱窒槽への有機物供給量の制御の
要否を定めるようにしたことを特徴としている。
〔本発明の実施例〕
まず、本発明を提案するに至つた実験的経緯に
ついて説明する。第2図はORPが脱窒槽内の状
態を正確に表現できるか否かを検討した結果であ
る。この図から、ORPは脱窒槽内のNOx−N濃
度及び有機物濃度に強い相関を示し、脱窒状態を
明確に表わすことが明らかとなつた。この結果に
基づいて、ORP目標値として−150mVとして有
機物注入制御を実施し第3図に示す結果を得た。
この図から、プロセス外乱である流入水の急激な
変化に対して良好な制御精度が得られ、上記制御
方式の適用が可能であることを実証した。しか
し、この制御実験中、第4図に示す異常現象が発
生した。それはORP実測値が目標値−150mVよ
り高くなると有機物の注入が行われる制御動作に
おいて、有機物が注入されているにもかかわらず
ORPが低下せず、終局的に酸化状態となり制御
し得なくなつた。この時の脱窒状態はNOx−N
が低濃度であるが、有機物濃度が徐々に高くな
り、有機物過剰の状態を示している。第2図によ
れば、このような状態におけるORPは低下する
はずであるが、結果は全く逆になり、明らかに異
常現象であることがわかる。このときの脱窒槽に
おける硝化菌、脱窒菌及び酸化菌を含めた総汚泥
濃度は200mg/以下であつた。これは、脱窒菌
がさらに低い濃度であることを意味する。この異
常現象は脱窒菌が低濃度であつたことが原因した
ものと推論できる。すなわち、脱窒槽の還元雰囲
気は脱窒菌により形成されるが、脱窒菌濃度が薄
すぎると還元状態を維持するに至らない。一方、
硝化槽は酸化雰囲気にあることから、脱窒槽に流
入する硝化液はORPがプラス側となつている。
従つて、脱窒槽では硝化液中のORPが支配的と
なつて高いORPを示す。このことは、硝化液の
上澄液に有機物を注入してもORPはマイナス側
に転移しないことが新たな回分実験によつても立
証された。以上のことから、脱窒槽における有機
物注入制御では、有機物の注入を継続するか否か
を判定するために脱窒状態を新たに監視すること
が必要である。
本発明はこのような実験経験に基づいて成され
たもので、その一実施例を第5図により説明す
る。
第5図において、21はORP計、23は汚泥
濃度計、31は比較回路、32は制御回路、33
は判定回路、34は警報装置であり、有機物供給
装置14は以下のように調節される。まず、
ORP計21、比較回路31及び制御回路32か
ら構成される主制御系ではORP計21で測定さ
れたORP実測値pが比較回路31に入力され、
予め設定したORP目標値p*と比較され、その偏
差εp(=p−p*)が有機物制御回路32に入力さ
れる。制御回路32はεpがプラスであれば増加方
向に、マイナスであれば減少方向に有機物供給装
置14を調節する。on−off制御であれば、供給
装置14は前者でon、後者でoffとなる。一方、
汚泥濃度計23で測定された汚泥濃度実測値sが
判定回路33に入力され、予め設定された汚泥濃
度下限値s*と比較され、その偏差εs(=s−s*
がマイナスであれば有機物注入量が零となるよう
に有機物制御回路32に割込み信号を入力させ
る。あるいは、汚泥濃度の異常低下を警報装置3
4に表示し、この表示に基づいて有機物制御回路
32を例えばバンプレス等により手動に切換えて
も良い。汚泥濃度下限値s*は脱窒プロセスの方式
あるいは処理場の流入負荷を参考にして任意に設
定されるものである。
脱窒状態が正常であるか否かを判定する手段と
して他の方法がある。その1つに脱窒槽内の
ORP値を直接利用できる。第6図はORP値を判
定回路とする一実施例である。主制御系の構成及
び制御動作は第5図と同様である。判定回路35
ではORP計21の測定信号pが入力し、マイナ
ス電位のORP目標値P*よりプラス側に予め設定
したORP上限値phと比較され、その偏差εp′(=
p−ph)が有機物制御回路32に出力される。有
機物制御回路32では偏差εp′がプラスであれば
有機物注入量が零となるように有機物供給装置1
4を調節する。なお、ORPの異常上昇を警報装
置34に表示し、第5図と同様の操作を行つても
良い。ORP上限値phは、脱窒状態が正常であれ
ば示すことのない値、実験によば−30mV以上に
設定する必要がある。
さらに他の方法として有機物注入量から間接的
に脱窒状態を判定する手段がある。第7図は硝化
槽1でのアルカリ消費量と脱窒槽2での有機物注
入量から脱窒状態を判定する方式である。硝化槽
1にはPH計25及び溶存酸素濃度(DO)計26
を設置している。PH計25の測定信号を比較回路
36に入力し、予め設定したPH目標値h*と比較
され、PH目標値ph *を維持するように制御回路3
7でアルカリ供給装置13を調節する。このとき
のアルカリ消費量a1をカウンター29で測定す
る。一方、PH計24と流量計27により流入水中
5のPH値hと流入水量Qiを測定し、演算回路38
で次式に基づいてアルカリ補正量a2を求める。こ
こで、Ah及びAh *は流入水PH測定値h及びPH目標
値h*におけ a2=Qi・ka(Ah−Ah *) …(3) るアルカリ度、kaはアルカリ度換算係数である。
アルカリ消費量a1及びアルカリ補正量a2は演算回
路40に入力され、次式により硝化窒素量 Nh=ko・(a1+a2) …(4) Nhを求める。ここで、koは単位硝化窒素量に対
するアルカリ消費量の逆数である。(4)式でa1とa2
を加算しているのは硝化槽1における真のアルカ
リ消費量を求めているもので、正確な硝化窒素量
を算出するためである。演算回路39には硝化槽
1のDO測定値dと流量計28で測定される硝化
液量Qpの信号が入力され、両者の乗算により酸
素量Dが求められる。この酸素量Dと上述の硝化
窒素量Nhの信号が演算回路41に入力し、(5)式
により必要有機物量Cdが求められる。ここでkh
は単位硝化窒素量を還元するに必要な有機 Cd=kh・Nh+kd・D …(5) 物量、kdは単位酸素量に消費される有機物量であ
る。脱窒槽2における有機物の主制御系は第5図
と同様の構成及び制御動作を行うものである。こ
のときの有機物注入量Csをカウンター30で測定
し、有機物注入量Csと必要有機物量Cdが判定回
路42に入力され、(6)式により有機物量偏差εc
求める。ここでkcは許容係数である。
εc=(1+kc)・Cd−Cs …(6) 制御回路32は偏差εcがマイナスであれば有機物
注入量を零とするように供給装置32の割込み制
御を行うものである。第7図ではアルカリ消費量
から硝化窒素量を求めたが、より簡単に流入窒素
量で代替することができる。
第8図は、脱窒状態の判定に流入窒素量を用い
た場合の一実施例である。流入窒素量Niの求め
方には種々の方法が考えられる。第8図では、流
量計27と窒素濃度計22により流入水5中の流
入水量QiとNH3−N濃度naを測定し、演算回路
38で両者を乗算して流入窒素量Niを求め、そ
の信号を演算回路41に出力する。演算回路41
では第7図と同様に検出される硝化液の酸素量D
が入力され、(7)式により脱窒及び脱酸素に必要な
有機物量Cdが演算される。ここでτは硝化 Cd=kh・Ni(−τ)+kd・D …(7) 槽1の滞留時間で、Ni(−τ)は滞留時間前のNi
を演算対象とすることを意味する。脱窒槽2にお
ける有機物供給装置14を調節する主制御系の構
成及び制御動作、さらに判定回路42の割込み方
法は第7図と同様である。第8図において、流入
水5中の窒素濃度naを濃度計22で求めたが、下
水処理場ごとに示す流入特性を生かして経験的な
値を予め設定して与えてもよい。また、硝化液6
中の硝化窒素量を測定することによつても第8図
と同様の結果が得られる。第7図及び第8図は現
在の有機物注入量が必要有機物量の許容誤差kc
にあるかを判断し、ない場合には脱窒状態が正常
でないものとして有機物注入の自動制御を停止す
るものである。
このように、脱窒状態が正常であるか否かを監
視し、正常であれば規定の有機物注入制御を継続
させ、異常判断時に割込み制御を行うことにより
脱窒状態に対応したプロセスの運転管理が可能と
なる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、脱窒状態
の異常時に有機物の過剰注入が防止でき、処理水
質の悪化がなくなるとともに有機物の節約が図れ
る。また、プロセス異常を簡易に判定でき、判定
結果を割込ませることにより有機物注入制御の信
頼性が向上する。
なお、実施例では前段に硝化槽、後段に脱窒槽
を配置するプロセス方式を対象としたが、本発明
はこの方式に限定されるものでなく、例えば前段
に脱窒槽、後段に硝化槽が位置する方式や、硝化
槽及び脱窒槽が複数配置される方式にも適用でき
るものである。また、実施例では脱窒状態の判定
方法を各種記載したが、本発明はこれら判定方法
を組合せて用いることもできるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は代表的な脱窒プロセスの構成図、第2
図は酸化還元電位と脱窒状態の特性図、第3図は
有機物注入制御の実施結果の特性図、第4図は有
機物注入制御の異常結果の特性図、第5図は本発
明における汚泥濃度を判定指標とした一実施例を
説明する構成図、第6図は酸化還元電位を判定指
標とした一実施例を示す構成図、第7図はアルカ
リ消費量を用いた本発明の一実施例を示す構成
図、第8図は流入窒素量を用いた本発明の一実施
例を示す構成図である。 1……硝化槽、2……脱窒槽、13……アルカ
リ供給装置、14……有機物供給装置、21……
酸化還元電位計、23……汚泥濃度計、31……
比較回路、32……制御回路、33,35,41
……判定回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 廃水中の有機性あるいはアンモニア性窒素を
    好気状態下で硝化菌により硝酸性あるいは亜硝酸
    性窒素に酸化する硝化槽と、嫌気状態下で有機物
    を供給し前記廃水中の硝酸性あるいは亜硝酸性窒
    素を脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽と、
    前記硝化槽又は脱窒槽から連続的に流出した廃水
    中の硝化菌及び脱窒菌を沈降分離する沈澱池とを
    有する生物学的脱窒素プロセスにおいて、前記脱
    窒槽中の混合液の酸化還元電位を検出する電位検
    出手段と、前記脱窒槽中の脱窒状態が正常である
    か否かを判定する脱窒状態判定手段とを備え、前
    記酸化還元電位が所定のマイナス電位になるよう
    に前記有機物の供給量を調節するとともに、前記
    脱窒状態判定手段として前記脱窒槽の汚泥濃度、
    前記硝化槽に供給されるアルカリ剤供給量、前記
    硝化槽に流入する窒素量及び前記所定の酸化還元
    電位よりプラス側に設定された所定の電位の少な
    くとも1つを指標とし、該指標における実測値と
    目標値との差に基づいて前記脱窒状態が異常と判
    定したとき前記脱窒槽への有機物の供給を中止さ
    せる割込み制御を行うことを特徴とする生物学的
    脱窒プロセスの制御方法。
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JPS6430699A (en) * 1987-07-24 1989-02-01 Okayama Prefecture Purifying device
JPH0763712B2 (ja) * 1991-01-25 1995-07-12 株式会社荏原製作所 生物学的脱窒方法及びその装置
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