(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の組合せ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる処理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装置を用いて、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、ｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法の制御方法。
【請求項２】
排水を曝気槽へ流入させて、曝気を行う好気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰返して処理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送するとともに、余剰汚泥の引き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、排水が流入する第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽を用いて処理を行う装置において、第１曝気槽にｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や生活排水、産業排水を生物学的に処理する方法で、特に排水中の窒素およびリンを除去するプロセスの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水や生活排水の処理は有機物除去が主体であり、活性汚泥法に代表される生物学的処理法が一般に用いられてきた。しかし近年になって、湖沼等の閉鎖性水域では富栄養化が大きな問題となっており、この原因となる窒素、リンの除去が重要となってきた。そのため、有機物に加えて窒素、リンを除去できる処理法が活性汚泥法の改良法として開発されており、代表的な方法としてはＡ2 Ｏ法、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活性汚泥法などが挙げられる。これらの方法は、微生物が好気条件、嫌気条件に交互におかれ有機物、窒素、リンの除去がなされるため、嫌気好気活性汚泥法と総称されている。
【０００３】
ここで、窒素、リンの除去を目的とした下水処理について、その原理を簡単に述べる。下水中の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり、分解除去される。窒素は好気性の条件下で、硝化菌の働きによりＮＨ4 −Ｎ（アンモニア性窒素）がＮＯ3 −Ｎ( 硝酸性窒素）に酸化され、次いで嫌気性の条件下で脱窒菌の働きによりＮＯ3 −ＮがＮ2 （窒素ガス）に還元されて除去される。硝化、脱窒の関係を整理すると次のようになる。
反応        窒素の形態                反応条件                微生物
硝化反応  アンモニア性窒素→硝酸性窒素  好気性（溶存酸素あり）  硝化菌
脱窒反応      硝酸性窒素→窒素ガス      嫌気性（溶存酸素なし）  脱窒菌
また、リンは反応槽では、運転条件を好気性と嫌気性とに交互に変えることによって、細胞内にリンを多量に蓄積する性質を持つ活性汚泥が反応槽内に作りだされ、この活性汚泥を利用して除去する。すなわち、この活性汚泥は、嫌気性条件下で水中の有機物を体内に貯蔵するために、体内に貯蔵しているリンを放出し、好気性条件下で体内に貯蔵してある有機物を利用して、水中のリンを吸収する性質がある。リンを多量に吸収した活性汚泥を余剰汚泥として処理系から除くことにより脱リンを行う。
この関係は下記のように整理することができる。
反応    槽内リン濃度  有機物        反応条件            リン除去
リン放出      増加      貯蔵    嫌気性（溶存酸素なし）    −
リン吸収      減少      消費    好気性（溶存酸素あり）  活性汚泥抜出し
このように窒素、リンの除去においては、好気性、嫌気性の２条件が不可欠であるが、厳密には脱窒のための嫌気条件と脱リンのための嫌気条件とは異なっており、脱窒が終了した反応槽内にＮＯ3 −Ｎに起因する酸素分子が無くなった後で活性汚泥からのリンの放出が起こり、これが次の曝気工程におけるリンの吸収につながっている。
【０００４】
次に、小規模下水処理向けの代表的な回分装置での嫌気好気式活性汚泥法について説明する。
回分装置を用いた活性汚泥法は回分式活性汚泥法といわれ、その装置における窒素、リンの除去法は本発明者らが出願した特開平７−１３６６８３号公報に記載されているが、その概要は下記のように要約することができる。
【０００５】
図６は回分式活性汚泥法に用いられる装置の要部構成を示す模式図であり、図６には装置構成とともに、水および空気の経路を実線の矢印、制御信号を点線の矢印で表してある。図６において、この装置は主として、下水１が流入し処理が行われる反応槽２、処理水３を排出する処理水排出装置４から構成される。制御系は、溶存酸素濃度を測定するＤＯ計５、ＤＯ測定値および制御シーケンスに基づいてＤＯ制御用のインバーター６、曝気ブロア７、曝気攪拌装置８に制御信号を出力する制御装置９から成っている。
【０００６】
この装置における代表的な運転方法は、攪拌・曝気の組み合わせ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる処理サイクル（以下、単にサイクルと記載することもある）の１サイクルを６時間に設定し、サイクル開始後４時間内に反応槽２において攪拌、曝気を断続的に数回繰り返し（断続曝気処理工程）、その後、沈殿を１時間、処理水排出を１時間行うものである。このサイクルの中の断続曝気処理期間に硝化、脱窒、リン放出、リン吸収の反応が進行し、窒素、リンの除去が行われる。こうした運転において、ＤＯは水質や運転条件にもよるが２ｍｇ／Ｌ程度に制御され、ＤＯの設定値が適切な場合は窒素、リンの除去は良好である。
【０００７】
また、排水が流入する第１曝気槽と、この第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽の二つの曝気槽を用い、その後に最終沈殿池を設けた装置と、その制御方法を本発明者らが出願した特開平６−５５１９０号公報に記載してある。
図７はこの特開平６−５５１９０号公報に記載の間欠曝気法および制御システムを説明するための装置の要部構成を示す模式図であり、図７を参照して以下にその概要を述べる。図７において、水および空気の経路を実線の矢印、制御信号系統を点線の矢印で表わしてあり、この装置は主として、下水１が流入し活性汚泥によって有機物、窒素、リンが除去される第１曝気槽２ａと第２曝気槽２ｂ、重力沈降によって活性汚泥が分離され処理水３が得られる最終沈殿池４、沈降した活性汚泥を第１曝気槽２ａに返送する返送汚泥ポンプ５から構成されている。第１曝気槽２ａと第２曝気槽２ｂの容積比はおよそ１：１であり、処理水の滞留時間の合計は１６〜３２時間である。制御系は第１曝気槽２ａ内の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計６ａ、第２曝気槽２ｂ内の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計６ｂ、それらの値に基づいて第１曝気ブロワ７ａ、第２曝気ブロワ７ｂ、第１攪拌ポンプ８ａ、第２攪拌ポンプ８ｂヘの制御信号を出力する制御装置９から成っている。
【０００８】
この装置における代表的な制御方法は、曝気時間を１時間に設定するとともに、曝気時間における第１曝気槽２ａのＤＯを０．２ｍｇ／Ｌに設定してＤＯ制御を行ない、攪拌時間については第２曝気槽２ｂのＯＲＰの変化率を測定し、ＯＲＰの屈曲点を演算により検出して、検出後直ちに攪拌を停止して曝気を開姶し、しかも、第１曝気槽２ａと第２曝気槽２ｂの曝気、攪拌は連動させている。
【０００９】
処理過程は、第１曝気槽２ａでは低ＤＯ制御を行ない、硝化と脱窒を同時に進行させ（好気性脱窒）、第２曝気槽２ｂはＤＯを２〜３ｍｇ／Ｌ程度として硝化を積極的に進行させ、また同時に活性汚泥ヘのリンの吸収を行なう。そして１時間経過後、自動的に攪拌工程に移行する。攪拌工程は、第１曝気槽２ａでは先の曝気工程で好気性脱窒が進行しているため、ＮＯ3 −Ｎは低濃度であり、短時間で脱窒が終了し、その後活性汚泥からのリンの放出が行なわれる。また第２曝気槽２ｂでは有機物濃度が低くなっているため、ゆっくりと脱窒が進行し、同時にＯＲＰが低下して行く。ＯＲＰは脱窒が終了した時点で届曲点を持つので、この屈曲点を検出して、攪拌を停止し曝気に移行する。したがって、第２曝気槽２ｂではリンの放出はほとんど起こらない。即ち、攪拌工程では主として第１曝気槽の２ａでリンの放出、第２曝気槽２ｂで脱窒を行うものである。以上の方法は曝気槽を２槽としているため、曝気槽が１槽の場合に比べて、原水が未処理のまま放流される場合が少ないという特徴も持っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上、回分式活性汚泥法と、反応槽を２つ直列に接続した装置の場合の間欠曝気式活性汚泥法との制御方法について説明したが、水質、運転条件が変わることでリンの除去が悪くなることがある。細胞内にリンを多量に蓄積する脱リン菌が十分に存在し生物学的なリンの吸収と放出が行われているにも関わらず、リンの除去が不十分になることがある。何らかの原因で脱リン菌がリン吸収のために貯蔵する有機物が少なくなり、生物学的なリンの放出と吸収は起こっているが、放出したリンの量と吸収するリンの量が同じ、または、吸収するリンの量が少なくなり、処理水中のリンを完全に吸収できなくなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リンの除去が不良になった場合、リンの除去を良好に回復させる間欠曝気式活性汚泥法の制御方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の制御方法は、以下の如く行う。
第１の発明は、排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の組合せ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる処理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装置を用いて、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、ｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることとする。
【００１３】
この第１の発明の制御方法は、所定の時間（例えば１時間）に設定された攪拌工程では槽内に硝酸がなくなった時点で、リンの放出が起こる。一般にｐＨが一定であれば、リンの放出量は脱リン菌が体内に貯蔵する有機物量と比例するが、反応槽内の有機物量が一定の場合は、図５に示すように、ｐＨが通常よりも高い時には、有機物が微生物の細胞膜を通過するためのエネルギーが通常よりも多く必要で、単位時間に放出するリンの量は多くなり、リンの放出速度が速くなる。この時、体内に蓄積される有機物は少なく有機物摂取速度は遅くなる。逆にｐＨが通常よりも低い時には、有機物が微生物の細胞膜を通過するためのエネルギーが通常よりも少なくてすみ、単位時間に放出するリンの量は少なく、リンの放出速度は遅くなる。この時、体内に蓄積される有機物は多く有機物摂取速度が速くなる。よって、攪拌工程において、反応槽内のｐＨを低く制御することで、有機物の摂取効率を高くすることができる。このことによって、ｐＨの低い方が有機物の貯蔵量が多く、同じ有機物を貯蔵するためのリン放出量を少なくでき、微生物が貯蔵する有機物量に比例して、吸収できるリンの量が多くなり、曝気行程で吸収しなくてはならないリンの量を少なくすることができる。
【００１４】
第２の発明は、排水を曝気槽へ流入させて、曝気を行う好気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰返して処理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送すると共に、余剰汚泥として引き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、排水が流入する第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽を用いて処理を行う装置において、第１曝気槽にｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることとする。
【００１５】
この第２の発明の制御方法は、第１の発明と同じで、第１曝気槽の攪拌工程すなわちリン放出工程において反応槽内のｐＨを通常よりも低く制御して有機物の蓄積量を多くして、リン除去が不良の時に、リン放出量を少なくして、吸収しなくてはならないリンの量を少なくすれば、第２曝気槽でのリン吸収を円滑に行わせることができる。
【００１６】
以上の方法によれば、適切なリン放出量とリン吸収量が確保されるのでリン除去が不良なときにリンの除去を良好にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による間欠曝気式活性汚泥法の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明が適用される間欠曝気式活性汚泥法の回分式装置および制御システムの要部構成を示す模式図である。図１において、この装置は図６に示した装置と基本的に同じであるが、異なる点は、酸添加ポンプ１１と酸貯溜槽１２とアルカリ添加ポンプ１３とアルカリ貯溜槽１４を設置したことである。
【００１８】
図２に第１の発明の制御方法を用いた場合のリン、ｐＨの変化を示す。図２（ａ）にリン濃度ＰＯ4 −Ｐの、図２（ｂ）にｐＨのそれぞれの時間経過特性を示す。基本的に１サイクルは１時間の攪拌、１時間の曝気、１時間の攪拌、１時間の曝気、１時間の沈殿、１時間の排出の合計６時間の工程からなる。サイクル開始時に下水の流入を行なうと同時に攪拌工程が始まり、脱窒が完了してからＰＯ4 −Ｐの放出が行われる。攪拌工程が終了すると、曝気工程になりＰＯ4 −Ｐの吸収がはじまる。この攪拌工程開始時に、攪拌工程開始時のｐＨの値よりも反応槽内のｐＨが０．５程度低くなるように酸添加ポンプ１１を用いて酸貯溜槽１２から反応槽に酸を添加して、反応槽内のｐＨを低くする。ｐＨを低くすることで有機物が細胞膜を通過するエネルギーを少なくすることができ、有機物の摂取速度が速くなる。そのため少ないリンの放出量で多くの有機物を貯蔵することができる。ｐＨが低い場合、放出したリンの量が同じであれば、ｐＨの低い方が微生物の貯蔵した有機物は多い。貯蔵有機物が多いとそれに比例して、リン吸収量も多いと考えられている。攪拌工程が終了すると低くした反応槽内のｐＨをもとの値になるようにアルカリ添加ポンプ１３を用いてアルカリ貯溜槽１４から反応槽にアルカリを添加して、反応槽内のｐＨをもとに戻す。この攪拌、曝気工程を二回繰り返したあと活性汚泥と処理水を分離する沈殿工程に移り、その後、上澄水を排出する。また、１サイクル中の攪拌・曝気がそれぞれ１回の制御方法においても適応可能である。
【００１９】
図３は本発明が適用される間欠曝気式活性汚泥法の第１、第２曝気槽を用いた装置および制御システムの要部構成を示す模式図である。図３において、この装置は図７に示した装置と基本的に同じであるが、異なる点は酸添加ポンプ１１と酸貯溜槽１２とアルカリ添加ポンプ１３とアルカリ貯溜槽１４を設置したことである。
【００２０】
図４に第２の発明の制御方法を用いた場合のリン、ｐＨの変化を示す。
図４（ａ）に第１曝気槽のリン濃度ＰＯ4 −Ｐの、図４（ｂ）に第１曝気槽のｐＨの、また、図４（ｃ）に第２曝気槽のリン濃度ＰＯ4 −Ｐの、図４（ｄ）に第２曝気槽のｐＨの、それぞれの時間経過特性を示す。基本的に１サイクルは２時間から成り、第１曝気槽では３０分の曝気、１時間３０分の攪拌、第２曝気槽では１時間の曝気、１時間の攪拌工程からなる。下水の流入は断続的に第１曝気槽に行われる。第１曝気槽ではサイクル開始時に曝気工程が始まり、リン吸収と硝化が始まる。３０分後、曝気工程に移り脱窒が行われる。この間、反応槽内に硝酸性窒素が残っているためリンの放出は起こらない。脱窒終了後リンの放出が起こる。ＯＲＰ計の出力から屈曲点を検出した後、攪拌工程開始時のｐＨの値よりも反応槽内のｐＨが０．５程度低くするように酸添加ポンプ１１を用いて酸貯溜槽１２から反応槽に酸を添加して、反応槽内のｐＨを低くする。ｐＨを低くすることで脱リン菌が貯蔵する有機物の量を多くすることが可能になる。第２曝気槽では、サイクル開始時にリン吸収と硝化のための曝気工程が始まり、第１曝気槽のＯＲＰ屈曲点が検出されるまでの約１時間行われる。この間、第１曝気槽から第２曝気槽に流入する下水のリン濃度は低く、第２曝気槽内のリン濃度はほぼゼロである。第１曝気槽のＯＲＰ屈曲点検出後攪拌工程に移行する。攪拌工程では脱窒が行われ、第２曝気槽のＯＲＰ屈曲点検出まで攪拌工程が行われる。第２曝気槽のＯＲＰ屈曲点検出後、第１曝気槽、第２曝気槽ともサイクルが元に戻る。この時、第１曝気槽で低くした反応槽内のｐＨをもとの値になるようにアルカリ添加ポンプ１３を用いてアルカリ貯溜槽１３から反応槽にアルカリを添加して、反応槽内のｐＨをもとに戻す。
【００２１】
リンの放出は微生物が有機物を細胞内に貯蔵する反応と関係しており、リンの放出速度は反応槽内のｐＨに影響を受ける。図５はｐＨを変化させた場合のリン濃度の変化である。ｐＨが通常より高い場合、有機物が細胞膜を通過するためのエネルギーが多く必要で、リン放出量は多くなり、貯蔵有機物量は少なくなる。また、ｐＨが通常より低い場合、有機物が細胞膜を通過するエネルギーが少なくてすみ、リン放出量は少なく、貯蔵有機物量は多くなる。一般的に、リンの放出量は、ｐＨと貯蔵有機物の量に関係し、リン吸収量は貯蔵有機物量に関係している。ｐＨが同じであれは、リン放出量が多いほど貯蔵有機物が多く、リン放出量が同じであれば、ｐＨが低いほど貯蔵有機物が多い。リンの吸収量はｐＨにはほとんど影響されず、微生物が貯蔵している有機物量が多い場合、吸収量も多い。下水のｐＨは７．０前後であるから、攪拌工程においてｐＨを６．５程度に制御して、リン放出量を少なくして、有機物の貯蔵量を多くすることで、攪拌時間で適切なリン放出量を確保でき、次に続く、曝気工程でのリン吸収量を多くすることが可能で、リンの除去が不良の時に、リンの除去を回復することができる。
【００２２】
【発明の効果】
従来の間欠曝気式活性汚泥法の制御方法ではリン放出、吸収が行われているにも関わらず、処理水のリン除去率が悪い現象が起きるという問題があった。
これに対処するためになされた本発明の制御方法は、以下の利点を有する。即ち、第１の発明の制御方法は、排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の組合せ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる処理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装置を用いて、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、ｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることで、少ないリン放出量で多くの有機物を貯蔵し、曝気工程でのリンの負荷を軽減することができる。
【００２３】
また、第２の発明の制御方法は、排水を曝気槽へ流入させて、曝気を行う好気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰返して処理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送するとともに、余剰汚泥として引き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、排水が流入する第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽を用いて処理を行う装置において、第１曝気槽にｐＨ計を設置し、攪拌工程におけるｐＨの値を攪拌工程開始時の反応槽内のｐＨよりも低くすることによって、第１曝気槽で適切なリン放出を行うことができ、第２曝気槽のリン吸収を確実に行うことができる。
【００２４】
以上の事で、通常の運転制御方法でリン除去が不良になった場合、本発明の制御方法を用いることで、リン放出量よりも吸収量を多くでき処理水のリン除去を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の制御方法が適用される装置の要部構成を示す模式図。
【図２】第１の発明の制御方法を適用した装置の反応槽における水質とｐＨの変化を示し、（ａ）はＰＯ4 −Ｐの、（ｂ）はｐＨの、それぞれ時間経過に対する関係線図。
【図３】第２の発明の制御方法が適用される装置の要部構成を示す模式図。
【図４】第２の発明の制御方法を適用した装置の反応槽における水質とｐＨの変化を示し、（ａ）は第１曝気槽のリン濃度ＰＯ4 −Ｐの、（ｂ）は第１曝気槽のｐＨの、（ｃ）は第２曝気槽のリン濃度ＰＯ4 −Ｐの、（ｄ）は第２曝気槽のｐＨの、それぞれ時間経過に対する関係線図。
【図５】ｐＨの違いによるリン放出量の変化を示す関係線図。
【図６】従来の制御方法が適用される装置の要部構成を示す模式図。
【図７】従来の制御方法が適用される装置の要部構成を示す模式図。
【符号の説明】
１  ：        下水
２  ：        反応槽
２ａ：        第１曝気槽
２ｂ：        第２曝気槽
３  ：        処理水
４  ：        処理水排出装置
４ａ：        最終沈殿池
５  ：        ＤＯ計
５ａ：        返送汚泥ポンプ
６  ：        インバーター
６ａ：        第１のＯＲＰ計
６ｂ：        第２のＯＲＰ計
７  ：        曝気ブロア
７ａ：        第１曝気ブロア
７ｂ：        第２曝気ブロア
８  ：        曝気攪拌装置
８ａ：        第１攪拌ポンプ
８ｂ：        第２攪拌ポンプ
９  ：        制御装置
１０  ：        ｐＨ計
１１  ：        酸添加ポンプ
１２  ：        酸貯溜槽
１３  ：        アルカリ添加ポンプ
１４  ：        アルカリ貯溜槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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