(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のアンモニア性窒素を微生物により硝化処理する廃水の硝化方法において、
前記硝化槽の上流端位置における微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化を測定し、
前記測定した結果から前記廃水中のアンモニア性窒素濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間を演算し、
前記演算した必要硝化時間と前記硝化槽内の廃水の滞留時間とを比較し、
前記滞留時間のうち前記必要硝化時間を越える硝化槽内領域における散気量を、前記必要硝化時間を越える前の硝化槽内領域における散気量よりも小さくすることを特徴とする廃水の硝化方法。
【請求項２】
前記必要硝化時間を越えた硝化槽内領域における散気量の目安として、前記廃水のＤＯ濃度が２ｍｇ／Ｌ以下になるようにすることを特徴とする請求項１の廃水の硝化方法。
【請求項３】
硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のアンモニア性窒素を微生物により硝化処理する廃水の硝化方法において、
前記硝化槽の上流端位置における微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化を測定し、
前記測定した結果から前記硝化槽内の廃水の滞留時間内に前記廃水中のアンモニア性窒素濃度を所定値まで低減させるために必要な硝化槽全体のトータル散気量を演算し、
前記演算したトータル散気量の前記硝化槽内における散気量分布を、前記上流端側が大きく前記下流端側が小さくなるようにしたことを特徴とする廃水の硝化方法。
【請求項４】
硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のアンモニア性窒素を微生物により硝化処理する廃水の硝化装置において、
前記硝化槽内の底部に前記上流端側から前記下流端側にかけて並設され、前記硝化槽内にエアを散気する複数の散気板と、
前記硝化槽の上流端位置から採水した微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化を測定する活性測定装置と、
前記活性測定装置の測定結果から前記廃水中のアンモニア性窒素濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間又は硝化槽全体のトータル散気量を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて前記複数の散気板に送気するエア量を個別に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする廃水の硝化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水の硝化方法及び装置に係り、特に、下水等の廃水中のアンモニア性窒素（以下、「ＮＨ4-Ｎ」という）を除去する際の硝化処理の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱窒槽と硝化槽を備え、廃水中のＮＨ4-Ｎを除去する硝化・脱窒装置では、硝化槽において硝化細菌の働きにより、ＮＨ4-Ｎを亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に酸化する硝化処理を行う。下水などの実際の廃水処理では、廃水のＮＨ4-Ｎ負荷の変動や水温の年間、日間変動に対して、安定して高い窒素除去率を維持するためには、硝化槽での硝化処理を略完全に終了させることが重要である。そのため、実際の硝化・脱窒装置は、硝化に必要な酸素を廃水に供給するためのエアの散気量や硝化時間を低水温期の最大負荷に合わせて設計されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最大負荷に合わせて散気量や硝化時間を設計すると、夜間や降雨時などの負荷の低下時、または高水温期で硝化性能に余裕がある場合には、硝化槽の上流端から流入した廃水が、硝化槽の途中で硝化が終了し、その後の硝化槽の下流端から廃水が流出するまでの滞留領域におけるエアの供給が過剰となるという欠点がある。これにより、散気のための動力が無駄になるだけでなく、硝化液が最終沈殿池に流出する場合は，活性汚泥フロックの解体による処理水の透視度が悪化するという問題がある。更には、硝化液が脱窒槽に循環する場合は、脱窒槽へのエアの持ち込みによる脱窒性能の悪化が生じるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みて成されたもので、硝化槽内への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限のエア散気量で略完全な硝化を達成することができる廃水の硝化方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のＮＨ4-Ｎを微生物により硝化処理する廃水の硝化方法において、前記硝化槽の上流端位置における微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化を測定し、前記測定した結果から前記廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間を演算し、前記演算した必要硝化時間と前記硝化槽内の廃水の滞留時間とを比較し、前記滞留時間のうち前記必要硝化時間を越える硝化槽内領域における散気量を、前記必要硝化時間を越える前の硝化槽内領域における散気量よりも小さくすることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、前記目的を達成するために、硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のアンモニア性窒素を微生物により硝化処理する廃水の硝化方法において、前記硝化槽の上流端位置における微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化を測定し、前記測定した結果から前記硝化槽内の廃水の滞留時間内に前記廃水中のアンモニア性窒素濃度を所定値まで低減させるために必要な硝化槽全体のトータル散気量を演算し、前記演算したトータル散気量の前記硝化槽内における散気量分布を、前記上流端側が大きく前記下流端側が小さくなるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記目的を達成するために、硝化槽の上流端から槽内に流入した廃水を下流端から流出させると共に、前記硝化槽内にエアを散気して前記廃水中のアンモニア性窒素を微生物により硝化処理する廃水の硝化装置において、前記硝化槽内の底部に前記上流端側から前記下流端側にかけて並設され、前記硝化槽内にエアを散気する複数の散気板と、前記硝化槽の上流端位置から採水した微生物含有廃水を使用してアンモニア性窒素濃度と硝化速度、または回分反応における酸素消費速度の経時変化測定する活性測定装置と、前記活性測定装置の測定結果から前記廃水中のアンモニア性窒素濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間又は硝化槽全体のトータル散気量を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて前記複数の散気板に送気するエア量を個別に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間を越えた硝化槽内領域における散気量を、必要硝化時間を越える前の硝化槽内領域における散気量よりも小さくするようにしたので、硝化槽内全体への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限のエア散気量で略完全な硝化を達成することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、硝化槽内の廃水の滞留時間内に廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために必要な硝化槽全体のトータル散気量を演算し、演算したトータル散気量の硝化槽内における散気量分布を、上流端側が大きく下流端側が小さくなるようにしたので、硝化槽内への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限の酸素供給量で略完全な硝化を達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面により本発明の廃水の硝化方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明の廃水の硝化装置１０を組み込んだ硝化・脱窒装置１２の構成図である。
【００１１】
硝化・脱窒装置１２は、主として、脱窒槽１４と硝化槽１６の各１槽から成る反応槽１８と、固液分離槽２０と、活性測定装置２２とで構成される。
硝化槽１６内の底部には、硝化槽１６の上流端Ａ側から下流端Ｂ側にかけて複数の散気板２４、２４…が並設され、各散気板２４はそれぞれ枝管２６、２６…を介して合流管２８に合流し、合流管２８がブロア３０に接続される。また、各枝管２６にはそれぞれエア量調整バルブ３２、３２…が設けられる。これにより、各散気板２４から散気されるエアにより硝化槽１６内に好気性条件を形成すると共に、各散気板２４からの散気量をエア量調整バルブ３２により個別に調整することができる。
【００１２】
一方、脱窒槽１４の底部には攪拌器３４が設けられ、脱窒槽１４内の廃水をゆっくりと攪拌して廃水からエアを脱気することにより脱窒槽１４内に嫌気性条件を形成する。そして、原水供給管３６から脱窒槽１４内に供給された廃水は、脱窒槽１４において活性汚泥微生物と混合された後、硝化槽１６の上流端Ａ位置に流入する。硝化槽１６内に流入した廃水は、硝化槽１６内を流れながら散気板２４からのエアによる好気性条件下で廃水中のＮＨ4-Ｎが硝化処理される。硝化処理された硝化液は、硝化槽１６の下流端Ｂ位置から循環配管３８を介して脱窒槽１４に循環され、嫌気性条件下で脱窒処理される。これにより、廃水中のＮＨ4-Ｎが窒素ガスとなって除去される。硝化槽１６と脱窒槽１４との間の循環において、硝化槽１６の硝化液の一部が処理水として処理水配管４０を介して固液分離槽２０に排出される。固液分離槽では、処理水に同伴した活性汚泥微生物を沈降分離した後の上澄液が、上澄液配管４２を介して排出される。一方、固液分離槽２０に沈降した沈降汚泥は、汚泥返送配管４４を介して原水供給管３６に戻される。また、沈降汚泥のうちの余剰汚泥は、引抜き配管４６を介して装置１２外に抜き出される。
【００１３】
活性測定装置２２は、送液ポンプ４８により硝化槽１６の上流端Ａ位置から測定容器５０に一定量の活性汚泥微生物を含有した廃水（以下「微生物含有廃水」という）を採水管５１を介して採水する。測定容器５０には、測定容器５０内にエアを散気するエアポンプ５２が接続されると共に、測定容器５０内の微生物含有廃水のＤＯ濃度を測定するＤＯ濃度計５４が設けられる。そして、エアポンプ５２から微生物含有廃水中にエアを散気しながら、微生物含有廃水のＤＯ濃度値が変化しなくなるまでＤＯ濃度の経時変化を測定する。この回分操作におけるＤＯ濃度の経時変化と微生物含有廃水に供給するエアの酸素溶解効率から微生物含有廃水の酸素消費速度、およびアンモニア性窒素（ＮＨ4-Ｎ）濃度と硝化速度を自動的に測定する。
【００１４】
次に、最適な散気方法を決めるための第１の実施の形態を説明する。
コントローラ５８では、活性測定装置２２で測定したＮＨ4-Ｎ濃度〔ＮｅI 〕と硝化速度〔ＫNI〕から廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために必要な必要硝化時間〔ＴN 〕を演算し、演算した必要硝化時間〔ＴN 〕と硝化槽１６内の廃水の滞留時間〔ＴMAX 〕とを比較する。そして、硝化槽１６内における廃水の滞留時間〔ＴMAX 〕のうち必要硝化時間〔ＴN 〕を越えた硝化槽１６内領域における散気量を、必要硝化時間〔ＴN 〕を越える前の硝化槽１６内領域における散気量よりも小さくするように、信号ケーブル６０を介して各散気板２４のエア量調整バルブ３２の開閉度を個別に制御する。ここで、硝化槽１６の水理学的な滞留時間〔ＴMAX 〕は、硝化槽容積を、原水供給管３６で反応槽１８に供給される原水量、汚泥返送配管４４で原水供給配管３６に返送される返送汚泥量、循環配管３８で硝化槽１６から脱窒槽１４に循環される硝化液の循環量の合計で割った値として求められる。
【００１５】
図２は、ＮＨ4-Ｎ濃度〔ＮｅI 〕と硝化速度〔ＫNI〕から上記した必要硝化時間〔ＴN 〕を決める方法である。図２の縦軸は硝化速度〔ＫN 〕、横軸は必要硝化時間〔ＴN 〕であり、ＴN1は硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度、即ち前記所定値を０．１ｍｇ／Ｌとした時の必要硝化時間〔ＴN 〕である。図２から分かるように、硝化速度〔ＫN 〕は、ある時間まで最大の硝化速度であるＫNIのほぼ一定値を保ち、その後ＮＨ4-Ｎ濃度が０．３〜０．５mg／Ｌ以下になると急激に減少してゼロに近づくＫN 曲線を描く。そして、硝化速度は、その単位〔ｍｇ−Ｎ／Ｌ・時間〕から分かるように、単位時間当たりのＮＨ4-Ｎの減少速度を表したものである。従って、硝化速度〔ＫN 〕の時間積分値、即ち図２のＫN 曲線、横軸及び縦軸で囲まれた部分の面積が、ＮＨ4-Ｎ濃度〔ＮｅI 〕になるように必要硝化時間〔ＴN1〕を決定する。これにより、硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度を０．１ｍｇ／Ｌまで低減するにするに必要な必要硝化時間〔ＴN1〕を決定することができる。
【００１６】
また、硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度が０．１ｍｇ／Ｌよりも高くてよい場合、例えば０．３〜０．５ｍｇ／Ｌ程度の場合には、硝化速度〔ＫN 〕がＫNIを維持した状態の時間ＴN2を必要硝化時間〔ＴN 〕とすることも可能である。更には、ＴN1とＴN2の間の任意の時間を必要硝化時間〔ＴN 〕とすることもできる。
図３は、酸素消費速度〔Ｋr 〕の経時変化から必要硝化時間〔ＴN 〕を決める方法であり、酸素消費速度〔Ｋr 〕は、初期にほぼ一定値ＫrIを示すが、ある時点で急激に低下し、その後、ほぼ一定な低い値で推移するＫr 曲線を描く。そして、この場合にも硝化速度〔ＫN 〕の経時変化から必要硝化時間〔ＴN 〕を決める場合と同様に硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減するのに必要な必要硝化時間〔ＴN 〕を求めることができる。
【００１７】
このように、本発明の硝化方法を採用すれば、硝化槽１６内全体への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限のエア散気量で略完全な硝化を達成することができる。この場合、必要硝化時間〔ＴN 〕を越えた硝化槽１６内領域における散気量は、廃水のＤＯ濃度が３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下になるようにするとよい。これにより、硝化槽１６からの硝化液を循環配管３８を介して脱窒槽１４に循環させた時に、硝化液に同伴する酸素を極力抑制し、脱窒性能に悪影響を与えないようにできる。
【００１８】
次に、最適な散気方法を決めるための第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態は、コントローラ５８では、活性測定装置２２で測定した酸素消費速度〔Ｋr 〕の経時変化から、硝化槽１６内の廃水の滞留時間内に廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために必要な硝化槽１６全体の酸素消費量の時間積算値〔Ｗ〕を算出する。さらに、それを硝化槽１６の酸素溶解効率を考慮して空気量に換算してトータル散気量として求める。そして、演算したトータル散気量の硝化槽１６内における散気量分布を、上流端Ａ側が大きく下流端Ｂ側が小さくなるように各散気板２４の各エア量調整バルブ３２の開閉度を個別に制御する。この場合、上流端Ａ側から下流端Ｂ側にいくに従って直線的に散気量を減少させてもよく、或いは階段状に散気量を減少させてもよい。要は、硝化槽１６内の廃水の滞留時間内に廃水のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために硝化槽１６全体で必要なトータル散気量だけを散気すると共に、ＮＨ4-Ｎ濃度の高い上流端Ａ側の散気量が大きく、ＮＨ4-Ｎ濃度の低い下流端Ｂ側の散気量が小さくなるようにすればよい。
【００１９】
図４は、廃水中のＮＨ4-Ｎ濃度を所定値まで低減させるために硝化槽１６全体において必要なトータル散気量を決定するための酸素消費量の時間積算値〔Ｗ〕と時間との関係を示した図である。酸素消費量の時間積算値〔Ｗ〕は、図３で説明した酸素消費速度〔Ｋr 〕の経時変化から求めることができる。また、Ｗ1 は硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度を０．１ｍｇ／Ｌまで低減する場合の酸素消費量の時間積算値〔Ｗ〕であり、Ｗ2 は硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度を０．３〜０．５ｍｇ／Ｌ程度まで低減する場合の酸素消費量の時間積算値〔Ｗ〕である。従って、硝化後のＮＨ4-Ｎ濃度をどの程度にするかによって、酸素消費量の積算値〔Ｗ〕Ｗ1 又はＷ2 、更にはＷ1 又はＷ2 の間の任意の値を設定することができる。
【００２０】
これにより、第２の実施の形態の場合にも、硝化槽１６内への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限のエア散気量で略完全な硝化を達成することができる。また、硝化槽１６の下流端Ｂ側の散気量の目安としては、廃水のＤＯ濃度が３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下になるようにすることが好ましい。これにより、硝化槽１６からの液を循環配管３８を介して脱窒槽１４に循環させた時に、硝化液に同伴する酸素を極力抑制し、脱窒性能に悪影響を与えないようにできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の廃水の硝化方法及び装置によれば、硝化槽内への過剰なエアの供給を防ぎ、必要最小限のエア散気量で略完全な硝化を達成することができる。
また、硝化槽から脱窒槽に廃水を循環させる場合には、循環液に同伴する酸素を極力抑制することができるので、脱窒槽での脱窒性能に悪影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の硝化装置を組み込んだ硝化・脱窒装置の構成図
【図２】アンモニア性窒素濃度と硝化速度から必要硝化時間を決定する方法の説明図
【図３】アンモニア性窒素濃度と硝化速度から必要硝化時間を決定する方法の説明図
【図４】トータル散気量を決定するための酸素消費量の積算値と時間との関係を示した図
【符号の説明】
１０…硝化装置、１２…硝化・脱窒装置、１４…脱窒槽、１６…硝化槽、２２…活性測定装置、２４…散気板、３０…ブロア、３２…エア量調整バルブ、３６…原水供給管、３８…循環配管、４４…汚泥返送配管、５８…コントローラ
【図１】
0003707526.tif 000002
【図２】
0003707526.tif 000003
【図３】
0003707526.tif 000004
【図４】
0003707526.tif 000005