(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を連続的に硝化槽の流入口から流入させ、流出口から流出させると共に、前記硝化槽内で廃水と微生物の混合液を好気条件となるように曝気することによって、前記廃水中のアンモニア性窒素を前記微生物の作用により硝化処理する廃水の硝化方法において、前記硝化槽から採取した前記混合液を好気条件下で回分処理し、該混合液の回分反応開始から数分後の時刻Ｔ１における酸素消費速度と時刻Ｔ１から所定時間経過後の時刻Ｔ２における酸素消費速度との差を酸素消費速度の経時減少量と定義して測定し、この経時減少量が設定値より大きい場合には曝気風量を増加し、経時減少量が設定値より小さい場合には曝気風量を減少させることを特徴とする廃水の硝化方法。
【請求項２】
前記設定値は１分間当たりに換算した値が１〜３ｍｇ-Ｏ２／Ｌ・ｈとなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の廃水の硝化方法。
【請求項３】
前記酸素消費速度の経時減少量の測定値と設定値の差に応じて、前記曝気風量の増減量を制御することを特徴とする請求項１に記載の廃水の硝化方法。
【請求項４】
前記混合液の回分反応を行うための混合液の採取位置を前記硝化槽の廃水流出口の近傍とすることを特徴とする請求項１に記載の廃水の硝化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃水の硝化方法に係り、特に廃水を連続的に硝化槽の流入口から流入させ、流出口から流出させると共に、前記硝化槽内で前記廃水と微生物の混合液を好気条件となるように曝気することによって、前記廃水中のアンモニア性窒素を前記微生物の作用により硝化処理する廃水の硝化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の廃水の硝化方法は、硝化槽において硝化細菌に代表される微生物の働きにより、廃水中のアンモニア性窒素を主に硝酸性窒素に酸化する硝化処理を行う。硝化処理では、廃水のアンモニア性窒素負荷や水温の日間変動、年間変動に対応して硝化槽での硝化反応をほぼ完全に終了させることが重要である。このため、下水など実際の廃水処理では、硝化に必要な曝気風量や硝化時間を処理効率が低下する低水温期の最大アンモニア性窒素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、上記のように曝気風量を最大アンモニア性窒素負荷に合わせて設定すると、負荷が低下した時や高水温期には硝化性能に必要以上の余裕が生じ、曝気のための動力に無駄が出る。さらに、曝気が過剰になると硝化槽内の微生物、すなわち活性汚泥の自己分解による解体が進んで沈降性が低下し、後段の沈殿池で処理水の透視度が悪化するという弊害が生じていた。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の課題を改善して、硝化槽での過剰曝気を防ぎ、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができる廃水の硝化方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃水を連続的に硝化槽の流入口から流入させ、流出口から流出させると共に、前記硝化槽内で廃水と微生物の混合液を好気条件となるように曝気することによって、前記廃水中のアンモニア性窒素を前記微生物の作用により硝化処理する廃水の硝化方法において、前記硝化槽から採取した前記混合液を好気条件下で回分処理し、該混合液の回分反応開始から数分後の時刻Ｔ１における酸素消費速度と時刻Ｔ１から所定時間経過後の時刻Ｔ２における酸素消費速度との差を酸素消費速度の経時減少量と定義して測定し、この経時減少量が設定値より大きい場合には曝気風量を増加し、経時減少量が設定値より小さい場合には曝気風量を減少させることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は前記設定値は１分間当たりに換算した値が１〜３ｍｇ-Ｏ２／Ｌ・ｈとなるように設定されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は前記酸素消費速度の経時減少量の測定値と設定値の差に応じて、前記曝気風量の増減量を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は前記混合液の回分反応を行うための混合液の採取位置を前記硝化槽の廃水流出口近傍とすることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例を説明するための装置構成図である。流入管１０から連続的に脱窒槽１２に供給された廃水は、この脱窒槽１２で所定時間滞留して脱窒処理された後、硝化槽１４の流入口１６から硝化槽１４内に連続的に流入する。硝化槽１４内では廃水と微生物の混合液が、ブロワ１８からの曝気により酸素が供給され、好気条件下に維持されている。廃水中のアンモニア性窒素は微生物の作用により硝化されて主に硝酸性窒素となる。硝化された廃水（硝化液）の一部は循環路２０を介して脱窒槽１２に送られて脱窒処理され、窒素成分は窒素ガスとして大気に放出される。残りの硝化液は微生物と混合した状態で硝化槽１４の流デ口２２から沈殿池２４に送られ、ここで汚泥が沈降分離された処理水は流出路２６から排出される。沈殿池２４で沈殿した汚泥は主に活性のある微生物の集合体であり、一部は返送路２８を介して前記脱窒槽１２に返送され、残部は余剰汚泥として引抜管３０から排出される。以上の装置構成は従来の技術においても同様である。
【００１０】
本実施例では硝化槽１４の流出口２２の近傍位置に、槽内の廃水と微生物との混合液を採取するためのサンプリング管３２が挿入されており、このサンプリング管３２の途中に設けた採取ポンプ３４によって混合液が小型の回分槽３６に採取される。回分槽３６には空気を供給するエアポンプ３８と採取した混合液の酸素消費速度を検出可能なセンサ４０とが接続されている。センサ４０の検出結果は演算器４２に送信され、この演算器４２の演算結果に基づいて、制御器４４が前記ブロワ１８の回転数を制御するようにされている。
【００１１】
図２は硝化反応における混合液の酸素消費速度の挙動を説明するモデル図である。すなわち、図２の曲線１は所定濃度のアンモニア性窒素を含む廃水に硝化機能を備えた微生物を混合し、好気条件下で回分処理した場合の酸素消費速度の径時変化を示すものであり、アンモニア性窒素の濃度が比較的高い最初の段階では、硝化反応が活発であるため、大きい酸素消費速度Ｋ１を示す。その後、回分処理を継続することによって、アンモニア性窒素の濃度が次第に低下し硝化反応も不活発になるので、酸素消費速度も次第に低下し、ついには下限値Ｋ２に達し、それ以降は曝気を継続してもＫ２の値をほぼ維持する。
【００１２】
曲線１上のａ点は廃水中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地がある段階であり、ｂ点は硝化反応がほぼ終了した段階であり、ｃ点は硝化反応が終了後の過剰曝気の段階である。この過剰曝気の段階でも酸素消費速度が零にはならず下限値Ｋ２を維持する理由は、主として廃水に混合した微生物が栄養源（ＢＯＤ成分やアンモニア性窒素）が枯渇した状態で酸素を消費しつつ自己分解するためであり、この自己分解によって前記したように微生物（汚泥）の沈降性が低下し、沈殿処理後の処理水が白濁して透視度が悪化するという弊害が生じる。
【００１３】
なお、回分処理における曲線１の傾向は、廃水の性状、水温、混合した微生物の活性や濃度などによって大きく変化する。アンモニア性窒素の初期負荷がほぼ同一の場合でも、水温が高いなど硝化反応が活発な条件では曲線２のようになり、逆に硝化反応が不活発な条件では曲線３のようになる。
【００１４】
一方、本発明に係る連続流入式の硝化槽においては、流入した廃水は硝化内で数時間滞留して硝化処理が進行した既存の廃水と直ちに混合することになり、この混合液は、ほぼ完全混合の状態で一定の酸素消費速度を示す。
【００１５】
この混合液の酸素消費速度を図２の回分処理における曲線１に当てはめると、酸素消費速度がａ点と同一である場合には混合液中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地があること、ｂ点と同一である場合には硝化反応がほぼ終了した状態であること、ｃ点と同一である場合には硝化反応が終了後の過剰曝気の状態であることが想定される。
【００１６】
また、この連続流入式の硝化槽における硝化反応に及ぼす種々の要因、例えば流入廃水の水量及びアンモニア性窒素の濃度、混合液の水温、混合液の微生物濃度（ＭＬＳＳ）、曝気風量などの内、最も制御が容易な曝気風量に着目すると、混合液の酸素消費速度がａ点を含むような領域Ａは曝気風量が不足している状態であり、ｂ点を含むような領域Ｂは曝気風量が適正な状態であり、ｃ点を含むような領域Ｃは曝気風量が過剰な状態であることが推定できる。
【００１７】
上記の観点から、従来の技術においては混合液の酸素消費速度を検出し、この検出値に応じて曝気風量を制御することが提案されている。しかしながら、このような方法では、例えば図２に示したｂ点とｃ点のように酸素消費速度の値が近似しており、曝気風量が適正であるのか、過剰であるのか判別ができない欠点がある。本発明はこのような背景に基づき、酸素消費速度の変化率に着目してなされたものである。
【００１８】
すなわち、混合液を回分処理した場合の酸素消費速度の変化率が前記領域Ａでは比較的大きく、領域Ｂでは小さく、領域Ｃではほとんど零であることに着目して、上記変化率の大小によって曝気風量を調整するようにしたものである。
【００１９】
具体的には、１０分間〜２時間に一回、前記採取ポンプ３４を作動させ硝化槽１４内の混合液をサンプリング管３２から回分槽３６に採取する。次に、エアッポンプ３８を作動して回分槽３６に十分な量の空気を供給し、採取した混合液での硝化反応を進行させつつ、混合液の酸素消費速度をセンサ４０によって検出する。検出結果は演算器４２に送信され、演算器４２では回分反応の開始から例えば５分後における酸素消費速度と、８分後の酸素消費速度との差を求める。図２に示したように回分反応における酸素消費速度は時間の経過とともに減少するのが通常であるから、上記酸素消費速度の差は経時減少量として求められる。
【００２０】
演算器４２には、酸素消費速度の経持減少量として好ましい範囲が予め設定されており、この設定範囲と前記測定結果に基づく経時減少量とを比較して、経時減少量が設定範囲よりも大きい場合には曝気風量を増加し、経時減少量が設定範囲にあるときは現在の曝気風量を維持し、経時減少量が設定範囲よりも小さい場合には曝気風量を減少させる信号を制御器４４に送信する。制御器４４では演算器４２からの信号に基づき、ブロワ１８の回転数を制御ことによって、曝気風量を調整する。
【００２１】
図３は前記採取した混合液の回分処理における酸素消費速度の経時減少量を示す関係図であり、回分反応の開始から数分後の時刻Ｔ1における酸素消費速度Ｋ11と所定時間Δｔ経過後の時刻Ｔ2における酸素消費速度Ｋ12との差が酸素消費速度の経時減少量ΔＫとして算出される。所定時間Δｔとしては３分間以上であることがが好ましく、これよりも少ないと算出される酸素消費速度の経時減少量ΔＫが小さくなり、前記センサ４０の酸素消費速度の測定精度や外乱による影響が大きくなるので好ましくない。この時の酸素消費速度の経時減少量ΔＫが、前記演算器４２において設定された適正値としての設定範囲ΔＫｓと比較される。本発明者の実験結果によれば、設定範囲ΔＫｓとしては所定時間Δｔを３〜５分間にした場合、設定範囲ΔＫｓは１分間当たりに換算した値が１〜３ｍｇ−Ｏ2／Ｌ・ｈ程度とすることが好ましいことが判明している。なお、酸素消費速度の測定を回分反応の開始から数分後の時刻Ｔ1からスタートする理由は、回分反応の開始直後は反応が不安定であり、酸素消費速度の測定値にバラ付きが大きく、反応が安定するまでに４〜６分間程度かかるためである。
【００２２】
図４は前記酸素消費速度の経時減少量ΔＫと硝化槽１４における曝気風量との関係を例示した図である。図４において設定範囲ΔＫｓはΔＫｓ1を下限値、ΔＫｓ2を上限値としており、経時減少量ΔＫがこの範囲にある場合には硝化槽１４での硝化反応がほぼ終了した好ましい状態であると想定され、曝気風量も適正であると判断できるので、現状の曝気風量Ｑｓを維持する。経時減少量ΔＫが前記下限値ΔＫｓ1よりも小さい場合には硝化反応が終了後の過剰曝気の状態であると想定されるので、下限値ΔＫｓ1との差に応じて曝気風量を減少させていく。一方、経時減少量ΔＫが前記上限値ΔＫｓ2よりも大きい場合には混合液中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地があり、曝気風量が不足している状態であると判断できるので、上限値ΔＫｓ2との差に応じて曝気風量を増加させていく。但し、経時減少量ΔＫが所定値ΔＫaよりも大きい場合には、その原因が曝気風量の不足以外の例えば低水温による微生物の活性の低下や微生物濃度の低下によるものと推定し、曝気風量は上限のＱaを維持する。なお、曝気風量の上限は設置したブロワ１８の能力によって自ずから限界がある。
【００２３】
以上に述べた酸素消費速度の経時減少量に基づく制御を操作の一単位として
前記回分槽３６に採取した混合液は硝化槽１４に戻し、回分槽３６を空にする。。以下、前記したように１０分間〜２時間に一回、回分反応による制御を繰り返すことによって、硝化槽１４における適正な運転を維持していく。この繰返し操作の頻度は流入する廃水のアンモニア窒素の負荷変動が大きい場合には間隔を短くし、負荷変動が小さい場合には間隔を長くする。
【００２４】
図５は混合液の採取位置の好ましい例を示す図である。硝化槽１４が横長に形成され、廃水の流入口１６と流出口２２が大きく離れているケースがある。このようなケースでは、硝化槽１４内で廃水が一種の栓流を形成し、廃水の流入側と流出側との間に濃度差が生じる。すなわち、流入側では硝化反応が十分に進行していないため、アンモニア性窒素の濃度が比較的高く、硝酸性窒素の濃度が比較的低い。一方、流出側では硝化反応が十分に進行しているため、逆にアンモニア性窒素の濃度が比較的低く、硝酸性窒素の濃度が比較的高い。本発明は、硝化槽での硝化反応をほぼ完全に達成させることを目的としているので、前記混合液の採取位置は流出口２２の近傍にすることが好ましい。この採取位置を硝化槽１４からの廃水の流出路２３にしてもよい。
【００２５】
上記本発明の実施例によれば、硝化槽１４における硝化反応の進行状況を混合液の回分反応における酸素消費速度の経時減少量を測定することによって、タイムリーに、かつ的確に把握することができる。そして、この測定結果に基づき硝化槽１４内での曝気風量を制御するので、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができ、過剰曝気を防止することができる。
【００２６】
前記実施例では、制御器４４を用いて曝気風量を自動的に制御する場合を説明した。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば硝化槽内の混合液を人手でサンプリングして、分析室等においてサンプリング液の回分反応における酸素消費速度の経時減少量を速やかに測定し、この結果に基づいて硝化槽での曝気風量を人手で調整するようにしてもよい。
【００２７】
前記実施例では、図５に示したように酸素消費速度の経時減少量の測定値と設定値の差に応じて曝気風量の増減量をリニアに制御する場合について説明したが、これに限らず曝気風量を段階的に増減させるようにしてもよい。また、前記設定値として下限値と上限値のある所定範囲のもので説明したが、これに限らず、設定値を一点に定めて制御することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば硝化槽での過剰曝気を防ぎ、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するための装置構成図
【図２】硝化反応における混合液の酸素消費速度の挙動を説明するモデル図
【図３】混合液の回分処理における酸素消費速度の経時減少量を示す関係図
【図４】酸素消費速度の経時減少量と硝化槽における曝気風量との関係を例示した図
【図５】混合液の採取位置の好ましい例を示す図
【符号の説明】
１０……流入管
１２……脱窒槽
１４……硝化槽
１６……流入口
１８……ブロワ
２２……流出口
３２……サンプリング管
３６……回分槽
４０……（酸素消費速度の）センサ
４２……演算器
４４……制御器
【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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