(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともばっ気槽を有した浄化槽において、前記ばっ気槽内にばっ気装置、撹拌装置、ＤＯ計、温度計を設け、前記温度計から得られるばっ気槽内水温Ｔから、硝化速度ＫＮ、脱窒速度ＫＤＮを算出し、予め設定する１サイクル時間（ばっ気時間と撹拌時間を合わせた時間）を前記ＫＮ及びＫＤＮによってばっ気時間及び撹拌時間各々の時間割当てを行い、該時間割当てに従い１回目の浄化槽運転を行い、
その際ばっ気開始からばっ気槽内のＤＯ値が所定値まで上昇する時間をｔ１、ばっ気停止から撹拌によりＤＯ値が前記所定値まで下降するまでの時間をｔ２とし、１回目に使用したばっ気時間にｔ１−ｔ２の時間を加算した時間を２回目のばっ気時間とし、１回目に使用した撹拌時間からｔ１＋ｔ２の時間を減じた時間を２回目の撹拌時間として、２回目の浄化槽運転を行い、以後順次前記時間設定を繰り返す間欠ばっ気法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともばっ気槽を設けた汚水浄化槽特に、ばっ気時間及び撹拌時間を設定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚水中の窒素は、ばっ気槽中においてばっ気装置により供給される空気中の酸素と硝化菌により、酸化され硝酸性窒素或は亜硝酸性窒素に転換される。更に、ばっ気装置を停止し、ばっ気槽内の溶存酸素（以下ＤＯという）をゼロに近い値とすると、脱窒菌の作用により硝酸性窒素或は亜硝酸性窒素の原子状酸素が消費され、窒素ガスに還元される。
【０００３】
通常、前述したような脱窒工程を行なうための、ばっ気装置のばっ気及び停止時間の設定を、タイマーにって行い、ばっ気停止時のばっ気槽内の微生物と硝酸性窒素或は亜硝酸性窒素との接触、即ち反応効率を高めるため、撹拌機により混合したり、インバータにより低速撹拌を行なっている。
【０００４】
また、特公平４−４８５２０号公報には、好気性雰囲気を形成するＤＯ値の上限と下限をを設定し、上限値でばっ気装置の運転をＯＮからＯＦＦに切替へ、下限値以下ではＯＦＦ状態を一定時間保持した後、ＯＦＦからＯＮへ切替て窒素の除去を行うことが開示されている。
【０００５】
特開平４−３５８５９８号公報では、予め硝化速度、脱窒速度、酸素移動総括係数を演算式に書き込んでおき、水温、ＭＬＳＳ濃度、酸素利用速度の測定値を前記演算式に代入し、ばっ気停止時間に対するばっ気時間の比率を設定し、窒素除去を行うことが開示されている。
【０００６】
更に、特開昭６３−６９５９５号公報には、ばっ気槽内のＤＯ値を連続的に計測し、該計測値から活性汚泥の必要酸素量を計算し、ばっ気時間を制御して脱窒除去を行なうことを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ばっ気時間及びばっ気停止時間をタイマーにより設定する方法では、流入汚水量が少ない場合に必要以上のばっ気運転を行なっていしまい、結果としてＤＯ値が高い状態の時間が長いために脱窒時間が不足し、窒素除去率が低下してしてしまう。
【０００８】
最適な硝化時間θN、脱窒時間θDNは、以下のようにして求めることが可能である。即ち、建築用途を住宅とした場合、流入総窒素（Ｔ−Ｎ）は５０ｍｇ／ｌで、このうち１０ｍｇ／ｌが微生物の細胞合成に使用されるため、初期Ｔ−Ｎ濃度は４０ｍｇ／ｌとなる。処理水目標Ｔ−Ｎ濃度を１５ｍｇ／ｌとし、硝化率１００パーセントとするならば、４０ｍｇ／ｌを硝酸性窒素に酸化しなければならない。またこのうち２５ｍｇ／ｌを窒素ガスに転換する必要がある。
【０００９】
硝化速度をＫN、脱窒速度をＫDNとすると、各々は下記の式１、式２によって表され、硝化時間θN、脱窒時間θDN、硝化速度をＫN、脱窒速度をＫDNの間には式３が成立する。
【００１０】
【式１】
0003690537.tif 000002
【００１１】
【式２】
0003690537.tif 000003
【００１２】
【式３】
0003690537.tif 000004
【００１３】
ここで、硝化時間と脱窒時間を合わせた１サイクルの時間を１２０分と設定すると、θN＋θDN＝１２０となり、これらの式から最適な硝化時間θN、脱窒時間θDNを求めることが可能となる。
【００１４】
但し、図１に示すように、硝化時間はθNは、ばっ気時間θAにばっ気停止からＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌになるまでの時間ｔ1を加え、更にばっ気開始からＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌに達するまでの時間ｔ2を差し引いた値となる。同様に脱窒時間θDNも、ばっ気停止時間θBからｔ1を差引き、ｔ2を加えた値となる。望ましくは、前述したような硝化時間と脱窒時間を得られるようにばっ気時間及びばっ気停止時間を設定しなければならないが、汚水の流入量は常に一定ではなく、変化するものであり、図１破線に示すように流入汚水量が少ない場合には時間を変更しなければならない。しかし、このような変更は、一般的な維持管理者に要求することが難しく現実不可能なことである。
【００１５】
そのような問題点から、タイマーを改良した特公平４−４８５２０号公報が開示している技術が見出されたが、これでも最適な硝化時間と脱窒時間を得ることは難しい。尚図２は、ＤＯの上限値２．５ｍｇ／ｌ、下限値０．２ｍｇ／ｌ、一定時間５０分としたときのばっ気槽内ＤＯ値変化を示している。
【００１６】
特開平４−３５８５９８号公報では、前述したようにＭＬＳＳ濃度の値が必要となり、高価なＭＬＳＳ計を使用するかサンプリングにより手分析に因らなければならない。特開昭６３−６９５９５号公報によって開示されているのは、ＤＯ計により必要酸素量を求め、ばっ気必要時間を算出し省エネを図るもので、積極的に窒素除去を行なう方法ではない。
【００１７】
本発明は、前記問題点に鑑み、汚水流入量が変化しても最適な硝化時間及び脱窒時間を得られるように、ばっ気時間及びばっ気停止時間を設定する方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくともばっ気槽を有した浄化槽において、前記ばっ気槽内にばっ気装置、撹拌装置、ＤＯ計、温度計を設け、前記温度計から得られるばっ気槽内水温Ｔから、硝化速度ＫＮ、脱窒速度ＫＤＮを算出し、予め設定する１サイクル時間（ばっ気時間と撹拌時間を合わせた時間）を前記ＫＮ及びＫＤＮによってばっ気時間及び撹拌時間各々の時間割当てを行い、該時間割当てに従い１回目の浄化槽運転を行い、その際ばっ気開始からばっ気槽内のＤＯ値が所定値まで上昇する時間をｔ１、ばっ気停止から撹拌によりＤＯ値が前記所定値まで下降するまでの時間をｔ２とし、１回目に使用したばっ気時間にｔ１−ｔ２の時間を加算した時間を２回目のばっ気時間とし、１回目に使用した撹拌時間からｔ１＋ｔ２の時間を減じた時間を２回目の撹拌時間として、２回目の浄化槽運転を行い、以後順次前記時間設定を繰り返すことにより最適な硝化時間及び脱窒時間を得られるばっ気時間及びばっ気停止時間を算出している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
硝化速度ＫN、脱窒速度ＫDNの算出は、ばっ気槽内水温Ｔより式１及び式２を使用することによって求められる。１サイクルの時間は、適宜決定されるものであるが、通常１時間から６時間の間から選択することが好ましい。ＤＯ値についても所定値を決定しなければならないが、これは０．５ｍｇ／ｌ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明におけるばっ気時間と撹拌時間（ばっ気停止時間）は、予め設定されている１サイクルの時間とＤＯ値により決定される。前述したように、ばっ気槽内水温Ｔより硝化速度ＫN、脱窒速度ＫDNを算出し、１サイクルの時間をばっ気時間及び撹拌時間各々に割当て、ここで算出された時間通りに１回目の運転を行う。そして、設定されているＤＯ値を超えるまでの時間（ばっ気開始からみて）を計測し、ばっ気停止から設定されているＤＯ値を下回るまでの時間を計測し、各々計測した時間を再度ばっ気槽内の温度Ｔから求められるばっ気時間と撹拌時間に加減することにより最適な運転時間を求めている。その後は順次この作業を繰り返すこととなる。
【００２１】
時間の加減は、ばっ気開始からばっ気槽内のＤＯ値が所定値まで上昇する時間をｔ1、ばっ気停止から撹拌によりＤＯ値が前記所定値まで下降するまでの時間をｔ2とすると、ばっ気時間θ1は式４により、撹拌時間θ2は式５により示される。
【００２２】
【式４】
θ1＝θN＋ｔ1−ｔ2
【００２３】
【式５】
θ2＝θDN−ｔ1＋ｔ2
【００２４】
即ち、図３に示すように、ばっ気停止或いは撹拌時間が保持されθ2時間後、再びばっ気装置がθ1時間運転され、同様の操作が繰り返される。勿論、前記θ1及びθ2の時間が流入汚水によって変化していくのは言うまでもない。図４は、１サイクル１２０分、ＤＯの所定値を０．２ｍｇ／ｌとした場合のフローチャートを示したものである。
【００２５】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する
図５は、本発明の１実施例を示すばっ気槽５を有した汚水浄化槽を示すものである。汚水１３は、流量調整槽１に流入し、流量調整ポンプ２により微細目スクリーン３に送水され、夾雑物が除去された後、間欠ばっ気槽５に流入する。間欠ばっ気槽５内には、ブロワ６と連結された散気筒７及び水中撹拌機８が設置してある。
【００２６】
１サイクルを１２０分、ＤＯの所定値を０．２ｍｇ／ｌとすると、間欠ばっ気槽５の水温が摂氏２０度の時、式１及び２から導きだされる硝化速度は、０．９８、脱窒速度は１．１５となり、式３及び１サイクル１２０分より、必要な硝化時間７８分、脱窒時間４２分が導きだされる。従って、まず７８分間ブロワー６を稼働し、その後ブロワ６を停止させて水中撹拌機８を稼働させる。この時の間欠ばっ気槽５内のＤＯ値変化を図６に示す。図６から、ＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌまで上昇する時間ｔ1は１０分、ブロワ６停止からＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌまで下降する時間は２２分となるため、水中撹拌機８の運転時間θ2は４２−１０＋２２＝５４となり５４分間、ブロワ６の運転時間は７８＋１０−２２＝６６となり６６分と算出される。
【００２７】
ブロワ６の運転時にばっ気槽内水温を測定すると今度は２１と計測され、この水温から硝化速度は、１．０７、脱窒速度は１．２３となり、必要な硝化及び脱窒時間がそれぞれ７７分、４３分となる。図６に示すように、ｔ’2は１８分となるから、水中撹拌機８の運転時間θ’2は４３−９＋１８＝５２（分）、一方ブロワ６のばっ気時間θ’1は、７７＋９−１８＝６８（分）となる。この様な一連の計算を繰返し、１サイクル２時間毎のブロワ６の運転時間及び水中撹拌機８の運転時間を決定する。
【００２８】
上記間欠ばっ気槽５にて処理されたばっ気液は、沈殿槽１０に流入し固液分離された上澄み液が消毒槽１１で消毒された後、放流ポンプ槽１２から放流される。一方固液分離された活性汚泥は、間欠ばっ気槽５へ汚泥マス９を介して戻され、一部余剰汚泥は、汚泥マス９から汚泥濃縮貯留槽４へ移送される。
【００２９】
この時の流入汚水及び放流水の水質は、表１に示すとおりである。この表からも本発明を適用することにより、放流水のＢＯＤ、Ｔ−Ｎ共に１０ｍｇ／ｌ以下となり、ｐｈも中性域となったことがわかる。
【００３０】
【表１】
0003690537.tif 000005
【００３１】
別の実施例として、流入負荷が極端に低い場合、即ち、ばっ気開始時にばっ気槽ＤＯ値が飽和値に近づく場合には、図７に示すようになる。この場合でも本発明のブロワ運転時間と水中撹拌機の運転時間は成立するものであり、表２に示すようにＢＯＤ、Ｔ−Ｎ共に１０ｍｇ／ｌ以下で安定した水質が得られる。尚ここで述べてきた計算は、全て浄化槽に設置されたマイコンによって計算制御されるものであり、管理者は面倒な計算を行う必要はない。
【００３２】
【表２】
0003690537.tif 000006
【００３３】
これまでの実施例は、ばっ気停止後撹拌開始からＤＯの値が０．２ｍｇ／ｌまで下降する時間ｔ2が所定時間内に入る、換言すれば図４中のθN−ｔ2がマイナスにならない範囲の実施例である。ここでは、θN−ｔ2がマイナスになる実施例を示す。
【００３４】
流入負荷が極端に低い場合には、ばっ気後のばっ気槽５内ＤＯ値がなかなか下降せず、ｔ2が硝化時間θNより大きな値をとる場合がある。この場合、図４に示すフローチャートではばっ気時間及び撹拌時間を算出することができないため、図８に示すフローチャートを適用する。
【００３５】
図８に示すフローチャートは、演算式の中でＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌになるまでの時間ｔ2を求め、ブロワ６の運転時間Ｔ1が５分より小さいか、或いは１１５分より大きいときは、それぞれブロワ運転時間Ｔ1５分、水中撹拌機運転時間Ｔ2１１５分、或いはブロワ運転時間Ｔ1１１５分、水中撹拌機運転時間Ｔ2５分としたものである。
【００３６】
流入負荷が極端に低い場合のばっ気槽５内のＤＯ値変化を図９に示す。水温摂氏２０度のとき、必要硝化時間７７分、脱窒時間４３分、ｔ1５分、ｔ2３５分からばっ気時間４７分、撹拌時間７３分となる。次の１サイクルでは、ｔ2時間はＤＯ値が０．２ｍｇ／ｌになるまで更に１０分間稼働するため８３分となり、ブロワ運転時間Ｔ1は７７＋３−８３＝−３となり５分以下となってしまう。従って、ブロワ運転時間５分、撹拌時間１１５分となる。尚、表３に示す低負荷時の処理水質から明らかなように、良質な水質を得られることが理解できる。
【００３７】
【表３】
0003690537.tif 000007
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明による方法は、流入する汚水の質、量等が変化しても、それに対応し安定した処理を行ない、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ共に低い値を示すものである。また、ばっ気時間及び撹拌時間は、図４に示すフローチャートにより自動的に設定されるため維持管理時間が省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ばっ気時間、ばっ気停止時間を固定した場合のばっ気槽内ＤＯ値変化を、流入汚水量が設計値通りと設計値より少ない場合に分けて示してあるグラフである。
【図２】上限ＤＯ値を２．５ｍｇ／ｌ、下限ＤＯ値を０．２ｍｇ／ｌとした場合のばっ気槽内ＤＯ値変化を示したグラフである。
【図３】本発明によるばっ気槽内のＤＯ値変化を示すグラフである。
【図４】本発明のばっ気装置及び撹拌機の運転時間設定用フローチャートを示す。
【図５】本発明を実施するための、浄化槽システム例を示す。
【図６】本発明によるばっ気槽内のＤＯ値変化を示すグラフである。
【図７】本発明による、低負荷時のばっ気槽内のＤＯ値変化を示すグラフである。
【図８】ｔ2が硝化時間θNより大きな値をとる場合の、ばっ気装置及び撹拌機の運転時間設定用フローチャートを示す。
【図９】本発明による、超低負荷時のばっ気槽内のＤＯ値変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１．流量調整槽    ２．流量調整ポンプ    ３．微細目スクリーン    ４．汚泥濃縮貯留槽    ５．間欠ばっ気槽    ６．ブロワ    ７．散気筒    ８．水中撹拌機    ９．汚泥マス    １０．沈澱槽    １１．消毒槽    １２．放流ポンプ槽      １３．汚水    １４．放流水
【図１】
0003690537.tif 000008
【図２】
0003690537.tif 000009
【図３】
0003690537.tif 000010
【図４】
0003690537.tif 000011
【図５】
0003690537.tif 000012
【図６】
0003690537.tif 000013
【図７】
0003690537.tif 000014
【図８】
0003690537.tif 000015
【図９】
0003690537.tif 000016