(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とをこの順に組合せた複合プロセスによって廃水中の窒素を除去するプロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の水温を測定し、この水温測定値に基いてアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整することを特徴とする窒素除去プロセスの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒素除去プロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の水温測定値に基いて行うアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率の調整を、活性汚泥槽の温度が低下した場合には、アンモニアストリッピング法での処理を行うアンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に増加させて窒素除去率を上げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を軽減し、活性汚泥槽の温度が上昇した場合には、アンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に減少させて窒素除去率を下げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を増大することを特徴とする窒素除去プロセスの制御方法。
【請求項３】
アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とをこの順に組合せた複合プロセスによって廃水中の窒素を除去するプロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の硝酸性窒素濃度を測定し、この硝酸性窒素濃度測定値に基いてアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整することを特徴とする窒素除去プロセスの制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の窒素除去プロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の硝酸性窒素濃度測定値に基いて行うアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整を、活性汚泥法での処理水中の硝酸性窒素濃度を連続計測し、硝酸性窒素濃度が高くなった場合には、アンモニアストリッピング法での処理を行うアンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に増加させて窒素除去率を上げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を軽減し、活性汚泥法での処理水中の硝酸性窒素濃度が低くなった場合には、アンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に減少させて窒素除去率を下げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を増大することを特徴とする窒素除去プロセスの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高濃度のアンモニアを含む畜産廃液や産業廃水を、アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組み合わせた複合プロセスで処理し、窒素を除去する複合プロセスの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高濃度のアンモニア（数千ｍｇ／Ｌ程度）を含む畜産廃液や産業廃水の処理においては、効率的で経済的な窒素除去技術が求められており、従来の代表的な処理法としては、アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組み合わせた複合プロセス処理法がある。
【０００３】
図４は従来のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの代表的な構成を示す模式図である。この図のプロセスでは、まず、原水１は熱交換器２で加熱された後に、アンモニアストリッピング装置３の上部から落され、ボイラー４から供給された水蒸気５と接触して、アンモニアガス７と原水１中のアンモニアの７０〜９０％が除去されたアンモニアストリッピング処理水６とになる。このアンモニアガス７は触媒反応器１０で空気８中の酸素により酸化分解されて窒素ガス９となり系外に放出され、またアンモニアストリッピング処理水６は活性汚泥槽１１に流入して、曝気攪拌機１２を用いた硝化・脱窒運転により有機物及び残存アンモニアが除去されて処理水１３が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした複合プロセスにおいて効率的で経済的な窒素除去を行うためには、運転条件の変化に対応して、前段のアンモニアストリッピング処理と後段の硝化・脱窒の処理との双方の処理性能を適切に調整することが重要である。
しかし、そのための制御技術は確立されておらず、例えば、活性汚泥槽１１の水温が２０℃において良好な窒素除去がなされている条件で水温が１５℃に低下した場合には、活性汚泥槽１１における脱窒速度が低下し処理水中の窒素濃度が上昇するという問題がある。また、水温が同じでも、アンモニアストリッピング処理水６の有機物濃度が低下した場合には、有機炭素源不足によって活性汚泥槽１１における脱窒速度が低下し処理水中の窒素濃度が上昇するという問題がある。
【０００５】
本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は水質や水温の変動にもかかわらず、常に高い窒素除去率の得られるアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とから成る複合プロセスの制御方法を提供することにある。
【０００６】
【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次のように行う。
本発明の第１の方法は、アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とをこの順に組合せた複合プロセスによって廃水中の窒素を除去するプロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の水温を測定し、この水温測定値に基いてアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整することとする。
【０００７】
さらに具体的には、活性汚泥槽に浸漬設置した温度計の水温測定値に基いて行うアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率の調整を、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の温度が低下した場合には、アンモニアストリッピング法での処理を行うアンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に増加させて窒素除去率を上げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を軽減し、活性汚泥槽の温度が上昇した場合には、アンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に減少させて窒素除去率を下げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を増大することとする。その結果、活性汚泥法は水温に応じて適正な窒素負荷運転となり、硝化・脱窒が良好に進行して高い窒素除去率が得られる
本発明の第２の方法は、アンモニアストリッピング法と活性汚泥法とをこの順に組合せた複合プロセスによって廃水中の窒素を除去するプロセスの制御方法において、活性汚泥法の処理を行う活性汚泥槽の硝酸性窒素濃度を測定し、この硝酸性窒素濃度測定値に基いてアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整することとする。
【０００８】
さらに具体的には、活性汚泥槽に設置した窒素濃度分析計の硝酸性窒素濃度測定値に基いて行うアンモニアストリッピング法でのアンモニア除去率を調整を、活性汚泥法での処理水中の硝酸性窒素濃度を連続計測し、硝酸性窒素濃度が高くなった場合には、アンモニアストリッピング法での処理を行うアンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に増加させて窒素除去率を上げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を軽減し、硝酸性窒素濃度が低くなった場合には、アンモニアストリッピング装置に送る水蒸気の量を自動的に減少させて窒素除去率を下げ、後段の活性汚泥法の窒素負荷を増大することとする。その結果、活性汚泥法は硝酸性窒素濃度に応じて適正な窒素負荷運転となり、硝化・脱窒が良好に進行して高い窒素除去率が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施例を図面を参照しながら説明する。
〔実施例１〕
図１は、本発明のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの温度計を制御用センサとした第１実施例の構成を示す模式図で、上記の本発明の第１の方法の適用例である。図１では図４と共通する部分には同一の符号を用いている。このプロセスは図４に示したものと基本的に同じであるが、異なる点は温度計１４とこの温度計１４をセンサとした制御装置１５を備えたことにある。この装置系における本発明の制御方法を、制御に伴うアンモニアストリッピング装置３のアンモニア除去率の変化とともに、図３も併用参照して説明する。
【００１０】
図３はアンモニアストリッピング装置におけるカット率とアンモニア除去率の関係を示す図である。ここでカット率とは原水１に対する水蒸気５添加量の百分率のことであり、カット率が高いほど即ち水蒸気添加量が大きいほどアンモニア除去率が高くなることが判る。
こうした処理特性をもつアンモニアストリッピング法と活性汚泥法の複合プロセスでは、アンモニア除去の８０〜９０％をアンモニアストリッピング法で、残りの１０〜２０％を活性汚泥法で行うのが一般的である。例えば２０％を活性汚泥法で除去する場合には、活性汚泥槽１１で曝気攪拌機１２の間欠運転を行い、時間比率は曝気５０％、攪拌５０％程度に設定する。曝気時間には硝化菌の働きでアンモニアが硝酸性窒素に酸化され、ついで攪拌工程で硝酸性窒素が窒素ガスに還元され、窒素除去がなされる。水温が低下すると微生物の反応速度も低下し、高水温では脱窒が攪拌工程で完了するが、低水温では完了せず硝酸性窒素が処理水に含まれて排出されるようになる。これが低水温における窒素除去の悪化である。そこで本発明では温度計１４を制御用センサとして利用し、温度変化をオンラインで制御装置１５に入力する。制御装置１５には温度低下に伴う活性汚泥槽１１での脱窒速度低下プロフィールがあらかじめ入力されている。また、制御装置１５には、図３に示すような水蒸気５を増加させた場合のアンモニア除去効率増加プロフィールも併せて記憶されている。制御装置１５は温度信号から脱窒減少分を計算し、それを補う窒素除去を実現するようにボイラー４に制御信号を送信して水蒸気５を増加させる自動制御を行う。この制御により、複合プロセス全体としては水温が低下しても窒素除去が高く維持されることになる。さらに、水温が上昇して活性汚泥槽１１の脱窒性能が向上した場合は、上記と反対にアンモニアストリッピング装置３に水蒸気５を添加する量を減らす制御を行い、蒸気発生に要するエネルギーを節減しつつ、プロセス全体の窒素除去性能を高く維持する。
〔実施例２〕
図２は、本発明のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの窒素濃度分析計を制御用センサとした第２実施例の構成を示す模式図で、上記の本発明の第２の方法の適用例である。図２では図４と共通する部分には同一の符号を用いている。このプロセスは図４に示したものと基本的に同じであるが、異なる点は窒素濃度分析計１６とこの窒素濃度分析計１６をセンサとした制御装置１５を備えたことにある。この装置系における本発明の制御方法を、前述の図３も併用参照して説明する。
【００１１】
アンモニアストリッピング法と活性汚泥法の複合プロセスでは、アンモニア除去の８０〜９０％をアンモニアストリッピング法で、残りの１０〜２０％を活性汚泥法で行うのが一般的である。例えば２０％を活性汚泥法で除去する場合、活性汚泥槽１１で曝気攪拌機１２の間欠運転を行い、時間比率は曝気５０％、攪拌５０％程度に設定する。曝気時間には硝化菌の働きでアンモニアが硝酸性窒素に酸化され、ついで攪拌工程で硝酸性窒素が窒素ガスに還元され、窒素除去がなされる。しかし、水温が低下したり、アンモニアストリッピング処理水中の有機物濃度が低下した場合、活性汚泥槽１１内での窒素除去率が悪化する。
【００１２】
始めに低水温の場合の制御方法を説明すると、水温が低下すれば微生物の反応速度も低下し脱窒が攪拌工程で完了せずに硝酸性窒素が処理水に含まれて排出されるようになる。この対策は、アンモニアストリッピング装置３の窒素除去能力を上げて、後段の活性汚泥法への窒素負荷を減らすことである。そこで窒素濃度分析計１６を制御センサとして利用し処理水中の硝酸性窒素濃度をオンラインで測定し、測定値を制御装置１５に入力する。制御装置１５は測定した硝酸性窒素濃度が目標とする低い値になるように、ボイラー４に制御信号を送信して水蒸気５を増加させる自動制御を行う。この制御により、複合プロセス全体としては水温が低下しても窒素除去が高く維持されることになる。
【００１３】
次にアンモニアストリッピング処理水中の有機物濃度が低下した場合の制御方法について説明する。活性汚泥槽１１における脱窒反応を効率良く行うためには、窒素濃度の３〜４倍の有機物（ＢＯＤ）が必要であるが、水質変動等の理由で窒素濃度が変わらず有機物濃度が低下すると、有機物が不足して脱窒反応速度が大幅に低下する。こうした場合、脱窒が攪拌工程で完了せず硝酸性窒素が処理水に含まれて排出されるようになる。この対策は、上記と同じくアンモニアストリッピング装置３の窒素除去能力を上げて、後段の活性汚泥法への窒素負荷を減らすことである。すなわち、窒素濃度分析計１６を制御用センサとして利用し処理水中の硝酸性窒素濃度をオンラインで測定し、測定値を制御装置１５に入力する。制御装置１５は測定した硝酸性窒素濃度が目標とする低い値になるように、ボイラー４に制御信号を送信して水蒸気５を増加させる自動制御を行う。この制御により、複合プロセス全体としては窒素除去が高く維持されることになる。
【００１４】
また、以上の事例に加えて、有害物の流入で活性汚泥の処理能力が低下した場合、活性汚泥が事故等で流出し処理能力が低下した場合など、活性汚泥法における窒素除去性能の低下時には、上記の制御を行えばよい。
さらに、有機物濃度の増加等で活性汚泥槽１１の脱窒性能が向上した場合は、上記と反対にアンモニアストリッピング装置３に水蒸気５を添加する量を減らす制御を行い、蒸気発生に要するエネルギーを節減しつつ、プロセス全体の窒素除去性能を高く維持することは実施例１と同様である。
【００１５】
【発明の効果】
アンモニアストリッピング法と活性汚泥法からなる従来の複合プロセスでは、それぞれの処理装置が単独で運転されていたため効果的な連携ができず、水温が低下した場合又は有機物濃度が低下した場合、処理水中の窒素濃度が増加する問題があった。これに対処するためになされた本発明の制御方法は、温度計や窒素濃度分析計を制御用センサとして利用し、活性汚泥法の窒素除去性能の低下を検知して、その低下分を補うようにアンモニアストリッピング装置の窒素除去性能を上げる運転を自動的に行う。その結果、複合プロセス全体としての窒素除去能力は一定に維持され、常に良好な処理結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの温度計を制御用センサとした第１実施例の構成を示す模式図
【図２】本発明のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの窒素濃度分析計を制御用センサとした第２実施例の構成を示す模式図
【図３】アンモニアストリッピング装置におけるカット率とアンモニア除去率の関係を示す図
【図４】従来のアンモニアストリッピング法と活性汚泥法とを組合せた複合プロセスの代表的な構成を示す模式図
【符号の説明】
１：        原水
２：        熱交換器
３：        アンモニアストリッピング装置
４：        ボイラー
５：        水蒸気
６：        アンモニアストリッピング処理水
７：        アンモニアガス
８：        空気
９：        窒素ガス
１０：        触媒反応器
１１：        活性汚泥槽
１２：        曝気攪拌機
１３：        処理水
１４：        温度計
１５：        制御装置
１６：        窒素濃度分析計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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