(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回分式活性汚泥法における好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。
【請求項２】
処理工程の１サイクルを、第１嫌気工程、第１好気工程、第２嫌気工程、第２好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
第１好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。
【請求項３】
第１好気工程における、フレックス時間帯の残存時間を、第２嫌気工程に予め設定した長さのコア時間に加算して、その嫌気処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の処理時間の制御方法。
【請求項４】
処理工程の１サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。
【請求項５】
好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の処理時間の制御方法。
【請求項６】
処理工程の１サイクルを、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする処理時間の制御方法。
【請求項７】
好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、次の沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の処理時間の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回分式活性汚泥法における処理時間、特に、硝化処理時間の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、窒素除去を目的とする回分式活性汚泥法は、単一の反応槽において、通常、嫌気処理、好気処理、沈澱処理、排出処理を１サイクルとして、１日当たり４回程度のサイクルで生物学的硝化、脱窒処理を規則的に行うことを通例としている。
【０００３】
この回分式活性汚泥法において、反応槽での回分処理を具現化するに当たっては、その流入濃度と流入量を設定することから始まる。
その際の設定値は、通常、流入負荷を高めに設定することで、処理水質の安全を確保する傾向にあり、また、低水温時でも所定の処理水質を確保できる設定にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その為、各処理工程の反応時間を固定した従来の方式では、流入汚水が低負荷のときや、その処理能力が高まる中・高温時の場合には、各反応工程に余裕ができ、特に、嫌気処理後の好気処理の工程で必要以上に過曝気される傾向となる。その為、汚泥の解体を招いたり、ＰＨの低下を招くことで、後工程に悪影響を与えたり、或いは、次回以降の回分処理サイクルに弊害をもたらし、その結果、処理水質の安定性を損なうという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、効率的な運転を行うため、回分式活性汚泥法における処理工程の反応時間を状況に応じて変える方法について検討した。
それに関し、本発明では、窒素除去を目的とする回分式活性汚泥法の反応槽での１サイクルの処理工程を、第１嫌気工程、第１好気工程、第２嫌気工程、第２好気工程、沈澱工程、排出工程の順序で規則的に行うことにより、所定の処理水質を確保する方式を採用した。
この場合、第１嫌気工程では流入汚水中のＢＯＤ源を利用して槽内のＮＯＸの脱窒が行われ、第１好気工程ではＢＯＤ除去とＮＨ４−Ｎの硝化が行われる。更に、第２嫌気工程では残存するＢＯＤ源を利用してＮＯＸの脱窒が行われる。
【０００６】
このように嫌気工程、好気工程が繰り返される場合における窒素形態の経時変化と、ＤＯ値（溶存酸素濃度）の経時変化について種々試験したところ、反応槽における窒素形態の経時変化とＤＯ値の経時変化との相関関係について、ＮＨ４−Ｎ濃度がほぼ零になる時点と、ＤＯ値が急激に立ち上がる時点とが、よく一致することが見出された。
【０００７】
そこで、本発明では、このＤＯ値の変化に着目し、ＤＯ値により好気時間、特に、第１好気工程における硝化処理時間の制御を行う方式を発明したのである。言い換えれば、第１好気工程におけるＤＯ値は、酸素溶解速度と生物による溶存酸素消費速度の差によって決まり、反応槽における混合液のアンモニア濃度が希薄になった時点から、生物による酸素消費速度が小さくなって急上昇する。
そこで、この現象を利用して、回分処理の好気処理時間や嫌気処理時間を可変制御することにした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による、回分式活性汚泥法における処理時間の制御方法は、
回分式活性汚泥法における好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することを特徴とする。
そして、処理工程の１サイクルを、第１嫌気工程、第１好気工程、第２嫌気工程、第２好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
第１好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
又、第１好気工程における、フレックス時間帯の残存時間を、第２嫌気工程に予め設定した長さのコア時間に加算して、その嫌気処理時間を増加させるようにすることも特徴とする。
更に、処理工程の１サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
そして、前記好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことも特徴とする。
或いは、処理工程の１サイクルを、好気工程、沈殿工程、及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法において、
好気工程の処理時間を、予め設定した長さのコア時間と、その長さを任意に変更されるフレックス時間とで構成し、
フレックス時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が、コア時間の経過直後のＤ
Ｏ値に所定の値をプラスした制御ＤＯ値に達した時点で、好気工程を終了させる
ように制御することも特徴とする。
そして、前記好気工程におけるフレックス時間帯の残存時間を、次の沈殿工程に予め設定した長さのコア時間に加算することで、この沈殿処理時間を増加させるようにしたことも特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明では、第１嫌気工程、第１好気工程、第２嫌気工程、第２好気工程、沈澱工程、排出工程の１サイクルを６時間とする、図４に示す回分式汚水処理工程中、第１好気工程のコア時間と第２嫌気工程のコア時間と、両工程に振り分けるフレックス時間の合計時間を、２００分間に設定している。
その内、第１好気工程を、ＤＯ制御を行わないコア時間（６０分）と、ＤＯ値によって制御を行うフレックス時間（０〜８０分）とに分け、フレックス時間の時間帯では、反応槽の混合液のＤＯ値が制御ＤＯ値、具体的には、「第１好気工程のコア時間（６０分間）経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」の設定値に達した時点で、第１好気工程を終了するように制御する。
その結果、第１好気工程の処理時間は、６０〜１４０分間の範囲内で制御され、次の第２嫌気工程の処理時間は、逆に１４０〜６０分間の範囲内で可変制御される。
【００１３】
また、無負荷運転に近いパターン、例えば、原水の流入が殆どない場合には、第１好気工程の硝化処理時間内で、ＤＯ値の急上昇が起こり、ＤＯ値が上がり過ぎてしまう場合が生ずる。
それを防止するため、フレックス時間の時間帯において、ＤＯ値が５ｍｇ／ｌの上限値に達した時点で、第１好気工程を終了するように制御する。
尚、ＤＯ値が５ｍｇ／ｌから０ｍｇ／ｌに下降するに要する時間は、２０〜２５分程度である。
【００１４】
従って、本発明では、第１好気工程の終了時間を、第１好気工程のコア時間経過後の制御ＤＯ値に達した時点としている。また、その制御ＤＯ値を、「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」に設定している。
また、フレックス時間帯でのＤＯ値が、５ｍｇ／ｌの上限値に達した場合に、第１好気工程が終了するように制御している。
【００１５】
前記の場合には、制御ＤＯ値を、特に「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」に設定して制御しているが、当然のことながら、その数値には、下記のような条件次第によっては、その数値を上下に変動させて制御することが好ましい。
例えば、「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋αｍｇ／ｌ」を制御ＤＯ値とする場合において、αの数値が小さいと、急激なＤＯ値の上昇を起こす前に、ＤＯ値が制御ＤＯ値に達してしまい、目的を果たすことなく好気工程が終了してしまう懸念がある。
また、αの数値が大きいと、フレックス時間の時間帯における硝化処理の時間短縮を妨げることになる。
また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、好気工程からの溶存酸素濃度の高い混合液を持ち込み、第２嫌気工程の混合液に対する脱窒効率に悪影響を与える。
【００１６】
これらのことから、通常の回分処理においては、αの数値範囲は「０．５〜５．０ｍｇ／ｌ」程度とし、その内でも「１．０〜３．０ｍｇ／ｌ」程度の数値とすることが好ましい。
また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、αの数値範囲を「０．５〜２．０ｍｇ／ｌ」程度とし、その内でも「１．０ｍｇ／ｌ」程度の数値とすることが好ましい。
【００１７】
また、前記の場合には、フレックス時間帯でのＤＯ値が、５ｍｇ／ｌの上限値に達した場合に、第１好気工程が終了するように制御しているが、条件次第によっては、その数値を上下に変動させることができる。
例えば、「第１好気工程のコア時間経過直後やコア時間経過後のＤＯ値の上限値をβｍｇ／ｌ」に上限設定する場合に、流入負荷が極端な低負荷又は無負荷等の状況により、好気工程のコア時間中における混合液の溶存酸素濃度の急激な立ち上がりが生じたような場合には、好気工程のコア時間経過時のＤＯ値が高くなりすぎ、制御ＤＯ値まで上昇しないことが想定される。
【００１８】
このことから、βの数値範囲としては、通常の回分処理の場合には、２．０〜１０，０ｍｇ／ｌ程度とし、また、後工程に脱窒を目的とする嫌気工程を有する回分処理の場合には、２．０〜５．０ｍｇ／ｌ程度とすることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施する反応槽Ｄの形態を、図１〜図３に従って説明する。
１は反応槽Ｄへ送り込まれる流入汚水の導入管であって、その管途中には積算流量計Ｍが接続され、前工程の流量調整槽Ｃに設置した汚水移送ポンプ２４からの流入量が積算される。
【００２０】
２は反応槽Ｄの槽底部に敷設した散気装置であって、その送気管３の管途中には風量計Ｎが接続され、槽外のブロアポンプ（図示せず）からの風量が計測される。４は反応槽Ｄの槽底部に設置した嫌気攪拌装置、即ち、水中ミキサー、５は固液分離後に堆積した余剰汚泥を汲み上げる汚泥引き抜きポンプであって、その引き抜き管６の管途中に積算流量計Ｍを接続し、その管端部を汚泥濃縮貯留槽Ｆに臨ませている。
【００２１】
７はフロート８を備えた上澄水排出装置であって、その中央底部位置に上澄水の汲み上げポンプ９を備えてなり、当該排出装置７の両側位置を、槽内に立ち上げたフロートガイド１０により浮上案内される。１１は槽内に降設した汚泥巻き込み防止センサーであって、上澄水排出装置７に付設している。
１２は汲み上げた上澄水の移送ホースであって、その管途中に積算流量計Ｍを接続し、その管先端部を次の消毒槽Ｇに臨ませている。
【００２２】
１３は汚泥界面検知装置、１４は汚泥濃度を計測するＭＬＳＳ計、１５は溶存酸素濃度を計測するＤＯ計、１６は酸化還元電位を計測するＯＲＰ計、１７はＰＨ計、１８は水位センサーであって、反応槽Ｄのローレベルの水位線ＬＷＬ以下の槽内に降設して沈められ、反応槽Ｄの混合液に対する各種のデータが計測される。
【００２３】
次に、図３に示す汚水処理装置の全体概要図に基づいて、その処理工程を説明する。先ず、生活排水が曝気式水中スクリーン２１を備えた曝気沈砂槽Ａに流入し、ここで混入した異物や粗大な夾雑物を曝気処理することで除去した後、原水ポンプ槽Ｂに貯留された原水を、原水ポンプ２２により汲み上げて流量調整槽Ｃへ送る。
【００２４】
流量調整槽Ｃでは、処理汚水を嫌気攪拌装置２３により攪拌することにより、その汚濁濃度を平均化し、流量変動の緩和に対処している。
また、流量調整槽Ｃの汚水は、汚水移送ポンプ２４により汲み上げられ、その一定量が定期的に反応槽Ｄへ移送され、当該反応槽Ｄ内の活性汚泥により生物学的硝化脱窒処理が行われる。
【００２５】
（第１嫌気工程）
先ず、反応槽Ｄへの汚水流入に伴って、嫌気攪拌装置４である水中ミキサーが作動して嫌気攪拌を開始し、それと同時に凝集剤タンクＥに入れた凝集剤を添加する凝集剤注入ポンプ２５が、前記の汚水移送ポンプ２４と連動し、これにより流入汚水に比例した量の凝集剤が、３０分間に亘って比例注入される（汚水流入工程と凝集剤注入工程が同時進行）。
この嫌気攪拌が、前記の流入時間を含んで７０分間に亘って行われることで、流入汚水中のＢＯＤ源を利用して反応槽Ｄの混合液中のＮＯＸの脱窒処理がなされる。
【００２６】
（第１好気工程）
次いで、散気装置２からの曝気による好気攪拌が、６０〜１４０分間の処理時間行われることで、ＢＯＤ除去とＮＨ４−Ｎの硝化処理がされる。
この第１好気工程の処理時間は、最初６０分間に亘るコア時間と、０〜８０分間のフレックス時間を備えており、その終了時間を、原則的には、反応槽Ｄの混合液のＤＯ値が第１好気工程のコア時間経過後の制御ＤＯ値に達した時点、即ち、ＤＯ値が「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」に設定している。
例えば、第１好気工程におけるＤＯ値が、図５の上段に示すように経時変化する事例の場合、図５の下段に示すように、第１好気工程のコア時間（６０分）経過時から４０分前後でＤＯ値が急激に上昇し、凡そ４０分強のところで制御ＤＯ値に到達している。この制御ＤＯ値を受けて第１好気工程が終了し、次の第２嫌気処理工程に供される。
また、ＤＯ値の上限による例外的な制御として、フレックス時間帯でのＤＯ値が５ｍｇ／ｌに達した時点で、第１好気工程を終了制御する。
【００２７】
（第２嫌気工程）
第２嫌気工程は、残存するＢＯＤ源を利用してＮＯＸの脱窒を行うためのもので、前記第１好気工程におけるフレックス時間の残存時間と、当該第２嫌気工程のコア時間（６０分間）が加算された処理時間に亘って嫌気攪拌が行われる。
従って、第２嫌気工程の処理時間は、最大で１４０分間、最小で６０分間に亘って行われる。
例えば、図５に示す事例の場合には、図５の下段に示すように、フレックス時間（８０分間）中の後半４０分弱と、第２嫌気工程のコア時間（６０分）の合計時間に亘って嫌気処理される。
【００２８】
（第２好気工程）
再び、第２好気攪拌が１０分間に亘って行われることにより、溶存酸素濃度を上昇させる。
【００２９】
（沈澱工程）
その後、混合液を４０分間に亘って沈澱処理することで固液分離が行われる。
【００３０】
（排出工程）
最後に、上澄水排出装置７の汲み上げポンプ９を作動させて、４０分間に亘って汲み上げ、消毒装置を介して消毒槽Ｇへ移送し、放流ポンプ槽Ｈへ一旦貯留した上で放流する。勿論、消毒槽Ｇから槽外へ直接放流することもできる。
【００３１】
（汚泥引き抜き工程）
また、反応槽Ｄ内で増加、増殖した活性汚泥の濃度を一定に保持し、処理能力を安定させるため、原則として、１サイクル毎に汚泥引き抜きポンプ５を作動させて沈澱汚泥を引き抜き処理し、それを汚泥濃縮貯留槽Ｆへ移送する。
この汚泥引き抜き工程は、排出工程中の最後の５分間に亘って行われる。
【００３２】
そこで、図６の上段に示すグラフでは、回分処理の１サイクル６時間を、図４に示す各工程の時間配分とし、制御ＤＯ値を「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」に設定した場合における、反応槽Ｄの混合液に対するＤＯ値、ＰＨ値、ＯＲＰ値の経時変化の代表的な事例を示している。
また、図６の下段に示すグラフには、前記の場合における混合液中の窒素分の経時変化を示している。
【００３３】
（他の実施形態）
尚、前記の実施形態の場合には、回分処理の１サイクルを、第１嫌気工程、第１好気工程、第２嫌気工程、第２好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の場合における制御方法について説明したが、それとは異なり、回分処理の１サイクルを、嫌気工程、好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の第２の実施形態の場合には、前記好気工程の処理時間をコア時間とフレックス時間とで構成し、フレックス時間の時間帯における反応槽の混合液のＤＯ設定値により、硝化処理時間を短縮して制御することで、過曝気による汚泥解体とＰＨの低下に対処することができる。
【００３４】
また、前記とは逆に、好気工程におけるフレックス時間の残存時間を、沈澱工程のコア時間に加算することで、その沈澱処理時間を増加するように制御することもできる。
【００３５】
また、処理工程の１サイクルを、好気工程、沈澱工程及び排出工程で構成してなる回分式活性汚泥法の第３の実施形態の場合には、前記好気工程の処理時間をコア時間とフレックス時間とで構成し、フレックス時間の時間帯における反応槽の混合液のＤＯ設定値により、硝化処理時間を可変制御することで、過曝気による弊害に対処する。
逆に、好気工程におけるフレックス時間の残存時間を、次の沈澱工程のコア時間に加算することで、その沈澱処理時間を増加するように制御することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、前記のように構成したので、好気工程の処理時間を必要且つ充分な時間に制御することにより、過曝気による汚泥の解体を防止し、また、ＰＨの低下（硝化菌の活動を低下させる）を防止すると共に、第２嫌気工程へ溶存酸素濃度の高い混合液の持ち込みを防止する。
【００３７】
また、第１好気工程の処理時間における短縮時間分を、反応速度の遅い次工程の第２嫌気工程の処理時間に加えることにより、窒素除去効率を飛躍的に高め、ひいては、処理水質の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】反応槽の縦断概要図である。
【図２】反応槽の平面概要図である。
【図３】汚水処理装置の全体概要図である。
【図４】回分処理１サイクル６時間当たりの各工程の一覧を示す図である。
【図５】上段には、ＤＯ値の経時変化を示し、下段には、ＤＯ値が「第１好気工程のコア時間経過直後のＤＯ値ａ＋１ｍｇ／ｌ」で、フレックス時間を可変制御した場合の経時変化を示す拡大図である。
【図６】上段はＤＯ値、ＰＨ値、ＯＲＰ値の経時変化を示すグラフであって、下段は窒素分の経時変化を示すグラフとしている。
【符号の説明】
Ａ  曝気沈砂槽
Ｂ  原水ポンプ槽
Ｃ  流量調整槽
Ｄ  反応槽
Ｅ  凝集剤タンク
Ｇ  消毒槽
Ｈ  放流ポンプ槽
Ｍ  積算流量計
Ｎ  風量計
１  導入管
２  散気装置
３  送気管
４、２３  嫌気攪拌装置
５  汚泥引き抜きポンプ
６  引き抜き管
７  上澄水排出装置
８  フロート
９  汲み上げポンプ
１０  フロートガイド
１１  汚泥巻き込み防止センサー
１２  移送ホース
１３  汚泥界面検知装置
１４  ＭＬＳＳ計
１５  ＤＯ計
１６  ＯＲＰ計
１７  ＰＨ計
１８  水位センサー
２１  水中スクリーン
２２  原水ポンプ
２４  汚水移送ポンプ
２５  凝集剤注入ポンプ
【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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