(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽と、該硝化槽に高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインと、前記硝化槽が、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して気相部と液相部が順次連通している複数の槽からなり、該複数の硝化槽に、該硝化槽内の気相部の気体を液相中に導いて曝気させるブロワと散気装置とを有する曝気手段を備えた
、排水中のアンモニア性窒素及び／又は有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素に酸化処理する排水処理装置であって、前記複数の硝化槽に、液相中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、該溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて、前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように前記曝気手段の曝気風量を制御する手段とを備えると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽に、気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、該測定した硝化槽の気相部の酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインの酸素ガス供給量を制御する手段とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽と、該硝化槽に高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインと、前記硝化槽が、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して気相部と液相部が順次連通している複数の槽からなり、該複数の硝化槽に、前記硝化槽内の気相部の気体を液相中に導いて曝気させるブロワと散気装置とを有する曝気手段を備えると共に、前記の複数の硝化槽の第一槽の前段に脱窒槽を設け、該脱窒槽に前記硝化槽の最終槽の液相及び／又は汚泥を返送する返送ラインを設けた、排水中のアンモニア性窒素及び／又は有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素に酸化処理して、脱窒処理する排水処理装置であって、前記複数の硝化槽に、液相中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、該溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて、前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように前記曝気手段の曝気風量を制御する手段とを備えると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽に、気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、該測定した硝化槽の酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインの酸素ガス供給量を制御する手段とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項３】
前記複数の硝化槽のうちの任意の複数の硝化槽に、硝化槽内の気相部の酸素濃度を検出する酸素濃度測定手段を備え、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、前記酸素濃度測定手段を備える硝化槽毎に、気相部の酸素濃度が所定範囲に維持されるように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記酸素ガス供給量を制御する手段を有しない硝化槽に、硝化槽内の気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備え、前段の硝化槽の気相部と該硝化槽の気相部を連通する連通口に気体の連通量を調整する連通調整手段と、該連通調整手段による調整量を前記酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて制御する手段を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排水処理装置。
【請求項５】
隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して液相部と気相部が順次連通している複数の槽からなる硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽の液相中に、高濃度酸素ガスを曝気させる排水中のアンモニア性窒素及び有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に酸化処理する排水処理方法において、前記複数の硝化槽の液相中の溶存酸素濃度を検出し、該検出結果に基づいて前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように、前記検出した硝化槽の液相中に曝気させる曝気風量を制御すると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽の気相部の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて前記酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記測定した硝化槽の気相部に供給する高濃度酸素ガス供給量を制御することを特徴とする排水処理方法。
【請求項６】
隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して液相部と気相部が順次連通している複数の槽からなる硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽の液相中に、高濃度酸素ガスを曝気させると共に、前記硝化槽の第一槽の前段に設けた脱窒槽に、前記硝化槽の最終槽の液相及び／又は汚泥を返送して、排水中のアンモニア性窒素及び有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に酸化処理して、脱窒処理する排水処理方法において、前記複数の硝化槽の液相中の溶存酸素濃度を検出し、該検出結果に基づいて前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように、前記検出した硝化槽の液相中に曝気させる曝気風量を制御すると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽の気相部の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて前記酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記測定した硝化槽の気相部に供給する高濃度酸素ガス供給量を制御することを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
前記第一槽の硝化槽の気相中の酸素濃度の所定範囲は、該第一槽に流入する流入排水に含まれている酸化処理が必要な汚濁物質量の変動に応じて変動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の排水処理方法。
【請求項８】
前記酸素ガス供給量を制御しない硝化槽は、硝化槽内の気相中の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて、前段の硝化槽からの気体の通気量を調整することを特徴とする請求項５，６又は７に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素及び有機性窒素を含む排水を生物学的に酸化処理する排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア性窒素を含む排水を生物学的に処理する方法として、硝化菌によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素、亜硝酸性窒素に酸化する処理が、一般的に行われている。硝化反応には、酸素が必要であり、酸素源として空気が用いられている（例えば、特許文献１）。  
アンモニア性窒素及び有機性窒素の硝化反応において、１ｋｇの窒素を硝化するには、約４．６ｋｇもの酸素が必要であるため、空気を酸素源とした従来の排水処理方法においては、硝化槽に大量の空気を供給しなければならない。さらに、硝化を効率的に進めるには、有機物の酸化分解処理に比べて混合液のＤＯを高めに維持する必要があり、酸素濃度が２１％の空気を用いた場合は、設備の小型化や空気供給設備等の動力コストの低減には限界があった。このような問題点を解決する方法として、空気よりも酸素濃度を高めた酸素富化空気を硝化反応に必要な酸素源として用いる酸素活性汚泥法が採用されている（例えば、特許文献２）。
【０００３】
高負荷条件で硝化処理を行うためには、酸素の供給能力を上げると共に、硝化槽内に多量の硝化菌を保持しなければならない。そのためには、ＤＯを高く維持して汚泥中の硝化菌の活性を高めると共に、混合液の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を高くしなければならない。酸素活性汚泥法の場合、ＤＯを高く設定できるメリットはあるものの、ＭＬＳＳ濃度をむやみに上げると、標準的な活性汚泥法と同様に、沈殿池で汚泥と処理水を分離しにくくなるといった問題が生じる。この固液分離に膜を用いても良いが、高額な膜分離システムが必要になると共に、膜のつまりなど解決・改良すべき課題も多い。さらに、ＭＬＳＳ濃度を上げることで散気槽や沈殿池でのスカム発生を助長し、運転管理が煩雑になるといった問題点もある。これらの問題を解決するために、微生物を固定した担体を用いる方法が、硝化処理では広く普及しているのである。
酸素供給能力に優れた酸素活性汚泥法と、硝化能力が優れた担体硝化法を組み合わせることによって、コンパクトな設備で硝化処理を進めることができ、装置構造や方法が種々検討されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
酸素活性汚泥法では、硝化槽の散気方法として表面曝気法が採用されている。しかし、特許文献２にも記載があるとおり、曝気用の攪拌によって、硝化担体が磨耗したり、崩壊するといった問題が生じる場合があった。
担体の損耗の問題を解決するために、表面曝気法のかわりに循環ブロワを介して高濃度酸素ガスを硝化槽内で循環散気する方法（ガス循環散気法）があり、この方法で硝化を行っている例もある（例えば、非特許文献１）。
しかしながら、ブロワを用いて循環散気する方法は、表面曝気法に比べて実用例も少なく、運転を安定化させたり、効率的に運用するための実施条件の検討が十分なされてこなかった。酸素活性汚泥法で使用する酸素富化空気や純酸素などの空気よりも酸素濃度が高いガス（以下、高濃度酸素ガス）は、生成するためにコストがかかる。加えて、電力を多大に消費するブロワを併用することで、さらにランニングコストが増加することとなり、ブロワを用いて循環散気する方法を実用化するには、少しでもランニングコストを低減する運転方法を検討することが必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１２８９８号公報
【特許文献２】特開平８−１７３９８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】住山ら、第３０回下水道研究発表会講演集，ｐ５２４（１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ブロワで循環散気する酸素活性汚泥法において、排水処理にかかる総ランニングコストを低減することが可能な窒素含有排水を生物学的に酸化処理する排水処理装置と方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽と、該硝化槽に高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインと、前記硝化槽が
、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して気相部と液相部が順次連通している複数の槽からなり、該複数の硝化槽に、該硝化槽内の気相部の気体を液相中に導いて曝気させるブロワと散気装置とを有する曝気手段を備えた、排水中のアンモニア性窒素及び／又は有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素に酸化処理する排水処理装置であって、前記複数の硝化槽に、液相中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、該溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて、前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように前記曝気手段の曝気風量を制御する手段とを備えると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽に、気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、該測定した硝化槽の気相部の酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインの酸素ガス供給量を制御する手段とを備えることを特徴とする排水処理装置としたものである。
【０００９】
また、本発明では、硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽と、該硝化槽に高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインと、前記硝化槽が、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して気相部と液相部が順次連通している複数の槽からなり、該複数の硝化槽に、前記硝化槽内の気相部の気体を液相中に導いて曝気させるブロワと散気装置とを有する曝気手段を備えると共に、前記の複数の硝化槽の第一槽の前段に脱窒槽を設け、該脱窒槽に前記硝化槽の最終槽の液相及び／又は汚泥を返送する返送ラインを設けた、排水中のアンモニア性窒素及び／又は有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素に酸化処理して、脱窒処理する排水処理装置であって、前記複数の硝化槽に、液相中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、該溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて、前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように前記曝気手段の曝気風量を制御する手段とを備えると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽に、気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、該測定した硝化槽の酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記高濃度酸素ガスを供給する酸素ガス供給ラインの酸素ガス供給量を制御する手段とを備えることを特徴とする排水処理装置としたものである。
【００１０】
前記排水処理装置において、前記複数の硝化槽のうちの任意の複数の硝化槽に、硝化槽内の気相部の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備え、該酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて、前記酸素濃度測定手段を備える硝化槽毎に、気相部の酸素濃度が所定範囲に維持されるように酸素ガス供給ラインの酸素ガス供給量を制御する手段を備えることができ、また、前記酸素ガス供給量を制御する手段を有しない硝化槽に、硝化槽内の気相部の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備え、前段の硝化槽の気相部と該硝化槽の気相部を連通する連通部に気体の通気量を調整する通気調整手段と、該通気調整手段による気体の通気量を前記酸素濃度測定手段による測定結果に基づいて制御する手段を備えることができる。
【００１１】
さらに、本発明では、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して液相部と気相部が順次連通している複数の槽からなる硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽の液相中に、高濃度酸素ガスを曝気させる排水中のアンモニア性窒素及び有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に酸化処理する排水処理方法において、前記複数の硝化槽の液相中の溶存酸素濃度を検出し、該検出結果に基づいて前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように、前記検出した硝化槽の液相中に曝気させる曝気風量を制御すると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽の気相部の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて前記酸素濃度が所定範囲に維持されるように
、前記測定した硝化槽の気相部に供給する高濃度酸素ガス供給量を制御することを特徴とする排水処理方法としたものである。
【００１２】
また、本発明では、隔壁によって仕切られ、該隔壁を通して液相部と気相部が順次連通している複数の槽からなる硝化菌を付着させた担体を充填した密閉可能な硝化槽の液相中に、高濃度酸素ガスを曝気させると共に、前記硝化槽の第一槽の前段に設けた脱窒槽に、前記硝化槽の最終槽の液相及び／又は汚泥を返送して、排水中のアンモニア性窒素及び有機性窒素を生物学的に硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に酸化処理して、脱窒処理する排水処理方法において、前記複数の硝化槽の液相中の溶存酸素濃度を検出し、該検出結果に基づいて前記溶存酸素濃度が設定値に維持されるように、前記検出した硝化槽の液相中に曝気させる曝気風量を制御すると共に、前記複数の硝化槽のうち、少なくとも、汚水が一番初めに流入する第一槽の気相部の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて前記酸素濃度が所定範囲に維持されるように、前記測定した硝化槽の気相部に供給する高濃度酸素ガス供給量を制御することを特徴とする排水処理方法としたものである。
【００１３】
前記排水処理装置及び方法において、前記液相中の溶存酸素濃度の設定値は、２〜１２ｍｇ／Ｌであり、また、前記気相部の酸素濃度の所定範囲は、３０〜８０％（容量）とするのがよい。
また、前記排水処理方法において、酸素ガス供給量を制御する硝化槽の気相中の酸素濃度の所定範囲は、該第一槽に流入する流入排水に含まれている酸化処理が必要な汚濁物質量の変動に応じて変動させることができ、また、前記酸素ガス供給量を制御しない硝化槽は、該硝化槽内の気相中の気体の酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて、前段の硝化槽からの気体の通気量を調整することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法によれば、ブロワで循環散気する酸素活性汚泥法において、排水処理にかかる総ランニングコストを低減することが可能となる。
近年では、高濃度酸素ガス発生装置（例えば、ＰＳＡ法）による高濃度酸素ガスの製造コストが安価になっており、散気ブロワの動力コストより安くなることがあるので、必ずしも高い酸素利用効率を維持する必要がなく、逆に、高濃度酸素ガスを多く使って硝化槽気相部の酸素濃度を高めて、ブロワ動力を低く保つことにより、システム全体のランニングコストを低減することができる。硝化槽第一槽の気相部酸素濃度を制御することができる本発明によれば、酸素利用量の多い硝化槽第一槽の気相部酸素濃度を高濃度に制御し、保つことができるので、ブロワ動力コストを著しく低減することが可能で、システム全体のコスト低下に顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の排水処理装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の排水処理装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の排水処理装置の硝化槽部分の制御関係のみの他の例を示す部分フロー構成図。
【図４】本発明の排水処理装置の硝化槽の気相部の制御関係のみの他の例を示す部分構成図。
【図５】本発明の排水処理装置の硝化槽の気相部の制御関係のみの他の例を示す部分構成図。
【図６】本発明者の制御動作の一例を示すフローチャート。
【図７】ＤＯと硝化性能の関係を示すグラフ。
【図８】比較例１に用いた排水処理装置のフロー構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、まず、従来から実績のある表面曝気法の問題点を明らかにするため、磨耗しにくい形状、材質の担体を用いて、表面曝気法とガス循環散気法の比較実験を行った。その結果、表面曝気法では、担体自体の損耗はない場合でも、曝気用の攪拌による硝化菌の担体表面への付着阻害が原因と推定される硝化性能不良が生じることをつきとめた。一方、これと同じ条件で散気方式のみをガス循環散気法にして行った実験では、良好な硝化性能が得られ、処理性能としては従来の表面曝気法よりも優れていることが分かった。しかし、ガス循環散気を行うために使用する散気手段（例えば、ブロワ）の動力コストが高く、システム全体のランニングコストを押し上げるため、高濃度酸素ガスのコストと散気手段の動力コストを勘案して、システム全体のランニングコストを低減できる処理装置、処理方法の確立が必要不可欠であるという考えに至った。
【００１７】
従来の酸素活性汚泥法の考え方では、排水処理のために投入した酸素を無駄にしないために、高い酸素利用効率で運転することが必須であり、重要であると解されていた。本発明者らも、当初はその考え方を踏襲し、担体硝化法と循環散気法を組み合わせた酸素活性汚泥法においても、高い酸素利用効率の達成を目指して開発を進めていた。
しかし、本発明者らが鋭意、研究開発を進める中で、担体硝化法と循環散気法を組み合わせた酸素活性汚泥法において、高い酸素利用効率を達成することは、必ずしも、システム全体のランニングコストの低下に寄与しないことを見出した。
それは、近年では、高濃度酸素ガス発生装置（例えば、ＰＳＡ法）による高濃度酸素ガスの製造コストが安価になっており、散気ブロワの動力コストより安くなることがあるので、必ずしも高い酸素利用効率を達成する必要がなく、逆に、高濃度酸素ガスを多く使って酸素濃度を高めて、ブロワ動力を低く保つことにより、システム全体のランニングコストを低下させることができるからである。特に、直列多段の硝化槽においては、第一槽で、必要となる酸素量が最も多いため、第一槽の気相部酸素濃度を高くすることで、ブロワ動力を大きく低減することができ、ひいては、システム全体のランニングコストを低減することができる。
【００１８】
このように、本発明者らは、システム全体のランニングコストを低下させるには、硝化槽第一槽の気相部酸素濃度を制御できるようにすることが好適であることを見出した。
本発明には、図１に示すような装置が使用できる。この装置は、２槽の硝化菌を表面に固定した硝化担体を投入した密閉型の硝化槽からなり、硝化槽には、第１槽に酸素供給ライン、第２槽に排ガスラインが接続されている。硝化槽の散気は、循環ブロワと散気装置を用いたガス循環方式で行われ、散気量は各硝化槽ＤＯで制御供給される。また、高濃度酸素ガス供給量は、第１槽の硝化槽の気相部の酸素濃度で制御供給される。
【００１９】
担体の硝化性能は、硝化槽のＤＯに大きく依存し、硝化性能を高く維持するのに２ｍｇ／Ｌ以上のＤＯが必要であった。一方、ＤＯが高いほど硝化性能は上昇するため、なるべく高めのＤＯに設定した方が良いのであるが、ＤＯが１２ｍｇ／Ｌを超えると硝化性能は頭打ちになる（図７参照）ことから、好ましい硝化槽液相部の混合液のＤＯ条件は、２〜１２ｍｇ／Ｌである。また、ＤＯの依存性が高いということは、負荷条件や必要とする処理性能に合わせて最適なＤＯ値に設定することで、硝化性能を任意に調整できることを意味する。特に、負荷変動がある場合には、負荷が低い時間帯にはＤＯ値を低く設定し、逆に、負荷が高い時間帯にはＤＯ値を高く設定することで、低い動力コストで安定した硝化性能を発揮することができる。
【００２０】
具体的にはアンモニア性窒素あるいは有機性窒素負荷の時間経過に伴う変動パターンに基づいて、予め硝化槽混合液の溶存酸素濃度の上下限設定値を変更する方法などを採用することができる。負荷は、排水流入量と排水濃度の積、（排水流入量）×（排水の濃度）で計算されるので、排水流入量と排水濃度の双方を指標とするのであるが、排水流入量の変動が小さい場合は排水濃度を指標とすれば良いし、逆に、排水濃度の変動が小さい場合は排水流入量を指標とすれば良い。ここで、指標とする液相は排水に限らない。すなわち、負荷変動に追随して、硝化槽の混合液や沈殿池の水、処理水といった液相のアンモニア性窒素濃度も変化するので、これらの液相の水質の時間経過に伴う変動パターンに基づいて予め硝化槽混合液の溶存酸素濃度の上下限設定値を変更しても良い。
【００２１】
指標とする液相については、アンモニア性窒素濃度変化が把握できるものであれば制限はないが、負荷変動パターンとの追随をよくするため、流入してくる処理対象の排水や、硝化反応が進行している硝化槽が好ましい。さらには、アンモニア性窒素あるいは有機性窒素負荷、もしくは、液相のアンモニア性窒素濃度を測定する検出結果に基づいて、硝化槽混合液の溶存酸素濃度の上下限設定値を変更する機能を有した制御装置を用いて自動制御しても良い。これらの検出器の例としては、アンモニア濃度計、窒素濃度計などが用いられる。また、負荷変動については、濃度と共に水量の変化が影響するので、これらの濃度計と共に水量計を併用すれば良いし、濃度と水量を各々測定して負荷を計算して示す負荷計などを用いても良い。もちろん、アンモニア性窒素あるいは有機性窒素負荷、もしくは、液相のアンモニア性窒素濃度を把握・予測できる検出手段であれば、これらの検出器に限定されない。
【００２２】
ブロワの散気量を制御するための、硝化槽の混合液のＤＯ濃度の測定場所は、ブロワの運転や硝化槽ＤＯの安定化が可能であれば制限はないが、硝化槽が多段の場合は、各々の硝化槽にＤＯ計とブロワを設け、個別に、ＤＯでブロワを制御させることが好ましい。これは、硝化を効率よく進めるためには、すべての硝化槽で適切なＤＯに維持する必要があるためである。ブロワの制御は、ＤＯ値の検出結果を基にブロワの回転数をインバータで増減したり、風量調節弁の開度調整によって行われる。
本発明に用いるＤＯ計は、混合液や排水の成分によって測定に影響を受けず、長期間の使用に耐えうるものであれば制限はないが、維持管理性が良い事から蛍光式溶存酸素計が好適である。
【００２３】
酸素ガス供給量を制御する方法には、硝化槽気相部の圧力変化や排ガスの流量変化を基にして供給制御する方法があり、表面曝気法で採用されることが多い。
しかし、循環散気法では、これらの方法を適用すると、ガスの動きと圧力変化が表面散気法よりも顕著で安定した運転ができないため、気相部の酸素濃度の測定結果を基に、高濃度酸素ガスを供給する制御方法の採用が好適である。
【００２４】
本発明の方法では、硝化槽の第１槽の気相部の酸素濃度の測定結果を基に、高濃度酸素ガスを制御供給している。具体的には、例えば、気相部の酸素濃度が下限値を下回ったら、酸素ガス供給管（図１の１０）に設置した流量調節弁（図１の１７）を開けるか、または、開度を大きくすることで供給酸素量を増やすことができる。逆に、酸素濃度が上限値を上回ったら、酸素ガス供給管に設置した流量調節弁を閉じるか、又は、開度を小さくすることで供給酸素量を減らすことができる。この方法では、気相部の酸素濃度を任意に設定できるため、ブロワの運転や硝化槽ＤＯの安定化に寄与するだけでなく、酸素利用効率も任意に調整し、安定的・効率的な運転ができる。
高濃度酸素ガス供給量を制御するための酸素濃度の測定場所は、ブロワの運転や硝化槽ＤＯの安定化と、ブロワの動力コストと高濃度酸素ガスの発生コストを考慮してシステム全体のランニングコスト効率を調整し易いことから、第１槽の硝化槽の気相部の酸素濃度で制御するのが好ましい。
【００２５】
第１槽の硝化槽気相部の酸素濃度を設定することによって、目標とするシステム全体のコストを低減することができるが、一般的にブロワ動力コストを考慮して少ない散気量で高いＤＯを維持するためには、第１槽の硝化槽気相部の酸素濃度を３０％〜８０％程度、望ましくは５０％〜７５％程度に制御することで、システム全体のコスト効率を有利に運転することができる。これは、使用する高濃度酸素ガスの濃度にもよるが、３０％以下の場合、高濃度酸素ガスを使用して散気風量を減少させるという酸素法の利点を発揮することができず、逆に、８０％以上の場合、排ガスの酸素濃度が高くなりすぎて酸素利用効率が著しく低下し、高濃度酸素ガスの発生コストが過大に増加するためである。
本発明に用いる酸素濃度計は、循環散気するガスや排ガスの成分によって測定に影響を受けることなく、長期間の使用に耐えうるものであれば制限はないが、対象ガスに高濃度で含まれる二酸化炭素の影響を受けにくいジルコニア酸素濃度計、磁気式酸素濃度計、赤外線式酸素濃度計が好適である。
【００２６】
本発明の方法に使用する高濃度酸素ガスは、生成コストの安いＰＳＡ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式の酸素ガス発生装置で得られる酸素濃度が９０％以上のガスを用いることができる。このような高濃度酸素ガスを硝化槽の気相部や、循環散気配管に直接供給することができる。循環散気配管に供給した場合は、硝化槽気相部の酸素濃度及び混合液のＤＯの応答性が若干速くなる効果が見られた。
【００２７】
本発明では、混合液に酸素濃度が高いガスを散気するのであるが、散気されて水面から出てきた排ガスも大気に比べて酸素濃度は高いので、この排ガスを大気放出するのではなく、ブロワを介して繰り返して同一硝化槽の液相、又は、次の硝化槽の液槽に散気することによって酸素の利用効率を上げることができる。したがって、一旦散気されたガスを槽外にそのまま排出するのではなく、排ガスとして排出する分以外の大部分を、再度ブロワに供給して繰り返し散気できるような密閉可能な構造であれば良く、槽の形状、数、配置などに制限はない。槽の分割は原水の流入に対して、並行にしても直列にしても良いが、特に酸素の利用効率を上げる場合は、図３に示すような直列多段の構造とし、原水の流入側の槽の気相部もしくは循環散気のライン（１５）に高濃度酸素（１０）を供給し、気相の連通部を介して順次上流側の槽から下流側の槽にガスが流れるように配置し、最下流の水槽から排ガス（１１）を系外に排出する方法が最も効率的である。
【００２８】
本発明に用いる散気装置は、硝化担体の磨耗・破損、硝化菌の付着阻害を生じないもの、そして、硝化槽の水面から出てくるガスを吸引して繰り返し散気することから、汚泥ミストや粉塵等による目詰まりを生じにくいものであれば制限はなく、多孔管、ディスクディフューザ、スパージャなどが用いられる。また、循環ガス中の汚泥ミストや、ほこり、微細なごみなどを除去するためのミストセパレータ、ガスろ過器などをブロワの吸い込み側に設置することによって、より酸素移動効率の高い微細気泡性の散気装置を用いることもできる。このような散気装置の例としては、セラミック製又は合成樹脂製の散気板及び散気筒、メンブレン式の散気装置などが挙げられる。
また、ブロワは、密閉性と長時間の連続運転に支障がないものであれば制限はないが、ルーツブロワが好適である。
【００２９】
本発明に用いる担体は、担体の表面に硝化菌を付着させる結合固定化担体が適している。また、硝化菌の付着性が好く、また、処理に十分な量の硝化菌を保持することができ、流動性、耐久性が良ければ、形状、材質、物性に制限はないが、形状は表面積が大きいこと、耐摩耗性が良いことから、粒状、さらには、球状が好ましい。また、大きさは、直径１〜１０ｍｍの粒状が好く、材質はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレングリコールを含むものが好適である。また、比重は０．９０〜１．１の範囲であることが流動性の面で好ましい。
結合固定化担体が適しているのは、硝化槽内で自然発生的に硝化菌が担体に付着し生物膜を形成するものであり、本発明者らの研究によって、ｐＨ６以下、場合によっては５．５程度以下といった極めて低い条件にも、徐々に条件に順応して高い硝化性能を発揮できることが判明したためである。このことによって、ｐＨが低下しやすい酸素活性汚泥法でも中和処理を全くしないか、あるいは、少量のアルカリ剤によるｐＨ調整のみで硝化を進めることが可能となる。
【００３０】
本発明の対象排水は、下水や産業排水に限らず、アンモニア性窒素及び／又は有機性窒素を含む水であれば良く、含有濃度についても制限はない。例えば、硝化に必要なアルカリ度や、その他、硝化反応に必要なリンや鉄といった成分が不足している水の場合は、これらを添加すればよく、また、硝化反応を阻害する銅や硫化水素などが含まれる水については、除害処置を行うことで対象排水とすることができる。
循環散気はＤＯの供給だけでなく、担体を流動させる役割も持つのであるが、必要に応じて担体の流動性を維持するために攪拌機を併用しても良い。使用する攪拌機は、硝化担体の磨耗・破損、硝化菌の付着阻害を生じずに、硝化担体を流動させられるものであれば良い。
【００３１】
さらに、本発明者らが明らかにした低ｐＨ条件における硝化反応についての詳細な条件は、アルカリ度が重要であって、具体的には硝化槽のｐＨが５〜６であって、アルカリ度は最低限、硝化に必要な量、好ましくは、硝化槽のアルカリ度１０ｍｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは硝化槽のアルカリ度３０ｍｇ／Ｌ以上となる条件であった。このような範囲に設定できれば、脱炭酸処理やｐＨ調整剤を使用する必要はなく、ｐＨがさらに低下したり、アルカリ度が不足する場合は、不足分に見合うだけのアルカリ剤を注入したり、必要な分の脱炭酸処理をすればよい。このほか、図２に示すとおり硝化槽の前段に脱窒工程を設けて、硝化槽の液相及び／又は汚泥を返送し脱窒反応によるアルカリ度の上昇を利用しても良い。
【００３２】
我々の研究では、下水やその他産業排水等種々の排水で、硝化槽の前段に脱窒槽を設け、返送汚泥分に相当する程度の循環式硝化脱窒を行うだけでも、薬品を用いずに、硝化槽のアルカリ度は十分好適範囲に保つことが可能であった。もちろん、硝化槽と脱窒槽に循環ラインを設けて循環させても良い。返送汚泥量を含んだ循環率は、原水量の０．３倍以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。このように、脱窒工程を組み込むことによって、窒素除去の目的を達成するだけでなく、アルカリ度を好適に保つことによって硝化性能を安定させることを、薬品を用いずに実現できるのである。硝化槽の前段に脱窒槽を設置すること自体は、硝化脱窒方式として一般的な方法であるが、本発明の硝化担体を用いた酸素活性汚泥法の条件に対しては、アルカリ度を供給することで、低コストで性能を安定化させるという大きな役割を持つ。
【００３３】
硝化槽混合液の浮遊汚泥は、排水に共存するＢＯＤの除去や硝化性能を有している場合もあるので、担体と共に硝化槽に共存させる方が有利である。ただし、担体による硝化のみで処理を満足できる場合は、浮遊汚泥を用いなくても良い。このような場合は、返送汚泥ラインも不要であり、また、循環式硝化脱窒運転を行わない場合は、当然循環ラインも不要である。
本発明の方法によれば、高い硝化性能を発揮することができるため、硝化槽容量のコンパクト化が可能であり、ＨＲＴ１．４〜２ｈｒ程度の極めて短い滞留時間で処理性能を満足することができる。
硝化槽に設置する担体分離用のスクリーンは、担体を分離できる形状で担体を破損、磨耗するものでなければ制限はないが、酸素活性汚泥法では、硝化槽が密閉構造であるためにメンテナンス性の良い仕様のものが適している。本発明者らの研究の結果、特に洗浄用のノズルを設置し、回転することのできる円筒形の機械式スクリーンがもっとも好ましい仕様であることが判明した。
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の排水処理装置の一例を示すフロー構成図である。図１に示すように排水処理装置は、硝化槽を隔壁で仕切って原水流入に対して直列２段構造としており、硝化菌を付着させた硝化担体５が貯留されている密閉可能な第１と第２の２つの硝化槽２−１、２−２と、沈殿池３、酸素ガス供給ライン１０、排ガスライン１１と、原水供給ライン１、処理水流出ライン４を備えている。そして、酸素ガス供給ライン１０には流量調節弁１７が、第１の硝化槽２−１の気相部１２には酸素濃度を測定する酸素濃度計１４がそれぞれ設置されている。
２つの硝化槽２−１、２−２には、液面と硝化槽の天井部との間の硝化槽気相部ガス１２をブロワ９を介して循環散気するためのガス循環ライン１５と、溶存酸素濃度計１３をそれぞれ備えている。
さらに、本発明の排水処理装置には、制御装置が設けられている。制御装置１６は、溶存酸素濃度計１３の検出結果に基づいて、ブロワ９の散気量を制御する制御手段として機能する。ブロワ９の制御は、ＤＯ値の検出結果を基にブロワの回転数を増減したり、風量調節弁の開度調整によって行われる。一方、制御装置１８は、酸素濃度計１４の測定結果に基づいて、高濃度酸素ガスの流量調節弁１７の開閉操作もしくは開度を調整する制御手段として機能する。
【００３５】
次に、上述したような構成の排水処理装置を用いた排水処理方法について説明する。
まず、ライン１を経て、処理対象排水を硝化槽２−１に導入する。硝化槽２−１に導入された排水は、硝化槽２−１内の硝化菌が固定した担体と混合される。
次いで、ライン１０からガス循環ライン１５を経て高濃度酸素ガスが硝化槽２−１内に供給され、ブロワ９を作動させることにより、硝化槽２−１内の散気管８に送り込んで、硝化槽２−１の混合液中に散気する。
このようにして、ライン１０から密閉可能な硝化槽２−１内へ供給された酸素は、空気に比してより効率的に硝化槽２−１内の混合液中に溶解する。
次いで、制御装置１８を稼動させ、酸素濃度計１４の指示値を基に流量調節弁１７が制御され、常に必要な量の酸素が供給されて、硝化槽気相部１２の酸素濃度が安定する。さらに、制御装置１６を稼動させ、溶存酸素濃度計１３の指示値を基にブロワ９の散気量が制御され、常に必要な量の散気が行われ混合液の溶存酸素濃度が安定する。
硝化槽２−１の液相部の液体及び気相部の気体は、スクリーン２４及び気相連通部２５を通じて硝化槽２−２に流入され、気体はブロワを介して散気されて排ガス１１として排気される。
【００３６】
次に、本発明の排水処理装置及び排水処理方法の別の例について、図２のフロー構成図をもとに説明する。なお、図２において、図１と同一又は相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２は、硝化槽を隔壁で仕切って原水流入に対して直列の２段構造２−１と２−２とし、硝化槽の前段に脱窒槽２０を備えている。硝化槽は隔壁によって液相、気相とも仕切られているが、液相は担体分離用のスクリーン２４を介して連通しており、一方気相にも気相連通部２５がある。また、硝化槽には各々ガス循環ラインが備えられ、酸素供給ライン１０は硝化槽２−１に接続されている。
脱窒槽２０は、導入された処理対象排水を、脱窒菌を主体とする活性汚泥を用いて生物処理するものであり、例えば、浮遊する活性汚泥を脱窒槽２０内に収容し、槽２０内の排水を攪拌する攪拌装置２１を備えている。
【００３７】
次に、図２の排水処理装置を用いた排水処理方法について説明する。
まず、ライン１を通して処理対象排水を脱窒槽２０に導入する。脱窒槽２０内に導入された排水は、活性汚泥と混合され、攪拌されることにより、原水から供給された有機物を水素供与体として、返送汚泥６から供給された硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに分解する。
脱窒後の排水は、硝化槽２−１、硝化槽２−２の順に送られ、硝化菌が付着した担体と混合されて硝化が進行する。
硝化後の排水は、沈殿池３に送られ、硝化後の排水から活性汚泥を沈殿分離する。活性汚泥を分離された上澄み排水は、処理水４として排出される。一方、沈殿分離された分離汚泥は、返送汚泥６ラインにより脱窒槽に返送される。また、余剰分の分離汚泥は、余剰汚泥ライン７から系外に排出される。
高濃度酸素ガスは、ライン１０から硝化槽２−１の気相部１２に供給され、気相部１２を高濃度酸素で満たされた状態とする。そして、ブロワ９を作動させることにより、気相部１２内のガスを一旦吸引し、このガスを硝化槽２−１内の散気管８に送り込んで、硝化槽２−１内の排水中に散気する。
【００３８】
次いで、硝化槽２−１から排出される残りの酸素ガスは、硝化槽２−２の気相部１２に供給され、気相部１２を高濃度酸素で満たされた状態とする。そして、ブロワ９を作動させることにより、気相部１２内のガスを一旦吸引し、このガスを硝化槽２−２内の散気管８に送り込んで、硝化槽２−２内の排水中に散気する。
高濃度酸素ガスは、制御装置１８を稼動させ、硝化槽２−１に設けた酸素濃度計１４の指示値を基に流量調節弁１７が制御され、常に必要な量の酸素が供給されて、硝化槽気相部１２の酸素濃度が安定する。さらに、制御装置１６を稼動させ、溶存酸素濃度計１３の指示値を基に、ブロワ９の散気量がそれぞれ制御され、常に必要な量の散気が行われ、硝化槽混合液の溶存酸素濃度が安定する。
【００３９】
このようにして、ライン１０から密閉可能な硝化槽２−１内へ供給された酸素は、空気に比してより効率的に硝化槽２−１内の液相中に溶解する。さらに、硝化槽を直列多段とし、上流側の槽に酸素を供給することで、上流側から効率よく酸素が利用されて、下流側に向かって酸素濃度は低くなり、排ガスとして系外に排出される酸素量を低く抑え、効率的に酸素を利用することができる。
高濃度酸素ガスを、硝化槽２−１の気相部の酸素濃度を測定してライン１０から硝化槽２−１の気相部１２に供給するというのは、硝化槽２−１の気相部の酸素濃度を高くして循環するガス量を減らし、ブロワ動力を低く保つためであるから、硝化槽２−１の酸素濃度は、高く設定する方が効率的な運転が可能となる。
【００４０】
次に、本発明の排水処理装置及び排水処理方法について図３を用いて説明する。
図３は、図２の硝化槽部分のみの部分構成図であり、脱窒槽、沈殿池の構成は図２と同一であり、また、図２と同一又は相当部分には同一符号を付し、その詳細は省略する。
図３において、硝化槽は、隔壁で仕切られた原水流入に対して直列の５段構造（２−１〜２−５）であり、各槽は隔壁によって液相、気相ともに仕切られており、図２と同様に、各槽は、液相を担体分離用のスクリーン（省略）を介して連通し、気相には気相連通部（省略）を設けている。
また、硝化槽２−１〜２−５のうち、硝化槽２−１と２−４には、気相部の酸素濃度を測定する酸素濃度計１４が設置され、酸素濃度計１４の検出結果に基づいて、制御装置１８により高濃度酸素ガスの流量調整弁１７の開閉装置又は開度を調整して、硝化槽２−１と２−４の気相部の酸素濃度を制御している。
【００４１】
溶存酸素濃度計１３は、硝化槽２−１〜２−５のすべてに設置されており、制御装置１６を稼働させて、溶存酸素濃度計１３の指示値を基にブロワ９の散気量が制御され、すべての硝化槽に常に必要な量の散気が行われて液相中の溶存酸素濃度が安定する。
このように、硝化槽を多数段設置した場合に、後段部の硝化槽の気相部の酸素濃度が低下して、液相部の溶存酸素濃度を維持するための散気量が多くなるのを防止するため、気相部の酸素濃度が低下した任意の後段部（図３では硝化槽２−４）の硝化槽に高濃度酸素ガスを注入することにより、散気風量を低下させることができる。
また、硝化槽を多段に細分化することにより、汚濁負荷が高い槽の酸素濃度をより高く保つことができ、酸素濃度が低下する後段の槽でも酸素ガスを注入することにより散気風量を削減できる。
【００４２】
次に、図４、図５を用いて、本発明の排水処理装置の他の例を説明する。
図４は、図１又は図２の硝化槽の気相部の高濃度酸素ガスの制御関係のみの部分構成図であり、液相部の溶存酸素濃度の制御関係は、図１又は図２と同一であり、液相部の溶存酸素は、硝化槽毎に溶存酸素濃度計、制御装置及びブロワで制御されている。
図４において、硝化槽２−１と２−２の気相部を連通する気相連通部２５には、通気調整手段２６と制御装置２７が設置されている。そして硝化槽２−２には、気相部の酸素濃度を測定する酸素濃度計１４が設置されており、該酸素濃度計１４の測定結果に基づいて制御装置２７を作動させて、硝化槽２−１から硝化槽２−２の通気量を通気調整手段２６により制御している。通気調整手段２６は、流量調整弁やダンバー等を用いることができる。気相部は完全混合なので、硝化槽２−２の気相部に設置した酸素濃度計１４は排ガスライン１１に設置しても同じ酸素濃度を得ることができる。
硝化槽２−１から硝化槽２−２への通気量を制御することにより、汚濁物質の酸化量の多い硝化槽２−１の酸素濃度を高め、かつ硝化槽２−２の酸素濃度で気体移動量を制御することにより、硝化槽２−２の酸素濃度を高くすることができ、散気風量を削減できる。
【００４３】
図５は、図３の硝化槽の気相部の高濃度酸素ガスの制御関係のみの部分構成図であり、液相部の溶存酸素濃度は、図３と同様に各硝化槽に溶存酸素濃度計、制御装置及びブロワで制御されている。
図５において、硝化槽２−１と２−２、硝化槽２−２と２−３、硝化槽２−４と２−５の気相部を連通する気相連通部２５には、通気調整手段２６と制御装置２７が設置され、硝化槽２−２、２−３及び２−５には、それぞれの気相部の酸素濃度を測定する酸素濃度計１４が設置されている。そして酸素濃度計１４の測定結果に基づいて制御装置２７を作動させて、それぞれの硝化槽からの通気量を通気調整手段２６により制御している。
このように、各槽の酸素濃度で気体の移動量を制御することにより、各槽の気相部の酸素濃度をより高く保つことができ、酸素濃度が低下する後段の槽でも酸素ガスを流入することにより散気風量を削減できる。
【００４４】
次に、図６を参照して、硝化槽混合液のＤＯと排ガスのＯ２濃度を調整する制御動作を具体的に説明する。図６において、まず、自動運転の開始により、ステップＳ１では、循環ブロワのインバータ制御及び／又は風量調節弁の開度調節による自動風量調整運転を行う。次いで、ステップＳ２に進行し、ここで、硝化槽ＤＯ値が適正でなければＳ１にもどり、循環ブロワの回転数をインバータで増減したり、風量調節弁の開度調整によって風量が増減して硝化槽ＤＯ値を適正にする。硝化槽ＤＯ値が適正であれば、ステップＳ３に進行し、ここで酸素ガス流入弁の自動開度調整運転を行う。次いで、ステップＳ４に進行し、ここで、気相部ガスＯ２濃度が適正でなければＳ３にもどり、酸素ガス流入弁の開閉操作もしくは開度調整により気相部ガスＯ２濃度を適正にする。そして、気相部ガスＯ２濃度が適正であればＳ１に戻る。このように、ステップＳ１〜Ｓ４を繰り返すことで、硝化槽混合液のＤＯと気相部ガスのＯ２濃度が安定維持することが可能となる。
【００４５】
さらに、ステップＳ２の判定の基となる適正ＤＯ値は、図７に示すようなＤＯと硝化速度の関係に基づき、アンモニア性窒素あるいは有機性窒素負荷、もしくは、液相のアンモニア性窒素濃度の時間経過に伴う変動パターンに対応した硝化速度が得られるようなＤＯになるように、予めＤＯのプログラムを設定しておいたり、アンモニア性窒素あるいは有機性窒素負荷、もしくは、液相のアンモニア性窒素濃度を測定する検出結果に基づいて、対応した硝化速度が得られるＤＯになるように硝化槽混合液の溶存酸素濃度の上下限設定値を変更する機能を有した制御装置を用いて自動制御することで、さらに動力コストを下げ、硝化性能をより安定化することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明し、実験で得られた結果を表２に示す。
実施例１
図２に示したフローに基づく循環散気方式の実験装置（処理量１６５ｍ３／日、硝化槽容量１０ｍ３、ＨＲＴ  １．５ｈｒ、脱窒槽容量５ｍ３、返送汚泥量８２．５ｍ３／日）に硝化担体を投入して、表１に示すアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）濃度１６〜２５ｍｇ／Ｌ、有機性窒素（Ｏｒｇ−Ｎ）濃度３〜１１ｍｇ／Ｌの下水一次処理水（以下、原水）を対象に、処理実験を行った。
実験装置の仕様は次のとおりである。
酸素ガス発生装置      ：ＰＳＡ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式の装置
ＤＯ計                ：蛍光式溶存酸素計
酸素濃度計            ：ジルコニア式酸素濃度
ブロワ                ：ルーツブロワ
散気装置              ：多孔管
担体                  ：球状ＰＥＧ担体
担体の充填率          ：２０％（硝化槽容積あたりの見かけ体積）
【００４７】
また、実験条件は次のとおりである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                  ：７２〜１５１Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                          ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定排ガスＯ２濃度                ：成り行き
設定制御酸素濃度      硝化槽２−１：７３％
散気量                            ：３０〜５５ｍ３／ｈ
【００４８】
徐々に担体に付着した硝化菌が馴養されて、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は徐々に低下し、処理開始２０日目には、０．２〜０．５ｍｇ／Ｌであった。これは、脱窒反応によるアルカリ度の上昇により硝化槽のアルカリ度を常に３０ｍｇ／Ｌ以上に維持することができたためである。また、硝化槽２−１の酸素濃度を７３％に設定し制御した結果、６９％という酸素利用効率を示した。しかし、散気風量は３０〜５５ｍ３／ｈと低くなり、排ガスの酸素濃度で酸素供給量を制御する比較例１の動力コストを１とすると、本実施例の動力コストは０．４と、システム全体として動力コストを下げることができた。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
実施例２
図３に示したフローに基づく処理実験を行った。硝化槽を２−１〜２−５の５槽として、硝化槽２−１と２−４に気相部酸素濃度の制御手段を設けた。各硝化槽には、液相部の溶存酸素濃度を制御する制御手段を各々設けた。実験装置の仕様は実施例１と同じであり、実施例１の表１に示す原水を対象に処理実験を行った。また、実験条件は次の通りである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                  ：８０〜１７０Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                          ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定制御酸素濃度      硝化槽２−１：７３％
設定制御酸素濃度      硝化槽２−４：６５％
散気量                            ：２８〜５０ｍ３／ｈ
【００５１】
担体に付着した硝化菌が馴養されて、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は徐々に低下し、処理開始２０日目には、０．２〜０．４ｍｇ／Ｌであり、良好な硝化性能であった。硝化槽を細分化することにより、汚濁負荷が高い槽の酸素濃度をより高く保つことができ、かつ酸素濃度が低下する後段の槽でも酸素ガスを注入することにより、散気風量の削減に成功した。酸素利用効率は６８％であったが、散気風量が削減され、比較例１の動力コストを１とすると、本実施例の動力コストは０．３７とシステム全体としてのコストを下げることができた。
【００５２】
実施例３
図４の部分構成図に示したフローに基づく処理実験を行った。硝化槽２−１から２−２への気相連通部に、硝化槽２−２の気相部の酸素濃度による通気量調整手段を設けたこと以外は、実施例１と同じ条件で処理実験を行った。
実験装置の仕様は実施例１と同じである。また、実験条件は次のとおりである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                ：７５〜１６０Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                          ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定制御酸素濃度      硝化槽２−１：７３％
設定排ガスＯ２濃度                ：６２％（硝化槽２−２気相部）
散気量                            ：２５〜５０ｍ３／ｈ
【００５３】
本実施例では、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は０．２〜０．５ｍｇ／Ｌとなった。また、酸素利用効率は６７％になった。硝化槽２−２の酸素濃度で硝化槽２−１からの気相移動量を制御することにより、硝化槽２−２の酸素濃度を高くでき、散気風量を削減できた。動力コストは、比較例１を１とすると、０．３５であった。
【００５４】
実施例４
図５の部分構成図に示したフローに基づく処理実験を行った。実施例２と同じく硝化槽を２−１〜２−５の５槽として、硝化槽２−１と２−４に気相部酸素濃度の制御手段を設けた。実験装置の仕様は実施例１と同じであり、硝化槽２−１と２−２、２−２と２−３、２−４と２−５の間の気相連通部に実施例３と同様な通気調整手段を設けた。
また、実験条件は次のとおりである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                  ：８５〜１７５Ｌ／ｍｉｎ
設定制御酸素濃度      硝化槽２−１：７３％
設定制御酸素濃度      硝化槽２−４：６５％
設定排ガスＯ２濃度                ：６３％（硝化槽２−５気相部）
散気量                            ：２２〜４５ｍ３／ｈ
【００５５】
本実施例では、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は０．２〜０．４ｍｇ／Ｌとなり、酸素利用効率は６６％であった。各槽の酸素濃度で気体の移動量を制御することにより、より気相部酸素濃度を高く保ち、散気風量を少なくできた。動力コストは比較例１を１とすると、０．３２とシステム全体の動力コストを大幅に削減することができた。
【００５６】
実施例５
図２に示したフローに基づく処理実験を行った。実験装置の仕様・対象原水は実施例１と同様であり、第１硝化槽気相部の酸素濃度の設定値を対象原水の汚濁物質の負荷変動に応じて変えた。
実験条件は次の通りである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度    ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                    ：８２〜１６９Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                            ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定制御酸素濃度                    ：７３％（通常時）
７６％（高負荷時）
散気量                              ：２４〜４８ｍ３／ｈ
本実施例では、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は０．２〜０．４ｍｇ／Ｌとなり、酸素利用効率は６７％であった。高負荷時間帯に気相部酸素濃度を上げるので、実施例１よりも酸素ガス供給量は増加し、排ガス酸素濃度も上昇して、酸素利用効率は下がった。しかし、散気風量を削減することができたので、全体の動力コストを下げることができた。
【００５７】
比較例１
図８に示したフローに基づく循環散気方式で行い、硝化槽２−１に供給される高濃度酸素ガスは、硝化槽２−２の排ガスの測定結果により行った以外は、実施例１と同じ条件で処理実験を行った。
実験装置の仕様は実施例１と同じであり、実験条件は次のとおりである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                  ：２５〜５０Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                          ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定排ガスＯ２濃度                ：４６％
散気量                            ：５６〜７７ｍ３／ｈ
徐々に担体に付着した硝化菌が馴養されて、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は徐々に低下し、処理開始２０日目には、０．２〜０．４ｍｇ／Ｌであった。これは、脱窒反応によるアルカリ度の上昇により硝化槽のアルカリ度を常に３０ｍｇ／Ｌ以上に維持することができたためである。本比較例においては、排ガス酸素濃度の測定結果を用いて酸素供給量を制御したために、排ガス酸素濃度が安定し、８５％という高い酸素利用効率を達成することができた。しかし、硝化槽２−１の気相部酸素濃度は制御しなかったため、硝化槽２−１の気相部酸素濃度は５０〜６５％と安定せず、低い酸素濃度の気相部ガスでブロワを運転する時間が増えたことから、硝化槽２−１の散気ブロワの動力コストが増大した。その結果、動力コストは１であった。
【００５８】
比較例２
排ガス酸素濃度を７８％と高く設定したこと以外は、比較例１と同じ条件で処理実験を行った。
実験条件は次のとおりである。
供給した高濃度酸素ガスのＯ２濃度  ：８０〜９０％
高濃度ガス供給量                  ：９７〜２１２Ｌ／ｍｉｎ
設定ＤＯ                          ：７．５ｍｇ／Ｌ
設定排ガスＯ２濃度                  ：７８％
散気量                            ：１１〜３３ｍ３／ｈ
【００５９】
本比較例では、硝化槽混合液のＤＯは、７．４〜７．７ｍｇ／Ｌと適正に維持できたため、処理水のＮＨ４−Ｎは０．２〜０．４ｍｇ／Ｌであり処理性能も良好であった。また、硝化槽２−１の気相部酸素濃度を高く保つために、排ガス酸素濃度を７８％と高く設定した結果、硝化槽２−１の気相部酸素濃度は、８０〜８５％に保つことができ、適正なＤＯ値に維持するための風量は少なくて済んだ。そのため、動力コストは比較例１の６割程度になった。しかし、排ガスの酸素濃度を著しく高く設定したことから、酸素利用効率は２３％ときわめて低い値となった。その結果、酸素ガス製造コストが過大に増大し、ブロワ動力コストは低減することができたものの、システム全体の動力コストは、実施例１よりも高くなってしまった。
これらの結果をまとめて表２に示す。
【００６０】
【表２】
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【符号の説明】
【００６１】
１：排水、２−１〜２−５：硝化槽、３：沈殿池、４：処理水、５：硝化担体、６：返送汚泥、７：余剰汚泥、８：散気管、９：ブロワ、１０：高濃度酸素ガス、１１：排ガス、１２：硝化槽気相部ガス、１３：溶存酸素濃度計、１４：酸素濃度計、１５：ガス循環ライン、１６：制御装置、１７：流量調節弁、１８：制御装置、１９：攪拌機、２０：脱窒槽、２１：撹拌機、２４：スクリーン、２５：気相連通部、２６：通気調節手段、２７：制御装置
【図６】
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【図８】
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【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７】
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