(57)【要約】【課題】好気／嫌気条件の不備、水温変化、阻害物質混入などの外乱によって硝化菌や脱窒菌の活性が低下した場合でも、硝化・脱窒反応処理が破綻する前に活性汚泥槽の処理負荷を軽減でき迅速に正常状態に戻すことができるようにすること。【解決手段】活性汚泥槽１２０内のｐＨ値を計測するｐＨ計１１と、ｐＨ計１１の計測結果を用いてメタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を調節する流入廃液量調節装置１２とを備える。好気／嫌気１サイクル開始時のｐＨ値とサイクル終了時のｐＨ値との差分の絶対値を計算し、これにより得られた差分の絶対値が予め定めた閾値ｐＨｓ以上となった場合に、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を減少させて活性汚泥槽１２０へのメタン発酵廃液の流入量を低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理方法において、
前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測し、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点又は現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点でのｐＨ値との差分に基づいて前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することを特徴とする廃液処理方法。
【請求項２】
活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理方法において、
前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測し、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクルでのｐＨ平均値と現サイクル以前の処理サイクルでのｐＨ平均値との差分に基づいて前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することを特徴とする廃液処理方法。
【請求項３】
活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理装置において、
前記活性汚泥槽へ発酵廃液を流入させる廃液流入手段と、
前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測する計測手段と、
前記計測手段からｐＨ値を取り込み、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点又は現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点でのｐＨ値との差分を計算し、算出された差分の絶対値に基づいて前記廃液流入手段を制御して前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする廃液処理装置。
【請求項４】
活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理装置において、
前記活性汚泥槽へ発酵廃液を流入させる廃液流入手段と、
前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測する計測手段と、
前記計測手段からｐＨ値を取り込み、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクルでのｐＨ平均値と現サイクル以前の処理サイクルでのｐＨ平均値との差分を算出し、算出された差分の絶対値に基づいて前記廃液流入手段を制御して前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節する制御手段と、
を具備することを特徴とする廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素含有汚水等の発酵廃液を生物化学的に処理するための醗酵廃液処理方法及び発酵廃液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生ごみや下水の余剰汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵し、メタンガスとしてエネルギーを回収する方法が省資源、循環型社会形成の一環として採用されている。
【０００３】
メタン発酵では有機物をメタンと炭酸ガスに分解するが、１００％分解されるわけではなく、発酵廃液中には高濃度の有機成分が残っている。また、発酵廃液中には、発酵残渣もしくはメタン発酵槽で増殖した菌体としての汚泥があり、この汚泥中には高濃度の窒素成分が含まれる。また、有機物の分解生成物であるアンモニアも高濃度に含まれる。従って、そのまま下水道や河川に放流することができず、有機物と窒素成分を分解除去する処理が必要である。
【０００４】
図５は、従来のメタン発酵処理システムの要部構成を示す模式図である。このメタン発酵処理システムは、有機性廃棄物１００を投入してメタン発酵させるメタン発酵槽１１０と、メタン発酵槽１１０から排出される発酵廃液１０１を活性汚泥を用いて浄化処理する活性汚泥槽１２０と、活性汚泥を固液分離して処理水を得る最終沈殿池１３０とから構成される。メタン発酵槽１１０で発生したメタンガス１０２はエネルギー資源として使用される。
【０００５】
発酵廃液１０１には、有機物に加えてアンモニアを主体とする窒素分が含まれている。活性汚泥槽１２０では、間欠曝気処理を行うことで好気工程と嫌気工程とを時間的に区分して交互にくり返し、発酵廃液１０１中の有機物と窒素とを除去している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１０４８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、活性汚泥槽１２０内では、硝化菌や脱窒菌の働きにより、廃液中の窒素除去を行っているが、好気条件又は嫌気条件の不備、水温変化、阻害物質混入などの外乱によって、硝化菌又は脱窒菌の活性が低下する可能性がある。硝化菌又は脱窒菌の活性が低下した場合、流入する窒素を処理しきれずに活性汚泥槽１２０内の窒素濃度が増加し、間欠曝気による硝化・脱窒反応処理が破綻をきたす可能性がある。
【０００７】
このような活性低下の問題が生じた場合、活性汚泥槽１２０への廃液流入量を減少させる対策が必要となるが、水質分析などにより活性汚泥槽内の窒素除去能力をリアルタイムで把握することは難しく、対策が後手に回ってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、活性汚泥槽内の窒素除去能力をリアルタイムで監視することなく、何らかの要因で硝化菌又は脱窒菌の活性が低下した場合には硝化・脱窒反応処理が破綻する前に活性汚泥槽の処理負荷を軽減でき正常状態に戻すことのできる廃液処理方法及び廃液処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の廃液処理方法は、活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理方法において、前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測し、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点又は現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点でのｐＨ値との差分に基づいて前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することを特徴とする。
【００１０】
また本発明の廃液処理装置は、活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理装置において、前記活性汚泥槽へ発酵廃液を流入させる廃液流入手段と、前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測する計測手段と、前記計測手段からｐＨ値を取り込み、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点又は現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点でのｐＨ値との差分を計算し、算出された差分の絶対値に基づいて前記廃液流入手段を制御して前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
これらの発明によれば、現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点又は現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点でのｐＨ値との差分に基づいて活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することにより、何らかの要因で硝化菌又は脱窒菌の活性が低下しても、１サイクル単位で活性汚泥槽の処理負荷を軽減させることができ、迅速に正常状態に戻すことができる。
【００１２】
また本発明の廃液処理方法は、活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理方法において、前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測し、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクルでのｐＨ平均値と現サイクル以前の処理サイクルでのｐＨ平均値との差分に基づいて前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の廃液処理装置は、活性汚泥槽において空気曝気と曝気停止とを繰り返す間欠曝気により該活性汚泥槽に流入する発酵廃液を処理する廃液処理装置において、前記活性汚泥槽へ発酵廃液を流入させる廃液流入手段と、前記活性汚泥槽内のｐＨ値を計測する計測手段と、前記計測手段からｐＨ値を取り込み、前記間欠曝気の処理サイクルにおける現サイクルでのｐＨ平均値と現サイクル以前の処理サイクルでのｐＨ平均値との差分を算出し、算出された差分の絶対値に基づいて前記廃液流入手段を制御して前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
これらの発明により、現サイクルでのｐＨ平均値と現サイクル以前の処理サイクルでのｐＨ平均値との差分に基づいて前記活性汚泥槽への発酵廃液の流入量を調節することにより、何らかの要因で硝化菌又は脱窒菌の活性が低下しても、１サイクル単位で活性汚泥槽の処理負荷を軽減させることができ、迅速に正常状態に戻すことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、活性汚泥槽内の窒素除去能力をリアルタイムで監視することなく、好気／嫌気条件の不備、水温変化、阻害物質混入などの外乱によって、硝化菌又は脱窒菌の活性が低下した場合であっても、硝化・脱窒反応処理が破綻する前に活性汚泥槽の処理負荷を軽減でき迅速に正常状態に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るメタン発酵処理システムの要部構成を示す模式図である。なお、前述した図５のメタン発酵処理システムと同様の構成要素には同一符号を付して説明の重複を避ける。
【００１７】
本実施の形態のメタン発酵処理システムは、メタン発酵槽１１０から発酵廃液１０１を引き抜いて活性汚泥槽１２０へ導入するための廃液流入手段としてのメタン発酵廃液供給ポンプ１０と、活性汚泥槽１２０内のｐＨ値を計測する計測手段としてのｐＨ計１１と、ｐＨ計１１の計測結果を用いてメタン発酵廃液供給ポンプ１０を制御して廃液流入量を調節する制御手段としての流入廃液量調節装置１２とを備えている。これらメタン発酵廃液供給ポンプ１０、ｐＨ計１１、流入廃液量調節装置１２からメタン発酵処理システムにおける廃液処理装置を構成している。
【００１８】
メタン発酵廃液供給ポンプ１０は、メタン発酵槽１１０から排出された発酵廃液１０１を活性汚泥槽１２０へ導く配管に設けられ、流入廃液量調節装置１２からの指令信号によって流入量を制御可能に構成されている。流入廃液量調節装置１２は、ＣＰＵ、制御プログラムを記憶したＲＯＭ等の不揮発性メモリ、ＣＰＵの動作において使用されるＲＡＭ等の揮発性メモリ、ｐＨ計１１から測定値を取り込むと共にメタン発酵廃液供給ポンプ１０に指令信号を送出するインタフェース等から構成される。流入廃液量調節装置１２では、ｐＨ計１１から取り込まれる計測値を用いて流入廃液量の適否を判断し、判断結果に応じてメタン発酵廃液供給ポンプ１０に指令信号を与える。
【００１９】
活性汚泥槽１２０では空気曝気（好気工程）と曝気停止（嫌気工程）を繰り返す間欠曝気運転が行われる。好気工程において硝化反応の進行に伴ってアンモニアが消費されるためｐＨ値が低下する。嫌気工程では脱窒反応の進行に伴って硝酸が消費されアルカリ度が供給されるためｐＨ値が上昇する。通常、活性汚泥槽１２０内で硝化・脱窒反応が問題なく進行していれば、上述のアルカリ度増減及びメタン発酵廃液からのアルカリ度供給により、活性汚泥槽１２０内のアルカリ度がバランスし、各サイクル開始時点のｐＨ値は一定に保たれる。
【００２０】
ところで、例えば１サイクル中に脱窒反応が終了していない場合は、脱窒に伴うアルカリ度の供給が不十分となり、１サイクル終了時点のｐＨ値が１サイクル開始時点のｐＨ値より低下してしまう。この状態が継続するとｐＨ値が徐々に低下して行き、それに伴って硝化菌、脱窒菌の活性も低下してしまうので、さらに窒素除去が悪化する。
【００２１】
図２は発明者らが行った廃液処理実験において、窒素除去が悪化した場合の活性汚泥槽１２０内のｐＨ値変化の推移を示すグラフである。各処理サイクルにおいて、脱窒が終了していない状態が継続しており、このために好気開始時点のｐＨ値が徐々に低下している。それに伴って硝化菌、脱窒菌の活性も低下して行き、活性汚泥槽１２０内にアンモニア、亜硝酸、硝酸が蓄積したことが判明した。
【００２２】
本実施の形態では、上述のような窒素除去悪化を防止するため、活性汚泥槽１２０内のｐＨ値を計測し、現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル以前の処理サイクルにおけるサイクル開始時点のｐＨ値との差分を計算し、その差分値に基づいて活性汚泥槽１２０に流入する発酵廃液１０１の流入量を調節するものとした。
【００２３】
そのため、流入廃液量調節装置１３は、ｐＨ計１１から測定値（ｐＨ値）を取り込み、間欠曝気処理のサイクル毎に現サイクル終了時点のｐＨ値と現サイクル開始時点のｐＨ値との差に基づいて発酵廃液１０１の活性汚泥槽１２０への流入量を制御する。すなわち、好気工程開始から嫌気工程の終了（又は嫌気工程の開始から好気工程の終了）を１サイクルとして、１サイクル開始時のｐＨ値とサイクル終了時（次のサイクル開始時と同じ）のｐＨ値との差分の絶対値を計算し、これにより得られた差分の絶対値を予め定めた閾値ｐＨｓと比較する。そして、差分の絶対値が閾値ｐＨｓ以上となった場合、硝化・脱膣反応のバランスが崩れて窒素オーバーとなる危険があると判断し、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を減少させて活性汚泥槽１２０へのメタン発酵廃液の流入量を低下させる。流入量低下の割合は現状の流入量に対して例えば１〜０．５倍の範囲とする。例えば、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を減少させる場合、現行のメタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量に０．８を乗じた流量で次回以降のサイクルの流量制御を行う。
【００２４】
活性汚泥槽１２０に流入する発酵廃液１０１の流入量を低下させることにより、１サイクル開始時のｐＨ値とサイクル終了時のｐＨ値との差分の絶対値が小さくなる。ｐＨ値の差分が殆ど認められなくなった時点で、活性汚泥槽１２０内の硝化・脱窒速度を既知の手法で測定し、発酵廃液１０１の供給量を徐々に増加させて定常運転時の廃液供給量に戻す。閾値は０から１サイクルのｐＨ値の変化幅（図２では０．２５）の範囲で設定することが好ましい。また、サイクル終了時と比較するｐＨ値は上述のような現サイクルでなく、それ以前のサイクル（例えば、前サイクル、前々サイクルなど）の好気開始時のｐＨ値でも良い。
【００２５】
図３は、流入廃液量調節装置１３の動作を示すフローチャートである。
流入廃液量調節装置１３は、サイクル毎に１サイクル開始時にｐＨ計１１からその時点での測定値ｐＨａを取り込んで保存する。あるサイクルにおける１サイクル終了時点のｐＨ値は、次のサイクルの判断時には現サイクル開始時点のｐＨ値として扱われる。
【００２６】
流入廃液量調節装置１３は、現サイクル終了時のｐＨ計１１の計測結果ｐＨｂと現サイクル開始時点のｐＨ計１１の計測値ｐＨａとを取得し（ステップＳ１０）、その差分を演算して絶対値を求める（ステップＳ１１）。上記したように、現サイクル開始時点のｐＨ値（ｐＨａ）に代えて前サイクル又は前々サイクル開始時のｐＨ値と比較するようにしても良い。
【００２７】
次いで、差分の絶対値｜ｐＨａ−ｐＨｂ｜が閾値ｐＨｓを超えるかどうか判定する（ステップＳ１２）。差分の絶対値｜ｐＨａ−ｐＨｂ｜が閾値ｐＨｓを超える場合は、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を減少させる（ステップＳ１３）。例えば、現行のメタン発酵廃液供給ポンプの流量に０．８を乗じた流量にし、この流量で次回サイクルでの廃液供給を行う。差分の絶対値｜ｐＨａ−ｐＨｂ｜が閾値ｐＨｓ以下の場合は、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を変更させることなく現状を維持する。
【００２８】
このように、本実施の形態のメタン発酵処理システムによれば、現サイクル終了時のｐＨ値と現サイクル開始時のｐＨ値（又は前サイクル、前々サイクル開始時のｐＨ値）との差分の絶対値を計算し、これにより得られた差分の絶対値が予め定めた閾値ｐＨｓ以上となった場合にメタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を減少させて活性汚泥槽１２０への発酵廃液１０１の流入量を低下させるので、好気嫌気条件の不備、水温変化、阻害物質混入などの外乱によって、硝化菌や脱窒菌の活性が低下した場合でも、窒素除去の破綻を未然に防止することができる。
【００２９】
また、本実施の形態のメタン発酵処理システムによれば、少なくとも１サイクル終了時（開始時）にｐＨ値を取り込んで計算するだけなので、常にｐＨ計１１から測定値を取り込んでリアルタイムで水質分析して廃液流入量を制御する構成に比べて、流入廃液量調節装置１２の負荷を大幅に軽減することができる。
【００３０】
上記実施の形態では、現サイクル終了時のｐＨ値と現サイクル開始時のｐＨ値（又は前サイクル、前々サイクル開始時のｐＨ値）との差分の絶対値を計算しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、現サイクルにおけるｐＨ平均値と前サイクルにおけるｐＨ平均値との差分を用いて廃液流入量を制御する構成としても良い。
【００３１】
図４は、各サイクルでのｐＨ平均値を用いて廃液流入量を制御する流入廃液量調節装置の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
１サイクル内で所定時間毎にｐＨ値を取得する（ステップＳ２０）。現サイクル終了時点で、現サイクルにおいて取得した複数のｐＨ値から現サイクルにおけるｐＨ値の平均値を算出する（ステップＳ２１）。現サイクルのｐＨ平均値ｐＨａａと前サイクルのｐＨ平均値ｐＨａｂとの差分を演算して絶対値を求める（ステップＳ２２）。
【００３３】
次いで、差分の絶対値｜ｐＨａａ−ｐＨａｂ｜が閾値ｐＨａｓを超えるかどうか判定する（ステップＳ２３）。差分の絶対値｜ｐＨａａ−ｐＨａｂ｜が閾値ｐＨａｓを超える場合は、メタン発酵廃液供給ポンプ１０（図１参照）の流量を減少させる（ステップＳ２４）。差分の絶対値｜ｐＨａａ−ｐＨａｂ｜が閾値ｐＨａｓ以下の場合は、メタン発酵廃液供給ポンプ１０の流量を変更させることなく現状を維持する。
【００３４】
このように、サイクル単位でのｐＨ値の平均値を用いて、現サイクルのｐＨ値の平均値ｐＨａａとそれ以前のサイクルのｐＨ値の平均値ｐＨａｂとの差分の絶対値が閾値ｐＨａｓを越える場合に廃液流量を減少させるように構成しても、上記同様に窒素除去の破綻を未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、発酵廃液を活性汚泥により処理するメタン発酵処理システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るメタン発酵廃液処理システムの要部構成を示す模式図
【図２】窒素除去が悪化したときの活性汚泥槽内のｐＨ値変化の推移を示す図
【図３】上記一実施の形態における流入廃液量調節装置の動作を示すフロー図
【図４】上記一実施の形態において流入廃液量調節装置の変形例の動作を示すフロー図
【図５】従来のメタン発酵廃液処理システムの要部構成を示す模式図
【符号の説明】
【００３７】
１０…メタン発酵廃液供給ポンプ、１１…ｐＨ計、１２…流入廃液量調節装置、１００…有機性廃棄物、１０１…発酵廃液、１０２…メタンガス、１１０…メタン発酵槽、１２０…活性汚泥槽、１３０…最終沈殿池
【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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