(57)【要約】【課題】流入負荷に対応して好気状態での硝化反応と、嫌気状態での脱窒反応とを促進させて、汚水の硝化脱窒処理を効率的に行えるよう、好適な運転制御をできるようにした曝気攪拌機の運転制御方法を提供すること。【解決手段】縦軸のシャフト２の先端に常時水中に浸漬するように攪拌スクリュー３を設け、その上部の水上に遠心羽根４と、該遠心羽根４の外側に水中から遠心羽根４の上部まで覆うドラフトチューブ５と、シャフト２の最上部に水流ガイド板６とを設けて、シャフト２の回転方向を切り替えることにより、好気運転と嫌気運転を行えるようにした曝気攪拌機の運転制御方法において、曝気攪拌機に回転数制御手段を設け、好気運転時と、嫌気運転時の回転数を個々に設定できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸のシャフトの先端に常時水中に浸漬するように攪拌スクリューを設け、その上部の水上に遠心羽根と、該遠心羽根の外側に水中から遠心羽根の上部まで覆うドラフトチューブと、シャフトの最上部に水流ガイド板とを設けて、シャフトの回転方向を切り替えることにより、好気運転と嫌気運転を行えるようにした曝気攪拌機の運転制御方法において、曝気攪拌機に回転数制御手段を設け、好気運転時と、嫌気運転時の回転数を個々に設定できるようにしたことを特徴とする曝気攪拌機の運転制御方法。
【請求項２】
好気運転時の曝気攪拌機の回転数を、回転数制御手段を用いて数段階に切り替えられるようにしたことを特徴とする請求項１記載の曝気攪拌機の運転制御方法。
【請求項３】
回転数制御手段として、インバータ又は変速機を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の曝気攪拌機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曝気攪拌機の運転制御方法、特に、下水等の有機性汚水を活性汚泥により生物処理する際、単一の曝気槽内で、流入負荷に対応して好気状態での硝化反応を促進させ、また嫌気状態での脱窒反応を促進させて、汚水の硝化脱窒処理を効率的に行うことができるようにした曝気攪拌機の運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単一の曝気槽で硝化脱窒を行う方法として、曝気攪拌機による間欠曝気が用いられている。この間欠曝気の手段としては、一般に水中型の曝気攪拌機が設けられ、攪拌羽根を回転した状態で、ブロアからの曝気用空気の弁を開放すれば攪拌羽根の回転により空気が微細気泡となって水中に溶解し、空気弁を閉じれば攪拌のみ行うことができるよう構成されている。すなわち、空気弁の開閉やブロアの運転停止を繰返し行うことによって、好気状態と嫌気状態を交互に、あるいは選択的に切り替え、間欠曝気による硝化脱窒を行うことができるようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の水中型の曝気攪拌機による運転制御方法では、曝気槽の攪拌に際して、槽内の活性汚泥が沈殿しない最小限の攪拌力を与えれば良いが、槽内の攪拌状態は、曝気槽の形状や容量と、曝気攪拌機の動力との関係により異なるため、これらを考慮して嫌気運転時に必要な回転数を決める必要があるが、この回転数の決定が難しくてなかなか適正な回転数を定めにくく、また、曝気運転時に水中に溶解する酸素量も、モータの回転数によって異なり、回転数が大きいほど溶解する酸素量も増加するため、回転数と酸素溶解速度との関係を予め把握しておく必要があるが、流入汚水量が少ない期間や、曝気槽の汚泥濃度が低い場合には、酸素の消費量が少ないので短時間曝気を行うだけでも、多量の酸素が溶解して溶存酸素となり、好気運転から嫌気運転に切り替わっても、溶存酸素がなかなか消失せず、嫌気状態にならないために脱窒が阻害され、汚水を効率的に、かつ適正に硝化脱窒を行うことができないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の曝気攪拌機の運転制御における問題点に鑑み、流入負荷に対応して好気状態での硝化反応と、嫌気状態での脱窒反応とを促進させて、汚水の硝化脱窒処理を効率的に行えるよう、好適な運転制御をできるようにした曝気攪拌機の運転制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の曝気攪拌機の運転制御方法は、縦軸のシャフトの先端に常時水中に浸漬するように攪拌スクリューを設け、その上部の水上に遠心羽根と、該遠心羽根の外側に水中から遠心羽根の上部まで覆うドラフトチューブと、シャフトの最上部に水流ガイド板とを設けて、シャフトの回転方向を切り替えることにより、好気運転と嫌気運転を行えるようにした曝気攪拌機の運転制御方法において、曝気攪拌機に回転数制御手段を設け、好気運転時と、嫌気運転時の回転数を個々に設定できるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の曝気攪拌機の運転制御方法は、好気運転と嫌気運転を行えるようにした曝気攪拌機に、回転数制御手段を設け、好気運転時と、嫌気運転時の回転数を個々に設定できるようにしているから、好気運転時は回転数を流入負荷に対応して段階的に簡易に切り替えることができるため、負荷の変動があっても、好気状態で進行する硝化反応と、嫌気状態で進行する脱窒反応の両者をバランス良く働かせることができ、汚水中の窒素成分を硝化脱窒により汚水中から安定的に除去することができる。
【０００７】
また、好気運転時の回転数を、回転数制御手段を用いて数段階に切り替えることができるようにする。
【０００８】
これにより、好気運転時の回転数を数段階に切り替えられるので、流入する汚水量の増減によって負荷が変動してもその変動負荷に対応した適切な酸素供給を常に行えるから、硝化反応を促進させ、また嫌気運転に切り替わったときにおいても速やかに嫌気状態となり、脱窒反応を促進させることができ、汚水の硝化脱窒処理効率を向上させることができる。
【０００９】
また、この場合、回転数制御手段として、インバータ又は変速機を用いることができる。
【００１０】
これにより、曝気攪拌機の回転数をインバータ又は変速機により簡易に切り替えることができるので、変動負荷に対応した好気運転若しくは嫌気運転を迅速に切り替えて汚水を効率的に、簡易に処理することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の曝気攪拌機の運転制御方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１、図２は、完全混合型の曝気槽１１の中央部に１台の曝気攪拌機Ｐを設置した状態の断面図で、図１は嫌気運転を行っている実施例を、また図２は好気運転を行っている実施例を示し、この嫌気運転と好気運転との切替は、モータの回転方向を切り替えることにより行うものである。
なお、立方形状に近い完全混合型の曝気槽１１の中央部に縦型の曝気攪拌機Ｐを１台設置するのが一般的であるが、曝気攪拌機Ｐを設置した曝気槽１１の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、曝気槽１１の形状によって、曝気攪拌機を２台、あるいはそれ以上設置（図示省略）することができ、さらには、立方形状の曝気槽中央に１台設置し、この曝気槽１１の複数を直列に連結する実施例（図示省略）にも適用することができる。
【００１３】
汚水を生物処理するために用いる曝気攪拌機Ｐとしては、特に限定されるものではないが、例えば、図１、２に示すように、正逆と逆転が可能な駆動用のモータ１に、直接あるいは変速機（図示省略）などを介して間接的にシャフト２を接合してモータ１の回転力をシャフト２に伝達するようにし、このシャフト２の先端あるいは先端部分の水中部に攪拌スクリュー３を、シャフト２の水上部に遠心羽根４を、互いに上下位置で対向するようにして設け、モータ１の回転によりシャフト２を介して攪拌スクリュー３と遠心羽根４とが共に回転するように構成する。
なお、この縦型の曝気攪拌機Ｐは、モータ１を正回転の一方向回転とし、変速機（図示省略）を介して攪拌スクリュー３を逆回転できるようにする構成することもでき、また、この攪拌スクリュー３、遠心羽根４の形状は、図示のものでは異形状としたが、特にこれに限定されるものではない。
また、攪拌スクリュー３は常に汚水中に浸る位置に、遠心羽根４は水面上方位置になるように配設する。
【００１４】
また、この遠心羽根４の外周と、少なくとも該遠心羽根４を取り付けたシャフト２の外周部分とを覆うようにしてドラフトチューブ５を設けるが、このドラフトチューブ５の下端は常に汚水中に没するようにして固定し、またドラフトチューブ５の上端は大気中に開口し、かつドラフトチューブ５の上方位置に、特に限定されるものではないが、例えば、モータ取付台の下部に水流ガイド板６を設け、ドラフトチューブ５内部に吸い上げられた曝気槽内の汚水９（混合液）が、ドラフトチューブ５の上端と水流ガイド板６との隙間から放射方向に噴出されるよう構成される。
なお、モータ１及び攪拌スクリュー３の回転方向に関係なく、常に攪拌スクリュー３はこのドラフトチューブ５の下端より突出して、汚水９を攪拌できるようにするが、この場合、曝気攪拌機Ｐは、図１に示すように、攪拌スクリュー３と遠心羽根４の間に曝気槽の水面位置がくるように設置する。
【００１５】
また、図示省略したが、モータ１を運転する制御盤には、回転数制御手段として、インバータが接続されており、この回転数制御手段としては、インバータ以外にも、無段変速機など機械的にシャフトの回転数を変速する装置を用いることも可能である。
【００１６】
図１に示すように、嫌気攪拌をする場合には、モータ１を正転させて攪拌スクリュー３を回転させると、汚水中に攪拌スクリュー３から下向きの攪拌流が発生し、汚水中に酸素（空気）を供給にすることなく、曝気槽内の汚水９のみを攪拌し、これにより曝気槽内の汚水を嫌気攪拌することができる。この嫌気攪拌は、予め設定した時間の経過により運転を停止し、終了するものとする。
【００１７】
また、好気運転を行う場合には、嫌気攪拌運転を停止し、モータ１の回転を変えて逆回転するように駆動すると、図２に示すように、好気運転が行える。
この場合、攪拌スクリュー３も逆回転し攪拌スクリュー付近の汚水に上向きの流れが発生し、この上向流によりドラフトチューブ５内の水面が上昇し、ドラフトチューブ５内で遠心羽根４が上向流の水中に没するようになる。
さらに攪拌スクリュー３が逆回転することにより、ドラフトチューブ５内の上向流はドラフトチューブ内を上昇し、ドラフトチューブ上端と水流ガイド板６との隙間より飛び出すようになるが、この場合、ドラフトチューブ５内の遠心羽根４の回転による攪拌効果によりこの上向流汚水は、ドラフトチューブ５の上端開口部より水流ガイド板６に導かれて水泡となってドラフトチューブ５の外周水面上方へ飛散する。この時、空気中の酸素が水泡及び汚水水面に溶解するようになって吸収され、曝気槽内に酸素を供給できる。
なお、本発明に使用する曝気攪拌機Ｐは、このように、モータ１の正転と逆転の切り替え、及び停止とを組み合せることにより汚水を効率的に処理することができるようにする。
【００１８】
次に、本発明の運転制御方法を、図２に示すタイムチャートで説明する。なお、このタイムチャートは、モータ及びシャフトの回転数の時間変動を図示したものである。
いま、前記曝気攪拌機Ｐを、回転数Ｎａ、時間Ｔａだけ嫌気攪拌を行った後、好気運転に切り替えるため、一旦運転を停止してシャフトの回転を短時間止めた後、モータの回転方向を逆にして好気運転を開始する。
【００１９】
好気運転では、回転数Ｎ１、時間Ｔ１運転した後、回転数Ｎ２、時間Ｔ２で、あるいは回転数Ｎ３、時間Ｔ３で、それぞれ運転するよう設定されている。
この時の回転数や運転時間は、曝気槽１１の汚泥濃度や負荷の大きさを考慮して、適切な条件を選定するようにする。この条件設定に際しては、曝気槽内の溶存酸素（ＤＯ）の変化を基に設定するようにする。
【００２０】
次に、本発明の動作、作用を説明する。
図１において、嫌気運転時は、モータ１の正転により攪拌スクリュー３が回転し、汚水９に下向きの流れが発生する。この時、曝気攪拌機Ｐは曝気槽１１の中央付近に設置しているため、表面付近では、中央に向かう流れが生じ、中央部を下降した流れが水槽の底にぶつかった後、放射状に広がって底部を外壁１２に向かって流れ、さらに外壁１２に沿って上昇する。
このような循環水流７が形成されると、汚水中の汚泥分が沈降することなく、また、流入した汚水が曝気槽全体に混合されて、汚泥中の微生物と接触して有機物の微生物への吸収が促進されるとともに、嫌気状態で進行する脱窒反応が促進される。
なお、この時、遠心羽根４も回転しているが、水上にあるため何ら流れに影響を与えることはない。
回転数Ｎａで所定の時間Ｔａ、嫌気攪拌を行った後は、モータ１を停止することにより、循環水流７が徐々になくなっていくが、水流が完全に停止するのを待つことなく、モータを逆転して好気運転を開始することもできる。
【００２１】
また、好気運転では、攪拌スクリュー３の回転によって上向きの流れが形成されてドラフトチューブ５の内部へと汚水９が侵入し、さらに遠心羽根４の回転によって上部へと汚水９が吸い上げられ、汚水９はドラフトチューブ５の上端と水流ガイド板６との隙間から放射状に噴出される。噴出した汚水９の空中での空気との接触や、水面に落下したときの水面の乱れ等により、汚水９に空気中の酸素が溶解する。
このようにして汚水９に溶解した酸素は、汚泥中の微生物の呼吸作用に使われる他、有機物の分解や、好気状態で進行する硝化反応に利用される。
この場合、必要な酸素量は、時間とともに変化し、通常は徐々に減少していくため、酸素の溶解速度よりも消費速度が小さくなれば、溶解した酸素が溶存酸素（ＤＯ）として残留するようになる。
また、水面に落下した汚水９は、放射方向の速度を持つため、表面付近には曝気槽１１の外壁１２に向かう流れが生じ、外壁１２にぶつかって下降した流れは、水槽底部を中央に向かう流れとなり、水槽中央部では、上向きの流れとなって循環水流８が形成される。
【００２２】
好気運転開始時は、嫌気運転時の流れが残っており、短時間で上記循環水流８を形成させるためには、回転数を大きくすることが好ましい。そこで、図２に示すように、好気運転の最初は大きい回転数Ｎ１で短時間Ｔ１だけ運転して、回転数Ｎ２に回転数を下げ、さらに溶存酸素（ＤＯ）が必要以上に増加して、嫌気運転に切り替えたときに嫌気反応としての脱窒を阻害しないようにより小さい回転数Ｎ３に切り替えている。
【００２３】
一般的な下水処理施設の場合、供用開始後、徐々に流入する汚水量が増加していくが、曝気槽において必要な攪拌力は変わらないため、間欠曝気における嫌気運転時のシャフトの回転数は一定に設定しているが、これに対し、曝気運転時には、流入汚水量の増加や曝気槽の汚泥濃度の増加に伴って必要な酸素量が増加するため、本発明においては、シャフトの回転数をモータの入力側に設置したインバータの周波数を変更することによって切り替え、適切な酸素供給能力に調整することができるものとなる。
さらに、このシャフトの回転数に加えて、好気時間と嫌気時間の配分も変更することが可能で、これらを組み合せて、運転制御を行うことにより、負荷の経日変化や経時変化があっても、安定した処理性能を保つことができる。
また、このようにインバータの機能を利用して、多段階に周波数を切り替え、例えば、時間とともに徐々に周波数を小さくして、モータの回転数を低下させることにより、必要以上に溶存酸素が増加しないよう制御することも可能である。
従って、本発明のように曝気攪拌機と回転数制御手段としてのインバータとを組み合せて運転制御を行うことにより、好気状態で進行する硝化反応と、嫌気状態で進行する脱窒反応の両者をバランス良く働かせることができるため、汚水中の窒素成分を硝化脱窒により、水中から安定的に除去することができる。
また、回転数制御手段としては、インバータ以外にも無段変速機等の機械的な変速装置を用いることも可能である。
【００２４】
以上、本発明の曝気攪拌機の運転制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、回転数の切替の段数はこれに限定されることなく２段階でも良く、またより細かい制御を行うために３段階以上とすることも可能で、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の曝気攪拌機の運転制御方法によれば、好気運転と嫌気運転を行えるようにした曝気攪拌機に、回転数制御手段を設け、好気運転時と、嫌気運転時の回転数を個々に設定できるようにしているから、好気運転時は回転数を流入負荷に対応して段階的に簡易に切り替えることができるため、負荷の変動があっても、好気状態で進行する硝化反応と、嫌気状態で進行する脱窒反応の両者をバランス良く働かせることができ、汚水中の窒素成分を硝化脱窒により汚水中から安定的に除去することができる。
【００２６】
また、好気運転時の回転数を数段階に切り替えられるので、流入する汚水量の増減によって負荷が変動してもその変動負荷に対応した適切な酸素供給を常に行えるから、硝化反応を促進させ、また嫌気運転に切り替わったときにおいても速やかに嫌気状態となり、脱窒反応を促進させることができ、汚水の硝化脱窒処理効率を向上させることができる。
【００２７】
また、曝気攪拌機の回転数をインバータ又は変速機により簡易に切り替えることができるので、変動負荷に対応した好気運転若しくは嫌気運転を迅速に切り替えて汚水を効率的に、簡易に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曝気攪拌機の運転制御方法を実施するために適用した嫌気運転時の曝気攪拌機の断面図である。
【図２】同好気運転時の曝気攪拌機の断面図である。
【図３】本発明の運転制御方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１    モータ
２    シャフト
３    スクリュー
４    遠心羽根
５    ドラフトチューブ
６    水流ガイド板
７    循環水流
８    循環水流
９    汚水
１１  曝気槽
１２  外壁
Ｐ    曝気攪拌機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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