(57)【要約】【課題】  汚泥発生量の少ない嫌気・好気ろ床法のメリットを保ちつつ水素供与体の注入量を的確に管理し、過剰注入を防止すると共に、装置の運転・維持・管理が容易であり、原水の水質によって窒素含有量が変動しても、脱窒処理を安定に行うことが可能な汚水処理装置を提供する。【解決手段】  この発明の汚水処理装置１は、嫌気性ろ床槽と、脱窒槽と、好気性ろ床槽と、薬品注入設備とからなり、この薬品注入設備４にはガス濃度を検知するガス検知器７が備えられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性処理を行う嫌気性ろ床槽と、脱窒処理を行う脱窒槽と、好気性処理を行う好気性ろ床槽と、水素供与体を注入する薬品注入設備とからなる汚水処理装置において、ガス濃度を検知するガス検知器を前記薬品注入設備に備えたことを特徴とする汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機物を含有する汚水中の窒素を除去して汚水を浄化する汚水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
嫌気・好気ろ床法は、他の方式に比べて汚泥発生量が極めて少ないというメリットを有しており、稼動中の実施設ではほとんど余剰汚泥を引き抜いていないのが現状である。
【０００３】
しかし、嫌気・好気ろ床法では富栄養化現象の要因の１つである窒素を除去できないデメリットを有している。ここで、嫌気性ろ床槽と同一の槽で脱窒反応を行うと窒素除去が十分ではない。そこで、この嫌気・好気ろ床法で、汚泥発生量が極めて少ないという上記メリットを保持しながら、窒素除去を行うためには、嫌気性ろ床槽の後に脱窒槽を新たに設ける必要がある。
【０００４】
この脱窒槽を備えた嫌気・好気ろ床法による汚水処理装置としては、例えば特許文献１に開示された構成が知られている。図５は上記従来の汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートである。図５に示す汚水処理装置１は、嫌気・好気ろ床法による汚水処理施設であり、流入する汚水（原水）に対して嫌気性処理を行う２つの嫌気性ろ床槽２（すなわち、第１嫌気性ろ床槽２ａおよび第２嫌気性ろ床槽２ｂ）と、この第２嫌気性ろ床槽２ｂで嫌気性処理された処理水に対して脱窒処理を行う脱窒槽３と、この脱窒槽３で行われる脱窒処理に供される脱窒菌の栄養源である例えばメタノール、酢酸等の水素供与体の注入を行う薬品注入設備４と、上記脱窒槽３で脱窒処理された処理水に対して好気性処理を行う好気性ろ床槽５とから概略構成されている。なお、好気性ろ床槽５には、この好気性ろ床槽５内で好気性処理された処理水の一部を硝化循環液６として上記脱窒槽３へ戻して循環させる手段（図示せず）が設けられている。
【０００５】
従来の汚水処理装置１では、原水である汚水中のアンモニアが第１嫌気性ろ床槽２ａ、第２嫌気性ろ床槽２ｂおよび脱窒槽３では何等変化を受けずに素通りし、次の好気性ろ床槽５で硝酸となり、この処理水が上記硝化循環液６として脱窒槽３へ戻される。この脱窒槽３では、脱窒菌が原水中の有機物を利用しながら硝酸を窒素ガスに還元する（脱窒反応）。ところで、脱窒槽３へ流入する第２嫌気性ろ床槽２ｂからの流出水は有機物がかなり少なく、脱窒槽３で脱窒菌に必要な有機炭素源が不足する場合が多い。このため、メタノールや酢酸等の有機炭素源（水素供与体）を脱窒槽３内に注入する必要がある。
【０００６】
従来の汚水処理装置１では、脱窒菌による脱窒反応を行うのに必要な量よりも遥かに多い水素供与体が定量注入されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−４３７９０号公報
【特許文献２】特開２００３−７１４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明が解決しようとする問題点は、従来の汚水処理装置において、水素供与体の注入量を的確に管理することが非常に困難であり、過剰注入となり易く、その場合には後段の好気性ろ床槽での必要酸素量を多くする必要も生じ、経済的に不利となるばかりでなく、汚泥発生量も増えてしまい、嫌気・好気ろ床法のメリットも損なわれることになるという点である。また、最適量の水素供与体を注入しようとすると、運転維持管理に手間がかかるという点である。さらに、原水の水質によっては窒素含有量が変動するため、脱窒処理が不安定となるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る汚水処理装置は、嫌気性処理を行う嫌気性ろ床槽と、脱窒処理を行う脱窒槽と、好気性処理を行う好気性ろ床槽と、水素供与体を注入する薬品注入設備とからなる汚水処理装置において、ガス濃度を検知するガス検知器を前記薬品注入設備に備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、嫌気性処理を行う嫌気性ろ床槽と、脱窒処理を行う脱窒槽と、好気性処理を行う好気性ろ床槽と、水素供与体を注入する薬品注入設備とからなる汚水処理装置において、ガス濃度を検知するガス検知器を前記薬品注入設備に備えるように構成したので、脱窒槽内に存在する余剰水素供与体の液中濃度と脱窒槽内のガス濃度との相関関係から、上記ガス検知器により脱窒槽内の水素供与体のガス濃度を検知することで、余剰水素供与体の濃度、すなわち余剰量を把握することができるという効果がある。従って、水素供与体の注入量を的確に制御できることから、余剰量が最低必要量に満たない場合には、水素供与体不足と判断して水素供与体を新たに注入し、余剰量が最低必要量より多い場合には、水素供与体過剰と判断して水素供与体の新たな注入を控えるという水素供与体の注入調整を行うことができる。これにより、水素供与体の無駄な注入を避けることができると共に、嫌気・好気ろ床法において汚泥発生量の増大を未然に防止することができるという効果がある。さらに、原水の水質によって窒素含有量が変動しても、それに応じて水素供与体の注入量を増すことができるので、嫌気・好気ろ床法において脱窒処理を安定に行うことができるという効果がある。
【００１１】
この発明によれば、上記構成において、薬品注入設備に、ガス検知器により検知された余剰水素供与体のガス濃度に応じて上記水素供与体の注入量を調整する調整手段を備えるように構成すれば、最適量の水素供与体を注入するのに手間をかけることがなく、装置の運転・維持・管理を容易に行うことができるという効果がある。
【００１２】
この発明によれば、上記構成において、ガス検知器に、脱窒槽内の余剰水素供与体の気化を促すヒータを備えるように構成すれば、余剰水素供与体を効率よく気化させることができ、これによりガス検知器による余剰水素供与体の検知を正確に行うことができるという効果がある。
【００１３】
この発明によれば、上記構成において、水素供与体としてメタノールを用いるように構成すれば、他の水素供与体、例えば酢酸よりも揮発性が高いメタノールを用いることで、脱窒槽内に存在するメタノールの液中濃度と脱窒槽内のガス濃度との強い相関関係に基づいて、上記ガス検知器により検知された脱窒槽内のメタノールのガス濃度からメタノールの液中濃度を正確に割り出すことができ、これによりメタノールの過剰注入を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートであり、図２は図１に示した汚水処理装置におけるガス検知器により検知したメタノール濃度と脱窒槽内の処理水中のメタノール濃度との相関を示すグラフであり、図４は図１に示した汚水処理装置および図５に示す従来の汚水処理装置における脱窒槽へ流入する窒素濃度に対して投入されるメタノール（水素供与体）の経日濃度変化を示すグラフである。なお、この実施の形態１の構成要素のうち、図５に示した従来の汚水処理装置の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００１５】
この実施の形態の特徴は、水素供与体としてメタノールを選択し、かつ脱窒槽３内の余剰メタノール（余剰水素供与体）のガス濃度を常に検知するガス検知器７を薬品注入設備４に備えた点にある。なお、薬品注入設備は脱窒槽に設けても、配管に注入するようにしてもよい。ガス検知器７は脱窒槽３内の混合水を採取し、この採取した混合水から発生するメタノールのガス濃度を検知するものであるが、混合水を採取できる場所なら配管内より採取してもよい。また、薬品注入設備４は、メタノール（水素供与体）を貯留するタンク、メタノールを注入するのに用いられるパイプおよびバルブ等を含む注入手段（図示せず）に加えて、ガス検知器７により検知された余剰メタノールのガス濃度に応じてメタノールの注入量を適宜調整する調整手段（図示せず）を備えている。調整手段としては、コンピュータ制御、ＰＩＤ制御、ファジィー制御などを挙げることができる。すなわち、調整手段（図示せず）は、後に詳述する脱窒槽３内に存在するメタノールの液中濃度と脱窒槽３内のメタノールのガス濃度との強い相関関係に関するデータを利用して、ガス検知器７により検知されたメタノール（水素供与体）のガス濃度からガス検知時のメタノールの液中濃度を割り出し、そのメタノールの液中濃度が基準の余剰量（最低必要量）に相当する基準濃度を上回る場合には注入手段（図示せず）を制御して注入量を抑制すると共に、上記液中濃度が上記基準濃度を下回る場合には注入手段（図示せず）を制御して、例えば間欠注入等により注入量を増加させるプロセッサ（図示せず）である。なお、上記最低必要量は汚水処理装置の規模、流入原水量等の種々のファクタによって適宜決められるものである。また、ガス検知器７には、脱窒槽３内の余剰メタノールの気化を促すヒータ８が備えられている。すなわち、ガス検知器７により採取された脱窒槽３内の混合水はヒータ８により気化され、このガス（メタノールガス）はガス検知器７に戻されてそのガス濃度が検知される。これにより、混合水中の余剰メタノールを効率よく気化させることが可能となる。
【００１６】
次に、図２を参照して上述の相関関係（脱窒槽３内に存在するメタノールの液中濃度と脱窒槽３内のメタノールのガス濃度との相関関係）を説明する。図２の縦軸にはメタノールガス濃度（ｐｐｍ）をとり、横軸には液中メタノール濃度（ｍｇ／Ｌ）をとっている。図２のグラフから明らかなように、例えば液中メタノール濃度が１００ｍｇ／Ｌである場合にはメタノールガス濃度は２５ｐｐｍを示し、液中メタノール濃度が５０ｍｇ／Ｌである場合にはメタノールガス濃度は約１７ｐｐｍを示し、液中メタノール濃度が３０ｍｇ／Ｌである場合にはメタノールガス濃度は約１３ｐｐｍを示している。すなわち、液中メタノール濃度とメタノールガス濃度は共に直線的変化し、両直線グラフはほぼ重なり合うことが分かる。従って、メタノールガス濃度を検知することで、検知されたメタノールガス濃度と対応関係にある液中メタノール濃度を求めることが可能である。このような液中メタノール濃度とメタノールガス濃度との相関関係を利用することで、脱窒槽３内の液中メタノール濃度を常に把握することが可能となる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、脱窒槽３内の余剰メタノールのガス濃度を常に検知するガス検知器７を薬品注入設備４に備えるように構成したので、図２のグラフに示す相関関係に基づいて、上記ガス検知器７により脱窒槽３内のメタノールのガス濃度を検知することで、余剰メタノールの濃度、すなわち余剰メタノール量を把握することができる。これにより、余剰メタノール量が最低必要量に満たない場合には、「メタノール不足」と判断してメタノールを新たに注入し、余剰メタノール量が最低必要量より多い場合には、「メタノール過剰」と判断してメタノールの新たな注入を控えるというメタノール注入調整を行うことができる。これにより、メタノールの無駄な注入を避けることができると共に、嫌気・好気ろ床法において汚泥発生量の増大を未然に防止することができるという効果がある。さらに、原水の水質によって窒素含有量が変動しても、それに応じてメタノールの注入量を適宜増加することができるので、脱窒処理を安定に行うことができるという効果がある。また、ガス検知器７に、脱窒槽３内の余剰メタノールの気化を促すヒータ８を備えるように構成したので、余剰メタノールを効率よく気化させることができ、これによりガス検知器による余剰メタノールの検知を正確に行うことができるという効果がある。
【００１８】
なお、この実施の形態１では、脱窒槽３の前に嫌気性ろ床槽２を配置したが、一般的な嫌気槽であってもよく、また脱窒槽３の後に好気性ろ床槽５を配置したが、一般的な好気槽であってもよいことは言うまでもない。また、原水を直接脱窒槽に導入して後段の処理を行うこともできる。後段の処理としては、嫌気性処理と好気性処理、あるいは好気性処理のみなどを挙げることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートである。なお、この実施の形態２の構成要素のうち、実施の形態１等の構成要素と共通する部分については同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２０】
この実施の形態２の特徴は、実施の形態１における槽の配置構成を異にする点にある。すなわち、この汚水処理装置１は、流入する汚水（原水）に対して脱窒処理を行う脱窒槽３と、この脱窒槽３で行われる脱窒反応に関与する水素供与体としての有機物または細胞合成の炭素源としての有機物である例えばメタノール等の水素供与体を上記原水に対して注入する薬品注入設備４と、上記脱窒槽３で脱窒処理された処理水に対して嫌気性処理を行う嫌気性ろ床槽２と、この嫌気性ろ床槽で嫌気性処理された処理水に対して好気性処理を行う好気性ろ床槽５とから概略構成されている。この汚水処理装置１では、好気性ろ床槽５内で好気性処理された処理水の一部が硝化循環液６として上記原水へ戻されるように構成されている。
【００２１】
以上のように、この実施の形態２によれば、脱窒槽３内に原水が流入するように構成したので、脱窒反応に有効な有機炭素源を含む原水が脱窒槽３内に供給されることになることから、水素供与体の消費量が減り、これをガス検知器７で常時管理できることから、水素供与体の使用量をさらに安定して減らすことができるという効果がある。
【００２２】
なお、実施の形態１および実施の形態２における脱窒槽３を流動床方式としてもよい。この場合には、脱窒処理をさらに安定化できるので、各反応槽のコンパクト化を図ることができるという効果がある。
【００２３】
以下、図１に示した実施の形態１による汚水処理装置（実施例１）と図５に示した従来の汚水処理装置（比較例１）とを具体的に比較する。
【００２４】
嫌気性ろ床槽２への原水の流入水量が２，０００ｍ３／日の汚水処理装置を用いて、水素供与体としてのメタノールを脱窒槽３へ投入してメタノール濃度の経日変化を、図１に示したこの実施の形態１による汚水処理装置（実施例１）と図５に示した従来の汚水処理装置（比較例１）とで比較し、その結果を図４に示した。図４の縦軸には濃度（ｍｇ／Ｌ）をとり、横軸には経過日数（日）をとっている。図４に示すように、比較例１では、脱窒槽への流入窒素濃度（以下、脱窒槽流入窒素という）濃度Ａの経日変化に拘らず、メタノールの注入量を一定にしているため、投入メタノール濃度Ｂが高い値で常に一定となっている。これに対して、実施例１では、脱窒槽流入窒素濃度Ａの経日変化に対応して、メタノールの注入量を制御しているため、投入メタノール濃度Ｃを脱窒槽流入窒素濃度Ａの変化に対応して変化させており、これにより比較例１に比べてメタノール使用量を大幅に削減することが可能であることが分かる。因みに、実施例１でのメタノール使用量およびその金額と、比較例１でのメタノール使用量およびその金額とを試算して比較したデータを表１に示す。
【表１】
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表１から明らかなように、実施例１でのメタノール使用量は、従来技術と比べて約５４％の削減が可能であり、金額では、メタノール代を５００円／ｋｇとすると、１日あたりで１９，２４６円、年間あたりで約７０２万円の削減が可能であることが分かる。これにより、実施例１による汚水処理は経済的価値が非常に高いことが実証されたことになる。
【００２５】
また、嫌気・好気ろ床法を用いた実施例１では、嫌気・好気ろ床法を用いた比較例１に比べて、水素供与体としてのメタノールの使用量を略半減できることから、汚泥発生量も半分以下に抑制することが可能となり、嫌気・好気ろ床法本来のメリットを維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートである。
【図２】図１に示した汚水処理装置におけるガス検知器により検知したメタノール濃度と脱窒槽内の処理水中のメタノール濃度との相関を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２による汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートである。
【図４】図１に示した汚水処理装置および図５に示す従来の汚水処理装置における脱窒槽へ流入する窒素濃度に対して投入されるメタノール（水素供与体）の経日濃度変化を示すグラフである。
【図５】従来の汚水処理装置の構成および汚水処理プロセスを示す模式的フローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１  汚水処理装置
２  嫌気性ろ床槽
２ａ  第１嫌気性ろ床槽
２ｂ  第２嫌気性ろ床槽
３  脱窒槽
４  薬品注入設備
５  好気性ろ床槽
６  硝化循環液
７  ガス検知器
８  ヒータ
【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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