(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無終端状に形成された循環水路と、前記循環水路内の少なくとも１カ所に設置された水中式の水流発生手段と、前記循環水路内の液相内に散気することで曝気を行う散気装置と、前記循環水路内の所定の位置に配置されて溶存酸素量を検出する溶存酸素計と、を備え、循環水路内に好気性水域と嫌気性水域とを形成して汚水中の窒素分を硝化脱窒素処理するオキシデーションディッチの運転制御方法であって、
前記散気装置による散気量を所定量以下に制御しても前記溶存酸素計の測定値が目標値を上回る場合に前記水流発生手段を制御して循環流の流速を低下させる制御を行うことを特徴とするオキシデーションディッチの運転制御方法。
【請求項２】
前記循環流の流速低下制御は、前記散気装置による散気量を所定値以下に制御しても前記溶存酸素計の測定値が目標値を上回る状態が所定時間経過した場合に行うとともに、流速低下制御中に前記溶存酸素計の測定値が目標値を下回る状態が所定時間経過した場合には、低下制御を停止することを特徴とする請求項１に記載のオキシデーションディッチの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水中の窒素分を除去するオキシデーションディッチの運転制御方法に関し、特に、その溶存酸素量の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物学的な汚水の処理方法としてオキシデーションディッチ（Oxidation Ditch :ＯＤ）法が知られている。ＯＤはレーストラック形状の無終端式の循環水路からなり、少なくとも一カ所に曝気装置を有する構成を採る。
【０００３】
このようなＯＤの運転方法としては、通常、曝気装置から近いその下流側の領域の溶存酸素量を比較的高く維持することで好気性ゾーンとし、さらにその下流側で曝気装置に戻るまでの領域の溶存酸素量を低く維持することで嫌気性ゾーンとして、好気性ゾーンでは有機物の分解と硝化反応、嫌気性ゾーンでは脱窒反応を行うことにより窒素分の浄化を行う連続式の運転方法が知られている。
【０００４】
こうした連続式の運転方法においては、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適切な比率で形成することが必要となるため、所定の位置で溶存酸素量（ＤＯ値）を測定し、ＤＯ値に応じて曝気装置の運転を制御する技術が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアレーターなどの循環流形成と曝気とを同一の装置で行っている場合には、循環流形成のために必要な最小限度の回転数でエアレーターを稼働させても過曝気となる場合があり、過曝気を抑制しようとすると循環流の形成が困難になるという問題がある。
【０００６】
また、循環流形成と曝気を別の装置で行う場合であっても、曝気装置による曝気量には下限があり、この下限量では過曝気となる場合でも、曝気装置を停止させると曝気不足となる場合があり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することは困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することが可能なオキシデーションディッチの運転制御方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＯＤの運転制御方法は、無終端状に形成された循環水路と、循環水路内の少なくとも１カ所に設置された水中式の水流発生手段と、循環水路内の液相内に散気することで曝気を行う散気装置と、循環水路内の所定の位置に配置されて溶存酸素量を検出する溶存酸素計と、を備え、循環水路内に好気性水域と嫌気性水域とを形成して汚水中の窒素分を硝化脱窒素処理するＯＤの運転制御方法であって、散気量を所定量以下に制御しても溶存酸素計の測定値が目標値を上回る場合には、水流発生手段を制御して循環流の流速を低下させる制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
散気量だけでなく、循環流の流速を制御することにより、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正な状態で形成することが可能である。
【００１１】
このように散気量を下限値付近に設定しても過曝気状態となる場合には、循環流の流速を低下させることで、散気される空気の曝気効果を減少せしめて有効曝気量を減らし、溶存する酸素量を低減させることが可能である。これにより、有効曝気量の調整範囲を下限側に拡大することが可能となり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとを適正に形成することができる。
【００１２】
ここで、循環流の流速低下制御は、散気装置による散気量を所定値以下に制御しても溶存酸素計の測定値が目標値を上回る状態が所定時間経過した場合に行うとともに、流速低下制御中に溶存酸素計の測定値が目標値を下回る状態が所定時間経過した場合には低下制御を停止することが好ましい。
【００１３】
循環流の流速低下により実際に溶存酸素量が低下するまでにはタイムラグがあり、また、溶存酸素計の測定位置と散気装置との位置の違いによる偏差もある。
制御にオフセットを設けることで、頻繁に制御を繰り返すことにより溶存酸素量のぶれを抑制する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係るＯＤの運転制御方法を実施するＯＤ処理施設１００を示す概略構成図であり、図２はそのII−II線断面図である。
【００１６】
ＯＤ処理施設１００を構成するＯＤ槽１内には、仕切壁２が設けられ、無終端状の長円形循環水路を形成している。この長円形循環水路の各直線部の上流側には、水中式の水流発生装置４ａ、４ｂがそれぞれ配置されている。これらの水流発生装置４ａ、４ｂは、水中プロペラや水中スクリュー等の循環水路内に循環流を生起させるだけの機能を有し、曝気機能を有しない水流発生手段である。
【００１７】
２つの水流発生装置４ａ、４ｂのうち、図１で下側にあたる直線部上流側に配置される水流発生装置４ａの下流側底部には散気装置５が配置されている。この散気装置５としては、微細気泡を水中に散気することが可能な散気板や散気筒であり、例えば、オーストリアのAquaconsult社製のエアレーションパネルAQUASTRIP（同社ＰＣＴ出願が国際公開公報ＷＯ９５／３５１５６号公報として開示されている）を好適に用いることができる。この装置は、ベースプレート上に微細な孔が設けられた膜シートを配置した構成を採り、膜シートとベースプレートの間に空気を供給して空気圧が所定以上となると膜シートに開けられた孔が開いて空気を微細な気泡として水中に散気する構成を有している。このため、高い酸素移動効率を得ることができる。
【００１８】
この散気装置５には、風量調整弁６ａを介して送風機６が接続されている。そして、水流発生装置４ａが設けられた直線部の下流端には、処理水出口２１が設けられ、その下流側の半円状水路の下流端に溶存酸素計（ＤＯ計）７が配置されている。そして、他方の水流発生装置４ｂの上流側には汚水と活性汚泥の混合液を導入する流入水入口２０が設けられている。
【００１９】
このＤＯ計７の出力信号は、制御装置８に送られている。制御装置８は、ＤＯ計７の出力を基にしてインバーター９を介して送風機６の風量と水流発生装置４ａの回転数を制御するとともに、風量調整弁６ａの開度を制御する機能を有する。
【００２０】
次に、本ＯＤの基本的動作を説明する。水流発生装置４ａ、４ｂを回転駆動することで、ＯＤ槽１内には通常、流速０．２〜０．４ｍ／ｓ程度の循環流が形成されている。汚水と活性汚泥の混合液は流入水入口２０から導入され、１８〜３２時間程度ＯＤ槽１内を循環滞留して処理された後に処理水出口２１から排出され、図示していない次工程の沈殿槽等に導かれて滅菌処理された後に河川等に放流される。
【００２１】
散気装置５には送風機６から流量調整弁６ａを介して空気が送られ、ＯＤ槽１内の液相の曝気が行われる。曝気された空気中の酸素は、汚水と活性汚泥の混合液に溶け込むが、液中に存在するアンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素や亜硝酸性窒素に硝化する硝化反応や微生物による有機物の分解に使用されるため、下流側へと流れるに連れて徐々にＯＤ値は低下していき、ＤＯ計７を越えた付近でＤＯ値はほぼ０ｐｐｍになる。以下、この水流発生装置４ａからＤＯ計７付近までのＤＯ値が０ｐｐｍより大きい領域を好気性ゾーン３ａと呼ぶ。
【００２２】
一方、水流発生装置４ｂ下流から水流発生装置４ａ上流までの領域はＤＯ値がほぼ０ｐｐｍの嫌気性状態に維持される。以下、この領域を嫌気性ゾーン３ｂと呼ぶ。この嫌気性ゾーン３ｂにおいては、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒反応が行われ、還元された窒素ガスは大気中に放出されることで、脱窒素処理が行われる。
【００２３】
こうして好気性ゾーン３ａと嫌気性ゾーン３ｂ間で循環を繰り返すことで、汚水中の有機物は活性汚泥処理により分解され、硝化反応、脱窒反応によって窒素分は脱窒素処理される。両者が組み合わされることで、酸の生成によるｐＨの低下を防ぎ、活性汚泥処理を行う微生物を阻害することなく効率の良い処理が行える。
【００２４】
このＯＤ処理施設１００では、制御装置８がＤＯ計７の測定値を基に散気装置５による曝気量を制御するＤＯ制御を行うことにより、好気性ゾーン３ａと嫌気性ゾーン３ｂとの比率を適正な比率に維持して効率良い汚水処理を行っている。
以下、本発明に係る運転制御方法であるこのＯＤ制御について具体的に説明する。
【００２５】
図３は、このＯＤ制御を説明する処理フロー図である。この制御は、制御装置８により行われるものであり、所定の時間サイクルで繰り返し実行されるものである。以下、ＤＯ計７の測定ＤＯ値を変数ＤＯ、散気装置５に供給する供給空気量の設定値を変数Ａ、水流発生装置４ａの設定流速を変数Ｖで表すこととする。
【００２６】
ステップＳ１では、ＤＯ計７の測定ＤＯ値が設定上限閾値ＤＯUth（例えば、０．１１ｐｐｍ）を越えているか否かを判定する。越えていた場合には、ステップＳ２へと移行してカウンタｍを０にリセットし、カウンタｎに１を加える。ステップＳ３では、カウンタｎの値が閾値ｎthに達しているか否かを判定する。達していた場合には、ステップＳ４へと移行してカウンタｎを０にリセットし、以下に説明するＤＯの減少制御に入る。カウンタｎが閾値ｎthに達するのは、ｎthサイクル連続してＤＯ計７の測定ＤＯ値が設定上限閾値ＤＯUthを上回った場合であり、一時的にＤＯ計７の測定ＤＯ値が設定上限閾値ＤＯUthを上回った場合、つまりステップＳ３でＮＯと判定された場合には、その後の処理をスキップして、ＤＯの減少制御を行わないことで、過剰な減少制御によってＤＯ値が不用意に減少するのを防止することができ、安定したＤＯ制御を行うことが可能となる。
【００２７】
続くステップＳ５では、散気装置５への設定供給空気量Ａが下限値Ａｍｉｎ以下となっていないかを判定する。下限値Ａｍｉｎ以下でない場合には、ステップＳ６へと移行して、設定供給空気量ＡをΔＡだけ減少させる。具体的には、インバーター９で制御するブロワー６の回転数および流量調整弁６ａの開度を制御することにより、散気装置５へ供給される空気量が設定供給空気量Ａとなるよう制御して処理を終了する。このように供給空気量を減少させることで液相中へ新たに溶け込む酸素量を減らし、ＤＯ値を減少させる。
【００２８】
ステップＳ５でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳ７へと移行し、設定流速Ｖが活性汚泥の沈降分離を引き起こさない下限値であるＶｍｉｎ（例えば０．１ｍ／ｓ）以下となっていないかを判定する。ステップＳ７でＮＯと判定された場合には、ステップＳ８へと移行して設定流速ＶをΔＶだけ減少させる。つまり、インバーター９で制御する水流発生装置４ａの回転数を減少させることで、ＯＤ槽１内の循環流速を設定流速になるよう制御する。こうして循環流の流速を下げると、散気装置５から放出されてから水面に至るまでの気泡の軌跡を短くすることにより、酸素移動効率を低下させ、同一の曝気量であっても液相中へ新たに溶け込む酸素量を減少させて、ＤＯ値を減少させることができる。
【００２９】
ステップＳ７で設定流速ＶがＶｍｉｎ以下に低下している場合には、これ以上流速を低下させることはできないと判定し、ステップＳ９へと移行して送風機６を停止させる。これにより、曝気を停止させることでＤＯ値を減少させることができる。
【００３０】
ステップＳ１において、ＤＯ値が上限閾値ＤＯUth以下であると判定された場合には、ステップＳ１０へと移行してＤＯ値が下限閾値ＤＯLth（例えば、０．１０ｐｐｍ）未満でないかを判定する。下限閾値以上であった場合は、ＤＯ値が目標値である下限閾値ＤＯLth以上上限閾値ＤＯUth以下であることを意味するから、供給空気量、水流制御は現在の設定のままとしてその後の処理をスキップして処理を終了する。このように上限閾値と下限閾値との間に差を設けてオフセットを採ると、頻繁に供給空気量を切り換える必要がなく、過度の制御によるＤＯ値の発振を抑制することができ、好適である。
【００３１】
ステップＳ１０において、ＤＯ値が下限閾値ＤＯLth未満であると判定された場合には、ステップＳ１１へと移行してカウンタｎを０にリセットし、カウンタｍに１を加える。ステップＳ１２では、カウンタｍの値が閾値ｍthに達しているか否かを判定する。達していた場合には、ステップＳ１３へと移行してカウンタｍを０にリセットし、以下に説明するＤＯの増大制御に入る。カウンタｍが閾値ｍthに達するのは、ｍthサイクル連続してＤＯ計７の測定ＤＯ値が設定下限閾値ＤＯUthを下回った場合であり、一時的にＤＯ計７の測定ＤＯ値が設定下限閾値ＤＯLthを下回った場合にすぎない場合、つまりステップＳ１２でＮＯと判定された場合には、その後の処理をスキップして、ＤＯの増大制御を行わないことで、過剰な増大制御によってＤＯ値が不用意に減少するのを防止することができ、安定したＤＯ制御を行うことが可能となる。
【００３２】
続くステップＳ１４では、設定流速Ｖが標準流速Ｖｓｔ未満であるか否かを判定する。設定流速Ｖが標準流速Ｖｓｔ未満である場合には、前述のＤＯ値減少制御における水流制御が継続中であると判定してステップＳ１５へと移行する。
【００３３】
ステップＳ１５では、送風機６が停止中か否かを判定する。送風機６が停止中の場合には、ステップＳ９の送風機停止処理が継続中であると判定し、ステップＳ１６へと移行して、ＤＯ値を増大させるために曝気を再開する。このときの供給空気量Ａは下限値Ａｍｉｎである。
【００３４】
送風機６が運転中の場合には、ステップＳ１７へと移行して設定流速ＶをΔＶだけ増大させる。具体的には、インバーター９の制御により水流発生装置４ａの回転数を増大させる。こうして循環流の流速を上げることにより、散気装置５から放出されて水面へと至る気泡の軌跡を長く採ることができるので、その酸素移動効率を増大させ、同一の曝気量であっても液相中へと新たに溶け込む酸素量を増大させて、ＤＯ値を増大させることができる。
【００３５】
ステップＳ１４で流速が標準流速Ｖｓｔに達していた場合には、ステップＳ１８へと移行して設定供給空気量Ａが最大空気量Ａｍａｘに達していないか否かを判定する。設定供給空気量Ａが最大空気量Ａｍａｘに達している場合には、これ以上の曝気量増大制御は不可能であるため、現在の曝気量を維持してその後の処理をスキップして処理を終了する。
【００３６】
一方、設定供給空気量Ａが最大空気量Ａｍａｘに達していない場合には、設定空気量ＡをΔＡだけ増大させる。具体的には、インバーター９で制御するブロワー６の回転数および流量調整弁６ａの開度を制御することにより、散気装置５へ供給される空気量が設定供給空気量Ａとなるよう制御して処理を終了する。このように供給空気量を増大させることで液相中へ新たに溶け込む酸素量を増やし、ＤＯ値を増大させる。
【００３７】
こうして、従来の供給空気量のみを制御する場合と比較して広い範囲で実効的な曝気量を制御することができるので、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンの区分けを維持することができ、安定した処理を行うことができる。以上の説明では、散気装置の散気量が最低の場合のみに循環流の流速制御を行う例を説明してきたが、それ以外の場合でも、ＤＯ値に応じて流速を制御することが好ましい。具体的には、測定ＤＯ値が目標ＤＯ値との差が負でその絶対値が所定値以上に大きい場合、つまりＤＯ値が低すぎる場合には、散気量を増やすだけでなく、循環流の流速を上げることで速やかにＤＯ値を増大させ、測定ＤＯ値と目標ＤＯ値との差が正でその絶対値が所定値以上に大きい場合、つまりＤＯ値が高すぎる場合には、散気量を減らすだけでなく、循環流の流速を下げることで速やかにＤＯ値を減少させる。このようにすることで、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンのそれぞれをより適正に維持することが可能となる。
【００３８】
ここでは、流速、供給空気量を閾値と比較することでその増大、減少を切り換える制御を説明してきたが、ＰＩＤ制御や他の既知の様々な制御手法を応用することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、このように散気装置５へ供給する供給空気量と循環流の流速を組み合わせて制御することにより、散気装置５の構造上困難であった下限値以下の曝気量に相当する曝気量を実現することが可能になり、好気性ゾーンと嫌気性ゾーンとの比率を維持することができ、安定した処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＯＤの運転制御方法を実施するＯＤ施設の概略構成図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】本発明に係るＯＤの運転制御方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…ＯＤ槽、２…仕切壁、４ａ、４ｂ…水流発生装置、５…散気装置、６…送風機、６ａ…風量調整弁、７…ＤＯ計、８…制御装置、９…インバーター、２０…流入水入口、２１…処理水出口。
【図１】
0004579450.tif 000002
【図２】
0004579450.tif 000003
【図３】
0004579450.tif 000004