(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素のうち少くとも何れか一方を含む排水を生物学的に還元処理して脱窒する際に、排水の硝酸性窒素濃度或いは亜硝酸性窒素濃度の変動に応じて有機物の添加量を制御する窒素除去方法であって、
排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず、
排水中の酸化還元電位値の時間変化率が予め定めた所定の上限値以上になったら前記排水中に有機物を供給し、
予め定めたゼロより小さい所定の下限値以下になったら前記排水への有機物の供給を停止することを特徴とする窒素除去方法。
【請求項２】
硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素のうち少くとも何れか一方を含む排水を生物学的に還元処理して脱窒する際に、排水の硝酸性窒素濃度或いは亜硝酸性窒素濃度の変動に応じて有機物の添加量を制御する窒素除去装置であって、
脱窒菌の働きにより硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元する流動脱窒槽内の排水の酸化還元電位値を検出する酸化還元電位検出器と、該酸化還元電位検出器で検出した今回の酸化還元電位値と所定時間前に検出した酸化還元電位値とから酸化還元電位値の時間変化率を求め、
求めた時間変化率が予め定めた時間変化率の上限値以上の場合は排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず前記流動脱窒槽へ有機物を供給するポンプを駆動する指令信号を出力し、
求めた時間変化率が予め定めた時間変化率のゼロより小さい下限値以下の場合は排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず前記ポンプを停止させる指令信号を出力する演算制御装置を設けたことを特徴とする窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料工場から排出される金属表面処理に使用した後の廃液や生活排水のように、硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素を含有する排水から、窒素を除去し得るようにした窒素除去方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば硝酸性窒素は酸化物質であるため、排液中の硝酸性窒素濃度が上昇すると酸化還元電位値（以下ＯＲＰ値という）が上昇する。
【０００３】
又、脱窒反応により硝酸性窒素が還元され窒素ガスとして除去されると硝酸性窒素濃度が下がり、硝酸性窒素濃度が下がるとＯＲＰ値は下降する。換言すれば、硝酸性窒素を含む排水は硝酸性窒素の濃度に応じてＯＲＰ値が変化する。
【０００４】
そこで、この原理を利用して排水中の硝酸性窒素濃度をＯＲＰ値として検知し、検知したＯＲＰ値を脱窒に必要なメタノール等の有機物源の添加量の制御に使用するようにした、生物学的脱窒処理方法が種々提案されている。
【０００５】
而して、斯かる生物学的脱窒処理方法としては、例えば
▲１▼良好な脱窒が行えるＯＲＰ値を設定して排水のＯＲＰ値が設定値になるよう、排水へのメタノール供給量を制御する一値制御方法
▲２▼良好な脱窒が行えるＯＲＰ値に幅を持たせ、排水のＯＲＰ値が上限値と下限値の間に入るよう、排水へのメタノール供給量を制御する二値制御方法
等がある。
【０００６】
上述の従来方法では、▲１▼、▲２▼の何れにおいても、排水の温度、ｐＨ、含有物質の種類及び量、溶存酸素の量等が変化しない、性状が略一定の系内では、ＯＲＰ値と硝酸性窒素濃度の関係に再現性があり、このため脱窒が良好に行われる際のＯＲＰ値や脱窒が終了した時点（脱窒の終点）のＯＲＰ値は略一定値となり、ＯＲＰ値による一値制御や二値制御を良好に行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排水の硝酸性窒素濃度が変化しない場合でも排水の温度、ｐＨ、含有物質の種類及び量、溶存酸素量等に変化が生じて排水の性状が変化した場合には、脱窒が良好に行われる際のＯＲＰ値や脱窒の終点におけるＯＲＰ値は当初の値から変動（ベース変動）するため、ＯＲＰ値の設定値を排水の性状の変化に合せて変更しないと、良好な一値制御、二値制御を行うことができない。
【０００８】
ただし、二値制御の場合は、ＯＲＰ値の設定値に幅を持たせているため、一値制御に比べてある程度は排水の性状変化に伴うＯＲＰ値の変動に対処することができるが、性状変化が大きい場合には対処しきれない。
【０００９】
又、一般的には硝酸性窒素濃度が変化した場合にＯＲＰ値が硝酸性窒素濃度に対応した安定した値になるまでには数１０分の時間遅れが生じるため、一値制御の場合には硝酸性窒素濃度が基準値よりも低いにも拘らず、又二値制御の場合には硝酸性窒素濃度が下限値よりも低いにも拘らず、排水中にメタノールが供給され、その結果、メタノールの供給が過剰となって良好な脱窒処理を行えない虞れがある。
【００１０】
ところで、従来の二値制御を行う場合の時間とＯＲＰ値の関係等は図４〜６のグラフに示されている。
【００１１】
図４は従来の二値制御が良好に行われている際の時間とＯＲＰ値の関係を示すグラフであり、線イにおいては、ＯＲＰ値−１９０ｍＶでメタノールの供給を開始し、−２１０ｍＶでメタノールの供給を停止する場合を示す。
【００１２】
又図５は、図４の曲線の一部を拡大して示すと共に時間と硝酸性窒素濃度の関係をも示すグラフであり、時間Ｔの間は、硝酸性窒素が検出されないにも拘らず、メタノールが供給されており、その分メタノールが供給過剰になることを示している。
【００１３】
更に、図６は従来の二値制御で異常が生じた場合の時間とＯＲＰ値の関係を示すグラフであり、ＯＲＰ値−１６０ｍＶでメタノールの供給を開始しＯＲＰ値−１８０ｍＶでメタノールの供給を停止する場合を示している。しかし、メタノールの供給を開始する際のＯＲＰ値は図６の右上がりの直線ロに示すごとくベース変動を起こしており、正常な制御が行われていないことを示している。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑み、排水中の硝酸性窒素濃度が低下して硝酸性窒素が存在しなくなった場合には、それを迅速に検出し、過剰なメタノールを供給することなく良好な窒素の除去を行い得るようにすることを目的としてなしたものである。
【００１５】
【本発明の原理】
排水中に硝酸性窒素が存在する状態から硝酸性窒素が存在しない状態に移行した場合に、ＯＲＰ検出器に指示されるＯＲＰ値の変化は遅く、従ってＯＲＰ検出器に指示されるＯＲＰ値が硝酸性窒素の存在しない本来のＯＲＰ値になるまでに数十分（図５の時間Ｔの部分参照）を要する。
【００１６】
しかるにＯＲＰ値の単位時間当りの変化率（以下ＯＲＰ値の時間変化率という）は硝酸性窒素濃度が変化すれば直ちに変化する。
【００１７】
そこで、本発明ではＯＲＰ値そのものではなく、ＯＲＰ値の時間変化率を求め、このＯＲＰ値の時間変化率が一定値以上になった場合は硝酸性窒素が存在しているものと判断してメタノールを供給し、ＯＲＰ値の時間変化率が一定値以下になった場合には、硝酸性窒素が存在しないものと判断してメタノールの供給を停止するようにした。
【００１８】
而して、斯かる制御を行うことにより、硝酸性窒素が存在しない状態を迅速に検出することができ、無駄なメタノールの供給を防止して窒素の除去を良好に行い得るようになった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素のうち少くとも何れか一方を含む排水を生物学的に還元処理して脱窒する際に、排水の硝酸性窒素濃度或いは亜硝酸性窒素濃度の変動に応じて有機物の添加量を制御する窒素除去方法であって、
排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず、
排水中の酸化還元電位値の時間変化率が予め定めた所定の上限値以上になったら前記排水中に有機物を供給し、
予め定めたゼロより小さい所定の下限値以下になったら前記排水への有機物の供給を停止するものである。
【００２０】
又、本発明は、硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素のうち少くとも何れか一方を含む排水を生物学的に還元処理して脱窒する際に、排水の硝酸性窒素濃度或いは亜硝酸性窒素濃度の変動に応じて有機物の添加量を制御する窒素除去装置であって、
脱窒菌の働きにより硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元する流動脱窒槽内の排水の酸化還元電位値を検出する酸化還元電位検出器と、該酸化還元電位検出器で検出した今回の酸化還元電位値と所定時間前に検出した酸化還元電位値とから酸化還元電位値の時間変化率を求め、
求めた時間変化率が予め定めた時間変化率の上限値以上の場合は排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず前記流動脱窒槽へ有機物を供給するポンプを駆動する指令信号を出力し、
求めた時間変化率が予め定めた時間変化率のゼロより小さい下限値以下の場合は排水中の酸化還元電位値の如何にかかわらず前記ポンプを停止させる指令信号を出力する演算制御装置を設けたものである。
【００２１】
従って、本発明においては、排水の性状の変化により脱窒が良好に行われる際のＯＲＰ値や脱窒の終点におけるＯＲＰ値が変化してベース変動が生じた場合にもベース変動の影響を受けることなく硝酸性窒素濃度或いは亜硝酸性窒素濃度を瞬時に正確に検出することが可能となる。
【００２２】
このため、流動脱窒槽に対しては適正な量の有機物の供給が可能となって有機物不足による脱窒不良がなくなると共に過剰な有機物の供給をなくすことができ、有機物の費用を節約することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態の一例を示す。
【００２５】
図中、１は流動脱窒槽である。而して、流動脱窒槽１は、槽１内の原水Ｗ１、処理水Ｗ２、メタノールＭの混合した排水を溶存する酸素のない嫌気状態に保持すると共に、表面に生物膜として脱窒菌を付着させた固体粒状の担体を槽１内で流動化させ、脱窒菌の働きにより排水中の硝酸性窒素ＮＯ3-を窒素ガスＮ2に還元し除去するためのものである。
【００２６】
２は流動脱窒槽１の下流に設置された好気性濾床である。而して好気性濾床２は、流動脱窒槽１からの排水を溶存する酸素の存在する状態を保持すると共に表面に生物膜としてＢＯＤ分解菌及び硝化菌を付着させた固体粒状の担体を槽２内でゆっくりと下方から上方へ移動させつつ、ＢＯＤ分解菌により排水中の有機物やＢＯＤを分解、除去すると共に、硝化菌によりアンモニアを硝酸に変えるアンモニア性窒素の硝化を行い、処理水Ｗ２を得るものである（硝化工程）。
【００２７】
３は硝酸性窒素を含む工程排水や生活排水を貯留する調整槽、４は調整槽３内の排水を原水Ｗ１として管路５を介し流動脱窒槽１へ送給するためのポンプである。
【００２８】
６は有機物としてメタノールを貯留するメタノール貯槽、７はメタノール貯槽６内のメタノールＭを管路８を介して管路５中へ供給するポンプである。
【００２９】
９は好気性濾床２で処理されて流出した処理水Ｗ２の一部を管路１０を介して管路５の管路８接続部よりも下流へ循環させるためのポンプであり、残りの処理水Ｗ２は、ポンプ９の上流側において管路１０から分岐した管路１０ａを通り、図示してない消毒槽へ送給し得るようになっている。
【００３０】
１１は流動脱窒槽１内にある排水のＯＲＰ値（酸化還元電位値ＯＲＰ）を一定時間間隔で連続的に検出するためのＯＲＰ検出器、１２はＯＲＰ検出器１１で検出したＯＲＰ値からＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰを求め、時間変化率ΔＯＲＰが予め定めた上限値ΔＯＲＰＭＡＸになったらポンプ７に起動指令を与え、時間変化率ΔＯＲＰが予め定めた下限値ΔＯＲＰＭＩＮになったらポンプ７に停止指令を与える演算制御装置である。ＯＲＰ検出器１１の電極としては、飽和ＫＣｌ塩化銀電極、飽和ＫＣｌ甘こう電極、３．３ＭＫＣｌ塩化電極、３ＭＫＣｌ電極等が使用されるが、飽和ＫＣｌ塩化銀電極の場合は、基準水素電極を用いたときよりも約２００ｍＶ低い電位値が示されるようになっている。なお、以後、本明細書中で記載したＯＲＰ値は、ＯＲＰ検出器の電極として飽和ＫＣｌ塩化銀電極を基準とした値である。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００３２】
調整槽３内の排水はポンプ４により原水Ｗ１として管路５から流動脱窒槽１へ供給される。
【００３３】
又、同時に、好気性濾床２からの処理水Ｗ２の一部はポンプ９により管路１０，５を通り流動脱窒槽１へ供給される。
【００３４】
更にＯＲＰ検出器１１で検出されたＯＲＰ値をもとに演算制御装置１２で求めたＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰが予め定めた上限値ΔＯＲＰＭＡＸ以上の場合には演算制御装置１２から与えられる指令によりポンプ７が駆動されるため、メタノール貯槽６からのメタノールＭはポンプ７により管路８，５を介して流動脱窒槽１内へ供給されている。
【００３５】
流動脱窒槽１においては、脱窒菌を付着された担体が流動化しており、脱窒菌は無酸素状態のもとで原水Ｗ１中のＢＯＤ或いはメタノールＭと好気性濾床２からの処理水Ｗ２に含まれている硝酸性窒素（ＮＯ3-）とにより硝酸呼吸を行う。
【００３６】
その結果、流動脱窒槽１では硝酸性窒素が還元されて窒素ガス（Ｎ2ガス）が発生し、発生した窒素ガスは大気中へ放出されて排水中から除去され、脱窒が完了する。
【００３７】
上述の操作でメタノールＭを添加するのは、次のような理由による。すなわち、脱窒には硝酸性窒素或いは亜硝酸性窒素の２〜６倍のＢＯＤ（有機物）が必要で、有機物が不足している場合には、有機物を添加する必要があり、この有機物としてメタノールを使用するのである。
【００３８】
なお、脱窒の際の反応は硝酸性窒素の場合は［化１］に示すようになり、亜硝酸性窒素の場合は［化２］に示すようになる。
【００３９】
【化１】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３（Ｈ2）
２ＮＯ3-＋５（Ｈ2）→Ｎ2＋２ＯＨ-＋４Ｈ2Ｏ
【００４０】
【化２】
２ＮＯ2-＋３（Ｈ2）→Ｎ2＋２ＯＨ-＋２Ｈ2Ｏ
【００４１】
流動脱窒槽１で脱窒が行われた排水はオーバーフローして好気性濾床２に供給され、汚水中のＢＯＤやＢＯＤ以外の有機物はＢＯＤ分解菌により分解されてアンモニア性窒素となり、アンモニア性窒素は硝化菌により硝化されて硝酸性窒素となる（硝化工程）。
【００４２】
而して、このようにして好気性濾床２で排水を処理して生成された処理水Ｗ２は、ポンプ９により圧送され、一部は管路１０から管路５を介して流動脱窒槽１へ循環し、前述したごとく処理水Ｗ２に含まれていた硝酸性窒素ＮＯ3-は脱窒菌が硝酸呼吸を行うことにより、還元されて窒素ガスが発生し、発生した窒素ガスは大気中へ放出されて排水中から除去され、脱窒が完了する。
【００４３】
一方、流動脱窒槽１内の排水のＯＲＰ値はＯＲＰ検出器１１により一定の時間間隔（例えば６秒間隔）で検出されて演算制御装置１２へ与えられ、演算制御装置１２では今回与えられたＯＲＰ値ＯＲＰ１と所定時間ＴＸ前（例えば１０分前）に与えられたＯＲＰ値ＯＲＰ２とからＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰが［数１］により一定の時間間隔（例えば６秒間隔）で演算される。
【００４４】
【数１】
ΔＯＲＰ＝（ＯＲＰ１−ＯＲＰ２）／ＴＸ
【００４５】
又、演算制御装置１２で求められたＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰは予め設定されたＯＲＰ値の時間変化率の上限値ΔＯＲＰＭＡＸ及び下限値ΔＯＲＰＭＩＮと比較される。
【００４６】
而して、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰが上限値ΔＯＲＰＭＡＸ以上の場合（ΔＯＲＰ≧ΔＯＲＰＭＡＸ）には演算制御装置１２からポンプ７へ起動指令を与え、ポンプ７によりメタノールＭを管路８，５を介して流動脱窒槽１へ供給し、流動脱窒槽１内の排水中に添加する。上限値ΔＯＲＰＭＡＸとしては例えば１０ｍＶ／１０分とする。
【００４７】
脱窒が進行して流動脱窒槽１内の硝酸性窒素が減少すると、ＯＲＰ検出器１１で検出されるＯＲＰ値は下降し、又硝酸性窒素がある状態まで減少すると、硝酸性窒素の減少速度が低下するため、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰも低下する。
【００４８】
而して、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰが下限値ΔＯＲＰＭＩＮ以下に下降（ΔＯＲＰ≦ΔＯＲＰＭＩＮ）したら演算制御装置１２からポンプ７へ停止指令を与え、ポンプ７を停止してメタノールＭの供給を中止する。下限値ΔＯＲＰＭＩＮとしては例えば−１０ｍＶ／１０分とする。
【００４９】
ポンプ７が停止してメタノールＭの流動脱窒槽１への供給が停止され、その結果、流動脱窒槽１の硝酸性窒素が再び増加し始めると、ＯＲＰ検出器１１により検出されるＯＲＰ値が上昇し、又硝酸性窒素の増加速度が上昇するため、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰも増加する。
【００５０】
而して、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰが上限値ΔＯＲＰＭＡＸまで上昇すると演算制御装置１２からポンプ７へ再び起動指令が与えられてポンプ７が起動され、メタノールＭの流動脱窒槽１への供給が再開される。
【００５１】
ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰの上限値ΔＯＲＰＭＡＸと下限値ΔＯＲＰＭＩＮは以下のようにして決定する。すなわち脱窒の状況により急激に変化するＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰは、排水の温度、ｐＨ、含有物質の種類及び量、溶存酸素の量等の変化、換言すれば排水の性状の変化に伴うＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰよりも十分に大きいため、設定値をＸとＹの間にすることにより、硝酸性窒素の検出を確実に行うことができる。そこで、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰの上限値と下限値はＸとＹの間にとる。
【００５２】
又、装置の運転開始時（スタート時）には、スタート開始時から所定時間前（例えば１０分前）までのＯＲＰ値のデータはないから、ポンプ７の起動、停止の動作を決定することができないため、経験等に基づいてＯＲＰ値の初期設定を行う。
【００５３】
上述のごとくＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰにより制御を行った場合の時間とＯＲＰ値の関係は図２のグラフに示され、図２のグラフの一部を拡大すると共に時間と硝酸性窒素濃度の関係は図３のグラフに示されている。図２、３のグラフにおいては、ＯＲＰ値約−３９０ｍＶでメタノールの供給が開始され、ＯＲＰ値約−１８０ｍＶでメタノールの供給が停止されている。
【００５４】
而して、図２のグラフにおいては、ＯＲＰ値の時間変化率によりメタノールの供給量を制御する場合には、ＯＲＰ値自体によりメタノールの供給量を制御する場合（図４参照）よりも、ＯＲＰ値の時間変化率の絶対値が大きい（ピークが鋭い）ことが分る。
【００５５】
これは、ＯＲＰ値の時間変化率によりメタノールの供給量を制御する場合には、ＯＲＰ値によりメタノールの供給量を制御する場合よりも硝酸性窒素の有無（０．１ｍｇ／Ｌ程度）を短時間で確実に検出でき、効率の良いメタノールの供給が行われていることを意味する。
【００５６】
又、図３のグラフは、本発明の実施の形態例においては、硝酸性窒素が低減した場合には、時間遅れが生じることなくポンプ７が停止し、従ってメタノールＭが過剰に供給されることがないことを示している。
【００５７】
本発明の実施の形態においては、ＯＲＰ値の時間変化率ΔＯＲＰを検出してメタノールＭの供給、停止を行うようにしているため、排水の性状の変化により、脱窒が良好に行われている際のＯＲＰ値や脱窒の終点におけるＯＲＰ値が変化してベース変動が生じた場合にも、ベース変動の影響を受けることなく、流動脱窒槽１内の微量な硝酸性窒素を瞬時に正確に検出することが可能となる。
【００５８】
このため、流動脱窒槽１に対しては適正な量のメタノールの供給が可能となってメタノール不足による脱窒不良がなくなると共に過剰なメタノールの供給をなくすことができ、メタノールの費用を節約することができる。
【００５９】
なお、本発明の実施の形態例においては、有機物としてメタノールを用いる場合について説明したが、有機炭素源ならメタノールに限らず種々の有機物（例えばエタノール、酢酸等）の使用が可能なこと、ＯＲＰ検出器としては該検出器の電極に硫酸還元菌のような微生物を付着させた、いわゆる微生物センサをもちいることも可能なこと、硝酸性窒素だけではなく、亜硝酸性窒素に対しても適用可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の窒素除去方法及び装置によれば、適正な有機物の供給が可能となるため、有機物の不足による脱窒不良がなくなると共に過剰な有機物の供給をなくすことができ、有機物の費用を節約することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒素除去方法及び装置の実施の形態の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における時間とＯＲＰ値との関係を表わすグラフである。
【図３】図２のグラフの一部を拡大すると共に時間と硝酸性窒素濃度との関係をも示すグラフである。
【図４】従来の窒素除去方法において制御が良好に行われている際の時間とＯＲＰ値との関係を示すグラフである。
【図５】図４のグラフの一部を拡大すると共に時間と硝酸性窒素濃度との関係をも示すグラフである。
【図６】従来の窒素除去方法において制御に異常を来たした場合の時間とＯＲＰ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    流動脱窒槽
７    ポンプ
１１  ＯＲＰ検出器（酸化還元電位検出器）
１２  演算制御装置
Ｍ    メタノール（有機物）
ＯＲＰ        酸化還元電位値
ΔＯＲＰ      時間変化率
ΔＯＲＰＭＡＸ        上限値
ΔＯＲＰＭＩＮ        下限値
【図１】
0004037491.tif 000002
【図２】
0004037491.tif 000003
【図３】
0004037491.tif 000004
【図４】
0004037491.tif 000005
【図５】
0004037491.tif 000006
【図６】
0004037491.tif 000007