(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液および硝化槽から循環される硝化処理液を受入れて生物学的に脱窒を行う脱窒槽と、
この脱窒槽で脱窒した脱窒処理液を受入れて生物学的に硝化を行う硝化槽と、
この硝化槽で硝化した硝化処理液の窒素濃度を検出する窒素濃度検出装置と、
循環液中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素濃度検出装置と、
被処理液および循環液の流量を測定する流量計と、
窒素濃度検出装置で検出した硝化処理液の窒素濃度（Ｃｏｕｔ）、現在の循環比（ｒ０）および目標水質（Ｃｅ）に基づいて、被処理液の窒素濃度（Ｃｉｎ）を下式〔１〕で演算し、目標とする硝化処理液の窒素濃度を得るための被処理液に対する硝化処理液の循環比（ｒ）を下式〔２〕で演算して循環比制御信号を出力し、かつ前記循環比に応じて被処理液に添加する水素供与体の添加量を、下式〔３〕で求められる溶存酸素を除去するために必要な量（Ｅ１）と、下式〔４〕で求められる脱窒反応に必要な量（Ｅ２）との合計量から被処理水中に含まれている水素供与体の量を減じた量として演算して添加量制御信号を出力する制御装置と、
この制御装置から送信される循環比制御信号に応じて、その循環比が得られるように、硝化処理液の循環液量を調整する循環液量調整装置と、
前記制御装置から送信される添加量制御信号に応じて、その添加量が添加できるように、水素供与体を被処理液に注入する薬剤注入装置と
を備え、被処理液の窒素濃度を検出して制御する手段を備えていないことを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
Ｃｉｎ＝Ｃｏｕｔ×（１＋ｒ０）  …〔１〕
ｒ＝（Ｃｉｎ／Ｃｅ）−１  …〔２〕
Ｅ１＝溶存酸素量×Ｋ１×循環液流量  …〔３〕
Ｅ２＝被処理液中の窒素濃度×Ｋ２×被処理液流量  …〔４〕
（式中、Ｋ１は溶存酸素単位量除去に必要な有機物量を表わす係数、Ｋ２は２．５〜３の係数である。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被処理液中の窒素化合物を生物学的に硝化脱窒する生物学的硝化脱窒装置に関し、さらに詳細には窒素化合物含有排液の生物学的硝化脱窒法に利用可能な生物学的硝化脱窒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニア性または有機性窒素化合物を含む排液を処理する方法として、生物学的硝化脱窒処理法がある。この方法は活性汚泥の存在下に好気性処理して排液中のＣＯＤ、ＢＯＤ成分を分解するとともに、有機性窒素化合物をアンモニア性窒素とし、その後硝化細菌が増殖した活性汚泥の存在下に曝気してアンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）を硝化細菌により亜硝酸性または硝酸性窒素（以下、これらをまとめてＮＯx−Ｎという場合がある）に硝化（酸化）した後、脱窒細菌が増殖した活性汚泥の存在下に嫌気状態に維持することにより、亜硝酸性または硝酸性窒素を窒素ガスに還元して脱窒する方法である。このような生物学的硝化脱窒処理法では、脱窒の際に硝酸または亜硝酸を酸素源とする硝酸呼吸が行われるため、水素供与体が必要である。この水素供与体としては排液中の有機物が利用され、排液中の窒素に対して有機物が２．５〜３倍必要であるとされている。従ってこれ以上の有機物が排液中に存在している場合には新たに水素供与体を添加する必要はないが、これより少ない場合はメタノール、エタノール等の易分解性の有機物を水素供与体として添加して処理が行われる。
【０００３】
ところで生物学的硝化脱窒処理法の一つに循環法と呼ばれる方法がある。この方法は硝化槽の前段に脱窒槽を備え、脱窒槽および硝化槽で処理した硝化処理液を前段の脱窒槽に循環（返送）して脱窒する方法である。このような循環法による窒素除去率は、被処理液に対する硝化処理液の循環比（被処理液の流量に対する循環液の流量）により決定され、循環比が大きくなるほど窒素除去率は大きくなる。つまり、窒素除去率は窒素除去率＝循環比／（１＋循環比）の式で表わされ、循環比が２の場合、すなわち被処理液に対して２倍の硝化処理液を循環する場合で約６７％、循環比４の場合で８０％、循環比９の場合で９０％の窒素除去率となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし硝化処理液は溶存酸素で飽和状態となっているため、循環比が大きくなるに伴って硝化処理液中の溶存酸素が多量に脱窒槽に持込まれることになり、これにより脱窒槽の嫌気度が保てなくなって脱窒が不完全となる。これを防止するためには過剰の水素供与体を脱窒槽に添加して溶存酸素を除去することができるが、この方法は脱窒に必要な水素供与体に加えて溶存酸素除去のために水素供与体が消費されるので、水素供与体の添加量が多くなる。さらに循環比が大きくなり、また溶存酸素の除去量が多くなるに従って、有機物の除去量も増加するため、排液中の窒素に対して有機物が２．５〜３倍以上存在しているような場合でも水素供与体を添加することが必要になる。
【０００５】
従来の処理法では、水素供与体は一定量で添加されており、しかも予想される被処理液中の窒素濃度の変動の内、最も高濃度の場合にも目標水質が得られるように循環比を設定しているので、通常過剰の水素供与体が添加されることになり、水素供与体が無駄に消費される。別の添加方法として、脱窒槽の酸化還元電位を検出して水素供与体の添加量を制御する場合もあるが、この場合も循環比を制御することは行われていない。このため被処理液の水質が変動して処理液の水質が目標水質より十分よい場合でも、循環比が一定であるため、硝化処理液の循環により持込まれる溶存酸素を除去するために水素供与体が添加されることになり、やはり水素供与体が無駄に消費される。
【０００６】
本発明の目的は、被処理液の窒素濃度の変動に応じて循環水量を調整するとともに、水素供与体の添加量を自動的に調整し、これにより水素供与体の過剰添加を防止して、低コストで硝化脱窒を行うことが可能な生物学的硝化脱窒装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理液および硝化槽から循環される硝化処理液を受入れて生物学的に脱窒を行う脱窒槽と、
この脱窒槽で脱窒した脱窒処理液を受入れて生物学的に硝化を行う硝化槽と、
この硝化槽で硝化した硝化処理液の窒素濃度を検出する窒素濃度検出装置と、
循環液中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素濃度検出装置と、
被処理液および循環液の流量を測定する流量計と、
窒素濃度検出装置で検出した硝化処理液の窒素濃度（Ｃｏｕｔ）、現在の循環比（ｒ０）および目標水質（Ｃｅ）に基づいて、被処理液の窒素濃度（Ｃｉｎ）を下式〔１〕で演算し、目標とする硝化処理液の窒素濃度を得るための被処理液に対する硝化処理液の循環比（ｒ）を下式〔２〕で演算して循環比制御信号を出力し、かつ前記循環比に応じて被処理液に添加する水素供与体の添加量を、下式〔３〕で求められる溶存酸素を除去するために必要な量（Ｅ１）と、下式〔４〕で求められる脱窒反応に必要な量（Ｅ２）との合計量から被処理水中に含まれている水素供与体の量を減じた量として演算して添加量制御信号を出力する制御装置と、
この制御装置から送信される循環比制御信号に応じて、その循環比が得られるように、硝化処理液の循環液量を調整する循環液量調整装置と、
前記制御装置から送信される添加量制御信号に応じて、その添加量が添加できるように、水素供与体を被処理液に注入する薬剤注入装置と
を備え、被処理液の窒素濃度を検出して制御する手段を備えていないことを特徴とする生物学的硝化脱窒装置である。
Ｃｉｎ＝Ｃｏｕｔ×（１＋ｒ０）  …〔１〕
ｒ＝（Ｃｉｎ／Ｃｅ）−１  …〔２〕
Ｅ１＝溶存酸素量×Ｋ１×循環液流量  …〔３〕
Ｅ２＝被処理液中の窒素濃度×Ｋ２×被処理液流量  …〔４〕
（式中、Ｋ１は溶存酸素単位量除去に必要な有機物量を表わす係数、Ｋ２は２．５〜３の係数である。）
【０００８】
本発明の装置において処理の対象となる被処理液は、アンモニア性または有機性窒素化合物を含有する液であり、このほか有機物、亜硝酸性または硝酸性窒素、その他の不純物を含んでいてもよい。
【０００９】
本発明の装置を構成する脱窒槽は、脱窒細菌を含む生物汚泥と被処理液とを嫌気性下に接触させて脱窒を行う装置であり、固定床式または流動床式等の生物ろ過式のもの、あるいは浮遊式で用いられる完全混合型のものなど任意のものが使用できる。
【００１０】
本発明の装置を構成する硝化槽は、脱窒槽で脱窒した脱窒処理液と硝化細菌を含む生物汚泥とを好気性下に接触させて硝化を行う装置であり、固定床式または流動床式等の生物ろ過式のもの、あるいは浮遊式で用いられる完全混合型のものなど任意のものが使用できる。
脱窒槽と硝化槽とは別々に設けることもできるし、両者を１個の槽内に設けることもできる。後者の例としては、例えば充填層に生物汚泥を付着させた生物ろ過装置の中間に散気装置を設け、上部を好気状態に保ち、上向流で通液すると、下部を脱窒槽、上部を硝化槽として一体化することができる。
【００１１】
本発明の装置を構成する窒素濃度検出装置は硝化処理液の窒素濃度を検出し、その窒素濃度信号を制御装置に送信する装置である。検出する窒素濃度は全窒素濃度でも、硝酸性窒素濃度でもよく、目標水質に応じて選択することができる。
【００１２】
本発明の装置を構成する制御装置は、前記窒素濃度検出装置から出力される窒素濃度信号を入力し、この信号から目標水質が得られるように硝化処理液の循環比を演算し、この循環比制御信号を循環液量調整装置に出力して循環液量を調整するように構成する。
【００１３】
循環比は次のようにして求めることができる。処理液（硝化処理液）の窒素濃度（Ｃｏｕｔ）と現在の循環比（ｒ０）とから被処理液中の窒素濃度（Ｃｉｎ）を下式〔１〕から推定し、目標とする窒素濃度（Ｃｅ）を得るための適正な循環比（ｒ）を下式〔２〕で計算する。
Ｃｉｎ＝Ｃｏｕｔ×（１＋ｒ０）  …〔１〕
ｒ＝（Ｃｉｎ／Ｃｅ）−１  …〔２〕
上記数式〔１〕、〔２〕から分るように、処理液の窒素濃度（Ｃｏｕｔ）が上昇すると循環液量を多くし、低下すると循環液量を少なくするように制御される。
【００１４】
また制御装置は、上記循環比の変動に応じて被処理液に添加する水素供与体の添加量を演算し、この添加量制御信号を薬剤注入装置に出力して水素供与体（薬剤）の添加量を調整するように構成する。循環比が変動すると脱窒槽に導入される硝化処理液（循環液）の液量もそれに応じて変動するので、脱窒槽に持込まれる溶存酸素の量が変動する。このため循環比が大きくなる（循環液量が多くなる）と脱窒槽に持込まれる溶存酸素の量が多くなり、脱窒に必要な嫌気性が保てなくなる。従って制御装置では、循環比の変動に応じて変動する必要最低限の水素供与体の添加量を求める。
【００１５】
水素供与体の添加量は、溶存酸素を除去するために必要な量（Ｅ１）と脱窒反応に必要な量（Ｅ２）との合計量から、被処理液中に含まれている水素供与体（有機物）の量を減じた量として求める。Ｅ１、Ｅ２は次の数式により求める。
Ｅ１＝溶存酸素量×Ｋ１×循環液流量  …〔３〕
Ｅ２＝被処理液中の窒素濃度×Ｋ２×被処理液流量  …〔４〕
【００１６】
上記数式〔３〕、〔４〕において、溶存酸素量は処理液中の濃度を溶存酸素濃度検出装置により検出して求めることもできるし、飽和濃度などの定数を用いてもよい。Ｋ1は溶存酸素単位量除去に必要な有機物量を表わす係数であり、通常０．８７である。Ｋ2は係数であり、通常２．５〜３である。
また被処理液中の水素供与体（有機物）は予め測定した値を用いるか、有機物の濃度測定装置を設置して測定して求めてもよい。
【００１７】
本発明の装置を構成する循環液量調整装置は、前記制御装置から送信される循環比制御信号に応じて循環液の流量を調整する装置であり、ポンプ、流量調整弁などが採用できる。
本発明の装置を構成する薬剤注入装置は、前記制御装置から送信される添加量制御信号に応じて水素供与体（薬剤）の添加量を調整する装置であり、ポンプなどが採用できる。なお水素供与体としては、メタノール、エタノールなどの易分解性有機物が使用できる。
【００１８】
【作用】
本発明の生物学的硝化脱窒装置では、窒素濃度検出装置で検出される処理液（硝化処理液）中の窒素濃度に応じて制御装置により循環比が決定され、循環液量調整装置により循環液量が自動的に増減されるので、被処理液中の窒素濃度が変動しても常に安定した処理液水質を得ることができる。
【００１９】
そして循環液量の増減に応じて、制御装置により必要最低限の水素供与体の添加量が決定され、薬剤注入装置により添加量が自動的に増減されるので、循環液量（循環比）が変動しても常に適切な量の水素供与体を添加することが可能になる。これにより水素供与体の過剰添加は防止され、低コストでの運転が可能になる。
【００２０】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面により説明する。
図１は実施例の生物学的硝化脱窒装置を示す系統図であり、硝化槽および脱窒槽が一体化した場合の例を示している。図１において、１は脱窒硝化槽、２は脱窒部、３は硝化部、４は制御装置、５は窒素濃度検出装置、６は溶存酸素濃度検出装置、７は薬剤貯槽、８、９は流量計である。
【００２１】
脱窒硝化槽１の内部には空気供給路１１に接続する散気装置１２が設けられ、散気装置１２の下部に脱窒細菌を含む生物ろ過層１３、上部に硝化細菌を含む生物ろ過層１４が形成され、それぞれ脱窒部２および硝化部３を構成している。生物ろ過層１３、１４としては造粒化汚泥を充填したもの、あるいは充填層に生物汚泥を付着させたものなど、任意のものが採用できる。また生物ろ過層１３、１４は固定床のほかに、脱窒部２と硝化部３との間に仕切を設けて流動床とすることもできる。脱窒硝化槽１の下部には被処理液ポンプ２１を有する被処理液路２２が連絡し、薬注ポンプ２３を有する薬注路２４が被処理液路２２に連絡している。脱窒硝化槽１の上部には処理液路２５および排ガス路２６が連絡している。処理液路２５は循環路２７が分岐して被処理液路２２に接続している。循環路２７の中間には循環ポンプ２８が設けられている。
【００２２】
窒素濃度検出装置５は硝化処理液（循環液）中の窒素濃度が検出できるように構成されている。溶存酸素濃度検出装置６は循環液中の溶存酸素濃度が検出できるように構成されている。流量計８、９はそれぞれ被処理液および循環液の流量が測定できるように構成されている。
【００２３】
制御装置４は窒素濃度検出装置５で検出した硝化処理液（循環液）中の窒素濃度信号、溶存酸素濃度検出装置６で検出した循環液中の溶存酸素濃度信号、流量計８、９で測定した被処理液および循環液の流量信号を入力し、目標水質が得られる必要循環比を演算し、循環ポンプ２８に循環比制御信号を出力するように構成されている。そして上記必要循環比および溶存酸素濃度信号に基づいて、脱窒部２に水素供与体となる薬剤を添加する際の必要薬注量を演算し、薬注ポンプ２３に添加量制御信号を出力するように構成されている。
【００２４】
図１の装置により硝化脱窒を行うには、まず被処理液ポンプ２１を駆動するとともに循環ポンプ２８を駆動し、被処理液路２２を通して供給される被処理液と循環路２７を通して循環される循環液とを混合する。さらに薬注ポンプ２３を駆動し、薬剤貯槽７から薬注路２４を通して水素供与体を混合し、この混合液を脱窒硝化槽１下部から脱窒部２に導入する。被処理液の流量は流量計９で連続的または間欠的に検出し、この流量信号を制御装置４に送信する。脱窒部２では混合液を生物ろ過層１３中を上向流で通液し、脱窒細菌の作用により混合液中の亜硝酸または硝酸性窒素を窒素ガスに生物学的に脱窒する。
【００２５】
脱窒処理液は硝化部３に導入して硝化する。硝化部３では空気供給路１１から供給する空気を散気装置１２から散気した状態で、脱窒処理液を生物ろ過層１４中を上向流で通液し、硝化細菌の作用により脱窒処理液中のアンモニア性窒素を亜硝酸または硝酸性窒素に生物学的に硝化する。脱窒処理液中に有機性窒素化合物が含有されている場合は、この有機性窒素化合物は生物ろ過層１４中の微生物の作用によりアンモニア性窒素に分解され、さらに硝化細菌の作用により亜硝酸または硝酸性窒素に硝化される。
【００２６】
硝化処理液の一部は循環路２７から循環ポンプ２８により循環液として循環し、残部は処理液として処理液路２５から取出す。排ガスは排ガス路２６から排出する。処理液（硝化処理液）中の窒素濃度は窒素濃度検出装置５により連続的または間欠的に検出し、この窒素濃度信号を制御装置４に送信する。また循環液中の溶存酸素濃度を溶存酸素濃度検出装置６により連続的または間欠的に検出し、この溶存酸素濃度信号を制御装置４に送信する。さらに循環液の流量を流量計８で連続的または間欠的に検出し、この流量信号を制御装置４に送信する。
【００２７】
制御装置４では、窒素濃度信号および被処理液の流量信号から目標水質を得るための循環比を演算し、その循環液量が得られるように、循環ポンプ２８に対して循環比制御信号を出力し、循環液量を調整する。これにより、被処理液中の窒素化合物の含有量などが変動する場合でも常に安定して目標水質を得ることができる。
【００２８】
また制御装置４では、溶存酸素濃度信号および循環液の流量信号に基づいて水素供与体の添加量を演算し、その添加量が添加できるように、薬注ポンプ２３に対して添加量制御信号を出力し、水素供与体の添加量を調整する。これにより、循環液量、被処理液中の窒素濃度や有機物含有量などが変動しても、変動に応じて常に適切な量の水素供与体が添加できるので、水素供与体の無駄な添加が防止できる。
【００２９】
なお図１の生物学的硝化脱窒装置では、被処理液の流量が一定している場合、流量計９は省略することができる。
また図１の生物学的硝化脱窒装置では脱窒槽と硝化槽が一体化した脱窒硝化槽１を用いているが、脱窒槽と硝化槽とを別々に設けることもできる。この場合被処理液と生物汚泥とを混合して脱窒または硝化する完全混合型の浮遊法による槽を採用することもできる。
【００３０】
さらに薬注路２４は被処理液路２２に接続する代わりに脱窒硝化槽１に直接接続させて、被処理液と循環液との混合液に薬剤を添加するように構成することもできる。
【００３１】
試験例１
図１の装置により塗装排液の硝化脱窒を行った。運転は、まず全窒素濃度１００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤ濃度１５０ｍｇ／ｌ、ＳＳ  ４５ｍｇ／ｌの排水を、下記条件で処理した。このときの水素供与体としてのメタノールの添加量は１００ｍｌ／ｌ−被処理液、処理液の全窒素濃度は９ｍｇ／ｌであった。
脱窒硝化槽：
直径    ；４００ｍｍ
有効高さ；３，０００ｍｍ
硝化部長；２，０００ｍｍ
脱窒部長；１，０００ｍｍ
負荷：
硝化負荷；０．７ｋｇ−Ｎ／ｍ3・ｄ
脱窒負荷；１．４ｋｇ−Ｎ／ｍ3・ｄ
被処理液流量：１．８ｍ3／ｄ
循環比  ：９倍
処理液の全窒素濃度の目標水質：１０ｍｇ／ｌ
【００３２】
次に被処理液の全窒素濃度を６５ｍｇ／ｌ（ＢＯＤ濃度は１５０ｍｇ／ｌで一定）に低下させて運転した。このとき水素供与体の添加量は１２ｍｇ／ｌ−被処理液と約１２％に低下した。また処理液の全窒素濃度は８ｍｇ／ｌ、循環比は７倍であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の生物学的硝化脱窒装置は、硝化処理液の窒素濃度を検出する窒素濃度検出装置と、循環液中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素濃度検出装置と、被処理液および循環液の流量を測定する流量計と、窒素濃度検出装置で検出した硝化処理液の窒素濃度、現在の循環比および目標水質に基づいて、被処理液の窒素濃度を演算し、目標とする硝化処理液の窒素濃度を得るための被処理液に対する硝化処理液の循環比を演算して循環比制御信号を出力し、かつ前記循環比に応じて被処理液に添加する水素供与体の添加量を、溶存酸素を除去するために必要な量と、脱窒反応に必要な量との合計量から被処理水中に含まれている水素供与体の量を減じた量として演算して添加量制御信号を出力する制御装置と、この制御装置から送信される循環比制御信号に応じて、その循環比が得られるように、硝化処理液の循環液量を調整する循環液量調整装置と、前記制御装置から送信される添加量制御信号に応じて、その添加量が添加できるように、水素供与体を被処理液に注入する薬剤注入装置とを備えているので、被処理液の窒素濃度が変動しても、その変動に応じて添加する水素供与体の量を自動的に調整でき、これにより水素供与体の過剰な添加を防止して低コストで硝化脱窒を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の生物学的硝化脱窒装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  脱窒硝化槽
２  脱窒部
３  硝化部
４  制御装置
５  窒素濃度検出装置
６  溶存酸素濃度検出装置
７  薬剤貯槽
８、９  流量計
１１  空気供給路
１２  散気装置
１３、１４  生物ろ過層
２１  被処理液ポンプ
２２  被処理液路
２３  薬注ポンプ
２４  薬注路
２５  処理液路
２６  排ガス路
２７  循環路
２８  循環ポンプ
【図１】
0003814835.tif 000002