「硝化抑制運転の諸課題に対する調査について」
調査研究報告書（令和３年度）
公益財団法人山梨県下水道公社
峡東浄化センター
１

目的
令和 2 年度の調査研究では、平成 30 年 3 月に国土交通省より示された「水質とエネルギーの最適管理のためのガイドライン～下水処理場における二軸管理～」の手法を基に、当センターの水処理運転について「水質」と「エネルギー」を総合的に判断して評価を行い、硝化抑制運転を年間を通して行うことが、現時点では有効な運転方法であるとした。
今年度は、実際に年間を通して硝化抑制運転を行うなかで、「処理水質」と「エネルギー」（令和 2 年度においてセンター使用電力量の 27％を占める「送風機」）、これらに伴う「コスト」及び「温室効果ガス排出量」について調査する。
２

送風機使用電力量の制御（現状の確認）
必要空気量に応じて送風機の使用電力量を制御（増減）する手法を以下に示す。
（１） 表１に示す性能（電動機出力）の異なる送風機を選択して運転する（２） 同一性能の送風機で吸込風量を変化させて運転する
表１名称

水処理系列
型式
吸込風量
電動機出力
供用開始年度風量調整機構送風機の仕様No.1-1

No.1-2

No.2-21、2系
単段ターボブロア
55m3/min120m3/min
90kW
180kW
Ｈ３Ｈ19
インレットベーン

55m3/min90kW
Ｈ７No.2-390m3/min132kW
Ｈ10１）送風機の使用電力量を制御するため、性能（電動機出力）の異なる送風機を使用した場合、一日当たり 460kWh の電力量の差が生じる結果となり、必要空気量に応じて送風機の号機を切り替えることで、電力量の削減を図ることができる。
２）送風機の使用電力量を制御するため、同一の送風機で吸込風量を変化させた場合、一日当たり 730～750kWh の電力量の差が生じる結果となり、必要空気量に応じて送風量の制御を行うことで、電力量の削減を図ることができる。
３

必要空気量と処理水質
水処理に必要な空気量の算出は「峡東流域下水道事業計画変更届出書（平成 30 年度）」に記載されている送風機必要空気量の算出方法を参照する。
【必要酸素量】
必要酸素量：ＡＯＲ＝Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3
Ｏ1：BOD の酸化に必要な酸素量（kg/日）
Ｏ2：内生呼吸に必要な酸素量（kg/日）
Ｏ3：硝化反応に必要な酸素量（kg/日）

図１-1-

必要空気量の算出結果

【必要空気量】
必要空気量：Ｇs（m3/日）＝必要酸素量（ＡＯＲ）×1.668／（0.292×1.293×0.232）×（273＋20）／273×1.1
余裕 10％とする
標準状態の必要空気量：Ｇs’（Nm3/日）＝Ｇｓ×273×｛（1.0332－0.04326×ＲＨ）／1.0332｝／（273＋Ｔ）
ＲＨ：相対湿度（75％を採用）
Ｔ：吸込温度（20℃を採用）
単段式嫌気好気法により硝化促進運転を行い、年間の反応タンク流入水量が今年度とほぼ同量であった
平成 28 年度と比較しながら必要空気量と水質等のパラメータの状況を調査した。結果を以下に示す。
１）当センターで行う硝化抑制運転は硝化促進運転と比べて、必要空気量を抑制することができる。
（図１参照）
２）当センターで行う硝化抑制運転は硝化促進運転と比べて、年間を通して処理水質の安定化を図ることができる。
３）当センターで行う硝化抑制運転は硝化促進運転と比べて、年間を通して窒素含有量の除去率が低下する。
４）当センターで行う硝化抑制運転は硝化促進運転と比べて、年間を通して燐含有量の除去率はほぼ同等であるが、季節変動が小さく安定した状況で推移する。
４

放流域への影響
当浄化センターでは、処理水を一級河川笛吹川に掛かる白井河原橋と中道橋の間に放流しており、上、下流河川水の水質調査を毎月一回実施している。今年度は、年間を通して単段式嫌気好気法により硝化抑制運転を行ったが、放流地点の上流（白井河原橋付近）と下流（中道橋付近）の水質状況を調査した。
図２に放流地点及び上、下流の採水地点を示す。
調査結果を以下に示す。
１）当センターの処理水が放流地点の下流河川水に影響を与える水質項目は、BOD 及びアンモニア性窒素含有量であった。
２）当センターの処理水が下流にほとんど影響を与えない水質項目は、SS、亜硝酸性窒素含有量、硝酸性窒
図２

放流地点及び採水地点

素含有量及び燐含有量であった。

３）溶存酸素は、下流においても年間を通して十分な濃度となっており、BOD 及びアンモニア性窒素含有量の酸化（硝化）に伴う酸素欠乏の可能性はないものと考える。
５

硝化抑制運転における汚泥処理
硝化抑制運転は、硝化促進運転に比べて余剰汚泥の発生量が増加し、汚泥処理コストが増加する可能性があるため、今年度の各種データを元に硝化促進運転とした場合の脱水汚泥発生量を推定算出して今年度の実績量と比較する。

-2-

余剰汚泥は、反応タンク内の MLSS を適切に維持するために引き抜く余分な汚泥のことをいうが、その量は次式で算出される。
【余剰汚泥量】
Ｑw＝｛（ａ×ＣS-BOD＋ｂ×Ｃss）×Ｑin－ｃ×Ｘ×Ｖ｝／Ｘw
表２に算出に用いた数値を示し、表３に脱水汚泥量の状況を示す。
表２

表３

算出に用いた数値（硝化促進･余剰汚泥量）

項目（パラメータ）

単値

備

Ｑin：反応タンク流入水量(m3/日)

32,260R3.4～R4.2平均

Ｖ：反応タンク容量(m3)11,380好気部

ＣS-BOD：反応タンク流入溶解性BOD(mg/L)

23

R3.4～R4.2平均

Ｃss：反応タンク流入SS(mg/L)

54

R3.4～R4.2平均

Ｘ：MLSS(mg/L)

1,870

H27-H29平均

Ｘw：余剰汚泥SS濃度(mg/L)

4,500

H27-H29平均

ａ：溶解性BODに対する汚泥転換率(gMLSS/gBOD)

0.6

0.4～0.6

ｂ：SSに対する汚泥転換率(gMLSS/gSS)

1.0

0.9～1.0

ｃ：活性汚泥の内生呼吸による自己分解速度 (gMLSS/（gMLSS・日))

0.030

H27-H29平均

機械濃縮機回収率

(％)

99.6

R2実績（分離液）

生汚泥固形物量(kg)

1,150,000 R3.4～R4.2(334日)

脱水機回収率(％)

98.0

R2実績（分離液）

脱水汚泥含水率(％)

73.8

R3.4～R4.2平均

年換算係数(－)

365/334

考

水処理方針による脱水汚泥量の差
１）硝化抑制運転は硝化促進運転よりも余剰汚泥の水処理方針

脱水汚泥発生量(t/年)

備

硝化抑制運転（A)6,966.22

R3実績値

硝化促進運転（B)6,876.94

R3試算値

差(A)－(B)

89.28

６

位

考

発生量が増加するため、脱水汚泥の発生量が増加する。

コスト調査
硝化抑制運転と硝化促進運転のコストを比較、調査する。
なお、硝化抑制運転は今年度の実績値を採用し、硝化促進運転は以下の数値を採用した。
（１）送風機使用電力量；平成 28 年度実績を一部流用した推定算出値（平成 28 年度；単段式嫌気好気法による硝化促進運転（通年）、反応タンク流入水量が今年度と近似）（２）脱水汚泥量；表３による
表４に送風機使用電力量の差を、表５に電気料金の削減額を、表６に汚泥処分費の増加額を、表７に総コスト（差額）を示す。
表４
水処理方針

送風機使用電力量の差送風機使用電力量
備(kWh・年)

表５
採用単価

考

電気料金の削減額
電気料金削減額(円・年 税込）

硝化促進運転923,300 平成28年度ﾃﾞｰﾀ流用推定算出

単価1(R3.4)

1,780,344

硝化抑制運転781,100 令和3年度実績

単価2(R4.4)

2,707,488

差

142,200

平均

2,243,920

表６
採用単価
令和3年度契約単価

汚泥処分費増加額

汚泥処分費増加額
備(円・年 税込）

表７1,924,880-3-

考総コスト（差額）

総コスト
電力料金採用単価(円・年 税込）

考備

備

単価1(R3.4)

144,536 増加

単価2(R4.4)-782,608 削減

平均-319,040 削減

考硝化抑制運転を採用した場合のコスト変化は以下のとおりである。
１）電気料金の削減額は採用する電力料金単価によって変動し、年間でおよそ 178 万円から 271 万円、平均でおよそ 224 万円と算出された。
２）汚泥処分費の増加額は年間でおよそ 192 万円と算出された。
３）年間の総コストは現状でおよそ 14 万円の増加から 78 万円の削減、平均でおよそ 32 万円の削減と算出された。
７

温室効果ガスの排出硝化抑制運転と硝化促進運転の温室効果ガス排出の状況を比較、調査する。
表８に硝化抑制運転を採用した場合の送風機使用電力の削減量に基づく排出削減量を、表９に水処理プロセスからの排出量の差を示し、表 10 に硝化抑制運転の排出状況をまとめる。
表８
項目

単位数値

備

送風機使用電力削減量(kWh･年)

二酸化炭素排出係数(kg-CO2/kWh)0.443

二酸化炭素削減量(kg-CO2･年)

62,990

表 10項

８

使用電力量削減に伴うＣＯ2 量
考項

142,200
契約小売電気事業者
令和3年度算定用

硝化抑制運転によるＣＯ2 排出状況

目

表９数値

備

水処理プロセスからの増加量

61,150

使用電力量からの減少量-62,990差(kg-CO2･年)-1,840 減少

考

水処理プロセスからのＣＯ2 量

目

単位数値

備

(m3/年)

11,726,700 令和3年度

一酸化二窒素排出係数（嫌気好気活性汚泥法）(kg-N2O/m3)

一酸化二窒素排出係数（循環式硝化脱窒法）(kg-N2O/m3)

二酸化炭素換算係数（地球温暖化係数）(倍)二酸化炭素排出量(Ａ)(kg-CO2･年)

102,040 硝化抑制運転

二酸化炭素排出量(Ｂ)(kg-CO2･年)

40,890 硝化促進運転

二酸化炭素増加量(Ａ)－(Ｂ)(kg-CO2･年)

61,150単段式嫌気好気法
硝化抑制運転代用
単段式嫌気好気法
0.0000117
硝化促進運転代用

0.0000292

298１）送風機使用電力量の削減に伴う減少量が水処理プロセスからの増加量を上回るため、全体として減少する結果となった。

まとめ
これまでの調査結果を以下に記載する。

・送風機の使用電力量を制御するため、必要空気量に応じて性能（電動機出力）の異なる送風機の選択、また、性能が同一の送風機では吸込風量を変化させることで電力量の削減を図ることができる。
・当センターで行う硝化抑制運転では、硝化促進運転と比べて必要空気量を抑制しながら年間を通して BOD、SS の処理水質及び燐含有量除去率の安定化を図ることができるが、窒素含有量の除去率は低下する。
・当センターで行う硝化抑制運転では、処理水が放流河川の下流に影響を与える水質項目として BOD 及びアンモニア性窒素含有量が挙げられるが、下流においても溶存酸素は年間を通して十分な濃度となっており、BOD 及びアンモニア性窒素含有量の酸化（硝化）に伴う酸素欠乏の可能性はないものといえる。
・当センターで行う硝化抑制運転では、硝化促進運転と比べて電気料金は削減されるが、余剰汚泥量の増加に伴い汚泥処分費は増加し、総コストは現状の単価では十数万円の増加または数十万円の減少となる。
・当センターで行う硝化抑制運転では、硝化促進運転と比べて温室効果ガスの排出について送風機使用電力量の削減に伴う減少量が水処理プロセスからの増加量を上回るため、全体として減少する結果となった。
９

考反応タンク流入水量

今後の課題
今後へ向けての課題を以下に記載する。

・硝化抑制運転の安定化を継続する。
・維持管理全体としてコスト縮減への取り組みを継続する。

-4-