「反応槽間欠曝気におけるりんの挙動把握と変動緩和のための運転方法の検討」
調査研究報告書（平成25年度）
公益財団法人山梨県下水道公社
桂川清流センター
１

目的
桂川清流センターは現在1/2系列が供用開始され、反応タンクを１池使用しており15,000m3/日の処理能力を有する標準活性汚泥法による桂川流域下水道の終末処理場である。
現在、約6,000m3/日の下水処理を、曝気時間を約17時間とする間欠運転にて行っているが、りん除去の観点からみた場合、一時的に反応タンクの曝気や撹拌の停止の影響を受けることや、汚泥処理系統からのりん負荷変動の影響が大きいことなどから、県内他流域と比較してみた場合、安定した除去が困難な状況にあると言える。
この状況下、神奈川県との共同事業として凝集剤添加設備が平成26年度当初より供用開始予定とされていることから、処理場内におけるりんの挙動把握を行うこととし、目標水質遵守や必要とされる電力･薬品コスト節減等につながる運転方法についての研究を行うこととした。
２ 放流水りん濃度の経時変動と原因の想定
前年度の分析により、放流水は１日以上の長い周期で緩やかに、かつ大きく変動していることが確認されている(図-1参照)。
また、年24回実施している精密試験結果において、試料採取前日に汚泥脱水機の運転実施の有無により放流水 PO4-P(別称 O-P)濃度に差が生じる傾向があることから、汚泥処理棟からの脱水分離液の返流による影響を受けているものと想定した。当年度の試験結果を表-1に示す。
3.00

PO4-P mg/L

表-1 平成25年度精密試験結果

H24.4.10〜112.50

2.00

H24.8.8〜91.50

H24.11.8〜91.00

H24.12.20〜21

流入水 放流水 流入水 放流水
最大
最小
平均

0.50
H25.2.13〜140.00
10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

0:00

2:00

4:00

6:00

mg/L
PO4-P

T-P

平均(前日脱水有)平均(前日脱水無)8:005.222.804.10
4.213.54

2.500.70
1.45
1.55
0.95

2.35
1.05
1.75
1.841.34

2.430.59
1.351.450.84

図-1 放流水 PO4-P の経時変動(H24度)

３

反応 タンク での りん 挙動
当センターの反応タンクは、槽容量比1：1.5：1.5：2.25の合計5,049m3となり、第１槽を嫌気槽として使用している。
平常時の嫌気槽 ORP と実質滞留時間の経時変 動を図-3に示す。

ORP mV

４0-50-100-150-200-250-300

44(114)410/24ORP
嫌気槽実質滞留時間hr

32hr

桂川清流センターのりん収支
りん収支を把握するため、
100
143
初沈流出水
104
反応終沈放流水
水処理流入水
水質及び汚泥含有試験を平成
(100)
(195)
(188)タンク25年5月に実施 し、脱水機運
43
生汚泥
余剰汚泥転日における収支図を作成し(95)た。図-2に示す収支図での数
重力濃縮槽越流水
重力濃縮槽
機械濃縮機
値は T-P、括弧内の数値は PO
14(22)
4-P の流入負荷量に対する割56
44(2)(0)機械濃縮分離液合となる。
1(0)
生物的りん除去が必要とな
96
60
濃縮受槽
汚泥脱水機
る PO4-P において、流入負荷(80)(7)
汚泥脱水機分離液とほぼ等量が汚泥処理系統か27(73)ら返流されるとした算定結果
図-2
りん収支図となり、主因は濃縮受槽内にて溶出したりんが、脱水分離液として返流されることによるものであると考えた。

1
00:00

2:00

4:00

6:00

図-3

8:00

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

0:00

反応タンク嫌気槽の経時変動

ORP は、特定の時間帯に増減を繰り返す傾向にあり、間欠運転に伴う返送汚泥の停止時間に低い傾向を示し、日汚水量の５割程度に相当する川合中継ポンプ場からの送水等の水量増減の影響が確認された。よって生物学的りん除去を行う上で必要となる反応タンクでのりん放出及び固定の程度を、高 ORP 及び低 ORP の時間帯に区分し、調査を行うこととした。

-1 -

嫌気槽 ORP 値の高い傾向を示す10:30と、低い傾向を示す15:00の PO4-P を基本に、同一水塊の移動時間を滞留時間計算をもとに推定し、反応タンク流入水及び反応タンク末端における推定時刻の PO4-P を測定し、濃度変動を比較することとした。調査結果を図-4に示す。
16

グ ラフ の実 線／破線表 示はそれ ぞれ 汚泥脱 水機 運転 の有
無を 、マ ーカー の塗 りつ ぶし／白 抜き 表示は それ ぞれ 川合
中継 ポン プ場圧 送水 への 酸素注入の有無を示す。

1610/29火

14121410/30水
10/31木1210811/12水

PO4-P mg/L

PO4-P mg/L

11/1金11/13木
11/20木1081)高 ORP 条件
66反 応タ ンク 流入水 PO4-P
44
濃度は1mg/L 前後で安定してお り、 嫌 気 槽に おけ る りん
22放 出に 伴 う 濃度 増加 も 低い
水 準で あ り 、反 応タ ン ク第00
AT第１槽
AT第４槽
AT流入水
AT流入水
AT第１槽
AT第４槽
４ 槽で は 脱 水運 転日 に その返 流水 が 想 定よ り早 く 到達
9:20
10:30
20:30
13:00
15:00
25:00
し た影 響 と 見ら れる 濃 度上
高ORP
低ORP
昇があるが、脱水休止日は1
図-4 PO4-P 変動（左：高 ORP 条件、右：低 ORP 条件）
mg/L 以下となった。
2)低 ORP 条件
脱水機運転時は、反応タンク流入水 PO4-P 濃度で高い値を示した後、嫌気槽にて12〜16mg/L の範囲の高い放出がなされたが、反応タンク末端では2mg/L 以上が残存した。一方、脱水休止日は全般的に低い水準にあった。
川合中継ポンプ場の酸素注入については、注入時の方が嫌気槽にて両 ORP 条件とも低いりん放出量となる傾向を示したが、酸素注入により生成された硫酸塩の流入によることが想像される。
また、脱水実施の影響については、脱水分離液により有機物の供給がなされ、高いりん放出がなされている一方、流入する PO4-P 濃度が高くなることから、現状のりん固定量では不足することとなり、その結果反応タンク出口及びその先の PO4-P 残存により良好な処理水質につながらないものと考える。

2502002001501503.0502.502.0100

水位 m

水位 m

1001.51.03.0502.502.01.51.00.0

図-5502.50

脱水機 運
転前

2.01.5

脱水機 運
転後

1.00.00.0
1日目 2日目 3日目 4日目 5日目 6日目
連続運転日数

3.00.50.50.5

100

水位 m

150

PO4-P mg/L

250

200

PO4-P mg/L

250

1日目 2日目 3日目 4日目 5日目 6日目
連続運転日数

PO4-P mg/L

５ 濃縮汚泥受槽のりん放出抑制
当センターの余剰汚泥は、余剰汚泥受槽による貯留後、機械濃縮機により濃縮され次第、混合汚泥受槽に流下される。濃縮汚泥受槽内では、BOD 源となり得る重力濃縮汚泥と機械濃縮汚泥の混合撹
拌により、りん放出が加速していることが想像される。
表-2 試験区分
濃縮汚泥受槽にて生成される PO4-P を抑制することを目的として、受槽撹拌機運転を制限し、
RUN1
RUN2
RUN3
脱水終了時の槽内残留汚泥を減らすことによる、（対象系）
H25.6.7〜12
H25.6.14〜19
H26.12.11〜16
脱水分離液 PO4-P 濃度の低減効果について調査 実施期間
脱水開始30分前
脱水開始60分前
平常運転を行った。RUN3では脱水機供給ポンプのつまり 撹拌機運転(1.5m以上で自動運転)〜停止まで〜停止まで防止のため撹拌機運転時間を60分前に変更した。
平常運転
平常運転
脱水停止時の汚泥移送調査結果を図-5に示す。
（毎日均等に移送） （毎日均等に移送）
受槽水位0.9m

1日目 2日目 3日目 4日目 5日目 6日目
連続運転日数

分離液PO4-P

脱水分離液 PO4-P と受槽水位（左より RUN1,RUN2,RUN3）

RUN1の PO4-P 平均194mg/L に対し、RUN ２は全般的に低く平均142mg/L となり、約50mg/L の低減効果を得たことから、撹拌機の制限がりんの放出抑制に寄与したものと考える。
また、RUN2にて脱水運転後水位が低いほど PO4-P 濃度が低いことが示され、停止水位設定を0.9mとした RUN3においても PO4-P 平均95mg/L に至る低減効果を示したことから、停止水位を低く保つことも返流水の PO4-P 低減に寄与するものと考える。ただし、RUN1,2実施が6月、RUN3が12月のため、季節変動の他諸条件が異なっていることに留意したい。また、RUN3による撹拌機運転の制限により約30万円/年相当の電気コストの削減が期待できる。

-2 -返流水槽の設定諸元
No.1返流水槽

No.2返流水槽
脱水分離液系統以外の全排水貯留対象排水

脱水分離液系統

吐出管仕切弁返流ポンプ制御

寸開全開
No.2返流水槽水位による自動運転（重力濃縮槽越流水、機械濃縮分離液、し渣洗浄水等）

42

1100018:00

19:00

図-6021:0020:00

水位変動の概要

60

340

220

10
8:00

10:00

12:00

14:00

図-7

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

2:00

4:00

返流水流量 m3/h

No.2水位差 =3.10 - 1.78=1.32m
No.1水位差® 寸開調整3槽内推計
PO4-Pmg/Lkg

PO4-P mg/L

図-8に、返流水槽二槽使用による返流水 PO4-P 測定結果と各水槽 PO4-P 濃度及び貯留量の推計結果を示す。
図-7に示す単槽使用結果と比較した場合、返流水 PO4-P
濃度ピークを４割程度削減し、ピーク発生時間を2〜4時間程度遅延させることとなる。また、貯留量も大幅に増加し、それを緩やかに返流することで水処理施設への返流負荷を平準化することが示された。

表-3

返流水槽水位 m

６ 返流負荷の平準化
脱水分離液の返流に由来する高濃度負荷の平準化を検討することとし、現有２槽の内 No.2返流水槽のみ使用としている返流水槽内 PO4-P の実測及び推計を平成26年2月に行った所、12:00実測値で約40mg/L、試算で14:00付近にて最大45mg/L 程度と流入水の概ね20倍以上の高濃度水が日中に集中して返流されていることが予測された（図-7参照）。
そこで、未使用としている No.1返流水槽が構造上脱水分離液系統のみを貯留できるものであることから専用とし、No.1返流水槽吐出配管仕切弁を寸開とすることで、両水槽の吐出量に偏差を与え、水位差が水槽間移動により解消する作用が生じることを利用し、返流負荷の平準化を試みた。設定諸元を表-3に、返流水槽の水位変動の概要を図-6に示す。

6:00

返流水実測
PO4-P mg/L
槽内貯留kgPO4-P0
8:00

返流水 PO4-P 測定と単槽モデルによる推計結果（H26.2.12〜13）
No.1槽内推計
PO4-Pmg/L

80

4No.2槽内推計
PO4-Pmg/L

60

3推計返流水PO4-Pmg/L

40

220

1kg

5PO4-P mg/L

100

08:00

10:00

12:00

図-814:00

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

2:00

4:00

6:00

08:00

返流水実測
PO4-P mg/L
No.1槽内kgO-P
No.2槽内kgO-P

返流水 PO4-P 測定と二槽水位偏差モデルによる推計結果（H26.3.12〜13）

まとめ
2.50
当センターのりんの挙動に関する調査を2.00行い、放流水りん濃度の変動緩和に関する対策として、負荷変動の主因となる汚泥処
1.50
理棟の返流負荷の軽減及び平準化を図った。
1.00
対策後の効果検証が今後必要となるものと考えられるが、３月調査時点による比較
0.50
を図-9に示す。
0.00
図中実線の結果が、負荷平準化対策後の10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00
結果となる。調査範囲において、やや高めではあるが経時変化が少なく安定した濃度を
図-9 放流水 PO4-P の経時変動(H25度)維持した結果を得ており、凝集剤添加設備の供用開始後の安定したりん除去につながることに期待したい。
PO4-P mg/L

７

H25.4.1
0〜11
H25.8.7〜8
H25.11.
13〜14H26.3.5〜6

りん濃度変動の諸要因は、施設の処理能力に対し流入水量が少ないことによるものが多いと考える。
例えば、水処理施設の間欠運転の影響、流入水に対する過大な返流負荷等が挙げられる。
よって、流入水量増加がりん除去率向上につながることが予測されることから、利用者の増加を促すための活動も今後の課題となる。

-3 -