高度処理における反応槽隔壁開口部の影響と改善による効率化（財）愛知水と緑の公社

○藁科亮
丸山司

1．

は じ め に

衣浦西部浄化センターのステップ流入２段硝化脱窒法の反応槽においては隔壁上部に開口があった。エアリフト効果による下流の硝化槽から上流の脱窒槽への逆流が起こっていることが目視で確認されていた。この影響と思われる問題としては、槽内の反応状況が水質試験データから正確に把握できないことであった。
そのため運転管理に苦慮していた。これを解消するための隔壁の改良を行い、その効果を確認するための調査を行った。
調 査 方 法2.

反応槽隔壁上部の開口部の影響で逆流が起き槽間で相互混合が起きていることを確認するために、隔壁改良の前後でトレーサー試験による槽列モデルおよび逆流量の推定を行った。
(1) 施設概要
当該反応槽はステップ流入２段硝化脱窒法で容積は上流から 370m3、1470m3、1160m3、1910m3 である。
流入量 316m3/hr、ステップ比 50：50、返送率 65%の状態で調査した。
316m3/hr

158m3/hr
A-1

205m3/hr 370m3

O-1
1470m3158m3/hr
A-2O-21160m3 1910m3(2) 反応槽隔壁
当該反応槽の隔壁は断面積 65.5m2 で下部に長方形の 1.44m2（開口率 2.2%）の開口部がある。また、上部中央には 0.47m2（開口率 0.7%）の開口部がある。本調査ではこの上部開口を遮断する改良を行った。
QS1(3) 試験方法

QS2

１段硝化槽（O-1）のリチウム濃度が 3mg/L となるように塩化リチウ
ムを O-1 に瞬時に添加し、各槽で経時的に採水しリチウム濃度を測定した。

Q１１

Q２１C1C2A-1（V1）O-1（V2）

Q３１
C3Q４１C4QR
Q１２CRQ２２

Q３２A-2（V3）O-2（V4）

赤字は既知の値を示す。

Q ＝Q ＋QS1＋QR
逆流量の計算はトレーサーであるリチウムの収支式に基づいた。各槽のリチウム濃度に初期値を与え、各１１

１２

Q２１＝Q２２＋QS1＋QR

Q３１＝Q３２＋QS1＋QS２＋QR
Q４１＝QS1＋QS２＋QR

槽の収支式である４式の連立微分関数方程式を解くことにより各時間帯におけるリチウム濃度の理論値を得た。ここで逆流量 Q12、Q22、Q32 を変数とし、各時間帯におけるリチウム濃度の理論値と測定値の差の２乗が最小になるときの Q12、Q22、Q32 を求め、これらの値を逆流量と推定した。
3.

試験結果及び考察
各槽のリチウム濃度の測定値の経時変化を図に示す。

(1) 隔壁改良前の混合特性
O-1 に投入されたリチウムが投入直後から A-1 に検出されており、O-1 から A-1 への逆流が認められる。
応して減少している。また、投入槽である O-1 は槽列

A-13.0O-1(投入)A-22.5Li(mg/L)

A-1 ではピーク値を示した後、O-1 の濃度の低下に呼3.5

O-22.0

返送汚泥

1.5

モデルにおける完全混合槽に類似した濃度変化を示し1.0ており、O-1 だけに注目すれば完全混合槽に近い混合0.5特性であることが認められる（死水域がない）。また、

0.00

後続の槽である A-2 及び O-2 におけるピーク時間は5101520経過時間（hr）

A-1 が無いものと考えたときの t/T（理論滞留時間に対図－１ 各槽におけるリチウム濃度（隔壁改良前）する比率）のそれぞれ、約 0.2、約 0.5 となり、槽列モデルにおける N＜2（槽数２）、N＝２（槽数３）に相当し、実槽数より少ない槽列となっていることから3.5

これらの槽においても逆流による相互混合の存在が示

3.0

唆された。

A-22.0O-21.5

表－１に示す通り逆流量はＯ－１→Ａ－１が1.0345m3/hr、Ａ－２→Ｏ－１が 295m3/hr、Ｏ－２→Ａ0.5－２が 711m3/hr と推定された。このことから、Ａ－１0.0及びＡ－２それぞれの理論滞留時間の間にＯ－１から

O-1(投入)2.5
Li (mg/L)(2) 隔壁改良前の逆流量

A-1

返送汚泥

05

Ａ－１への逆流量はＡ－１容積の 1.01 倍、Ｏ－２からＡ－２への逆流量はＡ－２容積の 1.52 倍にもなる。さ101520

経過時間 (hr)

図－２ 各槽におけるリチウム濃度（隔壁改良後）

らにＡ－２からＯ－１への逆流量も考慮すれば、槽列モデルの結果がＮ＝２もしくは２未満であったことは妥当な推定であるといえる。
(3) 隔壁改良後の混合特性

表－１

初期値
Ｏ－１に投入したリチウムは投入直後ではＡ－１ではほとんど検 Ａ－１流下出されていない。時間が経過するにつれわずかながら増加している Ｏ－１流下
Ａ－２流下程度である。Ａ－１ではピーク値を示したあと、Ｏ－１の濃度の低Ｏ－２流下下に呼応して少しずつ減少している。投入槽であるＯ－１は槽列モ Ｏ－１逆流
デルにおける完全混合槽に類似した濃度変化を示しており、Ｏ－１ Ａ－２逆流だけを注目すれば完全混合槽に近い混合特性であることが示された。 Ｏ－２逆流
誤差の２乗

また、後槽であるＡ－２及びＯ－２におけるピーク時間は t/T のそ

推定流量算出結果
改良前
3.2mg/L
687m3/hr
637m3/hr
1177m3/hr
467m3/hr
345m3/hr
295m3/hr
711m3/hr
0.2608

改良後
3.1mg/L
352m3/hr
477m3/hr
473m3/hr
472m3/hr
6.5m3/hr
132m3/hr0.8m3/hr
0.2605

れぞれ約 0.25、約 0.6 となり槽列モデルにおける N<2（槽数２）、N＝3（槽数３）に相当し、改良前と比較してより実槽数に近い槽列となっていることから逆流による相互混合がかなり少なくなったといえる。
(4) 隔壁改良後の逆流量
Ｏ－１からＡ－１への逆流は 0.4%、Ｏ－２からＡ－２への逆流がほぼ 0%と改良前と比較して逆流がほとんど発生していないことを示す結果となった。上部開口を遮断する改良をしたことで、下部開口での速度勾配に逆らって逆流する比率が非常に少ないといえる。したがって、槽列モデルの結果が改良前と比較してより実槽数に近い槽列となったという推定は妥当であるといえる。
(5) 活性汚泥モデルへの適用
隔壁改良前に当該反応槽において活性汚泥モデル適用の調査も行っていた。そこで、今回の調査で求めた逆流をモデルへ考慮に入れると考慮しない場合と比べ、モデルによる水質の予測値（計算値）と実測値の差が小さくなった。このことから、実施設を対象とする活性汚泥モデル適用は、反応槽の混合特性を把握し、モデルに組み込むことが重要であることが示唆された。
(6) 改善による効果
上述の通り隔壁改良により逆流がほとんどなくなったため、相互混合もなくなった。そのため、各槽の反応区分が明確になった。つまり、硝化槽においての硝化反応状況は NH4-N の残存濃度から容易に推測でき、また、脱窒槽においての脱窒反応状況は NO3－N の残存濃度から 容易に推測できるようになった。また、
PO4-P 等の状況も容易に推測できる。このことにより、各部位に風量計、流量計等が設置されていない状況下においてもより最適な風量、流量の調整が可能となったといえる。処理水質の予測、各種開度設定等の運転管理が容易になり、バランスを欠くことによる無駄な曝気等が減ったり、設備を最大限に利用できることも可能となったといえる。実際、管理者の負担は大きく軽減され、かつ安定した放流水質も保たれている。
4.

まとめ(1)トレーサー試験により隔壁上部開口部の影響（エアリフト効果）による、逆流による相互混合を確認した。
(2)上部の開口を遮断することにより、逆流がほとんどなくなることを確認した。
(3)逆流による相互混合がなったことにより、より最適な運転管理が容易に行えることができた。
問い合わせ先：（財）愛知水と緑の公社

下水道部 衣浦西部事業所

愛知県半田市川崎町４－１ Tel：052-971-3054 Fax：052-971-3053