説明

ガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法

【課題】硝化槽内での脱窒反応を促進するという従来にない思想に基づき、硝化槽からの発生亜酸化窒素ガス量を簡便かつ低コストに低減することのできるガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法を提供すること。
【解決手段】このガス発生量低減システムSは、微生物を利用した下水処理を行う好気槽2内の下水Wからの亜酸化窒素ガスGの発生量を低減するガス発生量低減システムであって、好気槽2内の下水Wから発生する亜酸化窒素ガスGの濃度を検出するガス濃度センサー6と、下水W内にメタノールMを供給するメタノール供給装置4と、ガス濃度センサー6による検出濃度の変化に基づき、好気槽2内の下水Wに供給するメタノールM量を制御するコンピュータ5と、を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法に係り、特に、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内で発生する亜酸化窒素ガスの発生量を低減するシステム等に関する。
【背景技術】
【0002】
下水処理においては、生活廃水、工場排水等の下水中に含まれるアンモニア性窒素の硝化のために、従来より好気性微生物を利用したいわゆる好気処理が行われている。この好気処理は、反応槽内の下水に硝化菌等の好気性微生物を投入し、又は下水中に元々存在する好気性微生物を利用して、酸素環境下で分解処理を行うものである。
【0003】
例えば、最初沈殿池で沈殿汚泥が除去された下水は反応槽に送られて反応槽内で好気処理される。その際、好気性微生物が酸素を利用してアンモニア性窒素を硝化し、増殖しつつ硝酸又は亜硝酸を作成する。増殖した好気性微生物はフロックを形成し、活性汚泥として反応槽内に滞留し、最終沈殿池で沈殿する。その活性汚泥の一部は、集められて除去され、汚泥焼却工程において焼却処理される。活性汚泥が除去された上澄水は、次の処理のために最終沈殿池へと送られる。
【0004】
この反応槽においては、硝化反応を促進するために、エアレーションがよく行われる。エアレーションは、反応槽内の下水中へ空気又は酸素を供給することにより行われ、それにより、下水の溶存酸素濃度を上昇させて好気性微生物の反応を促進する。
【0005】
一方、反応槽における好気処理において、亜酸化窒素ガス(NOガス、一酸化二窒素ガスとも言う。)が発生することが知られている。この亜酸化窒素ガスは温室効果ガスであり、その温室効果は二酸化炭素(CO)ガスの約310倍と非常に高い。したがって、反応槽での処理において、亜酸化窒素ガスの発生を抑制することが、地球環境保護の観点から急務とされている。
【0006】
例えば、硝化処理で発生する気体亜酸化窒素を回収して吸収液に溶解した後、吸収液を脱窒処理する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。また、硝化槽で発生する亜酸化窒素ガスの含有ガスを嫌気性の脱窒槽に導入して還元処理する前に、脱窒菌の反応を阻害する酸素を酸素除去装置で除去する方法が提案されている。(例えば、特許文献2を参照。)。更に、亜酸化窒素を含有する気体を吸収液に溶解させ、その吸収液を嫌気性条件下で処理する工程を含むことにより、気体中の亜酸化窒素を除去する方法が提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平10−128389号公報
【特許文献2】特開2000−246055号公報
【特許文献3】特開2002−204926号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記特許文献1,3等においては、硝化処理において発生した亜酸化窒素を、吸収液等を介在させることにより別途嫌気槽へと移動させ、その嫌気槽内で脱窒処理を行っている。したがって、亜酸化窒素を移送する移送手段等を別途準備する必要があるという問題がある。
【0009】
また、上記特許文献2においては、脱窒菌の反応を酸素が阻害するという理由から、亜酸化窒素の脱窒処理前に酸素を除去することが前提となっている。したがって、硝化槽で発生するガスから酸素を除去する酸素除去装置が必要とされている。
【0010】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、硝化槽内での脱窒反応を促進するという従来にない思想に基づき、硝化槽からの発生亜酸化窒素ガス量を簡便かつ低コストに低減することのできるガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としてのガス発生量低減システムは、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減システムであって、反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、下水内に炭素源を供給する炭素源供給手段と、濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御する制御手段と、を有する。
【0012】
反応槽(好気槽、すなわち硝化槽)内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、好気槽内での脱窒反応を炭素源供給により促進することができる。好気槽内での脱窒不充分に起因する亜酸化窒素ガスの増大を防止し、下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができる。結果的に、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。
【0013】
より詳細に説明すると、反応槽内、すなわち好気槽内では好気性微生物による硝化反応が行われるが、同時に嫌気性微生物(脱窒菌)による脱窒反応も行われている。好気性微生物による硝化反応によりアンモニア性窒素から亜硝酸や硝酸が生成され、嫌気性微生物による脱窒反応によりその亜硝酸等が脱窒されて窒素と二酸化炭素が生成される。
【0014】
しかしながら、脱窒反応が不充分となると、亜硝酸等が亜酸化窒素にまでしか脱窒されず、亜酸化窒素ガスの発生量が増大してしまう。しかしながら、亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、脱窒を促進する炭素源をその検出濃度に応じて好気槽内に供給すれば、充分な脱窒が行われ、亜酸化窒素ガスの発生が抑制される。
【0015】
本発明に係るガス発生量低減システムは、下水処理設備における好気槽に適用することができるが、その下水処理設備としては、未硝化型、硝酸型、亜硝酸型、硝化脱窒型等の種々の設備を包含することができる。また、下水処理設備は、下水が最初沈殿池から反応槽を経由して更に最終沈殿池へと送られるものや沈殿槽を兼ねた回分式反応槽を有するものを含む。反応槽内で好気処理のみを行う標準法に係るもの以外にも、反応槽内で嫌気処理や再曝気処理を行うことにより、脱窒処理を実現する高度処理法(AO法、A2O法、AOAO法等)に係るものも含む。いわゆる標準活性汚泥法、循環式硝化脱窒法、ステップ流入式AOAO法、ステップ流入式A2O法に係る処理設備も含む。
【0016】
濃度検出手段は、亜酸化窒素ガス濃度を検出可能な公知の濃度センサーを適用することができる。また、制御手段は、典型的にはコンピュータであるが、もちろん汎用のコンピュータであっても、本発明に係る制御アルゴリズムに基づいて動作指令を送出する専用コンピュータ(CPU)であってもよい。
【0017】
炭素源が、アルコールであってもよい。
【0018】
アルコールの供給により、嫌気性微生物の反応を効率的に促進することができ、亜硝酸や硝酸、亜酸化窒素の脱窒を効率的に行うことができる。なお、アルコールには、メタノール、エタノールを含む。なお、硝酸の脱窒過程においてアルコールを炭素源として供給した場合の化学反応は、以下の化学式で表される。
【0019】
<化1>
6NO + 5CHOH → 3N +5CO +7HO +6OH
一方、亜酸化窒素の脱窒過程においてアルコールを炭素源として供給した場合の化学反応は以下の化学式で表される。
【0020】
<化2>
3NO + CHOH → 3N +CO + 2H
炭素源の供給位置が、反応槽内の下水における脱窒反応領域近傍であってもよい。
【0021】
好気槽内では、必ずしも万遍なく均一に硝化反応が発生しているとは限らない。一般的には、好気槽へはエアレーションにより空気供給を行うが、好気槽内を撹拌したとしてもその溶存酸素量(空気量)にはばらつきが発生してしまう場合がある。好気槽内の下水における溶存酸素量の高い領域では充分な硝化反応が行われて亜酸化窒素ガスの発生量が抑制される。
【0022】
しかしながら、好気槽内での溶存酸素量の低い領域では硝化反応が不充分となってしまい、以下の化学式に示すように多くの亜酸化窒素ガスが発生してしまう。
【0023】
<化3>
NH−N → NO−N + N
【0024】
<化4>
NO−N → NO → N
ここで、溶存酸素量の低い領域では、脱窒反応が生じていると考えられる。すなわち、溶存酸素量の低い領域は脱窒反応領域と換言することができる。この脱窒反応領域において充分な脱窒反応が行われると、上記化学式2に示すように、亜酸化窒素も脱窒されて、窒素と二酸化炭素が生成される。
【0025】
しかしながら、脱窒が不充分であると、硝化により発生した亜酸化窒素が分解されず、亜酸化窒素ガスの発生量が増大してしまう。また、硝化により生成された亜硝酸等も亜酸化窒素にまでしか脱窒されない。この脱窒反応領域の近傍に炭素源を供給することにより、効率的に脱窒反応を促進することができる。その結果、好気槽内での脱窒反応促進により亜酸化窒素ガス発生量の低減を実現することができる。
【0026】
反応槽が、空気供給により下水を旋回させる旋回流式反応槽であり、かつ、空気供給位置から炭素源供給位置までの旋回軌道に沿った距離が、炭素源供給位置から空気供給位置までの旋回軌道に沿った距離よりも長く設定されていてもよい。
【0027】
エアレーション(空気供給)により、好気槽内での下水の硝化反応を促進することができる。また、この好気槽が旋回流式となっていることにより、撹拌効果を得ることができて、空気を下水内に充分に行き渡らせることができる。
【0028】
しかしながら、硝化反応により溶存酸素が消費されるに従って、下水内は無酸素(又は低酸素)の状態となる。空気供給位置の旋回軌道に沿った直前部分の領域が最も酸素濃度の低い領域である。したがって、脱窒反応領域は、空気供給位置から見て旋回軌道に沿った後半部分領域となる。
【0029】
炭素源供給位置が、空気供給位置から見て旋回軌道に沿った後半部分領域に配置された場合、すなわち、空気供給位置から炭素源供給位置までの旋回軌道に沿った距離が、炭素源供給位置から空気供給位置までの旋回軌道に沿った距離よりも長い場合に、供給炭素源が有効に脱窒反応に消費されて脱窒を促進することができる。結果的に亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。
【0030】
なお、好気槽への空気供給は、下水中に配置した多孔質のヘッドから空気を放出する散気装置によって行われる場合や、下水中への空気噴射と撹拌とを行うエアレータによって行われる場合を含む。また、反応槽内での硝化反応には酸素が必要であるので、空気供給の代わりに酸素供給を行ってもよい。
【0031】
反応槽が、下水の旋回を整形するための隔壁をその槽内に有し、かつ、空気供給位置と炭素源供給位置とが、隔壁を挟んで反対側に配置されてもよい。
【0032】
好気槽内に、望ましくはその略中央部分に隔壁を有し、隔壁の一方側に空気供給を行えば、隔壁の周囲を回転するような旋回流を整形することができる。その場合において、隔壁の他方側に炭素源供給位置を設定すれば、無酸素又は低酸素領域における脱窒反応を効率的に促進することができる。
【0033】
制御手段が、下水に対する空気供給量の体積比減少に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。
【0034】
下水に対する空気供給量が体積比で減少すると、硝化菌と酸素との接触時間が短くなって硝化反応が不充分となり易く、亜酸化窒素ガス発生量の増大に繋がり易い。ここで、炭素源供給量を増大させて脱窒反応を促進すれば、亜硝酸や亜酸化窒素の脱窒、すなわち窒素と二酸化炭素への分解が進み、結果として亜酸化窒素ガス発生量の低減に貢献することができる。
【0035】
制御手段が、検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。
【0036】
亜酸化窒素ガスの検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させるので、脱窒反応が促進され、亜硝酸や亜酸化窒素の脱窒、すなわち窒素と二酸化炭素への分解が進み、結果として、亜酸化窒素ガスの発生を抑制する制御を実現することができる。
【0037】
反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段を更に有し、制御手段が、検知された滞留時間の変化及び検出濃度の変化に基づき、炭素源量を制御してもよい。
【0038】
滞留時間検知手段が反応槽における下水の滞留時間を検知するので、その滞留時間の変化、すなわち滞留時間が増加傾向にあるか又は減少傾向にあるかを把握することができる。そして、その滞留時間の変化及び検出濃度の変化に基づき、好気槽内の下水に供給する炭素源量を制御することにより、好気槽内での脱窒反応を適正に行って亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。
【0039】
制御手段が、滞留時間の減少及び検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。
【0040】
滞留時間が減少した場合において検出濃度が上昇した場合は、好気槽内での充分な硝化反応や脱窒反応が行われず、その結果として亜酸化窒素ガスが増大したものと判断することができる。したがって、そのような場合に炭素源量を増加させる制御を行えば、脱窒反応を促進して充分に進行させることができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。
【0041】
滞留時間検知手段が、反応槽における下水の流量を計測する流量計、又は流量を算出する流量算出手段を有して構成されてもよい。
【0042】
好気槽の容量は、特定の下水処理設備においては一定容量であるので、好気槽における下水の流量(すなわち、好気槽への下水の流入量又は好気槽からの下水の流出量)を検知すれば、その流量に基づいて好気槽内での下水の滞留時間を検知することができる。例えば、流量計を用いて滞留時間検知手段を構成すれば、本発明に係るシステムを簡単な構成で安価に構成することができる。
【0043】
なお、安定的な系においては、好気槽への下水の流入量と好気槽からの下水の流出量とは略同量であり、それが好気槽における下水の流量と略等価となる。また、例えば、ポンプによって下水を最初沈殿池へと送水し、その最初沈殿池から反応槽へと下水を送水するシステムにおいては、そのポンプによる送水量が、すなわち好気槽における流量と等価となる。
【0044】
例えば、流量計によって好気槽における下水の流量を検知する場合、好気槽の容量V、流量(流量計による計測値)Qとすれば、滞留時間Tは、流量算出手段によってT=V/Qとして算出することができる。流量算出手段は、例えば、CPUを有するコンピュータであってもよいし、上記のように特定の算出手順がプログラムとして記録され、流量計測値の入力に対して滞留時間を出力する制御装置であってもよい。
【0045】
なお、必ずしも滞留時間の絶対値が必要でなく、滞留時間の変化(増加又は減少)のみを検知すればよい場合においては、流量Qと滞留時間Tとが反比例の関係にあることから、特段流量算出手段による演算を必要としない。流量計の計測値のみに基づき滞留時間の変化を検知することもできる。
【0046】
一方、上記ポンプによって下水を最初沈殿池へ送水する場合において、ポンプの回転数及びH−Q曲線等に基づき、流量計を用いずに流量算出手段によって好気槽における流量を算出するように構成することもできる。この方法によれば、流量計を用いることなく下水の流量を、ひいてはその流量に基づく下水の滞留時間を検知することができるので、やはりシステムを簡単かつ安価とすることができる。
【0047】
反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスを収集すべく反応槽の開口を覆う覆蓋部と、覆蓋部により収集された亜酸化窒素ガスを濃度検出手段へと導く導出手段と、を有してもよい。
【0048】
覆蓋部が反応槽の開口を覆って亜酸化窒素ガスを収集し、それを導出手段が濃度検出手段へと導くので、好気槽から発生する亜酸化窒素ガスを殆ど漏らさずに濃度検出手段へと導くことができる。濃度検出手段による濃度検出の精度を向上させることができ、このガス発生量低減システムによる亜酸化窒素ガス低減の効率を向上させることができる。
【0049】
本発明の他の例示的側面としてのガス発生量低減方法は、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減方法であって、反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出するステップと、下水内に炭素源を供給するステップと、濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御するステップと、を有する。
【0050】
反応槽(好気槽)内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、好気槽内での脱窒反応を炭素源供給により促進することができる。好気槽内での脱窒不充分に起因する亜酸化窒素ガスの増大を防止し、下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができる。結果的に、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。
【0051】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【0052】
本発明によれば、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、反応槽内での脱窒反応の制御により反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を高精度に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の実施の形態1に係るガス発生量低減システムが適用される下水処理設備の全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。
【図2】図1に示す下水処理設備における好気槽及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。
【図3】単位体積の下水Wから発生する亜酸化窒素ガス量と、その亜酸化窒素ガスの脱窒に必要なメタノールMの供給量との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態2に係るガス発生量低減システムの概略構成を模式的に示す概略構成図である。
【図5】図4に示すガス発生量低減システムの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0054】
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係るガス発生量低減システムSについて図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係るガス発生量低減システムSが適用される下水処理設備Aの全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。この下水処理設備Aは、最初沈殿池1、好気槽(反応槽)2、最終沈殿池3を有して構成され、いわゆる標準活性汚泥法による硝酸型の下水処理を行うものであり、下水Wの滞留時間を比較的長く設定することにより、好気槽2内で積極的に硝化菌による硝化反応を進行させるものである。
【0055】
最初沈殿池1は、その上流側の沈砂池において粒子の大きいゴミや砂等が除去された上澄みとしての下水Wが流入する沈殿池である。最初沈殿池1においては、下水Wを緩やかに流水させて、比較的粒子の小さいゴミ等を沈殿させる。そして、その粒子の小さいゴミ等が除去された上澄みとしての下水Wは、最初沈殿池1から下流側の好気槽2へと送られるようになっている。
【0056】
好気槽2は、最初沈殿池1から送られた下水Wに対し、好気性微生物による好気処理を行って浄水するためのものである。好気槽2内には、好気性微生物としての従属栄養細菌と独立栄養細菌(硝化菌)とが存在している。その従属栄養細菌は、酸素を消費しながら下水W中の有機物を分解しつつ増殖し、フロックを形成して好気槽2内を滞留し、最終沈殿池底部にて沈殿する。
【0057】
硝化菌も酸素を消費しつつ下水W中のアンモニア性窒素を硝化する。しかしながら、例えば、好気槽2内における溶存酸素濃度の不均衡や処理下水量の増加等の様々な要因により、硝化菌と酸素との接触時間を充分に確保することができない場合がある。そのような場合、硝化菌による硝化反応が充分に進行せず、結果的に硝化不充分が原因となって好気槽2から亜酸化窒素ガスが発生することとなる。
【0058】
また、後述するように、好気槽2内において、下水W中の酸素量が少ない領域においては、無酸素による脱窒菌の嫌気反応(脱窒反応)が発生する。この領域(脱窒反応領域)において充分な炭素源を供給すれば、脱窒反応も充分に進行させることができる。その結果、硝化不充分で発生した亜酸化窒素ガスを分解したり、亜硝酸を還元して(亜酸化窒素を発生させることなく)窒素と二酸化炭素に分解することができる。
【0059】
好気槽2には、本発明の実施の形態1に係るガス発生量低減システムSが適用されている。図2は、下水処理設備Aにおける好気槽2及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。このガス発生量低減システムSは、メタノール供給装置(炭素源供給手段)4、コンピュータ(制御手段)5、ガス濃度センサー(濃度検出手段)6、覆蓋部7、ガイド管(導出手段)8を有して大略構成されている。また、好気槽2には、散気装置(空気供給手段)2a、隔壁2bが設置されており、旋回流式反応槽とされている。
【0060】
散気装置2aは、好気槽2内に設置されて下水W中に空気Bを放出するための装置である。例えば、空気ポンプ、多孔質部材、吸気管等を有して構成され、吸気管を介して空気ポンプにより大気を吸気し、多孔質部材から下水W中に放出するが、詳細については省略する。なお、散気装置2aには、単位時間当たりの空気供給量を計測し、その計測データD4をコンピュータ5に向けて送信する空気流量計2cが取り付けられている。これにより、空気Bの供給量の増減を計測することができ、その計測データD4に基づくメタノール(炭素源)Eの供給量の調整を行うことができるようになっている。
【0061】
隔壁2bは、好気槽2の略中央に設置された壁面部材であって、図2中の紙面垂直方向に延設されており、好気槽2内での下水Wの旋回流を整形するためのものである。隔壁2bは、好気槽2内の下水Wを左右に遮断することなく、その下部と好気槽2の底面との間に間隙が設けられている。また、下水Wの水面も隔壁2bより高い位置に設定され、隔壁2b上部と下水W水面との間に間隙が設けられている。
【0062】
散気装置2aは、好気槽2の底面近くであって、かつ隔壁2bの図2中における左側の位置(空気供給位置)に配置されている。この散気装置2aからのエアレーション(空気供給)によって、下水Wには旋回流Cが生じる。この旋回流Cは、散気装置2aから上昇し、隔壁2bの上部近傍を左側から右側へと跨いで流れる。隔壁2bの右側へと至った旋回流Cは、今度は隔壁2bの右側を降下し、隔壁2bの下部近傍を右側から左側へと跨いで流れ、再び散気装置2aからの空気Bによって上昇する。
【0063】
このように、散気装置2a及び隔壁2bによって、好気槽2内に図2に示すような旋回流Cが生じ、撹拌効果が得られている。
【0064】
メタノール供給装置4は、好気槽2内の下水Wに炭素源としてのメタノールMを供給するための装置であって、タンク4a、制御バルブ4b及び供給管4cを有して構成されている。制御バルブ4bはコンピュータ5と接続され、コンピュータ5からの制御指令に基づいて、バルブ開閉や開度調整が可能に構成されている。タンク4a内に貯留されたメタノールMが、コンピュータ5からの制御指令に基づき制御バルブ4bで量を調整され、供給管4cから下水W内へと供給されるようになっている。
【0065】
なお、供給管4cの先端部は、好気槽2における下水W内の供給位置(炭素源供給位置)4dでメタノールMを供給するように配置されている。この供給位置4dは、散気装置2aの配置位置に対して隔壁2bを挟んで反対側であり、図2において隔壁2bの右側である。
【0066】
隔壁2bの左側領域は、散気装置2aによる空気Bの供給が充分に行われており、溶存酸素濃度が高い領域である。この領域においては、主に硝化反応が行われる。一方、隔壁2bの右側領域は、既に左側領域での硝化反応で酸素が消費された下水Wが旋回してくる領域であり、溶存酸素濃度が殆どないか極めて低い領域(脱窒反応領域)である。この脱窒反応領域Rにおいては、脱窒菌による無酸素の脱窒反応が主に行われ、その脱窒反応において炭素源としてのメタノールMが使用される。
【0067】
したがって、供給位置4dは、この脱窒反応領域Rの近傍又は領域R内に配置されることが望ましい。更に、供給位置4dは、旋回流Cの軌道に沿った空気供給位置の直前位置、すなわち、隔壁2bの右側でかつ好気槽2の底面近傍であることがより一層好ましい。
【0068】
コンピュータ5は、メタノール供給装置4によるメタノールMの供給量を制御するためのものである。コンピュータ5は、メタノール供給装置4の制御バルブ4b及びガス濃度センサー6に接続されており、ガス濃度センサー6からの濃度データD1に基づき制御バルブ4bへ向けてメタノールMの供給量を制御するための制御指令D2を送出する機能を有する。制御バルブ4bは、制御指令D2に基づきその開閉制御及び開度調整が可能となっている。
【0069】
例えば、コンピュータ5はCPU及び記憶装置を有して構成されている。その記憶装置内にはメタノール供給プログラムが記憶されており、そのプログラムの機能に基づきコンピュータ5の主要部としてのCPUがガス濃度センサー6からの濃度データD1を受信する機能、濃度データD1に基づいて後述する亜酸化窒素ガスGの濃度変化を判定する機能、濃度変化の判定結果に応じてメタノール供給装置4に向けて制御指令D2を送信する機能を発揮するように構成されていてもよい。
【0070】
なお、コンピュータ5は、空気流量計2cにも接続されている。そして、空気流量計2cからの計測データD4にも基づいて、メタノール供給装置4に向けて制御指令D2を送出する機能を有している。
【0071】
ガス濃度センサー6は、好気槽2から発生する亜酸化窒素ガスGのガス濃度を検出するためのものである。ここで、好気槽2から発生する亜酸化窒素ガスGのガス濃度とは、好気槽2内にて液相状態で発生した亜酸化窒素が気相へと相移動し、その結果好気槽2からガス状態で放出された亜酸化窒素ガスGの濃度を意味する。亜酸化窒素の相移動は、液相の亜酸化窒素濃度と供給する空気B中の亜酸化窒素ガス濃度との濃度差に起因して発生する。
【0072】
ガス濃度センサー6は、亜酸化窒素ガスGの濃度を常時又は継続的に監視し、その濃度データD1を常時又は継続的にコンピュータ5へと送信するようになっている。好気槽2内での下水Wの滞留時間が短時間になると、好気槽2内の硝化菌による硝化反応が不充分となり、亜酸化窒素ガスGの発生量が増加し、ひいてはガス濃度センサー6による検出濃度が上昇する。
【0073】
覆蓋部7は、好気槽2の開口を覆って好気槽2からの亜酸化窒素ガスGを収集するための蓋部材である。覆蓋部7の一部にはガイド管8の一端が接続されており、このガイド管8の他端はガス濃度センサー6に接続されている。そして、覆蓋部7によって収集された亜酸化窒素ガスGを殆ど外部に漏出することなくガス濃度センサー6へと導くことができるようになっている。
【0074】
好気槽2において好気処理によって有機物の分解が行われて浄化された下水Wは、下流側の最終沈殿池3へと送られるようになっている。最終沈殿池3では、好気槽2で発生したフロックが沈殿する。その沈殿物は凝縮されて一部が余剰汚泥として焼却処理されたり、好気槽2へと返送されて好気性微生物源として利用される。上澄みとしての下水Wは、消毒やpH調整が行われて、河川や外海に放流される。
【0075】
次に、このガス発生量低減システムSの動作について説明する。
【0076】
好気槽2から発生した亜酸化窒素ガスGの濃度がガス濃度センサー6によって検出されると、ガス濃度センサー6はコンピュータ5に向けて濃度データD1を送信する。コンピュータ5はガス濃度センサー6からの濃度データD1を常時又は継続的に受信し、その濃度変化を判定する。
【0077】
具体的には、好気槽2内の下水Wの滞留時間が短くなって硝化反応が不充分となると、濃度データD1は上昇傾向となる。したがって、コンピュータ5は、濃度データD1が上昇傾向にあるか否かを判断し、上昇傾向にある場合にメタノール供給装置4の制御バルブ4bに向けてメタノールMの供給量を増加させるための制御指令D2を送信する。制御指令D2を受信したメタノール供給装置4がメタノールMの供給量を増加させると、好気槽2内の脱窒反応領域R近傍における脱窒反応が促進される。そうすると、亜酸化窒素ガスGの発生量が減少し、ガス濃度センサー6による濃度データD1も減少傾向に転じる。濃度データD1の減少傾向を判定すると、コンピュータ5はメタノールMの供給量増加の制御指令D2の送信を停止し、例えばメタノールMの供給量を維持又は減少させる制御指令D2をメタノール供給装置4に向けて送信する。
【0078】
なお、図3に、単位体積の下水Wから発生する亜酸化窒素ガス量と、その亜酸化窒素ガスの脱窒に必要なメタノールMの供給量との関係を示す。ここで単位体積の下水Wから発生する亜酸化窒素ガス量は、亜酸化窒素ガス濃度×供給空気量×ガスが透過する水量と等価である。
【0079】
このグラフに示すように、亜酸化窒素ガス発生量とその脱窒に必要なメタノールMの供給量とは、大略比例関係となる。その理由は、下水Wによる活性汚泥の脱窒に必要な理論メタノール供給量が、硝酸性窒素の脱窒消費量+亜硝酸性窒素の脱窒消費量+溶存酸素での消費量で与えられるのに対し、亜酸化窒素ガスの発生がある場合においてその脱窒に必要な理論メタノール供給量が、硝酸性窒素の脱窒消費量+亜硝酸性窒素の脱窒消費量+溶存酸素での消費量+溶存亜酸化窒素の脱窒消費量で与えられることによる。
【0080】
更に、空気流量計2cによる計測データD4をも加味してより適正な亜酸化窒素ガスの低減制御を行うこともできる。例えば、散気装置2aによる空気供給量が装置の不具合や外的な変動要因等によって減少してしまう場合がある。その場合、空気流量計2cからの計測データD4によって、コンピュータ5は空気供給量の減少を把握することができる。空気供給量の減少は、硝化反応の低減を誘発し、結果として亜酸化窒素ガスGの発生量増加に繋がる可能性が高い。そのため、ガス濃度センサー6による濃度データD1が減少していない場合であっても、空気流量の計測データD4が減少している場合には、コンピュータ5がメタノールMの供給量を増加させてもよい。
【0081】
なお、濃度データD1に基づく制御指令D2の送信態様については、種々の態様が考えられる。例えば、予め濃度の上限値を定めておき、検出された濃度データD1が上限値を超えた場合に、メタノールMの供給量を所定量増加させる制御指令D2を送信する構成とすることもできる。その場合において、濃度データD1が予め設定された下限値未満となった場合に、メタノールMの供給量を所定量減少させる制御指令D2を送信することもできる。
【0082】
また、予め濃度の上昇速度(時間当たりの濃度の増大量)の基準値(基準速度)を定めておき、検出された濃度データD1による濃度上昇速度が基準速度を超えた場合に、メタノール供給量を所定量増加させる制御指令D2を送信する構成とすることもできる。その場合において、検出された濃度データD1による濃度減少速度が予め設定された基準減速度未満となった場合に、メタノール供給量を所定量減少させる制御指令D2を送信することもできる。
【0083】
濃度データD1の増分に応じて(例えば、比例するように)、メタノール供給量の増加量を設定するように制御指令D2を送信する構成とすることもできる。すなわち、濃度データD1の上昇が小さい場合にはメタノール供給量の増加程度も小さく、濃度データD1の上昇が大きい場合にはメタノール供給量の増加程度も大きくなるように設定することができる。もちろん、この場合には、濃度データD1の減少分に応じて、メタノール供給量の減少量を設定するように制御指令D2が送信される。
【0084】
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係るガス発生量低減システムS2の概略構成を模式的に示す概略構成図である。このガス発生量低減システムS2は、メタノール供給装置4、コンピュータ(制御手段)5、ガス濃度センサー(濃度検出手段)6、覆蓋部7、ガイド管(導出手段)8に加え、流量計(滞留時間検知手段)9を有して構成されている。
【0085】
その流量計9は、最初沈殿池1から好気槽2へと至る流路の途中に配置されており、好気槽2へ流入する下水Wの流量が計測できるようになっている。そして、流量計9とコンピュータ5とが接続されており、流量計9による流量データD3がコンピュータ5へと送信できるようになっている。
【0086】
また、ポンプ(図示せず)によって下水Wを最初沈殿池1へと送水する場合において、そのポンプの回転数、H−Q曲線に基づいて好気槽2への流量を算出することもできる。
【0087】
好気槽2の容量は一定であるので、流量計9により下水Wの流量が計測できれば、下水Wの好気槽2内における滞留時間を大略算出することができる。例えば、下水Wの流量Q、反応槽の容量をVとすると、好気槽2内の下水Wの滞留時間Tは、T=V/Qとなり、流量Qと滞留時間Tとは、反比例の関係となる。
【0088】
このガス発生量低減システムS2は、滞留時間T及びガス濃度センサー6による検出濃度の双方の情報に基づいて好気槽2内への供給空気量を制御する。すなわち、滞留時間Tが減少している場合においてガス濃度センサー6による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備Aにおける硝化反応が不充分であると判断することができ、亜酸化窒素ガスGの発生量を低減するためにメタノールMの供給量を増加させる制御を行う。
【0089】
具体的には、このガス発生量低減システムS2は、図5に示すフローチャートに基づく動作を行う。
【0090】
好気槽2から発生した亜酸化窒素ガスGの濃度がガス濃度センサー6によって検出されると、ガス濃度センサー6はコンピュータ5に向けて濃度データD1を送信する(S.1)。そして、好気槽2へと流入する下水Wの流量が流量計9によって計測されると、流量計9はコンピュータ5に向けて流量データD3を送信する(S.2)。コンピュータ5は濃度データD1及び流量データD3を常時又は継続的に受信する。
【0091】
コンピュータ5は、流量データD3が増加傾向にあるか否かを判定する(S.3)。そして、流量データD3が増加傾向(滞留時間Tの減少傾向)にあると判定した場合には(S.3:Y)、好気槽2内での硝化反応が不充分となる可能性が高いと判断し、メタノール供給装置4に向けてメタノールMの供給量を増加させる制御指令D2を送信する(S.4)。
【0092】
一方、流量データD3が増加傾向でない場合には(S.3:N)、コンピュータ5は、濃度データD1が上昇傾向にあるか否かを判定する(S.5)。そして、濃度データD1が上昇傾向にあると判定した場合は(S.5:Y)、やはりメタノール供給装置4に向けてメタノールMの供給量を増加させる制御指令D2を送信する(S.6)。
【0093】
このように、流量データD3が増加傾向にある場合や濃度データD1が上昇傾向にある場合には、亜酸化窒素ガスGの発生量が増加傾向にあると判断することができる。したがって、その場合にメタノールMの供給量を増加させることにより、好気槽2内での脱窒反応を促進し、亜酸化窒素ガスGの発生量を低減させる。
【0094】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【0095】
A:下水処理設備
B:空気(供給空気)
C:旋回流
D1:濃度データ
D2:制御指令
D3:流量データ
D4:計測データ
M:メタノール(炭素源)
G:亜酸化窒素ガス
Q:流量
R:脱窒反応領域
S,S2:ガス発生量低減システム
T:滞留時間
V:容量
W:下水
1:最初沈殿池
2:好気槽(反応槽)
2a:散気装置(空気供給手段)
2b:隔壁
2c:空気流量計
3:最終沈殿池
4:メタノール供給装置(炭素源供給手段)
4a:タンク
4b:制御バルブ
4c:供給管
4d:供給位置(炭素源供給位置)
5:コンピュータ(制御手段)
6:ガス濃度センサー(濃度検出手段)
7:覆蓋部
8:ガイド管(導出手段)
9:流量計(滞留時間検知手段)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減システムであって、
前記反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
前記下水内に炭素源を供給する炭素源供給手段と、
該濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、前記反応槽内の下水に供給する前記炭素源量を制御する制御手段と、を有するガス発生量低減システム。
【請求項2】
前記炭素源が、アルコールである請求項1に記載のガス発生量低減システム。
【請求項3】
前記炭素源の供給位置が、前記反応槽内の下水における脱窒反応領域近傍である請求項1又は請求項2のうちいずれか1項に記載のガス発生量低減システム。
【請求項4】
前記反応槽が、空気供給により前記下水を旋回させる旋回流式反応槽であり、かつ、
前記空気供給位置から前記炭素源供給位置までの前記旋回軌道に沿った距離が、前記炭素源供給位置から前記空気供給位置までの前記旋回軌道に沿った距離よりも長く設定されている請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載のガス発生量低減システム。
【請求項5】
前記反応槽が、前記下水の旋回を整形するための隔壁をその槽内に有し、かつ、
前記空気供給位置と前記炭素源供給位置とが、該隔壁を挟んで反対側に配置される請求項4に記載のガス発生量低減システム。
【請求項6】
前記制御手段が、
前記下水に対する前記空気供給量の体積比減少に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行う請求項4又は請求項5に記載のガス発生量低減システム。
【請求項7】
前記制御手段が、前記検出濃度の上昇に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行う請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載のガス発生量低減システム。
【請求項8】
前記反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段を更に有し、
前記制御手段が、該検知された滞留時間の変化及び前記検出濃度の変化に基づき、前記炭素源量を制御する請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載のガス発生量低減システム。
【請求項9】
前記制御手段が、前記滞留時間の減少及び前記検出濃度の上昇に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行う請求項8に記載の空気供給システム。
【請求項10】
前記滞留時間検知手段が、前記反応槽における前記下水の流量を計測する流量計、又は該流量を算出する流量算出手段を有して構成される請求項8又は請求項9に記載のガス発生量低減システム。
【請求項11】
前記反応槽内の下水から発生する前記亜酸化窒素ガスを収集すべく前記反応槽の開口を覆う覆蓋部と、
該覆蓋部により収集された前記亜酸化窒素ガスを前記濃度検出手段へと導く導出手段と、を有する請求項1から請求項10のうちいずれか1項に記載のガス発生量低減システム。
【請求項12】
微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減方法であって、
前記反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出するステップと、
前記下水内に炭素源を供給するステップと、
該濃度検出手段による検出濃度の変化に基づき、前記反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御するステップと、を有するガス発生量低減方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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