水処理設備
【課題】好気槽後段からの嫌気槽へのＤＯの持込量を低減し、好気槽前段のＤＯ濃度を増加することでＮ2Ｏの発生を抑制でき、硝化液の窒素濃度の目標値を維持できる水処理装置を提供する。
【解決手段】複数段の好気槽２と、複数段の好気槽２より上流側に設置され後段の好気槽２−２から硝化液の一部が送水される嫌気槽１と、後段の好気槽２−２に設置された第一溶存酸素濃度計４と、前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計３と、複数段の好気槽の各々に設置された散気部５と、散気部５へ送風するブロワ７と、ブロワ７の散気風量を制御する散気風量制御部５０とを備え、散気風量制御部５０は、第二溶存酸素濃度計３で計測される溶存酸素濃度が、第一溶存酸素濃度計４で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように散気部５への散気風量を制御する水処理設備。
【解決手段】複数段の好気槽２と、複数段の好気槽２より上流側に設置され後段の好気槽２−２から硝化液の一部が送水される嫌気槽１と、後段の好気槽２−２に設置された第一溶存酸素濃度計４と、前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計３と、複数段の好気槽の各々に設置された散気部５と、散気部５へ送風するブロワ７と、ブロワ７の散気風量を制御する散気風量制御部５０とを備え、散気風量制御部５０は、第二溶存酸素濃度計３で計測される溶存酸素濃度が、第一溶存酸素濃度計４で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように散気部５への散気風量を制御する水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水中の有機物，窒素，りんを活性汚泥により除去し、亜酸化窒素生成量を抑制できる水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、閉鎖性水域における富栄養化対策として、これまでの有機物除去に加えて、窒素等を除去する、より高度な下水処理プロセスが導入されている。
【０００３】
下水処理プロセスにおいて、窒素の除去は、硝化工程と脱窒工程の組み合わせによって行われる。硝化工程は、ブロワにより酸素が供給される好気槽で進行する。好気槽に流入した下水には、アンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）が含まれ、好気槽内の硝化菌により亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）となり、さらに硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）に酸化される。
【０００４】
脱窒工程は嫌気槽で進行する。硝化工程で生成した亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）あるいは硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）は、嫌気槽に流入すると、脱窒菌により原水中の有機物を水素供与体として窒素（Ｎ2）に還元される。窒素（Ｎ2）ガスが大気に放出されることで下水中の窒素が除去される。
【０００５】
実際の下水処理プロセスの一例として、循環式硝化脱窒法がある。循環式硝化脱窒法は、前段に嫌気槽、後段に好気槽を配置し、ＮＯ3−Ｎ，ＮＯ2−Ｎを含む好気槽の硝化液を、前段の嫌気槽に送水して循環させることにより脱窒する。十分に脱窒するためには、好気槽で十分に硝化されていること、好気槽からの持込の溶存酸素が少ないこと、脱窒菌のエネルギー源である有機物が嫌気槽に十分存在していることが求められる。
【０００６】
一般に、硝化の指標として、好気槽の溶存酸素（ＤＯ）濃度が用いられている。ＤＯ濃度が低くなると硝化菌の活性が低下し、ＮＨ4−Ｎが残留することが知られている。このため、〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、好気槽の末端のＤＯ濃度を１.５〜２.０mg／Ｌに維持することが推奨されている。また、〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、各好気槽のＤＯ濃度を２mg／Ｌ以上に維持する方法が記載されている。〔特許文献２〕に記載の従来の技術では、複数段の好気槽に、それぞれ酸素利用速度計と全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器とを付設し、測定された酸素利用速度と硝化反応に基づく酸素消費量から好気槽内の硝化速度を推定して、その値に応じて好気槽に対するブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御と、余剰汚泥引抜に伴うＳＲＴ制御を実施する運転制御方法が開示されている。
【０００７】
近年、温暖化の問題がクローズアップされる中で、下水処理プロセスから生成される亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）が問題視されるようになっている。亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）は、二酸化炭素の３１０倍の温室効果があり、下水処理場全体の温室効果ガス排出量の１０％に相当するため、排出量削減への要求が高まってきている。
【０００８】
上述したように、硝化工程で生成されたＮＯ2−ＮあるいはＮＯ3−Ｎが嫌気槽に流入すると、脱窒菌により窒素に還元される。Ｎ2Ｏは、脱窒過程の中間生成物として生成され、通常は、Ｎ2ＯからＮ2ガスへ速やかに還元されるが、反応が阻害されると増加すると言われている。〔非特許文献２〕では、好気槽からの持込ＤＯ濃度が大きいと、Ｎ2Ｏの生成量が増加すると報告している。
【０００９】
また、循環式硝化脱窒法について、嫌気槽から好気槽にＮＯ2−Ｎが流入した場合のＮ2Ｏの生成についても報告している。ＮＨ4−Ｎ濃度が大きく酸素消費量が大きい好気槽前段において、酸素が十分供給されＤＯ濃度が大きい場合は、好気槽に流入したＮＯ2−Ｎは速やかにＮＯ3−Ｎに酸化される。しかし、酸素供給量が少なくＤＯ濃度が小さい場合は、ＮＨ4−Ｎの酸化によりＤＯが消費された場所は一時的に還元雰囲気となり、ＮＯ2−ＮはＮ2Ｏに還元される。その後、周辺のＤＯとの混合によりＮ2Ｏは酸化雰囲気に曝されるため、ＮＯ3−Ｎに酸化されることなくＮ2Ｏとして残留する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許３３７９１９９号公報
【特許文献２】特開平７−１４８４９６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「下水道維持管理指針 後編」(財)日本下水道協会、pp152 (2003)
【非特許文献２】水落、「生物学的嫌気好気活性汚泥法におけるＮ2Ｏ生成に及ぼすＳＲＴ，ＤＯの影響」、水環境学会誌、第２２巻２号、pp.145-151 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、Ｎ2Ｏが増加する原因は、嫌気槽への循環の際に持ち込まれる高ＤＯ濃度と、好気槽前段でのＤＯ濃度不足である。〔特許文献１〕，〔特許文献２〕，〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、Ｎ2Ｏ削減について考慮されておらず、好気槽のＤＯ濃度を高く維持しているため、硝化液を循環するとＮ2Ｏの発生量が増加する恐れがある。また、好気槽前段でのＤＯ濃度については配慮されていないため、Ｎ2Ｏの生成を抑制できない恐れがある。
【００１３】
本発明の目的は、好気槽後段からの嫌気槽へのＤＯの持込量を低減し、好気槽前段のＤＯ濃度を増加することでＮ2Ｏの発生を抑制でき、硝化液の窒素濃度の目標値を維持できる水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、複数段の好気槽と、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽と、後段の好気槽に設置された第一溶存酸素濃度計と、後段の好気槽より上流側の前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計と、第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が、第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように各好気槽への散気風量を制御する散気風量制御部とを備えたものである。
【００１５】
又、嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように後段の好気槽への散気風量を制御する散気風量制御部とを備えたものである。
【００１６】
又、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように、硝化液の送水量を制御する送水量制御部を備えたものである。又、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように、有機物投入機構から投入される有機物量を制御する投入有機物量制御部を備えたものである。又、溶存酸素濃度計の代わりに酸化還元電位計を設置したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、循環により嫌気槽に持込む溶存酸素量を削減し、下水処理プロセスで生成するＮ2Ｏの生成量を低減することができる。一方で、好気槽の溶存酸素濃度，硝化液の循環量，嫌気槽への有機物の投入量を制御することで、窒素除去率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１である水処理設備の構成図。
【図２】本発明の実施例２である水処理設備の構成図。
【図３】本発明の実施例３である水処理設備の構成図。
【図４】本発明の実施例４である水処理設備の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の各実施例を図面により説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１である水処理設備の構成図である。図１に示す水処理設備は、下水を処理するための活性汚泥による水処理設備であり、処理方式は循環式硝化脱窒法である。
【００２１】
図１に示すように、上流側から順に、嫌気槽１（無酸素槽とも言う），好気槽２−１，好気槽２−２の二つの好気槽が配置され、隣接する槽は連通している。被処理水１００は、嫌気槽１に流入し、好気槽２−１を経て好気槽２−２から処理水１０１として流出する。好気槽２−１には第二溶存酸素濃度計３が、好気槽２−２には第一溶存酸素濃度計４が設置され、好気槽２−１の底部には散気部５−１が、好気槽２−２の底部には散気部５−２が設置されている。
【００２２】
散気部５−１は弁６−１を介してブロワ７と連通され、散気部５−２は弁６−２を介してブロワ７と連通されている。好気槽２−２の硝化液の一部は、循環ポンプ８により、硝化液１０２として嫌気槽１へ送水される。
【００２３】
散気風量制御部５０には、第二溶存酸素濃度計３と第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度の計測値と、好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１（mg／Ｌ）を設定する第一溶存酸素濃度設定部５１からの信号が入力され、弁６−１，弁６−２の開度と、ブロワ７の送風量の制御信号を出力する。ここで、散気風量制御部５０には、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定された目標値に応じて、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２（mg／Ｌ）を決定するために、設定係数αが入力されている。散気風量制御部５０は、設定係数αを用いて好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２（mg／Ｌ）を決定し、第二溶存酸素濃度計３と第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度が目標値になるように、弁６−１，弁６−２の開度と、ブロワ７の送風量を制御する。
【００２４】
設定係数αを用いて好気槽２−１でのＤＯ濃度の目標値ｄ２を決定する方法ついて説明する。例えば、ｄ２は数１で求めることができる。
【００２５】
〔数１〕
ｄ２＝α＋ｄ１ …（１）
【００２６】
この例では、αが設定値であり、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定されるＤＯ濃度の目標値ｄ１に、設定値を加算した値となる。この場合、設定係数αは正の値である。例えば、αを１.５mg／Ｌ、ｄ１を０.５mg／Ｌとするとｄ２は２.０mg／Ｌとなる。
【００２７】
また、数１の代わりに数２を用いて、ｄ２を求めても良い。
【００２８】
〔数２〕
ｄ２＝（α−１）×ｄ１＋ｄ１ …（２）
【００２９】
この例では、（α−１）×ｄ１が設定値となり、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１に、設定値を加算した値となる。この場合、（α−１）は正の値である。例えば、αを４、目標値ｄ１を０.５mg／Ｌとすると、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は２.０mg／Ｌとなる。
【００３０】
なお、設定値は、定数としても良く、設定値をｄ１、流入水の窒素濃度，流量，窒素除去率，水温，汚泥滞留時間の少なくとも１つ以上の関数としても良い。
【００３１】
下水の流入条件や下水処理場の運転条件の変動時にも硝化反応の維持を可能とするため、流入水の窒素濃度が増加、すなわち硝化に必要な溶存酸素が増加する場合、流量が増加、すなわち反応時間が減少する場合、窒素除去率が低下、すなわち硝化反応の不足した場合、水温が低下、すなわち硝化反応の活性が低下する場合、汚泥滞留時間が減少、すなわち硝化反応の活性が低下する場合には、硝化の反応速度を増加させるため、設定値が増加する関数を用いると良い。逆の場合は設定値が減少する関数を用いる。
【００３２】
好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１は、嫌気槽１でのＮ2Ｏの生成を抑制するため、少なくとも２.０mg／Ｌ以下に設定し、０.５〜１.０mg／Ｌの範囲が望ましい。好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、嫌気槽１より流入する処理水のＤＯ濃度を速やかに増加させ、十分な硝化を達成するため、２.０mg／Ｌ以上であることが望ましい。
【００３３】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも適用できる。この他、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００３４】
なお、本実施例における複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００３５】
なお、第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。
【００３６】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定することで、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例２】
【００３７】
図２は本発明の実施例２である水処理設備の構成図である。本実施例では、実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値が入力される第一溶存酸素濃度設定変更部６１を加えている。
【００３８】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第三溶存酸素濃度計１０と第三溶存酸素濃度設定部６０からの信号に基づき、第一溶存酸素濃度設定部５１の目標値を変更する。
【００３９】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合、第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定される目標値を小さくする。散気風量制御部５０は、小さく変更された目標値となるように、弁６−１，弁６−２，ブロワ７を制御する。これにより、好気槽２−２から嫌気槽１への持込ＤＯ濃度が小さくなり、嫌気槽１のＤＯ濃度が減少する。
【００４０】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度の減少する場合は、嫌気槽１のＤＯ濃度が増加するが、本実施例では、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００４１】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を設定する。酸化還元電位が大きい場合、脱窒が阻害されていることを表す。この酸化還元電位がこの上限値を上回った場合、第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定される目標値を小さくする。散気風量制御部５０では、小さく変更された目標値となるように、弁６−１，弁６−２，ブロワ７を制御する。これにより、好気槽２−２から嫌気槽１への持込ＤＯ濃度が小さくなり、嫌気槽１の酸化還元電位が減少する。
【００４２】
第一溶存酸素濃度設定変更部６１で変更される目標値の低減分ΔＤＯ１０２（mg／Ｌ）を、処理水１００の流量Ｑ１００（ｍ3／min），硝化液１０２の流量Ｑ１０２（ｍ3／min）、嫌気槽１でのＤＯの上限値の超過分ΔＤＯ１（mg／Ｌ）をそれぞれ計測して、数３で表しても良い。
【００４３】
〔数３〕
ΔＤＯ１０２＝（Ｑ１００＋Ｑ１０２）／Ｑ１０２×ΔＤＯ１ …（３）
【００４４】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００４５】
複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００４６】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００４７】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、さらに後段の好気槽でのＤＯ濃度を低く再設定することで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例３】
【００４８】
図３は本発明の実施例３である水処理設備の構成図である。本実施例では、実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値及び第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度の計測値が入力される循環ポンプ流量制御部７０を加えている。
【００４９】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。循環ポンプ流量制御部７０は、第一溶存酸素濃度計４と第三溶存酸素濃度計１０と第三溶存酸素濃度設定部６０からの信号に基づき、循環ポンプ８を制御する。
【００５０】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合、循環ポンプ流量制御部７０は、第三溶存酸素濃度計１０と第一溶存酸素濃度計４での計測値を比較する。第一溶存酸素濃度計４の計測値が大きい場合、循環ポンプ流量制御部７０は循環ポンプ８の流量を低減する。第三溶存酸素濃度計１０の計測値が大きい場合は、循環ポンプ流量制御部７０は循環ポンプ８の流量を増加する。
【００５１】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度が減少する場合は、嫌気槽１のＤＯが増加するが、本実施例では、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００５２】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を決定する。酸化還元電位がこの上限値を超過した場合、循環ポンプ流量制御部７０で循環ポンプ８の流量を減少させる。一般的には、嫌気槽１のＤＯ濃度は持込ＤＯ濃度よりも小さく、循環ポンプ８の流量を減少させることで、嫌気槽１のＤＯ濃度が減少する。
【００５３】
循環ポンプ流量制御部７０で演算する循環ポンプ８の流量変動ΔＱ１０２（ｍ3／min）を、処理水１００の流量Ｑ１００（ｍ3／min），溶存酸素濃度ＤＯ１００（mg／Ｌ），硝化液１０２の流量Ｑ１０２（ｍ3／min），溶存酸素濃度ＤＯ１０２（mg／Ｌ）をそれぞれ計測して、数４で表しても良い。
【００５４】
〔数４〕
ΔＱ１０２＝（Ｑ１００＋Ｑ１０２）2
／｛Ｑ１００（ＤＯ１０２−ＤＯ１００）｝×ΔＤＯ１ …（４）
【００５５】
ここで、数３，数４は、流入水１００と硝化液１０２が瞬時に完全混合した場合の混合直後の溶存酸素濃度ＤＯ１（mg／Ｌ）を表す数５の偏微分より導出できる。
【００５６】
〔数５〕
ＤＯ１＝（Ｑ１００×ＤＯ１００＋Ｑ１０２×ＤＯ１００）
／（Ｑ１００＋Ｑ１０２） …（５）
【００５７】
本実施例では、嫌気槽１でのＤＯを低減させるため、循環ポンプ８の流量を変動させたが、実施例２で示した、好気槽２−２の目標値を低減させる方式と組み合わせても良い。
【００５８】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００５９】
複数段の「段」とは、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００６０】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００６１】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、硝化液の循環量を変動させることで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例４】
【００６２】
図４は本発明の実施例４である水処理設備の構成図である。実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値が入力される有機物投入量制御部８０と、有機物投入機構８１を加えている。第三溶存酸素濃度計１０の計測値は、散気風量制御部５０に入力されるようになっている。
【００６３】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。有機物投入量制御部８０は、第三溶存酸素濃度計１０からの信号に基づき、有機物投入機構８１を制御する。
【００６４】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合は、有機物投入量制御部８０で演算した量の有機物を有機物投入機構８１から嫌気槽１に投入する。その結果、嫌気槽１のＤＯは、投入した有機物を基質とする脱窒菌に速やかに消費されるので、減少する。
【００６５】
投入する有機物量は、嫌気槽１でのＤＯ濃度の上限値からの超過分を変数とする関数から算出しても良いし、超過分に対応する投入量を記載した表を参照して算出しても良い。
【００６６】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度が減少すると、嫌気槽１のＤＯ濃度が増加するが、本実施例により、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００６７】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を決定する。酸化還元電位がこの上限値を上回った場合は、有機物投入量制御部８０で演算した量の有機物を有機物投入機構８１から嫌気槽１に投入する。
【００６８】
本実施例では、嫌気槽１でのＤＯを低減させるため、嫌気槽１に有機物を投入したが、実施例２で示した、好気槽２−２の目標値を低減させる方式と組み合わせても良いし、実施例３で示した、循環ポンプ８の流量を変動させる方式と組み合わせても良い。又、実施例２で示した方式に実施例３を組み合わせた方式と組み合わせても良い。
【００６９】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００７０】
複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００７１】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００７２】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、嫌気槽１へ有機物を投入することで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 嫌気槽
２ 好気槽
３ 第二溶存酸素濃度計
４ 第一溶存酸素濃度計
５ 散気部
６ 弁
７ ブロワ
８ 循環ポンプ
１０ 第三溶存酸素濃度計
５０ 散気風量制御部
５１ 第一溶存酸素濃度設定部
６０ 第三溶存酸素濃度設定部
６１ 第一溶存酸素濃度設定変更部
７０ 循環ポンプ流量制御部
８０ 有機物投入量制御部
８１ 有機物投入機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水中の有機物，窒素，りんを活性汚泥により除去し、亜酸化窒素生成量を抑制できる水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、閉鎖性水域における富栄養化対策として、これまでの有機物除去に加えて、窒素等を除去する、より高度な下水処理プロセスが導入されている。
【０００３】
下水処理プロセスにおいて、窒素の除去は、硝化工程と脱窒工程の組み合わせによって行われる。硝化工程は、ブロワにより酸素が供給される好気槽で進行する。好気槽に流入した下水には、アンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）が含まれ、好気槽内の硝化菌により亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）となり、さらに硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）に酸化される。
【０００４】
脱窒工程は嫌気槽で進行する。硝化工程で生成した亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）あるいは硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）は、嫌気槽に流入すると、脱窒菌により原水中の有機物を水素供与体として窒素（Ｎ2）に還元される。窒素（Ｎ2）ガスが大気に放出されることで下水中の窒素が除去される。
【０００５】
実際の下水処理プロセスの一例として、循環式硝化脱窒法がある。循環式硝化脱窒法は、前段に嫌気槽、後段に好気槽を配置し、ＮＯ3−Ｎ，ＮＯ2−Ｎを含む好気槽の硝化液を、前段の嫌気槽に送水して循環させることにより脱窒する。十分に脱窒するためには、好気槽で十分に硝化されていること、好気槽からの持込の溶存酸素が少ないこと、脱窒菌のエネルギー源である有機物が嫌気槽に十分存在していることが求められる。
【０００６】
一般に、硝化の指標として、好気槽の溶存酸素（ＤＯ）濃度が用いられている。ＤＯ濃度が低くなると硝化菌の活性が低下し、ＮＨ4−Ｎが残留することが知られている。このため、〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、好気槽の末端のＤＯ濃度を１.５〜２.０mg／Ｌに維持することが推奨されている。また、〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、各好気槽のＤＯ濃度を２mg／Ｌ以上に維持する方法が記載されている。〔特許文献２〕に記載の従来の技術では、複数段の好気槽に、それぞれ酸素利用速度計と全酸素消費速度から硝化反応に伴う酸素消費速度を差し引いた値の計測器とを付設し、測定された酸素利用速度と硝化反応に基づく酸素消費量から好気槽内の硝化速度を推定して、その値に応じて好気槽に対するブロワの送風量をコントロールするＤＯ制御と、余剰汚泥引抜に伴うＳＲＴ制御を実施する運転制御方法が開示されている。
【０００７】
近年、温暖化の問題がクローズアップされる中で、下水処理プロセスから生成される亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）が問題視されるようになっている。亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）は、二酸化炭素の３１０倍の温室効果があり、下水処理場全体の温室効果ガス排出量の１０％に相当するため、排出量削減への要求が高まってきている。
【０００８】
上述したように、硝化工程で生成されたＮＯ2−ＮあるいはＮＯ3−Ｎが嫌気槽に流入すると、脱窒菌により窒素に還元される。Ｎ2Ｏは、脱窒過程の中間生成物として生成され、通常は、Ｎ2ＯからＮ2ガスへ速やかに還元されるが、反応が阻害されると増加すると言われている。〔非特許文献２〕では、好気槽からの持込ＤＯ濃度が大きいと、Ｎ2Ｏの生成量が増加すると報告している。
【０００９】
また、循環式硝化脱窒法について、嫌気槽から好気槽にＮＯ2−Ｎが流入した場合のＮ2Ｏの生成についても報告している。ＮＨ4−Ｎ濃度が大きく酸素消費量が大きい好気槽前段において、酸素が十分供給されＤＯ濃度が大きい場合は、好気槽に流入したＮＯ2−Ｎは速やかにＮＯ3−Ｎに酸化される。しかし、酸素供給量が少なくＤＯ濃度が小さい場合は、ＮＨ4−Ｎの酸化によりＤＯが消費された場所は一時的に還元雰囲気となり、ＮＯ2−ＮはＮ2Ｏに還元される。その後、周辺のＤＯとの混合によりＮ2Ｏは酸化雰囲気に曝されるため、ＮＯ3−Ｎに酸化されることなくＮ2Ｏとして残留する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許３３７９１９９号公報
【特許文献２】特開平７−１４８４９６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「下水道維持管理指針 後編」(財)日本下水道協会、pp152 (2003)
【非特許文献２】水落、「生物学的嫌気好気活性汚泥法におけるＮ2Ｏ生成に及ぼすＳＲＴ，ＤＯの影響」、水環境学会誌、第２２巻２号、pp.145-151 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、Ｎ2Ｏが増加する原因は、嫌気槽への循環の際に持ち込まれる高ＤＯ濃度と、好気槽前段でのＤＯ濃度不足である。〔特許文献１〕，〔特許文献２〕，〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、Ｎ2Ｏ削減について考慮されておらず、好気槽のＤＯ濃度を高く維持しているため、硝化液を循環するとＮ2Ｏの発生量が増加する恐れがある。また、好気槽前段でのＤＯ濃度については配慮されていないため、Ｎ2Ｏの生成を抑制できない恐れがある。
【００１３】
本発明の目的は、好気槽後段からの嫌気槽へのＤＯの持込量を低減し、好気槽前段のＤＯ濃度を増加することでＮ2Ｏの発生を抑制でき、硝化液の窒素濃度の目標値を維持できる水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、複数段の好気槽と、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽と、後段の好気槽に設置された第一溶存酸素濃度計と、後段の好気槽より上流側の前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計と、第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が、第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように各好気槽への散気風量を制御する散気風量制御部とを備えたものである。
【００１５】
又、嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように後段の好気槽への散気風量を制御する散気風量制御部とを備えたものである。
【００１６】
又、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように、硝化液の送水量を制御する送水量制御部を備えたものである。又、第三溶存酸素濃度が第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように、有機物投入機構から投入される有機物量を制御する投入有機物量制御部を備えたものである。又、溶存酸素濃度計の代わりに酸化還元電位計を設置したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、循環により嫌気槽に持込む溶存酸素量を削減し、下水処理プロセスで生成するＮ2Ｏの生成量を低減することができる。一方で、好気槽の溶存酸素濃度，硝化液の循環量，嫌気槽への有機物の投入量を制御することで、窒素除去率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１である水処理設備の構成図。
【図２】本発明の実施例２である水処理設備の構成図。
【図３】本発明の実施例３である水処理設備の構成図。
【図４】本発明の実施例４である水処理設備の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の各実施例を図面により説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１である水処理設備の構成図である。図１に示す水処理設備は、下水を処理するための活性汚泥による水処理設備であり、処理方式は循環式硝化脱窒法である。
【００２１】
図１に示すように、上流側から順に、嫌気槽１（無酸素槽とも言う），好気槽２−１，好気槽２−２の二つの好気槽が配置され、隣接する槽は連通している。被処理水１００は、嫌気槽１に流入し、好気槽２−１を経て好気槽２−２から処理水１０１として流出する。好気槽２−１には第二溶存酸素濃度計３が、好気槽２−２には第一溶存酸素濃度計４が設置され、好気槽２−１の底部には散気部５−１が、好気槽２−２の底部には散気部５−２が設置されている。
【００２２】
散気部５−１は弁６−１を介してブロワ７と連通され、散気部５−２は弁６−２を介してブロワ７と連通されている。好気槽２−２の硝化液の一部は、循環ポンプ８により、硝化液１０２として嫌気槽１へ送水される。
【００２３】
散気風量制御部５０には、第二溶存酸素濃度計３と第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度の計測値と、好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１（mg／Ｌ）を設定する第一溶存酸素濃度設定部５１からの信号が入力され、弁６−１，弁６−２の開度と、ブロワ７の送風量の制御信号を出力する。ここで、散気風量制御部５０には、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定された目標値に応じて、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２（mg／Ｌ）を決定するために、設定係数αが入力されている。散気風量制御部５０は、設定係数αを用いて好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２（mg／Ｌ）を決定し、第二溶存酸素濃度計３と第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度が目標値になるように、弁６−１，弁６−２の開度と、ブロワ７の送風量を制御する。
【００２４】
設定係数αを用いて好気槽２−１でのＤＯ濃度の目標値ｄ２を決定する方法ついて説明する。例えば、ｄ２は数１で求めることができる。
【００２５】
〔数１〕
ｄ２＝α＋ｄ１ …（１）
【００２６】
この例では、αが設定値であり、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定されるＤＯ濃度の目標値ｄ１に、設定値を加算した値となる。この場合、設定係数αは正の値である。例えば、αを１.５mg／Ｌ、ｄ１を０.５mg／Ｌとするとｄ２は２.０mg／Ｌとなる。
【００２７】
また、数１の代わりに数２を用いて、ｄ２を求めても良い。
【００２８】
〔数２〕
ｄ２＝（α−１）×ｄ１＋ｄ１ …（２）
【００２９】
この例では、（α−１）×ｄ１が設定値となり、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１に、設定値を加算した値となる。この場合、（α−１）は正の値である。例えば、αを４、目標値ｄ１を０.５mg／Ｌとすると、好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は２.０mg／Ｌとなる。
【００３０】
なお、設定値は、定数としても良く、設定値をｄ１、流入水の窒素濃度，流量，窒素除去率，水温，汚泥滞留時間の少なくとも１つ以上の関数としても良い。
【００３１】
下水の流入条件や下水処理場の運転条件の変動時にも硝化反応の維持を可能とするため、流入水の窒素濃度が増加、すなわち硝化に必要な溶存酸素が増加する場合、流量が増加、すなわち反応時間が減少する場合、窒素除去率が低下、すなわち硝化反応の不足した場合、水温が低下、すなわち硝化反応の活性が低下する場合、汚泥滞留時間が減少、すなわち硝化反応の活性が低下する場合には、硝化の反応速度を増加させるため、設定値が増加する関数を用いると良い。逆の場合は設定値が減少する関数を用いる。
【００３２】
好気槽２−２のＤＯ濃度の目標値ｄ１は、嫌気槽１でのＮ2Ｏの生成を抑制するため、少なくとも２.０mg／Ｌ以下に設定し、０.５〜１.０mg／Ｌの範囲が望ましい。好気槽２−１のＤＯ濃度の目標値ｄ２は、嫌気槽１より流入する処理水のＤＯ濃度を速やかに増加させ、十分な硝化を達成するため、２.０mg／Ｌ以上であることが望ましい。
【００３３】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも適用できる。この他、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００３４】
なお、本実施例における複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００３５】
なお、第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。
【００３６】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定することで、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例２】
【００３７】
図２は本発明の実施例２である水処理設備の構成図である。本実施例では、実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値が入力される第一溶存酸素濃度設定変更部６１を加えている。
【００３８】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第三溶存酸素濃度計１０と第三溶存酸素濃度設定部６０からの信号に基づき、第一溶存酸素濃度設定部５１の目標値を変更する。
【００３９】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合、第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定される目標値を小さくする。散気風量制御部５０は、小さく変更された目標値となるように、弁６−１，弁６−２，ブロワ７を制御する。これにより、好気槽２−２から嫌気槽１への持込ＤＯ濃度が小さくなり、嫌気槽１のＤＯ濃度が減少する。
【００４０】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度の減少する場合は、嫌気槽１のＤＯ濃度が増加するが、本実施例では、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００４１】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を設定する。酸化還元電位が大きい場合、脱窒が阻害されていることを表す。この酸化還元電位がこの上限値を上回った場合、第一溶存酸素濃度設定変更部６１は、第一溶存酸素濃度設定部５１で設定される目標値を小さくする。散気風量制御部５０では、小さく変更された目標値となるように、弁６−１，弁６−２，ブロワ７を制御する。これにより、好気槽２−２から嫌気槽１への持込ＤＯ濃度が小さくなり、嫌気槽１の酸化還元電位が減少する。
【００４２】
第一溶存酸素濃度設定変更部６１で変更される目標値の低減分ΔＤＯ１０２（mg／Ｌ）を、処理水１００の流量Ｑ１００（ｍ3／min），硝化液１０２の流量Ｑ１０２（ｍ3／min）、嫌気槽１でのＤＯの上限値の超過分ΔＤＯ１（mg／Ｌ）をそれぞれ計測して、数３で表しても良い。
【００４３】
〔数３〕
ΔＤＯ１０２＝（Ｑ１００＋Ｑ１０２）／Ｑ１０２×ΔＤＯ１ …（３）
【００４４】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００４５】
複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００４６】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００４７】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、さらに後段の好気槽でのＤＯ濃度を低く再設定することで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例３】
【００４８】
図３は本発明の実施例３である水処理設備の構成図である。本実施例では、実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値及び第一溶存酸素濃度計４のＤＯ濃度の計測値が入力される循環ポンプ流量制御部７０を加えている。
【００４９】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。循環ポンプ流量制御部７０は、第一溶存酸素濃度計４と第三溶存酸素濃度計１０と第三溶存酸素濃度設定部６０からの信号に基づき、循環ポンプ８を制御する。
【００５０】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合、循環ポンプ流量制御部７０は、第三溶存酸素濃度計１０と第一溶存酸素濃度計４での計測値を比較する。第一溶存酸素濃度計４の計測値が大きい場合、循環ポンプ流量制御部７０は循環ポンプ８の流量を低減する。第三溶存酸素濃度計１０の計測値が大きい場合は、循環ポンプ流量制御部７０は循環ポンプ８の流量を増加する。
【００５１】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度が減少する場合は、嫌気槽１のＤＯが増加するが、本実施例では、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００５２】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を決定する。酸化還元電位がこの上限値を超過した場合、循環ポンプ流量制御部７０で循環ポンプ８の流量を減少させる。一般的には、嫌気槽１のＤＯ濃度は持込ＤＯ濃度よりも小さく、循環ポンプ８の流量を減少させることで、嫌気槽１のＤＯ濃度が減少する。
【００５３】
循環ポンプ流量制御部７０で演算する循環ポンプ８の流量変動ΔＱ１０２（ｍ3／min）を、処理水１００の流量Ｑ１００（ｍ3／min），溶存酸素濃度ＤＯ１００（mg／Ｌ），硝化液１０２の流量Ｑ１０２（ｍ3／min），溶存酸素濃度ＤＯ１０２（mg／Ｌ）をそれぞれ計測して、数４で表しても良い。
【００５４】
〔数４〕
ΔＱ１０２＝（Ｑ１００＋Ｑ１０２）2
／｛Ｑ１００（ＤＯ１０２−ＤＯ１００）｝×ΔＤＯ１ …（４）
【００５５】
ここで、数３，数４は、流入水１００と硝化液１０２が瞬時に完全混合した場合の混合直後の溶存酸素濃度ＤＯ１（mg／Ｌ）を表す数５の偏微分より導出できる。
【００５６】
〔数５〕
ＤＯ１＝（Ｑ１００×ＤＯ１００＋Ｑ１０２×ＤＯ１００）
／（Ｑ１００＋Ｑ１０２） …（５）
【００５７】
本実施例では、嫌気槽１でのＤＯを低減させるため、循環ポンプ８の流量を変動させたが、実施例２で示した、好気槽２−２の目標値を低減させる方式と組み合わせても良い。
【００５８】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００５９】
複数段の「段」とは、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００６０】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００６１】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、硝化液の循環量を変動させることで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【実施例４】
【００６２】
図４は本発明の実施例４である水処理設備の構成図である。実施例１の構成に、嫌気槽１に設置される第三溶存酸素濃度計１０と、第三溶存酸素濃度設定部６０と、第三溶存酸素濃度計１０の計測値が入力される有機物投入量制御部８０と、有機物投入機構８１を加えている。第三溶存酸素濃度計１０の計測値は、散気風量制御部５０に入力されるようになっている。
【００６３】
第三溶存酸素濃度計１０は、後段の好気槽の硝化液の一部が送水される嫌気槽１に設置される。有機物投入量制御部８０は、第三溶存酸素濃度計１０からの信号に基づき、有機物投入機構８１を制御する。
【００６４】
第三溶存酸素濃度設定部６０では、嫌気槽１のＤＯ濃度の上限値を設定する。第三溶存酸素濃度計１０で計測されるＤＯ濃度がこの上限値を上回った場合は、有機物投入量制御部８０で演算した量の有機物を有機物投入機構８１から嫌気槽１に投入する。その結果、嫌気槽１のＤＯは、投入した有機物を基質とする脱窒菌に速やかに消費されるので、減少する。
【００６５】
投入する有機物量は、嫌気槽１でのＤＯ濃度の上限値からの超過分を変数とする関数から算出しても良いし、超過分に対応する投入量を記載した表を参照して算出しても良い。
【００６６】
降雨時の流入水１００のＤＯ濃度増加や有機物濃度が減少すると、嫌気槽１のＤＯ濃度が増加するが、本実施例により、このような場合においても嫌気槽１で生成するＮ2Ｏの生成量を抑制することができる。
【００６７】
なお、第三溶存酸素濃度計１０の代わりに、酸化還元電位計を用いても良い。その場合、第三溶存酸素濃度設定部６０は、酸化還元電位設定部となり、嫌気槽１の酸化還元電位の上限値を決定する。酸化還元電位がこの上限値を上回った場合は、有機物投入量制御部８０で演算した量の有機物を有機物投入機構８１から嫌気槽１に投入する。
【００６８】
本実施例では、嫌気槽１でのＤＯを低減させるため、嫌気槽１に有機物を投入したが、実施例２で示した、好気槽２−２の目標値を低減させる方式と組み合わせても良いし、実施例３で示した、循環ポンプ８の流量を変動させる方式と組み合わせても良い。又、実施例２で示した方式に実施例３を組み合わせた方式と組み合わせても良い。
【００６９】
本実施例では、一例として循環式硝化脱窒法で説明したが、嫌気−無酸素−好気法，ステップ流入式多段硝化脱窒法でも良い。また、複数段の好気槽として二段の例を示したが、三段以上でも良い。また、好気槽の下流側に嫌気槽が連通し、硝化液の全量が下流側の嫌気槽に流入する硝化内生脱窒法でも良い。
【００７０】
複数段の「段」は、ブロワからの散気量の制御や、溶存酸素濃度，酸化還元電位の測定などの、単位操作を独立して行う際の区分のことであり、好気槽内の物理的な仕切りで限定されるものではない。
【００７１】
第一溶存酸素濃度計４の設置位置は、持込ＤＯ濃度を低減する目的で設置するため、嫌気槽１へ送水する送水口近傍に設置するのが望ましい。また、第三溶存酸素濃度計１０の設置位置は、好気槽からの硝化液に起因するＮ2Ｏ生成を抑制する目的で設置するため、硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。第三溶存酸素濃度計１０の代わりに酸化還元電位計を用いる場合も、設置位置は硝化液の排出口近傍に設置するのが望ましい。
【００７２】
本実施例によれば、前段の好気槽のＤＯ濃度を後段の好気槽のＤＯ濃度より高く維持することで、好気槽２−１で生成するＮ2Ｏを抑制でき、硝化の速やかな進行により十分な窒素除去が実現できる。又、後段ではＤＯ濃度を低く設定し、嫌気槽１でのＤＯ濃度が増加した際に、嫌気槽１へ有機物を投入することで、嫌気槽１でのＤＯ濃度を低減でき、嫌気槽１で生成するＮ2Ｏを抑制できる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 嫌気槽
２ 好気槽
３ 第二溶存酸素濃度計
４ 第一溶存酸素濃度計
５ 散気部
６ 弁
７ ブロワ
８ 循環ポンプ
１０ 第三溶存酸素濃度計
５０ 散気風量制御部
５１ 第一溶存酸素濃度設定部
６０ 第三溶存酸素濃度設定部
６１ 第一溶存酸素濃度設定変更部
７０ 循環ポンプ流量制御部
８０ 有機物投入量制御部
８１ 有機物投入機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の好気槽と、前記複数段の好気槽より上流側に設置され後段の好気槽から硝化液の一部が送水される嫌気槽と、前記後段の好気槽に設置された第一溶存酸素濃度計と、前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計と、前記複数段の好気槽の各々に設置された散気部と、前記散気部へ送風するブロワと、該ブロワの散気風量を制御する散気風量制御部とを備え、前記散気風量制御部は、前記第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が、前記第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように前記散気部への散気風量を制御する水処理設備。
【請求項２】
前記後段の好気槽の溶存酸素濃度の目標値ｄ１に設定値を加算した値となるように、前記前段の好気槽の溶存酸素濃度の目標値ｄ２が設定され、前記第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が前記目標値ｄ２に、前記第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が前記目標値ｄ１となるように制御される請求項１記載の水処理設備。
【請求項３】
前記設定値は、流入水の窒素濃度，流入水の流量，窒素除去率，水温，汚泥滞留時間の少なくとも一つ以上の関数により決定される請求項２記載の水処理設備。
【請求項４】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部とを具備し、前記散気風量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記後段の好気槽への散気風量が小さくなるように制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項５】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、前記硝化液の送水量を制御する送水量制御部とを具備し、送水量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記硝化液の送水量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項６】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、前記嫌気槽に有機物を投入する有機物投入機構とを具備し、投入有機物量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記有機物投入機構から投入される有機物量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項７】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部とを具備し、前記散気風量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記後段の好気槽への散気風量が小さくなるように制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項８】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部と、前記硝化液の送水量を制御する送水量制御部とを具備し、前記送水量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記硝化液の送水量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項９】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部と、前記嫌気槽に有機物を投入する有機物投入機構とを具備し、投入有機物量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記有機物投入機構から投入される有機物量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項１】
複数段の好気槽と、前記複数段の好気槽より上流側に設置され後段の好気槽から硝化液の一部が送水される嫌気槽と、前記後段の好気槽に設置された第一溶存酸素濃度計と、前段の好気槽に設置された第二溶存酸素濃度計と、前記複数段の好気槽の各々に設置された散気部と、前記散気部へ送風するブロワと、該ブロワの散気風量を制御する散気風量制御部とを備え、前記散気風量制御部は、前記第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が、前記第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度よりも大きくなるように前記散気部への散気風量を制御する水処理設備。
【請求項２】
前記後段の好気槽の溶存酸素濃度の目標値ｄ１に設定値を加算した値となるように、前記前段の好気槽の溶存酸素濃度の目標値ｄ２が設定され、前記第二溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が前記目標値ｄ２に、前記第一溶存酸素濃度計で計測される溶存酸素濃度が前記目標値ｄ１となるように制御される請求項１記載の水処理設備。
【請求項３】
前記設定値は、流入水の窒素濃度，流入水の流量，窒素除去率，水温，汚泥滞留時間の少なくとも一つ以上の関数により決定される請求項２記載の水処理設備。
【請求項４】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部とを具備し、前記散気風量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記後段の好気槽への散気風量が小さくなるように制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項５】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、前記硝化液の送水量を制御する送水量制御部とを具備し、送水量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記硝化液の送水量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項６】
前記嫌気槽に設置された第三溶存酸素濃度計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する第三溶存酸素濃度設定部と、前記嫌気槽に有機物を投入する有機物投入機構とを具備し、投入有機物量制御部は、前記第三溶存酸素濃度計で計測された第三溶存酸素濃度が前記第三溶存酸素濃度設定部で設定された上限値を下回るように前記有機物投入機構から投入される有機物量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項７】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部とを具備し、前記散気風量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記後段の好気槽への散気風量が小さくなるように制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項８】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部と、前記硝化液の送水量を制御する送水量制御部とを具備し、前記送水量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記硝化液の送水量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【請求項９】
前記嫌気槽に設置された酸化還元電位計と、前記嫌気槽の溶存酸素濃度の上限値を設定する酸化還元電位設定部と、前記嫌気槽に有機物を投入する有機物投入機構とを具備し、投入有機物量制御部は、前記酸化還元電位計で計測された酸化還元電位が前記酸化還元電位設定部で設定された上限値を下回るように前記有機物投入機構から投入される有機物量を制御する請求項１から３のいずれかに記載の水処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２６９２５４（Ｐ２０１０−２６９２５４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３６８１（Ｐ２００９−１２３６８１）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]