JP4573575B2

JP4573575B2 - 高度下水処理方法および装置

Info

Publication number: JP4573575B2
Application number: JP2004173847A
Authority: JP
Inventors: 忠昭菊地; 直樹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005349324A; CN1706755A; CN100334018C

Description

本発明は、ステップ流入式多段硝化脱窒法による高度下水処理方法及び装置に関し、特に初沈汚泥投入方式に関する。

活性汚泥法の脱窒能力向上を目的として改造された下水処理法にステップ流入式多段硝化脱窒法がある。この処理法では、反応槽内を仕切り板によって、酸素を多量に含む好気槽と全く含まない無酸素槽から成る複数の槽に分割する。好気槽では硝化菌の働きにより、下水に含まれるアンモニア性窒素（NH₄-N）が亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒素（NO_X-N）に酸化される。無酸素槽では脱窒菌の働きにより、好気槽で酸化された酸化態の窒素を窒素（N₂）へ還元することで、窒素を窒素ガスとして大気中へ放出させ、下水中の窒素を除去させる。

ステップ流入式多段硝化脱窒法において高い窒素除去率を維持する為には、反応槽内の硝化・脱窒菌が働くのに十分な環境を与え、硝化・脱窒反応を促進させることが重要となる。その条件として、無酸素槽内の有機物量（T-BOD）と全窒素量（T-N）の比がおおよそ３となる物質収支であることが前提となる。

一般的に、無酸素槽内ではT-BODとT-Nの比が低い値に成りがちであり、その対策として、特許文献１には無酸素槽にメタノールや酢酸といった薬品を投入して有機炭素源を補給し、脱窒反応を促進させる方法が提案されている。

特開２００２−１７７９８５号公報

特許文献１のように、無酸素槽内のT-BODとT-Nの比を高めるために薬品を投入する方法は、投入設備の導入費や薬品代によりコスト高となる。また、施設の維持管理が煩雑であるといった問題点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、薬品ではなく初沈汚泥の投入によって、ステップ流入式多段硝化脱窒法において高窒素除去率を可能にする下水処理方法及び装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、反応槽を無酸素槽と好気槽に分けるステップ流入式多段硝化脱窒法による高度下水処理方法において、下水処理場の最初沈殿池から引抜かれる初沈汚泥の一部を無酸素槽に投入し、前記無酸素槽の反応状況に応じて、初沈汚泥の投入量を制御することを特徴とする。

無酸素槽の反応状況を示す全有機物と全窒素の比を目標値とし、実測値による全有機物と全窒素の比が目標値となるように、初沈汚泥の投入量を制御することを特徴とする。

本発明による初沈汚泥の投入量制御によれば、高窒素除去率の維持が可能となり、メタノール等の薬品注入設備の導入と比較し、維持管理にかかる費用の低減が計れる。また、設備そのものの管理が容易であるという利点がある。

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。図１はステップ流入式多段硝化脱窒法による下水処理場の設備フローを示す。この下水処理場は最初沈殿池１、反応槽（無酸素槽：２，４、好気槽：３，５）、最終沈殿池６、初沈汚泥引抜ポンプ７、返送汚泥ポンプ９、余剰汚泥引抜ポンプ８、ブロワ１０,１２、吐出弁１１,１３より構成される。

最初沈殿池１に流入した下水は物理的作用により固液分離され、沈殿した汚泥は初沈汚泥引抜ポンプ７により汚泥処理設備へ導かれ、上澄水は無酸素槽２及び無酸素槽４へ通じる配管を経由して各無酸素槽へ供給される。

無酸素槽２では、最終沈殿池６から返送汚泥ポンプ９によって無酸素槽２へ返送される返送汚泥に含まれる硝酸性窒素が、槽内に繁殖している脱窒菌の働きによって窒素に還元され、窒素ガスとして大気中に放出される。この脱窒菌の働きを活性化させる為、最初沈殿池１より流入する下水中の有機物（有機炭素源）が利用されている。

無酸素槽２へ投入された下水は、仕切り板をオーバーフロー（越流）して好気槽３へ移り、好気槽３で硝化菌の働きによりアンモニア性窒素が硝酸性窒素へ酸化される。更に、好気槽３では、ブロワ１０より多量の空気が吹込まれ、槽中の溶存酸素濃度の増加に伴い微生物の働きは活発化し、活性汚泥（汚泥の塊）が形成される。

無酸素槽４、好気槽５においても、無酸素槽２、好気槽３と同様の反応が繰返され、好気槽３で発生した硝酸性窒素が窒素へ変化し、その際に下水中の有機物が消費される。好気槽５を通過した下水は、多量の活性汚泥を含んだまま最終沈殿池６で再び固液分離され、上澄水が放流水として系外へ排出される。沈殿した余剰汚泥は、返送汚泥ポンプ９で無酸素槽２へ返送されるか、余剰汚泥引抜ポンプ８により汚泥処理設備へ移送される。汚泥処理設備では、初沈汚泥と共に脱水、消化、焼却処理され、一連の処理が終わる。

本実施例では、最初沈殿地１で引抜かれる初沈汚泥の一部を無酸素槽２及び４へ投入し、その投入量を、無酸素槽２，４に設置したT-BOD計２０，２３、T-N計２１，２４で計測する。この計測値より求めた無酸素槽での全ＢＯＤと全窒素の比（T-BOD／T-N）が予め設定した目標値となるように、初沈汚泥投入流量計１６，１９、初沈汚泥投入BOD計１５，１８で投入BOD値(ｇ)を計測しながら、初沈汚泥投入ポンプ１４，１７を制御する。

図２は下水処理制御装置における初沈汚泥制御部の入出力構成を示す。初沈汚泥制御部１０１には、上記T-BODとT-N、流量計１６，１９による初沈汚泥投入量Ｑ、BOD計１５，１８による初沈ＢＯＤ、無酸素槽内の水の体積Ｌ、及びT-BOD／T-Nの目標値Ｘと実測値Ａが入力される。これらの入力を基に、初沈汚泥制御部１０１が演算し、初沈汚泥投入ポンプ運転・停止指令を出力する。

図３は初沈汚泥制御部による初沈汚泥投入ポンプの運転フローを示す。本実施例の初沈汚泥投入ポンプ１４，１７は共にこのフローにしたがって制御される。

予め投入運転フローの開始時刻を設定し、設定時刻になり次第フロー開始となる。無酸素槽２，４に設置したT-BOD計２０，２３、T-N計２２，２４より得られる測定データをもとに、現時点ｉ（数式のサフィックスｉはサンプリング時点）の測定値による全有機物と全窒素比Ａ（＝T-BOD／T-N）を式（１）で演算する（ｓ１０１）。
Ａ＝全有機物・全窒素比(実測値)：T-BOD_i／T-N_i …（１）
そして、予め設定されている無酸素槽２，４での脱窒反応が最も効率良く行われる式（２）の目標値（所定値）Ｘと比較する（ｓ１０２）。
Ｘ＝全有機物・全窒素比(目標値)：T-BOD／T-N …（２）
目標値Ｘと実測値Ａとの比較の結果、実測値Ａが目標値Ｘを上回っていれば、このフローは終了する。一方、実測値Ａが目標値Ｘを下回った場合は以下の手順により初沈汚泥投入ポンプの運転を行う（ｓ１０３）。

実測値Ａが目標値Ｘを下回っている場合は、グラム換算BOD値が不足している。この不足量を式（３）−（５）により演算する（ｓ１０４）。まず、式（１），（２）の差を求める。
Ｘ−Ａ＝（T-BOD／T-N）−（T-BOD_ｉ／T-N_ｉ） …（３）
ここで、不足分の全有機物濃度を求める。T-NにT-N_ｉを代入することで、現在の全窒素濃度に対する不足分の全有機物濃度を計算することができる。すなわち、式（３）の両辺にT-N_ｉを掛けて、投入に必要な全有機物濃度を式（４）により求める。
（T-BOD−T-BOD_ｉ）＝（Ｘ−Ａ）・〔T-N_ｉ〕 …（４）
次に、無酸素槽内の水位計２２，２５より測定される水位に、無酸素槽の底面積を掛けて求まる無酸素槽内の水の体積Ｌを、式（４）の両辺に掛けることで、グラム換算の全有機物量Ｂが式（５）のように求まる。
Ｂ＝（Ｘ−Ａ）・〔T-N_ｉ〕・Ｌ …（５）
最終的に、無酸素槽２，４への初沈汚泥投入量の積算値ΣＣが全有機物量Ｂ（ｇ）になるまで、初沈汚泥投入ポンプ１４，１７を運転し続ける（ｓ１０５、ｓ１０６）。積算値ΣＣが投入必要量（Ｂ）以上になった時点で初沈汚泥投入ポンプ１４，１７を停止し（ｓ１０７）、投入フローが終了する。

自動計測器による計測の場合、T-BOD計、T-N計ともデータの測定周期が１時間程度であることから、たとえば１時間毎にデータを測定し、その都度、上記演算を実施する。演算結果（BOD／T-N）が３以上であれば、初沈汚泥投入ポンプの運転は行わず、次の１時間後の測定データによる演算を実施するまで初沈汚泥投入ポンプ停止状態となる。一方、演算結果（BOD／T-N）が３以下であれば、図３の投入フローによる運転を実施し、BOD／T-Nが３以上になるまで初沈汚泥投入ポンプは運転を続ける。

本実施例によれば、無酸素槽の反応状況を示す全有機物と全窒素比の実測値Ａが予め設定されている目標値Ｘに達するまで初沈汚泥挿入ポンプ１４、１７が運転され、無酸素槽に有機物汚泥である初沈汚泥が供給されるので、高窒素除去率の下水処理が可能になる。

本発明の一実施例によるステップ流入式多段硝化脱窒法による下水処理装置の構成図。初沈汚泥制御部の入出力の構成図。初沈汚泥投入運転の処理フロー図。

符号の説明

１…最初沈殿池、２，４…無酸素槽、３，５…好気槽、６…最終沈殿池、７…初沈汚泥引抜ポンプ、８…余剰汚泥引抜ポンプ、９…返送汚泥移送ポンプ、１０，１２…ブロワ、１１，１３…吐出弁、１４，１７…初沈汚泥投入ポンプ、１５，１８…初沈汚泥投入BOD計、１６，１９…初沈汚泥投入流量計、２０，２３…無酸素槽T-BOD計、２１，２４…無酸素槽T-N計、２２，２５…無酸素槽水位計。

Claims

反応槽を無酸素槽と好気槽に分けるステップ流入式多段硝化脱窒法による高度下水処理方法において、
予め前記無酸素槽の反応状況を促進させるための前記無酸素槽における全有機物濃度と全窒素濃度の比の目標値を設定し、下水処理場の最初沈殿池から引き抜かれる初沈汚泥の一部を前記無酸素槽に投入し、前記無酸素槽の全有機物濃度と全窒素濃度の実測値による比と前記目標値との差から不足する全有機物量を求め、初沈汚泥全有機物投入量の積算値が前記不足する全有機物量を満たすまで初沈汚泥投入量を継続して制御することを特徴とする高度下水処理方法。
反応槽を無酸素槽と好気槽に分けるステップ流入式多段硝化脱窒法による高度下水処理
装置において、
前記無酸素槽の全有機物濃度を測定する全有機物濃度計と、前記無酸素槽の全窒素濃度を測定する全窒素濃度計と、前記無酸素槽における全有機物濃度と全窒素濃度の実測値による比を演算する手段と、前記無酸素槽における全有機物濃度と前記窒素濃度の比の目標値を設定する手段と、初沈汚泥を前記無酸素槽に投入する初沈汚泥投入ポンプと、投入される初沈汚泥の流量を計測する初沈汚泥投入流量計と、投入される初沈汚泥の全有機物濃度を計測する初沈汚泥投入全有機物濃度計と、初沈汚泥投入流量と初沈汚泥投入全有機物濃度から初沈汚泥全有機物投入量積算値を演算する手段と、初沈汚泥投入ポンプの運転停止を制御する初沈汚泥制御装置を具備し、
前記初沈汚泥制御装置は、下水処理場の最初沈殿池から前記初沈汚泥投入ポンプにより引き抜かれる初沈汚泥の一部を無酸素槽に投入し、前記無酸素槽における全有機物濃度と全窒素濃度の前記実測値による比と前記目標値との差から不足する全有機物量を算出し、初沈汚泥全有機物投入量の積算値が前記不足する全有機物量を満たすまで初沈汚泥投入量を制御することを特徴とする高度下水処理装置。