JP2009505822A - 脱窒プロセス及び脱窒装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
「この川は、高濃度の栄養分を含むことでも知られている。多量の窒素及びリンが、植物や藻類の過度な成長を引き起こしており、これにより溶存酸素濃度は減少してしまう。魚は呼吸が困難となるため、病気やバクテリアへの耐性が弱まってしまう。」
「魚の大量死影響を受けている3河川のすべてに沿った地域では、主に農業がおこなわれている。シェナンドア渓谷における900を超える農場では、養鶏業が広く行われている。農場からの高栄養廃棄物は、肥料として利用されるが、河川へ流れ込む可能性もある。」
したがって、汚水の窒素分をコントロールするためのより効果的な方法が必要とされていることが明らかである。
a)流入流量(適宜、1日あたり百万ガロン単位で表す)Q、流入溶存酸素濃度(適宜、mg/Lで表す)DOin、流入硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Nin、及び流入亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Nin、を測定すること、
b)ために下記フィードフォワード制御ループ関係式(1)を用いて供給化学物質要求量(feed chemical requirement、FCR)を求めること、
FCR=Q[(X×DO)+(Y×NO3‐Nin)+(Z×NO2‐Nin) (1)
(ここで、X、Y及びZは、約0.7〜約3.0の範囲の所定のファクター(単位なし)である。)
c)流出硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Neff、及び流出亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Neff、を適宜測定すること、並びに
d)下記フィードバック制御ループ関係式(2)、(3)及び(4)を適宜用い並びに下記関係式(5)を用いて調節供給化学物質要求量(adjusted feed chemical requirement、AFCR)を求めること、を含んで構成される。
AP=GAIN×ERR (2)
AFCR=FCR×(1+A) (5)
(ここで、GAINは、所定の作用係数(単位なし)であり、ERRは、NOx‐Neff(NO3‐NeffとNO2‐Neffとの合計)測定値とNOx‐Neff設定値との差であり、dlは、マイクロプロセッサの処理時間(適宜、秒で表す)と測定間の時間間隔TI(適宜、秒で表す)との合計であり、記号new及びoldは、それぞれ今回及び前回の測定を表す。)
FCR値は、関係式(1)により得られたFCRを換算係数(8.34)で乗算し、1日あたりのポンドで表す。X、Y及びZの値は、メタノール存在下での溶存酸素、硝酸塩類、亜硝酸塩類の消費量を表す化学量論的な式により決定される。最良の形態に関しての詳細は後述する。本発明の一実施形態では、X値は例えば0.81に、Y値は例えば2.25に、Z値は例えば1.35に設定する。GAIN値は、例えば0.2に設定する。TI値は、例えば400秒に設定する。NOx‐Neff設定値は、0.25mg/L〜10.0mg/Lの範囲内の値に設定する。dl/TIの商は、おおよそ1に等しい。AI(old)値及びERR(old)値は、初期測定時には0に設定する。しかしながら、本発明は、上記の式に限定することも上記の式により限定されることも意図しない。これらの式は、本発明の好ましい実施形態を単に例示するためだけのものである。
3O2+2CH3OH=2CO2+4H2O
続いて、メタノールにより硝酸塩及び亜硝酸塩が還元される。この変換は、下記化学量論的な式で表される。
6NO3 ‐+5CH3OH=3N2+5CO2+7H2O+6OH‐、及び
2NO2 ‐+CH3OH=N2+CO2+H2O+2OH‐
生成された窒素ガスは、大気中に拡散する。したがって、脱窒を完全に行うために必要なメタノールの化学量論的な量は、次式で与えられる。
CH3OH=0.7DO+2.0NO3‐N+1.1NO2‐N
(ここで、メタノール、流入溶存酸素、流入硝酸塩及び流入亜硝酸塩は、mg/Lで表される。)
実際のX、Y及びZの値は、最初に選択可能であり、また、必要があれば後々の変更も可能である。また、実際の値は、化学量論的に必要とされるものよりも数パーセント多くなることがある。
溶存酸素の流入濃度=DOin
硝酸塩類の流入濃度=NO3‐Nin
亜硝酸塩類の流入濃度=NO2‐Nin
FCR=Q[(X×DOin)+(Y×NO3‐Nin)+(Z×NO2‐Nin)] (1)
(ここで、X、Y及びZは、代表的には0.7〜3.0の範囲の所定のファクター(単位なし)である。)
上述のように、脱窒を完全に行うために必要なメタノールの化学量論的な量には、X=0.7、Y=2.0、Z=1.1が要求される。これらは最小値である。しかしながら、通常、化学量論的に反応を完了させるためには、過剰なメタノールが必要となる。したがって、化学量論的な要求量の最大で50%にあたる過剰なメタノールが必要となることがある。通常は10〜30%の過剰分、好ましくは15〜20%の過剰分、が必要となることもある。したがって、本発明の一実施形態では、X=0.9、Y=2.5、Z=1.5である。更に本発明の他の実施形態では、X=0.8、Y=2.3、Z=1.4である。FCR値は、初期値を換算係数(8.34)で乗算することで、その単位を1日あたりのポンドに変換してもよい。
硝酸塩類の流出濃度=NO3‐Neff
亜硝酸塩類の流出濃度=NO2‐Neff
硝酸塩類及び亜硝酸塩類の流出濃度の合計=NO3‐Neff+NO2‐Neff
=NOx‐Neff
その後、ステップ225では、これらの信号(すなわちNOx‐Neff)を用いて計算し、基準FCR値を適宜調節する。その後、メタノールの値が、連続的な流入流と共に連続的に更新されるように、フローチャート200による方法全体を連続的に繰り返す。
AP=GAIN×ERR (2)
(ここで、GAINは、認知されたエラーに応じた所望の反応の程度であり、ERRは、制御偏差であって、また流出設定値とプロセス値との差である。)
ここで、流出設定値は、硝酸塩類及び亜硝酸塩類の合計流出濃度の予測値であり、プロセス値は、硝酸塩類及び亜硝酸塩類の流出濃度の実測値の合計である。代表的には、流出設定値は、0.25mg/L〜10.0mg/Lの範囲内の値である。そのため、例えば、所定の時間では、流出設定値は0.5mg/L、硝酸塩類の実測流出濃度は、0.5mg/L、亜硝酸塩類の実測流出濃度は、0.4mg/L、であり、したがって、硝酸塩類及び亜硝酸塩類の合計流出濃度は、0.5mg/L+0.4mg/L=0.9mg/Lとなるため、ERR=0.9mg/L−0.5mg/L=0.4mg/Lとなる。GAIN値は、代表的には0.2となる。したがって、この例では、AP=0.2×0.4=0.08となる。
AI(new)=0+0.2×(400.020/400)×[(0.5)×(0.4mg/L+0)]=0.040002mg/L=約0.04mg/L
したがって、調節合計値A=AP+AI=0.08+0.04=0.12となる。
Claims (20)
- 汚水処理システムの水脱窒プロセスであって、
前記汚水処理システムは、
流入及び流出水流と、
ろ床に付着する微生物と、
フィードフォワード制御ループ及びフィードバック制御ループと、
を含んで構成され、
前記水脱窒プロセスは、
流入流量(適宜、1日あたり百万ガロン単位で表す)Q、流入溶存酸素濃度(適宜、mg/Lで表す)DOin、流入硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Nin、及び流入亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Nin、を測定すること、
下記フィードフォワード制御ループ関係式(1)を用いて供給化学物質要求量(FCR)を求めること、
FCR=Q[(X×DO)+(Y×NO3‐Nin)+(Z×NO2‐Nin) (1)
(ここで、X、Y及びZは、約0.7〜約3.0の範囲の所定のファクター(単位なし)である。)
流出硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Neff、及び流出亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Neff、を測定すること、並びに
下記フィードバック制御ループ関係式(2)、(3)及び(4)並びに下記関係式(5)を用いて調節供給化学物質要求量(AFCR)を求めること
を含んで構成される
ことを特徴とする水脱窒プロセス。
AP=GAIN×ERR (2)
AFCR=FCR×(1+A) (5)
(ここで、GAINは、所定の作用係数(単位なし)であり、ERRは、NOx‐Neff(NO3‐NeffとNO2‐Neffとの合計)測定値とNOx‐Neff設定値との差であり、dlは、マイクロプロセッサの処理時間(適宜、秒で表す)と測定間の時間間隔TI(適宜、秒で表す)との合計であり、記号new及びoldは、それぞれ今回及び前回の測定を表す。) - 前記FCRは、前記関係式(1)により得られるFCR値を換算係数(8.34)で乗算することにより、1日あたりのポンドで表される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記X、Y及びZの値は、化学量論により得られる値に設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記X、Y及びZの値は、化学量論により得られる値よりも15%大きく設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記X、Y及びZの値は、化学量論により得られる値よりも30%大きく設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記GAINは、0.2に設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記TIは、400秒に設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記NOx‐Neff設定値は、0.25mg/L〜10.0mg/Lの範囲内の値に設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記dl/TIの商は、おおよそ1に等しい請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 前記AI(old)値及び前記ERR(old)値は、初期測定時には0に設定される請求項1に記載の水脱窒プロセス。
- 流入流量(適宜、1日あたり百万ガロン単位で表す)Qを測定する流入流量計と、
流入溶存酸素濃度(適宜、mg/Lで表す)DOin、流入硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Nin及び流入亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Ninを測定する流入濃度分析計と、
流出硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Neff及び流出亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Neffを測定する流出濃度分析計と、
供給化学物質を制御された量で供給する供給化学物質制御装置であって、前記流入濃度分析計及び前記流出濃度分析計からの少なくともNO3‐Nin、NO2‐Nin、NO3‐Neff及びNO2‐Neffに関連する入力信号を受ける自動化制御ループから出力される1以上の出力信号に応答する前記供給化学物質制御装置と、
を含んで構成されることを特徴とする汚水脱窒システム。 - 前記自動化制御ループは、更にDOinに関連する入力信号を受ける請求項11に記載の汚水脱窒システム。
- 前記自動化制御ループは、更にQに関連する入力信号を受ける請求項11に記載の汚水脱窒システム。
- 前記供給化学物質は、前記流入流の一部として供給される請求項11に記載の汚水脱窒システム。
- 前記供給化学物質が、メタノールである請求項11に記載の汚水脱窒システム。
- 前記自動化制御ループは、所定の時間間隔TIで入力信号を受ける請求項11に記載の汚水脱窒システム。
- ろ床に付着する微生物に供給される供給化学物質の量を自動制御する方法であって、
(i)流入流量(適宜、1日あたり百万ガロン単位で表す)Q、流入溶存酸素濃度(適宜、mg/Lで表す)DOin、流入硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Nin及び流入亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Ninを測定すること、
(ii)供給化学物質要求量(FCR)を、ステップ(i)で得られたQ、DOin、NO3‐Nin、NO2‐Ninの値に一部基づいて求めること、
(iii)流出硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Neff及び流出亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Neffを測定すること、
(iv)ステップ(iii)で得られたNO3‐Neff及びNO2‐Neff(すなわちNOx‐Neff)並びにNOx‐Neff(すなわち、NO3‐NeffとNO2‐Neffとの合計)測定値とNOx‐Neff設定値との差であるERRに一部基づいて、調節供給化学物質要求量(AFCR)を求めること、並びに
(v)ステップ(i)、(ii)、(iii)及び(iv)を所定の時間間隔TIで繰り返すこと、
を含んで構成されることを特徴とする方法。 - ろ床に付着する微生物に供給される供給化学物質の量を自動制御する方法であって、
(i)流入流量(適宜、1日あたり百万ガロン単位で表す)Q、流入溶存酸素濃度(適宜、mg/Lで表す)DOin、流入硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Nin及び流入亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Ninを測定すること、並びに
(ii)供給化学物質要求量(FCR)を、Q、DOin、NO3‐Nin及びNO2‐Ninの値に一部基づいて求めること、
を含んで構成されることを特徴とする方法。 - (iii)流出硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO3‐Neff及び流出亜硝酸塩濃度(適宜、mg/Lで表す)NO2‐Neffを測定すること、並びに
(iv)調節供給化学物質要求量(AFCR)を、NO3‐Neff及びNO2‐Neffの値に一部基づいて求めること、
を更に含んで構成される請求項18に記載の方法。 - 前記調節供給化学物質要求量(AFCR)は、更に、NOx‐Neff測定値とNOx‐Neff設定値との差であるERRに一部基づいて求められ、
(v)ステップ(i)(ii)(iii)及び(iv)を所定の時間間隔TIで繰り返すこと、を更に含んで構成される
請求項19に記載の方法。
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