JP3637819B2 - Waste water nitrification method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃水の硝化方法に係り、特に廃水を連続的に硝化槽の流入口から流入させ、流出口から流出させると共に、前記硝化槽内で前記廃水と微生物の混合液を好気条件となるように曝気することによって、前記廃水中のアンモニア性窒素を前記微生物の作用により硝化処理する廃水の硝化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の廃水の硝化方法は、硝化槽において硝化細菌に代表される微生物の働きにより、廃水中のアンモニア性窒素を主に硝酸性窒素に酸化する硝化処理を行う。硝化処理では、廃水のアンモニア性窒素負荷や水温の日間変動、年間変動に対応して硝化槽での硝化反応をほぼ完全に終了させることが重要である。このため、下水など実際の廃水処理では、硝化に必要な曝気風量や硝化時間を処理効率が低下する低水温期の最大アンモニア性窒素負荷に合わせて設計されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように曝気風量を最大アンモニア性窒素負荷に合わせて設定すると、負荷が低下した時や高水温期には硝化性能に必要以上の余裕が生じ、曝気のための動力に無駄が出る。さらに、曝気が過剰になると硝化槽内の微生物、すなわち活性汚泥の自己分解による解体が進んで沈降性が低下し、後段の沈殿池で処理水の透視度が悪化するという弊害が生じていた。
【0004】
本発明は、前記従来技術の課題を改善して、硝化槽での過剰曝気を防ぎ、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができる廃水の硝化方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃水を連続的に硝化槽の流入口から流入させ、流出口から流出させると共に、前記硝化槽内で廃水と微生物の混合液を好気条件となるように曝気することによって、前記廃水中のアンモニア性窒素を前記微生物の作用により硝化処理する廃水の硝化方法において、前記硝化槽から採取した前記混合液を好気条件下で回分処理し、該混合液の回分反応開始から数分後の時刻T 1 における酸素消費速度と時刻T 1 から所定時間経過後の時刻T 2 における酸素消費速度との差を酸素消費速度の経時減少量と定義して測定し、この経時減少量が設定値より大きい場合には曝気風量を増加し、経時減少量が設定値より小さい場合には曝気風量を減少させることを特徴とする。
【0006】
また、本発明は前記設定値は1分間当たりに換算した値が1〜3mg-O2/L・hとなるように設定されることを特徴とする。
【0007】
また、本発明は前記酸素消費速度の経時減少量の測定値と設定値の差に応じて、前記曝気風量の増減量を制御することを特徴とする。
【0008】
また、本発明は前記混合液の回分反応を行うための混合液の採取位置を前記硝化槽の廃水流出口近傍とすることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施例を説明するための装置構成図である。流入管10から連続的に脱窒槽12に供給された廃水は、この脱窒槽12で所定時間滞留して脱窒処理された後、硝化槽14の流入口16から硝化槽14内に連続的に流入する。硝化槽14内では廃水と微生物の混合液が、ブロワ18からの曝気により酸素が供給され、好気条件下に維持されている。廃水中のアンモニア性窒素は微生物の作用により硝化されて主に硝酸性窒素となる。硝化された廃水(硝化液)の一部は循環路20を介して脱窒槽12に送られて脱窒処理され、窒素成分は窒素ガスとして大気に放出される。残りの硝化液は微生物と混合した状態で硝化槽14の流デ口22から沈殿池24に送られ、ここで汚泥が沈降分離された処理水は流出路26から排出される。沈殿池24で沈殿した汚泥は主に活性のある微生物の集合体であり、一部は返送路28を介して前記脱窒槽12に返送され、残部は余剰汚泥として引抜管30から排出される。以上の装置構成は従来の技術においても同様である。
【0010】
本実施例では硝化槽14の流出口22の近傍位置に、槽内の廃水と微生物との混合液を採取するためのサンプリング管32が挿入されており、このサンプリング管32の途中に設けた採取ポンプ34によって混合液が小型の回分槽36に採取される。回分槽36には空気を供給するエアポンプ38と採取した混合液の酸素消費速度を検出可能なセンサ40とが接続されている。センサ40の検出結果は演算器42に送信され、この演算器42の演算結果に基づいて、制御器44が前記ブロワ18の回転数を制御するようにされている。
【0011】
図2は硝化反応における混合液の酸素消費速度の挙動を説明するモデル図である。すなわち、図2の曲線1は所定濃度のアンモニア性窒素を含む廃水に硝化機能を備えた微生物を混合し、好気条件下で回分処理した場合の酸素消費速度の径時変化を示すものであり、アンモニア性窒素の濃度が比較的高い最初の段階では、硝化反応が活発であるため、大きい酸素消費速度K1を示す。その後、回分処理を継続することによって、アンモニア性窒素の濃度が次第に低下し硝化反応も不活発になるので、酸素消費速度も次第に低下し、ついには下限値K2に達し、それ以降は曝気を継続してもK2の値をほぼ維持する。
【0012】
曲線1上のa点は廃水中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地がある段階であり、b点は硝化反応がほぼ終了した段階であり、c点は硝化反応が終了後の過剰曝気の段階である。この過剰曝気の段階でも酸素消費速度が零にはならず下限値K2を維持する理由は、主として廃水に混合した微生物が栄養源(BOD成分やアンモニア性窒素)が枯渇した状態で酸素を消費しつつ自己分解するためであり、この自己分解によって前記したように微生物(汚泥)の沈降性が低下し、沈殿処理後の処理水が白濁して透視度が悪化するという弊害が生じる。
【0013】
なお、回分処理における曲線1の傾向は、廃水の性状、水温、混合した微生物の活性や濃度などによって大きく変化する。アンモニア性窒素の初期負荷がほぼ同一の場合でも、水温が高いなど硝化反応が活発な条件では曲線2のようになり、逆に硝化反応が不活発な条件では曲線3のようになる。
【0014】
一方、本発明に係る連続流入式の硝化槽においては、流入した廃水は硝化内で数時間滞留して硝化処理が進行した既存の廃水と直ちに混合することになり、この混合液は、ほぼ完全混合の状態で一定の酸素消費速度を示す。
【0015】
この混合液の酸素消費速度を図2の回分処理における曲線1に当てはめると、酸素消費速度がa点と同一である場合には混合液中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地があること、b点と同一である場合には硝化反応がほぼ終了した状態であること、c点と同一である場合には硝化反応が終了後の過剰曝気の状態であることが想定される。
【0016】
また、この連続流入式の硝化槽における硝化反応に及ぼす種々の要因、例えば流入廃水の水量及びアンモニア性窒素の濃度、混合液の水温、混合液の微生物濃度(MLSS)、曝気風量などの内、最も制御が容易な曝気風量に着目すると、混合液の酸素消費速度がa点を含むような領域Aは曝気風量が不足している状態であり、b点を含むような領域Bは曝気風量が適正な状態であり、c点を含むような領域Cは曝気風量が過剰な状態であることが推定できる。
【0017】
上記の観点から、従来の技術においては混合液の酸素消費速度を検出し、この検出値に応じて曝気風量を制御することが提案されている。しかしながら、このような方法では、例えば図2に示したb点とc点のように酸素消費速度の値が近似しており、曝気風量が適正であるのか、過剰であるのか判別ができない欠点がある。本発明はこのような背景に基づき、酸素消費速度の変化率に着目してなされたものである。
【0018】
すなわち、混合液を回分処理した場合の酸素消費速度の変化率が前記領域Aでは比較的大きく、領域Bでは小さく、領域Cではほとんど零であることに着目して、上記変化率の大小によって曝気風量を調整するようにしたものである。
【0019】
具体的には、10分間〜2時間に一回、前記採取ポンプ34を作動させ硝化槽14内の混合液をサンプリング管32から回分槽36に採取する。次に、エアッポンプ38を作動して回分槽36に十分な量の空気を供給し、採取した混合液での硝化反応を進行させつつ、混合液の酸素消費速度をセンサ40によって検出する。検出結果は演算器42に送信され、演算器42では回分反応の開始から例えば5分後における酸素消費速度と、8分後の酸素消費速度との差を求める。図2に示したように回分反応における酸素消費速度は時間の経過とともに減少するのが通常であるから、上記酸素消費速度の差は経時減少量として求められる。
【0020】
演算器42には、酸素消費速度の経持減少量として好ましい範囲が予め設定されており、この設定範囲と前記測定結果に基づく経時減少量とを比較して、経時減少量が設定範囲よりも大きい場合には曝気風量を増加し、経時減少量が設定範囲にあるときは現在の曝気風量を維持し、経時減少量が設定範囲よりも小さい場合には曝気風量を減少させる信号を制御器44に送信する。制御器44では演算器42からの信号に基づき、ブロワ18の回転数を制御ことによって、曝気風量を調整する。
【0021】
図3は前記採取した混合液の回分処理における酸素消費速度の経時減少量を示す関係図であり、回分反応の開始から数分後の時刻T1における酸素消費速度K11と所定時間Δt経過後の時刻T2における酸素消費速度K12との差が酸素消費速度の経時減少量ΔKとして算出される。所定時間Δtとしては3分間以上であることがが好ましく、これよりも少ないと算出される酸素消費速度の経時減少量ΔKが小さくなり、前記センサ40の酸素消費速度の測定精度や外乱による影響が大きくなるので好ましくない。この時の酸素消費速度の経時減少量ΔKが、前記演算器42において設定された適正値としての設定範囲ΔKsと比較される。本発明者の実験結果によれば、設定範囲ΔKsとしては所定時間Δtを3〜5分間にした場合、設定範囲ΔKsは1分間当たりに換算した値が1〜3mg−O2/L・h程度とすることが好ましいことが判明している。なお、酸素消費速度の測定を回分反応の開始から数分後の時刻T1からスタートする理由は、回分反応の開始直後は反応が不安定であり、酸素消費速度の測定値にバラ付きが大きく、反応が安定するまでに4〜6分間程度かかるためである。
【0022】
図4は前記酸素消費速度の経時減少量ΔKと硝化槽14における曝気風量との関係を例示した図である。図4において設定範囲ΔKsはΔKs1を下限値、ΔKs2を上限値としており、経時減少量ΔKがこの範囲にある場合には硝化槽14での硝化反応がほぼ終了した好ましい状態であると想定され、曝気風量も適正であると判断できるので、現状の曝気風量Qsを維持する。経時減少量ΔKが前記下限値ΔKs1よりも小さい場合には硝化反応が終了後の過剰曝気の状態であると想定されるので、下限値ΔKs1との差に応じて曝気風量を減少させていく。一方、経時減少量ΔKが前記上限値ΔKs2よりも大きい場合には混合液中にアンモニア性窒素がかなり残存しており硝化反応が進行する余地があり、曝気風量が不足している状態であると判断できるので、上限値ΔKs2との差に応じて曝気風量を増加させていく。但し、経時減少量ΔKが所定値ΔKaよりも大きい場合には、その原因が曝気風量の不足以外の例えば低水温による微生物の活性の低下や微生物濃度の低下によるものと推定し、曝気風量は上限のQaを維持する。なお、曝気風量の上限は設置したブロワ18の能力によって自ずから限界がある。
【0023】
以上に述べた酸素消費速度の経時減少量に基づく制御を操作の一単位として
前記回分槽36に採取した混合液は硝化槽14に戻し、回分槽36を空にする。。以下、前記したように10分間〜2時間に一回、回分反応による制御を繰り返すことによって、硝化槽14における適正な運転を維持していく。この繰返し操作の頻度は流入する廃水のアンモニア窒素の負荷変動が大きい場合には間隔を短くし、負荷変動が小さい場合には間隔を長くする。
【0024】
図5は混合液の採取位置の好ましい例を示す図である。硝化槽14が横長に形成され、廃水の流入口16と流出口22が大きく離れているケースがある。このようなケースでは、硝化槽14内で廃水が一種の栓流を形成し、廃水の流入側と流出側との間に濃度差が生じる。すなわち、流入側では硝化反応が十分に進行していないため、アンモニア性窒素の濃度が比較的高く、硝酸性窒素の濃度が比較的低い。一方、流出側では硝化反応が十分に進行しているため、逆にアンモニア性窒素の濃度が比較的低く、硝酸性窒素の濃度が比較的高い。本発明は、硝化槽での硝化反応をほぼ完全に達成させることを目的としているので、前記混合液の採取位置は流出口22の近傍にすることが好ましい。この採取位置を硝化槽14からの廃水の流出路23にしてもよい。
【0025】
上記本発明の実施例によれば、硝化槽14における硝化反応の進行状況を混合液の回分反応における酸素消費速度の経時減少量を測定することによって、タイムリーに、かつ的確に把握することができる。そして、この測定結果に基づき硝化槽14内での曝気風量を制御するので、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができ、過剰曝気を防止することができる。
【0026】
前記実施例では、制御器44を用いて曝気風量を自動的に制御する場合を説明した。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば硝化槽内の混合液を人手でサンプリングして、分析室等においてサンプリング液の回分反応における酸素消費速度の経時減少量を速やかに測定し、この結果に基づいて硝化槽での曝気風量を人手で調整するようにしてもよい。
【0027】
前記実施例では、図5に示したように酸素消費速度の経時減少量の測定値と設定値の差に応じて曝気風量の増減量をリニアに制御する場合について説明したが、これに限らず曝気風量を段階的に増減させるようにしてもよい。また、前記設定値として下限値と上限値のある所定範囲のもので説明したが、これに限らず、設定値を一点に定めて制御することも可能である。
【0028】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば硝化槽での過剰曝気を防ぎ、必要最小限の曝気風量で硝化反応をほぼ完全に達成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための装置構成図
【図2】硝化反応における混合液の酸素消費速度の挙動を説明するモデル図
【図3】混合液の回分処理における酸素消費速度の経時減少量を示す関係図
【図4】酸素消費速度の経時減少量と硝化槽における曝気風量との関係を例示した図
【図5】混合液の採取位置の好ましい例を示す図
【符号の説明】
10……流入管
12……脱窒槽
14……硝化槽
16……流入口
18……ブロワ
22……流出口
32……サンプリング管
36……回分槽
40……(酸素消費速度の)センサ
42……演算器
44……制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitrification method for wastewater, and in particular, wastewater is continuously introduced from the inlet of the nitrification tank and out of the outlet, and the mixed solution of the wastewater and microorganisms is aerobic in the nitrification tank. The present invention relates to a nitrification method for wastewater in which ammonia nitrogen in the wastewater is nitrified by the action of microorganisms by aeration.
[0002]
[Prior art]
In this type of wastewater nitrification method, nitrification is performed in a nitrification tank to oxidize ammonia nitrogen in waste water mainly to nitrate nitrogen by the action of microorganisms represented by nitrifying bacteria. In nitrification treatment, it is important to complete the nitrification reaction in the nitrification tank almost completely in response to the ammonia nitrogen load of the wastewater and the daily and annual fluctuations of the water temperature. For this reason, in actual wastewater treatment such as sewage, the amount of aeration air necessary for nitrification and the nitrification time are designed according to the maximum ammoniacal nitrogen load in the low water temperature period when the treatment efficiency decreases.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the aeration air volume is set according to the maximum ammonia nitrogen load as described above, the nitrification performance has more margin than necessary when the load decreases or during high water temperature periods, and the power for aeration is wasted. . Furthermore, if aeration is excessive, the microorganisms in the nitrification tank, that is, activated sludge is disassembled by self-decomposition, and the sedimentation property is lowered, resulting in an adverse effect that the transparency of treated water deteriorates in the subsequent sedimentation basin.
[0004]
The present invention provides a nitrification method for wastewater that improves the above-mentioned problems of the prior art, prevents excessive aeration in a nitrification tank, and allows a nitrification reaction to be almost completely achieved with a minimum amount of aeration air. Objective.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention allows the waste water to continuously flow in from the inflow port of the nitrification tank, to flow out of the outflow port, and to aerate the mixed solution of waste water and microorganisms in the nitrification tank so as to be in an aerobic condition. In the nitrification method of wastewater in which ammonia nitrogen in wastewater is nitrified by the action of the microorganism, the mixed solution collected from the nitrification tank is batch-treated under aerobic conditions, and several minutes from the start of batch reaction of the mixed solution time the difference between the oxygen consumption rate was measured by defining the time reduction of the oxygen consumption rate of oxygen consumption rate and time T 1 in T 1 at time T 2, after a predetermined time, the time reduction is set after When the value is larger than the value, the aeration air volume is increased. When the amount of decrease over time is smaller than the set value, the aeration air volume is decreased.
[0006]
Further, the present invention is characterized in that the set value is set so that a value converted per minute is 1 to 3 mg-O 2 / L · h.
[0007]
In addition, the present invention is characterized in that the increase / decrease amount of the aeration air volume is controlled in accordance with a difference between a measured value of a decrease amount with time of the oxygen consumption rate and a set value.
[0008]
Further, the present invention is characterized in that the collection position of the mixed solution for performing the batch reaction of the mixed solution is in the vicinity of the waste water outlet of the nitrification tank.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention. The waste water continuously supplied from the
[0010]
In the present embodiment, a
[0011]
FIG. 2 is a model diagram for explaining the behavior of the oxygen consumption rate of the mixed liquid in the nitrification reaction. That is,
[0012]
Point a on
[0013]
The tendency of
[0014]
On the other hand, in the continuous inflow type nitrification tank according to the present invention, the influent wastewater stays in the nitrification for several hours and immediately mixes with the existing wastewater that has undergone nitrification treatment. A constant oxygen consumption rate is exhibited in the mixed state.
[0015]
When the oxygen consumption rate of this mixed solution is applied to the
[0016]
In addition, various factors affecting the nitrification reaction in this continuous inflow type nitrification tank, such as the amount of influent wastewater and the concentration of ammoniacal nitrogen, the temperature of the mixture, the microorganism concentration (MLSS) of the mixture, the amount of aeration air, Focusing on the aeration air volume that can be controlled most easily, the region A in which the oxygen consumption rate of the mixed solution includes the point a is a state in which the aeration air amount is insufficient, and the region B including the point b has an aeration air amount. It can be estimated that the region C which is in an appropriate state and includes the point c is in a state where the aeration air volume is excessive.
[0017]
From the above viewpoint, it has been proposed in the prior art to detect the oxygen consumption rate of the mixed liquid and to control the amount of aeration air according to the detected value. However, in such a method, for example, the oxygen consumption rate values are approximated at points b and c shown in FIG. 2, and it is not possible to determine whether the aeration air volume is appropriate or excessive. is there. Based on such a background, the present invention has been made paying attention to the rate of change of the oxygen consumption rate.
[0018]
That is, paying attention to the fact that the rate of change of the oxygen consumption rate when the mixed solution is processed in batches is relatively large in the region A, small in the region B, and almost zero in the region C, it is aerated by the magnitude of the rate of change. The air volume is adjusted.
[0019]
Specifically, the
[0020]
The
[0021]
Figure 3 is a relationship diagram showing time reduction of oxygen consumption rate in the batch processing of the mixed solution mentioned above collected, batch oxygen consumption rate K 11 and after a predetermined time Δt has elapsed at time T 1 starts after a few minutes of the reaction The difference from the oxygen consumption rate K 12 at time T 2 is calculated as the decrease amount ΔK of the oxygen consumption rate with time. The predetermined time Δt is preferably 3 minutes or more, and if it is less than this, the amount of decrease ΔK of the oxygen consumption rate calculated with time becomes small, and the measurement accuracy of the oxygen consumption rate of the
[0022]
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the time-dependent decrease amount ΔK of the oxygen consumption rate and the amount of aeration air in the
[0023]
The liquid mixture collected in the
[0024]
FIG. 5 is a view showing a preferred example of the sampling position of the mixed solution. There is a case where the
[0025]
According to the embodiment of the present invention, the progress of the nitrification reaction in the
[0026]
In the above embodiment, the case where the aeration air volume is automatically controlled using the
[0027]
In the above embodiment, as shown in FIG. 5, the case where the increase / decrease amount of the aeration air volume is controlled linearly according to the difference between the measured value of the decrease amount of oxygen consumption with time and the set value has been described. The aeration air volume may be increased or decreased in stages. Further, although the above description has been made with a predetermined range having a lower limit value and an upper limit value as the set value, the present invention is not limited to this, and the set value can be controlled at one point.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, excessive aeration in the nitrification tank can be prevented, and the nitrification reaction can be almost completely achieved with the minimum necessary amount of aeration air.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a model diagram illustrating the behavior of the oxygen consumption rate of a mixed solution in a nitrification reaction. FIG. 3 is an oxygen consumption in a batch treatment of the mixed solution. Fig. 4 is a graph illustrating the relationship between the amount of decrease in oxygen consumption rate with time and the amount of aeration air in the nitrification tank. Fig. 5 is a diagram illustrating a preferred example of the sampling position of the mixed solution. Explanation of]
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JPH05253597A (en) | Nitrification reaction control device in activated sludge treatment |
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