JPS5946195A - 生物学的脱窒プロセスの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野」 本発明は生物学的脱窒プロセスに係り、特に脱窒還元剤
である有機物を適正に供給し、良好な脱窒状態を維持す
る生物学的脱窒フロ１＝スの制り１１１方法に関する。

〔従来技術〕

廃水中の窒素化合物は生物の栄養塩となり湖沼や内海の
汚染源となっている。このため、下水処理場に対して窒
素化合物を除去することが昧亡られてきている。脱窒技
術には種々の方法があるが、ド水処理場では生物学的脱
窒未洗が最も一般的に用いられ一〇いる。

第１図は生物学的脱窒未洗の基本的な７′ロセスを示す
もので、硝化槽１１脱窒槽２及び沈殿池３を主４ｈ成要
素としている。硝化・槽１には有機性あるいはアンモニ
ア性窒素（ＮＨ３−Ｎ）を含有した流入水５と硝化菌、
脱°窒菌及び酸化菌が生息する返送汚泥９が流入し、空
気供給装置ｆｌｌから圧送される曝気望気が散気′＃１
２より噴射され、（１）式の硝化反応によりＮＨ３−Ｎ
を硝酸性あるい°は亜硝酸性窒素〈総称してＮＯｘ　　
Ｎ）に酸化する。

ＮＨ４”　＋　２０２品ＮＯｘ−＋Ｈ２０＋２Ｈ”・・
・（１）（１）式の反応の結果、水素イオンが生成され
硝化槽１内のｐＨが低Ｆすることから、硝化槽ｌではア
ルカリ剤を″供給装置１３から供給し、ｐＨ低ｔを防止
する。ＮＯｘ　　Ｎ及び上記の活性汚泥を含有した硝化
欣６が脱窒槽２に流入し、（２）式に基づく脱屋反応が
行われる。（２）式において、脱窒反応時に還元剤とし
て水素が必要となυ、一般的にメ２ＮＯｘ−ｆ−５（Ｈ
２）”’Ｎ２＋２０Ｈ−＋４ＨｚＯ−（ｚ）タノール等
の有機物が対象となる６従って、脱窒槽２には供給装置
１４よυ有機物が圧入されるつまた、脱窒槽２では撹拌
装置１５を設置し、活性汚泥の浮遊化を図っている。脱
窒液７は化１股池３に流「し、活性汚泥が分離沈降する
。沈降した汚泥は返送汚泥９として硝化槽１に還流し、
一部は余剰汚泥１０とし雪系外に排出されるう一ヒ澄液
は処理水８として河川に放流される、 このような処理過程を経て脱窒が？テわれるが、脱窒槽
２に注入する有機物は処理性能を左右する爪、要な操作
要因となる。すなわち、注入量が週刊であれば不経済で
おるばかりでなく残留有機物を増大させ水質を悪化さぜ
Ｚ〕。まだ、注入量が不足すれば脱窒が不完全となりＮ
０ｔ−Ｎが残留１−７、水質を悪化させる。従って、有
嫡物の適正供給がプロセス管理上の課題となっている。

このため、種々の有機物注入制御方法が提案されている
２、その１つに、脱窒槽２の（昆合液の酸化還元電位　
４（０ルＰ）を指標とし−Ｃ有機物の注入制御を行う方
式がちる。この方式は、（２）式で示す脱窒反応が還元
反応であることから、０１ｔＰで反応状態を捕捉できる
ものとしている。従って。特定のＯＲＰ目標値を設定し
て有機物注入量を制御すれば所定の脱窒状態が維持でき
る。しかし、本発明者らが行った実験によれば、単にＯ
Ｉｔ　Ｐを指標とした有機物注入制御では有機物を連続
供給しているにもかかわらずＯｆ？、　Ｉ）を目標値に
維持できず、有機物濃度が異常に高い脱窒液となり、処
理水質を悪化させる現象が発生した。このように、従来
の０１４１）目標値による制御法では有機物の適正供給
が維持できない。

〔発明の目的〕

本児明は従来技術の問題点に対処して成されたもので、
その目的とするところはプロセス状態に対応して有機物
を注入し、処理水質を悪化させることなく良好な脱窒状
態を維持する生物学的脱窒未洗の制御方法を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明はＯＲＰを指標とした有機物注入制御において有
機物の異常注入が発生することを実験的に見い出したこ
とに基づいて、脱窒４ｖ？１内の汚泥濃度、硝化槽での
アルカリ消費ｊｌｉＸｐｋ人窒素鼠Ｑ（対する有機物の
注入比率、あるいしＩ　Ｕ　１１．　Ｐ値と有機物注入
状態によりフロセス状態を判定させ、０旧）の実測値と
目標値の偏差によって脱窒槽への有機物供給ｌの制σ１
１の要否を定める５Ｌっにしたことを特徴としている。

〔本発明の実施例〕

ま７・本発明を提案するに＋缶うだ実験的醇緯について
説−明ずろ。第２図は（月Ｌ　ｉ）が脱窒槽内の状態を
正（ｉｕｉ、に表現できるが占かを検討した結果である
。この図から、ｏｒｔｐは脱窒槽内のＮＯｘ　−Ｎ濃度
及び有機物濃度に強いイ用５−１を示し、脱窒状態を明
確に表わすことが明らかとなった。この結果に基づい−
Ｃ，ＯＲ，Ｐを指標とした有機物注入制御を実施し第３
図に示す結果を得た。この図から、プロセス外乱である
流入水の急激な変化に対して良好な制御精度がイ４られ
、上記制ｆｉｌｌ力式の滴用がｉ３Ｊ能であることを実
証した９、しかし、この制御実験中、第４図に示す異常
現象が発生した。ぞれＧ、ｌ０　］シＰ実測値が目標値
より高くなると有機物の注入が行われる制御動作におい
て、有機物が注入略れているにもかかわらすＯＲＰが低
下せず、終局的に酸化状態となり制御し得なくなった。

こめ時の脱窒状態はＮ０ｘ−Ｎが低濃度アあるが、有機
物濃度が徐々に高くなり、有機物過剰の状態を示してい
る。第２図によれば、このような状態におけるＯＲＰは
低下するはずであるが、結果は全く逆になり、明らかに
異常現象であることがわかる。

このときの脱窒槽における硝化菌、脱窒菌及び酸化菌を
含めた総汚泥濃度は２００　ｍｇ　／　を以下であった
。これは、脱備菌がさらに低い濃度であることを意味す
る。この異常現象は脱窒菌が低濃度であったことが原因
したものと推論できる。すなわち、脱窒槽の還元雰囲気
は脱窒菌により形成されるが、脱窒菌濃度が薄すき゛る
と還元状態を維持するに至らない。一方、硝化槽は酸化
雰囲気にあることから、脱窒槽に流入する硝化液はＯｆ
Ｌ　Ｐがグラス側となっている。従って、脱窒槽では硝
化液中のＯｆｔ、Ｐが支配的となって高い０ＦＬＰを示
す。

このことは、硝化液の上澄液に有１幾物を注入しても０
１１Ｐ＆よマイナス側に転移しないことが新たな回分実
験によっても立ハＩＬされた。以−にのことから、脱窒
槽における有機物注入制御では、有機物の注入を継続す
るか否かを判定するために脱窒状態を新たに監視するこ
とが必要である、 本発明はこのような実験経験に基づいて成されたもので
、その一実施例を第５図により説明する。

第５図において、２１はＯＬＬ　ｌｊ計、２３は汚泥濃
度計、３１は比較回路、３２＆、Ｊ制イ・１１１回路、
３：３は判定回路、３４　＋Ｚｔ％Ｊ’外装置で８シ、
有機物供給装置１４は以下のように調節さ才する。まず
、ＯＴＩ、Ｐ計２１、比較回路３１及び制御回路３２か
ら（１り成される主制御系ではＯＦＬ　ｉ’組２１で測
定されたＯ　Ｉｔ　Ｐ実測値ｐが比較回路３１に入力さ
れ、予め設定したＯＲＰ目標値ｐ″′と比較され、その
偏差と、　（＝　ｐ−ｐ勺が有機物制御回路３２に人力
される。制御回路３２はε、がグラスであれば増加方向
に、マイナスであれば減少方向にイ１機物供給装置１４
を調節する。（＋　１１−　ｏ　ｆ　ｆｆｌ制御であれ
ば、供給装置１４　ｉ；Ｉ、前者でＯ１１、後右で（百
１とな机一方、汚泥濃度計２３で測定された汚泥濃度実
測値Ｓがｔ’ｔ＋定回路３３に人力され、予め設定され
た汚泥ｉ、’ｌ　Ｉ痰１・゛限１１η５＊と比較され、
その偏差ｃ１（二Ｓ　Ｓりが一７１ノ゛スであれば有機
物注入］辻が零とな、Ｓよう（・て有機物制御回路３２
に割込み信はを人力さ１七ろ。・ちるいＱ↓、汚泥濃度
の踵常低ドを清報１ム１べ；目に表示し、この表示にＪ
〜づい゛Ｃ有機物制御回路３２を例えばバング１．／ス
等により千ＦＩＪＩ　（ｆ（ｉ　４ＪＪ換：抽Ｃも区い
１．汚泥濃バ〔Ｆ限値Ｓす、Ｌ脱窒グｒ＋　１７スの）
１式あるいｔ）、（外理１易の流入負荷を参考に１．て
任意に設定さｔｌろものである。

脱窒状態がｉＥ常であもが否かを判定する丁段と１２て
他の方法がある１、その１つに脱窒槽内の（）旧ゝ値全
直接利用できる。第６図はＯＩｔ　Ｐ値を判定回路とす
る一実施例である。主制御系の構成及び制御動作は第５
図と同様である。′ｒ１］定回路３５ではＯＲ，ｌ’計
２１の７ｕす定４１丁号ｐが入力し、予め１没定し＊、
　０　）Ｌ　Ｐヒ限値ｐｈとＩＦ′、較され、その偏差
を鎮−：ｐ−−ｐｈ）が有機物制御回路３２に出力され
る。

有機物制御回路コ２でＶ１イＩ；１７．τ゛；ε１１が
ノ・す°、りＩｔ。

は有機物注入）：１．が零、１−ろ：イ、１つにＩｌ゛
（、間物供給：刺１すｊ１４を６！”ｌ　ｆ’ｊ’ｌ　
’ｔ７．．．．な：ｌ’；’、（−）　ＩＬ　ｐ　＋７
）　、’＋’ｔ’、’１ｉｇ　＋：イ’１．ｋ　’ｇ’
ｆ　１１４１ノそ置３４に７ミ示１２、第５図／−回イ
子び月１”１１１作を？’＋”：）でも良い１、ＯＩＬ
　Ｐ　ｌ−限値１）１、ｉｌ、脱゛−；月、′ζη・１
！がＩＩ−詔イ゛、ζ）れげｙ＋’：　−ｔ　ｉ＝−ｔ
ｌ：ノない値、実験し目’：　　：３０　Ｉｌｌ　Ｖ以
］二に設定する必要が；Ｃ’）　／’、１１１、■−）
に他の方Ｙノυ１てイｒｌハ物江人１ｊｉか１′２間ｐ
′−的に脱窒状態を’ｔ’ｌｌ　＞ｉＪする１月間が”
ｌ）；＜＋　、、　Ｊ’ｔ　７　ｌ”ｌシ１イｌｌ”ｌ
化ｆｉ”＋　１−ｒ（７１７／レカＩＪ　ｉＴ’ｊ　イ
緊１１’ｊト１ｌ）Ｉｌ、”？　１ｊｌｌｉ　）：　−
Ｑ　（７１イｊ　＋７！’、　！Ｉ？ａ　ｉ　１人ｎｊ
カｊｖ　／Ｉ’ｌ’窒状、？１−テＵ　’）：冒”　４
力式？、’　子）ｉｌ、　イ１１’ｉ（Ｐ伯１１１．１
　ｒ’　ｒｌｉｔ２５及びｎ’７看（（ｐ７　；）、！
、　６％　Ｊ（も、’、　（旧））盲１２１ｉを設置ピ
ｔ、　ｌてぃ、？３１、夏」１ンｔｌ’　２５ｒＢ、（
川ン装置１ｊ４比較１１１［路３６に人力１７、Ｆ　ｋ
’ｌ　＋ｉＪ、？　７ｉ′、ｌ　Ａ’−＋、＋　ｔ　目
１９ｊ　１１；’ｉ１１＊と比較六ｊ＋、１・１ＩＩｎ
７″値ｆ）ご　を卸４、′Ｈａ　ｚ、　、１゜うに制御
回路３７でアル”　”　（Ｊ’、ｆｒ：　’、Ｆ’；　
ｌ’！°ｌ　３ｆ、：’！１ｆｌＨ１する。このときの
Ｊ’ｉレノノリ哨費Ｆ；、　；Ｉ　１　１＋−Ｉ）嘲ン
ンク−２９で測ンドす、７．、−　方、ｐ　ＩＩ　ｉｌ
’　２４　、’：　（％＋、　：・：１．１２７により
流入水中５のｐＨ値１１．１流入、４て！＋：’、　（
之。

をｎ！ＩＩ定１７、ｉｔ　’、ｔ７回路３８で次式に〕
＋’（−、ｉ　イ□７．ア／ｌ　ｌ）リｒ山正ｔＮ’、
　：’Ｉ　２　’、ｃ　、＋Ｉ＜める。ここで、Ａ、及
びＡ、１は流入水１・ＩＩ測定値１１及び、ｔｔ１４標
値１１″におけ；１２−Ｑ　、−にい（Ａ　ｈ−Ａ　ｈ
”）　　　　・・・（３）る′アルカリ度、１（・は°
）′ルカリ度換詐係数である。

−ノ゛ルノノリ消イ％！　？ｉｔ：　ｎ　＋及び゛アル
カリ補＋Ｅ　Ｉｊ４Ｈａ　２は演管回路４０に人力され
、次式により硝化窒素１１１１Ｎ　ｈ　・−ｋ　、　・
（ａ＋−１３２）　　　　　　−（４）Ｎｈを求める。

ここで、ｋ。は単位硝化窒素Ｒ（に対する１ルカリ消費
脅１．の逆数である。（４）　、ｒＳで７１１と３２を
加。；隼［７でいるのは硝化槽ｌにおけるハ、のアルカ
リ消費ｈ（を求めているもので１．’ｉＥ　（ｉ（＋ｉ
な硝化窒素量をｎ出するためである。演算回路；３９に
は硝化槽１の１）０測定値ｄと流…：ｉｉ　２’　８で
測定される硝化７ｆｉ、　１ｆｆｌ　（，１ｏの（，１
号が人力）れ、両名の乗りにより酸素量１）が求められ
る。この酸素ｈｔＤど１−述の硝化窒素Ｆ＋ｉ：　Ｎ　
ｈの信号が演算回路４１に人力し、（５）式に上り心安
有機物用Ｃｄが求められる。ここでｋ　ｈは単位硝化窒
素喰を坂元するに必要な有機Ｃｄ−：ｋｈ・Ｎ　ｂ　＋
　ｋ　ｄ−ＪＪ　　　　　　　・・・（５）物を什、ｋ
、は単位酸素量に消費される有機物量である。脱窒槽２
におり２１・ｉ機物の主側ｆ卸系は第５図と同様の４１
−Ｉ成及び制６ｔｌｌ　ｉ［ＩＩＪ作を（Ｊ・）もσ）
である。

このときの有機物注入ｂｔ、　に　、をカラ／クー３０
−Ｃ測定し、イＳ磯物ｆＩ人１，１．　Ｃ、と必四、ｆ
ｊト（を物Ｌｌ’　Ｃａが判定回路４２に人ツバ＼れ、
（６）式に、しりフグ１機物’１ｆｊ　（Ｉｎ＋ル４　
ｅ　、を求める。ここでｋｅは、１゛１谷係数Ｃあ／）
０６、ｌｉ十ｋａ）’Ｃ，！−’Ｃｍ　　　　・・・（
６）ｉｌｉｌｌ　ｉｉ＋１　回路；１２は偏差ｇ　、　
カーｒ　１ｚｌ−ス−ＣＡ））　７１ば７１１機物ｌ１
−人ＭＡ：を零とす２）ように１１り舖νろｌｉ４．３
２の割込み１１１旧１１１１を行りものである。第７図
ＣＬｌ、　、ノー　＋ｔノＪり消ｔ＋Ｉ（１１４−から
硝化窒素（１（を求めたが１．Ｌ　ｌ＋　ｌ？ｉ’ｉ　
Ｑ’−に？］１（、人窒素１１．で代替することができ
る。

第８図は、脱窒：ｌ）；、’ｊｉＱの１定にビ＋’＋ｆ
、　、Ａ、、窒素１１１．を川（・）だ’ＡｊＪ　ａ（
７）一実施例テ、１する。、　（Ａｉ’、　人’、：＋
　−に＋　ＦＡ：　ｄ′Ｖ１１　（１）　；ｌ＜　メ方
には挿入の方法が４えしれる１、爪８図′では、ｔｉｌ
ｔ；にｉ　ｌ−；Ｆ２７と窒素濃度計２２に、しり流入
水５中の流入水ｉｊｔ　Ｑ　１とＮ１１３−Ｎ＃Ｉ現１
１．全測定し、（１１回路３８で両者を羽昏［２て流入
室）（”、　ｉｇ、Ｎ　＋を求め、そのイへ号を演算回
路４１に出力する。演３９回路４１では第７図と同様に
検出きれる硝化液／７′）酸素量りが人力され、（７）
式に上り脱窒及び脱酸素に必要な有機′吻量Ｃｄが演碧
される。ここでτは硝化Ｃａ　−−ｋ　ｈ−Ｎ　Ｉ（−
τ）−１暑（ａ−Ｄ　　　・・・（７）槽１の滞留時間
で、Ｎ＋（−丁）れｔｒ（ｉｔ留時間前のＮ１を演算対
象と−）−ることを意味する。脱窒槽２における有機物
供給装置１４を副筋づる主制御系の構成及び制御動作、
さらに判定回路４２の割込み方法は第７図と同様である
。第８図において、流入水５中の窒素濃度１１゜を濃度
計２２で求めたが、下水処理場ことに示す流入特性を生
かして経験的な値を予め設定して肖えてもよい。また、
硝化液６中の硝化窒素量を測定することによっても第８
図と同様の結果がイ）られイ）。２１）７図及び第８図
は現在の有機′吻／−１人′ｊ４が必要有ＪＴ、を物喰
のｄ′［零誤差ｋｅ内にあるかを１′ＩＪ断し、ない場
合には脱窒状態が止水でないものとして有機物注入の自
動制御を停止するものである。

このように、脱窒状態が正常であるか否かを監視し、正
常であれば規定の有機物注入制御を継続させ、異常判断
時に刷込み制御を行うことにより脱窒状態に対応したプ
ロセスの運転管理が可能となる。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明に、Ｌｔ　シｐ、＋：、脱窒
状態の異常時に有機物の過剰注入が防止でき、処理水質
の悪化がなくなるとともに有性１を物の節約が図れる。

また、ノ゛ロセス異常を聞易に判定でき、判定結果を割
込ませることにより有様物ＬＥ人副制御信頼性が向上す
る。

なお、実施例ては前段に硝化槽、（支）段に脱窒槽を配
置するプロセス方式を対象としだが、本発明はこの方式
に限定されるものでなく、例えば前段に脱ｋｆ　Ｉ°謙
、後段に硝化槽が位ｊｉ’ｉ；する方式や、硝化（Ｗｆ
ｆ及び脱窒槽が複数配置される方式にも適用できるもの
でめる。−また、実施例ではｊ直窒状態の１′１１カニ
方法を各種記載したが、不発明はこれら問屋方法を組合
せて用いることもできるものである、。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な脱窒）ｉｆｆセスの４１゛り成図、第
２図は酸化還元電位と脱窒状態のｔ１￥性図、第３１図
は有機物注入制御の実施結果の特性図、第４図（・ト有
機物注入制御の異常結果の特性図、第５図は本発明にお
りる汚泥濃度を判定指標とした一実ＬＫＩｉ例を説明す
る構成図、第６図は酸化還元ｆＫ位を判定指標とした一
実施例を示す構成図、第７図（はアルカリ消費四を用い
た本発明の一実施例を示す構成図、第８図は流入窒素量
を用いた本発明の一デ施例を示す構成図である。 １・・・硝化槽、２・・・脱窒槽、１３・・１アルカリ
供給装置ｋ、１４・・・有機物供給装置丙１．２１・・
・酸化還元に似合１．２３・・・汚泥濃度計、３１・・
・比較ｌ１ｊｌ路、３２・・・制御回路、３３，３５．
４１・・・判定回路、ｏｆ？Ｐ　　　（冗ｆ］ 箒４０ ｎｒＥΔＬ　１１４−＆’＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、廃水中の有機性あるいはアンモニア性窒素を好気状
   態下で硝化菌により硝酸性あるいは亜硝酸性窒素に酸化
   する硝化槽と、有機物を供給され、硝酸性あるいは亜硝
   酸性窒素を嫌気状態Ｆで脱窒しにより窒素ガスに還元す
   る脱窒槽と、前記硝化菌及び脱窒菌を沈降分離する沈殿
   池とを有する生物学的膜窒素プロセスにおいて、前記脱
   窒槽混合液の酸化還元電位を検出する電位検出手段と、
   前記生物学的膜窒素プロセスのプロセス状態量に基づき
   前記脱窒槽への有機物供給の是非を決定する判定手段と
   を具備シ２、前記酸化還元電位を所定値に維持するよう
   に脱窒槽への有機物供給量を調節し、前記判定手段が非
   と判定したときには有機物の供給を中止するようにした
   ことを特徴とする生物学的脱窒プロセスの制御方法。 ２、前記判定手段に入力するプロセス状ｔＵｔは酸化還
   元室１立であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の生物学的脱窒プロセスの制御方法。 ３、前記判定手段に入力するゾロヒス状態昂°は前記脱
   窒槽混合液の汚泥濃度であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の生物学的脱窒ノロセスの制御方法。 ４、前記判定手段に入力するゾｒ」−−ニス状態量は前
   記脱窒槽の必要有機物量と有（、！−物供給量の偏ｉ′
   ；芝であることを特徴とする竹γＩ’　ｉｉ’ｌ　ｇ、
   の範囲第１項記載の生物学的脱堂プロセスの制御方法っ