JPS6084199A - 生物学的脱窒方法 - Google Patents

生物学的脱窒方法

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JPS6084199A
JPS6084199A JP9562383A JP9562383A JPS6084199A JP S6084199 A JPS6084199 A JP S6084199A JP 9562383 A JP9562383 A JP 9562383A JP 9562383 A JP9562383 A JP 9562383A JP S6084199 A JPS6084199 A JP S6084199A
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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

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〕 本発明は生物学的膜窒素プロセスに係り、特に、良好な
脱♀状態の形成に好適な有機炭素供給開側j方法に関す
る。
〔発明の背景〕 ゆ 閉鎖性水域では富栄養化による水質汚濁が著しく、大き
な社会問題となっている。排水中の室累化合物は富栄養
化の一因とされ、その除去がh−g’Jされている。
下水処理場の窒素除去法として、生物の窒素σμ環を利
用した生物学的脱窒素法が岐も一般的である。この脱躍
累法のプロセス構成は宵埋条件の異なる二つの微生物反
応槽を持つことが%敵である。
一方は硝化槽と称し、排水中のNH,−Nとが・化凶の
異化代謝によシ有機性屋素から転換さ扛るNH3−Nを
硝化菌によりN O3Nに酸化する役割を持つ。
NU−L++ 202−1’JO3−+H20+ 2 
H+ ・・・・・・(1)他方は脱窒槽と称し、硝化槽
で生成されたNo、−Nを脱屋素菌によシN2 ガスに
還元する機能をもつ。
2NO3−+5 (H2)=Nz+4H20+20H−
・・・・・・(2)式(2)で、汰元剤として必゛故と
なるH2は一般的にメタノールなどの呈系分金言捷ない
有機炭素から供与きれる。したがって、脱窒槽では有様
炭素イ匁「だに必要とする。
このような生吻学的脱蟹累プロセスで、これら二つの微
生物反応机ケ適切にU理することが水質及び経済上極め
てN要である。特に、脱窒槽では南俄炭素供乾量の管理
が大切である。これは、有様炭素供給量が少ないと脱望
素不十分となf) yJ<質を悪化させ、逆に、過剰で
あれば残留物が有も忙1勿源となシ、水外を悪化させる
ばかりでなく不経済となる。したがって、有イ幾炭素の
適正供紬が運転上の課題となっている。
この課題を解決するには、脱窒状態を表わす硝酸性窒素
濃度と有位炭素媛度に対応して、新たな有機炭素を供給
する必要がある。し7かし、これらの脱窒槽管理指標を
オンラインで測定する計測器が未開発のため、直接検出
方式による有機炭素制御装置は提案されていない。した
がって、現状では有機炭素を、常時、一定獣供給する示
針注入方式に頼らざるを得ない。一般に下水処理域に流
入する窒素量は人間の生活周期を反映して内々刻々大き
く変化する。このような流入窒素観に対して有機炭素を
定量注入すれば、必然的に不機炭集の追不足が生じ、水
質悪化は免れない。捷た、1疋末法によれば、脱窒反応
で発生するV4ガス鼠や式(i)の硝化反応時に生成す
るH+盆中和するのに要したアルカリ剤イ:を指標とす
る翁)衾炭素制萌1方式が考えられている。しかし、こ
れらの指標から脱窒槽の硝酸性窒素濃度及び有機炭素濃
度を精度よく推定することは困難なため、実用的な制御
方式と言えない。このように、従来提案されている方式
では脱窒状態に対応した適正な有機炭素制卸が不可能で
ある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、脱窒状態を精度よく表現でき、1だ、
プロセス構成に制約されない有機炭素注入制#法及びそ
の装置6二を提供するにある。
〔発明の概要〕
不発明は、基$p月における良好な脱窒状態だ形成する
酸化還元電位目標値を予め設定し、pH基準値を一丸測
11yに対応する酸化還元電位笈化量を2くめ、この変
化」“、によりは夕化還元4位目標値忙補正し、補正さ
れた酸化還元電位l:I標1直に基ついて有機炭素供給
槍を調節することを特な(とする。
〔発明の実bm例〕
本発明蓄らは、酸化還元電位が脱窒素処虚の状態全表わ
す指標として有効であり、壕だ、iソ化着元′亀位がp
Hと相関するという結果を天躾的に見出したことにより
、本発明を成すに至った。9下その英仏1に基づく本発
明の基本原理に、説明する。
脱窒槽の処理状態は、処理対象であるN帆−N(NO3
NとNO2Nの総称)と耕たに供給する有機炭素を含め
た有機物の残存セ:で表わすことができる。第1図は、
流入水量、流入窒素濃度や・11機炭素注入量を種々変
化させ、定常状態に達した段階での脱窒状態と酸化還元
電位との関係を徂]ボした結果である。実験はPHを7
. OK設定し、!素源である塩化アンモニウムを硝化
させた後脱望槽に導き、有機炭素源にメタノール分用い
た。この図から、残留有機炭素の増加、すなわち、メタ
ノールが過剰であれば酸化還元電位は低ドし、No、−
Nの増加、すなわち、メタノールが不足すると酸化還元
電位が上昇する傾向にあり、両6間には明確な相関関係
があることがわかる。また、完全脱窒を達成するには、
最小限の不振炭素の存在が条件である。この結果によれ
は、メタノールが過剰とならず、No、−Nが低泉度と
7なる良好な脱窒状態を形成する酸化還元電位の髭囲侘
見出すことができる。この範囲は、はぼ、10QmVか
ら一200mVの間に存在する。第1図の結末は、還元
剤であるメタノールの制御指イ駅としてtt化還元電位
が適用できることを示すものである。
一方、酸化還元電位はNOx Nや有機炭素だけでなく
、数多くの装置に影響されるものと予想される。種々の
要因について実験的検討を行なった結果、第2図に示す
ように、PHの影響は無視できないことが判明した。第
2図で、酸化還元′電位変化量は、p)−(==7.0
時の値を基準とし、その基準値からの偏差量として表わ
した。この図から、酸化還元電位はpHに一次相関し、
相関係数は約−60111J’/PHであった。
上記結果は理論的に説明できる。微生物が介在する脱窒
反応は2段階の反応に分けられる。NG 1段階は有7
俵炭素の級化反応で、有機炭素にメタノールを用いた逼
陰、次式となる。
0.5 CH2O+0 0.5 CH2O+H”十 e
 ’ 1ぐ+ ””””’(a)0.5 CH2O+0
.5H20= 0.5 CO2+2H”+28 ’に、
2・・・・・・・・・(4) これらの反応の酸化還元電位M求めれば次式ここで、K
1.に2は平衡定数、Fはファラテ一定数、Rは気体定
数、Tは絶対温度である。第2段階はNOよ−Nの還元
で、NO,−Nの大部分はNOs Nであることから、
この反応式は、0.2NOi +1.2 H”+ e”
’ 0.1 N2 +0.6 H20; Kg (6)
この反応の酸化還元電位Eoは次式となる。
・・・・・・・・・・・・(7) 式(5)と式(7)から脱窒反応の酸化還元電位E 1
1を請求めると、 nは反応係数である。(8)から、脱窒反応における酸
化還元電位はNO3Nとメタノールの比に依存し、まだ
、脱窒状態と無関係にpHの」W加に伴す低下すること
がわかる。この関係は、第161及び第2図を理論的に
裏付けるものである。第3図は以上の結果を纏めたもの
である。すなわち、良好な脱窒状態が形成されていると
きの酸化還元電位の・硲囲はpHに相関して変化するこ
とを表わしている。
ところで排水の流量及び水質は一日の間でも大きく変化
することが知られている。第4図はその一例を示したも
のでちる。この流入望素濃度の変化は武(1)及び式(
2)におけるH+及びOH−生成の影響因子となシ、硝
化槽及び脱室槽のpI−Iを変化さぜる。そこで、第4
図と同様の流入水条件とし、硝化槽のp Hif 7.
0にA整し、完全脱窒が可能なメタノールを脱窒槽に供
給する災!朕を試みた。その結果、脱室槽のpHは脱窒
素、緬の変化に影響されたものと予想される変動が認め
られた。
このような脱窒槽で、良好な脱窒状態を維持するには、
式(8)より、PHを一定値に調整し、その上で酸化還
元電位を一定値に維持するように有機炭素供給ψを制佃
1する方式が考えられる。
この問題を解決する従来方法に、PHを一定値に調整し
た上で、酸化還元電位を一定値に維持するように有機炭
素供給量を印、・4節する方式がある。
ところで、排水中のNH3−N及び有機炭素供給は時間
的に変摩1するだめ、生成されるN O3−N濃度も連
動して変化することが知られている。
このことは、脱窒時の副生物で花】る0H−1f7tが
裳化し、それに伴いPト1値が変化すること全−味する
。したがって、このような脱窒槽で、pHを一定1直に
維持するには、脱窒反応の状態に応じてアルカリ剤ある
いは酸を注入する必要がある。これは、1つの指標で二
つの操作量を調節するという複離な制呻法とな)、実用
的でない。捷ンz1硝化槽では、(1)式に示すように
H+生成による1) H低下を防止するために、アルカ
リ剤を圧入してl〕H調がりを行なうことが普通である
。これに加えて脱窒槽でもpH調整を行なうことは運転
コストの高騰になシ、得策と言えない。さらに、脱鼠反
応時に生成するOH−を硝化反応時に生成りる11+の
中本1】剤とし−ご利用する脱M槽−0「J化槽方式て
+r、I1、脱窒槽でのOH−生成量が抑制され、硝化
槽でのアルカリ剤が増大する事態が生じ% MA転ココ
スト高騰につながる。
したがって、新たな薬剤を使用せずに、また、プロセス
構成に左右されない有機炭素供給制御法が下水処」」場
において重要である。本発明の一実施例ff:第5図に
示す。第5図で、脱窒槽lではNo、−N及び脱蟹素l
狗を含む流入水6が導ひかれ、攪拌装置4によシ流励状
態が維持される。
一方、嶽元剤である有機炭素8は貯留槽2から供給装置
3を介して脱窒槽lに注入される。脱窒反応を終えた流
出水7は、No、−Nが除かれた形の混合液となシ、次
工程へ導びかれる。このような脱窒槽lで、酸化還元電
位計11とpH計12を設置itシ、各々酸化還元電位
とp H音検出する。このうち、PH検検出値上演算回
路14に入力され、pに対応した酸化還元電位目標値e
7が設定される。この設定方法は、まず、PHH準値1
)oにおける良好な脱窒状態を形成する酸化還元電位基
準値e。を予め設定しておくとともに、pH偏差とぼ化
還元電位変化ぜΔeの関係式金与えておく。式(9)で
、 Δe=f 1p−po ) (9) p>poであればΔeは負となり・、pくpoであれば
Δeは正の値をとる。演算されたΔeを用いて、次式に
よシ酸化還元電位目標値e”が設定される。
e”=eo+Δe (10) したがって、e”はり>I)o であればe。より商い
値と4v、p<p。であれば低い値をと9、良好な脱窒
状態を形成する酸化還元電位の値が常時設定されること
になる。演算回路14から出力された酸化還元電位目標
値e 4は比較回路15に入力される。比較回路15で
は、実測されたf硬化還元電位検出値eと目標値e″と
を比較し、その偏差ε ε= e −e” を調節回路16に出力する。調節回路16は偏差εに応
じて供給装置3を操作し、有機炭素供給量を調節する。
有機炭素供給量は偏差εが負、すなわち、目標値e”が
検出値eより低けば減少方間に、逆であれば増加方向と
なる。
このように、PHH出値に基づいて酸化還元電位目標値
の設定操作を行なうことによシ、常時良好な脱窒状態が
形成される。
〔発明の効果〕
本発明によれば脱窒状態を精度よく表現でき、才だ、プ
ロセス構成に制約されない有機炭素注入制御が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は脱窒槽における酸化還元電位と脱窒状態の関係
を示す図、第2図はpHに対する嘔化還元電位の変化を
実験的にめだ特性図、n↓3図←」良好な脱窒状態を形
成する酸化還元電位とp Hの関係を示す特性図、第4
図は流入水流量と窒素一度の日変動パターンを示す図、
第5図は本発明の一実施例のブロック図である。 l・・・脱窒槽、3・・・有機炭素供給装置、6・・・
脱窒槽流入水、11・・・酸化還元電位計、12・・・
pH計、14・・・演算回路、15・・・比較回路、1
6・・・調節回路。 2.ζ7 第1区 d口斐イと■緊町=電佐 (7L”F )第20 pHc−)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、排水中の硝酸性室索あるいは亜硝酸性窒素を有機炭
    素の存在の下で窒素ガスに還:元する生物学的膜窒素プ
    ロセスの脱窒方法において、脱蟹過程での混合液中のP
    H1ばと酸化還元電位を炊出し、前記PH値に基づいて
    、予め設定した酸化還元電位目標値を補正し、この補正
    酸化還元電位目標値により fmJm右記炭素の供給量
    を調節することを特徴とする生物学的膜窒素プロセスの
    制御方法。 2、前記ン化還元電位目標値に対するp H基4値を定
    め、このpH基準値と前記PI]値の偏差から酸化還元
    電位変化量をめ、この厳化還元電位変化−市で前記酸化
    還元電位目標値を補正すること金%徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の生物孝的脱蟹素プロセスの制御方法。 3 前記pH丞準1直に対するp Hの許容範囲を設定
    し、この許容範囲から前記pH値が逸脱した鴨合に、前
    記酸化還元電位目標値を補正することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の生物学的膜窒素プロセスの制御
    方法。
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