JP4335970B2

JP4335970B2 - 窒素含有排水の処理装置

Info

Publication number: JP4335970B2
Application number: JP2009029308A
Authority: JP
Inventors: 透青井; 亮張; 辰彦鈴木
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP2009101363A

Description

本発明は、窒素含有排水の処理装置に関し、詳しくは、排水中に含まれている窒素を微生物により生物学的に除去する工程を含んだ窒素含有排水の処理装置に関する。

排水中の窒素除去を目的とした排水処理装置としては、従来から、嫌気（無酸素）槽と好気槽とを組合わせた嫌気好気活性汚泥法（循環式硝化脱窒法）が広く行われている。この嫌気好気活性汚泥法は、流入下水等の被処理水を無酸素槽に流入させるとともに、好気槽からの硝化液と最終沈殿池からの返送汚泥とを無酸素槽に循環させるように形成したものであって、好気槽では、無酸素槽を経て流入するアンモニア性窒素を亜硝酸性あるいは硝酸性の窒素に酸化し、これらを硝化液として無酸素槽に循環させることにより、これらの酸化態の窒素を流入水中の有機物による酸化反応で窒素ガスに還元し、水中から除去するようにしている。また、他の方式の脱窒法も行われているが、基本的には、アンモニア性窒素を酸化して酸化態窒素とし、酸化態窒素を還元して窒素ガスにする反応となっている。

上述の脱窒処理を行うに際し、無酸素槽における生物学的な酸化態窒素の還元による窒素除去、即ち脱窒処理においては、標準的な都市下水の場合は、脱窒のために有機物を添加する必要はないが、被処理水中のＢＯＤが低い場合は、水素供用体としてメタノール等の有機物を無酸素槽に添加する必要がある。

上述のように、無酸素槽にメタノール等を添加する場合、反応槽内の混合液又は処理液を取出して酸化態窒素濃度を測定し、測定結果に基づいてメタノール注入量等を制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第２６４３４７８号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されるように、反応槽内の混合液又は処理液を取出して酸化態窒素濃度を測定するものでは、流入水（被処理水）中の窒素含有量が大きく変化しても、反応槽内の窒素濃度は僅かずつしか変化しないため、通常の変動範囲に隠れてしまい、適切な制御が行えなくなるおそれがある。また、槽内の酸化態窒素濃度が所定値を超えてからメタノールの注入量を増加させても被処理水の窒素濃度に追随できず、その結果、一定の水質を保証することができなくなってしまう。したがって、前記公報記載の方法は、回分式の窒素除去には有効であっても、他の形式のものには適用が困難となっている。

そこで本発明は、脱窒槽（反応槽、無酸素槽）に流入する被処理水の酸化態窒素濃度が大きく変動しても、一定の水質の処理水を安定して得ることができる窒素含有排水の処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の窒素含有排水の処理装置は、酸化態窒素を生物学的に窒素に変換する脱窒槽を有する排水処理装置において、前記脱窒槽に流入する被処理水中の酸化態窒素濃度を測定する流入酸化態窒素計測手段と、前記脱窒槽内の処理水又は該脱窒槽から流出した処理水中の酸化態窒素濃度を測定する処理水酸化態窒素計測手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥濃度を測定する汚泥濃度計測手段と、前記脱窒槽に有機物を注入する有機物注入手段と、該有機物注入手段からの有機物注入量を制御する有機物注入量制御手段とを備え、該有機物注入量制御手段は、前記活性汚泥濃度と前記有機物注入量と前記流入酸化態窒素計測手段で計測した流入窒素濃度と前記処理水酸化態窒素計測手段で計測した処理水窒素濃度とをそれぞれ経時的に記憶する記憶手段と、前記流入窒素濃度と前記処理水窒素濃度とから前記脱窒槽における窒素除去量を求める窒素除去量算出部と、該窒素除去量算出部で求めた窒素除去量と前記活性汚泥濃度とから単位汚泥濃度当たりの窒素除去速度を求める窒素除去速度算出部と、該窒素除去速度算出部で求めた窒素除去速度と前記有機物注入量との間の相関関係を求める相関関係算出部と、該相関関係算出部で求めた相関関係と前記流入窒素濃度とに基づいて有機物の必要量を演算する演算部と、該演算部での演算結果に基づいて前記有機物注入手段からの有機物注入量を制御する制御部とを備えていることを特徴とし、さらに、前記脱窒槽を、上流の硝化槽と、下流の化学酸化処理槽との間に設置したことを特徴としている。

本発明の窒素含有排水の処理装置によれば、脱窒槽に流入する酸化態窒素濃度等に応じて有機物の注入量を制御するので、脱窒槽に流入する被処理水の酸化態窒素濃度が大きく変動しても、一定の水質の処理水を安定して得ることができる。さらに、流出した処理水中の酸化態窒素濃度や経時的な変動要素も加えて有機物注入量を制御することにより、脱窒処理を効率よく行うことができる。

本発明の窒素含有排水の処理装置の第１参考例を示す系統図である。同じく処理装置の第２参考例を示す系統図である。本発明の窒素含有排水の処理装置の第１形態例を示す系統図である。同じく処理装置の第２形態例を示す系統図である。

図１は本発明の窒素含有排水の処理装置の第１参考例を示す系統図である。この窒素含有排水の処理装置は、生物学的な脱窒処理、すなわち、酸化態窒素を生物学的に窒素に変換する処理を行う脱窒槽１０と、該脱窒槽１０に被処理水を流入させる被処理水流入経路１１と、脱窒槽１０で処理した処理水を流出させる処理水流出経路１２と、脱窒槽１０内にメタノール等の有機物を注入する有機物注入手段１３と、該有機物注入手段１３からの有機物注入量を制御する有機物注入量制御手段１４と、被処理水流入経路１１を流れる被処理水中の酸化態窒素濃度を測定する流入酸化態窒素計測手段１５とにより形成されている。

ここで、このように形成した排水処理装置においては、脱窒槽１０で除去する窒素量（窒素除去量Ｍ）と、被処理水流入経路１１から流入する被処理水中の酸化態窒素濃度（流入窒素濃度Ｃｉｎ）と、処理水流出経路１２から流出する処理水中の酸化態窒素濃度（処理水窒素濃度Ｃｏｕｔ）と、処理水量（流入水量Ｆ）との間に、Ｍ＝Ｆ（Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ）という関係が成り立つ。

この中で、流入水量Ｆ及び処理水窒素濃度Ｃｏｕｔが一定とすれば、流入窒素濃度Ｃｉｎを測定することにより、窒素除去量Ｍが算出できる。したがって、窒素除去量Ｍと有機物注入量との間の相関関係をあらかじめ求めておけば、この窒素除去量Ｍと有機物注入量との相関関係から、有機物注入手段１３から脱窒槽１０内に注入すべき有機物量を算出することができる。

すなわち、本参考例における前記有機物注入量制御手段１４は、前記流入酸化態窒素計測手段１５で計測した流入窒素濃度Ｃｉｎに基づいて有機物の必要量を演算する演算部と、該演算部での演算結果に基づいて前記有機物注入手段１３からの有機物注入量を制御する制御部とを備えており、演算部で算出した有機物注入量に応じて制御部が有機物注入手段１３に設けた流量調整弁の開閉制御やポンプの回転数調整等を行い、脱窒槽１０に注入する有機物量を所定量に調整する。

これにより、脱窒槽１０に流入する被処理水の酸化態窒素濃度に応じた適正な量の有機物を脱窒槽１０内に注入することができるので、被処理水の酸化態窒素濃度が大きく変動しても、所定量の有機物によって確実な脱窒処理を行うことができ、処理水の酸化態窒素濃度を一定濃度以下に維持することができる。

なお、酸化態窒素濃度の測定は、波長が２２０±１４ｎｍ、好ましくは２２０±５ｎｍにおける吸光度と、２５０±１４ｎｍ、好ましくは２５０±１０ｎｍにおける吸光度との差から求めることができる。例えば、適当量を被検水を抜出してろ過処理した後、両波長域の吸光度をそれぞれ測定して差を求め、吸光度差に所定の演算処理を行うことにより酸化態窒素濃度を求めることができる。

図２は本発明の窒素含有排水の処理装置の第２参考例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記第１参考例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本参考例は、前記第１参考例装置に加えて、処理水流出経路１２に、脱窒槽１０から流出した処理水中の酸化態窒素濃度を測定する処理水酸化態窒素計測手段１６を設け、前記有機物注入量制御手段１４の演算部で、前記流入窒素濃度に加えて、処理水酸化態窒素計測手段１６で計測した処理水窒素濃度も含めて有機物の必要量を演算するようにしたものである。例えば、流入窒素濃度に基づいて算出した有機物注入量に対して、処理水窒素濃度が上昇又は低下したときに、有機物注入量を増加又は減少させる補正を行うようにする。これにより、脱窒槽１０内の環境が変動しても処理水の酸化態窒素濃度を一定濃度以下に維持することができる。

さらに、有機物注入量制御手段１４に、流入窒素濃度Ｃｉｎと処理水窒素濃度Ｃｏｕｔと有機物注入量Ｙとを経時的に記憶するメモリーやディスク装置等の記憶手段と、流入窒素濃度Ｃｉｎと処理水窒素濃度Ｃｏｕｔとから脱窒槽１０における窒素除去量Ｍを求める窒素除去量算出部と、該窒素除去量算出部で求めた窒素除去量Ｍと前記有機物注入量との間の相関関係を求める相関関係算出部とを設けておき、前記演算部により、相関関係算出部で求めた相関関係と前記流入窒素濃度Ｃｉｎとに基づいて有機物の必要量を演算することにより、経時的な流入窒素濃度及び処理水窒素濃度の変動、例えば昼夜における変動等に対応して的確な量の有機物を注入することができるので、より効果的な窒素除去を行うことができる。

なお、脱窒槽１０から流出した処理水中の酸化態窒素濃度を測定するのに代えて、脱窒槽１０内の酸化態窒素濃度を測定するようにしても、窒素流入量との関係から、窒素除去量を算出することは可能である。

図３は本発明の窒素含有排水の処理装置の第１形態例を示す系統図である。本形態例は、前記第２参考例装置に加えて、脱窒槽１０内に槽内の活性汚泥濃度を測定する汚泥濃度計測手段１７を設け、前記流入窒素濃度及び処理水窒素濃度に加えて、汚泥濃度計測手段１７で測定した活性汚泥濃度も含めて有機物の必要量を演算するようにしたものである。例えば、活性汚泥濃度の増減に応じて有機物注入量を増減させる補正を行うようにしている。なお、処理水窒素濃度を一定とした場合は、処理水酸化態窒素計測手段１６を設けず、流入酸化態窒素計測手段１５で計測した流入窒素濃度と汚泥濃度計測手段１７で測定した活性汚泥濃度とによって有機物注入量を算出することもできる。

また、前記有機物注入量制御手段１４に、流入窒素濃度と処理水窒素濃度と有機物注入量と活性汚泥濃度とをそれぞれ経時的に記憶する記憶手段と、流入窒素濃度と処理水窒素濃度とから脱窒槽１０における窒素除去量を求める窒素除去量算出部と、該窒素除去量算出部で求めた窒素除去量と前記活性汚泥濃度とから単位汚泥濃度当たりの窒素除去速度を求める窒素除去速度算出部と、該窒素除去速度算出部で求めた窒素除去速度と有機物注入量との間の相関関係を求める相関関係算出部と設け、演算部において、相関関係算出部で求めた相関関係と流入窒素濃度とに基づいて有機物の必要量を演算することにより、流入窒素濃度等の経時的な変動に応じて活性汚泥における窒素除去能力を有効に利用することができ、窒素除去を効率よく行うことができる。

図４は本発明の窒素含有排水の処理装置の第２形態例を示す系統図である。本形態例は、前記各形態例に記載したような脱窒槽１０を、好気雰囲気下でアンモニア性窒素を除去する硝化槽２１と、化学酸化処理を行う化学酸化処理槽２２との間に設置したものである。化学酸化処理方法としては、オゾン、紫外線、過酸化水素、これら二種以上の組合わせ、あるいは、これら一種以上と光触媒又は酸化触媒との組合わせを用いることができる。この化学酸化処理を行うことにより、殺菌、脱臭、脱色の他に、難分解性有機物の除去も行うことができる。

硝化槽２１では、処理水量や流入窒素量の急激な変動により硝化不良が発生すると、亜硝酸が生成することがある。この亜硝酸は、化学酸化処理槽２２での化学酸化処理でスカベンジャとなり、オゾン等の酸化剤を消費してしまうので、化学酸化処理槽２２に流入する脱窒処理水中に亜硝酸が存在すると、酸化剤の利用効率が大幅に低下してしまう。

したがって、硝化槽２１と化学酸化処理槽２２との間に、前記有機物注入量制御手段１４等を備えた脱窒槽１０を設置することにより、硝化槽２１からの硝化処理水中の亜硝酸濃度が急増しても、流入酸化態窒素計測手段１５で測定した流入窒素濃度等に基づいて必要量の有機物を注入しながら脱窒処理を行うことにより、脱窒槽１０で亜硝酸を完全に除去することができるので、化学酸化処理槽２２に亜硝酸が流入することが無くなり、化学酸化処理槽２２における酸化剤の有効利用、すなわち、化学酸化処理槽２２での化学酸化処理を効率よく行うことができる。

上記第２形態例に示すように、本発明の処理装置は、各種処理と組合わせることが可能であり、前述の循環式硝化脱窒法だけでなく、二段循環式、硝化内生脱窒法等にも適用が可能である。

１０…脱窒槽、１１…被処理水流入経路、１２…処理水流出経路、１３…有機物注入手段、１４…有機物注入量制御手段、１５…流入酸化態窒素計測手段、１６…処理水酸化態窒素計測手段、１７…汚泥濃度計測手段、２１…硝化槽、２２…化学酸化処理槽

Claims

酸化態窒素を生物学的に窒素に変換する脱窒槽を有する排水処理装置において、前記脱窒槽に流入する被処理水中の酸化態窒素濃度を測定する流入酸化態窒素計測手段と、前記脱窒槽内の処理水又は該脱窒槽から流出した処理水中の酸化態窒素濃度を測定する処理水酸化態窒素計測手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥濃度を測定する汚泥濃度計測手段と、前記脱窒槽に有機物を注入する有機物注入手段と、該有機物注入手段からの有機物注入量を制御する有機物注入量制御手段とを備え、該有機物注入量制御手段は、前記活性汚泥濃度と前記有機物注入量と前記流入酸化態窒素計測手段で計測した流入窒素濃度と前記処理水酸化態窒素計測手段で計測した処理水窒素濃度とをそれぞれ経時的に記憶する記憶手段と、前記流入窒素濃度と前記処理水窒素濃度とから前記脱窒槽における窒素除去量を求める窒素除去量算出部と、該窒素除去量算出部で求めた窒素除去量と前記活性汚泥濃度とから単位汚泥濃度当たりの窒素除去速度を求める窒素除去速度算出部と、該窒素除去速度算出部で求めた窒素除去速度と前記有機物注入量との間の相関関係を求める相関関係算出部と、該相関関係算出部で求めた相関関係と前記流入窒素濃度とに基づいて有機物の必要量を演算する演算部と、該演算部での演算結果に基づいて前記有機物注入手段からの有機物注入量を制御する制御部とを備えていることを特徴とする窒素含有排水の処理装置。
前記脱窒槽を、上流の硝化槽と、下流の化学酸化処理槽との間に設置したことを特徴とする請求項１記載の窒素含有排水の処理装置。