JP7008007B2 - ステップ流入式多段硝化脱窒法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、下水、し尿、その他の産業廃水等の窒素を含有する有機性廃水を生物学的に硝化脱窒処理するステップ流入式多段硝化脱窒法及びシステムに関し、特に流入量の変動が大きい下水処理などに用いて好適なステップ流入式多段硝化脱窒法及びシステムに関するものである。

従来、窒素成分を含む廃水の処理には生物学的硝化脱窒法が広く用いられている。生物学的硝化脱窒法は、上流側に嫌気槽を設け、下流側に好気槽を設けるもので、好気槽の硝化処理で生じた硝酸性窒素を嫌気槽に戻し、流入水中の有機物を炭素源として嫌気槽で脱窒素処理するものである。

また、この生物学的硝化脱窒法での窒素除去の効率化を目的に開発されたのが、ステップ流入式多段硝化脱窒法である。このステップ流入式多段硝化脱窒法は、嫌気槽と好気槽を１ユニットとしてこのユニットを複数段直列に配置し、各ユニットの嫌気槽に流入水を分割注入することで窒素除去の効率化を図るものである。ステップ流入式硝化脱窒法では直列に配置する嫌気槽と好気槽のユニットの数が多いほど窒素除去率が向上するが、実際には２～３段での運用例が多い。そして、従来のステップ流入式多段硝化脱窒法の設計思想では各嫌気槽に流入する流入水の分注率をある比率に固定、通常は等分して運用する事例が多い。

特開平０１－２４２１９８号公報 特開平１１－２４４８９１号公報

蒲池一将、他２名、「アンモニアセンサーを使用した空気量制御運転の活性汚泥モデルによる最適化」、環境システム計測制御学会誌、2015年、第20巻、第２・３合併号、p.3-10 藁科亮、他２名、「多段ステップ流入式硝化脱窒法における均等流入に配慮した流路構造について」、平成27年度、第52回下水道研究発表会講演集、p.593-595 「よく見かける下水道用語」、［online］、2014/7/11、ＪＳ技術開発情報メールＮｏ．１５２、地方共同法人日本下水道事業団、［平成30年9月25日検索］、インターネット〈URL:https://www.jswa.go.jp/g/g5/g5m/mb/pdf/152-1.pdf〉

上記ステップ流入式多段硝化脱窒法では、流入水を各ユニットの嫌気槽へ等量に分配し、各段の負荷を均等にする設計思想となっているが、実際に均等分配することは非常に困難であり、例えば、ある時間に均等流入になるように流入堰をセットしておいても、流量が変われば流入割合も変わってしまうという問題などがあった（例えば非特許文献３参照）。

そして、実際の施設では想定したとおりに汚水が流れていない事例も見受けられ、また現場では、流入水の流れに偏りができていることはわかっているが、具体的な量が把握できず、平時に比べ大きく流量が異なるような場合に流量分配が大きく偏り、処理に影響を及ぼすこともあった。これらのことから、実際に流入水を適切な量に分配調整して安定した処理を行うことは困難であった（例えば非特許文献２参照）。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を行うことができ、さらには処理水窒素濃度の低減を図ることができるステップ流入式多段硝化脱窒法及びシステムを提供することにある。

本発明は、嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に、水量が変動する流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒法において、最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を予め定めた一定流量に固定し、一方残りの変動する流入水は、前記最終のユニットより前段側の残りのユニットの嫌気槽へ前記変動に応じて分配注入されることを特徴としている。
本願発明者は、最終のユニットの嫌気槽へ分配注入（分割給水）される流入水の流入量を一定流量（固定流量）とすることで、従来法であるステップ比率一定運転（流入水を各ユニットの嫌気槽へ一定の比率で配分供給する運転）と同等の処理水水質が得られることを見出した。
即ち、本発明によれば、各ユニットの嫌気槽への流入水の正確な分配調整を行わなくても、容易に安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を行うことができる。
また本願の手法により、流入水量の変動が大きい時間帯に流量分配が大きく偏ることでの水質悪化を改善することができる。

また本発明は、上記特徴に加え、前記最終のユニットの嫌気槽への流入水の流入量は、日間流入量の２０～６０%であることを特徴としている。
これによって、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を行うことができる。

また本発明は、嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒法において、最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を一定流量とし、最終のユニットの好気槽を２槽に分割し、分割した２槽の内の上流側の好気槽のDO値が所定値以下になるように制御することによって、当該上流側の好気槽において硝化反応と脱窒素反応を同時に進行させることを特徴としている。
好気槽のDO値を所定値以下に設定すれば、硝化脱窒同時進行によって、処理水の窒素濃度が低減されるが、最終ユニットの嫌気槽への流入水の流入量を一定流量とする本願発明では、最終のユニットの好気槽を２槽に分割してその上流側の好気槽のDO値を所定値以下に制御することが、窒素濃度低減のために重要であることを見出した。これによって、より一層の処理水の窒素濃度低減を達成することができる。
最終のユニットの好気槽の分割は、槽が槽壁により区画されている場合および槽の構造上の強度を持たせるための仕切りにより構造上分割されている場合の他、槽壁や仕切りにより構造上分割されていなくても、空気量の調整や散気装置の型式を替えることで、DO濃度の異なるゾーンを形成させることによる機能上の分割でもよい。要は、少なくとも好気槽を機能上分割する構成であればよい。

また本発明は、上記特徴に加え、前記上流側の好気槽のDO値が所定値以下になるように、当該上流側の好気槽のNH₄-N設定値を設定し、その設定値となるように、当該上流側の好気槽に供給する空気量を制御することを特徴としている。
これによって、前記上流側の好気槽のDO値を所定値以下に制御することができる。

また本発明は、上記特徴に加え、前記上流側の好気槽に供給する空気量の制御を、アンモニアセンサーを用いて行うことを特徴としている。
これによって、前記上流側の好気槽に供給する空気量の制御を適切に行うことができる。

また本発明は、嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に、水量が変動する流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒システムにおいて、最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を予め定めた一定流量に固定する一定流量供給手段を設け、一方残りの変動する流入水を、前記最終のユニットより前段側の残りのユニットの嫌気槽へ前記変動に応じて分配注入することを特徴としている。
本発明によれば、各ユニットの嫌気槽への流入水の正確な分配調整を行わなくても、容易に安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を行うことができる。
また、流入水量の変動が大きい時間帯に流量分配が大きく偏ることでの水質悪化を改善することができる。

本発明によれば、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を行うことができ、さらには処理水窒素濃度の低減を図ることができる。

ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１を示す図である。 ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－２を示す図である。 ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－３を示す図である。 ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－４を示す図である。 各種運転方法によって運転した処理水N濃度の測定結果を示す図である。 各種運転方法によって運転した処理水N濃度の測定結果を示す図である。 各種運転方法によって運転した５槽目DO値と処理水N濃度の測定結果を示す図である。 各種運転方法によって運転した５槽目NH₄-N値と処理水N濃度の測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。図１は本発明の第１実施形態に係るステップ流入式多段硝化脱窒システム（処理フロー）１－１を示す図である。ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１は、嫌気槽Ａ－１と好気槽Ｏ－１のユニットＮ－１と、嫌気槽Ａ―２と好気槽Ｏ－２のユニットＮ－２とを直列に連結し、各ユニットＮ－１，Ｎ－２の嫌気槽Ａ－１，Ａ－２にそれぞれ流入水（下水）を分配注入する２段ステップ方式の処理システムとなっている。さらに、好気槽Ｏ－２の後段には沈殿池Ｓが設置され、この沈殿池Ｓに沈殿した汚泥は嫌気槽Ａ－１に返送される構成となっている。

以上のように構成されたステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１において、流入水は、１段目の嫌気槽Ａ－１と２段目の嫌気槽Ａ－２に分割して注入される。そしてこの実施形態においては、このステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１に流入する流入水の内、予め定めた一定流量だけを、２段目の嫌気槽Ａ－２に分割注入し、それ以外の流入水は１段目の嫌気槽Ａ－１に分割注入するように構成している。２段目の嫌気槽Ａ－２に一定流量の流入水を注入するため、その流路には、一定流量供給手段Ｒが設置されている。一定流量供給手段Ｒとしては、ポンプが好ましいが、一定流量での流入が可能であれば各種せき式流量計など、他の各種手段の使用も可能である。

以上のように構成されたステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１において、１段目の嫌気槽Ａ－１に流入したアンモニア性窒素（NH₄-N）が主体の窒素成分は、１段目の好気槽Ｏ－１へ流入し、この好気槽Ｏ－１で硝化反応により硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）に転換する。この硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）を含む好気槽Ｏ－１からの流出水はそのまま２段目の嫌気槽Ａ－２に流入し、嫌気槽Ａ－２に分割注入される流入水中の有機物を炭素源として利用する脱窒反応により、窒素ガスへ転換し、水中から窒素が除去される。嫌気槽Ａ－２に流入したアンモニア性窒素（NH₄-N）が主体の窒素成分は、２段目の好気槽Ｏ－２へ流入し、この好気槽Ｏ－２で硝化反応により硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）に転換する。好気槽Ｏ－２からの流出水は沈殿池Ｓで固液分離され、好気槽Ｏ－２で生じた硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）の一部は返送汚泥として１段目の嫌気槽Ａ－１に流入し、この嫌気槽Ａ－１に分割注入される流入水中の有機物を炭素源として利用する脱窒反応により、窒素ガスへ転換し、窒素除去が行われる。

従来、流入水（下水）の流量調整は、ゲートの開度調整や流入堰の調整により、流入水の分注率をある比率に固定する、あるいは等分することが行われていた。流入水量が変動した場合でも、適宜、人手により、流入水の分注率を保つためにゲート開度や堰高さなどを調節していた。しかしこれらの従来法では、流入水分注率が設定条件と異なることで、窒素除去の不安定さを生じる可能性があった。例えば、上記２段目の嫌気槽Ａ－２への流入水の流入量が少なくなった場合には、嫌気槽Ａ－２での脱窒処理に必要な炭素源が不足し、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）の残留を引き起こす。また、嫌気槽Ａ－２への流入水の流入量が多くなった場合には、嫌気槽Ａ－２での脱窒処理に必要な炭素源の不足は避けられるが、好気槽Ｏ－２の有機物負荷および窒素負荷の増加により、アンモニア性窒素（NH₄-N）の残留を引き起こす。

これに対して本願発明では、最終のユニットである２段目のユニットＮ－２の嫌気槽Ａ－２への流入水の流入量、即ち、最終ステップ流入工程の流入水の流入量Ｑ２を一定水量に保ち、残りの流入水はＱ１として１段目の嫌気槽Ａ－１に流入させる構成としている。本願発明によると、２段目の嫌気槽Ａ－２での脱窒処理に必要な炭素源不足を避けることが可能になり、また、２段目の好気槽Ｏ－２の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことが可能になるため、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理が達成できる。２段目の嫌気槽Ａ－２への流入水の流入量Ｑ２は、一日の処理水量平均値（Ｑ）の２０～６０%（０．２～０．６Ｑ）が好ましい。２段目の嫌気槽Ａ－２への最適送水量（送水割合）は好気槽－２のDO設定値により異なる。

図２は本発明の第２実施形態に係るステップ流入式多段硝化脱窒システム（処理フロー）１－２を示す図である。ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－２は、上記ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１と同様のユニットＮ－１，ユニットＮ－２の他に、嫌気槽Ａ３と好気槽Ｏ３のユニットＮ－３をさらに直列に連結し、各ユニットＮ－１，Ｎ－２，Ｎ－３の嫌気槽Ａ－１，Ａ－２，Ａ－３にそれぞれ流入水（下水）を分配注入する３段ステップ方式の処理システムとなっている。好気槽Ｏ－３の後段には沈殿池Ｓが設置され、この沈殿池Ｓに沈殿した汚泥を嫌気槽Ａ－１に返送する構成となっている。このステップ流入式多段硝化脱窒システム１－２の処理方式の場合も、窒素除去の原理は上記と同様である。

以上のように構成されたステップ流入式多段硝化脱窒システム１－２においては、最終段の嫌気槽Ａ－３への流入水の流入水量Ｑ３を一定水量とし、残りの嫌気槽Ａ－１，Ａ－２への流入水の流入水量をそれぞれＱ１，Ｑ２とする。２段目（最終段の直前の段、中間の段）の嫌気槽Ａ－２への流入水量Ｑ２は一定流量としてもよいが、最終段の嫌気槽Ａ－３の流入水量Ｑ３を一定に保った状態であれば、嫌気槽Ａ－２への流入水量Ｑ２が変動しても処理水窒素濃度に与える影響は小さい。最終ステップ工程の流入水の流入量を一定とすることで、脱窒処理に必要な炭素源不足を避けることができ、また、好気槽Ｏ－３の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことができ、これらのことから安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理を達成することができる。このように、最終ステップ流入工程の流入量を一定流量とすることは極めて有効である。

ところで、上記特許文献１にも開示されているように、好気槽のDO値を１mg/L以下に保ち、硝化反応を進めると、好気槽内で同時に脱窒反応も進行し、処理水の窒素濃度低減につなげることが可能となる。本願発明でも、好気槽ＯのDO値を１mg/L以下に保ち、好気槽Ｏでの硝化脱窒同時進行を促すことで、処理水窒素濃度を低減する手法を適用できる。

そして上記手法を上記ステップ流入式多段硝化脱窒システム１－１，１－２に適用する際に、本願発明者は、最終ステップ流入工程の好気槽ＯのDO設定が処理水窒素濃度低減に効果が大きいことを見出した。

図３は、DO値設定による処理水窒素濃度低減を考慮した第３実施形態に係るステップ流入式多段硝化脱窒システム１－３を示す図である。この実施形態の場合、最終ステップ流入工程、即ち最終のユニットＮ－２の好気槽Ｏ－２を２槽Ｏ（１），Ｏ（２）に分割し、分割した２槽の内の上流側の好気槽Ｏ（１）のDO値が所定値以下（この例では１mg/L以下）になるように制御することによって、当該上流側の好気槽Ｏ（１）において硝化反応と脱窒反応を同時に進行させるように構成している。以下、具体的に説明する。

１段目の嫌気槽Ａ－１に流入したアンモニア性窒素（NH₄-N）が主体の窒素成分は、１段目の好気槽Ｏ－１で硝化反応により硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）に転換する。この場合も、DO値を１mg/L以下に保つことで、硝化脱窒同時進行による窒素除去の反応は生じる。硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）成分は、２段目の嫌気槽Ａ－２に分割注入される流入水中の有機物を炭素源として利用する脱窒反応により除去されるため、１段目の好気槽Ｏ－１での硝化脱窒同時進行による窒素濃度低減作用が無くても、２段目の嫌気槽Ａ－２に供給される有機物が不足していない状況では、１段目の嫌気槽Ａ－１に流入するアンモニア性窒素（NH₄-N）が主体の窒素成分は２段目の嫌気槽Ａ－２で除去されるため、１段目の好気槽Ｏ－１でDO値を１mg/L以下に低減した状態で硝化を進行させる際の硝化脱窒同時進行による窒素濃度低減効果は比較的小さい。また、１段目の好気槽Ｏ－１でDO値を低減させたことにより、硝化反応が不十分となりアンモニア性窒素（NH₄-N）が残留する場合は、この残留するアンモニア性窒素（NH₄-N）は２段目の嫌気槽Ａ－２で変化することなく、そのまま２段目の好気槽Ｏ－２へ流入するため、処理水窒素濃度増加の原因になる。そのため、１段目の好気槽Ｏ－１では十分に硝化反応が進行するDO設定値とする必要がある。１段目の好気槽Ｏ－１のアンモニア性窒素（NH₄-N）をモニタリングできない状況では、１段目の好気槽Ｏ－１のDO値を過度に下げることを避け、２段目の好気槽Ｏ－２で硝化が十分に進行するDO値に設定することが好ましい。

２段目の嫌気槽Ａ－２に流入したアンモニア性窒素（NH₄-N）が主体の窒素成分は２段目の好気槽Ｏ－２（Ｏ（１）＋Ｏ（２））へ流入し、この好気槽Ｏ－２で硝化反応により硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）に転換する。この好気槽Ｏ－２流出水は沈殿池Ｓで固液分離され、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素（NO_X-N）を主体とした窒素成分が沈殿池Ｓの上澄水として流出し、これが処理水窒素濃度となる。そのため、２段目の好気槽Ｏ－２でのDO値を1mg/L以下に低減した状態で硝化を進行させる際の硝化脱窒同時進行による窒素濃度低減効果は処理水窒素濃度低減効果が大きくなる。これは、最終ステップ工程の流入水の流入量を一定とすることで、脱窒処理に必要な炭素源不足を避けることができ、また、２段目の好気槽Ｏ－２の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことができるため、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理が達成できる本願発明の効果によるものである。

２段目の好気槽Ｏ－２でのDO値設定は、好気槽Ｏ－２全体でDO値を１mg/L以下に設定するのではなく、上流側の分割好気槽Ｏ（１）でDO値を１mg/L以下に設定し、下流側の分割好気槽Ｏ（２）ではアンモニア性窒素（NH₄-N）が残留しないようにDO値を１～２mg/Lに設定することが好ましい。

分割好気槽Ｏ（１）と分割好気槽Ｏ（２）の分割は、槽が槽壁により区画されている場合および槽の構造上の強度を持たせるための仕切りにより構造上分割されている場合の他、槽壁や仕切りにより構造上分割されていなくても、空気量の調整や散気装置の型式を替えることで、DO濃度の異なるゾーンを形成させることによる機能上の分割でもよい。要は、少なくとも好気槽を機能上分割する構成であればよい。

分割好気槽Ｏ（１）と分割好気槽Ｏ（２）の槽容量は、Ｏ（１）＜Ｏ（２）でも窒素濃度低減効果を発揮できるが、Ｏ（１）≧Ｏ（２）とすることで、分割好気槽Ｏ（１）で硝化反応と脱窒反応が同時に進行することによる分割好気槽Ｏ（１）流出の（NH₄-N＋NO_X-N）濃度を低減させる効果が大きくなるために好ましく、分割好気槽Ｏ（２）は分割好気槽Ｏ（１）の３分の１以下であることがより好ましい。

分割好気槽Ｏ（１）のDO設定値は１mg/L以下であることが好ましく、処理水窒素濃度を最小とする分割好気槽Ｏ（１）のDO設定値は０．５mg/L、さらに好ましくは、０．３mg/L以下である。DOセンサーを用いた場合、この様な低DOではセンサー測定誤差の影響が大きくなるため正確な空気量制御が困難になる。また、DOセンサーによる低DO値での空気量制御では好気槽Ｏ－２でのアンモニア性窒素（NH₄-N）の残留の危険性があり、処理水の水質悪化を招く可能性がある。

このような低DOでの空気量制御ではDOセンサーの代わりにアンモニアセンサーの適用が有効である。上流側の分割好気槽Ｏ（１）の空気量制御にアンモニアセンサーを使う場合、安定した空気量制御が可能となる他にアンモニア濃度を連続的に監視できるため、処理水へのアンモニア性窒素（NH₄-N）残留を避ける上でも有効な手段となる。なお、アンモニアセンサーは分割好気槽Ｏ（１）の末端に設置することが好ましい。

最初沈殿池越流水を原水として図４に示すステップ流入式多段硝化脱窒システム(処理フロー)１－４を用いて処理を行った。図４のシステム１－４は、水槽が６槽に分割されており、各水槽の容量は同じである。原水のアンモニア性窒素（NH₄-N）が日最大３０mg/L、日間平均１８～２４mg/Lの水質条件、で曝気槽の水温が２０～２３℃の条件において、返送比０．５、最終槽のMLSSを２，０００mg/Lに設定して結果について検討した。窒素除去性能の評価は６槽目からの流出水の（NH₄-N＋NO_X-N）濃度（以下、「処理水N濃度」とも記す）および窒素除去率（原水NH₄-N：日間平均値と、６槽目流出水のNH₄-N＋NO_X-N：日間平均値より算出）とした。

＜実施例１＞
原水（流入水）の流入を１槽目と４槽目に分割注入する２段ステップ処理の運転条件において、ステップ流入ゲートの開度を固定した従来法１と、ステップ流入開度を流入水量の変動に応じて経験的に人手で調整する従来法２と、４槽目の原水流入量をポンプによる送水によって一定量とした本願発明による方法と、下記する比較例との比較検討を行った。１槽目の原水流入量をＱ１、４槽目の原水流入量をＱ４とも記す。１槽目と４槽目を嫌気槽とし、２槽目と３槽目と５槽目と６槽目を好気槽とした。各好気槽のDO値を１mg/Lに設定し、空気量の制御を行った。

比較例は、４槽目への原水流入を無くし、原水が全量１槽目に流入する処理方式とした。
従来法１は、Ｑ１：Ｑ４＝６０：４０となるようにゲートの開度を経験的に調整し、原水量の変動によらず、ゲート開度を固定した。従来法１では目視により、明らかにＱ４が少なくなっている時間帯があることが確認でき、原水流量変動により、ステップ流入比率は時間的に変動していた。
従来法２では原水流量の変動に応じて、Ｑ１：Ｑ４＝６０：４０となるようにゲートの開度を経験的に適宜調整した。
本願発明による実施例１では、ポンプ送水によりＱ４を一定流量に保ち、残りの原水をＱ１として１槽目に流入させた。Ｑ４は日間流入水量平均値の４０%に設定した。

図５は、上記各運転方法の運転結果を示す図である。また下記する表１は、処理水Ｎ濃度の日間平均値および窒素除去率を示している。図５，表１に示すように、比較法に比べ、従来法１および従来法２では処理水N濃度が低く、ステップ流入式多段硝化脱窒法の効果が確認できた結果であった。さらに、本願発明である実施例１では従来法１および従来法２よりも処理水Ｎ濃度が低く、窒素除去率が高い結果であった。この結果から、最終ステップ工程の嫌気槽への原水の流入量を一定とすることで、脱窒処理に必要な炭素源不足は避けることが可能であり、また、５槽目および６槽目の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことが可能であるため、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理が達成できる本願発明の有効性が確認できた。

＜実施例２＞
原水（流入水）の流入を１槽目、３槽目、５槽目に分割注入する３段ステップ処理の運転条件において、ステップ流入ゲートの開度を固定した従来法３と、５槽目の原水流入量をポンプによる送水により一定量とした本願発明による方法（実施例２－１，２－２）との比較検討を行った。１槽目の原水流入量をＱ１、３槽目の原水流入量をＱ３、５槽目の原水流入量をＱ５とも記す。１槽目、３槽目、５槽目を嫌気槽、２槽目、４槽目、６槽目を好気槽とした。各好気槽のDO値を１mg/Lに設定し、空気量の制御を行った。

従来法３では、Ｑ１：Ｑ３：Ｑ５＝１：１：１（均等流入）となるようにゲートの開度を経験的に調整し、原水量の変動によらず、ゲート開度を固定した。従来法３では目視により、明らかにＱ３およびＱ５が少なくなっている時間帯があることが確認でき、原水流量変動により、ステップ流入比率は時間的に変動していた。
本願発明による実施例２－１では、ポンプ送水によりＱ５を一定流量として日間流入水量平均値の３３%に保ち、残りの原水がＱ１：Ｑ３＝１：１として１槽目および３槽目に流入する運転方法を用いた。Ｑ１とＱ３の流入量の調整はゲート開度の調整により行い、原水量の変動によらず、ゲート開度を固定した。実施例２－１では目視により、明らかにＱ３が少なくなっている時間帯があることが確認でき、原水流量変動によりＱ１とＱ３の流入比率は時間的に変動していた。
本願発明による実施例２－２では、ポンプ送水によりＱ３およびＱ５を一定流量としてそれぞれ日間流入水量平均値の３３%に保ち、残りの原水をＱ１として１槽目に流入する運転方法を用いた。

図６は、上記各運転方法の運転結果を示す図である。また下記する表２は、処理水Ｎ濃度の日間平均値および窒素除去率を示している。図６，表２に示すように、本願発明である実施例２－１および実施例２－２では、従来法３よりも処理水Ｎ濃度が低く、窒素除去率が高かった。この結果から、３段ステップ処理方式においても、最終ステップ工程の流入量を一定とすることで、脱窒処理に必要な炭素源不足は避けることが可能であり、また、６槽目の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことが可能であるため、安定したステップ流入式多段硝化脱窒処理が達成できる本願発明の有効性が確認できた。

また、本願発明である実施例２－１と実施例２－２では、処理水Ｎ濃度および窒素除去率はほぼ同じ値であった。本願発明を３段ステップ処理方式に適用する場合では、Ｑ５の流量を一定に保った状態であれば、Ｑ３を一定流量としてもよいが、Ｑ３の流量やＱ１とＱ３のステップ比率が変動しても処理水Ｎ濃度に与える影響は小さい。この結果は、安定した窒素除去を達成するために最終ステップ流入工程の流入量を一定流量とすることが極めて有効であることを示している。

＜実施例３＞
原水流入を１槽目と４槽目に分割注入する２段ステップ処理の運転条件において、５槽目の空気量制御をDO計によるDO制御とした場合のDO設定値による処理水Ｎ濃度低減効果について検討した。

４槽目の原水流入量をポンプによる送水による一定量Ｑ２とし、残りの原水をＱ１として１槽目に流入する。１槽目と４槽目を嫌気槽、２槽目、３槽目、５槽目、６槽目を好気槽とした。２槽目、３槽目、６槽目のDO値を１mg/L、５槽目のDO値を０．３～１．５mg/Lに設定し、空気量の制御を行った。Ｑ２は日間流入水量平均値の５０%に設定した。

図７は、上記各運転方法の運転結果を示す図である。図７の処理水Ｎ濃度は日間平均値である。図７から、５槽目のDO値を１mg/L以下にすることで、処理水Ｎ濃度が低減することが確認できた。これは５槽目のDO値を１mg/L以下に低減した状態で硝化を進行させる際の硝化脱窒同時進行による窒素濃度低減効果によるものである。本願発明の最終ステップ工程の流入量を一定とすることで、脱窒処理に必要な炭素源不足は避けることが可能であり、また、５槽目および６槽目の有機物負荷および窒素負荷を適正範囲に保つことが可能であるため、５槽目でDO値を１mg/L以下に低減した状態で硝化を進行させる際の硝化脱窒同時進行を実現することが可能となり、更なる処理水窒素濃度低減が達成可能になった。

＜実施例４＞
原水流入を１槽目と４槽目に分割注入する２段ステップ処理の運転条件において、５槽目の空気量制御をアンモニアセンサーによるNH₄-N濃度制御とした場合のNH₄-N設定値による処理水Ｎ濃度低減効果について検討した。なお、アンモニアセンサーは５槽目の末端に設置した。

４槽目の原水流入量をポンプによる送水による一定量Ｑ２とし、残りの原水をＱ１として１槽目に流入する。１槽目と４槽目を嫌気槽、２槽目、３槽目、５槽目、６槽目を好気槽とした。２槽目、３槽目、６槽目のDO値を１mg/L、５槽目のNH₄-Nを１～４mg/Lに設定し、空気量の制御を行った。Ｑ２は日間流入水量平均値の５０%に設定した。

図８は、上記各運転方法の運転結果を示す図である。図８の処理水Ｎ濃度は日間平均値である。図８から、５槽目の空気量制御をアンモニアセンサーによるNH₄-N濃度制御とすることで、５槽目のNH₄-N設定値が２～４mg/Lのときに処理水窒素濃度は６mg/L以下となり、実施例３のDO計による空気量制御の場合に比べ処理水窒素濃度の低減が可能であった。また、処理水窒素濃度が最少となる５槽目のNH₄-N設定値３mg/Lが存在した。

実施例４では実施例３と同様に、５槽目のDO値を１mg/L以下に低減した状態で硝化を進行させる際の硝化脱窒同時進行による窒素濃度低減効果により、処理水窒素濃度の低減が可能であった。５槽目のNH₄-N設定値が２～４mg/Lのときの５槽目DO測定値は０．０５～０．２mg/Lであり、この様な低DOではDOセンサー測定誤差の影響が大きくなるためDOセンサーによる正確な空気量制御が困難になることから、５槽目の低DO範囲での空気量制御ではDOセンサーの代わりにアンモニアセンサーの適用が有効であった。本願発明の低DO範囲での空気量制御にアンモニアセンサーを使う場合、安定した空気量制御が可能となる他に、アンモニア濃度を連続的に監視できるため、処理水へのNH₄-N残留を避ける上でも有効な手段となる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの構成であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、直列に連結するユニットの数は３以上の複数ユニットでもよい。また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１－１，１－２，１－３，１－４ ステップ流入式多段硝化脱窒システム
Ｎ－１，Ｎ－２，Ｎ－３ ユニット
Ａ－１，Ａ－２，Ａ－３ 嫌気槽
Ｏ－１，Ｏ－２，Ｏ－３ 好気槽
Ｏ（１） 上流側の分割好気槽
Ｏ（２） 下流側の分割好気槽
Ｒ 一定流量供給手段
Ｓ 沈殿池

Claims (6)

1. 嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に、水量が変動する流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒法において、
   最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を予め定めた一定流量に固定し、一方残りの変動する流入水は、前記最終のユニットより前段側の残りのユニットの嫌気槽へ前記変動に応じて分配注入されることを特徴とするステップ流入式多段硝化脱窒法。
2. 前記最終のユニットの嫌気槽への流入水の流入量は、日間流入量の２０～６０%であることを特徴とする請求項１に記載のステップ流入式多段硝化脱窒法。
3. 嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒法において、
   最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を一定流量とし、
   最終のユニットの好気槽を２槽に分割し、分割した２槽の内の上流側の好気槽のDO値が所定値以下になるように制御することによって、当該上流側の好気槽において硝化反応と脱窒素反応を同時に進行させることを特徴とするステップ流入式多段硝化脱窒法。
4. 前記上流側の好気槽のDO値が所定値以下になるように、当該上流側の好気槽のNH₄-N設定値を設定し、その設定値となるように、当該上流側の好気槽に供給する空気量を制御することを特徴とする請求項３に記載のステップ流入式多段硝化脱窒法。
5. 前記上流側の好気槽に供給する空気量の制御を、アンモニアセンサーを用いて行うことを特徴とする請求項４に記載のステップ流入式多段硝化脱窒法。
6. 嫌気槽と好気槽とを１ユニットとして、当該ユニットを複数直列に連結し、各ユニットの嫌気槽に、水量が変動する流入水を分配注入するステップ流入式多段硝化脱窒システムにおいて、
   最終のユニットの嫌気槽へ分配注入される流入水の流入量を予め定めた一定流量に固定する一定流量供給手段を設け、一方残りの変動する流入水を、前記最終のユニットより前段側の残りのユニットの嫌気槽へ前記変動に応じて分配注入することを特徴とするステップ流入式多段硝化脱窒システム。

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