JPH1177079A - 間欠曝気式活性汚泥法の制御方法 - Google Patents

間欠曝気式活性汚泥法の制御方法

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JPH1177079A
JPH1177079A JP9245143A JP24514397A JPH1177079A JP H1177079 A JPH1177079 A JP H1177079A JP 9245143 A JP9245143 A JP 9245143A JP 24514397 A JP24514397 A JP 24514397A JP H1177079 A JPH1177079 A JP H1177079A
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豊 森
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繁 初又
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の1槽式の回分式活性汚泥法と2個の曝気
槽と沈殿池から成る式間欠曝気式活性汚泥法との制御方
法では、水質、運転条件の変化でリンの除去率が悪くな
ることがある。本発明は水質や運転条件が悪くても、リ
ンの除去を良好に回復させる間欠曝気式活性汚泥法の制
御方法を提供することにある。 【解決手段】1槽式の回分式装置では反応槽に、2個の
曝気槽をもつ間欠曝気式活性汚泥法では第1曝気槽にp
H計を設置し、また、酸貯留槽とアルカリ貯留槽を設置
して、攪拌工程におけるpHの値を攪拌工程開始時の反
応槽内のpH値よりも低く制御することにより、適切な
リン放出量とリン吸収量が確保されるので、活性汚泥抜
き出しによるリンの除去を良好にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、下水や生活排水、
産業排水を生物学的に処理する方法で、特に排水中の窒
素およびリンを除去するプロセスの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】下水や生活排水の処理は有機物除去が主
体であり、活性汚泥法に代表される生物学的処理法が一
般に用いられてきた。しかし近年になって、湖沼等の閉
鎖性水域では富栄養化が大きな問題となっており、この
原因となる窒素、リンの除去が重要となってきた。その
ため、有機物に加えて窒素、リンを除去できる処理法が
活性汚泥法の改良法として開発されており、代表的な方
法としてはA2 O法、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活
性汚泥法などが挙げられる。これらの方法は、微生物が
好気条件、嫌気条件に交互におかれ有機物、窒素、リン
の除去がなされるため、嫌気好気活性汚泥法と総称され
ている。
【0003】ここで、窒素、リンの除去を目的とした下
水処理について、その原理を簡単に述べる。下水中の有
機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり、分解
除去される。窒素は好気性の条件下で、硝化菌の働きに
よりNH4 −N(アンモニア性窒素)がNO3 −N( 硝
酸性窒素)に酸化され、次いで嫌気性の条件下で脱窒菌
の働きによりNO3 −NがN2 (窒素ガス)に還元され
て除去される。硝化、脱窒の関係を整理すると次のよう
になる。 反応 窒素の形態 反応条件 微生物 硝化反応 アンモニア性窒素→硝酸性窒素 好気性(溶存酸素あり) 硝化菌 脱窒反応 硝酸性窒素→窒素ガス 嫌気性(溶存酸素なし) 脱窒菌 また、リンは反応槽では、運転条件を好気性と嫌気性と
に交互に変えることによって、細胞内にリンを多量に蓄
積する性質を持つ活性汚泥が反応槽内に作りだされ、こ
の活性汚泥を利用して除去する。すなわち、この活性汚
泥は、嫌気性条件下で水中の有機物を体内に貯蔵するた
めに、体内に貯蔵しているリンを放出し、好気性条件下
で体内に貯蔵してある有機物を利用して、水中のリンを
吸収する性質がある。リンを多量に吸収した活性汚泥を
余剰汚泥として処理系から除くことにより脱リンを行
う。この関係は下記のように整理することができる。 反応 槽内リン濃度 有機物 反応条件 リン除去 リン放出 増加 貯蔵 嫌気性(溶存酸素なし) − リン吸収 減少 消費 好気性(溶存酸素あり) 活性汚泥抜出し このように窒素、リンの除去においては、好気性、嫌気
性の2条件が不可欠であるが、厳密には脱窒のための嫌
気条件と脱リンのための嫌気条件とは異なっており、脱
窒が終了した反応槽内にNO3 −Nに起因する酸素分子
が無くなった後で活性汚泥からのリンの放出が起こり、
これが次の曝気工程におけるリンの吸収につながってい
る。
【0004】次に、小規模下水処理向けの代表的な回分
装置での嫌気好気式活性汚泥法について説明する。回分
装置を用いた活性汚泥法は回分式活性汚泥法といわれ、
その装置における窒素、リンの除去法は本発明者らが出
願した特開平7−136683号公報に記載されている
が、その概要は下記のように要約することができる。
【0005】図6は回分式活性汚泥法に用いられる装置
の要部構成を示す模式図であり、図6には装置構成とと
もに、水および空気の経路を実線の矢印、制御信号を点
線の矢印で表してある。図6において、この装置は主と
して、下水1が流入し処理が行われる反応槽2、処理水
3を排出する処理水排出装置4から構成される。制御系
は、溶存酸素濃度を測定するDO計5、DO測定値およ
び制御シーケンスに基づいてDO制御用のインバーター
6、曝気ブロア7、曝気攪拌装置8に制御信号を出力す
る制御装置9から成っている。
【0006】この装置における代表的な運転方法は、攪
拌・曝気の組み合わせ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理
水の排出工程からなる処理サイクル(以下、単にサイク
ルと記載することもある)の1サイクルを6時間に設定
し、サイクル開始後4時間内に反応槽2において攪拌、
曝気を断続的に数回繰り返し(断続曝気処理工程)、そ
の後、沈殿を1時間、処理水排出を1時間行うものであ
る。このサイクルの中の断続曝気処理期間に硝化、脱
窒、リン放出、リン吸収の反応が進行し、窒素、リンの
除去が行われる。こうした運転において、DOは水質や
運転条件にもよるが2mg/L程度に制御され、DOの
設定値が適切な場合は窒素、リンの除去は良好である。
【0007】また、排水が流入する第1曝気槽と、この
第1曝気槽に直列に連結した第2曝気槽の二つの曝気槽
を用い、その後に最終沈殿池を設けた装置と、その制御
方法を本発明者らが出願した特開平6−55190号公
報に記載してある。図7はこの特開平6−55190号
公報に記載の間欠曝気法および制御システムを説明する
ための装置の要部構成を示す模式図であり、図7を参照
して以下にその概要を述べる。図7において、水および
空気の経路を実線の矢印、制御信号系統を点線の矢印で
表わしてあり、この装置は主として、下水1が流入し活
性汚泥によって有機物、窒素、リンが除去される第1曝
気槽2aと第2曝気槽2b、重力沈降によって活性汚泥
が分離され処理水3が得られる最終沈殿池4、沈降した
活性汚泥を第1曝気槽2aに返送する返送汚泥ポンプ5
から構成されている。第1曝気槽2aと第2曝気槽2b
の容積比はおよそ1:1であり、処理水の滞留時間の合
計は16〜32時間である。制御系は第1曝気槽2a内
の酸化還元電位を測定するORP計6a、第2曝気槽2
b内の酸化還元電位を測定するORP計6b、それらの
値に基づいて第1曝気ブロワ7a、第2曝気ブロワ7
b、第1攪拌ポンプ8a、第2攪拌ポンプ8bヘの制御
信号を出力する制御装置9から成っている。
【0008】この装置における代表的な制御方法は、曝
気時間を1時間に設定するとともに、曝気時間における
第1曝気槽2aのDOを0.2mg/Lに設定してDO
制御を行ない、攪拌時間については第2曝気槽2bのO
RPの変化率を測定し、ORPの屈曲点を演算により検
出して、検出後直ちに攪拌を停止して曝気を開姶し、し
かも、第1曝気槽2aと第2曝気槽2bの曝気、攪拌は
連動させている。
【0009】処理過程は、第1曝気槽2aでは低DO制
御を行ない、硝化と脱窒を同時に進行させ(好気性脱
窒)、第2曝気槽2bはDOを2〜3mg/L程度とし
て硝化を積極的に進行させ、また同時に活性汚泥ヘのリ
ンの吸収を行なう。そして1時間経過後、自動的に攪拌
工程に移行する。攪拌工程は、第1曝気槽2aでは先の
曝気工程で好気性脱窒が進行しているため、NO3 −N
は低濃度であり、短時間で脱窒が終了し、その後活性汚
泥からのリンの放出が行なわれる。また第2曝気槽2b
では有機物濃度が低くなっているため、ゆっくりと脱窒
が進行し、同時にORPが低下して行く。ORPは脱窒
が終了した時点で届曲点を持つので、この屈曲点を検出
して、攪拌を停止し曝気に移行する。したがって、第2
曝気槽2bではリンの放出はほとんど起こらない。即
ち、攪拌工程では主として第1曝気槽の2aでリンの放
出、第2曝気槽2bで脱窒を行うものである。以上の方
法は曝気槽を2槽としているため、曝気槽が1槽の場合
に比べて、原水が未処理のまま放流される場合が少ない
という特徴も持っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上、回分式活性汚泥
法と、反応槽を2つ直列に接続した装置の場合の間欠曝
気式活性汚泥法との制御方法について説明したが、水
質、運転条件が変わることでリンの除去が悪くなること
がある。細胞内にリンを多量に蓄積する脱リン菌が十分
に存在し生物学的なリンの吸収と放出が行われているに
も関わらず、リンの除去が不十分になることがある。何
らかの原因で脱リン菌がリン吸収のために貯蔵する有機
物が少なくなり、生物学的なリンの放出と吸収は起こっ
ているが、放出したリンの量と吸収するリンの量が同
じ、または、吸収するリンの量が少なくなり、処理水中
のリンを完全に吸収できなくなってしまうという問題が
ある。
【0011】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、リンの除去が不良になった場
合、リンの除去を良好に回復させる間欠曝気式活性汚泥
法の制御方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の制御方法は、以下の如く行う。第1の発
明は、排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の組合せ
工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる
処理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装置を用
いて、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚
泥法の制御方法において、pH計を設置し、攪拌工程に
おけるpHの値を攪拌工程開始時の反応槽内のpHより
も低くすることとする。
【0013】この第1の発明の制御方法は、所定の時間
(例えば1時間)に設定された攪拌工程では槽内に硝酸
がなくなった時点で、リンの放出が起こる。一般にpH
が一定であれば、リンの放出量は脱リン菌が体内に貯蔵
する有機物量と比例するが、反応槽内の有機物量が一定
の場合は、図5に示すように、pHが通常よりも高い時
には、有機物が微生物の細胞膜を通過するためのエネル
ギーが通常よりも多く必要で、単位時間に放出するリン
の量は多くなり、リンの放出速度が速くなる。この時、
体内に蓄積される有機物は少なく有機物摂取速度は遅く
なる。逆にpHが通常よりも低い時には、有機物が微生
物の細胞膜を通過するためのエネルギーが通常よりも少
なくてすみ、単位時間に放出するリンの量は少なく、リ
ンの放出速度は遅くなる。この時、体内に蓄積される有
機物は多く有機物摂取速度が速くなる。よって、攪拌工
程において、反応槽内のpHを低く制御することで、有
機物の摂取効率を高くすることができる。このことによ
って、pHの低い方が有機物の貯蔵量が多く、同じ有機
物を貯蔵するためのリン放出量を少なくでき、微生物が
貯蔵する有機物量に比例して、吸収できるリンの量が多
くなり、曝気行程で吸収しなくてはならないリンの量を
少なくすることができる。
【0014】第2の発明は、排水を曝気槽へ流入させ
て、曝気を行う好気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌
気状態を交互に繰返して処理を行った後、この処理水を
最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送する
と共に、余剰汚泥として引き出し、排水中の窒素、リン
を除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、
排水が流入する第1曝気槽とこの第1曝気槽に直列に連
結した第2曝気槽を用いて処理を行う装置において、第
1曝気槽にpH計を設置し、攪拌工程におけるpHの値
を攪拌工程開始時の反応槽内のpHよりも低くすること
とする。
【0015】この第2の発明の制御方法は、第1の発明
と同じで、第1曝気槽の攪拌工程すなわちリン放出工程
において反応槽内のpHを通常よりも低く制御して有機
物の蓄積量を多くして、リン除去が不良の時に、リン放
出量を少なくして、吸収しなくてはならないリンの量を
少なくすれば、第2曝気槽でのリン吸収を円滑に行わせ
ることができる。
【0016】以上の方法によれば、適切なリン放出量と
リン吸収量が確保されるのでリン除去が不良なときにリ
ンの除去を良好にすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明による間欠曝気式活
性汚泥法の実施例を図面を参照して説明する。図1は本
発明が適用される間欠曝気式活性汚泥法の回分式装置お
よび制御システムの要部構成を示す模式図である。図1
において、この装置は図6に示した装置と基本的に同じ
であるが、異なる点は、酸添加ポンプ11と酸貯溜槽1
2とアルカリ添加ポンプ13とアルカリ貯溜槽14を設
置したことである。
【0018】図2に第1の発明の制御方法を用いた場合
のリン、pHの変化を示す。図2(a)にリン濃度PO
4 −Pの、図2(b)にpHのそれぞれの時間経過特性
を示す。基本的に1サイクルは1時間の攪拌、1時間の
曝気、1時間の攪拌、1時間の曝気、1時間の沈殿、1
時間の排出の合計6時間の工程からなる。サイクル開始
時に下水の流入を行なうと同時に攪拌工程が始まり、脱
窒が完了してからPO 4 −Pの放出が行われる。攪拌工
程が終了すると、曝気工程になりPO4 −Pの吸収がは
じまる。この攪拌工程開始時に、攪拌工程開始時のpH
の値よりも反応槽内のpHが0.5程度低くなるように
酸添加ポンプ11を用いて酸貯溜槽12から反応槽に酸
を添加して、反応槽内のpHを低くする。pHを低くす
ることで有機物が細胞膜を通過するエネルギーを少なく
することができ、有機物の摂取速度が速くなる。そのた
め少ないリンの放出量で多くの有機物を貯蔵することが
できる。pHが低い場合、放出したリンの量が同じであ
れば、pHの低い方が微生物の貯蔵した有機物は多い。
貯蔵有機物が多いとそれに比例して、リン吸収量も多い
と考えられている。攪拌工程が終了すると低くした反応
槽内のpHをもとの値になるようにアルカリ添加ポンプ
13を用いてアルカリ貯溜槽14から反応槽にアルカリ
を添加して、反応槽内のpHをもとに戻す。この攪拌、
曝気工程を二回繰り返したあと活性汚泥と処理水を分離
する沈殿工程に移り、その後、上澄水を排出する。ま
た、1サイクル中の攪拌・曝気がそれぞれ1回の制御方
法においても適応可能である。
【0019】図3は本発明が適用される間欠曝気式活性
汚泥法の第1、第2曝気槽を用いた装置および制御シス
テムの要部構成を示す模式図である。図3において、こ
の装置は図7に示した装置と基本的に同じであるが、異
なる点は酸添加ポンプ11と酸貯溜槽12とアルカリ添
加ポンプ13とアルカリ貯溜槽14を設置したことであ
る。
【0020】図4に第2の発明の制御方法を用いた場合
のリン、pHの変化を示す。図4(a)に第1曝気槽の
リン濃度PO4 −Pの、図4(b)に第1曝気槽のpH
の、また、図4(c)に第2曝気槽のリン濃度PO4
Pの、図4(d)に第2曝気槽のpHの、それぞれの時
間経過特性を示す。基本的に1サイクルは2時間から成
り、第1曝気槽では30分の曝気、1時間30分の攪
拌、第2曝気槽では1時間の曝気、1時間の攪拌工程か
らなる。下水の流入は断続的に第1曝気槽に行われる。
第1曝気槽ではサイクル開始時に曝気工程が始まり、リ
ン吸収と硝化が始まる。30分後、曝気工程に移り脱窒
が行われる。この間、反応槽内に硝酸性窒素が残ってい
るためリンの放出は起こらない。脱窒終了後リンの放出
が起こる。ORP計の出力から屈曲点を検出した後、攪
拌工程開始時のpHの値よりも反応槽内のpHが0.5
程度低くするように酸添加ポンプ11を用いて酸貯溜槽
12から反応槽に酸を添加して、反応槽内のpHを低く
する。pHを低くすることで脱リン菌が貯蔵する有機物
の量を多くすることが可能になる。第2曝気槽では、サ
イクル開始時にリン吸収と硝化のための曝気工程が始ま
り、第1曝気槽のORP屈曲点が検出されるまでの約1
時間行われる。この間、第1曝気槽から第2曝気槽に流
入する下水のリン濃度は低く、第2曝気槽内のリン濃度
はほぼゼロである。第1曝気槽のORP屈曲点検出後攪
拌工程に移行する。攪拌工程では脱窒が行われ、第2曝
気槽のORP屈曲点検出まで攪拌工程が行われる。第2
曝気槽のORP屈曲点検出後、第1曝気槽、第2曝気槽
ともサイクルが元に戻る。この時、第1曝気槽で低くし
た反応槽内のpHをもとの値になるようにアルカリ添加
ポンプ13を用いてアルカリ貯溜槽13から反応槽にア
ルカリを添加して、反応槽内のpHをもとに戻す。
【0021】リンの放出は微生物が有機物を細胞内に貯
蔵する反応と関係しており、リンの放出速度は反応槽内
のpHに影響を受ける。図5はpHを変化させた場合の
リン濃度の変化である。pHが通常より高い場合、有機
物が細胞膜を通過するためのエネルギーが多く必要で、
リン放出量は多くなり、貯蔵有機物量は少なくなる。ま
た、pHが通常より低い場合、有機物が細胞膜を通過す
るエネルギーが少なくてすみ、リン放出量は少なく、貯
蔵有機物量は多くなる。一般的に、リンの放出量は、p
Hと貯蔵有機物の量に関係し、リン吸収量は貯蔵有機物
量に関係している。pHが同じであれは、リン放出量が
多いほど貯蔵有機物が多く、リン放出量が同じであれ
ば、pHが低いほど貯蔵有機物が多い。リンの吸収量は
pHにはほとんど影響されず、微生物が貯蔵している有
機物量が多い場合、吸収量も多い。下水のpHは7.0
前後であるから、攪拌工程においてpHを6.5程度に
制御して、リン放出量を少なくして、有機物の貯蔵量を
多くすることで、攪拌時間で適切なリン放出量を確保で
き、次に続く、曝気工程でのリン吸収量を多くすること
が可能で、リンの除去が不良の時に、リンの除去を回復
することができる。
【0022】
【発明の効果】従来の間欠曝気式活性汚泥法の制御方法
ではリン放出、吸収が行われているにも関わらず、処理
水のリン除去率が悪い現象が起きるという問題があっ
た。これに対処するためになされた本発明の制御方法
は、以下の利点を有する。即ち、第1の発明の制御方法
は、排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の組合せ工
程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程からなる処
理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装置を用い
て、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥
法の制御方法において、pH計を設置し、攪拌工程にお
けるpHの値を攪拌工程開始時の反応槽内のpHよりも
低くすることで、少ないリン放出量で多くの有機物を貯
蔵し、曝気工程でのリンの負荷を軽減することができ
る。
【0023】また、第2の発明の制御方法は、排水を曝
気槽へ流入させて、曝気を行う好気状態と曝気を停止し
て攪拌を行う嫌気状態を交互に繰返して処理を行った
後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は
曝気槽へ返送するとともに、余剰汚泥として引き出し、
排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の
制御方法において、排水が流入する第1曝気槽とこの第
1曝気槽に直列に連結した第2曝気槽を用いて処理を行
う装置において、第1曝気槽にpH計を設置し、攪拌工
程におけるpHの値を攪拌工程開始時の反応槽内のpH
よりも低くすることによって、第1曝気槽で適切なリン
放出を行うことができ、第2曝気槽のリン吸収を確実に
行うことができる。
【0024】以上の事で、通常の運転制御方法でリン除
去が不良になった場合、本発明の制御方法を用いること
で、リン放出量よりも吸収量を多くでき処理水のリン除
去を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の制御方法が適用される装置の要部
構成を示す模式図。
【図2】第1の発明の制御方法を適用した装置の反応槽
における水質とpHの変化を示し、(a)はPO4 −P
の、(b)はpHの、それぞれ時間経過に対する関係線
図。
【図3】第2の発明の制御方法が適用される装置の要部
構成を示す模式図。
【図4】第2の発明の制御方法を適用した装置の反応槽
における水質とpHの変化を示し、(a)は第1曝気槽
のリン濃度PO4 −Pの、(b)は第1曝気槽のpH
の、(c)は第2曝気槽のリン濃度PO4 −Pの、
(d)は第2曝気槽のpHの、それぞれ時間経過に対す
る関係線図。
【図5】pHの違いによるリン放出量の変化を示す関係
線図。
【図6】従来の制御方法が適用される装置の要部構成を
示す模式図。
【図7】従来の制御方法が適用される装置の要部構成を
示す模式図。
【符号の説明】
1 : 下水 2 : 反応槽 2a: 第1曝気槽 2b: 第2曝気槽 3 : 処理水 4 : 処理水排出装置 4a: 最終沈殿池 5 : DO計 5a: 返送汚泥ポンプ 6 : インバーター 6a: 第1のORP計 6b: 第2のORP計 7 : 曝気ブロア 7a: 第1曝気ブロア 7b: 第2曝気ブロア 8 : 曝気攪拌装置 8a: 第1攪拌ポンプ 8b: 第2攪拌ポンプ 9 : 制御装置 10 : pH計 11 : 酸添加ポンプ 12 : 酸貯溜槽 13 : アルカリ添加ポンプ 14 : アルカリ貯溜槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 初又 繁 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐々木 康成 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排水が流入する反応槽内で、攪拌・曝気の
    組合せ工程、活性汚泥の沈殿工程、処理水の排出工程か
    らなる処理サイクルを繰返して排水を処理する回分式装
    置を用いて、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式
    活性汚泥法の制御方法において、pH計を設置し、攪拌
    工程におけるpHの値を攪拌工程開始時の反応槽内のp
    Hよりも低くすることを特徴とする間欠曝気式活性汚泥
    法の制御方法。
  2. 【請求項2】排水を曝気槽へ流入させて、曝気を行う好
    気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰
    返して処理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放
    流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送するとともに、余剰汚
    泥の引き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気
    式活性汚泥法の制御方法において、排水が流入する第1
    曝気槽とこの第1曝気槽に直列に連結した第2曝気槽を
    用いて処理を行う装置において、第1曝気槽にpH計を
    設置し、攪拌工程におけるpHの値を攪拌工程開始時の
    反応槽内のpHよりも低くすることを特徴とする間欠曝
    気式活性汚泥法の制御方法。
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