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公開番号2025011702
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023113963
出願日2023-07-11
発明の名称廃水の生物処理装置、及び、曝気風量を制御する装置及び方法
出願人三機工業株式会社,独立行政法人国立高等専門学校機構
代理人弁理士法人高田・高橋国際特許事務所
主分類C02F 3/12 20230101AFI20250117BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するN₂Oの排出量を確実に低減できるようにする。
【解決手段】曝気装置30の曝気風量と、好気槽4で処理される廃水の水量と、好気槽4の溶存態N₂O又はガス態N₂Oの濃度とをそれぞれ測定する。そして、水量の測定値と曝気風量の測定値と溶存態N₂O又はガス態N₂Oの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりN₂O排出量を算出する。制御装置10は、単位処理水量当たりN₂O排出量が所定の閾値以上である場合、曝気風量を低下させるように曝気装置30を操作する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
好気槽を用いた生物処理装置であって、
前記好気槽内を曝気する曝気装置と、
前記曝気装置の曝気風量を測定する風量センサと、
前記好気槽で処理される廃水の水量を測定する水量センサと、
前記好気槽の溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度を測定するＮ
２
Ｏ濃度センサと、
前記曝気装置の操作によって前記曝気風量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させることと、を実行するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記Ｎ
２
Ｏ濃度センサは溶存態Ｎ
２
Ｏの濃度を測定するセンサであって、前記好気槽のアンモニア硝化領域の水中に設置されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記Ｎ
２
Ｏ濃度センサはガス態Ｎ
２
Ｏの濃度を測定するセンサであって、前記好気槽のアンモニア硝化領域の水面に設置されたガス捕集装置に接続されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記好気槽は少なくともアンモニア硝化領域と他の領域とが隔壁で分離され、
前記曝気装置は前記アンモニア硝化領域内の前記曝気風量を前記他の領域とは独立して変更可能に構成され、
前記Ｎ
２
Ｏ濃度センサは前記アンモニア硝化領域の溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度を測定するように配置され、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量が前記閾値以上である場合、前記アンモニア硝化領域内の前記曝気風量を低下させる
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記曝気風量を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記水量の測定値に対する前記曝気風量の測定値の比を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記好気槽の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記溶存酸素濃度の測定値を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。
【請求項８】
好気槽内を曝気する曝気装置の曝気風量を制御する制御装置であって、
前記曝気風量の測定値を取得することと、
前記好気槽で処理される廃水の水量の測定値を取得することと、
前記好気槽の溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度の測定値を取得することと、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させるように前記曝気装置を操作することと、を実行するように構成されている
ことを特徴とする曝気風量の制御装置。
【請求項９】
好気槽の曝気風量の制御方法であって、
前記曝気風量を測定することと、
前記好気槽で処理される廃水の水量を測定することと、
前記好気槽の溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度を測定することと、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ
２
Ｏ又はガス態Ｎ
２
Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ
２
Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させることと、を含む
ことを特徴とする曝気風量の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、好気槽内への曝気により有機物を酸化分解する廃水の生物処理装置と、その曝気風量を制御する装置及び方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
下水を含む廃水の処理には、好気性微生物を活用した生物処理装置が用いられている。生物処理装置が備える好気槽（あるいは曝気槽）内には好気性微生物がフロック化した活性汚泥が浮遊している。ここに有機性の廃水が酸素を含む空気等の気体とともに供給されることで、廃水中の有機物は酸化分解されて廃水は浄化される。
【０００３】
ただし、酸素を含む気体の供給、すなわち、曝気は非常に動力を要する。例えば、下水処理場の使用電力の約半分が曝気に起因している。曝気風量は送風量、送風倍率、及び溶存酸素濃度（ＤＯ）のいずれかを一定とするように制御されるのが一般的な方法である。
【０００４】
生物処理装置の処理方式には、標準法、ＡＯ法、Ａ２Ｏ法等のように目的に応じたいくつかの方式が存在する。一般的な処理方式である標準法とＡＯ法では、Ｎ－ＢＯＤが問題となる場合、その対策として硝化促進運転が行われている。硝化促進運転により、廃水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素まで酸化することができる。ただし、硝化促進運転では、曝気風量が硝化抑制運転の１．７倍程度に増加する。そのため、Ｎ－ＢＯＤが問題とならない場合は、省エネのために硝化抑制運転が行われる。
【０００５】
ところが、硝化抑制運転を行う場合、有機物が十分処理されたことを示す指標とするため、部分硝化が進行するよう運転が行われるケースがある。また、送風量一定制御、送風倍率一定制御、或いはＤＯ一定制御で曝気風量が制御される結果、意図せず部分硝化が進行してしまうケースもある。
【０００６】
図１７は、廃水を標準法で処理した場合の好気槽内の各地点における水質の測定例を示している。測定点は流入水、有機物吸着・分解領域、有機物分解領域、アンモニア硝化領域、及び処理水の五地点である。測定した水質は有機物濃度、ＤＯ、無機態窒素、及び溶存態の亜酸化窒素（Ｎ
２
Ｏ）である。この図に示すように、曝気により供給される酸素は、まず、有機物の酸化分解のために消費される。そして、有機物の分解が十分に達成されるとＤＯが上昇し、その領域においてアンモニア態窒素の硝化が進む。アンモニア態窒素の硝化が進むアンモニア硝化領域では、亜硝酸態窒素、及び硝酸態窒素が発生するとともに、Ｎ
２
Ｏも発生する。
【０００７】
アンモニア態窒素の硝化には、図１８に示すように、ヒドロキシルアミンの酸化によって亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素に至るルートとヒドロキシルアミンの酸化によって副生成物としてＮ
２
Ｏに至るルートがある。前述のような部分硝化を進行させる運転はＮ
２
Ｏの発生の原因となる。Ｎ
２
Ｏは二酸化炭素の約３００倍の温暖化係数を持つ温室効果ガスであるため、地球温暖化の防止のためにはＮ
２
Ｏの排出を抑制することが求められる。
【０００８】
図１９はＮ
２
Ｏの排出量を経時的にモニタリングした結果の一例を示す。この例ではＤＯ一定制御で曝気風量が制御されている。時間が経過することでＮ
２
Ｏの排出量は低下する傾向にはあるが絶えず増減を繰り返しておりゼロに近い値まで収束するには至っていない。つまり、Ｎ
２
Ｏの排出量の低減を目的とした何らかの積極的な制御を行わない限り、成り行きによるＮ
２
Ｏの排出量の低減には限界がある。
【０００９】
特許文献１には、Ｎ
２
Ｏの排出量を制御することを目的とした技術が開示されている。特許文献１に開示されている従来技術では、ガス態Ｎ
２
Ｏの濃度をモニタリングし、その濃度の上昇に基づいて反応槽内に供給する曝気風量を減少させることが行われている。しかし、Ｎ
２
Ｏは当初は溶存態として液中に存在し、曝気空気との濃度差や気液接触によるストリッピングでガス態へ移行し大気中へ排出される。そのため、液とガスの濃度差の他、廃水の水量と曝気風量のバランスもガス態Ｎ
２
Ｏの濃度に影響を与える因子となる。また、水量や曝気風量は時々刻々と変化し、常に一定ではない。そのため、ガス態Ｎ
２
Ｏ濃度の上昇に基づいた曝気風量の制御では、Ｎ
２
Ｏの絶対量を確実に減らすことができるとは限らないし、曝気風量を過度に減少させて有機物の分解に悪影響を及ぼしてしまう虞もある。つまり、特許文献１に開示されている従来技術には改善の余地がある。
【００１０】
特許文献１の他にも、本出願の出願時の技術レベルを知る上での参考となりうる先行技術文献として、例えば、特許文献２乃至４を列挙することができる。しかし、特許文献１と同様、特許文献２乃至４の何れにも、好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ
２
Ｏの排出量を確実に低減できる技術は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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