JP5377224B2

JP5377224B2 - ガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法

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Publication number: JP5377224B2
Application number: JP2009247715A
Authority: JP
Inventors: 勇治古屋; 良春田中; 重浩鈴木; 祐介大嶽
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011092831A

Description

本発明は、ガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法に係り、特に、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内で発生する亜酸化窒素ガスの発生量を低減するシステム等に関する。

下水処理においては、生活廃水、工場排水等の下水中に含まれるアンモニア性窒素の硝化のために、従来より好気性微生物を利用したいわゆる好気処理が行われている。この好気処理は、反応槽内の下水に硝化菌等の好気性微生物を投入し、又は下水中に元々存在する好気性微生物を利用して、酸素環境下で分解処理を行うものである。

例えば、最初沈殿池で沈殿汚泥が除去された下水は反応槽に送られて反応槽内で好気処理される。その際、好気性微生物が酸素を利用してアンモニア性窒素を硝化し、増殖しつつ硝酸又は亜硝酸を作成する。増殖した好気性微生物はフロックを形成し、活性汚泥として反応槽内に滞留し、最終沈殿池で沈殿する。その活性汚泥の一部は、集められて除去され、汚泥焼却工程において焼却処理される。活性汚泥が除去された上澄水は、次の処理のために最終沈殿池へと送られる。

この反応槽においては、硝化反応を促進するために、エアレーションがよく行われる。エアレーションは、反応槽内の下水中へ空気又は酸素を供給することにより行われ、それにより、下水の溶存酸素濃度を上昇させて好気性微生物の反応を促進する。

一方、反応槽における好気処理において、亜酸化窒素ガス（Ｎ_２Ｏガス、一酸化二窒素ガスとも言う。）が発生することが知られている。この亜酸化窒素ガスは温室効果ガスであり、その温室効果は二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの約３１０倍と非常に高い。したがって、反応槽での処理において、亜酸化窒素ガスの発生を抑制することが、地球環境保護の観点から急務とされている。

例えば、硝化処理で発生する気体亜酸化窒素を回収して吸収液に溶解した後、吸収液を脱窒処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、硝化槽で発生する亜酸化窒素ガスの含有ガスを嫌気性の脱窒槽に導入して還元処理する前に、脱窒菌の反応を阻害する酸素を酸素除去装置で除去する方法が提案されている。（例えば、特許文献２を参照。）。更に、亜酸化窒素を含有する気体を吸収液に溶解させ、その吸収液を嫌気性条件下で処理する工程を含むことにより、気体中の亜酸化窒素を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。

特開平１０−１２８３８９号公報特開２０００−２４６０５５号公報特開２００２−２０４９２６号公報

しかしながら、上記特許文献１，３等においては、硝化処理において発生した亜酸化窒素を、吸収液等を介在させることにより別途嫌気槽へと移動させ、その嫌気槽内で脱窒処理を行っている。したがって、亜酸化窒素を移送する移送手段等を別途準備する必要があるという問題がある。

また、上記特許文献２においては、脱窒菌の反応を酸素が阻害するという理由から、亜酸化窒素の脱窒処理前に酸素を除去することが前提となっている。したがって、硝化槽で発生するガスから酸素を除去する酸素除去装置が必要とされている。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、硝化槽内での脱窒反応を促進するという従来にない思想に基づき、硝化槽からの発生亜酸化窒素ガス量を簡便かつ低コストに低減することのできるガス発生量低減システム及びガス発生量低減方法を提供することを例示的課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としてのガス発生量低減システムは、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減システムであって、反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、下水内に炭素源を供給する炭素源供給手段と、反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段と、濃度検出手段による検出濃度の変化および滞留時間検知手段により検知された滞留時間の変化に基づき、反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御する制御手段と、を備える。

反応槽（好気槽、すなわち硝化槽）内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、好気槽内での脱窒反応を炭素源供給により促進することができる。好気槽内での脱窒不充分に起因する亜酸化窒素ガスの増大を防止し、下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができる。結果的に、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。

より詳細に説明すると、反応槽内、すなわち好気槽内では好気性微生物による硝化反応が行われるが、同時に嫌気性微生物（脱窒菌）による脱窒反応も行われている。好気性微生物による硝化反応によりアンモニア性窒素から亜硝酸や硝酸が生成され、嫌気性微生物による脱窒反応によりその亜硝酸等が脱窒されて窒素と二酸化炭素が生成される。

しかしながら、脱窒反応が不充分となると、亜硝酸等が亜酸化窒素にまでしか脱窒されず、亜酸化窒素ガスの発生量が増大してしまう。しかしながら、亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、脱窒を促進する炭素源をその検出濃度に応じて好気槽内に供給すれば、充分な脱窒が行われ、亜酸化窒素ガスの発生が抑制される。

本発明に係るガス発生量低減システムは、下水処理設備における好気槽に適用することができるが、その下水処理設備としては、未硝化型、硝酸型、亜硝酸型、硝化脱窒型等の種々の設備を包含することができる。また、下水処理設備は、下水が最初沈殿池から反応槽を経由して更に最終沈殿池へと送られるものや沈殿槽を兼ねた回分式反応槽を有するものを含む。反応槽内で好気処理のみを行う標準法に係るもの以外にも、反応槽内で嫌気処理や再曝気処理を行うことにより、脱窒処理を実現する高度処理法（ＡＯ法、Ａ２Ｏ法、ＡＯＡＯ法等）に係るものも含む。いわゆる標準活性汚泥法、循環式硝化脱窒法、ステップ流入式ＡＯＡＯ法、ステップ流入式Ａ２Ｏ法に係る処理設備も含む。

濃度検出手段は、亜酸化窒素ガス濃度を検出可能な公知の濃度センサーを適用することができる。また、制御手段は、典型的にはコンピュータであるが、もちろん汎用のコンピュータであっても、本発明に係る制御アルゴリズムに基づいて動作指令を送出する専用コンピュータ（ＣＰＵ）であってもよい。

炭素源が、アルコールであってもよい。

アルコールの供給により、嫌気性微生物の反応を効率的に促進することができ、亜硝酸や硝酸、亜酸化窒素の脱窒を効率的に行うことができる。なお、アルコールには、メタノール、エタノールを含む。なお、硝酸の脱窒過程においてアルコールを炭素源として供給した場合の化学反応は、以下の化学式で表される。

＜化１＞
６ＮＯ_３ ⁻ ＋５ＣＨ_３ＯＨ → ３Ｎ_２＋５ＣＯ_２＋７Ｈ_２Ｏ＋６ＯＨ⁻
一方、亜酸化窒素の脱窒過程においてアルコールを炭素源として供給した場合の化学反応は以下の化学式で表される。

＜化２＞
３Ｎ_２Ｏ＋ＣＨ_３ＯＨ → ３Ｎ_２＋ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
炭素源の供給位置が、反応槽内の下水における脱窒反応領域近傍であってもよい。

好気槽内では、必ずしも万遍なく均一に硝化反応が発生しているとは限らない。一般的には、好気槽へはエアレーションにより空気供給を行うが、好気槽内を撹拌したとしてもその溶存酸素量（空気量）にはばらつきが発生してしまう場合がある。好気槽内の下水における溶存酸素量の高い領域では充分な硝化反応が行われて亜酸化窒素ガスの発生量が抑制される。

しかしながら、好気槽内での溶存酸素量の低い領域では硝化反応が不充分となってしまい、以下の化学式に示すように多くの亜酸化窒素ガスが発生してしまう。

＜化３＞
ＮＨ_４−Ｎ → ＮＯ_２−Ｎ＋Ｎ_２Ｏ

＜化４＞
ＮＯ_２−Ｎ → Ｎ_２Ｏ → Ｎ_２
ここで、溶存酸素量の低い領域では、脱窒反応が生じていると考えられる。すなわち、溶存酸素量の低い領域は脱窒反応領域と換言することができる。この脱窒反応領域において充分な脱窒反応が行われると、上記化学式２に示すように、亜酸化窒素も脱窒されて、窒素と二酸化炭素が生成される。

しかしながら、脱窒が不充分であると、硝化により発生した亜酸化窒素が分解されず、亜酸化窒素ガスの発生量が増大してしまう。また、硝化により生成された亜硝酸等も亜酸化窒素にまでしか脱窒されない。この脱窒反応領域の近傍に炭素源を供給することにより、効率的に脱窒反応を促進することができる。その結果、好気槽内での脱窒反応促進により亜酸化窒素ガス発生量の低減を実現することができる。

反応槽が、空気供給により下水を旋回させる旋回流式反応槽であり、かつ、空気供給位置から炭素源供給位置までの旋回軌道に沿った距離が、炭素源供給位置から空気供給位置までの旋回軌道に沿った距離よりも長く設定されていてもよい。

エアレーション（空気供給）により、好気槽内での下水の硝化反応を促進することができる。また、この好気槽が旋回流式となっていることにより、撹拌効果を得ることができて、空気を下水内に充分に行き渡らせることができる。

しかしながら、硝化反応により溶存酸素が消費されるに従って、下水内は無酸素（又は低酸素）の状態となる。空気供給位置の旋回軌道に沿った直前部分の領域が最も酸素濃度の低い領域である。したがって、脱窒反応領域は、空気供給位置から見て旋回軌道に沿った後半部分領域となる。

炭素源供給位置が、空気供給位置から見て旋回軌道に沿った後半部分領域に配置された場合、すなわち、空気供給位置から炭素源供給位置までの旋回軌道に沿った距離が、炭素源供給位置から空気供給位置までの旋回軌道に沿った距離よりも長い場合に、供給炭素源が有効に脱窒反応に消費されて脱窒を促進することができる。結果的に亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。

なお、好気槽への空気供給は、下水中に配置した多孔質のヘッドから空気を放出する散気装置によって行われる場合や、下水中への空気噴射と撹拌とを行うエアレータによって行われる場合を含む。また、反応槽内での硝化反応には酸素が必要であるので、空気供給の代わりに酸素供給を行ってもよい。

反応槽が、下水の旋回を整形するための隔壁をその槽内に有し、かつ、空気供給位置と炭素源供給位置とが、隔壁を挟んで反対側に配置されてもよい。

好気槽内に、望ましくはその略中央部分に隔壁を有し、隔壁の一方側に空気供給を行えば、隔壁の周囲を回転するような旋回流を整形することができる。その場合において、隔壁の他方側に炭素源供給位置を設定すれば、無酸素又は低酸素領域における脱窒反応を効率的に促進することができる。

制御手段が、下水に対する空気供給量の体積比減少に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。

下水に対する空気供給量が体積比で減少すると、硝化菌と酸素との接触時間が短くなって硝化反応が不充分となり易く、亜酸化窒素ガス発生量の増大に繋がり易い。ここで、炭素源供給量を増大させて脱窒反応を促進すれば、亜硝酸や亜酸化窒素の脱窒、すなわち窒素と二酸化炭素への分解が進み、結果として亜酸化窒素ガス発生量の低減に貢献することができる。

制御手段が、検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。

亜酸化窒素ガスの検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させるので、脱窒反応が促進され、亜硝酸や亜酸化窒素の脱窒、すなわち窒素と二酸化炭素への分解が進み、結果として、亜酸化窒素ガスの発生を抑制する制御を実現することができる。

滞留時間検知手段が反応槽における下水の滞留時間を検知するので、その滞留時間の変化、すなわち滞留時間が増加傾向にあるか又は減少傾向にあるかを把握することができる。そして、その滞留時間の変化及び検出濃度の変化に基づき、好気槽内の下水に供給する炭素源量を制御することにより、好気槽内での脱窒反応を適正に行って亜酸化窒素ガスの発生量を低減することができる。

制御手段が、滞留時間の減少及び検出濃度の上昇に基づき炭素源量を増加させる制御を行ってもよい。

滞留時間が減少した場合において検出濃度が上昇した場合は、好気槽内での充分な硝化反応や脱窒反応が行われず、その結果として亜酸化窒素ガスが増大したものと判断することができる。したがって、そのような場合に炭素源量を増加させる制御を行えば、脱窒反応を促進して充分に進行させることができ、亜酸化窒素ガスの発生量を減少させることができる。

滞留時間検知手段が、反応槽における下水の流量を計測する流量計、又は流量を算出する流量算出手段を有して構成されてもよい。

好気槽の容量は、特定の下水処理設備においては一定容量であるので、好気槽における下水の流量（すなわち、好気槽への下水の流入量又は好気槽からの下水の流出量）を検知すれば、その流量に基づいて好気槽内での下水の滞留時間を検知することができる。例えば、流量計を用いて滞留時間検知手段を構成すれば、本発明に係るシステムを簡単な構成で安価に構成することができる。

なお、安定的な系においては、好気槽への下水の流入量と好気槽からの下水の流出量とは略同量であり、それが好気槽における下水の流量と略等価となる。また、例えば、ポンプによって下水を最初沈殿池へと送水し、その最初沈殿池から反応槽へと下水を送水するシステムにおいては、そのポンプによる送水量が、すなわち好気槽における流量と等価となる。

例えば、流量計によって好気槽における下水の流量を検知する場合、好気槽の容量Ｖ、流量（流量計による計測値）Ｑとすれば、滞留時間Ｔは、流量算出手段によってＴ＝Ｖ／Ｑとして算出することができる。流量算出手段は、例えば、ＣＰＵを有するコンピュータであってもよいし、上記のように特定の算出手順がプログラムとして記録され、流量計測値の入力に対して滞留時間を出力する制御装置であってもよい。

なお、必ずしも滞留時間の絶対値が必要でなく、滞留時間の変化（増加又は減少）のみを検知すればよい場合においては、流量Ｑと滞留時間Ｔとが反比例の関係にあることから、特段流量算出手段による演算を必要としない。流量計の計測値のみに基づき滞留時間の変化を検知することもできる。

一方、上記ポンプによって下水を最初沈殿池へ送水する場合において、ポンプの回転数及びＨ−Ｑ曲線等に基づき、流量計を用いずに流量算出手段によって好気槽における流量を算出するように構成することもできる。この方法によれば、流量計を用いることなく下水の流量を、ひいてはその流量に基づく下水の滞留時間を検知することができるので、やはりシステムを簡単かつ安価とすることができる。

反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスを収集すべく反応槽の開口を覆う覆蓋部と、覆蓋部により収集された亜酸化窒素ガスを濃度検出手段へと導く導出手段と、を有してもよい。

覆蓋部が反応槽の開口を覆って亜酸化窒素ガスを収集し、それを導出手段が濃度検出手段へと導くので、好気槽から発生する亜酸化窒素ガスを殆ど漏らさずに濃度検出手段へと導くことができる。濃度検出手段による濃度検出の精度を向上させることができ、このガス発生量低減システムによる亜酸化窒素ガス低減の効率を向上させることができる。

本発明の他の例示的側面としてのガス発生量低減方法は、微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減方法であって、反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を濃度検出手段により検出する濃度検出ステップと、反応槽における下水の滞留時間を滞留時間検知手段により検知する滞留時間検知ステップと、下水内に炭素源を供給する炭素源供給ステップと、検出濃度の変化および検知された滞留時間の変化に基づき、反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御する制御ステップと、を含む。

反応槽（好気槽）内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、好気槽内での脱窒反応を炭素源供給により促進することができる。好気槽内での脱窒不充分に起因する亜酸化窒素ガスの増大を防止し、下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができる。結果的に、亜酸化窒素ガスの発生量低減に寄与することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、反応槽から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出し、その検出濃度の変化に基づき炭素源の供給量を制御するので、反応槽内での脱窒反応の制御により反応槽からの亜酸化窒素ガスの発生量を細やかに制御することができ、亜酸化窒素ガスの発生量を高精度に低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るガス発生量低減システムが適用される下水処理設備の全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。図１に示す下水処理設備における好気槽及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。単位体積の下水Ｗから発生する亜酸化窒素ガス量と、その亜酸化窒素ガスの脱窒に必要なメタノールＭの供給量との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係るガス発生量低減システムの概略構成を模式的に示す概略構成図である。図４に示すガス発生量低減システムの動作を説明するフローチャートである。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係るガス発生量低減システムＳについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るガス発生量低減システムＳが適用される下水処理設備Ａの全体構成の概略を模式的に示す概略構成図である。この下水処理設備Ａは、最初沈殿池１、好気槽（反応槽）２、最終沈殿池３を有して構成され、いわゆる標準活性汚泥法による硝酸型の下水処理を行うものであり、下水Ｗの滞留時間を比較的長く設定することにより、好気槽２内で積極的に硝化菌による硝化反応を進行させるものである。

最初沈殿池１は、その上流側の沈砂池において粒子の大きいゴミや砂等が除去された上澄みとしての下水Ｗが流入する沈殿池である。最初沈殿池１においては、下水Ｗを緩やかに流水させて、比較的粒子の小さいゴミ等を沈殿させる。そして、その粒子の小さいゴミ等が除去された上澄みとしての下水Ｗは、最初沈殿池１から下流側の好気槽２へと送られるようになっている。

好気槽２は、最初沈殿池１から送られた下水Ｗに対し、好気性微生物による好気処理を行って浄水するためのものである。好気槽２内には、好気性微生物としての従属栄養細菌と独立栄養細菌（硝化菌）とが存在している。その従属栄養細菌は、酸素を消費しながら下水Ｗ中の有機物を分解しつつ増殖し、フロックを形成して好気槽２内を滞留し、最終沈殿池底部にて沈殿する。

硝化菌も酸素を消費しつつ下水Ｗ中のアンモニア性窒素を硝化する。しかしながら、例えば、好気槽２内における溶存酸素濃度の不均衡や処理下水量の増加等の様々な要因により、硝化菌と酸素との接触時間を充分に確保することができない場合がある。そのような場合、硝化菌による硝化反応が充分に進行せず、結果的に硝化不充分が原因となって好気槽２から亜酸化窒素ガスが発生することとなる。

また、後述するように、好気槽２内において、下水Ｗ中の酸素量が少ない領域においては、無酸素による脱窒菌の嫌気反応（脱窒反応）が発生する。この領域（脱窒反応領域）において充分な炭素源を供給すれば、脱窒反応も充分に進行させることができる。その結果、硝化不充分で発生した亜酸化窒素ガスを分解したり、亜硝酸を還元して（亜酸化窒素を発生させることなく）窒素と二酸化炭素に分解することができる。

好気槽２には、本発明の実施の形態１に係るガス発生量低減システムＳが適用されている。図２は、下水処理設備Ａにおける好気槽２及びその周辺部分の概略を模式的に示す概略構成図である。このガス発生量低減システムＳは、メタノール供給装置（炭素源供給手段）４、コンピュータ（制御手段）５、ガス濃度センサー（濃度検出手段）６、覆蓋部７、ガイド管（導出手段）８を有して大略構成されている。また、好気槽２には、散気装置（空気供給手段）２ａ、隔壁２ｂが設置されており、旋回流式反応槽とされている。

散気装置２ａは、好気槽２内に設置されて下水Ｗ中に空気Ｂを放出するための装置である。例えば、空気ポンプ、多孔質部材、吸気管等を有して構成され、吸気管を介して空気ポンプにより大気を吸気し、多孔質部材から下水Ｗ中に放出するが、詳細については省略する。なお、散気装置２ａには、単位時間当たりの空気供給量を計測し、その計測データＤ４をコンピュータ５に向けて送信する空気流量計２ｃが取り付けられている。これにより、空気Ｂの供給量の増減を計測することができ、その計測データＤ４に基づくメタノール（炭素源）Ｅの供給量の調整を行うことができるようになっている。

隔壁２ｂは、好気槽２の略中央に設置された壁面部材であって、図２中の紙面垂直方向に延設されており、好気槽２内での下水Ｗの旋回流を整形するためのものである。隔壁２ｂは、好気槽２内の下水Ｗを左右に遮断することなく、その下部と好気槽２の底面との間に間隙が設けられている。また、下水Ｗの水面も隔壁２ｂより高い位置に設定され、隔壁２ｂ上部と下水Ｗ水面との間に間隙が設けられている。

散気装置２ａは、好気槽２の底面近くであって、かつ隔壁２ｂの図２中における左側の位置（空気供給位置）に配置されている。この散気装置２ａからのエアレーション（空気供給）によって、下水Ｗには旋回流Ｃが生じる。この旋回流Ｃは、散気装置２ａから上昇し、隔壁２ｂの上部近傍を左側から右側へと跨いで流れる。隔壁２ｂの右側へと至った旋回流Ｃは、今度は隔壁２ｂの右側を降下し、隔壁２ｂの下部近傍を右側から左側へと跨いで流れ、再び散気装置２ａからの空気Ｂによって上昇する。

このように、散気装置２ａ及び隔壁２ｂによって、好気槽２内に図２に示すような旋回流Ｃが生じ、撹拌効果が得られている。

メタノール供給装置４は、好気槽２内の下水Ｗに炭素源としてのメタノールＭを供給するための装置であって、タンク４ａ、制御バルブ４ｂ及び供給管４ｃを有して構成されている。制御バルブ４ｂはコンピュータ５と接続され、コンピュータ５からの制御指令に基づいて、バルブ開閉や開度調整が可能に構成されている。タンク４ａ内に貯留されたメタノールＭが、コンピュータ５からの制御指令に基づき制御バルブ４ｂで量を調整され、供給管４ｃから下水Ｗ内へと供給されるようになっている。

なお、供給管４ｃの先端部は、好気槽２における下水Ｗ内の供給位置（炭素源供給位置）４ｄでメタノールＭを供給するように配置されている。この供給位置４ｄは、散気装置２ａの配置位置に対して隔壁２ｂを挟んで反対側であり、図２において隔壁２ｂの右側である。

隔壁２ｂの左側領域は、散気装置２ａによる空気Ｂの供給が充分に行われており、溶存酸素濃度が高い領域である。この領域においては、主に硝化反応が行われる。一方、隔壁２ｂの右側領域は、既に左側領域での硝化反応で酸素が消費された下水Ｗが旋回してくる領域であり、溶存酸素濃度が殆どないか極めて低い領域（脱窒反応領域）である。この脱窒反応領域Ｒにおいては、脱窒菌による無酸素の脱窒反応が主に行われ、その脱窒反応において炭素源としてのメタノールＭが使用される。

したがって、供給位置４ｄは、この脱窒反応領域Ｒの近傍又は領域Ｒ内に配置されることが望ましい。更に、供給位置４ｄは、旋回流Ｃの軌道に沿った空気供給位置の直前位置、すなわち、隔壁２ｂの右側でかつ好気槽２の底面近傍であることがより一層好ましい。

コンピュータ５は、メタノール供給装置４によるメタノールＭの供給量を制御するためのものである。コンピュータ５は、メタノール供給装置４の制御バルブ４ｂ及びガス濃度センサー６に接続されており、ガス濃度センサー６からの濃度データＤ１に基づき制御バルブ４ｂへ向けてメタノールＭの供給量を制御するための制御指令Ｄ２を送出する機能を有する。制御バルブ４ｂは、制御指令Ｄ２に基づきその開閉制御及び開度調整が可能となっている。

例えば、コンピュータ５はＣＰＵ及び記憶装置を有して構成されている。その記憶装置内にはメタノール供給プログラムが記憶されており、そのプログラムの機能に基づきコンピュータ５の主要部としてのＣＰＵがガス濃度センサー６からの濃度データＤ１を受信する機能、濃度データＤ１に基づいて後述する亜酸化窒素ガスＧの濃度変化を判定する機能、濃度変化の判定結果に応じてメタノール供給装置４に向けて制御指令Ｄ２を送信する機能を発揮するように構成されていてもよい。

なお、コンピュータ５は、空気流量計２ｃにも接続されている。そして、空気流量計２ｃからの計測データＤ４にも基づいて、メタノール供給装置４に向けて制御指令Ｄ２を送出する機能を有している。

ガス濃度センサー６は、好気槽２から発生する亜酸化窒素ガスＧのガス濃度を検出するためのものである。ここで、好気槽２から発生する亜酸化窒素ガスＧのガス濃度とは、好気槽２内にて液相状態で発生した亜酸化窒素が気相へと相移動し、その結果好気槽２からガス状態で放出された亜酸化窒素ガスＧの濃度を意味する。亜酸化窒素の相移動は、液相の亜酸化窒素濃度と供給する空気Ｂ中の亜酸化窒素ガス濃度との濃度差に起因して発生する。

ガス濃度センサー６は、亜酸化窒素ガスＧの濃度を常時又は継続的に監視し、その濃度データＤ１を常時又は継続的にコンピュータ５へと送信するようになっている。好気槽２内での下水Ｗの滞留時間が短時間になると、好気槽２内の硝化菌による硝化反応が不充分となり、亜酸化窒素ガスＧの発生量が増加し、ひいてはガス濃度センサー６による検出濃度が上昇する。

覆蓋部７は、好気槽２の開口を覆って好気槽２からの亜酸化窒素ガスＧを収集するための蓋部材である。覆蓋部７の一部にはガイド管８の一端が接続されており、このガイド管８の他端はガス濃度センサー６に接続されている。そして、覆蓋部７によって収集された亜酸化窒素ガスＧを殆ど外部に漏出することなくガス濃度センサー６へと導くことができるようになっている。

好気槽２において好気処理によって有機物の分解が行われて浄化された下水Ｗは、下流側の最終沈殿池３へと送られるようになっている。最終沈殿池３では、好気槽２で発生したフロックが沈殿する。その沈殿物は凝縮されて一部が余剰汚泥として焼却処理されたり、好気槽２へと返送されて好気性微生物源として利用される。上澄みとしての下水Ｗは、消毒やｐＨ調整が行われて、河川や外海に放流される。

次に、このガス発生量低減システムＳの動作について説明する。

好気槽２から発生した亜酸化窒素ガスＧの濃度がガス濃度センサー６によって検出されると、ガス濃度センサー６はコンピュータ５に向けて濃度データＤ１を送信する。コンピュータ５はガス濃度センサー６からの濃度データＤ１を常時又は継続的に受信し、その濃度変化を判定する。

具体的には、好気槽２内の下水Ｗの滞留時間が短くなって硝化反応が不充分となると、濃度データＤ１は上昇傾向となる。したがって、コンピュータ５は、濃度データＤ１が上昇傾向にあるか否かを判断し、上昇傾向にある場合にメタノール供給装置４の制御バルブ４ｂに向けてメタノールＭの供給量を増加させるための制御指令Ｄ２を送信する。制御指令Ｄ２を受信したメタノール供給装置４がメタノールＭの供給量を増加させると、好気槽２内の脱窒反応領域Ｒ近傍における脱窒反応が促進される。そうすると、亜酸化窒素ガスＧの発生量が減少し、ガス濃度センサー６による濃度データＤ１も減少傾向に転じる。濃度データＤ１の減少傾向を判定すると、コンピュータ５はメタノールＭの供給量増加の制御指令Ｄ２の送信を停止し、例えばメタノールＭの供給量を維持又は減少させる制御指令Ｄ２をメタノール供給装置４に向けて送信する。

なお、図３に、単位体積の下水Ｗから発生する亜酸化窒素ガス量と、その亜酸化窒素ガスの脱窒に必要なメタノールＭの供給量との関係を示す。ここで単位体積の下水Ｗから発生する亜酸化窒素ガス量は、亜酸化窒素ガス濃度×供給空気量×ガスが透過する水量と等価である。

このグラフに示すように、亜酸化窒素ガス発生量とその脱窒に必要なメタノールＭの供給量とは、大略比例関係となる。その理由は、下水Ｗによる活性汚泥の脱窒に必要な理論メタノール供給量が、硝酸性窒素の脱窒消費量＋亜硝酸性窒素の脱窒消費量＋溶存酸素での消費量で与えられるのに対し、亜酸化窒素ガスの発生がある場合においてその脱窒に必要な理論メタノール供給量が、硝酸性窒素の脱窒消費量＋亜硝酸性窒素の脱窒消費量＋溶存酸素での消費量＋溶存亜酸化窒素の脱窒消費量で与えられることによる。

更に、空気流量計２ｃによる計測データＤ４をも加味してより適正な亜酸化窒素ガスの低減制御を行うこともできる。例えば、散気装置２ａによる空気供給量が装置の不具合や外的な変動要因等によって減少してしまう場合がある。その場合、空気流量計２ｃからの計測データＤ４によって、コンピュータ５は空気供給量の減少を把握することができる。空気供給量の減少は、硝化反応の低減を誘発し、結果として亜酸化窒素ガスＧの発生量増加に繋がる可能性が高い。そのため、ガス濃度センサー６による濃度データＤ１が減少していない場合であっても、空気流量の計測データＤ４が減少している場合には、コンピュータ５がメタノールＭの供給量を増加させてもよい。

なお、濃度データＤ１に基づく制御指令Ｄ２の送信態様については、種々の態様が考えられる。例えば、予め濃度の上限値を定めておき、検出された濃度データＤ１が上限値を超えた場合に、メタノールＭの供給量を所定量増加させる制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。その場合において、濃度データＤ１が予め設定された下限値未満となった場合に、メタノールＭの供給量を所定量減少させる制御指令Ｄ２を送信することもできる。

また、予め濃度の上昇速度（時間当たりの濃度の増大量）の基準値（基準速度）を定めておき、検出された濃度データＤ１による濃度上昇速度が基準速度を超えた場合に、メタノール供給量を所定量増加させる制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。その場合において、検出された濃度データＤ１による濃度減少速度が予め設定された基準減速度未満となった場合に、メタノール供給量を所定量減少させる制御指令Ｄ２を送信することもできる。

濃度データＤ１の増分に応じて（例えば、比例するように）、メタノール供給量の増加量を設定するように制御指令Ｄ２を送信する構成とすることもできる。すなわち、濃度データＤ１の上昇が小さい場合にはメタノール供給量の増加程度も小さく、濃度データＤ１の上昇が大きい場合にはメタノール供給量の増加程度も大きくなるように設定することができる。もちろん、この場合には、濃度データＤ１の減少分に応じて、メタノール供給量の減少量を設定するように制御指令Ｄ２が送信される。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係るガス発生量低減システムＳ２の概略構成を模式的に示す概略構成図である。このガス発生量低減システムＳ２は、メタノール供給装置４、コンピュータ（制御手段）５、ガス濃度センサー（濃度検出手段）６、覆蓋部７、ガイド管（導出手段）８に加え、流量計（滞留時間検知手段）９を有して構成されている。

その流量計９は、最初沈殿池１から好気槽２へと至る流路の途中に配置されており、好気槽２へ流入する下水Ｗの流量が計測できるようになっている。そして、流量計９とコンピュータ５とが接続されており、流量計９による流量データＤ３がコンピュータ５へと送信できるようになっている。

また、ポンプ（図示せず）によって下水Ｗを最初沈殿池１へと送水する場合において、そのポンプの回転数、Ｈ−Ｑ曲線に基づいて好気槽２への流量を算出することもできる。

好気槽２の容量は一定であるので、流量計９により下水Ｗの流量が計測できれば、下水Ｗの好気槽２内における滞留時間を大略算出することができる。例えば、下水Ｗの流量Ｑ、反応槽の容量をＶとすると、好気槽２内の下水Ｗの滞留時間Ｔは、Ｔ＝Ｖ／Ｑとなり、流量Ｑと滞留時間Ｔとは、反比例の関係となる。

このガス発生量低減システムＳ２は、滞留時間Ｔ及びガス濃度センサー６による検出濃度の双方の情報に基づいて好気槽２内への供給空気量を制御する。すなわち、滞留時間Ｔが減少している場合においてガス濃度センサー６による検出濃度が上昇している場合には、下水処理設備Ａにおける硝化反応が不充分であると判断することができ、亜酸化窒素ガスＧの発生量を低減するためにメタノールＭの供給量を増加させる制御を行う。

具体的には、このガス発生量低減システムＳ２は、図５に示すフローチャートに基づく動作を行う。

好気槽２から発生した亜酸化窒素ガスＧの濃度がガス濃度センサー６によって検出されると、ガス濃度センサー６はコンピュータ５に向けて濃度データＤ１を送信する（Ｓ．１）。そして、好気槽２へと流入する下水Ｗの流量が流量計９によって計測されると、流量計９はコンピュータ５に向けて流量データＤ３を送信する（Ｓ．２）。コンピュータ５は濃度データＤ１及び流量データＤ３を常時又は継続的に受信する。

コンピュータ５は、流量データＤ３が増加傾向にあるか否かを判定する（Ｓ．３）。そして、流量データＤ３が増加傾向（滞留時間Ｔの減少傾向）にあると判定した場合には（Ｓ．３：Ｙ）、好気槽２内での硝化反応が不充分となる可能性が高いと判断し、メタノール供給装置４に向けてメタノールＭの供給量を増加させる制御指令Ｄ２を送信する（Ｓ．４）。

一方、流量データＤ３が増加傾向でない場合には（Ｓ．３：Ｎ）、コンピュータ５は、濃度データＤ１が上昇傾向にあるか否かを判定する（Ｓ．５）。そして、濃度データＤ１が上昇傾向にあると判定した場合は（Ｓ．５：Ｙ）、やはりメタノール供給装置４に向けてメタノールＭの供給量を増加させる制御指令Ｄ２を送信する（Ｓ．６）。

このように、流量データＤ３が増加傾向にある場合や濃度データＤ１が上昇傾向にある場合には、亜酸化窒素ガスＧの発生量が増加傾向にあると判断することができる。したがって、その場合にメタノールＭの供給量を増加させることにより、好気槽２内での脱窒反応を促進し、亜酸化窒素ガスＧの発生量を低減させる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

Ａ：下水処理設備
Ｂ：空気（供給空気）
Ｃ：旋回流
Ｄ１：濃度データ
Ｄ２：制御指令
Ｄ３：流量データ
Ｄ４：計測データ
Ｍ：メタノール（炭素源）
Ｇ：亜酸化窒素ガス
Ｑ：流量
Ｒ：脱窒反応領域
Ｓ，Ｓ２：ガス発生量低減システム
Ｔ：滞留時間
Ｖ：容量
Ｗ：下水
１：最初沈殿池
２：好気槽（反応槽）
２ａ：散気装置（空気供給手段）
２ｂ：隔壁
２ｃ：空気流量計
３：最終沈殿池
４：メタノール供給装置（炭素源供給手段）
４ａ：タンク
４ｂ：制御バルブ
４ｃ：供給管
４ｄ：供給位置（炭素源供給位置）
５：コンピュータ（制御手段）
６：ガス濃度センサー（濃度検出手段）
７：覆蓋部
８：ガイド管（導出手段）
９：流量計（滞留時間検知手段）

Claims

微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減システムであって、
前記反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
前記下水内に炭素源を供給する炭素源供給手段と、
前記反応槽における下水の滞留時間を検知する滞留時間検知手段と、
前記濃度検出手段による検出濃度の変化および前記滞留時間検知手段により検知された滞留時間の変化に基づき、前記反応槽内の下水に供給する前記炭素源量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガス発生量低減システム。
前記炭素源が、アルコールであることを特徴とする請求項１に記載のガス発生量低減システム。
前記炭素源の供給位置が、前記反応槽内の下水における脱窒反応領域近傍であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス発生量低減システム。
前記反応槽が、空気の供給により前記下水を旋回させる旋回流式反応槽であり、かつ、前記空気の供給位置から前記炭素源の供給位置までの前記旋回軌道に沿った距離が、前記炭素源供給位置から前記空気供給位置までの前記旋回軌道に沿った距離よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス発生量低減システム。
前記反応槽が、前記下水の旋回を整形するための隔壁を有するとともに、前記空気の供給位置と前記炭素源の供給位置とが、該隔壁を挟んで反対側に配置されることを特徴とする請求項４に記載のガス発生量低減システム。
前記制御手段が、前記下水に対する前記空気供給量の体積比減少に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のガス発生量低減システム。
前記制御手段が、前記検出濃度の上昇に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス発生量低減システム。
前記制御手段が、前記滞留時間の減少及び前記検出濃度の上昇に基づき前記炭素源量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス発生量低減システム。
前記滞留時間検知手段が、前記反応槽における前記下水の流量を計測する流量計、又は該流量を算出する流量算出手段を有して構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス発生量低減システム。
前記反応槽内の下水から発生する前記亜酸化窒素ガスを収集すべく前記反応槽の開口を覆う覆蓋部と、前記覆蓋部により収集された前記亜酸化窒素ガスを前記濃度検出手段へと導く導出手段と、を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス発生量低減システム。
微生物を利用した下水処理を行う反応槽内の下水からの亜酸化窒素ガスの発生量を低減するガス発生量低減方法であって、
前記反応槽内の下水から発生する亜酸化窒素ガスの濃度を濃度検出手段により検出する濃度検出ステップと、
前記反応槽における下水の滞留時間を滞留時間検知手段により検知する滞留時間検知ステップと、
前記下水内に炭素源を供給する炭素源供給ステップと、
前記検出濃度の変化および前記検知された滞留時間の変化に基づき、前記反応槽内の下水に供給する炭素源量を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とするガス発生量低減方法。