反応槽 1m 3 あたりの余剰汚泥発生量 (kg/m 3 / 日 ) 2-(3)-2 高負荷運転による水質改善および省エネルギー効果について流域下水道本部技術部北多摩二号水再生センター葛西孝司須川伊津代渡瀬誠司松下勝一 1. はじめに 21 年度の制限曝気 A2O 法の調査 1 ) の過程で

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しまなかやぬま
4 years ago
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1 反応槽 1m 3 あたりの余剰汚泥発生量 (kg/m 3 / 日 ) 2-(3)-2 高負荷運転による水質改善および省エネルギー効果について流域下水道本部技術部北多摩二号水再生センター葛西孝司須川伊津代渡瀬誠司松下勝一 1. はじめに 21 年度の制限曝気 A2O 法の調査 1 ) の過程で反応槽の BOD 容積負荷量が全窒素 ( 以下 T-N) および全りん ( 以下 T-P) の除去に対して大きな影響を与えることが判明したこの結果をもとに生物学的窒素りん同時除去法の効果的な運転方法について確立するとともにその効果を実際に検証した 2.BOD 容積負荷と余剰汚泥発生量の関係まず余剰汚泥の発生量が T-N T-P の除去性能に影響を与えていることが分かったので最初に余剰汚泥発生量について記述する水処理施設の設計では余剰汚泥発生量は流入水の SS および溶解性 BOD などから計算するようになっている下水道施設計画設計指針と解説に記述されている余剰汚泥発生量の計算式を式 1 に示す余剰汚泥発生量 ( kg/ 日 )= 流入水量 (m 3 / 日 ) { a 溶解性 BOD(mg/L)+b SS(mg/L)} -c MLSS(mg/L) 好気槽容積 (m 3 ) 式 1 ここで a : 溶解性 BOD の汚泥転換率 (.4~.6 g MLSS/gs-BOD) b:ss に対する汚泥転換率 (.9~ 1 : g MLSS/g SS) c : 汚泥の自己分解による減少係数 (.3~.5 : 1/ 日 ) 式 1 は汚泥の発生源を流入水の溶解性 BOD および SS で汚泥の減少量を自己分解する割合で表現している水処理の原理から様々な処理方式に当てはまる式であるが一方で a, b, c の係数が余剰汚泥発生量に大きく影響してくるこれに対して 21 年度の調査では余剰汚泥発生量は BOD 容積負荷量に左右されることが分かった制限曝気 A2O 法および A2O 法について BOD 容積負荷量に対する反応槽 1m 3 あたりの余剰汚泥発生量の関係を図 1 に示す制限曝気 A 2O 法および A2O 法の共通の近似線から ATU-BOD 容積負荷が約.8kg/m 3 / 日以下では余剰汚泥が発生せずそれ以上の負荷では直線的に増大することが分かる A 2O 法施設の設計では BOD 容積負荷はおおよそ.2kg/m 3 / 日程度になるこれに対して 1.5 倍程度の.3 kg/m 3 / 日での運転では余剰汚泥発生量は約 1.9 倍となり結果的に単位処理水量あたりの余剰汚泥発生量が 3 割ほど多くなることを示しているすなわち処理水量を増大させ ATU-BOD 容積負荷を上げることで処理水量当たりの余剰汚泥発生量が増大することになり見方を変えるとこ図制限曝気 A2O 法 A2O 法 y = x R² = ATU-BOD 容積負荷 (kg/m 3 / 日 ) BOD 容積負荷量と余剰汚泥発生量

2 余剰汚泥による窒素除去率 (%) T-P 除去量 (g/m 3 / 日 ) T-P 流入量 (g/m 3 / 日 ) 反応槽 1m 3 あたりの T-P 除去量 (g/m 3 / 日 ) の余剰汚泥発生量の増大によって T-N 除去率および T-P 除去率の向上が期待できる 3.BOD 容積負荷とりん除去の関係活性汚泥に吸収されたりんは余剰汚泥として系外に排除されることから余剰汚泥発生量が多くなるほどりん除去には有利といえる余剰汚泥の発生量は ATU-BOD 容積負荷と相関が高いことからりん除去との関係について図 2 で確認する制限曝気 A 2O 法と A2O 法ともに一つの近似線付近に点が集まっており両者にはりん除去の性能に大きな差がないといえるまた図 2 の近似線を用いて ATU-BOD 容積負荷量から T-P の除去量を予測することができるこれを図示したのが図 3 であるりん除去量の近似線 ( 実線 ) は図 2 から得られた ATU-BOD 容積負荷量に対する反応槽 1m 3 当たりの T-P 除去量の近似線を示しているりんの流入量 ( 破線 ) は反応槽流入水の ATU-BOD を 1mg/L T-P を 3.5mg/L と仮定して ATU-BOD 容積負荷を ~.4kg/m 3 / 日にまで変化させたときの反応槽 1m 3 当たりの T-P 流入量との関係を示しているりん除去量の近似線 ( 実線 ) は原点を通過せずりんの流入量 ( 破線 ) よりも傾きが大きいため両者の交点ができる ( 図 3 では ATU-BOD 容積負荷量で.28kg/m 3 / 日 ) BOD 容積負荷がこれ以上の条件ではりん除去量りんの流入量となるためりん除去が安定すると考えられるなお図 2 の近似線は降雨時等のデータが含まれているため降雨の影響のないときでは T-P 除去量はやや上昇する原理的には処理水量を増大させ BOD 容積負荷の高い運転を行うことでりん除去が安定すると考えられる図 2 BOD 容積負荷量と反応槽 1m 3 あたりの制限曝気 A2O 法 A2O 法 T-P 除去量図 3 BOD 容積負荷量と反応槽 1m 3 あたりのりん除去 y = x R² = T-P 除去近似線 T-P 流入量 y = 35x ATU-BOD 容積負荷 (kg/m 3 / 日 ) y = x ATU-BOD 容積負荷量 (kg/m 3 / 日 ) 4.BOD 容積負荷と窒素除去の関係窒素について BOD 容積負荷量と余剰汚泥による T-N 除去率の関係を図 4 に示す ATU-BOD 容積負荷が高くなるほど余剰汚泥による窒素の除去率が上昇する傾向がみられ窒素除去に対しても有利になることが分かる制限曝気 A2O 法 A2O 法 ATU-BOD 容積負荷 (kg/m 3 / 日 ) 図 4 BOD 容積負荷と窒素除去率

3 全りん累積負荷量 (t) 全窒素累積負荷量 (t) 5. 高負荷運転への変更これまで述べてきたように従来の A 2O 法に比べて処理水量を増大させ高負荷で運転することで余剰汚泥の発生量は増大し処理水の T-P T-N ともに改善できると考えられるまたこの効果は活性汚泥処理全般に共通し標準法にも当てはまると考えられるそこで 21 年 12 月から使用する反応槽をこれまでの 3 系列から 2 系列分に縮小して各反応槽への負荷量を増大させた運転方法に切り替えた具体的な変更内容を図 5 に示す変更前休止施設変更後 1-1 系反応槽 1-2 系反応槽 1-1 系二沈 1-2 系二沈 1-12 系反応槽 1-21 系反応槽 1-1 系二沈 1-2 系二沈 2-2 系反応槽 2-3 系反応槽 2 系二沈 3 系一沈 3 系反応槽 3 系二沈 3 系一沈 4 系反応槽 4 系二沈 4 系反応槽 4 系二沈使用数量第一沈殿池反応槽第二沈殿池第一沈殿池反応槽第二沈殿池 1 池 3 系列 3 池 1 池 2 系列 3 池図 5 高負荷運転への切り替え各系列への処理水量を増大させると二沈での汚泥の越流が懸念されるこれまで使用していた 3 系反応槽は 4 回路の押し出し流れ構造であるため反応槽内の一部を切り離して停止することはできないが 1 系および 2 系の反応槽は 4 つの水路にそれぞれ分かれているため 1 水路ずつ個別に運転することができるこのため 4 つある水路の中央 2 水路分のみを使用して使用する二沈の数は変更せずに反応槽の容積を 2 / 3 に縮小する運転に切り替えたこの運転変更によって反応槽の BOD 容積負荷は 5 割増大させることができかつ反応槽に対する二沈容積が 2 倍になるため高い MLSS での運転が可能となった 6. 水質改善効果水質改善効果を確認するため公共用水域への排出負荷量を年度ごとに比較する T-P について図 6 に T-N について図 7 に示す運転変更 19 年度 2 年度 21 年度 22 年度空気量の調節 19 年度 2 年度 21 年度 22 年度運転変更 4/1 6/1 8/1 1/1 12/1 2/1 4/1 6/1 8/1 1/1 12/1 2/1 図 6 年度別 T-P 累積負荷量 ( 排出量 ) 図 7 年度別 T-P 累積負荷量 ( 排出量 )

4 受水量 1m 3 あたりの送風機電力 (kwh/m 3 ) 日平均受水量 (m 3 / 日 ) 受水量 1m 3 に対する濃縮脱水にかかる消費電力 (kwh/m 3 ) 受水量 1m 3 あたりの余剰汚泥発生量 (kgds/m 3 ) 放流水質は降雨などの影響で変動が大きいが負荷量の累積値を用いることで比較が容易になる T-P の負荷量 ( 排出量 ) では平成 21 年 12 月の運転変更後下がり始め 21 年度末には 2 年度と比べて 2 割低下した負荷量の低下は 22 年度も継続しており 22 年度末時点では 2 年度に比べて 4 割 6 分減 21 年度に比べて 3 割減となり T-P 負荷量の削減が確認できる一方 T-N については平成 21 年 4 月に行った空気量の調節による効果が大きかったそれまでほぼゼロであった処理水のアンモニア性窒素を.5 ~ 1mg/L 程度になるように曝気空気量を調節したその結果反応槽および二沈での脱窒量が増大したと考えられる 21 年度の負荷量は前年比で 22% 減であった 22 年度は 21 年度とほぼ同じ値であり T-N 負荷量削減の効果は継続している 7. 省エネルギー効果省エネ効果について比較するため 5 年間の日平均値について受水量 1m 3 あたりの送風機電力を図 8 に濃縮と脱水 ( 以下汚泥処理 ) にかかる消費電力を図 9 に示す生汚泥投入あり.15 送風機電力受水量 75,.5 濃縮脱水の電力 ,.4 余剰汚泥発生量 , , , 年度 19 年度 2 年度 21 年度 22 年度. 18 年度 19 年度 2 年度 21 年度 22 年度図 8 送風機電力の比較図 9 汚泥処理にかかる消費電力の比較高負荷運転への切り替えは平成 21 年 12 月であるため 21 年度のデータは約 4 ヶ月間高負荷運転をおこなった結果である受水量 1m 3 あたりの送風機電力は受水量が極端に多かった 2 年度に低かった完全に高負荷運転に切り替えた 22 年度は比較的降雨が少なかったが 2 年度と同程度であり省エネ効果もあるように思われる高負荷運転では系列あたりの曝気空気量が増大する散気板の特性として通気量が増すほど酸素移動効率が低下することから負荷量が高すぎると送風機電力の削減効果が小さくなると考えられる当センターでは各系列ともに設計水量の 2 倍近い量を処理しているため散気板の使用範囲の上限付近で運転する時間帯が少なくないこのため送風機電力の削減効果が比較的少なかったと考えられる今回は BOD 容積負荷を 5 割増大させたが停止する反応槽を調節することでさらに省エネ効果が生まれる可能性がある汚泥処理では A 2O 法施設への生汚泥投入を行っていた 18 年度および 19 年度のデータを除き 22 年度の余剰汚泥発生量 ( 固形物 ) は 2 年度と比較して 2 割近く多く高負荷による余剰汚泥発生量 ( 固形物 ) の増大が確認できるその一方で汚泥の濃縮脱水にかかる電力は下がる傾向であった 22 年度は返送汚泥量の調節により余剰汚泥濃度を高くして遠心濃縮機の運転時間の短縮を行っているこれが汚泥処理にかかる消費電力

5 の低下につながっており運転方法の工夫によって余剰汚泥発生量 ( 固形物 ) の増大による影響は吸収できるといえる 8. まとめ使用する反応槽の縮小化によって T-N および T-P の除去率が向上することがわかった特にりんについては公共用水域への負荷量を大幅に削減できた一方省エネ効果では送風機電力の削減はわずかであったが使用する反応槽の調節によってさらに改善できる可能性がある参考文献 1) 葛西孝司他 : 制限曝気 A 2 O 法による水質改善効果および処理コストの比較東京都下水道局技術調査年報

国土技術政策総合研究所　研究資料

国土技術政策総合研究所　研究資料 4. 参考資料 4.1 高効率固液分離設備の処理性能 (1) 流入水 SS 濃度と SS 除去率各固形成分濃度の関係高効率固液分離設備は重力沈殿とろ過処理の物理処理であるため SS が主として除去されるそのため BOD N P についても固形性成分 (SS 由来 ) が除去され溶解性成分はほとんど除去されないしたがって高効率固液分離設備での除去性能についてはまず流入水 SS 濃度から前処理における