曝気槽の制御方法
【課題】処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態への遷移する位置がとるべき最適な条件を特定できないという課題があった。
【解決手段】押し出し流れ型の場気槽において、曝気槽内における複数の位置の酸素消費速度を測定し、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内政呼吸への遷移の位置と判断し、この位置が常に最下流部になるように制御することにより、最適な状態で汚泥を再利用することができる。
【解決手段】押し出し流れ型の場気槽において、曝気槽内における複数の位置の酸素消費速度を測定し、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内政呼吸への遷移の位置と判断し、この位置が常に最下流部になるように制御することにより、最適な状態で汚泥を再利用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設において、下水道や工場などから排出される有機物を含んだ被処理水である排水を微生物によって酸化分解処理する主要処理工程である曝気槽の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や事業所等の排水処理施設での有機性排水処理は、活性汚泥法を用いた微生物の酸化分解処理によりなされている。
【０００３】
この工程において、活性汚泥中の微生物（細菌、原生動物など）は排水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として体内に取り込んで浄化し、酸素を消費しながら取り込んだ有機物を二酸化炭素と水に分解する。
【０００４】
微生物は様々な要因により有機物の分解特性が変化するため、連続かつ安定に処理を行うには適正な運転管理を行う必要がある。
【０００５】
一方、排水処理施設における消費電力の最大の発生要因は曝気槽へ送風するためのブロアの電力であり、省エネルギーの観点からも曝気風量が必要最低限になるよう制御することも望まれている。
【０００６】
特に事業所等の排水処理施設では下水処理施設に比べ操業状況により流入負荷の変動差が大きく、負荷の変動に対応する為に人員を常時配置して適宜制御する必要があり、人員を配置しない場合は安全をみて曝気風量を多めに設定してエネルギー消費が増える状況となっており、省メンテ、コスト削減からも排水処理の制御に対する要望は大きい。
【０００７】
排水処理における制御対象の項目としては、曝気槽に供給する空気の量（以下曝気風量）で行うのが一般的であり、その他、汚泥濃度や流入する負荷量の調整など様々である。
【０００８】
一方、計測対象の項目としては溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ、酸化還元電位、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が代表的であり、これ以外に、水温、流入水量、汚泥沈降率なども測定され、最低限これらのデータは一定時間毎に記録され、管理されている。
【０００９】
また、これらの計測対象項目を監視対象として測定するだけでなく、これらの値から曝気槽を最適に制御する試みも行われており、排水処理の形式、制御の目的、処理場の規模、排水の性状等により様々な制御方法が考案されている。
【００１０】
最も基本的な曝気槽の制御方法としては、溶存酸素濃度を一定に保持するように曝気風量を制御する方法である。
【００１１】
曝気槽内の溶存酸素濃度は、曝気槽への酸素供給量と曝気槽内の微生物の酸素消費速度から決定され、酸素供給量が一定であれば、酸素消費速度により増減する。
【００１２】
すなわち、最も基本的な曝気風量の制御方法は、この溶存酸素濃度を常に一定量になるように（通常１〜２ｍｇ／Ｌに）制御するもので、例えば流入負荷が低く溶存酸素濃度が高いときは曝気風量を絞り、逆に流入負荷が増大し、溶存酸素濃度が低いときは曝気風量を増やして、常に必要最低限の曝気風量となるように制御する方法である。
【００１３】
しかし、このような最も基本的な溶存酸素濃度による曝気槽の制御は、曝気槽への酸素供給量が常に一定であるという仮定に基づいており、この仮定が成り立たないと正しく曝気槽の状態を制御できなくなる。
【００１４】
曝気槽の酸素供給能力は総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）で表されるが、この値は汚泥の性状や散気管の目詰まり等の影響により変化するうえ、測定自体もかなりの手間と労力を要するため、曝気槽が稼動中に総括酸素移動容量係数を正確に測定することは困難である。
【００１５】
このような理由により、曝気槽の溶存酸素濃度の値で曝気風量の制御を行うことは信頼性が低いとみなされ、結局は管理者が溶存酸素濃度その他の計測項目を頼りに経験と勘で運転しているケースが多いのが実情である。
【００１６】
以上のような曝気槽の溶存酸素濃度を用いた制御に対し、曝気槽に流入する負荷の大小を測定し、負荷の大きさに応じて制御を行う方法が提案されている。
【００１７】
曝気槽に流入する負荷の大小を測定する方法としては、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器を用いて流入原水の負荷を直接測定する方法も存在するが、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器は高価かつ複雑で、廃水処理の現場で使用するには耐久性に問題があり、また、ＢＯＤ測定は再現性が低く、ＣＯＤ測定はＢＯＤ値との相関が必ずしも一定ではないという課題もあって現在のところ実用化は困難な状況である。
【００１８】
一方、曝気槽の混合液の酸素消費速度（Ｒｒ）を用いて負荷の大小を間接的に測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１９】
この方法は、曝気槽内の混合液の酸素消費速度を計測することにより流入負荷の大小を判断し曝気槽を制御するもので、活性汚泥の酸素消費速度と流入負荷量に相関があることを前提としており、酸素消費速度の計測値から流入負荷量を推定し、負荷量に応じた曝気風量等の制御を行う方法である。この方法において酸素消費速度による測定は、従来から使用されており信頼性、安定性が高く、かつ安価である溶存酸素濃度計で測定が行える点がＣＯＤ計測器等と比較して有利である。
【００２０】
この測定方法を基本とし、酸素消費速度の測定精度を向上させるため、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を添加して硝化菌による影響を排除するものや、グルコース等による基準負荷を定期的に測定して汚泥の活性度の変化の影響を排除するものなどが提案されており、酸素消費速度の測定方法も、曝気槽内で直接測定する場合や溶存酸素濃度の測定値と総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）から計算するものや、処理系外の別槽に汚泥を採取して計測するもの等様々なものが様々な見地から考案されている。
【００２１】
しかしながら、このような曝気槽の酸素消費速度の値から流入負荷を推定して制御を行う方法の場合、流入負荷と酸素消費速度の相関が常に一定であることを前提としているが、現実的には酸素消費速度と流入負荷の相関が必ずしも一定ではなく、負荷の種類、汚泥の馴致状況や活性度などにより相関が変化してしまい、相関係数を一義的に定義できるものではない。
【００２２】
また、流入負荷の大小を曝気槽の酸素消費速度で計測しているので測定対象と制御対象が同一になり、測定値を負荷に変換し制御量を決定するフローとなるため急激な負荷の変化には常に応答の遅れを生じさせることになり、適切に制御を行えない課題を抱えており、現在においても主流にはなっていない。
【００２３】
ところで、これらの酸素消費速度を測定する制御方法における別の考え方として、流入負荷の大小を測定して制御にフィードバックするのではなく、曝気槽の状態を直接測定し、常に最適な状態になるよう制御する考え方がある。
【００２４】
ところで負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の活性汚泥法の場合、曝気槽へ流入した負荷により、最上流部では高い酸素消費速度が測定されるが、その値は流れ方向に対して急激に減少した後、徐々に減少し最終的には負荷の消費を伴わない内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００２５】
この考え方に基づき、曝気槽内の混合液の内生呼吸への遷移を、常に適正な位置に来るよう制御する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００２６】
この方法は、曝気槽内の流れ方向に対し複数の酸素消費速度を測定し、その傾きが変化する変曲点を特定して、この点を内生呼吸への遷移と判断し、この内生呼吸へ遷移する位置が所定の位置に来るように曝気風量を調整し曝気槽を制御する方法である。
【００２７】
この方法によれば、酸素消費速度から負荷を推定して制御する方法と比較して、負荷の大小、負荷の種類や汚泥の活性度によらず、また負荷の変動に対しても応答の遅れを生じさせること無く、適正な曝気槽の制御方法が得られる。
【特許文献１】特開平０３−１８１３９６号公報
【特許文献２】特開昭５６−１３０２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、上記従来の特許文献２に記載のものは、内生呼吸遷移点を所定の位置に制御するという方法であり、所定の位置がどのような条件であるかは特に言及されておらず、また、所定の位置は負荷や汚泥の活性度で変化するため、適正な処理の条件を定義できないという課題があった。
【００２９】
そこで本発明は、負荷の変動や汚泥の活性の変化があっても適正な処理の条件を明確に定義できる曝気槽の制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は上記目的を達成するため、処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、負荷の変動や汚泥の活性度の変動によらず、省エネ、省メンテで曝気槽を常に最適な状態に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の第１の実施の形態による曝気槽の制御方法は、処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うものである。
【００３３】
本実施の形態によれば、内生呼吸への遷移を微生物が有機物を酸化分解する処理の終点と判断することにより、常に最適な状態で汚泥を再利用することができるため、負荷の変動や汚泥の活性の変化によらず、曝気槽を最適な状態に制御することができる。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態は、押し出し流れ型の曝気槽において、内生呼吸への遷移の位置が前記曝気槽内の最下流部に来るように制御するものである。
【００３５】
本実施の形態によれば、曝気槽の最下流部の位置で処理が完了するため常に最適な状態で汚泥を返送し再利用することができる。
【００３６】
本発明の第３の実施の形態は、内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうか判断するものである。
【００３７】
本実施の形態によれば、正確に最下流部の位置に内生呼吸の遷移があるか判断することができる。
【００３８】
本発明の第４の実施の形態は、内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうかの判断は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、各測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較して行うものである。
【００３９】
本実施の形態によれば、現在の曝気槽の処理状態が適正なのか、不足なのか、過剰なのかを判断することができる。
【００４０】
本発明の第５実施の形態は、比較した結果、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内生呼吸への遷移の位置とするものである。
【００４１】
本実施の形態によれば、より正確に内生呼吸へ遷移する位置を特定することができる。
【００４２】
本発明の第６の実施の形態は、酸素消費速度の測定値が内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値とするものである。
【００４３】
本実施の形態によれば、活性度が下がり測定した酸素消費速度が内生呼吸の酸素消費速度よりも低い値が測定されたときも、この値を内生呼吸の酸素消費速度として更新することにより、活性度の変化に追従した最新の内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。
【００４４】
本発明の第７の実施の形態は、酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行うものである。
【００４５】
本実施の形態によれば、汚泥の濃度変動による酸素消費速度の変化の影響を除去でき、より正確に曝気槽の内生呼吸遷移点を得ることができる。
【００４６】
本発明の第８の実施の形態は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、負荷の有無を判断するものである。
【００４７】
本実施の形態によれば、曝気槽における負荷の有無を判断することができ、無負荷時における内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。
【００４８】
本発明の第９の実施の形態は、複数の位置は、最上流部とその下流側であるものである。
【００４９】
本実施の形態によれば、最も酸素消費速度の差が大きい最上流部とその下流側の測定値を用いることにより、負荷の有無だけでなく、負荷の大小を得ることができる。
【００５０】
本発明の第１０の実施の形態は、回分式の曝気槽において、内生呼吸への遷移の時間が曝気処理の終了時となるように制御するものである。
【００５１】
本実施の形態によれば、内生呼吸の遷移を処理時間で判断することにより、回分式の曝気槽おいても本発明を適用することができる。
【００５２】
以下、本発明による実施例の曝気槽の制御方法について、図面を参照して説明する。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における曝気槽の制御方法の１例を示すシステム図で、制御対象を含んだ排水処理系１０と計測制御装置２０を示している。
【００５４】
排水処理系１０は排水を貯留する調整槽１と、有機物を活性汚泥と混合した混合液を曝気することにより微生物によって酸化・分解する曝気槽２と、曝気槽２で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿槽３で構成されている。
【００５５】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００５６】
処理対象の排水が流入する調整槽１は押し出し流れ型の曝気槽２に接続されている。
【００５７】
曝気槽２の底部には有酸素気泡が発生する散気管４が流れ方向に沿って複数配置されており、各散気管４はそれぞれ散気管制御弁５を介して曝気槽２の外部に接続された曝気ブロア６と空気配管によって接続されている。
【００５８】
また、曝気槽２の最下流部は沈殿槽３と接続されている。
【００５９】
沈殿槽３は処理系外へと接続されると共に、調整槽１と曝気槽２の間に液体配管で接続されている。
【００６０】
次に計測制御装置２０について説明する。計測制御装置２０は曝気槽２に近接して設置されており、内部に計測槽１１と制御部１２を有している。
【００６１】
計測槽１１内には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４が配置されており、それぞれの測定信号線（図中、破線）が制御部１２に接続されている。
【００６２】
計測槽１１の底部には計測槽散気管１５が配置されており、計測槽散気管１５は計測槽１１の外部に設置された計測槽曝気ブロア１６と空気配管によって接続されている。
【００６３】
また、計測槽１１には混合液を攪拌する攪拌機１７が配置されている。また、計測槽曝気ブロア１６は制御部１２と電気的に接続されている。
【００６４】
また、曝気槽２には混合液採取ポンプ７が流れ方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所に配置されおり、各混合液採取ポンプ７は混合液採取弁８を介して計測槽１１の流入口１８と接続されている。
【００６５】
また、計測槽１１の底部には流出口１９があり、流出口１９は液体配管によって曝気槽２の最上流部近傍と接続されている。
【００６６】
制御部１２は計測槽曝気ブロア１６、曝気ブロア６、散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８および攪拌機１７と電気的に接続されており、制御部１２から各機器を動作できるようになっている。
【００６７】
また、特に図示していないが流出口１９の下方には排出用の弁があり制御装置から開閉できるようになっている。
【００６８】
尚、図１において、便宜上散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８の信号線は１本で表示してあるが、全て各機器を個別に制御できるようになっている。
【００６９】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【００７０】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽１に流入して貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化されほぼ一定の流量となって曝気槽２へと送られる。
【００７１】
曝気槽２では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア６から空気が散気管４を介して送り込まれ、散気管４から発生した有酸素気泡は曝気槽２内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【００７２】
曝気槽２内部では、微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【００７３】
特に、曝気槽２は流入位置から流出位置までの距離がある押し出し流れ型の曝気槽であり、微生物による有機物の酸化分解は曝気槽２の最上流部から最下流部に流れるに従い進行し、最下流部から流出した混合液は沈殿槽３へと送り込まれる。
【００７４】
沈殿槽３に送り込まれた混合液は静置され重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【００７５】
下層の汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽２の最上流部へ戻され生物処理に再利用される。
【００７６】
尚、特に図示していないが残りの汚泥は余剰汚泥として処理系外へと排出されて別途処理される。
【００７７】
以上が排水処理の基本的な流れであるが、ここで、曝気槽２の内部での処理状況について図２を用いてさらに詳しく説明する。
【００７８】
押し出し流れ型の曝気槽２の内部に流入した有機物を含んだ排水は曝気槽２の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。
【００７９】
この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は最上流部で最も高い値を示す（図中のＡ部）。
【００８０】
押し出し流れのため混合液は曝気槽２を下流に向かって進みつつ微生物は体内に取り込んだ有機物を少しずつ酸素を消費しながら酸化分解していき、酸素消費速度は下流に行くに従い徐々に低下していく。
【００８１】
微生物が体内に取り込んだ有機物が全て消費されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない呼吸、いわゆる内生呼吸状態となり、内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００８２】
すなわち内生呼吸への遷移が曝気処理の完了であり、図２のａにあるように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部と一致する場合が最も効率が良い処理といえる。
【００８３】
もし、図２のｂのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部より前にあった場合は、内生呼吸への遷移の位置より後ろの汚泥は酸化分解の処理をしていないことになり、この部分の曝気処理は無駄となり、これは負荷に対して処理が過剰であることを意味している。
【００８４】
一方、図２のＣのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部より後ろ、すなわち曝気槽２内で内生呼吸への遷移に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残留している事になり、処理が未完であることを示している。
【００８５】
ここで、処理過剰が進行した状態では微生物の体外物質の生産不足により汚泥の沈降性が悪化して沈殿槽で固液分離できなくなり処理水質が悪化し、逆に処理不足が進行した状態で汚泥を返送して再利用すると汚泥の微生物体内には有機物が残存しているため、有機物の吸収能力が低下して処理水質が悪化する。
【００８６】
つまり、曝気槽２を適正に運転するためには、常に最適な状態で汚泥を返送して再利用することが必要であり、そのためには最下流部で処理が完了することが重要であり、内生呼吸への遷移の位置を曝気槽２の最下流部に常に位置するように制御することが最善である。
【００８７】
さて、本実施の形態の曝気槽の制御方法では、曝気槽２に対し流れ方向に複数箇所の混合液採取ポンプ７を配置し、各位置の酸素消費速度を計測制御装置２０の計測槽１１で測定するようになっている。
【００８８】
まず、混合液採取ポンプ７を動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁８を開いて、その近傍だけの混合液を流入口１８から計測槽１１へ流入させる。
【００８９】
混合液は計測槽１１に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１６を作動させ計測槽散気管１５より有酸素気泡が計測槽１１内に送り込まれると同時に攪拌機１７を作動させ、計測槽１１内の混合液を攪拌させ、溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４による測定も開始する。
【００９０】
この時、制御部１２には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４の測定値が一定時間ごとに逐次記録され、計測槽１１内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇し、安定したところで攪拌を続けたまま計測槽曝気ブロア１６の運転を停止することにより、計測槽１１内の混合液の酸素消費速度を溶存酸素濃度の減少曲線から算出する。
【００９１】
尚、酸素消費速度は温度による影響が大きいので、制御部１２にて温度の変化分を補償することにより、温度の影響を排除することが出来る。
【００９２】
次に、溶存酸素濃度が酸素消費速度を適正に算出できる値まで低下したところで酸素消費速度及び温度の計測を停止し、計測槽１１内部の混合液を流出口１９より曝気槽２に返送する。
【００９３】
ここで、曝気槽２に返送する位置は処理水への影響を考慮し曝気槽２の最上流部であることが望ましい。
【００９４】
上記のようにして酸素消費速度を測定するが、この測定を曝気槽２の最上流部から最下流部まで順次に測定していくことにより、曝気槽２内の酸素利用速度の分布が得られる。
【００９５】
次に本実施の形態における内生呼吸への遷移の位置が最下流部に位置しているかどうか判断する方法について説明する。
【００９６】
まず、曝気槽２の最上流部の酸素消費速度の測定値とその下流側の酸素消費速度の測定値を比較し、最上流部の方が大きければ、曝気槽に流入する負荷があると判断する。
【００９７】
二つの測定値に差異が無い、すなわち分布の傾きが水平であれば流入する負荷が無い状態と判断でき、無負荷状態に対応した最低曝気風量で運転するよう制御する。
【００９８】
また、このとき曝気槽２全体が無負荷状態と判断でき、この時の最下流部の酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度の値として制御部に記憶する。
【００９９】
次に、負荷があると判断された場合は、最下流部の酸素消費速度の測定値と制御部に記憶された内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して最下流部の酸素消費速度の測定値の方が大きい場合は、処理が未完と判断でき、曝気風量を増加するように制御する。
【０１００】
比較した結果、値が一致する場合は、最下流部より上流側の酸素消費速度の測定値と内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して、さらに一致する場合は内生呼吸遷への遷移の位置がその位置を含めた上流側にあることを意味し、処理が過剰と判断し、曝気風量を絞るように制御する。
【０１０１】
比較した結果、酸素消費速度の測定値の方が大きい場合は、内生呼吸への遷移の位置が最下流部の位置であり、処理が適正であると判断でき、曝気風量は現在の条件を維持する。
【０１０２】
尚、内生呼吸への遷移の位置が最下流部の上流側、下流側のどちらにあるか判断するだけでも制御の方向を決定できるが、さらに上流側の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較することにより、上流側から数えて最初に内生呼吸の酸素消費速度と一致する位置を見出すことにより、内生呼吸への遷移の位置を特定することができ、例えば特定した位置が最下流部からの距離が離れるほど曝気風量を少なくするなどにより、より緻密に曝気槽２を制御できる。
【０１０３】
尚、酸素消費速度の測定値が、内生呼吸の酸素消費速度の値より低いというケースも考えられる。
【０１０４】
これは汚泥の活性度が低下したことによる影響と判断でき、その時の最下流部の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値として更新して制御部に記憶し、上記の処理により内生呼吸への遷移の位置を特定する。
【０１０５】
尚、本実施の形態では測定位置を４箇所で説明したが、測定箇所数は処理場の設置状況や処理の要求精度、コスト等により決定すればよく、設置箇所が多い方が緻密な制御が行えるがその分コストが上昇する。
【０１０６】
次に、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度分布について説明する。
【０１０７】
図３は、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度の流れ方向の分布の測定結果である。
【０１０８】
ここでは、事業所が稼動している日と非稼動日において計測を行い、非稼働日は流入負荷が０であった。
【０１０９】
図３にあるように稼働日における酸素消費速度は曝気槽の最上流部のおける測定値が非常に高い値を示し、下流に行くに従い急激に低下し、最下流部の手前でほぼ安定した状態となった。ここでは最上流部の酸素消費速度の測定値とその下流側の酸素消費速度の測定値を比較し、最上流部の方が大きいので稼働日に負荷があることが図３からも判断できる。
【０１１０】
また、流入負荷が０の非稼働日における酸素消費速度は、曝気槽の位置によらず一定であり、無負荷状態であることが判断でき、この値が内生呼吸の酸素消費速度となる。
【０１１１】
この内生呼吸の酸素消費速度の値を稼働日の酸素消費速度の分布と比較することにより、内生呼吸への遷移の位置は図３の５の位置であることがわかり、稼働日においては少しではあるが曝気過剰であり曝気量を低減することにより省エネルギー化できる余地があることがわかった。このように、本発明の曝気槽の制御方法は実際の処理施設に適用可能である。
【０１１２】
このように、本実施の形態によれば、常に最下流部に内生呼吸への遷移の位置が来るように曝気槽を制御することができるようになり、事業所等での繁忙期や休日、夜間など、負荷量が急激に変動するような場合でも管理者の経験と勘の操作を不要とし、従来のように安全を見て曝気過多で運転する必要も無くなり省エネルギーが図れる。
【０１１３】
尚、本実施の形態では酸素消費速度で内生呼吸への遷移の位置を判断する方法で説明したが、通常、曝気槽は汚泥濃度を一定に保つように運転されているのでこの方法で問題は無い。
【０１１４】
しかし、より正確な検知を行うには計測槽に汚泥濃度計を設置し、酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素消費速度を汚泥濃度で除した単位汚泥重量あたりの酸素消費速度いわゆる酸素利用速度係数（Ｋｒ）を用いる方がより正確に内生呼吸への遷移の位置を判断できる。
【０１１５】
尚、本実施の形態において、制御対象を曝気風量として説明したが、曝気槽２の制御対象は曝気風量に限定されるものではなく、曝気槽２への返送汚泥量や、負荷の流入量などを制御対象としてもよい。
【０１１６】
また、酸素消費速度の測定を計測槽１１を用いて測定する方法で説明したが、曝気槽２内で直接測定する方法を用いてもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態では、無負荷状態の判別を曝気槽２の酸素消費速度の分布の傾きが水平であることで判断すると説明したが、例えば曝気槽２に負荷が流入しない日や時間があらかじめわかっており特定できる場合などにおいては、酸素消費速度の分布の傾きを判断する必要は無く、無負荷状態になる時間の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度とすればよい。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態によれば、適正な処理の条件を明確に定義でき、負荷の変動幅が大きく、急激に変化する事業所等の排水処理施設の曝気槽などにも適用でき、汚泥の活性度の変化にも対応可能な曝気槽の制御方法が得られる。
【０１１９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の曝気槽の制御方法における他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
本実施の形態は、実施の形態１のうち排水処理系を押し出し流れ型の曝気槽ではなく、回分式の排水処理系としたものである。
【０１２１】
図４において、曝気槽２は回分処理槽２１となっており、回分処理槽２１は曝気槽２としての機能以外に沈殿槽３としての機能も併せ持っており、時間により曝気槽２と沈殿槽３の機能を切り替えて不連続に排水を処理するところに特徴がある。
【０１２２】
また、実施の形態１では複数の位置の酸素消費速度を測定したが、本実施の形態では１箇所となっており、それに伴い散気管制御弁５や混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８もそれぞれ１箇所となっている。
【０１２３】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【０１２４】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽１に流入して貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化され所定の量だけ回分処理槽２１へと送られる。
【０１２５】
回分処理槽２１では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア６から空気が散気管４を介して送り込まれ、散気管４から発生した有酸素気泡は曝気槽２内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【０１２６】
曝気槽２の内部では、微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【０１２７】
回分処理槽２１の内部では完全混合状態となる為、内部で酸素消費速度の分布はないが、曝気処理中は負荷の流入はないため、酸素消費速度の測定値は酸化分解の処理が進むに従い時間と共に低下する。
【０１２８】
ここで、溶存酸素濃度が酸素消費速度を適正に算出できる値まで低下したところで酸素消費速度及び温度の計測を停止し、回分処理槽２１内の混合液は静置され重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【０１２９】
下層の汚泥はそのまま回分処理槽２１に保持され、次の処理用の汚泥として生物処理に再利用される。
【０１３０】
ここで、回分処理槽内部での処理状況について図５を用いてさらに詳しく説明する。
【０１３１】
回分処理槽２１の内部に流入した有機物は汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。
【０１３２】
この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は処理時間の早い段階で最も高い値を示す（図中のＢ部）。
【０１３３】
この時、酸素消費の主体が易分解性成分の分解であるため酸素消費速度は急激に低下するが、ほぼ全ての易分解性成分が消費されると、酸素消費は難分解性成分の加水分解による分解と内生呼吸に支配されるため酸素消費速度は緩やかに低下する（図中Ｃの部分）。
【０１３４】
さらに加水分解による分解が終了すると内生呼吸への遷移と移行する（図中Ｄの部分）。
【０１３５】
すなわち内生呼吸への遷移が曝気処理の完了であり、この時、つまり図５のｄの位置で曝気処理時間が終了するのが最適な処理である。
【０１３６】
通常、回分式は曝気時間があらかじめ設定された時間に固定されているが、本実施の形態のように酸素消費速度が内生呼吸へ遷移したことを判断できれば処理の過剰や処理の不足が生じることなく常に適正に曝気槽を制御することができる。
【０１３７】
同様に、処理時間を固定した場合は曝気風量を制御することにより常に内生呼吸への遷移する時間を処理の終了時間と一致するようにすることもできる。
【０１３８】
尚、本実施の形態において、負荷の有無の判断は曝気処理中に酸素消費速度が一定であれば無負荷と判断でき、無負荷の時の酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度の値とすれば、実施の形態１と同様にして内生呼吸への遷移を判断することができる。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態によれば、回分式の排水処理系においても適正に処理できる曝気槽の制御方法を提供することができる。
【０１４０】
尚、本発明を適用できる排水処理系は、標準活性汚泥法や回分式のように処理が完了した汚泥を再利用すること、酸素消費速度の内生呼吸への遷移が位置や時間等で定量的に判断できることが条件であり、この条件を満たせば上記で説明した２つの排水処理系以外の方法にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明による曝気槽制御方法は、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設における曝気槽の制御に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態１の曝気槽の制御システムを示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の曝気槽内における酸素消費速度の分布を示す図
【図３】一般的な排水処理施設における酸素消費速度の分布を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の曝気槽の制御システムを示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２の曝気槽内における酸素消費速度の時間変化を示す図
【符号の説明】
【０１４３】
１ 調整槽
２ 曝気槽
３ 沈殿槽
４ 散気管
５ 散気管制御弁
６ 曝気ブロア
７ 混合液採取ポンプ
８ 混合液採取弁
１０ 排水処理系
１１ 計測槽
１２ 制御部
１３ 溶存酸素濃度計
１４ 温度センサ
１５ 計測槽散気管
１６ 計測槽曝気ブロア
１７ 攪拌機
１８ 流入口
１９ 流出口
２０ 計測制御装置
２１ 回分処理槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設において、下水道や工場などから排出される有機物を含んだ被処理水である排水を微生物によって酸化分解処理する主要処理工程である曝気槽の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や事業所等の排水処理施設での有機性排水処理は、活性汚泥法を用いた微生物の酸化分解処理によりなされている。
【０００３】
この工程において、活性汚泥中の微生物（細菌、原生動物など）は排水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として体内に取り込んで浄化し、酸素を消費しながら取り込んだ有機物を二酸化炭素と水に分解する。
【０００４】
微生物は様々な要因により有機物の分解特性が変化するため、連続かつ安定に処理を行うには適正な運転管理を行う必要がある。
【０００５】
一方、排水処理施設における消費電力の最大の発生要因は曝気槽へ送風するためのブロアの電力であり、省エネルギーの観点からも曝気風量が必要最低限になるよう制御することも望まれている。
【０００６】
特に事業所等の排水処理施設では下水処理施設に比べ操業状況により流入負荷の変動差が大きく、負荷の変動に対応する為に人員を常時配置して適宜制御する必要があり、人員を配置しない場合は安全をみて曝気風量を多めに設定してエネルギー消費が増える状況となっており、省メンテ、コスト削減からも排水処理の制御に対する要望は大きい。
【０００７】
排水処理における制御対象の項目としては、曝気槽に供給する空気の量（以下曝気風量）で行うのが一般的であり、その他、汚泥濃度や流入する負荷量の調整など様々である。
【０００８】
一方、計測対象の項目としては溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ、酸化還元電位、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が代表的であり、これ以外に、水温、流入水量、汚泥沈降率なども測定され、最低限これらのデータは一定時間毎に記録され、管理されている。
【０００９】
また、これらの計測対象項目を監視対象として測定するだけでなく、これらの値から曝気槽を最適に制御する試みも行われており、排水処理の形式、制御の目的、処理場の規模、排水の性状等により様々な制御方法が考案されている。
【００１０】
最も基本的な曝気槽の制御方法としては、溶存酸素濃度を一定に保持するように曝気風量を制御する方法である。
【００１１】
曝気槽内の溶存酸素濃度は、曝気槽への酸素供給量と曝気槽内の微生物の酸素消費速度から決定され、酸素供給量が一定であれば、酸素消費速度により増減する。
【００１２】
すなわち、最も基本的な曝気風量の制御方法は、この溶存酸素濃度を常に一定量になるように（通常１〜２ｍｇ／Ｌに）制御するもので、例えば流入負荷が低く溶存酸素濃度が高いときは曝気風量を絞り、逆に流入負荷が増大し、溶存酸素濃度が低いときは曝気風量を増やして、常に必要最低限の曝気風量となるように制御する方法である。
【００１３】
しかし、このような最も基本的な溶存酸素濃度による曝気槽の制御は、曝気槽への酸素供給量が常に一定であるという仮定に基づいており、この仮定が成り立たないと正しく曝気槽の状態を制御できなくなる。
【００１４】
曝気槽の酸素供給能力は総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）で表されるが、この値は汚泥の性状や散気管の目詰まり等の影響により変化するうえ、測定自体もかなりの手間と労力を要するため、曝気槽が稼動中に総括酸素移動容量係数を正確に測定することは困難である。
【００１５】
このような理由により、曝気槽の溶存酸素濃度の値で曝気風量の制御を行うことは信頼性が低いとみなされ、結局は管理者が溶存酸素濃度その他の計測項目を頼りに経験と勘で運転しているケースが多いのが実情である。
【００１６】
以上のような曝気槽の溶存酸素濃度を用いた制御に対し、曝気槽に流入する負荷の大小を測定し、負荷の大きさに応じて制御を行う方法が提案されている。
【００１７】
曝気槽に流入する負荷の大小を測定する方法としては、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器を用いて流入原水の負荷を直接測定する方法も存在するが、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器は高価かつ複雑で、廃水処理の現場で使用するには耐久性に問題があり、また、ＢＯＤ測定は再現性が低く、ＣＯＤ測定はＢＯＤ値との相関が必ずしも一定ではないという課題もあって現在のところ実用化は困難な状況である。
【００１８】
一方、曝気槽の混合液の酸素消費速度（Ｒｒ）を用いて負荷の大小を間接的に測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１９】
この方法は、曝気槽内の混合液の酸素消費速度を計測することにより流入負荷の大小を判断し曝気槽を制御するもので、活性汚泥の酸素消費速度と流入負荷量に相関があることを前提としており、酸素消費速度の計測値から流入負荷量を推定し、負荷量に応じた曝気風量等の制御を行う方法である。この方法において酸素消費速度による測定は、従来から使用されており信頼性、安定性が高く、かつ安価である溶存酸素濃度計で測定が行える点がＣＯＤ計測器等と比較して有利である。
【００２０】
この測定方法を基本とし、酸素消費速度の測定精度を向上させるため、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を添加して硝化菌による影響を排除するものや、グルコース等による基準負荷を定期的に測定して汚泥の活性度の変化の影響を排除するものなどが提案されており、酸素消費速度の測定方法も、曝気槽内で直接測定する場合や溶存酸素濃度の測定値と総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）から計算するものや、処理系外の別槽に汚泥を採取して計測するもの等様々なものが様々な見地から考案されている。
【００２１】
しかしながら、このような曝気槽の酸素消費速度の値から流入負荷を推定して制御を行う方法の場合、流入負荷と酸素消費速度の相関が常に一定であることを前提としているが、現実的には酸素消費速度と流入負荷の相関が必ずしも一定ではなく、負荷の種類、汚泥の馴致状況や活性度などにより相関が変化してしまい、相関係数を一義的に定義できるものではない。
【００２２】
また、流入負荷の大小を曝気槽の酸素消費速度で計測しているので測定対象と制御対象が同一になり、測定値を負荷に変換し制御量を決定するフローとなるため急激な負荷の変化には常に応答の遅れを生じさせることになり、適切に制御を行えない課題を抱えており、現在においても主流にはなっていない。
【００２３】
ところで、これらの酸素消費速度を測定する制御方法における別の考え方として、流入負荷の大小を測定して制御にフィードバックするのではなく、曝気槽の状態を直接測定し、常に最適な状態になるよう制御する考え方がある。
【００２４】
ところで負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の活性汚泥法の場合、曝気槽へ流入した負荷により、最上流部では高い酸素消費速度が測定されるが、その値は流れ方向に対して急激に減少した後、徐々に減少し最終的には負荷の消費を伴わない内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００２５】
この考え方に基づき、曝気槽内の混合液の内生呼吸への遷移を、常に適正な位置に来るよう制御する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００２６】
この方法は、曝気槽内の流れ方向に対し複数の酸素消費速度を測定し、その傾きが変化する変曲点を特定して、この点を内生呼吸への遷移と判断し、この内生呼吸へ遷移する位置が所定の位置に来るように曝気風量を調整し曝気槽を制御する方法である。
【００２７】
この方法によれば、酸素消費速度から負荷を推定して制御する方法と比較して、負荷の大小、負荷の種類や汚泥の活性度によらず、また負荷の変動に対しても応答の遅れを生じさせること無く、適正な曝気槽の制御方法が得られる。
【特許文献１】特開平０３−１８１３９６号公報
【特許文献２】特開昭５６−１３０２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、上記従来の特許文献２に記載のものは、内生呼吸遷移点を所定の位置に制御するという方法であり、所定の位置がどのような条件であるかは特に言及されておらず、また、所定の位置は負荷や汚泥の活性度で変化するため、適正な処理の条件を定義できないという課題があった。
【００２９】
そこで本発明は、負荷の変動や汚泥の活性の変化があっても適正な処理の条件を明確に定義できる曝気槽の制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は上記目的を達成するため、処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、負荷の変動や汚泥の活性度の変動によらず、省エネ、省メンテで曝気槽を常に最適な状態に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の第１の実施の形態による曝気槽の制御方法は、処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うものである。
【００３３】
本実施の形態によれば、内生呼吸への遷移を微生物が有機物を酸化分解する処理の終点と判断することにより、常に最適な状態で汚泥を再利用することができるため、負荷の変動や汚泥の活性の変化によらず、曝気槽を最適な状態に制御することができる。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態は、押し出し流れ型の曝気槽において、内生呼吸への遷移の位置が前記曝気槽内の最下流部に来るように制御するものである。
【００３５】
本実施の形態によれば、曝気槽の最下流部の位置で処理が完了するため常に最適な状態で汚泥を返送し再利用することができる。
【００３６】
本発明の第３の実施の形態は、内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうか判断するものである。
【００３７】
本実施の形態によれば、正確に最下流部の位置に内生呼吸の遷移があるか判断することができる。
【００３８】
本発明の第４の実施の形態は、内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうかの判断は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、各測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較して行うものである。
【００３９】
本実施の形態によれば、現在の曝気槽の処理状態が適正なのか、不足なのか、過剰なのかを判断することができる。
【００４０】
本発明の第５実施の形態は、比較した結果、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内生呼吸への遷移の位置とするものである。
【００４１】
本実施の形態によれば、より正確に内生呼吸へ遷移する位置を特定することができる。
【００４２】
本発明の第６の実施の形態は、酸素消費速度の測定値が内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値とするものである。
【００４３】
本実施の形態によれば、活性度が下がり測定した酸素消費速度が内生呼吸の酸素消費速度よりも低い値が測定されたときも、この値を内生呼吸の酸素消費速度として更新することにより、活性度の変化に追従した最新の内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。
【００４４】
本発明の第７の実施の形態は、酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行うものである。
【００４５】
本実施の形態によれば、汚泥の濃度変動による酸素消費速度の変化の影響を除去でき、より正確に曝気槽の内生呼吸遷移点を得ることができる。
【００４６】
本発明の第８の実施の形態は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、負荷の有無を判断するものである。
【００４７】
本実施の形態によれば、曝気槽における負荷の有無を判断することができ、無負荷時における内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。
【００４８】
本発明の第９の実施の形態は、複数の位置は、最上流部とその下流側であるものである。
【００４９】
本実施の形態によれば、最も酸素消費速度の差が大きい最上流部とその下流側の測定値を用いることにより、負荷の有無だけでなく、負荷の大小を得ることができる。
【００５０】
本発明の第１０の実施の形態は、回分式の曝気槽において、内生呼吸への遷移の時間が曝気処理の終了時となるように制御するものである。
【００５１】
本実施の形態によれば、内生呼吸の遷移を処理時間で判断することにより、回分式の曝気槽おいても本発明を適用することができる。
【００５２】
以下、本発明による実施例の曝気槽の制御方法について、図面を参照して説明する。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における曝気槽の制御方法の１例を示すシステム図で、制御対象を含んだ排水処理系１０と計測制御装置２０を示している。
【００５４】
排水処理系１０は排水を貯留する調整槽１と、有機物を活性汚泥と混合した混合液を曝気することにより微生物によって酸化・分解する曝気槽２と、曝気槽２で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿槽３で構成されている。
【００５５】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００５６】
処理対象の排水が流入する調整槽１は押し出し流れ型の曝気槽２に接続されている。
【００５７】
曝気槽２の底部には有酸素気泡が発生する散気管４が流れ方向に沿って複数配置されており、各散気管４はそれぞれ散気管制御弁５を介して曝気槽２の外部に接続された曝気ブロア６と空気配管によって接続されている。
【００５８】
また、曝気槽２の最下流部は沈殿槽３と接続されている。
【００５９】
沈殿槽３は処理系外へと接続されると共に、調整槽１と曝気槽２の間に液体配管で接続されている。
【００６０】
次に計測制御装置２０について説明する。計測制御装置２０は曝気槽２に近接して設置されており、内部に計測槽１１と制御部１２を有している。
【００６１】
計測槽１１内には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４が配置されており、それぞれの測定信号線（図中、破線）が制御部１２に接続されている。
【００６２】
計測槽１１の底部には計測槽散気管１５が配置されており、計測槽散気管１５は計測槽１１の外部に設置された計測槽曝気ブロア１６と空気配管によって接続されている。
【００６３】
また、計測槽１１には混合液を攪拌する攪拌機１７が配置されている。また、計測槽曝気ブロア１６は制御部１２と電気的に接続されている。
【００６４】
また、曝気槽２には混合液採取ポンプ７が流れ方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所に配置されおり、各混合液採取ポンプ７は混合液採取弁８を介して計測槽１１の流入口１８と接続されている。
【００６５】
また、計測槽１１の底部には流出口１９があり、流出口１９は液体配管によって曝気槽２の最上流部近傍と接続されている。
【００６６】
制御部１２は計測槽曝気ブロア１６、曝気ブロア６、散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８および攪拌機１７と電気的に接続されており、制御部１２から各機器を動作できるようになっている。
【００６７】
また、特に図示していないが流出口１９の下方には排出用の弁があり制御装置から開閉できるようになっている。
【００６８】
尚、図１において、便宜上散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８の信号線は１本で表示してあるが、全て各機器を個別に制御できるようになっている。
【００６９】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【００７０】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽１に流入して貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化されほぼ一定の流量となって曝気槽２へと送られる。
【００７１】
曝気槽２では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア６から空気が散気管４を介して送り込まれ、散気管４から発生した有酸素気泡は曝気槽２内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【００７２】
曝気槽２内部では、微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【００７３】
特に、曝気槽２は流入位置から流出位置までの距離がある押し出し流れ型の曝気槽であり、微生物による有機物の酸化分解は曝気槽２の最上流部から最下流部に流れるに従い進行し、最下流部から流出した混合液は沈殿槽３へと送り込まれる。
【００７４】
沈殿槽３に送り込まれた混合液は静置され重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【００７５】
下層の汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽２の最上流部へ戻され生物処理に再利用される。
【００７６】
尚、特に図示していないが残りの汚泥は余剰汚泥として処理系外へと排出されて別途処理される。
【００７７】
以上が排水処理の基本的な流れであるが、ここで、曝気槽２の内部での処理状況について図２を用いてさらに詳しく説明する。
【００７８】
押し出し流れ型の曝気槽２の内部に流入した有機物を含んだ排水は曝気槽２の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。
【００７９】
この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は最上流部で最も高い値を示す（図中のＡ部）。
【００８０】
押し出し流れのため混合液は曝気槽２を下流に向かって進みつつ微生物は体内に取り込んだ有機物を少しずつ酸素を消費しながら酸化分解していき、酸素消費速度は下流に行くに従い徐々に低下していく。
【００８１】
微生物が体内に取り込んだ有機物が全て消費されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない呼吸、いわゆる内生呼吸状態となり、内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００８２】
すなわち内生呼吸への遷移が曝気処理の完了であり、図２のａにあるように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部と一致する場合が最も効率が良い処理といえる。
【００８３】
もし、図２のｂのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部より前にあった場合は、内生呼吸への遷移の位置より後ろの汚泥は酸化分解の処理をしていないことになり、この部分の曝気処理は無駄となり、これは負荷に対して処理が過剰であることを意味している。
【００８４】
一方、図２のＣのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽２の最下流部より後ろ、すなわち曝気槽２内で内生呼吸への遷移に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残留している事になり、処理が未完であることを示している。
【００８５】
ここで、処理過剰が進行した状態では微生物の体外物質の生産不足により汚泥の沈降性が悪化して沈殿槽で固液分離できなくなり処理水質が悪化し、逆に処理不足が進行した状態で汚泥を返送して再利用すると汚泥の微生物体内には有機物が残存しているため、有機物の吸収能力が低下して処理水質が悪化する。
【００８６】
つまり、曝気槽２を適正に運転するためには、常に最適な状態で汚泥を返送して再利用することが必要であり、そのためには最下流部で処理が完了することが重要であり、内生呼吸への遷移の位置を曝気槽２の最下流部に常に位置するように制御することが最善である。
【００８７】
さて、本実施の形態の曝気槽の制御方法では、曝気槽２に対し流れ方向に複数箇所の混合液採取ポンプ７を配置し、各位置の酸素消費速度を計測制御装置２０の計測槽１１で測定するようになっている。
【００８８】
まず、混合液採取ポンプ７を動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁８を開いて、その近傍だけの混合液を流入口１８から計測槽１１へ流入させる。
【００８９】
混合液は計測槽１１に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１６を作動させ計測槽散気管１５より有酸素気泡が計測槽１１内に送り込まれると同時に攪拌機１７を作動させ、計測槽１１内の混合液を攪拌させ、溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４による測定も開始する。
【００９０】
この時、制御部１２には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４の測定値が一定時間ごとに逐次記録され、計測槽１１内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇し、安定したところで攪拌を続けたまま計測槽曝気ブロア１６の運転を停止することにより、計測槽１１内の混合液の酸素消費速度を溶存酸素濃度の減少曲線から算出する。
【００９１】
尚、酸素消費速度は温度による影響が大きいので、制御部１２にて温度の変化分を補償することにより、温度の影響を排除することが出来る。
【００９２】
次に、溶存酸素濃度が酸素消費速度を適正に算出できる値まで低下したところで酸素消費速度及び温度の計測を停止し、計測槽１１内部の混合液を流出口１９より曝気槽２に返送する。
【００９３】
ここで、曝気槽２に返送する位置は処理水への影響を考慮し曝気槽２の最上流部であることが望ましい。
【００９４】
上記のようにして酸素消費速度を測定するが、この測定を曝気槽２の最上流部から最下流部まで順次に測定していくことにより、曝気槽２内の酸素利用速度の分布が得られる。
【００９５】
次に本実施の形態における内生呼吸への遷移の位置が最下流部に位置しているかどうか判断する方法について説明する。
【００９６】
まず、曝気槽２の最上流部の酸素消費速度の測定値とその下流側の酸素消費速度の測定値を比較し、最上流部の方が大きければ、曝気槽に流入する負荷があると判断する。
【００９７】
二つの測定値に差異が無い、すなわち分布の傾きが水平であれば流入する負荷が無い状態と判断でき、無負荷状態に対応した最低曝気風量で運転するよう制御する。
【００９８】
また、このとき曝気槽２全体が無負荷状態と判断でき、この時の最下流部の酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度の値として制御部に記憶する。
【００９９】
次に、負荷があると判断された場合は、最下流部の酸素消費速度の測定値と制御部に記憶された内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して最下流部の酸素消費速度の測定値の方が大きい場合は、処理が未完と判断でき、曝気風量を増加するように制御する。
【０１００】
比較した結果、値が一致する場合は、最下流部より上流側の酸素消費速度の測定値と内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して、さらに一致する場合は内生呼吸遷への遷移の位置がその位置を含めた上流側にあることを意味し、処理が過剰と判断し、曝気風量を絞るように制御する。
【０１０１】
比較した結果、酸素消費速度の測定値の方が大きい場合は、内生呼吸への遷移の位置が最下流部の位置であり、処理が適正であると判断でき、曝気風量は現在の条件を維持する。
【０１０２】
尚、内生呼吸への遷移の位置が最下流部の上流側、下流側のどちらにあるか判断するだけでも制御の方向を決定できるが、さらに上流側の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較することにより、上流側から数えて最初に内生呼吸の酸素消費速度と一致する位置を見出すことにより、内生呼吸への遷移の位置を特定することができ、例えば特定した位置が最下流部からの距離が離れるほど曝気風量を少なくするなどにより、より緻密に曝気槽２を制御できる。
【０１０３】
尚、酸素消費速度の測定値が、内生呼吸の酸素消費速度の値より低いというケースも考えられる。
【０１０４】
これは汚泥の活性度が低下したことによる影響と判断でき、その時の最下流部の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値として更新して制御部に記憶し、上記の処理により内生呼吸への遷移の位置を特定する。
【０１０５】
尚、本実施の形態では測定位置を４箇所で説明したが、測定箇所数は処理場の設置状況や処理の要求精度、コスト等により決定すればよく、設置箇所が多い方が緻密な制御が行えるがその分コストが上昇する。
【０１０６】
次に、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度分布について説明する。
【０１０７】
図３は、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度の流れ方向の分布の測定結果である。
【０１０８】
ここでは、事業所が稼動している日と非稼動日において計測を行い、非稼働日は流入負荷が０であった。
【０１０９】
図３にあるように稼働日における酸素消費速度は曝気槽の最上流部のおける測定値が非常に高い値を示し、下流に行くに従い急激に低下し、最下流部の手前でほぼ安定した状態となった。ここでは最上流部の酸素消費速度の測定値とその下流側の酸素消費速度の測定値を比較し、最上流部の方が大きいので稼働日に負荷があることが図３からも判断できる。
【０１１０】
また、流入負荷が０の非稼働日における酸素消費速度は、曝気槽の位置によらず一定であり、無負荷状態であることが判断でき、この値が内生呼吸の酸素消費速度となる。
【０１１１】
この内生呼吸の酸素消費速度の値を稼働日の酸素消費速度の分布と比較することにより、内生呼吸への遷移の位置は図３の５の位置であることがわかり、稼働日においては少しではあるが曝気過剰であり曝気量を低減することにより省エネルギー化できる余地があることがわかった。このように、本発明の曝気槽の制御方法は実際の処理施設に適用可能である。
【０１１２】
このように、本実施の形態によれば、常に最下流部に内生呼吸への遷移の位置が来るように曝気槽を制御することができるようになり、事業所等での繁忙期や休日、夜間など、負荷量が急激に変動するような場合でも管理者の経験と勘の操作を不要とし、従来のように安全を見て曝気過多で運転する必要も無くなり省エネルギーが図れる。
【０１１３】
尚、本実施の形態では酸素消費速度で内生呼吸への遷移の位置を判断する方法で説明したが、通常、曝気槽は汚泥濃度を一定に保つように運転されているのでこの方法で問題は無い。
【０１１４】
しかし、より正確な検知を行うには計測槽に汚泥濃度計を設置し、酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素消費速度を汚泥濃度で除した単位汚泥重量あたりの酸素消費速度いわゆる酸素利用速度係数（Ｋｒ）を用いる方がより正確に内生呼吸への遷移の位置を判断できる。
【０１１５】
尚、本実施の形態において、制御対象を曝気風量として説明したが、曝気槽２の制御対象は曝気風量に限定されるものではなく、曝気槽２への返送汚泥量や、負荷の流入量などを制御対象としてもよい。
【０１１６】
また、酸素消費速度の測定を計測槽１１を用いて測定する方法で説明したが、曝気槽２内で直接測定する方法を用いてもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態では、無負荷状態の判別を曝気槽２の酸素消費速度の分布の傾きが水平であることで判断すると説明したが、例えば曝気槽２に負荷が流入しない日や時間があらかじめわかっており特定できる場合などにおいては、酸素消費速度の分布の傾きを判断する必要は無く、無負荷状態になる時間の酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度とすればよい。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態によれば、適正な処理の条件を明確に定義でき、負荷の変動幅が大きく、急激に変化する事業所等の排水処理施設の曝気槽などにも適用でき、汚泥の活性度の変化にも対応可能な曝気槽の制御方法が得られる。
【０１１９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の曝気槽の制御方法における他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
本実施の形態は、実施の形態１のうち排水処理系を押し出し流れ型の曝気槽ではなく、回分式の排水処理系としたものである。
【０１２１】
図４において、曝気槽２は回分処理槽２１となっており、回分処理槽２１は曝気槽２としての機能以外に沈殿槽３としての機能も併せ持っており、時間により曝気槽２と沈殿槽３の機能を切り替えて不連続に排水を処理するところに特徴がある。
【０１２２】
また、実施の形態１では複数の位置の酸素消費速度を測定したが、本実施の形態では１箇所となっており、それに伴い散気管制御弁５や混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８もそれぞれ１箇所となっている。
【０１２３】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【０１２４】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽１に流入して貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化され所定の量だけ回分処理槽２１へと送られる。
【０１２５】
回分処理槽２１では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア６から空気が散気管４を介して送り込まれ、散気管４から発生した有酸素気泡は曝気槽２内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【０１２６】
曝気槽２の内部では、微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【０１２７】
回分処理槽２１の内部では完全混合状態となる為、内部で酸素消費速度の分布はないが、曝気処理中は負荷の流入はないため、酸素消費速度の測定値は酸化分解の処理が進むに従い時間と共に低下する。
【０１２８】
ここで、溶存酸素濃度が酸素消費速度を適正に算出できる値まで低下したところで酸素消費速度及び温度の計測を停止し、回分処理槽２１内の混合液は静置され重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【０１２９】
下層の汚泥はそのまま回分処理槽２１に保持され、次の処理用の汚泥として生物処理に再利用される。
【０１３０】
ここで、回分処理槽内部での処理状況について図５を用いてさらに詳しく説明する。
【０１３１】
回分処理槽２１の内部に流入した有機物は汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。
【０１３２】
この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は処理時間の早い段階で最も高い値を示す（図中のＢ部）。
【０１３３】
この時、酸素消費の主体が易分解性成分の分解であるため酸素消費速度は急激に低下するが、ほぼ全ての易分解性成分が消費されると、酸素消費は難分解性成分の加水分解による分解と内生呼吸に支配されるため酸素消費速度は緩やかに低下する（図中Ｃの部分）。
【０１３４】
さらに加水分解による分解が終了すると内生呼吸への遷移と移行する（図中Ｄの部分）。
【０１３５】
すなわち内生呼吸への遷移が曝気処理の完了であり、この時、つまり図５のｄの位置で曝気処理時間が終了するのが最適な処理である。
【０１３６】
通常、回分式は曝気時間があらかじめ設定された時間に固定されているが、本実施の形態のように酸素消費速度が内生呼吸へ遷移したことを判断できれば処理の過剰や処理の不足が生じることなく常に適正に曝気槽を制御することができる。
【０１３７】
同様に、処理時間を固定した場合は曝気風量を制御することにより常に内生呼吸への遷移する時間を処理の終了時間と一致するようにすることもできる。
【０１３８】
尚、本実施の形態において、負荷の有無の判断は曝気処理中に酸素消費速度が一定であれば無負荷と判断でき、無負荷の時の酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度の値とすれば、実施の形態１と同様にして内生呼吸への遷移を判断することができる。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態によれば、回分式の排水処理系においても適正に処理できる曝気槽の制御方法を提供することができる。
【０１４０】
尚、本発明を適用できる排水処理系は、標準活性汚泥法や回分式のように処理が完了した汚泥を再利用すること、酸素消費速度の内生呼吸への遷移が位置や時間等で定量的に判断できることが条件であり、この条件を満たせば上記で説明した２つの排水処理系以外の方法にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明による曝気槽制御方法は、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設における曝気槽の制御に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態１の曝気槽の制御システムを示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の曝気槽内における酸素消費速度の分布を示す図
【図３】一般的な排水処理施設における酸素消費速度の分布を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の曝気槽の制御システムを示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２の曝気槽内における酸素消費速度の時間変化を示す図
【符号の説明】
【０１４３】
１ 調整槽
２ 曝気槽
３ 沈殿槽
４ 散気管
５ 散気管制御弁
６ 曝気ブロア
７ 混合液採取ポンプ
８ 混合液採取弁
１０ 排水処理系
１１ 計測槽
１２ 制御部
１３ 溶存酸素濃度計
１４ 温度センサ
１５ 計測槽散気管
１６ 計測槽曝気ブロア
１７ 攪拌機
１８ 流入口
１９ 流出口
２０ 計測制御装置
２１ 回分処理槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うことを特徴とする曝気槽の制御方法。
【請求項２】
押し出し流れ型の曝気槽において、内生呼吸への遷移の位置が前記曝気槽内の最下流部に来るように制御することを特徴とする請求項１記載の曝気槽の制御方法。
【請求項３】
内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうか判断することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の制御方法。
【請求項４】
内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうかの判断は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、各測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較して行うことを特徴とする請求項３記載の曝気槽の制御方法。
【請求項５】
比較した結果、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内生呼吸への遷移の位置とする請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項６】
酸素消費速度の測定値が内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値とする請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項７】
酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行う請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項８】
曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、負荷の有無を判断する請求項３記載の曝気槽の制御方法。
【請求項９】
複数の位置は、最上流部とその下流側である請求項８記載の曝気槽の制御方法。
【請求項１０】
回分式の曝気槽において、内生呼吸への遷移の時間が曝気処理の終了時となるように制御することを特徴とした請求項１記載の曝気槽の制御方法。
【請求項１】
処理後の汚泥を再利用する排水処理系の曝気槽における汚泥と排水の混合液が内生呼吸状態となることを利用して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸状態の利用は内生呼吸への遷移を曝気処理の完了と判断して行うことを特徴とする曝気槽の制御方法。
【請求項２】
押し出し流れ型の曝気槽において、内生呼吸への遷移の位置が前記曝気槽内の最下流部に来るように制御することを特徴とする請求項１記載の曝気槽の制御方法。
【請求項３】
内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうか判断することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の制御方法。
【請求項４】
内生呼吸への遷移の位置が、前記曝気槽内の最下流部に来ているかどうかの判断は、曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、各測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較して行うことを特徴とする請求項３記載の曝気槽の制御方法。
【請求項５】
比較した結果、測定値中、内生呼吸の酸素消費速度と値が一致する最上流側の測定点を内生呼吸への遷移の位置とする請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項６】
酸素消費速度の測定値が内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、酸素消費速度の測定値を内生呼吸の酸素消費速度の値とする請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項７】
酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行う請求項４記載の曝気槽の制御方法。
【請求項８】
曝気槽内における混合液の流れ方向に沿って複数の位置の酸素消費速度を測定し、負荷の有無を判断する請求項３記載の曝気槽の制御方法。
【請求項９】
複数の位置は、最上流部とその下流側である請求項８記載の曝気槽の制御方法。
【請求項１０】
回分式の曝気槽において、内生呼吸への遷移の時間が曝気処理の終了時となるように制御することを特徴とした請求項１記載の曝気槽の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１６８１８７（Ｐ２００８−１６８１８７Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５６（Ｐ２００７−１９５６）
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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