水処理装置、水処理方法およびそのプログラム
【課題】フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値を変更することで、好気槽で硝化反応と脱窒反応を並行的に進行させるための曝気量制御を適切なものとする。
【解決手段】本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽１と、該生物反応槽１に送られた廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段６と、生物反応槽１内の廃水にエアレーションするための散気手段４と、該散気手段４の風量を制御する風量制御手段３、５と、記溶存酸素測定手段６の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように風量制御手段３、５を制御する制御手段７とを備えた水処理装置Ｓ１であって、活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段８を備え、制御手段７は、粒径計測・予測手段８の計測値または予測値に応じて溶存酸素の目標値を変更している。
【解決手段】本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽１と、該生物反応槽１に送られた廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段６と、生物反応槽１内の廃水にエアレーションするための散気手段４と、該散気手段４の風量を制御する風量制御手段３、５と、記溶存酸素測定手段６の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように風量制御手段３、５を制御する制御手段７とを備えた水処理装置Ｓ１であって、活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段８を備え、制御手段７は、粒径計測・予測手段８の計測値または予測値に応じて溶存酸素の目標値を変更している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等の汚水を活性汚泥を用いて処理する水処理方法に係り、特に、有機物と窒素を処理するための水処理装置、水処理方法およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場に流入する汚水は活性汚泥と称される微生物により処理される。一般的な処理方式である標準活性汚泥法では、反応槽内の汚水をエアレーション（曝気）して好気条件で汚水中の活性汚泥(好気性微生物)を反応させ、主に有機物を処理している。
【０００３】
近年、水質規制が強化され、窒素(Ｎ)やリン(Ｐ)の除去も求められている。窒素の除去では、好気性微生物により好気条件で進行する硝化反応と、嫌気性微生物により嫌気条件で進行する脱窒反応とで除去される。このため、下水処理場では硝化反応のための好気槽と、脱窒反応のための嫌気槽（無酸素槽、脱窒槽とも称す）を設けて、好気性と嫌気性とのそれぞれの運転条件を適正化している。
【０００４】
一般に、汚水中の活性汚泥は微生物の塊であるフロックを形成している。好気槽において、フロック表面では好気条件、フロック内部では酸素が消費されるため嫌気条件になる。このため、フロックの表面で硝化反応、内部で脱窒反応を同時並行的に進行させることも可能である。同時進行させるためには、曝気量の制御が重要で、曝気量が多過ぎるとフロック内部まで好気条件となり脱窒反応が不充分となる一方、曝気量が少な過ぎると硝化反応が進行しない。このように、好気槽単一で窒素除去を進行させるための運転装置の先行技術文献として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記したように、好気槽で好気性の硝化反応と嫌気性の脱窒反応を同時進行させるには、フロック内部で脱窒反応が進行するように内部を嫌気条件に維持することが重要である。フロック内部を嫌気条件とするには、フロック周囲の溶存酸素濃度とフロック粒径が重要な因子となる。すなわち、フロック粒径が大きい場合は、溶存酸素濃度が高くても内部では嫌気条件となり、フロック粒径が小さい場合には、溶存酸素濃度を低くしないと嫌気条件を維持できない。
【０００７】
つまり、フロック粒径が大きい場合には、硝化反応の好気条件が不充分となる場合が想定されるので溶存酸素濃度をある程度高くする必要があり、フロック粒径が小さい場合には、脱窒反応の嫌気条件が不充分となるおそれがあるので、溶存酸素濃度を低くする必要がある。
特許文献1では溶存酸素濃度センサを設置し、その計測値を考慮して風量を制御しているが、フロック粒径に関しては考慮されておらず、制御が充分とはいい難い。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑み、好気槽で硝化反応と脱窒反応を同時進行させるための曝気量制御を適切なものとできる水処理装置、水処理方法およびそのプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、前記溶存酸素測定手段の計測値を基に、当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段を備え、前記制御手段は、前記粒径計測・予測手段の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更している。
【００１０】
第２の本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、前記散気手段の風量を制御する風量制御手段、前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段を備え、前記制御手段は、前記固形物質計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更している。
【００１１】
第３、第４の本発明に関わる水処理方法は、それぞれ第１、第２の本発明に関わる水処理装置を実現する方法である。
【００１２】
第５の本発明に関わる水処理方法のプログラムは、第３、第４の何れかの本発明に関わる水処理方法を、コンピュータで実現するためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値を変更することで、好気槽で硝化反応と脱窒反応を並行的に進行させるための曝気量制御を適切なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図２】溶存酸素が浸透する生物膜厚みと反応液の溶存酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図４】実測値のフロック粒径とフロックの沈降速度の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図６】実験したフロック粒径とＳＶＩの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図８】実験したフロック粒径とＭＬＳＳの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係る水処理装置Ｓ１の構成を示す概念図である。
水処理装置Ｓ１は、下水処理場等において、生活雑廃水等の汚水(廃水)を活性汚泥で生物反応処理する装置である。
水処理装置Ｓ１は、反応槽として、流入される汚水を生物反応処理する生物反応槽１と、生物反応槽１での処理物を自然沈殿により処理水と活性汚泥とに分離する沈殿池２とを具備している。
【００１６】
生物反応槽１内には、複数の微生物群を含む活性汚泥が生息する。通常、活性汚泥は微生物の塊状のフロックとして生物反応槽１内に流入する汚水中を浮遊している。なお、生物反応槽１へ流入する汚水を流入水と称し、沈殿池２から流出する液を処理水と称する。
生物反応槽１にエアを供給するブロワ３の先(ブロワ３の送風路の下流)には散気手段４が接続され、散気手段４により、生物反応槽１内の流入水がエアレーション(曝気)される。散気手段４は並設されるパイプに多数の細孔が穿設され、ブロワ３から送られるエア(空気)が、散気手段４の多数の細孔から生物反応槽１内の流入水に供給される。
【００１７】
そして、エアレーションにより空気中の酸素(Ｏ２)が生物反応槽１内の流入水に溶解し、溶存酸素として活性汚泥に供給される。散気手段４の風量は風量調節弁５の開度および／またはブロワ３の回転速度が調整されることで変更される。
【００１８】
エアレーションによって、生物反応槽１内の流入水に好気性雰囲気が形成されると、好気性微生物である亜硝酸化菌、硝酸化菌等の働きによって、フロックの表面側で硝化反応が行われる。すなわち、フロックの表面側で流入水中のアンモニアその他の窒素成分、例えばアンモニア性窒素(ＮＨ４−Ｎ)が酸化され、亜硝酸、硝酸等、例えば亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)となる。
【００１９】
そして、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)を反応させて窒素(Ｎ２)を生成させるため、嫌気性微生物である脱窒菌を利用した嫌気処理(脱窒反応)が行われる。
脱窒菌は、溶存酸素が存在する好気状態では、分子状の酸素(Ｏ２)を用いて呼吸し、溶存酸素が存在しない嫌気状態では、分子状酸素の代わりに硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)に含まれる原子状の酸素を用いて呼吸する。
【００２０】
したがって、脱窒菌が呼吸することにより、溶存酸素が消費されて嫌気状態になるとともに、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)が還元されて窒素ガス(Ｎ２)となり、流入水中から窒素分が除去される。
このようにして、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)は、嫌気状態で嫌気性微生物により酸素が除去され窒素ガス(Ｎ２)に還元され流入水中から除去され、窒素ガス(Ｎ２)として大気に放散される。
【００２１】
生物反応槽１の下流には、生物反応槽１から送られる反応液と活性汚泥とを自然沈殿によって固液分離する沈殿池２が設置されている。沈殿池２に沈降(沈殿)した活性汚泥は、生物反応槽１に図１の矢印α２のように返送汚泥として循環され、その一部は余剰汚泥として排出される。
【００２２】
次に、水処理装置Ｓ１の動作概要を説明する。
生物反応槽１に活性汚泥を含んだ汚水(流入水)が流入(図１の矢印α１参照)される。また、返送汚泥が生物反応槽１に導入(図１の矢印α２参照)される。生物反応槽１内の汚水(流入水)、活性汚泥は、散気手段４から噴出されるエアにより攪拌と酸素供給が行われ、好気性状態が作られる。
【００２３】
好気性状態において、汚水(流入水)は、硝化反応(ＮＨ４−Ｎ → ＮＯ２−Ｎ → ＮＯ３−Ｎ)が行われ、嫌気性状態において、硝脱窒反応(ＮＯ２−Ｎ → Ｎ２、ＮＯ３−Ｎ → Ｎ２)が行われる。
【００２４】
生物反応槽１から流出した処理物は沈殿池2で、処理水と活性汚泥とに固液分離され、上澄液が処理水として図１の矢印α３のように放流される。一方、沈殿した活性汚泥の大部分は返送汚泥として、前記の通り生物反応槽１に図１の矢印α２のように還流され、返送汚泥の一部は余剰汚泥として系外に排出される。
【００２５】
ここで、生物反応槽１において、汚水(流入水)を効率良く処理するためには、硝化反応と脱窒反応とを同時並行的にバランスよく、行わせる必要がある。
そこで、水処理装置Ｓ１は以下の構成を有している。
生物反応槽１には流入水の溶存酸素の濃度を計測するための溶存酸素計６が設置され、その計測信号が、水処理装置Ｓ１を統括的に制御する制御手段７に送信(入力)される。
【００２６】
制御手段７は、例えば、コントローラであり、マイコン(microcomputer)等のコンピュータ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器等のインターフェース回路、センサ電流を増幅するセンサ回路、風量調整弁５・ブロワ３の印加電流を制御する制御回路等の周辺回路等を有して構成される。コントローラのＲＯＭ(Read Only Memory)等の記憶部には、水処理装置Ｓ１を制御するための制御プログラムが焼き付けられとともに、制御に用いるデータが記憶される。制御プログラムが実行されることで、水処理装置Ｓ１の制御が行われる。
【００２７】
制御中(制御プログラムの実行中)の一時データはＲＡＭ(Random Access Memory)等の記憶部に記憶される。
なお、センサ回路、風量調整弁５・ブロワ３の制御回路等の周辺回路等は適宜、コントローラの外部に設けるようにしてもよい。
【００２８】
また、生物反応槽１には活性汚泥のフロックの粒径を計測するための、公知の粒径計測手段８が設置され、その計測信号が制御手段７に入力(送信)される。
制御手段７は、溶存酸素計６の計測値が、ＲＯＭ等の記憶部に既入力または既設定された溶存酸素の目標値になるように、風量調整弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００２９】
次に、水処理装置Ｓ１の制御手段７における生物反応槽１内の溶存酸素の目標値の設定方法について説明する。
発明者らの実測値である図２を用いて説明する。図２は、溶存酸素が浸透する生物膜厚みと反応液(生物反応槽１の流入水)の溶存酸素濃度との関係を示している。
【００３０】
実測値で溶存酸素濃度が２ｍｇ／ｌ(リットル)のときフロック内の７００μｍまで溶存酸素が浸透した。このとき、溶存酸素の浸透するフロック粒径は１４００μｍに相当する。
この実測値を利用することにより、溶存酸素の浸透限界の直線(図２の実線)が得られた。この浸透限界の直線を、好気性の制御リミットとすると、水処理装置Ｓ１における制御方式の溶存酸素濃度設定値（ＤＯ１）は下記の式（１）(図２の破線)になる。
【００３１】
ＤＯ１＝(２／１４００)×Ｄ−α （１）
ここで、ＤＯ１ ：溶存酸素濃度設定値
Ｄ：フロック直径
α：脱窒係数
αは脱窒促進係数でαに相当する分が嫌気領域となる。ここで、脱窒反応を制御するためには、αを変化させればよい。例えば、αは、脱窒反応が進行する０．８〜０．９にするとよい。
【００３２】
制御手段７には、図２に示すフロック直径と溶存酸素濃度設定値の関係、すなわち式（１）の関係(図２の破線)が既入力または既設定される。なお、フロック直径と溶存酸素設定値との関係(式（１）の関係)は、制御手段7にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００３３】
制御手段７は、水処理装置Ｓ１の稼働時、粒径計測手段８からフロック粒径(フロック直径)の情報が入力される。次に、制御手段７は、式（１）の関係(図２の破線)から、フロック粒径に対応する溶存酸素濃度設定値ＤＯ１ を算出する。続いて、制御手段７は溶存酸素計６の計測値が溶存酸素濃度設定値ＤＯ１になるように、風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。生物反応槽１の実際の溶存酸素濃度が、溶存酸素計６で計測され制御手段７に入力されるため、フィードバック制御される。これにより、制御手段７は、生物反応槽１の汚水(流入水)を、活性汚泥が最適な好気条件、嫌気条件となる溶存酸素設定値ＤＯ１に制御できる。
【００３４】
実施形態１の水処理装置Ｓ１によれば、フロック粒径を加味(考慮)して溶存酸素目標値を変更することにより、好気槽である生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応とを同時並行的に効果的に進行させる曝気量制御を実現することができる。
なお、排出される窒素ガス(Ｎ２)をガスセンサで感知して、窒素ガスの量が最大になるように溶存酸素濃度設定値（ＤＯ１）を調整してもよい。
【００３５】
＜＜実施形態２＞＞
図３は、本発明の実施形態２に係る水処理装置Ｓ２の構成を示す概念図である。
実施形態２の水処理装置Ｓ２は、実施形態１の水処理装置Ｓ１の粒径計測手段８に代えて、沈殿池２の上澄み液の固形物質濃度を計測するＳＳ(suspended solids)計９を設けたものである。
ＳＳ(suspended solids)とは、浮遊物質濃度のことで水の濁り度を示す指標の一つである。
その他の構成は、実施形態１の水処理装置Ｓ１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
制御手段７には、沈殿池２の処理水の情報として、ＳＳ計９で計測された沈殿池２の処理水の浮遊物質濃度の計測信号が入力(送信)される。
実施形態２では、沈殿池２にＳＳ計９を設置する場合を例示したが、生物反応槽１での流入水を計測してもよい。また、ＳＳ計９に代えて汚濁計を用いてもよい。
【００３７】
次に、水処理装置Ｓ２における生物反応槽１の溶存酸素濃度の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)の設定方法について説明する。
図４は発明者らの実測値であり、フロック粒径(μｍ)とフロックの沈降速度(ｍｍ／ｍｉｎ(分))の関係を示す。
【００３８】
フロックの沈降速度は、フロックに働く下向きの重力と上向きの浮力が関係する。
フロックに働く重力は、フロックの質量と重力加速度との積で求められる。一方、フロックに働く浮力は、フロックの容積の処理水の重量で求められる。ここで、フロック粒径は、フロックの容積、質量に３乗で影響するが、フロックの比重は水より大であり、フロック粒径の増加は、フロックに働く重力への影響は浮力より大きい。
そのため、図４に示すように、フロック粒径が大きい程、フロックの沈降速度が速くなる結果が得られた。
【００３９】
そして、フロックの沈降速度が速い程、沈殿池２の固液分離が良好になるため、フロックの沈降速度が速い程、水の濁りが少なくＳＳ計９の計測値は小さくなる。
このため、図４に示すフロックの沈降速度(ｍｍ／ｍｉｎ(分))とフロック粒径(μｍ)との関係を基に、制御手段７は、浮遊物質濃度のＳＳとフロック粒径(μｍ)との関係が予め入力または設定され記憶部に記憶される。
すなわち、ＳＳ計９によりＳＳの値を計測し、ＳＳの値からフロックの沈降速度を求め、この沈降速度から図４の関係を参照してフロック粒径を予測することができる。
【００４０】
これにより、水処理装置Ｓ２に粒径計測手段８が無くとも、制御手段７は、ＳＳ計９の計測値からフロック粒径を予測することができる。なお、浮遊物質濃度のＳＳとフロック粒径(μｍ)との関係は、制御手段7にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００４１】
水処理装置Ｓ２における制御手段７による溶存酸素濃度設定値ＤＯ１の設定について説明する。
制御手段７はＳＳ計９の計測値を得る。次に、制御手段７は予め記憶されたＳＳとフロック粒径の関係よりフロック粒径を予測する。
【００４２】
次に、制御手段７はフロック粒径から実施形態１の式（１）に従い溶存酸素濃度設定値ＤＯ１の目標値を設定する。
そして、制御手段７は、溶存酸素計６の濃度の計測値が溶存酸素濃度設定値ＤＯ１になるように、風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００４３】
実施形態２の水処理装置Ｓ２によれば、ＳＳ計９の計測値に基づき、フロック粒径を加味して溶存酸素濃度の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽である生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に進行)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００４４】
＜＜実施形態３＞＞
図５は、本発明の実施形態３に係る水処理装置Ｓ３の構成を示す概念図である。
実施形態３の水処理装置Ｓ３は、実施形態１の水処理装置Ｓ１(図１参照)の粒径計測手段８の代わりに、活性汚泥のＳＶＩ（Sludge volume index）を計測するＳＶＩ計１０を設けたものである。
【００４５】
ＳＶＩ（Sludge volume index）とは活性汚泥の沈降性を示す指標であり、汚泥容量指標と称される。１ｇの活性汚泥が占める容積をｍｌ(ミリリットル)で表し、 ＳＶＩ＝ＳＶ（Sludge volume）×１００００／ＭＬＳＳ の式で算出される。ＳＶＩは、活性汚泥を３０分間静置した場合に１ｇのＭＬＳＳ(mixed liquor suspended solid：活性汚泥浮遊物質)の占める容積をｍｌ数で示したものである。通常の曝気槽のＳＶＩは１００〜１５０である。高いＳＶＩ値は凝集性・沈降性の悪い軽い活性汚泥であることを示す。ＳＶＩ値を測定することにより活性汚泥の異常を早期に発見することができる。
【００４６】
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
水処理装置Ｓ３の制御手段７には、生物反応槽１における流入水内のフロックの情報として、ＳＶＩ計１０の計測信号が入力される。
【００４７】
発明者らが実験したフロック粒径(μｍ)とＳＶＩ(ｍｌ／ｇ)の関係を図６に示す。図６のプロット点が実験点であり、曲線は最小自乗法等を用いて内挿したものである。
ＳＶＩ(濃度)が低い程、フロック粒径が増加し、ＳＶＩ(濃度)が高い程、フロック粒径は減少する結果が得られた。
制御手段７には図６のフロック粒径とＳＶＩとの関係が予め入力または設定され記憶部に記憶されており、制御手段７はＳＶＩ値からフロック粒径を推定できる。なお、フロック粒径とＳＶＩとの関係は、制御手段７にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００４８】
水処理装置Ｓ３の制御手段7の制御方法を説明する。
まず、制御手段７はＳＶＩ計１０の計測値を受け取る。次に、制御手段７は、既入力または既設定された図６の関係を用いて計測されたＳＶＩ値よりフロック粒径を推定する。そして、前記の図２の式（１）におけるフロック粒径と溶存酸素濃度の関係から目標とする溶存酸素濃度設定値ＤＯ１を得る。最後に制御手段７は溶存酸素計６の計測値が溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)になるように風量調整弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００４９】
実施形態３の水処理装置Ｓ３によれば、ＳＶＩ計１０の計測値に基づき、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽である生物反応槽１における硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に進行)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００５０】
＜＜実施形態４＞＞
図７は、本発明の実施形態４に係る水処理装置Ｓ４の構成を示す概念図である。
実施形態４の水処理装置Ｓ４は、実施形態１の水処理装置Ｓ１(図１参照)の粒径計測手段８をＭＬＳＳ計１１に代えたものである。
【００５１】
ＭＬＳＳ(mixed liquor suspended solids)は生物反応槽1の汚泥量(ｍｇ／ｌ)(流入水１リットル当たりの活性汚泥の重さ)を表す。
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
水処理装置Ｓ４では、生物反応槽１の流入水内のフロックの情報として、ＭＬＳＳ計１１の計測信号が制御手段７に入力される。
発明者らの実験したフロック粒径とＭＬＳＳの関係を図８に示す。図８のプロット点が実験点であり、曲線は最小自乗法等を用いて内挿したものである。
ＭＬＳＳ濃度が低い程、フロック粒径が増加する一方、ＭＬＳＳ濃度が高い程、フロック粒径が減少する結果が得られた。
制御手段７には本図８のフロック粒径とＭＬＳＳとの関係が既入力または既設定され記憶部に記憶されており、制御手段７はＭＬＳＳ値からフロック粒径を推定することができる。
【００５３】
本水処理装置Ｓ４における制御手段７の制御方法を説明する。
制御手段７は、ＭＬＳＳ計１１の計測値を受け取る。次に、制御手段７は図８のフロック粒径とＭＬＳＳとの関係より、ＭＬＳＳ値からフロック粒径を推定する。実施形態１の図２の式（１）におけるフロック粒径と溶存酸素の関係から目標の溶存酸素濃度設定値ＤＯ１を得る。最後に、制御手段７は溶存酸素計６が溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)になるように風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００５４】
実施形態４の水処理装置Ｓ４によれば、ＭＬＳＳ計１１の計測値から、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽の生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００５５】
なお、実施形態１の水処理装置Ｓ１〜実施形態４の水処理装置Ｓ４は、好気槽(生物反応槽１)で硝化・脱窒反応を、フロック粒径を加味することで行うものであり、窒素を除去することが目的である。好気槽の生物反応槽１では硝化反応が主な反応であるため、ある程度硝化が進んだ状態でないと脱窒反応が効果を及ぼさない。そのため、硝化反応が進行した後に、脱窒反応させることが望ましい。
【００５６】
このため、本発明による曝気量の制御は硝化反応が進行した生物反応槽１の後段で実施すると良い。このことから、生物反応槽１の制御は１／３以上後段に設置するのが望ましい。そのため、溶存酸素計６、散気手段４を、生物反応槽１の少なくとも１／３以上後段に備えるとよい。溶存酸素計６、散気手段４を、生物反応槽１の少なくとも１／３以上後段に設置すると窒素の除去を向上できる。
【００５７】
なお、前記実施形態では、風量制御手段として、ブロア３、風量調節弁５を例示したが、散気手段４からの風量を調整できるものであれば、その他の方法を用いてもよい。
また、前記実施形態では、生物反応槽１に送られた流入水(汚水)中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段として、溶存酸素濃度を計測する溶存酸素計６を例示したが、流入水(汚水)中の溶存酸素の量を測定できれば、他の溶存酸素測定手段を用いてもよい。
なお、前記実施形態では、制御手段としてコントローラを例示したが、制御手段の少なくとも一部をＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの回路(ハードウェア)で構成してもよく、説明した制御手段の機能を果たせれば、その実施態様は限定されない。
【符号の説明】
【００５８】
１ 生物反応槽
２ 沈殿池
３ ブロア(風量制御手段)
４ 散気手段
５ 風量調節弁(風量制御手段)
６ 溶存酸素計(溶存酸素測定手段)
７ 制御手段
８ 粒径計測手段(粒径計測・予測手段)
９ ＳＳ計(固形物質計測手段)
１０ ＳＶＩ計(粒径計測・予測手段)
１１ ＭＬＳＳ計(粒径計測・予測手段)
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 水処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等の汚水を活性汚泥を用いて処理する水処理方法に係り、特に、有機物と窒素を処理するための水処理装置、水処理方法およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場に流入する汚水は活性汚泥と称される微生物により処理される。一般的な処理方式である標準活性汚泥法では、反応槽内の汚水をエアレーション（曝気）して好気条件で汚水中の活性汚泥(好気性微生物)を反応させ、主に有機物を処理している。
【０００３】
近年、水質規制が強化され、窒素(Ｎ)やリン(Ｐ)の除去も求められている。窒素の除去では、好気性微生物により好気条件で進行する硝化反応と、嫌気性微生物により嫌気条件で進行する脱窒反応とで除去される。このため、下水処理場では硝化反応のための好気槽と、脱窒反応のための嫌気槽（無酸素槽、脱窒槽とも称す）を設けて、好気性と嫌気性とのそれぞれの運転条件を適正化している。
【０００４】
一般に、汚水中の活性汚泥は微生物の塊であるフロックを形成している。好気槽において、フロック表面では好気条件、フロック内部では酸素が消費されるため嫌気条件になる。このため、フロックの表面で硝化反応、内部で脱窒反応を同時並行的に進行させることも可能である。同時進行させるためには、曝気量の制御が重要で、曝気量が多過ぎるとフロック内部まで好気条件となり脱窒反応が不充分となる一方、曝気量が少な過ぎると硝化反応が進行しない。このように、好気槽単一で窒素除去を進行させるための運転装置の先行技術文献として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記したように、好気槽で好気性の硝化反応と嫌気性の脱窒反応を同時進行させるには、フロック内部で脱窒反応が進行するように内部を嫌気条件に維持することが重要である。フロック内部を嫌気条件とするには、フロック周囲の溶存酸素濃度とフロック粒径が重要な因子となる。すなわち、フロック粒径が大きい場合は、溶存酸素濃度が高くても内部では嫌気条件となり、フロック粒径が小さい場合には、溶存酸素濃度を低くしないと嫌気条件を維持できない。
【０００７】
つまり、フロック粒径が大きい場合には、硝化反応の好気条件が不充分となる場合が想定されるので溶存酸素濃度をある程度高くする必要があり、フロック粒径が小さい場合には、脱窒反応の嫌気条件が不充分となるおそれがあるので、溶存酸素濃度を低くする必要がある。
特許文献1では溶存酸素濃度センサを設置し、その計測値を考慮して風量を制御しているが、フロック粒径に関しては考慮されておらず、制御が充分とはいい難い。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑み、好気槽で硝化反応と脱窒反応を同時進行させるための曝気量制御を適切なものとできる水処理装置、水処理方法およびそのプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、前記溶存酸素測定手段の計測値を基に、当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段を備え、前記制御手段は、前記粒径計測・予測手段の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更している。
【００１０】
第２の本発明に関わる水処理装置は、廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、前記散気手段の風量を制御する風量制御手段、前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段を備え、前記制御手段は、前記固形物質計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更している。
【００１１】
第３、第４の本発明に関わる水処理方法は、それぞれ第１、第２の本発明に関わる水処理装置を実現する方法である。
【００１２】
第５の本発明に関わる水処理方法のプログラムは、第３、第４の何れかの本発明に関わる水処理方法を、コンピュータで実現するためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値を変更することで、好気槽で硝化反応と脱窒反応を並行的に進行させるための曝気量制御を適切なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図２】溶存酸素が浸透する生物膜厚みと反応液の溶存酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図４】実測値のフロック粒径とフロックの沈降速度の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図６】実験したフロック粒径とＳＶＩの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る水処理装置の構成を示す概念図である。
【図８】実験したフロック粒径とＭＬＳＳの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係る水処理装置Ｓ１の構成を示す概念図である。
水処理装置Ｓ１は、下水処理場等において、生活雑廃水等の汚水(廃水)を活性汚泥で生物反応処理する装置である。
水処理装置Ｓ１は、反応槽として、流入される汚水を生物反応処理する生物反応槽１と、生物反応槽１での処理物を自然沈殿により処理水と活性汚泥とに分離する沈殿池２とを具備している。
【００１６】
生物反応槽１内には、複数の微生物群を含む活性汚泥が生息する。通常、活性汚泥は微生物の塊状のフロックとして生物反応槽１内に流入する汚水中を浮遊している。なお、生物反応槽１へ流入する汚水を流入水と称し、沈殿池２から流出する液を処理水と称する。
生物反応槽１にエアを供給するブロワ３の先(ブロワ３の送風路の下流)には散気手段４が接続され、散気手段４により、生物反応槽１内の流入水がエアレーション(曝気)される。散気手段４は並設されるパイプに多数の細孔が穿設され、ブロワ３から送られるエア(空気)が、散気手段４の多数の細孔から生物反応槽１内の流入水に供給される。
【００１７】
そして、エアレーションにより空気中の酸素(Ｏ２)が生物反応槽１内の流入水に溶解し、溶存酸素として活性汚泥に供給される。散気手段４の風量は風量調節弁５の開度および／またはブロワ３の回転速度が調整されることで変更される。
【００１８】
エアレーションによって、生物反応槽１内の流入水に好気性雰囲気が形成されると、好気性微生物である亜硝酸化菌、硝酸化菌等の働きによって、フロックの表面側で硝化反応が行われる。すなわち、フロックの表面側で流入水中のアンモニアその他の窒素成分、例えばアンモニア性窒素(ＮＨ４−Ｎ)が酸化され、亜硝酸、硝酸等、例えば亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)となる。
【００１９】
そして、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)を反応させて窒素(Ｎ２)を生成させるため、嫌気性微生物である脱窒菌を利用した嫌気処理(脱窒反応)が行われる。
脱窒菌は、溶存酸素が存在する好気状態では、分子状の酸素(Ｏ２)を用いて呼吸し、溶存酸素が存在しない嫌気状態では、分子状酸素の代わりに硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)に含まれる原子状の酸素を用いて呼吸する。
【００２０】
したがって、脱窒菌が呼吸することにより、溶存酸素が消費されて嫌気状態になるとともに、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)が還元されて窒素ガス(Ｎ２)となり、流入水中から窒素分が除去される。
このようにして、硝酸性窒素(ＮＯ３−Ｎ)、亜硝酸性窒素(ＮＯ２−Ｎ)は、嫌気状態で嫌気性微生物により酸素が除去され窒素ガス(Ｎ２)に還元され流入水中から除去され、窒素ガス(Ｎ２)として大気に放散される。
【００２１】
生物反応槽１の下流には、生物反応槽１から送られる反応液と活性汚泥とを自然沈殿によって固液分離する沈殿池２が設置されている。沈殿池２に沈降(沈殿)した活性汚泥は、生物反応槽１に図１の矢印α２のように返送汚泥として循環され、その一部は余剰汚泥として排出される。
【００２２】
次に、水処理装置Ｓ１の動作概要を説明する。
生物反応槽１に活性汚泥を含んだ汚水(流入水)が流入(図１の矢印α１参照)される。また、返送汚泥が生物反応槽１に導入(図１の矢印α２参照)される。生物反応槽１内の汚水(流入水)、活性汚泥は、散気手段４から噴出されるエアにより攪拌と酸素供給が行われ、好気性状態が作られる。
【００２３】
好気性状態において、汚水(流入水)は、硝化反応(ＮＨ４−Ｎ → ＮＯ２−Ｎ → ＮＯ３−Ｎ)が行われ、嫌気性状態において、硝脱窒反応(ＮＯ２−Ｎ → Ｎ２、ＮＯ３−Ｎ → Ｎ２)が行われる。
【００２４】
生物反応槽１から流出した処理物は沈殿池2で、処理水と活性汚泥とに固液分離され、上澄液が処理水として図１の矢印α３のように放流される。一方、沈殿した活性汚泥の大部分は返送汚泥として、前記の通り生物反応槽１に図１の矢印α２のように還流され、返送汚泥の一部は余剰汚泥として系外に排出される。
【００２５】
ここで、生物反応槽１において、汚水(流入水)を効率良く処理するためには、硝化反応と脱窒反応とを同時並行的にバランスよく、行わせる必要がある。
そこで、水処理装置Ｓ１は以下の構成を有している。
生物反応槽１には流入水の溶存酸素の濃度を計測するための溶存酸素計６が設置され、その計測信号が、水処理装置Ｓ１を統括的に制御する制御手段７に送信(入力)される。
【００２６】
制御手段７は、例えば、コントローラであり、マイコン(microcomputer)等のコンピュータ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器等のインターフェース回路、センサ電流を増幅するセンサ回路、風量調整弁５・ブロワ３の印加電流を制御する制御回路等の周辺回路等を有して構成される。コントローラのＲＯＭ(Read Only Memory)等の記憶部には、水処理装置Ｓ１を制御するための制御プログラムが焼き付けられとともに、制御に用いるデータが記憶される。制御プログラムが実行されることで、水処理装置Ｓ１の制御が行われる。
【００２７】
制御中(制御プログラムの実行中)の一時データはＲＡＭ(Random Access Memory)等の記憶部に記憶される。
なお、センサ回路、風量調整弁５・ブロワ３の制御回路等の周辺回路等は適宜、コントローラの外部に設けるようにしてもよい。
【００２８】
また、生物反応槽１には活性汚泥のフロックの粒径を計測するための、公知の粒径計測手段８が設置され、その計測信号が制御手段７に入力(送信)される。
制御手段７は、溶存酸素計６の計測値が、ＲＯＭ等の記憶部に既入力または既設定された溶存酸素の目標値になるように、風量調整弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００２９】
次に、水処理装置Ｓ１の制御手段７における生物反応槽１内の溶存酸素の目標値の設定方法について説明する。
発明者らの実測値である図２を用いて説明する。図２は、溶存酸素が浸透する生物膜厚みと反応液(生物反応槽１の流入水)の溶存酸素濃度との関係を示している。
【００３０】
実測値で溶存酸素濃度が２ｍｇ／ｌ(リットル)のときフロック内の７００μｍまで溶存酸素が浸透した。このとき、溶存酸素の浸透するフロック粒径は１４００μｍに相当する。
この実測値を利用することにより、溶存酸素の浸透限界の直線(図２の実線)が得られた。この浸透限界の直線を、好気性の制御リミットとすると、水処理装置Ｓ１における制御方式の溶存酸素濃度設定値（ＤＯ１）は下記の式（１）(図２の破線)になる。
【００３１】
ＤＯ１＝(２／１４００)×Ｄ−α （１）
ここで、ＤＯ１ ：溶存酸素濃度設定値
Ｄ：フロック直径
α：脱窒係数
αは脱窒促進係数でαに相当する分が嫌気領域となる。ここで、脱窒反応を制御するためには、αを変化させればよい。例えば、αは、脱窒反応が進行する０．８〜０．９にするとよい。
【００３２】
制御手段７には、図２に示すフロック直径と溶存酸素濃度設定値の関係、すなわち式（１）の関係(図２の破線)が既入力または既設定される。なお、フロック直径と溶存酸素設定値との関係(式（１）の関係)は、制御手段7にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００３３】
制御手段７は、水処理装置Ｓ１の稼働時、粒径計測手段８からフロック粒径(フロック直径)の情報が入力される。次に、制御手段７は、式（１）の関係(図２の破線)から、フロック粒径に対応する溶存酸素濃度設定値ＤＯ１ を算出する。続いて、制御手段７は溶存酸素計６の計測値が溶存酸素濃度設定値ＤＯ１になるように、風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。生物反応槽１の実際の溶存酸素濃度が、溶存酸素計６で計測され制御手段７に入力されるため、フィードバック制御される。これにより、制御手段７は、生物反応槽１の汚水(流入水)を、活性汚泥が最適な好気条件、嫌気条件となる溶存酸素設定値ＤＯ１に制御できる。
【００３４】
実施形態１の水処理装置Ｓ１によれば、フロック粒径を加味(考慮)して溶存酸素目標値を変更することにより、好気槽である生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応とを同時並行的に効果的に進行させる曝気量制御を実現することができる。
なお、排出される窒素ガス(Ｎ２)をガスセンサで感知して、窒素ガスの量が最大になるように溶存酸素濃度設定値（ＤＯ１）を調整してもよい。
【００３５】
＜＜実施形態２＞＞
図３は、本発明の実施形態２に係る水処理装置Ｓ２の構成を示す概念図である。
実施形態２の水処理装置Ｓ２は、実施形態１の水処理装置Ｓ１の粒径計測手段８に代えて、沈殿池２の上澄み液の固形物質濃度を計測するＳＳ(suspended solids)計９を設けたものである。
ＳＳ(suspended solids)とは、浮遊物質濃度のことで水の濁り度を示す指標の一つである。
その他の構成は、実施形態１の水処理装置Ｓ１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
制御手段７には、沈殿池２の処理水の情報として、ＳＳ計９で計測された沈殿池２の処理水の浮遊物質濃度の計測信号が入力(送信)される。
実施形態２では、沈殿池２にＳＳ計９を設置する場合を例示したが、生物反応槽１での流入水を計測してもよい。また、ＳＳ計９に代えて汚濁計を用いてもよい。
【００３７】
次に、水処理装置Ｓ２における生物反応槽１の溶存酸素濃度の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)の設定方法について説明する。
図４は発明者らの実測値であり、フロック粒径(μｍ)とフロックの沈降速度(ｍｍ／ｍｉｎ(分))の関係を示す。
【００３８】
フロックの沈降速度は、フロックに働く下向きの重力と上向きの浮力が関係する。
フロックに働く重力は、フロックの質量と重力加速度との積で求められる。一方、フロックに働く浮力は、フロックの容積の処理水の重量で求められる。ここで、フロック粒径は、フロックの容積、質量に３乗で影響するが、フロックの比重は水より大であり、フロック粒径の増加は、フロックに働く重力への影響は浮力より大きい。
そのため、図４に示すように、フロック粒径が大きい程、フロックの沈降速度が速くなる結果が得られた。
【００３９】
そして、フロックの沈降速度が速い程、沈殿池２の固液分離が良好になるため、フロックの沈降速度が速い程、水の濁りが少なくＳＳ計９の計測値は小さくなる。
このため、図４に示すフロックの沈降速度(ｍｍ／ｍｉｎ(分))とフロック粒径(μｍ)との関係を基に、制御手段７は、浮遊物質濃度のＳＳとフロック粒径(μｍ)との関係が予め入力または設定され記憶部に記憶される。
すなわち、ＳＳ計９によりＳＳの値を計測し、ＳＳの値からフロックの沈降速度を求め、この沈降速度から図４の関係を参照してフロック粒径を予測することができる。
【００４０】
これにより、水処理装置Ｓ２に粒径計測手段８が無くとも、制御手段７は、ＳＳ計９の計測値からフロック粒径を予測することができる。なお、浮遊物質濃度のＳＳとフロック粒径(μｍ)との関係は、制御手段7にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００４１】
水処理装置Ｓ２における制御手段７による溶存酸素濃度設定値ＤＯ１の設定について説明する。
制御手段７はＳＳ計９の計測値を得る。次に、制御手段７は予め記憶されたＳＳとフロック粒径の関係よりフロック粒径を予測する。
【００４２】
次に、制御手段７はフロック粒径から実施形態１の式（１）に従い溶存酸素濃度設定値ＤＯ１の目標値を設定する。
そして、制御手段７は、溶存酸素計６の濃度の計測値が溶存酸素濃度設定値ＤＯ１になるように、風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００４３】
実施形態２の水処理装置Ｓ２によれば、ＳＳ計９の計測値に基づき、フロック粒径を加味して溶存酸素濃度の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽である生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に進行)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００４４】
＜＜実施形態３＞＞
図５は、本発明の実施形態３に係る水処理装置Ｓ３の構成を示す概念図である。
実施形態３の水処理装置Ｓ３は、実施形態１の水処理装置Ｓ１(図１参照)の粒径計測手段８の代わりに、活性汚泥のＳＶＩ（Sludge volume index）を計測するＳＶＩ計１０を設けたものである。
【００４５】
ＳＶＩ（Sludge volume index）とは活性汚泥の沈降性を示す指標であり、汚泥容量指標と称される。１ｇの活性汚泥が占める容積をｍｌ(ミリリットル)で表し、 ＳＶＩ＝ＳＶ（Sludge volume）×１００００／ＭＬＳＳ の式で算出される。ＳＶＩは、活性汚泥を３０分間静置した場合に１ｇのＭＬＳＳ(mixed liquor suspended solid：活性汚泥浮遊物質)の占める容積をｍｌ数で示したものである。通常の曝気槽のＳＶＩは１００〜１５０である。高いＳＶＩ値は凝集性・沈降性の悪い軽い活性汚泥であることを示す。ＳＶＩ値を測定することにより活性汚泥の異常を早期に発見することができる。
【００４６】
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
水処理装置Ｓ３の制御手段７には、生物反応槽１における流入水内のフロックの情報として、ＳＶＩ計１０の計測信号が入力される。
【００４７】
発明者らが実験したフロック粒径(μｍ)とＳＶＩ(ｍｌ／ｇ)の関係を図６に示す。図６のプロット点が実験点であり、曲線は最小自乗法等を用いて内挿したものである。
ＳＶＩ(濃度)が低い程、フロック粒径が増加し、ＳＶＩ(濃度)が高い程、フロック粒径は減少する結果が得られた。
制御手段７には図６のフロック粒径とＳＶＩとの関係が予め入力または設定され記憶部に記憶されており、制御手段７はＳＶＩ値からフロック粒径を推定できる。なお、フロック粒径とＳＶＩとの関係は、制御手段７にオンラインやバッチ処理で他システムから設定するようにしてもよい。
【００４８】
水処理装置Ｓ３の制御手段7の制御方法を説明する。
まず、制御手段７はＳＶＩ計１０の計測値を受け取る。次に、制御手段７は、既入力または既設定された図６の関係を用いて計測されたＳＶＩ値よりフロック粒径を推定する。そして、前記の図２の式（１）におけるフロック粒径と溶存酸素濃度の関係から目標とする溶存酸素濃度設定値ＤＯ１を得る。最後に制御手段７は溶存酸素計６の計測値が溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)になるように風量調整弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００４９】
実施形態３の水処理装置Ｓ３によれば、ＳＶＩ計１０の計測値に基づき、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽である生物反応槽１における硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に進行)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００５０】
＜＜実施形態４＞＞
図７は、本発明の実施形態４に係る水処理装置Ｓ４の構成を示す概念図である。
実施形態４の水処理装置Ｓ４は、実施形態１の水処理装置Ｓ１(図１参照)の粒径計測手段８をＭＬＳＳ計１１に代えたものである。
【００５１】
ＭＬＳＳ(mixed liquor suspended solids)は生物反応槽1の汚泥量(ｍｇ／ｌ)(流入水１リットル当たりの活性汚泥の重さ)を表す。
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、実施形態１と同様な構成要素には、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
水処理装置Ｓ４では、生物反応槽１の流入水内のフロックの情報として、ＭＬＳＳ計１１の計測信号が制御手段７に入力される。
発明者らの実験したフロック粒径とＭＬＳＳの関係を図８に示す。図８のプロット点が実験点であり、曲線は最小自乗法等を用いて内挿したものである。
ＭＬＳＳ濃度が低い程、フロック粒径が増加する一方、ＭＬＳＳ濃度が高い程、フロック粒径が減少する結果が得られた。
制御手段７には本図８のフロック粒径とＭＬＳＳとの関係が既入力または既設定され記憶部に記憶されており、制御手段７はＭＬＳＳ値からフロック粒径を推定することができる。
【００５３】
本水処理装置Ｓ４における制御手段７の制御方法を説明する。
制御手段７は、ＭＬＳＳ計１１の計測値を受け取る。次に、制御手段７は図８のフロック粒径とＭＬＳＳとの関係より、ＭＬＳＳ値からフロック粒径を推定する。実施形態１の図２の式（１）におけるフロック粒径と溶存酸素の関係から目標の溶存酸素濃度設定値ＤＯ１を得る。最後に、制御手段７は溶存酸素計６が溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)になるように風量調節弁５および／またはブロワ３を制御する。
【００５４】
実施形態４の水処理装置Ｓ４によれば、ＭＬＳＳ計１１の計測値から、フロック粒径を加味して溶存酸素の目標値(溶存酸素濃度設定値ＤＯ１)を変更することで、好気槽の生物反応槽１で硝化反応と脱窒反応を効果的に同時進行(同時並行的に)させるための曝気量制御を実現することができる。
【００５５】
なお、実施形態１の水処理装置Ｓ１〜実施形態４の水処理装置Ｓ４は、好気槽(生物反応槽１)で硝化・脱窒反応を、フロック粒径を加味することで行うものであり、窒素を除去することが目的である。好気槽の生物反応槽１では硝化反応が主な反応であるため、ある程度硝化が進んだ状態でないと脱窒反応が効果を及ぼさない。そのため、硝化反応が進行した後に、脱窒反応させることが望ましい。
【００５６】
このため、本発明による曝気量の制御は硝化反応が進行した生物反応槽１の後段で実施すると良い。このことから、生物反応槽１の制御は１／３以上後段に設置するのが望ましい。そのため、溶存酸素計６、散気手段４を、生物反応槽１の少なくとも１／３以上後段に備えるとよい。溶存酸素計６、散気手段４を、生物反応槽１の少なくとも１／３以上後段に設置すると窒素の除去を向上できる。
【００５７】
なお、前記実施形態では、風量制御手段として、ブロア３、風量調節弁５を例示したが、散気手段４からの風量を調整できるものであれば、その他の方法を用いてもよい。
また、前記実施形態では、生物反応槽１に送られた流入水(汚水)中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段として、溶存酸素濃度を計測する溶存酸素計６を例示したが、流入水(汚水)中の溶存酸素の量を測定できれば、他の溶存酸素測定手段を用いてもよい。
なお、前記実施形態では、制御手段としてコントローラを例示したが、制御手段の少なくとも一部をＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの回路(ハードウェア)で構成してもよく、説明した制御手段の機能を果たせれば、その実施態様は限定されない。
【符号の説明】
【００５８】
１ 生物反応槽
２ 沈殿池
３ ブロア(風量制御手段)
４ 散気手段
５ 風量調節弁(風量制御手段)
６ 溶存酸素計(溶存酸素測定手段)
７ 制御手段
８ 粒径計測手段(粒径計測・予測手段)
９ ＳＳ計(固形物質計測手段)
１０ ＳＶＩ計(粒径計測・予測手段)
１１ ＭＬＳＳ計(粒径計測・予測手段)
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 水処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、
前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段を備え、
前記制御手段は、前記粒径計測・予測手段の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の汚泥容量指標であるＳＶＩを計測するＳＶＩ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＳＶＩ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の量を表すＭＬＳＳを計測するＭＬＳＳ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＭＬＳＳ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、
前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
前記散気手段の風量を制御する風量制御手段、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、
前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段を備え、
前記制御手段は、前記固形物質計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の水処理装置において、
該溶存酸素測定手段と前記散気手段を、前記生物反応槽の少なくとも１／３以上後段に備える
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置の水処理方法であって、
前記制御手段は、前記活性汚泥の粒径の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の汚泥容量指標であるＳＶＩを計測するＳＶＩ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＳＶＩ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の量を表すＭＬＳＳを計測するＭＬＳＳ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＭＬＳＳ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項９】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、
前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
前記散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置の水処理方法であって、
前記制御手段は、前記固形物質濃度に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９の何れか一項に記載の水処理方法において、
前記溶存酸素測定手段と前記散気手段とが、前記生物反応槽の少なくとも１／３以上後段に備えて行われる
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０の何れか一項に記載の水処理方法を、コンピュータで実現するためのプログラム。
【請求項１】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、
前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段を備え、
前記制御手段は、前記粒径計測・予測手段の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の汚泥容量指標であるＳＶＩを計測するＳＶＩ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＳＶＩ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の量を表すＭＬＳＳを計測するＭＬＳＳ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＭＬＳＳ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、
前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
前記散気手段の風量を制御する風量制御手段、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置であって、
前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段を備え、
前記制御手段は、前記固形物質計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の水処理装置において、
該溶存酸素測定手段と前記散気手段を、前記生物反応槽の少なくとも１／３以上後段に備える
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
該散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記活性汚泥の粒径を計測または予測するための粒径計測・予測手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置の水処理方法であって、
前記制御手段は、前記活性汚泥の粒径の計測値または予測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の汚泥容量指標であるＳＶＩを計測するＳＶＩ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＳＶＩ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記粒径計測・予測手段は、前記活性汚泥の量を表すＭＬＳＳを計測するＭＬＳＳ計測手段であり、
前記制御手段は、前記ＭＬＳＳ計測手段の計測値に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項９】
廃水を処理するための活性汚泥が投入される生物反応槽と、
該生物反応槽の後段に設置された沈殿池と、
前記生物反応槽に送られた前記廃水中の溶存酸素の量を測定する溶存酸素測定手段と、
前記生物反応槽内の前記廃水にエアレーションするための散気手段と、
前記散気手段の風量を制御する風量制御手段と、
前記沈殿池の上澄み液の固形物質濃度を計測する固形物質計測手段と、
前記溶存酸素測定手段の計測値を基に，当該計測値が溶存酸素の量の目標値になるように前記風量制御手段を制御する制御手段とを備えた水処理装置の水処理方法であって、
前記制御手段は、前記固形物質濃度に応じて前記溶存酸素の目標値を変更する
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９の何れか一項に記載の水処理方法において、
前記溶存酸素測定手段と前記散気手段とが、前記生物反応槽の少なくとも１／３以上後段に備えて行われる
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０の何れか一項に記載の水処理方法を、コンピュータで実現するためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２８６４５（Ｐ２０１２−２２８６４５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７８９０（Ｐ２０１１−９７８９０）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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