汚水処理装置、制御装置及び汚水処理方法
【課題】余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、且つ、運用コスト上昇の抑制を図り得る汚水処理装置及び汚水処理方法、更には制御装置を提供する。
【解決手段】汚水処理装置は、曝気槽１、再基質化装置２、再基質化ライン２４及び２５、返送ライン２３、余剰汚泥排出用排出ライン２６、制御装置１５、測定手段（８〜１２）、ライン切替手段（６〜７）を有する。測定手段は、曝気槽１へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、汚水の一日当たりの量Ｑ0、処理汚泥の有機炭素濃度（ＣD4、ＣE4、ＣWS4）、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1、濃縮汚泥の有機炭素濃度（ＣD3、ＣE3、ＣS3）に関する情報を取得する。制御装置１５は、測定手段が取得した情報に基づき、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4と、この場合に排出できる余剰汚泥の一日当た
りの量Ｑ5とを算出し、Ｑ4及びＱ5が満たされるようにライン切替手段に指示を与える。
【解決手段】汚水処理装置は、曝気槽１、再基質化装置２、再基質化ライン２４及び２５、返送ライン２３、余剰汚泥排出用排出ライン２６、制御装置１５、測定手段（８〜１２）、ライン切替手段（６〜７）を有する。測定手段は、曝気槽１へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、汚水の一日当たりの量Ｑ0、処理汚泥の有機炭素濃度（ＣD4、ＣE4、ＣWS4）、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1、濃縮汚泥の有機炭素濃度（ＣD3、ＣE3、ＣS3）に関する情報を取得する。制御装置１５は、測定手段が取得した情報に基づき、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4と、この場合に排出できる余剰汚泥の一日当た
りの量Ｑ5とを算出し、Ｑ4及びＱ5が満たされるようにライン切替手段に指示を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水処理装置、制御装置及び汚水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの下水処理設備においては、活性汚泥法によって汚水の浄化が行われている。これは、活性汚泥法は微生物の代謝作用を利用するため、処理効率が高く、経済的であるからである。ここで、活性汚泥法について以下に説明する。
【０００３】
先ず、汚水は、曝気槽（曝気槽）へと連続的に供給され、そこで好気性微生物の集団と接触する。これにより、汚水の基質（ＢＯＤ成分）は、好気性微生物の集団によって酸化分解される。この好気性微生物の集団は、一般に「活性汚泥」と呼ばれる。曝気槽で処理された汚水は、微生物集団と共に沈殿槽に流入する。
【０００４】
沈殿槽では、微生物集団は互いにくっつき合ってフロックとなり、沈降する。一方、上澄み（分離液）は溢流する。沈殿槽に沈降した微生物集団、即ち、汚泥はポンプによって再び曝気槽に返送され（返送汚泥）、再び基質の酸化分解を行う。
【０００５】
但し、微生物は増殖するため、汚泥を全て返送すると、曝気槽で酸素不足となったり、沈殿槽で固液分離が困難になったりする。このため、増殖した分は、余剰汚泥として系外に取り出され、脱水、焼却等の処理が行われる。最終的には、余剰汚泥は埋め立て処分される。
【０００６】
ところで、近年において、下水処理設備は増加しており、これに伴い余剰汚泥の発生量も着実に増加している。このため、埋め立て用の最終処分地の確保が年々困難となっている。また、各自治体においては、余剰汚泥の運搬や処理にかかる費用が増大している。このような状況から、余剰汚泥の削減方法については種々の研究がなされている。
【０００７】
余剰汚泥を削減するための手段としては、例えば、活性汚泥法の処理プロセスに、再基質化プロセスを追加することが提案されている（例えば、特許文献１又は非特許文献１参照。）。再基質化プロセスは、沈殿槽に沈殿した汚泥（濃縮汚泥）の一部を再び生物分解可能な基質に変換（再基質化）するプロセスである。図６は、再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。
【０００８】
図６に示すように、曝気槽５１で発生した汚泥は、沈殿槽５３に送られ、そこで沈降・濃縮される。沈殿槽５３に沈降した汚泥（濃縮汚泥）のうち、一部は返送汚泥としてそのまま曝気槽５１に送られ、別の一部は再基質化装置５２に送られる。
【０００９】
再基質化装置５２は、物理的、化学的又は生物学的方法によって、濃縮汚泥中の微生物の殺傷、細胞壁の破壊、可溶化・低分子化等を行う。これにより、濃縮汚泥中の微生物は死滅し、再度の生物分解（微生物による酸化分解）が難しい汚泥（以下「生存汚泥」という。）の割合が低下し、代わりに、再度の生物分解が可能な汚泥（以下、「再基質化汚泥」という。）の割合が増加する。また、再基質化処理が施された濃縮汚泥（処理汚泥）は、再基質化装置５２から曝気槽５１へと送られる。そして、処理汚泥中の再基質化汚泥は、再度、曝気槽５１において微生物集団によって酸化分解される。この結果、余剰汚泥の削減が図られる。
【００１０】
再基質化の具体的な方法としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、水熱処
理法、超音波法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、マイクロ波法等が知られている。このうち、特許文献１においては、オゾン酸化法が開示されており、非特許文献１においては、水熱処理法を利用した方法が開示されている。
【００１１】
また、非特許文献１においては、水熱処理法による再基質化プロセスを導入した場合における汚泥削減のメカニズムを理論化する試みがなされている。また、この理論に基づいて構築されたモデルのシミュレーション解析を行い、これによって、再基質化量等の操作条件を決定している。
【００１２】
更に、非特許文献１においては、シミュレーション解析から得られた値と実測値とを比較することで、シミュレーション解析の正確性の実証も行っている。このことから、活性汚泥法を実施する既存の汚水処理装置に再基質化装置を組み込み、非特許文献１に開示された操作条件で汚水処理装置を稼動すれば汚泥を削減できると考えられる。
【特許文献１】特許３６４８７５１公報
【非特許文献１】奥田友章著 「水熱反応による余剰汚泥削減型活性汚泥法の開発に関する研究」、大阪工業大学大学院工学研究科博士課程学位論文、２００２年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、再基質化装置を組み込んだ汚水処理装置においては、再基質化プロセスを実行する必要があるため、再基質化装置が組み込まれていない汚水処理装置に比べて、管理者の負担が増加してしまう。このため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減できても、管理者の増員等による運用コストの上昇を招来してしまう。
【００１４】
また、非特許文献１に開示された操作条件は、あくまで余剰汚泥を削減するための条件であり、汚水処理装置の省力化に貢献するものではない。更に、非特許文献１においては、余剰汚泥が全く発生しないことを前提にしてモデルを構築し、それに基づいて解析シミュレーションを行っている。このため、実際に汚水処理装置を長時間稼動した場合は、解析結果と実際の状況とが乖離する可能性がある。
【００１５】
本発明の目的は、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、且つ、運用コスト上昇の抑制を図り得る汚水処理装置及び汚水処理方法、更には汚水処理装置に用いられる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明における汚水処理装置は、活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥
中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に
排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明における汚水処理方法は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中
の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、（ｃ）前記（ｂ
）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
更に、上記目的を達成するために本発明における制御装置は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、
前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切
替えを行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明では、曝気槽に供給できる処理汚泥の一日あたりの量が算出される。また、この曝気槽に供給できる処理汚泥の一日当たりの量の算出は、余剰汚泥の発生を考慮して行われており、このとき、排出可能な余剰汚泥の一日あたりの量も算出される。このため、本発明によれば、曝気槽の生物処理性能を維持しつつ、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、実際の状況と算出結果との乖離は抑制される。また、本発明における処理装置及び制御装置によれば、装置が算出を行うため、算出分の処理汚泥の曝気槽への供給や、算出分の余剰汚泥の排出を容易に自動化できる、この結果、運用コスト上昇の抑制が図られることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明における汚水処理装置は、活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を
前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気
槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ラ
イン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする。
【００２１】
上記本発明における汚水処理装置は、前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を
取得し、前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、前記制御手段に記憶部が備えられ、前記記憶部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚
泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成
分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸
濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1と、予め設定された、前記分離液に含まれ
る再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2と、予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2とを記憶し、前記制御手段が、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、
ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する態様であるのが好ましい。
【００２２】
【数２５】
【００２３】
【数２６】
【００２４】
【数２７】
【００２５】
【数２８】
【００２６】
【数２９】
【００２７】
【数３０】
【００２８】
【数３１】
【００２９】
【数３２】
上記態様においては、前記第２の測定部が、前記処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記第４の測定部が、前記濃縮汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記制御手段が、前記２の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求め、更に、前記第４の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるのが好ましい。この場合、算出精度の向上を図ることができる。
【００３０】
更に、上記態様においては、前記第３の測定部が、前記曝気槽内のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記制御手段が、前記第３の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるのも好ましい。算出精度の向上がいっそう高められることになる。
【００３１】
上記本発明における汚水処理装置は、前記曝気槽の汚泥及び前記再基質化処理された処理汚泥それぞれにおける汚泥中の菌の生死率を測定するためのＡＴＰ計を備えるのが好ましい。
【００３２】
また、上記本発明における汚水処理装置においては、前記再基質化手段が、超音波処理装置、水熱処理装置、又は高速撹拌装置であるのが好ましい。この場合、再基質化処理の確実性を高めることができる。
【００３３】
上記本発明における汚水処理装置においては、前記測定手段が、第１の流量計と、第２の流量計とを更に備え、前記第１の流量計は、前記第１の再基質化ライン又は前記第２の再基質化ラインに設けられ、且つ、当該ライン中を流れる汚泥の一日当たりの量を測定し、前記第２の流量計は、前記排出ラインに設けられ、且つ、前記排出ラインを流れる前記余剰汚泥の一日当たりの量を測定し、前記制御手段は、前記第１の流量計で測定された値が、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4に到達したかどうかを判
定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の導入を停止させ、更に、前記第２の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5に到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に
、前記排出ラインによる前記余剰汚泥の排出を停止させるのが好ましい。この場合、再基質化手段に自動的に必要量の濃縮汚泥を供給できる。また、自動的に、必要量の余剰汚泥を排出できる。
【００３４】
本発明における処理方法は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存
汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化
手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする。
【００３５】
上記本発明における処理方法は、前記（ａ）の工程において、前記曝気槽における汚水の流入側で、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報が取得され、前記第２の再基質化ラインで、前
記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報が取得され、前記曝気槽で、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報が取得され、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側で、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報が取得され、
前記（ｂ）の工程において、前記（ａ）の工程で取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4
、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3が求められ、求めた値、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分
の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸
濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥
の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含ま
れる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を上記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とが算出される態様とす
るのが好ましい。
【００３６】
本発明における制御装置は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、
前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする
。
【００３７】
上記本発明における制御装置は、前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得
し、前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得する場合において、
外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基
質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転
換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分
解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶する記憶部を備え、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、
Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、求めた値と前記記憶部に
記憶された値とを、上記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する態様であるのが好ましい。
【００３８】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における汚水処理装置、制御装置、及び汚水処理方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。最初に、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルについて図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。図２は、再基質化処理された汚泥の構成を概念的に示す図である。
【００３９】
図１に示すように、汚水処理装置の外部から汚水が曝気槽１へと流入すると、汚水中の基質は、曝気槽１内の微生物によって酸化分解され、この結果、汚泥が発生する。また、曝気槽１で生物処理された汚水は、図１には図示していない固液分離手段に送られ、分離液と濃縮汚泥とに分離される。分離液は処理水として排出される。
【００４０】
一方、濃縮汚泥の一部は引き抜き汚泥として再基質化装置２へと送られ、引き抜き汚泥に対しては再基質化処理が施される。そして、再基質化処理が施された汚泥（処理汚泥）は、曝気槽１に返送される。また、固液分離手段から取り出された濃縮汚泥の他の一部は、図１には図示していないが、返送汚泥としてそのまま曝気槽１へと送られる。残りの濃縮汚泥は余剰汚泥として外部に排出される。
【００４１】
このように、図１に示す汚水処理装置によれば、再基質化処理された汚泥（処理汚泥）が、再度、曝気槽１において生物分解されるため、余剰汚泥の量を削減することができる。但し、再基質化処理された汚泥（処理汚泥）の成分全てが、再度の生物分解が可能なわけではない。
【００４２】
図２に示すように、引き抜き汚泥（濃縮汚泥）には、生存汚泥と再基質化汚泥とが含まれているが、再基質化処理により生存汚泥の一部が再基質化汚泥となる。このため、再基質化処理により、生存汚泥の割合（生存化率: δ）が低下し、代わりに再基質化汚泥の割合（再基質化率：ε）が増加する。なお、ε＋δ＝１となる。
【００４３】
また、再基質化汚泥は、死滅した微生物等で構成され、そして懸濁した状態にある成分（懸濁成分）と、液中に溶解している成分（溶解成分）とを含んでいる。再基質化率εが増加すると、これら懸濁成分及び溶解成分は共に増加する。なお、再基質化汚泥全体に対する懸濁成分の比率をζ、溶解成分の比率をηとする。また、ζ＋η＝１となる。
【００４４】
従って、余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)の削減を図るためには、引き抜き
汚泥、処理汚泥、更に、曝気槽１における生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を考慮する必要がある。そして、これらの割合を考慮した上で、再基質化装置２へ送る引き抜き汚泥の一日当たりの量Ｑ3(Ｌ／ｄａｙ)、即ち、曝気槽１に供給される処理汚泥の一日
当たりの量Ｑ4を適切な値とする必要がある。
【００４５】
また、汚泥中の生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を求める手法としては、例えば、ＡＴＰ（アデノシン３リン酸）を用いた検出方法が考えられる。ＡＴＰは、自然界では、生きた細胞内にのみ存在し、細胞が死滅すると直ちに失われることから、汚泥中の生存汚泥と再基質化汚泥との割合を求める指標として有効である。
【００４６】
ここで、図１中に記載されている各パラメータの定義を表１に示す。表１に示すパラメータにおいて、Ｑ3＝Ｑ4、ＣW3＝ＣW5、ＣS3＝ＣS5、ＣE3＝ＣE5である。
【００４７】
【表１】
次に、汚泥中の有機炭素成分の濃度に着目して、図１に示す曝気槽１における汚泥の増殖と分解について検討する。曝気槽１における汚泥の増殖と分解は、表１に示すパラメータを用いて下記式（１）、（２）、（９）によって示すことができる。更に、汚泥中のＳＳ濃度に着目すると、汚泥の増殖と分解は、下記式（１０）〜（１２）によって示すこともできる。
【００４８】
なお、式（９）において、ＣXは曝気槽内の有機炭素濃度を示している。ＣXは、曝気槽内の流入水由来の基質の有機炭素濃度ＣW1、生存汚泥の有機炭素濃度ＣS1、懸濁成分の有機炭素濃度ＣE1、及び溶解成分の有機炭素濃度ＣD1の和に相当する。また、式（１２）において、ＸXは曝気槽内のＳＳ濃度を示している。ＸXは、曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1と、再基質化汚泥の懸濁成分のＳＳ濃度ＸE1との和に相当にする。
【００４９】
下記式（１）〜（４）、（９）〜（１２）で使用されている各種係数の定義を表２に示す。また、表２中のＹW、ＹD、ＹEの単位は特に限定されるものではなく、記載されてい
る（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）以外の単位、例えば、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＢＯＤ）、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＳＳ）、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＣＯＤ）等であっても良い。
【００５０】
【表２】
なお、αは生存汚泥における有機炭素濃度をＳＳ濃度に転換するための転換係数であり、一般的には（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）で示される。また、βは再基質化汚泥における懸濁成分の有機炭素濃度をＳＳ濃度に転換するための転換係数であり、一般的には（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）で示される。
【００５１】
【数３３】
【００５２】
【数３４】
【００５３】
【数３５】
【００５４】
【数３６】
【００５５】
【数３７】
【００５６】
【数３８】
【００５７】
更に、図１に示す曝気槽１における溶解成分（溶解性基質）の分解は、表１に示すパラメータを用いて下記式（３）及び（４）によって示すことができる。具体的には、式（３）は曝気槽１に流入してきた汚水由来の基質の分解を示し、式（４）は再基質化処理により生成された再基質化汚泥の溶解成分の分解を示している。
【００５８】
【数３９】
【００５９】
【数４０】
【００６０】
ここで、図１に示す物質収支モデルにおける物質収支を検討する。曝気槽１における、流入汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW1、生存汚泥の有機炭素濃度ＣS1、再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE1、再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD1（ｍｇ／Ｌ）に着目すると、物質収支は下記式（５）´〜（８）´によって表すことができる。
【００６１】
【数４１】
【００６２】
【数４２】
【００６３】
【数４３】
【００６４】
【数４４】
また、図１から、Ｑ2＝Ｑ0−Ｑ5、Ｑ3＝Ｑ4であるから、上記式（５）´〜（８）´は
、それぞれ、下記式（５）〜（８）に書き換えることができる。
【００６５】
【数４５】
【００６６】
【数４６】
【００６７】
【数４７】
【００６８】
【数４８】
従って、生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を考慮した上で、再基質化装置２に送る引き抜き汚泥の一日当たりの量Ｑ3(Ｌ／ｄａｙ)、即ち、曝気槽１に供給される処理
汚泥の一日当たりの量Ｑ4を適切な値とするためには、Ｑ4が上記の物質収支の式（５）〜（８）を満足するように、汚水処理装置を稼動させてやれば良い。
【００６９】
次に、本発明の実施の形態における汚水処理装置及び制御装置の構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態における汚水処理装置を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態で用いられる再基質化装置を示す図であり、図４（
ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。
【００７０】
図３に示すように、本実施の形態における汚水処理装置は、活性汚泥法を行うための曝気槽１と、再基質化装置２と、沈殿槽３と、制御装置１５とを備えている。曝気槽１内には、微生物が存在している。よって、外部から流入する汚水（流入水）中の基質はこの微生物によって酸化分解される。曝気槽１によって処理された汚水は沈殿槽３に流入する。
【００７１】
沈殿槽３は、曝気槽１で処理された汚水を濃縮汚泥２２と分離液２１とに分離させる固液分離手段として機能している。分離液２１は溢水によって外部に排出される。一方、濃縮汚泥２２は、沈殿槽３の底に接続された引き抜きライン２７を介して、ポンプ４による吸引によって、沈殿槽３の外に排出される。
【００７２】
なお、本発明においてラインは流路を意味している。また、図３の例では、固液分離手段として沈殿槽３が用いられているが、固液分離手段はこれに限定されるものではない。本発明においては、固液分離手段として、膜分離装置、加圧浮上分離装置、遠心分離装置等を用いても良い。更に、曝気槽１と沈殿槽３との代わりに、曝気槽と固液分離手段とを一体化した回分式処理装置を用いても良い。
【００７３】
再基質化装置２は、沈殿槽３で得られた濃縮汚泥２２に対して再基質化処理を行う。本発明において再基質化装置２の種類は特に限定されるものではない。再基質化装置２は、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置であっても良いし、超音波処理によって再基質化を行う超音波処理装置であっても良い。更に、再基質化装置２は、高速撹拌によって再基質化を行う高速撹拌装置であっても良い。さらに、再基質化装置２としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、またはマイクロ波法等を用いて再基質化処理を行う装置を用いることもできる。
【００７４】
図３に示す本実施の形態では、再基質化装置２としては、図４（ａ）及び（ｂ）に示す超音波処理装置が用いられている。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波処理装置は、濃縮汚泥を貯留する処理槽３１の底面に、複数の超音波振動子３２を取り付けて構成されている。この構成により、処理槽３１内に送り込まれた濃縮汚泥には、超音波振動子３２からの超音波によってキャビテーションが発生する。この結果、濃縮汚泥中の微生物の細胞が破壊され、微生物は死滅する。本実施の形態では、再基質化装置２の稼動、出力調整は、制御装置１５によって行われている。なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、超音波振動子３２の取り付け部分は断面で示している。
【００７５】
また、再基質化装置２として超音波処理装置を用いる場合、超音波周波数は２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、特には２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚに設定するのが好ましい。なお、再基質化装置２として用いることができる超音波処理装置は、図４に示す例に限定されるものではない。例えば、超音波処理装置は、処理槽３１の側面に超音波振動子が取り付けられたものであっても良い。
【００７６】
再基質化装置２として、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置を用いる場合、反応温度は１００℃〜３００℃、特には１００℃〜２００℃に設定するのが好ましい。なお、水熱処理装置の構成は特に限定されるものではない。更に、水熱処理装置において、加熱方式は特に限定されず、連続式でも回分式でも良い。また、水熱処理を行うための加熱手段も特に限定されず、加熱手段としては、ボイラー、ヒーター、電磁誘導装置、又はマイクロ波照射装置等を用いることができる。
【００７７】
再基質化装置２として、高速撹拌によって再基質化を行う高速撹拌装置を用いる場合、
回転速度は１,０００〜２０,０００ｒ／分、特には５,０００〜１０,０００ｒ／分に設定するのが好ましい。なお、高速撹拌装置の構成は特に限定されるものではない。
【００７８】
また、図３に示すように、引き抜きライン２７は、返送ライン２３と、第１の再基質化ライン２４と、排出ライン２６とに分岐している。返送ライン２３は、濃縮汚泥２２をそのままの状態で曝気槽１へと返送するためのラインである。第１の再基質化ライン２４は、濃縮汚泥を再基質化装置２に導入するためのラインである。排出ライン２６は、濃縮汚泥２２を余剰汚泥として外部へと排出するためのラインである。なお、２５は、再基質化装置２によって再基質化処理が施された汚泥（処理汚泥）を曝気槽１へと送るための第２の再基質化ラインである。
【００７９】
また、各分岐ラインそれぞれには、バルブ５〜７が設けられている。バルブ５〜７は、信号の入力による遠隔操作で開閉が可能な自動弁であり、ラインの切り替えを行うライン切替手段として機能する。図３の例では、各バルブ５〜７の開閉は、制御装置１５によって制御されている。
【００８０】
図３に示すように、本実施の形態における汚水処理装置は、第１の測定部８、第２の測定部９、第３の測定部１０及び第４の測定部１２を備えている。このうち、第１の測定部８は、曝気槽１における汚水の流入側に配置されている。第１の測定部８は、外部から曝気槽１へと流入する汚水の基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）と、外部から曝気槽１へと流入する汚水の一日あたりの量（流入汚水量）Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を求めるための情報を取得する
。
【００８１】
第２の測定部９は、第２の再基質化ライン２５に配置されている。第２の測定部９は、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）を求めるための情報を取得する。また、第３の測定部１０は、曝気槽１に取り付けられている。第３の測定部１０は、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1(ｍｇ／Ｌ)を求めるための情報を取得する。
【００８２】
第４の測定部１２は、沈殿槽３における濃縮汚泥２２の排出側、即ち、引き抜きライン２７に配置されている。第４の測定部１２は、引き抜き汚泥（濃縮汚泥）に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3（ｍｇ−Ｃ／Ｌ）、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）を求めるための情報を取得する。
【００８３】
本実施の形態では、各測定部８〜１２は、取得した情報（測定値）を特定する信号を制御装置１５へと出力する。但し、本発明において、各測定部８〜１２は、制御装置１５に信号を出力する機能を備えていないものであっても良い。本発明では、各測定部で取得された情報が、汚水処理装置の操作者によって入力部２０から制御装置１５に入力される態様であっても良い。入力された値は、記憶部１８に格納される。
【００８４】
また、図３に示すように、第１の再基質化ライン２４におけるバルブ６と再基質化装置２との間には、流量計１３が配置されている。流量計１３は、再基質化装置２へ送られる引き抜き汚泥の量Ｑ3を測定する。なお、流量計１３によって測定された引き抜き汚泥の
量Ｑ3は、再基質化処理された後に曝気槽１に供給される処理汚泥の量Ｑ4にも相当する。
【００８５】
更に、排出ライン２６におけるバルブ７の下流側には、流量計１４が設けられている。流量計１４は、排出ライン２６を通る余剰汚泥の量Ｑ5を測定する。前記流入汚水量Ｑ0か
ら余剰汚泥の量Ｑ5を差し引いたものが分離水の量Ｑ2に相当する。また、流量計１３及び１４は、測定値を特定する信号を制御装置１５へと出力する。なお、流量計１３及び１４の種類は特に限定されるものではない。具体的には、超音波式や電磁式の流量計が挙げられる。
【００８６】
本実施の形態において、制御装置１５は、上記した記憶部１８に加え、検出部１６、演算部１７、駆動部１９、及び入力部２０を備えている。検出部１６は、第１の測定部８〜第４の測定部１２と、流量計１３及び１４とに接続されている。各測定部８〜１２が出力した信号や、流量計１３及び１４が出力した信号は、検出部１６に入力される。
【００８７】
本実施の形態において、各測定部８〜１２が出力した信号や、流量計１３及び１４が出力した信号はアナログ信号である。検出部１６は、これらのアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を行う。そして、検出部１６は、各測定部８〜１２や流量計１３及び１４が取得した情報（測定値）を特定するデジタル信号を演算部１７に入力する。本実施の形態では、各測定部８〜１２と検出部１６とによって測定手段が構成されている。
【００８８】
演算部１７は、各測定部８〜１２が取得した情報に基づいて、曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する。本実施の形態においては、演算部１７は、先ず、検出部１６か
らのデジタル信号によって特定される情報から、Ｑ4及びＱ5の算出に必要な各種のパラメータを算出する。そして、演算部１７は、得られたパラメータを用いて、Ｑ4及びＱ5を算出する。この点について、各測定部８〜１２の具体的構成と共に以下に説明する。
【００８９】
本実施の形態において、第１の測定部８は、図示していないが、流量計と負荷測定器とを備えている。流量計は、流入汚水量Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を特定する信号を検出部１６に
出力する。負荷測定器は、基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）を特定する信号を検出部１６に出力する。よって、演算部１７は、流入汚水量Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を特定するデジタル信号と
、基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）を特定するデジタル信号とを取得する。
【００９０】
また、本実施の形態において、第２の測定部９は、図示していないが、処理汚泥中の有機炭素濃度を測定する全有機炭素（ＴＯＣ）計と、処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ（アデノシン三リン酸）計とを備えている。また、ＴＯＣ計及びＡＴＰ計は、第２の基質化ライン２５から分岐した分岐ライン２５ａに設置されている。
【００９１】
更に、分岐ライン２５ａには、図示されていないが、粒子保持能力が５μｍ以上、好ましくは１．２μｍ以上のフィルターが備えられている。第２の測定部９は、フィルターによってろ過された処理汚泥のろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計も備えている。第２の測定部９は、有機炭素濃度の測定値を特定する信号と、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号とを検出部１６に出力する。
【００９２】
演算部１７は、処理汚泥及びそのろ液の有機炭素濃度と、ＡＴＰ濃度とから、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を算出する。
【００９３】
具体的には、演算部１７は、処理汚泥のろ液の有機炭素濃度から、後述する引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3を差し引くことによって、再基質化汚泥おける溶解成分の有機炭素濃度ＣD4を算出する。また、演算部１７は、処理汚泥のＡＴＰ濃度に、転換係数γを乗じてＣS4を算出する。更に、演算部１７は、ろ過されていない処理汚泥の有機炭素濃度から、ＣD3、ＣD4及びＣS4を差し引くことによってＣE4を
算出する。
【００９４】
なお、転換係数γは、生存汚泥のＡＴＰ濃度から生存汚泥の有機炭素濃度を算出するための転換係数であり、予め実験によって求められる。この実験については後述する。また、求められた転換係数γは、記憶部１８に記憶されている。また、転換係数γの単位は、一般に（ｇ−ＴＯＣ／μｍｏｌ−ＡＴＰ）で表される。
【００９５】
また、本実施の形態において、第３の測定部１０は、図示していないが、ＡＴＰ計を備えている。ＡＴＰ計は、曝気槽１から延びる分岐ライン１ａに設置され、曝気槽１内の汚泥のＡＴＰ濃度を測定する。第３の測定部１０は、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号を検出部１６に出力する。そして、演算部１７は、得られた曝気槽１内の汚泥のＡＴＰ濃度に、上述した転換係数γを乗算し、得られた乗算値に更に転換係数αを乗算して、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を算出する。なお、転換係数αも、予め実験によって求められ、記憶部１８に記憶されている。
【００９６】
本実施の形態において、第４の測定部１２は、第２の測定部９と同様に、図示していないが、引き抜き汚泥中の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計と、引き抜き汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計とを備えている。第４の測定部１２を構成するＴＯＣ計及びＡＴＰ濃度は、引き抜きライン２７から分岐した分岐ライン２７ａに設置されている。
【００９７】
また、分岐ライン２７ａにも、図示されていないが、第２の測定部９の場合と同様のフィルターが備えられている。第４の測定部１２は、更に、フィルターによってろ過された引き抜き汚泥（濃縮汚泥）のろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計も備えている。第４の測定部１２は、有機炭素濃度の測定値を特定する信号と、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号とを検出部１６に出力する。
【００９８】
演算部１７は、引き抜き汚泥及びそのろ液の有機炭素濃度と、ＡＴＰ濃度とから、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を算出する。
【００９９】
具体的には、演算部１７は、ろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計によって測定された有機炭素濃度を、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3とする。また、演算部１７は、引き抜き汚泥のろ液のＡＴＰ濃度に、上述した転換係数γを乗じてＣS3を算出する。更に、演算部１７は、ろ過されていない引き抜き汚泥の有機炭素濃度から、ＣD3及びＣS3を差し引くことによりＣE4を算出する。
【０１００】
本実施の形態において、転換係数γは、例えば、次の手法によって求めることができる。先ず、再基質化装置２を運転させない状態で、第１の再基質化ライン２４から第２の再基質化ラインへと引き抜き汚泥の移送を行う。そして、移送を行いながら、第４の測定部１２によって、引き抜き汚泥の有機炭素濃度とＡＴＰ濃度を測定する。次いで、測定された引き抜き汚泥の有機炭素濃度とＡＴＰ濃度との比（有機炭素濃度／ＡＴＰ濃度）を求め、これを転換係数γとする。
【０１０１】
本実施の形態において、第１の測定部８を構成する負荷測定器は、特に限定されるものではない。負荷測定器としては、例えば、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計、ＳＳ計、ＴＯＣ計等が挙げられる。また、第２の測定部９及び第４の測定部１２を構成するＴＯＣ計は、その測定方式が限定されるものではない。ＴＯＣ計としては、例えば、触媒燃焼酸化法を利用したものや、湿式酸化法を利用したもの等が挙げられる。
【０１０２】
更に、第２の測定部９、第３の測定部１０及び第４の測定部１２を構成するＡＴＰ計も、その測定方式が限定されるものではない。ＡＴＰ計としては、例えば、生物発光分析法を利用したもの等が挙げられる。また、本実施の形態においては、ＴＯＣ計及びＡＴＰ計が測定部毎に備えられておらず、各測定部がこれらを共有している態様であっても良い。具体的には、分岐ライン１ａ、分岐ライン２５ａ、及び分岐ライン２７ａが、それぞれ、バルブを介して共通の測定器に接続された態様が挙げられる。この態様では、各バルブの開放を順次行うことによって、各種汚泥の有機炭素濃度及びＡＴＰ濃度が測定される。
【０１０３】
また、本実施の形態において、演算部１７は、このようにして得られた、ＣW0、Ｑ0、
ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を、上述した式（１）〜式（８）に代入する。これにより、再基質化装置２へ送る処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)と
、排出する余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)とが算出される。
【０１０４】
また、本実施の形態では、上述した式（１）〜式（８）は記憶部１８に格納されている。更に、式（１）〜（８）に用いられる係数や、演算部１７が求めたパラメータ以外のパラメータの設定値も記憶部１８に格納されている。演算部１７は、Ｑ4及びＱ5の算出においては、式（１）〜（８）、各種係数、パラメータの読み出しも行う。
【０１０５】
具体的には、記憶部１８は、表２に記載の係数、即ち、流入水由来の基質の汚泥転換率ＹW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の分解速度
ｋW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、曝気槽１内の再基質化汚泥の
溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂCを格納している。
【０１０６】
また、記憶部１８は、上述した転換係数γ、転換係数α、曝気槽１の容積ＶX1、更には、入力部２０介して予め入力された設定値も格納している。入力部２０は、キーボード等の利用者が操作を行うためのインターフェースである。本実施の形態においては、入力部２０から予め入力される設定値としては、分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD2と、分離液に含まれる汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2とが挙げられる。有機炭素濃度ＣW2及びＣD2は、共に利用者が設定した任意の値であっても良いが、本実施の形態においては、汚水処理装置の外へと排出される分離水の水質基準値又は水質目標値に相当する値であるのが好ましい。
【０１０７】
駆動部１９は、演算部１７の指示に応じて、ライン切替手段として機能するバルブ５、６、及び７の開閉操作を行うための信号を出力する。例えば、演算部１７が再基質化装置２へ引き抜き汚泥を導入することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を開け、バルブ７を閉じる。また、演算部１７が余剰汚泥を排出することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を閉じ、バルブ７を開ける。
【０１０８】
また、本実施の形態では、検出部１６から演算部１７には、上述したように流量計１３及び流量計１４の測定値を特定する信号も入力される。よって、演算部１７は、再基質化装置２へ導入された引き抜き汚泥の量と余剰汚泥の量とを監視し、バルブ６及び７の開閉操作において、算出されたＱ４とＱ５とが達成されるようにフィードバック制御も行っている。
【０１０９】
次に、本実施の形態における処理方法、図３に示す本実施の形態における汚水処理装置及び制御装置の動作について図５を用いて説明する。図５は、図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図３を参酌する。また、
本実施の形態における処理方法は、本実施の形態における汚水処理装置を動作させることによって実行することができる。
【０１１０】
図５に示すように、先ず、演算部１７は、分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD2及び分離液に含まれる汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2の入力部２０からの入力を受付ける（ステップＳ１）。次に、演算部１７は、駆動部１９に対してバルブ７のみを閉じるように指示を与え、この状態で再基質化処理装置２を稼動させる（ステップＳ２）。
【０１１１】
次に、演算部１７は、記憶部１８から、処理汚泥の量Ｑ4及び余剰汚泥の量Ｑ5の算出に必要な係数を読み出す（ステップＳ３）。読み出される係数は、上述した、ＹW（ｇ−Ｓ
Ｓ／ｇ−ＴＯＣ）、ＹE（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＳＳ）、ＹD（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）、ｋW（
１／ｄａｙ）、ｋE（１／ｄａｙ)、ｋD（１／ｄａｙ)、ＫｓW（mg／Ｌ）、ＫｓE（ｍｇ／Ｌ)、ＫｓD（ｍｇ／Ｌ)、ｂC（１／ｄａｙ）、ＶX1（Ｌ）である。
【０１１２】
次に、演算部１７は、第１の測定部８〜第４の測定部１２が測定した測定値に基づいて、ステップＳ４〜Ｓ７を実施して、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、
及びＣS3を算出する。本実施の形態において、ステップＳ４〜Ｓ７の順序は特に限定されるものではなく、これらは同時に実施することもできる。
【０１１３】
ステップＳ４では、演算部１７は、検出部１６は、第１の測定部８に備えられた流量計及び負荷測定器の測定値から、流入汚水量Ｑ0及び基質濃度ＣW0を検出する。ステップＳ
５では、演算部１７は、第２の測定部９に備えられたＴＯＣ計及びＡＴＰ計の測定値から、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を算出する。
【０１１４】
ステップＳ６では、演算部１７は、第３の測定部１０に備えられたＡＴＰ計の測定値から、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を算出する。ステップＳ７では、演算部１７は、第４の測定部１２に備えられたＴＯＣ計及びＡＴＰ計の測定値から、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を検出する。
【０１１５】
次に、演算部１７は、記憶部１８に格納された式（１）〜（８）を読み出し、ステップＳ３〜Ｓ７によって得られた係数及び測定値をこれらの式に代入する（ステップＳ８）。これにより、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要となる余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)とが算出さ
れる。
【０１１６】
次に、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が開状態、排出ライン用のバルブ７が閉状態であることを確認する（ステップＳ９）。なお、この場合において、バルブ５は開いた状態であっても良いし、閉じた状態であっても良い。また、確認の結果、再基質化ライン用のバルブ６が閉状態であったり、排出ライン用のバルブ７が開状態であったりする場合は、バルブ６が開状態、バルブ７が閉状態となるように駆動部１９に指示を与える。
【０１１７】
次に、演算部１７は、流量計１３によって測定された引き抜き汚泥の流量が、ステップＳ７で算出された処理汚泥の量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)に到達したかどうかを判定する（ステッ
プＳ１０）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ９の状態を維持させたまま
、演算部１７は待機状態となる。
【０１１８】
到達している場合は、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が閉状態、排出ライン用のバルブ７が開状態となるように、駆動部１９に指示を与える（ステップＳ１１）。また、演算部１７は、再基質化装置２に対しては稼動を停止するよう信号を出力する。なお、この場合においても、バルブ５は開いた状態であっても良いし、閉じた状態であっても良い。
【０１１９】
次に、演算部１７は、流量計１４によって測定された余剰汚泥の量が、ステップＳ８で算出された余剰汚泥の量Ｑ5（Ｌ／ｄａｙ）に到達したかどうかを判定する（ステップＳ
１２）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ１１の状態を維持させたまま、演算部１７は待機状態となる。到達した場合は、演算部１７は、排出ライン用のバルブ７が閉状態となるように、駆動部１９に指示を与えて処理を終了する。
【０１２０】
このように図３に示す汚水処理装置によれば、制御装置１５によって、自動的に、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5とが算出される。また、制御装置１５は、自動的に、算出分
の処理汚泥を曝気槽１に供給し、算出分の余剰汚泥を排出する。このため、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができると同時に、管理者の負担の増加を抑制できるので運用コストの上昇も抑制できる。
【０１２１】
また、本実施の形態は、演算部１７が、式（５）及び式（６）に示した微分方程式に対してルンゲクッタ法を実施して近似解を求める態様とすることができる。この態様では、分離液に含まれる流入汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2及び分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2の近似値を算出することができる。分離液２１中の有機炭素濃度は、生物処理が適切に行われているかどうかを判定する指標となるため、この態様とした場合は、曝気槽１に負荷がかかり過ぎているかどうかを判定できる。
【０１２２】
ところで、本実施の形態において、記憶部１８に予め格納させておく係数の値は、汚水の種類に応じて、実験によって適宜設定できる。例えば、外部から曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、曝気槽１内の再基質化汚泥中の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、及び生存汚泥の自己酸化率ｂC、は、上述した「非特許文献１」の第９１頁から第１０２頁に記載された、異なる条件下での回分式の生物処理実験によって、基質の変化量、汚泥の変化量を測定することにより求めることができる。
【０１２３】
また、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、曝気槽１内の再
基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度
ｋD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数
ＫｓDも、上記の非特許文献１に記載の実験から求めることができる。非特許文献１に記
載の生物処理実験によって得られた係数の一例を下記の表３に示す。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
本発明において、制御装置１５は、入出力のインターフェースを備えたコンピュータに、図５に示すステップＳ１〜Ｓ１１を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）は、演算部１７として機能し、処理を行う。
【０１２６】
また、Ａ／Ｄ変換回路備えた入力用インターフェースが検出部１６として機能し、Ｄ／Ａ変換回路を備えた出力用インターフェースが駆動部１９として機能する。更に、コンピュータ備えられたメモリやハードディスク等の記憶装置が、記憶部１８として機能する。コンピュータに接続されたマウスやキーボード等が入力部２０として機能する。なお、制御装置１５へのデータの入力は、有線又は無線で接続された別のコンピュータから行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
以上のように、本発明における汚水処理装置によれば、余剰汚泥の発生を最小限に抑えることができるため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減でき、又余剰汚泥の処分地の確保が難しいという問題の解決にも貢献できる。本発明における汚水処理装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。
【図２】図２は、再基質化処理された汚泥の構成を概念的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における汚水処理装置を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態で用いられる再基質化装置を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。
【図５】図５は、図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。
【図６】再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 生物処理槽
１ａ、２５ａ、２７ａ 分岐ライン
２ 再基質化装置
３ 沈殿槽（固液分離手段）
４ ポンプ
５、６、７ バルブ
８ 第１の測定手段
９ 第２の測定手段
１０ 第３の測定手段
１２ 第４の測定手段
１３、１４ 流量計
１５ 制御装置
１６ 検出部
１７ 演算部
１８ 記憶部
１９ 駆動部
２０ 入力部
２１ 分離液
２２ 濃縮汚泥
２３ 返送ライン
２４、４８ 第１の再基質化ライン
２５、４９ 第２の再基質化ライン
２６ 排出ライン
２７ 引き抜きライン
３１ 処理槽
３２ 超音波振動子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水処理装置、制御装置及び汚水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの下水処理設備においては、活性汚泥法によって汚水の浄化が行われている。これは、活性汚泥法は微生物の代謝作用を利用するため、処理効率が高く、経済的であるからである。ここで、活性汚泥法について以下に説明する。
【０００３】
先ず、汚水は、曝気槽（曝気槽）へと連続的に供給され、そこで好気性微生物の集団と接触する。これにより、汚水の基質（ＢＯＤ成分）は、好気性微生物の集団によって酸化分解される。この好気性微生物の集団は、一般に「活性汚泥」と呼ばれる。曝気槽で処理された汚水は、微生物集団と共に沈殿槽に流入する。
【０００４】
沈殿槽では、微生物集団は互いにくっつき合ってフロックとなり、沈降する。一方、上澄み（分離液）は溢流する。沈殿槽に沈降した微生物集団、即ち、汚泥はポンプによって再び曝気槽に返送され（返送汚泥）、再び基質の酸化分解を行う。
【０００５】
但し、微生物は増殖するため、汚泥を全て返送すると、曝気槽で酸素不足となったり、沈殿槽で固液分離が困難になったりする。このため、増殖した分は、余剰汚泥として系外に取り出され、脱水、焼却等の処理が行われる。最終的には、余剰汚泥は埋め立て処分される。
【０００６】
ところで、近年において、下水処理設備は増加しており、これに伴い余剰汚泥の発生量も着実に増加している。このため、埋め立て用の最終処分地の確保が年々困難となっている。また、各自治体においては、余剰汚泥の運搬や処理にかかる費用が増大している。このような状況から、余剰汚泥の削減方法については種々の研究がなされている。
【０００７】
余剰汚泥を削減するための手段としては、例えば、活性汚泥法の処理プロセスに、再基質化プロセスを追加することが提案されている（例えば、特許文献１又は非特許文献１参照。）。再基質化プロセスは、沈殿槽に沈殿した汚泥（濃縮汚泥）の一部を再び生物分解可能な基質に変換（再基質化）するプロセスである。図６は、再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。
【０００８】
図６に示すように、曝気槽５１で発生した汚泥は、沈殿槽５３に送られ、そこで沈降・濃縮される。沈殿槽５３に沈降した汚泥（濃縮汚泥）のうち、一部は返送汚泥としてそのまま曝気槽５１に送られ、別の一部は再基質化装置５２に送られる。
【０００９】
再基質化装置５２は、物理的、化学的又は生物学的方法によって、濃縮汚泥中の微生物の殺傷、細胞壁の破壊、可溶化・低分子化等を行う。これにより、濃縮汚泥中の微生物は死滅し、再度の生物分解（微生物による酸化分解）が難しい汚泥（以下「生存汚泥」という。）の割合が低下し、代わりに、再度の生物分解が可能な汚泥（以下、「再基質化汚泥」という。）の割合が増加する。また、再基質化処理が施された濃縮汚泥（処理汚泥）は、再基質化装置５２から曝気槽５１へと送られる。そして、処理汚泥中の再基質化汚泥は、再度、曝気槽５１において微生物集団によって酸化分解される。この結果、余剰汚泥の削減が図られる。
【００１０】
再基質化の具体的な方法としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、水熱処
理法、超音波法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、マイクロ波法等が知られている。このうち、特許文献１においては、オゾン酸化法が開示されており、非特許文献１においては、水熱処理法を利用した方法が開示されている。
【００１１】
また、非特許文献１においては、水熱処理法による再基質化プロセスを導入した場合における汚泥削減のメカニズムを理論化する試みがなされている。また、この理論に基づいて構築されたモデルのシミュレーション解析を行い、これによって、再基質化量等の操作条件を決定している。
【００１２】
更に、非特許文献１においては、シミュレーション解析から得られた値と実測値とを比較することで、シミュレーション解析の正確性の実証も行っている。このことから、活性汚泥法を実施する既存の汚水処理装置に再基質化装置を組み込み、非特許文献１に開示された操作条件で汚水処理装置を稼動すれば汚泥を削減できると考えられる。
【特許文献１】特許３６４８７５１公報
【非特許文献１】奥田友章著 「水熱反応による余剰汚泥削減型活性汚泥法の開発に関する研究」、大阪工業大学大学院工学研究科博士課程学位論文、２００２年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、再基質化装置を組み込んだ汚水処理装置においては、再基質化プロセスを実行する必要があるため、再基質化装置が組み込まれていない汚水処理装置に比べて、管理者の負担が増加してしまう。このため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減できても、管理者の増員等による運用コストの上昇を招来してしまう。
【００１４】
また、非特許文献１に開示された操作条件は、あくまで余剰汚泥を削減するための条件であり、汚水処理装置の省力化に貢献するものではない。更に、非特許文献１においては、余剰汚泥が全く発生しないことを前提にしてモデルを構築し、それに基づいて解析シミュレーションを行っている。このため、実際に汚水処理装置を長時間稼動した場合は、解析結果と実際の状況とが乖離する可能性がある。
【００１５】
本発明の目的は、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、且つ、運用コスト上昇の抑制を図り得る汚水処理装置及び汚水処理方法、更には汚水処理装置に用いられる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明における汚水処理装置は、活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥
中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に
排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明における汚水処理方法は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中
の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、（ｃ）前記（ｂ
）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
更に、上記目的を達成するために本発明における制御装置は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、
前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切
替えを行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明では、曝気槽に供給できる処理汚泥の一日あたりの量が算出される。また、この曝気槽に供給できる処理汚泥の一日当たりの量の算出は、余剰汚泥の発生を考慮して行われており、このとき、排出可能な余剰汚泥の一日あたりの量も算出される。このため、本発明によれば、曝気槽の生物処理性能を維持しつつ、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、実際の状況と算出結果との乖離は抑制される。また、本発明における処理装置及び制御装置によれば、装置が算出を行うため、算出分の処理汚泥の曝気槽への供給や、算出分の余剰汚泥の排出を容易に自動化できる、この結果、運用コスト上昇の抑制が図られることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明における汚水処理装置は、活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を
前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気
槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ラ
イン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする。
【００２１】
上記本発明における汚水処理装置は、前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を
取得し、前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、前記制御手段に記憶部が備えられ、前記記憶部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚
泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成
分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸
濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1と、予め設定された、前記分離液に含まれ
る再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2と、予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2とを記憶し、前記制御手段が、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、
ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する態様であるのが好ましい。
【００２２】
【数２５】
【００２３】
【数２６】
【００２４】
【数２７】
【００２５】
【数２８】
【００２６】
【数２９】
【００２７】
【数３０】
【００２８】
【数３１】
【００２９】
【数３２】
上記態様においては、前記第２の測定部が、前記処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記第４の測定部が、前記濃縮汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記制御手段が、前記２の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求め、更に、前記第４の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるのが好ましい。この場合、算出精度の向上を図ることができる。
【００３０】
更に、上記態様においては、前記第３の測定部が、前記曝気槽内のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、前記制御手段が、前記第３の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるのも好ましい。算出精度の向上がいっそう高められることになる。
【００３１】
上記本発明における汚水処理装置は、前記曝気槽の汚泥及び前記再基質化処理された処理汚泥それぞれにおける汚泥中の菌の生死率を測定するためのＡＴＰ計を備えるのが好ましい。
【００３２】
また、上記本発明における汚水処理装置においては、前記再基質化手段が、超音波処理装置、水熱処理装置、又は高速撹拌装置であるのが好ましい。この場合、再基質化処理の確実性を高めることができる。
【００３３】
上記本発明における汚水処理装置においては、前記測定手段が、第１の流量計と、第２の流量計とを更に備え、前記第１の流量計は、前記第１の再基質化ライン又は前記第２の再基質化ラインに設けられ、且つ、当該ライン中を流れる汚泥の一日当たりの量を測定し、前記第２の流量計は、前記排出ラインに設けられ、且つ、前記排出ラインを流れる前記余剰汚泥の一日当たりの量を測定し、前記制御手段は、前記第１の流量計で測定された値が、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4に到達したかどうかを判
定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の導入を停止させ、更に、前記第２の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5に到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に
、前記排出ラインによる前記余剰汚泥の排出を停止させるのが好ましい。この場合、再基質化手段に自動的に必要量の濃縮汚泥を供給できる。また、自動的に、必要量の余剰汚泥を排出できる。
【００３４】
本発明における処理方法は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存
汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化
手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする。
【００３５】
上記本発明における処理方法は、前記（ａ）の工程において、前記曝気槽における汚水の流入側で、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報が取得され、前記第２の再基質化ラインで、前
記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報が取得され、前記曝気槽で、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報が取得され、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側で、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報が取得され、
前記（ｂ）の工程において、前記（ａ）の工程で取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4
、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3が求められ、求めた値、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分
の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸
濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥
の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含ま
れる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を上記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とが算出される態様とす
るのが好ましい。
【００３６】
本発明における制御装置は、曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、
前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする
。
【００３７】
上記本発明における制御装置は、前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得
し、前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得する場合において、
外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基
質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転
換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分
解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶する記憶部を備え、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、
Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、求めた値と前記記憶部に
記憶された値とを、上記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する態様であるのが好ましい。
【００３８】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における汚水処理装置、制御装置、及び汚水処理方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。最初に、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルについて図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。図２は、再基質化処理された汚泥の構成を概念的に示す図である。
【００３９】
図１に示すように、汚水処理装置の外部から汚水が曝気槽１へと流入すると、汚水中の基質は、曝気槽１内の微生物によって酸化分解され、この結果、汚泥が発生する。また、曝気槽１で生物処理された汚水は、図１には図示していない固液分離手段に送られ、分離液と濃縮汚泥とに分離される。分離液は処理水として排出される。
【００４０】
一方、濃縮汚泥の一部は引き抜き汚泥として再基質化装置２へと送られ、引き抜き汚泥に対しては再基質化処理が施される。そして、再基質化処理が施された汚泥（処理汚泥）は、曝気槽１に返送される。また、固液分離手段から取り出された濃縮汚泥の他の一部は、図１には図示していないが、返送汚泥としてそのまま曝気槽１へと送られる。残りの濃縮汚泥は余剰汚泥として外部に排出される。
【００４１】
このように、図１に示す汚水処理装置によれば、再基質化処理された汚泥（処理汚泥）が、再度、曝気槽１において生物分解されるため、余剰汚泥の量を削減することができる。但し、再基質化処理された汚泥（処理汚泥）の成分全てが、再度の生物分解が可能なわけではない。
【００４２】
図２に示すように、引き抜き汚泥（濃縮汚泥）には、生存汚泥と再基質化汚泥とが含まれているが、再基質化処理により生存汚泥の一部が再基質化汚泥となる。このため、再基質化処理により、生存汚泥の割合（生存化率: δ）が低下し、代わりに再基質化汚泥の割合（再基質化率：ε）が増加する。なお、ε＋δ＝１となる。
【００４３】
また、再基質化汚泥は、死滅した微生物等で構成され、そして懸濁した状態にある成分（懸濁成分）と、液中に溶解している成分（溶解成分）とを含んでいる。再基質化率εが増加すると、これら懸濁成分及び溶解成分は共に増加する。なお、再基質化汚泥全体に対する懸濁成分の比率をζ、溶解成分の比率をηとする。また、ζ＋η＝１となる。
【００４４】
従って、余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)の削減を図るためには、引き抜き
汚泥、処理汚泥、更に、曝気槽１における生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を考慮する必要がある。そして、これらの割合を考慮した上で、再基質化装置２へ送る引き抜き汚泥の一日当たりの量Ｑ3(Ｌ／ｄａｙ)、即ち、曝気槽１に供給される処理汚泥の一日
当たりの量Ｑ4を適切な値とする必要がある。
【００４５】
また、汚泥中の生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を求める手法としては、例えば、ＡＴＰ（アデノシン３リン酸）を用いた検出方法が考えられる。ＡＴＰは、自然界では、生きた細胞内にのみ存在し、細胞が死滅すると直ちに失われることから、汚泥中の生存汚泥と再基質化汚泥との割合を求める指標として有効である。
【００４６】
ここで、図１中に記載されている各パラメータの定義を表１に示す。表１に示すパラメータにおいて、Ｑ3＝Ｑ4、ＣW3＝ＣW5、ＣS3＝ＣS5、ＣE3＝ＣE5である。
【００４７】
【表１】
次に、汚泥中の有機炭素成分の濃度に着目して、図１に示す曝気槽１における汚泥の増殖と分解について検討する。曝気槽１における汚泥の増殖と分解は、表１に示すパラメータを用いて下記式（１）、（２）、（９）によって示すことができる。更に、汚泥中のＳＳ濃度に着目すると、汚泥の増殖と分解は、下記式（１０）〜（１２）によって示すこともできる。
【００４８】
なお、式（９）において、ＣXは曝気槽内の有機炭素濃度を示している。ＣXは、曝気槽内の流入水由来の基質の有機炭素濃度ＣW1、生存汚泥の有機炭素濃度ＣS1、懸濁成分の有機炭素濃度ＣE1、及び溶解成分の有機炭素濃度ＣD1の和に相当する。また、式（１２）において、ＸXは曝気槽内のＳＳ濃度を示している。ＸXは、曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1と、再基質化汚泥の懸濁成分のＳＳ濃度ＸE1との和に相当にする。
【００４９】
下記式（１）〜（４）、（９）〜（１２）で使用されている各種係数の定義を表２に示す。また、表２中のＹW、ＹD、ＹEの単位は特に限定されるものではなく、記載されてい
る（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）以外の単位、例えば、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＢＯＤ）、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＳＳ）、（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＣＯＤ）等であっても良い。
【００５０】
【表２】
なお、αは生存汚泥における有機炭素濃度をＳＳ濃度に転換するための転換係数であり、一般的には（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）で示される。また、βは再基質化汚泥における懸濁成分の有機炭素濃度をＳＳ濃度に転換するための転換係数であり、一般的には（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）で示される。
【００５１】
【数３３】
【００５２】
【数３４】
【００５３】
【数３５】
【００５４】
【数３６】
【００５５】
【数３７】
【００５６】
【数３８】
【００５７】
更に、図１に示す曝気槽１における溶解成分（溶解性基質）の分解は、表１に示すパラメータを用いて下記式（３）及び（４）によって示すことができる。具体的には、式（３）は曝気槽１に流入してきた汚水由来の基質の分解を示し、式（４）は再基質化処理により生成された再基質化汚泥の溶解成分の分解を示している。
【００５８】
【数３９】
【００５９】
【数４０】
【００６０】
ここで、図１に示す物質収支モデルにおける物質収支を検討する。曝気槽１における、流入汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW1、生存汚泥の有機炭素濃度ＣS1、再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE1、再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD1（ｍｇ／Ｌ）に着目すると、物質収支は下記式（５）´〜（８）´によって表すことができる。
【００６１】
【数４１】
【００６２】
【数４２】
【００６３】
【数４３】
【００６４】
【数４４】
また、図１から、Ｑ2＝Ｑ0−Ｑ5、Ｑ3＝Ｑ4であるから、上記式（５）´〜（８）´は
、それぞれ、下記式（５）〜（８）に書き換えることができる。
【００６５】
【数４５】
【００６６】
【数４６】
【００６７】
【数４７】
【００６８】
【数４８】
従って、生存汚泥及び再基質化汚泥それぞれの割合を考慮した上で、再基質化装置２に送る引き抜き汚泥の一日当たりの量Ｑ3(Ｌ／ｄａｙ)、即ち、曝気槽１に供給される処理
汚泥の一日当たりの量Ｑ4を適切な値とするためには、Ｑ4が上記の物質収支の式（５）〜（８）を満足するように、汚水処理装置を稼動させてやれば良い。
【００６９】
次に、本発明の実施の形態における汚水処理装置及び制御装置の構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態における汚水処理装置を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態で用いられる再基質化装置を示す図であり、図４（
ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。
【００７０】
図３に示すように、本実施の形態における汚水処理装置は、活性汚泥法を行うための曝気槽１と、再基質化装置２と、沈殿槽３と、制御装置１５とを備えている。曝気槽１内には、微生物が存在している。よって、外部から流入する汚水（流入水）中の基質はこの微生物によって酸化分解される。曝気槽１によって処理された汚水は沈殿槽３に流入する。
【００７１】
沈殿槽３は、曝気槽１で処理された汚水を濃縮汚泥２２と分離液２１とに分離させる固液分離手段として機能している。分離液２１は溢水によって外部に排出される。一方、濃縮汚泥２２は、沈殿槽３の底に接続された引き抜きライン２７を介して、ポンプ４による吸引によって、沈殿槽３の外に排出される。
【００７２】
なお、本発明においてラインは流路を意味している。また、図３の例では、固液分離手段として沈殿槽３が用いられているが、固液分離手段はこれに限定されるものではない。本発明においては、固液分離手段として、膜分離装置、加圧浮上分離装置、遠心分離装置等を用いても良い。更に、曝気槽１と沈殿槽３との代わりに、曝気槽と固液分離手段とを一体化した回分式処理装置を用いても良い。
【００７３】
再基質化装置２は、沈殿槽３で得られた濃縮汚泥２２に対して再基質化処理を行う。本発明において再基質化装置２の種類は特に限定されるものではない。再基質化装置２は、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置であっても良いし、超音波処理によって再基質化を行う超音波処理装置であっても良い。更に、再基質化装置２は、高速撹拌によって再基質化を行う高速撹拌装置であっても良い。さらに、再基質化装置２としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、またはマイクロ波法等を用いて再基質化処理を行う装置を用いることもできる。
【００７４】
図３に示す本実施の形態では、再基質化装置２としては、図４（ａ）及び（ｂ）に示す超音波処理装置が用いられている。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波処理装置は、濃縮汚泥を貯留する処理槽３１の底面に、複数の超音波振動子３２を取り付けて構成されている。この構成により、処理槽３１内に送り込まれた濃縮汚泥には、超音波振動子３２からの超音波によってキャビテーションが発生する。この結果、濃縮汚泥中の微生物の細胞が破壊され、微生物は死滅する。本実施の形態では、再基質化装置２の稼動、出力調整は、制御装置１５によって行われている。なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、超音波振動子３２の取り付け部分は断面で示している。
【００７５】
また、再基質化装置２として超音波処理装置を用いる場合、超音波周波数は２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、特には２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚに設定するのが好ましい。なお、再基質化装置２として用いることができる超音波処理装置は、図４に示す例に限定されるものではない。例えば、超音波処理装置は、処理槽３１の側面に超音波振動子が取り付けられたものであっても良い。
【００７６】
再基質化装置２として、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置を用いる場合、反応温度は１００℃〜３００℃、特には１００℃〜２００℃に設定するのが好ましい。なお、水熱処理装置の構成は特に限定されるものではない。更に、水熱処理装置において、加熱方式は特に限定されず、連続式でも回分式でも良い。また、水熱処理を行うための加熱手段も特に限定されず、加熱手段としては、ボイラー、ヒーター、電磁誘導装置、又はマイクロ波照射装置等を用いることができる。
【００７７】
再基質化装置２として、高速撹拌によって再基質化を行う高速撹拌装置を用いる場合、
回転速度は１,０００〜２０,０００ｒ／分、特には５,０００〜１０,０００ｒ／分に設定するのが好ましい。なお、高速撹拌装置の構成は特に限定されるものではない。
【００７８】
また、図３に示すように、引き抜きライン２７は、返送ライン２３と、第１の再基質化ライン２４と、排出ライン２６とに分岐している。返送ライン２３は、濃縮汚泥２２をそのままの状態で曝気槽１へと返送するためのラインである。第１の再基質化ライン２４は、濃縮汚泥を再基質化装置２に導入するためのラインである。排出ライン２６は、濃縮汚泥２２を余剰汚泥として外部へと排出するためのラインである。なお、２５は、再基質化装置２によって再基質化処理が施された汚泥（処理汚泥）を曝気槽１へと送るための第２の再基質化ラインである。
【００７９】
また、各分岐ラインそれぞれには、バルブ５〜７が設けられている。バルブ５〜７は、信号の入力による遠隔操作で開閉が可能な自動弁であり、ラインの切り替えを行うライン切替手段として機能する。図３の例では、各バルブ５〜７の開閉は、制御装置１５によって制御されている。
【００８０】
図３に示すように、本実施の形態における汚水処理装置は、第１の測定部８、第２の測定部９、第３の測定部１０及び第４の測定部１２を備えている。このうち、第１の測定部８は、曝気槽１における汚水の流入側に配置されている。第１の測定部８は、外部から曝気槽１へと流入する汚水の基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）と、外部から曝気槽１へと流入する汚水の一日あたりの量（流入汚水量）Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を求めるための情報を取得する
。
【００８１】
第２の測定部９は、第２の再基質化ライン２５に配置されている。第２の測定部９は、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）を求めるための情報を取得する。また、第３の測定部１０は、曝気槽１に取り付けられている。第３の測定部１０は、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1(ｍｇ／Ｌ)を求めるための情報を取得する。
【００８２】
第４の測定部１２は、沈殿槽３における濃縮汚泥２２の排出側、即ち、引き抜きライン２７に配置されている。第４の測定部１２は、引き抜き汚泥（濃縮汚泥）に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3（ｍｇ−Ｃ／Ｌ）、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3（ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌ）を求めるための情報を取得する。
【００８３】
本実施の形態では、各測定部８〜１２は、取得した情報（測定値）を特定する信号を制御装置１５へと出力する。但し、本発明において、各測定部８〜１２は、制御装置１５に信号を出力する機能を備えていないものであっても良い。本発明では、各測定部で取得された情報が、汚水処理装置の操作者によって入力部２０から制御装置１５に入力される態様であっても良い。入力された値は、記憶部１８に格納される。
【００８４】
また、図３に示すように、第１の再基質化ライン２４におけるバルブ６と再基質化装置２との間には、流量計１３が配置されている。流量計１３は、再基質化装置２へ送られる引き抜き汚泥の量Ｑ3を測定する。なお、流量計１３によって測定された引き抜き汚泥の
量Ｑ3は、再基質化処理された後に曝気槽１に供給される処理汚泥の量Ｑ4にも相当する。
【００８５】
更に、排出ライン２６におけるバルブ７の下流側には、流量計１４が設けられている。流量計１４は、排出ライン２６を通る余剰汚泥の量Ｑ5を測定する。前記流入汚水量Ｑ0か
ら余剰汚泥の量Ｑ5を差し引いたものが分離水の量Ｑ2に相当する。また、流量計１３及び１４は、測定値を特定する信号を制御装置１５へと出力する。なお、流量計１３及び１４の種類は特に限定されるものではない。具体的には、超音波式や電磁式の流量計が挙げられる。
【００８６】
本実施の形態において、制御装置１５は、上記した記憶部１８に加え、検出部１６、演算部１７、駆動部１９、及び入力部２０を備えている。検出部１６は、第１の測定部８〜第４の測定部１２と、流量計１３及び１４とに接続されている。各測定部８〜１２が出力した信号や、流量計１３及び１４が出力した信号は、検出部１６に入力される。
【００８７】
本実施の形態において、各測定部８〜１２が出力した信号や、流量計１３及び１４が出力した信号はアナログ信号である。検出部１６は、これらのアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を行う。そして、検出部１６は、各測定部８〜１２や流量計１３及び１４が取得した情報（測定値）を特定するデジタル信号を演算部１７に入力する。本実施の形態では、各測定部８〜１２と検出部１６とによって測定手段が構成されている。
【００８８】
演算部１７は、各測定部８〜１２が取得した情報に基づいて、曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する。本実施の形態においては、演算部１７は、先ず、検出部１６か
らのデジタル信号によって特定される情報から、Ｑ4及びＱ5の算出に必要な各種のパラメータを算出する。そして、演算部１７は、得られたパラメータを用いて、Ｑ4及びＱ5を算出する。この点について、各測定部８〜１２の具体的構成と共に以下に説明する。
【００８９】
本実施の形態において、第１の測定部８は、図示していないが、流量計と負荷測定器とを備えている。流量計は、流入汚水量Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を特定する信号を検出部１６に
出力する。負荷測定器は、基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）を特定する信号を検出部１６に出力する。よって、演算部１７は、流入汚水量Ｑ0（Ｌ／ｄａｙ）を特定するデジタル信号と
、基質濃度ＣW0（ｍｇ／Ｌ）を特定するデジタル信号とを取得する。
【００９０】
また、本実施の形態において、第２の測定部９は、図示していないが、処理汚泥中の有機炭素濃度を測定する全有機炭素（ＴＯＣ）計と、処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ（アデノシン三リン酸）計とを備えている。また、ＴＯＣ計及びＡＴＰ計は、第２の基質化ライン２５から分岐した分岐ライン２５ａに設置されている。
【００９１】
更に、分岐ライン２５ａには、図示されていないが、粒子保持能力が５μｍ以上、好ましくは１．２μｍ以上のフィルターが備えられている。第２の測定部９は、フィルターによってろ過された処理汚泥のろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計も備えている。第２の測定部９は、有機炭素濃度の測定値を特定する信号と、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号とを検出部１６に出力する。
【００９２】
演算部１７は、処理汚泥及びそのろ液の有機炭素濃度と、ＡＴＰ濃度とから、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を算出する。
【００９３】
具体的には、演算部１７は、処理汚泥のろ液の有機炭素濃度から、後述する引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3を差し引くことによって、再基質化汚泥おける溶解成分の有機炭素濃度ＣD4を算出する。また、演算部１７は、処理汚泥のＡＴＰ濃度に、転換係数γを乗じてＣS4を算出する。更に、演算部１７は、ろ過されていない処理汚泥の有機炭素濃度から、ＣD3、ＣD4及びＣS4を差し引くことによってＣE4を
算出する。
【００９４】
なお、転換係数γは、生存汚泥のＡＴＰ濃度から生存汚泥の有機炭素濃度を算出するための転換係数であり、予め実験によって求められる。この実験については後述する。また、求められた転換係数γは、記憶部１８に記憶されている。また、転換係数γの単位は、一般に（ｇ−ＴＯＣ／μｍｏｌ−ＡＴＰ）で表される。
【００９５】
また、本実施の形態において、第３の測定部１０は、図示していないが、ＡＴＰ計を備えている。ＡＴＰ計は、曝気槽１から延びる分岐ライン１ａに設置され、曝気槽１内の汚泥のＡＴＰ濃度を測定する。第３の測定部１０は、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号を検出部１６に出力する。そして、演算部１７は、得られた曝気槽１内の汚泥のＡＴＰ濃度に、上述した転換係数γを乗算し、得られた乗算値に更に転換係数αを乗算して、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を算出する。なお、転換係数αも、予め実験によって求められ、記憶部１８に記憶されている。
【００９６】
本実施の形態において、第４の測定部１２は、第２の測定部９と同様に、図示していないが、引き抜き汚泥中の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計と、引き抜き汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計とを備えている。第４の測定部１２を構成するＴＯＣ計及びＡＴＰ濃度は、引き抜きライン２７から分岐した分岐ライン２７ａに設置されている。
【００９７】
また、分岐ライン２７ａにも、図示されていないが、第２の測定部９の場合と同様のフィルターが備えられている。第４の測定部１２は、更に、フィルターによってろ過された引き抜き汚泥（濃縮汚泥）のろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計も備えている。第４の測定部１２は、有機炭素濃度の測定値を特定する信号と、ＡＴＰ濃度の測定値を特定する信号とを検出部１６に出力する。
【００９８】
演算部１７は、引き抜き汚泥及びそのろ液の有機炭素濃度と、ＡＴＰ濃度とから、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を算出する。
【００９９】
具体的には、演算部１７は、ろ液の有機炭素濃度を測定するＴＯＣ計によって測定された有機炭素濃度を、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3とする。また、演算部１７は、引き抜き汚泥のろ液のＡＴＰ濃度に、上述した転換係数γを乗じてＣS3を算出する。更に、演算部１７は、ろ過されていない引き抜き汚泥の有機炭素濃度から、ＣD3及びＣS3を差し引くことによりＣE4を算出する。
【０１００】
本実施の形態において、転換係数γは、例えば、次の手法によって求めることができる。先ず、再基質化装置２を運転させない状態で、第１の再基質化ライン２４から第２の再基質化ラインへと引き抜き汚泥の移送を行う。そして、移送を行いながら、第４の測定部１２によって、引き抜き汚泥の有機炭素濃度とＡＴＰ濃度を測定する。次いで、測定された引き抜き汚泥の有機炭素濃度とＡＴＰ濃度との比（有機炭素濃度／ＡＴＰ濃度）を求め、これを転換係数γとする。
【０１０１】
本実施の形態において、第１の測定部８を構成する負荷測定器は、特に限定されるものではない。負荷測定器としては、例えば、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計、ＳＳ計、ＴＯＣ計等が挙げられる。また、第２の測定部９及び第４の測定部１２を構成するＴＯＣ計は、その測定方式が限定されるものではない。ＴＯＣ計としては、例えば、触媒燃焼酸化法を利用したものや、湿式酸化法を利用したもの等が挙げられる。
【０１０２】
更に、第２の測定部９、第３の測定部１０及び第４の測定部１２を構成するＡＴＰ計も、その測定方式が限定されるものではない。ＡＴＰ計としては、例えば、生物発光分析法を利用したもの等が挙げられる。また、本実施の形態においては、ＴＯＣ計及びＡＴＰ計が測定部毎に備えられておらず、各測定部がこれらを共有している態様であっても良い。具体的には、分岐ライン１ａ、分岐ライン２５ａ、及び分岐ライン２７ａが、それぞれ、バルブを介して共通の測定器に接続された態様が挙げられる。この態様では、各バルブの開放を順次行うことによって、各種汚泥の有機炭素濃度及びＡＴＰ濃度が測定される。
【０１０３】
また、本実施の形態において、演算部１７は、このようにして得られた、ＣW0、Ｑ0、
ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を、上述した式（１）〜式（８）に代入する。これにより、再基質化装置２へ送る処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)と
、排出する余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)とが算出される。
【０１０４】
また、本実施の形態では、上述した式（１）〜式（８）は記憶部１８に格納されている。更に、式（１）〜（８）に用いられる係数や、演算部１７が求めたパラメータ以外のパラメータの設定値も記憶部１８に格納されている。演算部１７は、Ｑ4及びＱ5の算出においては、式（１）〜（８）、各種係数、パラメータの読み出しも行う。
【０１０５】
具体的には、記憶部１８は、表２に記載の係数、即ち、流入水由来の基質の汚泥転換率ＹW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の分解速度
ｋW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、曝気槽１内の再基質化汚泥の
溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂCを格納している。
【０１０６】
また、記憶部１８は、上述した転換係数γ、転換係数α、曝気槽１の容積ＶX1、更には、入力部２０介して予め入力された設定値も格納している。入力部２０は、キーボード等の利用者が操作を行うためのインターフェースである。本実施の形態においては、入力部２０から予め入力される設定値としては、分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD2と、分離液に含まれる汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2とが挙げられる。有機炭素濃度ＣW2及びＣD2は、共に利用者が設定した任意の値であっても良いが、本実施の形態においては、汚水処理装置の外へと排出される分離水の水質基準値又は水質目標値に相当する値であるのが好ましい。
【０１０７】
駆動部１９は、演算部１７の指示に応じて、ライン切替手段として機能するバルブ５、６、及び７の開閉操作を行うための信号を出力する。例えば、演算部１７が再基質化装置２へ引き抜き汚泥を導入することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を開け、バルブ７を閉じる。また、演算部１７が余剰汚泥を排出することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を閉じ、バルブ７を開ける。
【０１０８】
また、本実施の形態では、検出部１６から演算部１７には、上述したように流量計１３及び流量計１４の測定値を特定する信号も入力される。よって、演算部１７は、再基質化装置２へ導入された引き抜き汚泥の量と余剰汚泥の量とを監視し、バルブ６及び７の開閉操作において、算出されたＱ４とＱ５とが達成されるようにフィードバック制御も行っている。
【０１０９】
次に、本実施の形態における処理方法、図３に示す本実施の形態における汚水処理装置及び制御装置の動作について図５を用いて説明する。図５は、図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図３を参酌する。また、
本実施の形態における処理方法は、本実施の形態における汚水処理装置を動作させることによって実行することができる。
【０１１０】
図５に示すように、先ず、演算部１７は、分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD2及び分離液に含まれる汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2の入力部２０からの入力を受付ける（ステップＳ１）。次に、演算部１７は、駆動部１９に対してバルブ７のみを閉じるように指示を与え、この状態で再基質化処理装置２を稼動させる（ステップＳ２）。
【０１１１】
次に、演算部１７は、記憶部１８から、処理汚泥の量Ｑ4及び余剰汚泥の量Ｑ5の算出に必要な係数を読み出す（ステップＳ３）。読み出される係数は、上述した、ＹW（ｇ−Ｓ
Ｓ／ｇ−ＴＯＣ）、ＹE（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＳＳ）、ＹD（ｇ−ＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）、ｋW（
１／ｄａｙ）、ｋE（１／ｄａｙ)、ｋD（１／ｄａｙ)、ＫｓW（mg／Ｌ）、ＫｓE（ｍｇ／Ｌ)、ＫｓD（ｍｇ／Ｌ)、ｂC（１／ｄａｙ）、ＶX1（Ｌ）である。
【０１１２】
次に、演算部１７は、第１の測定部８〜第４の測定部１２が測定した測定値に基づいて、ステップＳ４〜Ｓ７を実施して、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、
及びＣS3を算出する。本実施の形態において、ステップＳ４〜Ｓ７の順序は特に限定されるものではなく、これらは同時に実施することもできる。
【０１１３】
ステップＳ４では、演算部１７は、検出部１６は、第１の測定部８に備えられた流量計及び負荷測定器の測定値から、流入汚水量Ｑ0及び基質濃度ＣW0を検出する。ステップＳ
５では、演算部１７は、第２の測定部９に備えられたＴＯＣ計及びＡＴＰ計の測定値から、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD4、処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE4、及び処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を算出する。
【０１１４】
ステップＳ６では、演算部１７は、第３の測定部１０に備えられたＡＴＰ計の測定値から、曝気槽１内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を算出する。ステップＳ７では、演算部１７は、第４の測定部１２に備えられたＴＯＣ計及びＡＴＰ計の測定値から、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分の有機炭素濃度ＣD3、引き抜き汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分の有機炭素濃度ＣE3、及び引き抜き汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を検出する。
【０１１５】
次に、演算部１７は、記憶部１８に格納された式（１）〜（８）を読み出し、ステップＳ３〜Ｓ７によって得られた係数及び測定値をこれらの式に代入する（ステップＳ８）。これにより、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要となる余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5(Ｌ／ｄａｙ)とが算出さ
れる。
【０１１６】
次に、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が開状態、排出ライン用のバルブ７が閉状態であることを確認する（ステップＳ９）。なお、この場合において、バルブ５は開いた状態であっても良いし、閉じた状態であっても良い。また、確認の結果、再基質化ライン用のバルブ６が閉状態であったり、排出ライン用のバルブ７が開状態であったりする場合は、バルブ６が開状態、バルブ７が閉状態となるように駆動部１９に指示を与える。
【０１１７】
次に、演算部１７は、流量計１３によって測定された引き抜き汚泥の流量が、ステップＳ７で算出された処理汚泥の量Ｑ4(Ｌ／ｄａｙ)に到達したかどうかを判定する（ステッ
プＳ１０）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ９の状態を維持させたまま
、演算部１７は待機状態となる。
【０１１８】
到達している場合は、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が閉状態、排出ライン用のバルブ７が開状態となるように、駆動部１９に指示を与える（ステップＳ１１）。また、演算部１７は、再基質化装置２に対しては稼動を停止するよう信号を出力する。なお、この場合においても、バルブ５は開いた状態であっても良いし、閉じた状態であっても良い。
【０１１９】
次に、演算部１７は、流量計１４によって測定された余剰汚泥の量が、ステップＳ８で算出された余剰汚泥の量Ｑ5（Ｌ／ｄａｙ）に到達したかどうかを判定する（ステップＳ
１２）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ１１の状態を維持させたまま、演算部１７は待機状態となる。到達した場合は、演算部１７は、排出ライン用のバルブ７が閉状態となるように、駆動部１９に指示を与えて処理を終了する。
【０１２０】
このように図３に示す汚水処理装置によれば、制御装置１５によって、自動的に、曝気槽１に供給できる処理汚泥の一日当たりの量Ｑ4と、Ｑ4を達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日当たりの量Ｑ5とが算出される。また、制御装置１５は、自動的に、算出分
の処理汚泥を曝気槽１に供給し、算出分の余剰汚泥を排出する。このため、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができると同時に、管理者の負担の増加を抑制できるので運用コストの上昇も抑制できる。
【０１２１】
また、本実施の形態は、演算部１７が、式（５）及び式（６）に示した微分方程式に対してルンゲクッタ法を実施して近似解を求める態様とすることができる。この態様では、分離液に含まれる流入汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2及び分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2の近似値を算出することができる。分離液２１中の有機炭素濃度は、生物処理が適切に行われているかどうかを判定する指標となるため、この態様とした場合は、曝気槽１に負荷がかかり過ぎているかどうかを判定できる。
【０１２２】
ところで、本実施の形態において、記憶部１８に予め格納させておく係数の値は、汚水の種類に応じて、実験によって適宜設定できる。例えば、外部から曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、曝気槽１内の再基質化汚泥中の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転換率ＹD、及び生存汚泥の自己酸化率ｂC、は、上述した「非特許文献１」の第９１頁から第１０２頁に記載された、異なる条件下での回分式の生物処理実験によって、基質の変化量、汚泥の変化量を測定することにより求めることができる。
【０１２３】
また、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、曝気槽１内の再
基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度
ｋD、外部から曝気槽１へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、曝気槽１内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、曝気槽１内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数
ＫｓDも、上記の非特許文献１に記載の実験から求めることができる。非特許文献１に記
載の生物処理実験によって得られた係数の一例を下記の表３に示す。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
本発明において、制御装置１５は、入出力のインターフェースを備えたコンピュータに、図５に示すステップＳ１〜Ｓ１１を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）は、演算部１７として機能し、処理を行う。
【０１２６】
また、Ａ／Ｄ変換回路備えた入力用インターフェースが検出部１６として機能し、Ｄ／Ａ変換回路を備えた出力用インターフェースが駆動部１９として機能する。更に、コンピュータ備えられたメモリやハードディスク等の記憶装置が、記憶部１８として機能する。コンピュータに接続されたマウスやキーボード等が入力部２０として機能する。なお、制御装置１５へのデータの入力は、有線又は無線で接続された別のコンピュータから行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
以上のように、本発明における汚水処理装置によれば、余剰汚泥の発生を最小限に抑えることができるため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減でき、又余剰汚泥の処分地の確保が難しいという問題の解決にも貢献できる。本発明における汚水処理装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。
【図２】図２は、再基質化処理された汚泥の構成を概念的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における汚水処理装置を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態で用いられる再基質化装置を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。
【図５】図５は、図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。
【図６】再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 生物処理槽
１ａ、２５ａ、２７ａ 分岐ライン
２ 再基質化装置
３ 沈殿槽（固液分離手段）
４ ポンプ
５、６、７ バルブ
８ 第１の測定手段
９ 第２の測定手段
１０ 第３の測定手段
１２ 第４の測定手段
１３、１４ 流量計
１５ 制御装置
１６ 検出部
１７ 演算部
１８ 記憶部
１９ 駆動部
２０ 入力部
２１ 分離液
２２ 濃縮汚泥
２３ 返送ライン
２４、４８ 第１の再基質化ライン
２５、４９ 第２の再基質化ライン
２６ 排出ライン
２７ 引き抜きライン
３１ 処理槽
３２ 超音波振動子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、
前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥の
ＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、
前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記
ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、
前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得し、
前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、
前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、
前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、
前記制御手段に記憶部が備えられ、
前記記憶部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前
記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の
溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度
ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定
数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶し、
前記制御手段が、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、
求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場
合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する請求項１に記載の汚水
処理装置。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【請求項３】
前記曝気槽の汚泥及び前記再基質化処理された処理汚泥それぞれにおける汚泥中の菌の生死率を測定するためのＡＴＰ計を備える請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項４】
前記第２の測定部が、前記処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記第４の測定部が、前記濃縮汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記制御手段が、前記２の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求め、更に、前記第４の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求める請求項２に記載の汚水処理装置。
【請求項５】
前記第３の測定部が、前記曝気槽内のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記制御手段が、前記第３の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記曝
気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求める請求項４に記載の汚水処理装置。
【請求項６】
前記再基質化手段が、超音波処理装置、水熱処理装置、又は高速撹拌装置である請求項１〜５のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項７】
前記測定手段が、第１の流量計と、第２の流量計とを更に備え、
前記第１の流量計は、前記第１の再基質化ライン又は前記第２の再基質化ラインに設けられ、且つ、当該ライン中を流れる汚泥の一日当たりの量を測定し、
前記第２の流量計は、前記排出ラインに設けられ、且つ、前記排出ラインを流れる前記余剰汚泥の一日当たりの量を測定し、
前記制御手段は、前記第１の流量計で測定された値が、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4に到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン
切替手段に、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の導入を停止させ、
更に、前記第２の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5に到達し
たかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に、前記排出ラインによる前記余剰汚泥の排出を停止させる請求項１〜６のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項８】
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、
（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及
び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする汚水処理方法。
【請求項９】
前記（ａ）の工程において、
前記曝気槽における汚水の流入側で、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報が取得され、
前記第２の再基質化ラインで、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報が取得され、
前記曝気槽で、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報が取得され、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側で、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報が取得され、
前記（ｂ）の工程において、
前記（ａ）の工程で取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、
ＣE3、及びＣS3が求められ、
求めた値、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気
槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶
解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚
泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とが算出される請求項８に記載の汚水処理方法。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【請求項１０】
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を
前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、
前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥の
ＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、
前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に
切替えを行わせることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、
前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得し、
前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、
前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、
前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、
当該制御装置が、
外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基
質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転
換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分
解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶する記憶部を備え、
前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、
求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する請求項１０に記載の制
御装置。
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
【数２４】
【請求項１】
活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、
前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥の
ＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得し、
前記制御手段は、前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記
ライン切替手段に切替えを行わせることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、
前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得し、
前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、
前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、
前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、
前記制御手段に記憶部が備えられ、
前記記憶部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前
記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の
溶解成分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度
ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定
数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶し、
前記制御手段が、前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、
求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場
合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する請求項１に記載の汚水
処理装置。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【請求項３】
前記曝気槽の汚泥及び前記再基質化処理された処理汚泥それぞれにおける汚泥中の菌の生死率を測定するためのＡＴＰ計を備える請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項４】
前記第２の測定部が、前記処理汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記第４の測定部が、前記濃縮汚泥中のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記制御手段が、前記２の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求め、更に、前記第４の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求める請求項２に記載の汚水処理装置。
【請求項５】
前記第３の測定部が、前記曝気槽内のＡＴＰ濃度を測定するＡＴＰ計を備え、
前記制御手段が、前記第３の測定部のＡＴＰ計が測定したＡＴＰ濃度に基づいて前記曝
気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求める請求項４に記載の汚水処理装置。
【請求項６】
前記再基質化手段が、超音波処理装置、水熱処理装置、又は高速撹拌装置である請求項１〜５のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項７】
前記測定手段が、第１の流量計と、第２の流量計とを更に備え、
前記第１の流量計は、前記第１の再基質化ライン又は前記第２の再基質化ラインに設けられ、且つ、当該ライン中を流れる汚泥の一日当たりの量を測定し、
前記第２の流量計は、前記排出ラインに設けられ、且つ、前記排出ラインを流れる前記余剰汚泥の一日当たりの量を測定し、
前記制御手段は、前記第１の流量計で測定された値が、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4に到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン
切替手段に、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の導入を停止させ、
更に、前記第２の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5に到達し
たかどうかを判定し、到達した場合に、前記ライン切替手段に、前記排出ラインによる前記余剰汚泥の排出を停止させる請求項１〜６のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項８】
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインとを備えた汚水処理装置を用いて、汚水を浄化する汚水処理方法であって、
（ａ）外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度、及
び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の工程で取得された情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程で算出された前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入、及び前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を行う工程とを有することを特徴とする汚水処理方法。
【請求項９】
前記（ａ）の工程において、
前記曝気槽における汚水の流入側で、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報が取得され、
前記第２の再基質化ラインで、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報が取得され、
前記曝気槽で、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報が取得され、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側で、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報が取得され、
前記（ｂ）の工程において、
前記（ａ）の工程で取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、
ＣE3、及びＣS3が求められ、
求めた値、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気
槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の汚泥転換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶
解成分の分解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚
泥の溶解成分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とが算出される請求項８に記載の汚水処理方法。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【請求項１０】
曝気槽と、前記曝気槽で処理された汚水を濃縮汚泥と分離液とに分離させる固液分離手段と、前記濃縮汚泥に対して再基質化処理を行う再基質化手段と、前記濃縮汚泥を前記再基質化手段へと送るための第１の再基質化ラインと、前記再基質化処理された処理汚泥を
前記曝気槽へと送るための第２の再基質化ラインと、前記濃縮汚泥を前記曝気槽へと返送するための返送ラインと、前記濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、測定手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第１の再基質化ラインによる前記濃縮汚泥の前記再基質化手段への導入又は前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出のうち少なくとも一方が行なえるようラインを切替えるライン切替手段とを備え、
前記測定手段は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0、前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0、前記処理汚泥中の有機炭素濃度、前記曝気槽内の生存汚泥の
ＳＳ濃度、及び前記濃縮汚泥中の有機炭素濃度に関する情報を取得する汚水処理装置に用いられる制御装置であって、
前記測定手段が取得した情報に基づいて、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出し、算出した前記Ｑ4及び前記Ｑ5が満たされるように前記ライン切替手段に
切替えを行わせることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
前記測定手段が、前記曝気槽における汚水の流入側に配置された第１の測定部と、前記第２の再基質化ラインに配置された第２の測定部と、前記曝気槽に配置された第３の測定部と、前記固液分離手段の前記濃縮汚泥の排出側に配置された第４の測定部とを備え、
前記第１の測定部は、外部から前記曝気槽へと流入する汚水の基質濃度ＣW0及び前記流入する汚水の一日あたりの量Ｑ0を求めるための情報を取得し、
前記第２の測定部は、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD4、前記処理汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE4、及び前記処理汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS4を求めるための情報を取得し、
前記第３の測定部は、前記曝気槽内の生存汚泥のＳＳ濃度ＸS1を求めるための情報を取得し、
前記第４の測定部は、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD3、前記濃縮汚泥に含まれる再基質化汚泥の懸濁成分における有機炭素濃度ＣE3、及び前記濃縮汚泥に含まれる生存汚泥の有機炭素濃度ＣS3を求めるための情報を取得し、
当該制御装置が、
外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の汚泥転換率ＹW、前記曝気槽内の再基
質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ＹE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の汚泥転
換率ＹD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の分解速度ｋW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成分の分
解速度ｋD、外部から前記曝気槽へと流入する汚水由来の基質の飽和定数ＫｓW、前記曝気槽内の再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数ＫｓE、前記曝気槽内の再基質化汚泥の溶解成
分の飽和定数ＫｓD、生存汚泥の自己酸化率ｂC、前記曝気槽の容積ＶX1、予め設定された、前記分離液に含まれる再基質化汚泥の溶解成分における有機炭素濃度ＣD2、及び予め設定された、前記分離液に含まれる前記汚水由来の基質の有機炭素濃度ＣW2を記憶する記憶部を備え、
前記第１の測定部から前記第４の測定部によって取得された情報から、ＣW0、Ｑ0、ＣD4、ＣE4、ＣS4、ＸS1、ＣD3、ＣE3、及びＣS3を求め、
求めた値と前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（８）に代入することによって、前記曝気槽に供給できる前記処理汚泥の一日あたりの量Ｑ4と、前記Ｑ4を達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑ5とを算出する請求項１０に記載の制
御装置。
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
【数２４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１６１８３６（Ｐ２００８−１６１８３６Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５６４６０（Ｐ２００６−３５６４６０）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発表した研究集会：第４３回環境工学研究フォーラム 主催者：社団法人 土木学会 開催日：平成１８年１１月１７日〜１９日 発表した刊行物：環境工学研究論文集（Ｖｏｌ．４３ ２００６）第４１１頁−第４１７頁 発行者：社団法人 土木学会 発行日：平成１８年１１月１７日
【出願人】（５９１２６１３３６）松下環境空調エンジニアリング株式会社 (29)
【出願人】（５０３４２０８３３）学校法人常翔学園 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発表した研究集会：第４３回環境工学研究フォーラム 主催者：社団法人 土木学会 開催日：平成１８年１１月１７日〜１９日 発表した刊行物：環境工学研究論文集（Ｖｏｌ．４３ ２００６）第４１１頁−第４１７頁 発行者：社団法人 土木学会 発行日：平成１８年１１月１７日
【出願人】（５９１２６１３３６）松下環境空調エンジニアリング株式会社 (29)
【出願人】（５０３４２０８３３）学校法人常翔学園 (62)
【Ｆターム（参考）】
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