CN106573807B - 曝气风量计算装置以及水处理系统 - Google Patents

Abstract

求得处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置（65）具备计算部（67），该计算部（67）具有生成比处理槽入口NH₄‑N浓度（X_in）小的目标值（X_DV）的目标值计算元件（81）；和基于处理槽出口NH₄‑N浓度（X_out）与目标值（X_DV）的偏差生成FB操作量（Y_B）的FB操作量计算元件（84），并基于FB操作量（Y_B）算出作为曝气风量的操作量（Y）。处理槽入口NH₄‑N的浓度是基于原水NH₄‑N浓度（X_RW）、原水流入量（ｕ）、处理槽出口NH₄‑N浓度（X_out）、以及循环流量（f）求得的值，或者，是由处理槽入口NH₄‑N的浓度计（63）检测出的值。

Description

曝气风量计算装置以及水处理系统

技术领域

本发明涉及使用活性污泥法进行净化处理的水处理系统。

背景技術

以往，在生活废水等的废水处理中，使用活性污泥净化废水的水处理系统被使用。例如，专利文献1中所记载的水处理系统具备：贮存原水的原水槽；通过活性污泥对原水中的污浊物质进行生物处理的一系列处理槽；和从原水与活性污泥混合后的被处理水将污泥沉淀分离的沉淀池。上述一系列处理槽包括：厌氧槽、无氧槽以及配备散气装置的好氧槽。在这些处理槽中进行原水所含有的碳类有机物、含氮化合物、含磷化合物等污浊物质的去除。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2004-275826号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

下水处理的废水基准项目包括T-N（总氮）、T-P（总磷）、BOD（生化需氧量），所有这些项目必须满足规定的处理基准。然而，能够快速并且便宜地测定BOD的技术还未被开发。因此，为了确保处理水的BOD满足规定的处理基准，以能够充裕地达成处理基准的曝气风量进行好氧槽的曝气。

解决问题的手段：

然而，可知在活性污泥法的水处理过程中，被处理水的BOD具有从处理开始后比较早的阶段开始减少，随后变化变缓慢的特征，被处理水的氨态氮（以下，存在记载为“NH₄-N”的情况）浓度具有在处理开始后几乎不立即变化，而从BOD的变化变缓慢左右才开始减少的特征。即，活性污泥法的水处理过程中，与硝化速度相比有机物的分解速度较快。（第一见解）。

发明人们为了验证上述第一见解而进行了下面会说明的实验。该实验中，对被填充于实验容器的被处理水A，B以规定的曝气风量进行曝气，并测定NH4-N浓度与COD（化学需氧量）。实验时的曝气风量大于最低风量，且为相对以往的水处理系统中基准的NH₄-N浓度的被处理水而设定的曝气风量中较小的值。另外， BOD仅为生物分解性有机物的需氧量，与此相对，COD为有机物与无机物的两个的需氧量，所以两者不同，但存在将比BOD在短时间内能够测定的COD作为BOD的代替指标来使用的情况。该实验结果由如图14所示的好氧槽中的NH₄-N浓度的处理行为与COD的处理行为的时序变化的图表所表示。该图表中，纵轴表示NH₄-N浓度与COD，横轴表示处理时间，实线表示NH₄-N浓度的时序变化，虚线表示COD的时序变化。

根据图14的图表，可看出关于被处理水A、B，NH4-N浓度的处理行为与COD的处理行为共通的特征。其共通的特征是，COD从开始处理后较早的阶段开始减少，随后变化慢慢变缓，不久处于即使继续曝气也几乎不变化的状态。又，共通的特征是，NH4-N浓度，超过某一处理时间之前几乎不变化，从超过某一处理时间之后开始急剧减少。

被处理水A中，处理时间T_C1之后COD几乎不变化。从处理开始时到处理时间T_C1被处理水A的NH₄-N浓度变化量为ΔX₁（mg/L）。另一方面，被处理水B中，处理时间T_C2之后COD几乎不变化。从处理开始时到处理时间T_C2被处理水B的NH₄-N浓度的变化量为ΔX₂（mg/L）。尽管被处理水A与被处理水B的水质不同，处理开始时的NH₄-N浓度不同，但变化量ΔX₁与变化量ΔX₂大致为相同的值。又，虽然该说明书中没有记载，但是也可看出关于与被处理水A、B不同水质的被处理水与被处理水A，B同样的倾向。因此可知，即使处理开始时的被处理水的NH₄-N浓度不同，NH₄-N只有ΔX（mg/L）被硝化，COD被处理到一定水准（即、即使再继续曝气COD的值也几乎不变化的程度）（第二见解）。

基于上述第一见解，通过将硝化所需量的氧向好氧槽供给，能够供给有机物的分解所需量的氧。因此，本发明中，作为处理水的BOD的代替指标而使用NH₄-N浓度，以处理水的NH₄-N浓度达到规定的目标值以下的形式控制好氧槽的曝气风量。这样的曝气风量控制中，如果原水的NH₄-N浓度为规定的目标值以下则不再需要硝化，所以如果将好氧槽的曝气风量控制为最低风量，则能够削减散气装置的运行能耗。然而，好氧槽的曝气风量少时，可能会使被处理水中的有机物不完全分解从而处理水的BOD超过规定的处理基准。因此，本发明中，再基于上述第二见解，通过适当地设定曝气风量的目标值，抑制曝气风量的同时可靠地进行被处理水中的有机物的处理。

根据本发明的曝气风量计算装置，是求得用活性污泥法净化被处理水的向处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置，其特征在于，具备计算单元，所述计算单元具有生成比作为所述处理槽的入口的被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度小的目标值的目标值计算元件；和基于作为由所述处理槽所处理的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度与所述目标值的偏差生成反馈操作量的反馈操作量计算元件，并基于所述反馈操作量算出作为所述曝气风量的操作量。

又，根据本发明的水处理系统，其特征在于，具备：包括配备有散气装置的好氧槽并用活性污泥法净化被处理水的处理槽；测定流入所述处理槽的原水氨态氮浓度的原水氨态氮浓度计或测定所述处理槽的入口的所述被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度计；测定从所述处理槽流出的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度计；所述曝气风量计算装置；和基于由所述曝气风量计算装置求得的所述操作量控制所述散气装置的曝气风量控制装置。

根据上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统，处理槽出口NH₄-N浓度的目标值为总是低于处理槽入口的NH₄-N浓度的值。而且，基于目标值与处理槽出口NH₄-N浓度（控制值）的偏差通过反馈控制决定操作量（曝气风量），所以为了降低被处理水的NH₄-N浓度继续进行充分的曝气。借此，能够避免曝气风量明显减少而被处理水中的有机物不被充分分解的情况，并能可靠地进行被处理水中的有机物的处理。此外，处理槽出口NH₄-N浓度的目标值根据处理槽入口的NH₄-N浓度的变化而变化，所以曝气风量不会过剩，能够抑制曝气风量以及散气装置的运行能耗。

在上述中，所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了规定值的值，该规定值也可以是，通过曝气而被处理水的COD或BOD达到一定值时的，从该被处理水的氨态氮浓度的所述曝气开始时的变化量的绝对值。另外，上述“COD或BOD为一定值”，严格来说包括：COD或BOD达到一定值的状态，加上COD或BOD的减少幅度与曝气开始时相比较小，即使继续曝气COD或BOD的变动也较小（例如，每1小时的减少率为5%以下或10%以下）的状态。又，也可以是所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了从2~10（mg/L）的范围选择的值的值。

以往，为了确保处理水的BOD满足规定的处理基准，以能够充裕地达成处理基准的曝气风量进行好氧槽的曝气，但是根据上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统，能够可靠地进行被处理水中的有机物的处理，同时适当地抑制被处理水中曝气风量増大，所以能够削减散气装置的运行能耗。

上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统中，所述计算单元优选为还具有选择规定的基准目标值与由所述目标值计算元件生成的所述目标值中较小的一个作为所述目标值向所述反馈操作量计算元件输出的低值选择器。根据该结构，处理槽出口NH₄-N浓度的目标值总是为规定的基准目标值以下，所以在处理水的水质基准中含有NH₄-N浓度的情况中有效。

也可以是上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统还具备获得单元，所述获得单元获得作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度、作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及作为从所述处理水分离并返回所述处理槽的污泥的流量的循环流量，所述计算单元以基于所述原水氨态氮浓度、所述原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及所述循环流量算出所述处理槽入口氨态氮浓度的形式构成。根据该结构，能够基于原水NH₄-N浓度等求得处理槽入口NH₄-N浓度，能够在水处理系统的处理系列为多系统时抑制NH₄-N浓度计的数量的增加。

上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统中，所述计算单元优选为还具有基于作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度生成前馈操作量的前馈操作量计算元件、和使所述前馈操作量与所述反馈操作量相加的加法计算器，并以基于所述反馈操作量以及所述前馈操作量算出所述操作量的形式构成。此处，也可以是所述计算单元还具有用于求得补正系数的补正系数计算元件和使所述前馈操作量与所述补正系数相乘从而补正所述前馈操作量的乘法计算器，该补正系数在作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于规定的基准流入量时使所述前馈操作量增加，在所述原水流入量小于所述规定的基准流入量时使所述前馈操作量减小。根据该结构，能够将基于原水氨态氮浓度的变化预测的曝气风量的增加量作为前馈操作量算出，并将其附加于操作量。而且，通过用补正系数补正前馈操作量，操作量根据流入处理槽的原水的量而变化，所以能够抑制曝气风量，同时可靠地进行被处理水中的有机物的处理。

发明效果：

根据本发明，处理槽出口NH₄-N浓度的目标值随着处理槽入口 NH₄-N浓度的变化而变化，并且，总是为低于处理槽入口的NH₄-N浓度以及处理槽出口NH₄-N浓度的值。因此，能够通过抑制曝气风量同时继续进行曝气，能够可靠地进行被处理水中的有机物的处理。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施形态的水处理系统的大致结构的图；

图2是示出根据第一实施形态的水处理系统的控制结构的框图；

图3是示出根据第一实施形态的曝气风量计算装置的信号流向的框线图；

图4是示出FF操作量函数的特征的图表；

图5是示出FF操作量补正函数的特征的图表；

图6是示出处理槽入口NH₄-N浓度与目标值的关系的图表；

图7是示出根据本发明第一实施形态的变形例一的曝气风量计算装置的信号流向的框线图； 图8是示出处理槽入口NH₄-N浓度与目标值的关系的图表；

图9是示出根据本发明第二实施形态的水处理系统的大致结构的图；

图10是示出根据第二实施形态的水处理系统的控制结构的框图；

图11是示出根据第二实施形态的曝气风量计算装置的信号流向的框线图；

图12是示出采用了循环式厌氧好氧法的水处理系统的变形例的图；

图13是示出采用了膜分离活性污泥法的水处理系统的变形例的图；

图14是示出好氧槽中的NH₄-N浓度的处理行为与COD的处理行为的时序变化的图表。

具体实施方式

根据本发明的水处理系统，适用于具备使用活性污泥法净化下水等的被处理水的生物处理槽（以下，仅称为“处理槽”）的水处理系统。而且，根据本发明的曝气风量计算装置是为了在上述处理槽中处理被处理水而用于计算适宜的曝气风量的装置，可以附带于水处理系统，也可以作为独立于水处理系统的计算装置构成。以下，参照附图说明本发明的第一以及第二实施形态。

（第一实施形态）

图1是示出根据本发明第一实施形态的水处理系统10的整体结构的图。如图1所示，根据本发明第一实施形态的水处理系统10，是通过活性污泥法中的厌氧好氧法（AO法）实现净化下水的水处理过程的系统。水处理系统10具备：原水槽2、由厌氧槽31以及好氧槽32构成的处理槽3、沉淀槽4、计算好氧槽32的曝气风量的曝气风量计算装置65、掌控水处理系统10 的运转的控制装置6。

原水槽2能够暂时贮存流入的下水。原水槽2的出口通过配管52与厌氧槽31的入口连接。配管52上安装有将被贮存在原水槽2的原水向厌氧槽3压送的供给泵51。从原水槽2到处理槽3的原水的流入量为供给泵51的排出流量。

处理槽3从上游侧依次设置有厌氧槽31、好氧槽32。本实施形态中，厌氧槽31以及好氧槽32通过将一个处理槽3由隔壁分隔而形成，厌氧槽31与好氧槽32通过形成于隔壁的开口连通。但是，也可以是厌氧槽31与好氧槽32为各自独立的处理槽。

好氧槽32上设置有用于使被处理水曝气的散气装置9。散气装置9具备：配置于好氧槽32的底部的喷嘴91、和向喷嘴91压送空气的散气鼓风机92。通过该散气装置9，从好氧槽32的底部向被处理水吹入微小气泡。通过吹入好氧槽32的气泡的上升搅拌被处理水，同时被处理水被曝气从而被处理水的溶氧量提高。散气鼓风机92的送风量（以下，称为“曝气风量”）基于来自控制装置6的操作信号被控制。

好氧槽32与沉淀槽4通过配管53连接，好氧槽32的处理水通过配管53并流入沉淀槽4。沉淀槽4的底部与厌氧槽31的底部通过污泥返送配管55连接，通过该污泥返送配管55且在沉淀槽4沉淀的污泥被返送到厌氧槽31。污泥返送配管55上安装有返送泵56。返送到厌氧槽31的污泥（返送污泥）的量为返送泵56的排出流量。

原水槽2的出口附近，设置有测定从原水槽2流入一系列的处理槽3的原水的NH₄-N浓度的原水NH₄-N浓度计61。但是，原水NH₄-N浓度计61能够测定原水的NH₄-N浓度即可，所以不限定于原水槽2，也可以是在处理槽3的前段设定有初始沉淀池时的初始沉淀池、形成初始沉淀池或原水槽2与处理槽3的共通水路的配管52等上设置。又，好氧槽32的出口附近设置有测定作为从好氧槽32流出的处理液的NH₄-N浓度的处理槽出口NH₄-N浓度（以下，仅称为“出口NH₄-N浓度”）的处理槽出口NH₄-N浓度计62。这些NH₄-N浓度计61、62与控制装置6连接，从各NH₄-N浓度计61、62向控制装置6输出测定值。

图2是示出水处理系统10的控制结构的框图。控制装置6基于原水NH₄-N浓度计61以及处理槽出口NH₄-N浓度计62的测定值，控制供给泵51、返送泵56、以及散气装置9的动作。又，控制装置6上可通信地连接有计算散气装置9的曝气风量（操作量）的曝气风量计算装置65，控制装置6基于由曝气风量计算装置65算出的曝气风量向散气装置9输出控制信号。即，控制装置6具有作为曝气风量控制装置的功能。

控制装置6与曝气风量计算装置65由所谓的计算机形成。控制装置6与曝气风量计算装置65各自除了CPU（Central Processing Unit），还具有ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、I/F（Interface）、I/O（Input/output Port）等（均未图示）。ROM储存有CPU执行的程序、各种固定数据。CPU执行的程序保存于软盘、CD-ROM、存储卡等各种存储设备。由这些存储设备安装于ROM。RAM中暂时存储程序执行时所需的数据。I/F进行与外部装置（例如，未图示的输入装置和存储装置）的数据收发。I/O进行各种传感器的检测信号的输入/输出。控制装置6与曝气风量计算装置65以通过存储在ROM的程序等软件与CPU等硬件协作进行实现各功能的处理的形式构成。另外，根据本实施形态的水处理系统10具备控制装置6与曝气风量计算装置65的多个计算机，但是也可以是这些由单一的计算机构成。关于曝气风量计算装置65，随后会详细叙述。

接着，说明上述结构的水处理系统10的水处理过程。在该水处理过程中进行原水所含有的有机物、氮（NH₄-N与有机态氮）以及磷等的去除。

贮存于原水槽2的原水，借助于供给泵51的运转通过配管52被送到厌氧槽31。流入厌氧槽31的原水（被处理水）与活性污泥混合。厌氧槽31的活性污泥中的聚磷菌将被处理水中的有机物吸入体内，并释放出保持于体内的磷酸（PO₄）。厌氧槽31的被处理水通过隔壁的开口流入好氧槽32。

好氧槽32中，活性污泥所含有的异养生物吸入氧，并分解有机物。又，好氧槽32中，在好氧条件下过量摄取磷的聚磷菌吸入厌氧槽31所释放出的以上的磷酸态的磷。好氧槽32中，被处理水中的NH₄-N被氧化而成为亚硝酸态氮（NO₂-N）、硝酸态氮（NO₃-N）。好氧槽32的处理液流入沉淀槽4。处理液中的污泥沉淀从而流入沉淀槽4的处理液被分离为处理液与污泥。污泥通过污泥返送配管55被返送到厌氧槽31。

此处，详细说明曝气风量计算装置65。曝气风量计算装置65具备：通过控制装置6获得计算所需的信息（变量）的获得部66；计算散气装置9的曝气风量（操作量）的计算部67；和将算出的曝气风量向控制装置6输出的输出部68。

获得部66所获得的信息包括：作为流入处理槽3的原水的NH₄-N浓度的原水NH₄-N浓度X_RW、作为流入处理槽3的原水的流入量的原水流入量ｕ、作为由处理槽3处理后的处理水的NH₄-N浓度的出口NH₄-N浓度X_out、以及作为从处理水分离而返回处理槽3的污泥的流量的循环流量f等。原水NH₄-N浓度X_RW是原水NH₄-N浓度计61的测定值，原水流入量ｕ是供给泵51的排出流量，出口NH₄-N浓度X_out是处理槽出口NH₄-N浓度计62的测定值，循环流量f是返送泵56的排出流量。另外，曝气风量计算装置65以借助控制装置6获得这些信息的形式被记载，但是也可以是曝气风量计算装置65以从计量仪器类直接获得信息的形式构成。

图3是示出由计算部67进行的计算处理的信号的流向的框线图。如图3所示，计算部67具备：基于原水NH₄-N浓度X_RW生成前馈操作量（以下，称为“FF操作量Y_F”）的前馈控制系（以下，称为“FF控制系7”）；和使出口NH₄-N浓度X_out作为控制量而生成反馈操作量（以下，称为“FB操作量Y_B”）的反馈控制系（以下，称为“FB控制系8”）。FF控制系7与FB控制系8协作发挥作用，通过FF控制系7生成的FF操作量Y_F、与通过FB控制系8生成的FB操作量Y_B由加法计算器85进行加法计算，生成操作量Y。该操作量Y表示散气装置9的曝气风量。输出部68将由计算部67算出的操作量Y的操作量信号向散气装置9输出，散气装置9中散气鼓风机92以与该操作量Y对应的曝气风量运作。以下，详细说明FF控制系7与FB控制系8。

首先，详细说明FF控制系7。FF控制系7包括：FF操作量计算元件71、无用时间元件73、前馈增益元件74、FF操作量补正系数计算元件72、和乘法计算器75。FF控制系7中，基于原水NH₄-N浓度X_RW的变化所预测的曝气风量的增加量作为FF操作量Y_F被算出。

FF操作量计算元件71是从原水NH₄-N浓度X_RW算出FF操作量Y_F的FF操作量函数F₁。FF操作量函数F₁是将作为输入值的原水NH₄-N浓度X_RW与作为输出值的FF操作量Y_F的静特性的关系函数化的函数。FF操作量函数F₁，由于会受到来自水处理系统10整体的处理能力和使用环境等的影响，所以优选为设定在每个水处理系统10。FF操作量函数F₁可以基于实验结果决定，又，也可以基于模拟决定。

图4是示出FF操作量函数F₁的特性的图表，纵轴表示FF操作量Y_F（L/min），横轴表示原水NH₄-N浓度X_RW（mg/L）。FF操作量Y_F（L/min）表示通过FF控制系7算出的曝气风量。曝气风量的最低风量y₀是用于维持整个系统的最低限度的所需风量。用于维持整个系统的最低限度的所需风量是指，搅拌好氧槽32中的污泥，并提供用于在好氧槽32的好氧性条件的基础下利用碳类有机物增殖的异养生物、硝化NH₄-N的硝化细菌等活性污泥微生物维持活体所需的氧的、最低限度的曝气风量。最低风量y₀根据好氧槽32的活性污泥微生物的数量和好氧槽32的容量适当地决定。另外，曝气风量以最低风量y₀运转时，好氧槽32的被处理水的溶氧量浓度几乎为0。

如图4的图表所示，原水NH₄-N浓度X_RW在0到第一浓度x₁的范围内，FF操作量Y_F以最低风量y₀恒定。该第一浓度x₁，在曝气风量为最低风量Y₀时，是在出口NH₄-N浓度X_out处理水的NH₄-N浓度的基准目标值X_B以下的最大的原水NH₄-N浓度X_RW。另外，处理水的NH₄-N浓度的基准目标值X_B基于环境规定值等适当地决定，预先设定于曝气风量计算装置65。而且，原水NH₄-N浓度X_RW在第一浓度x₁以上的范围内，FF操作量Y_F随着原水NH₄-N浓度X_RW的增加而增加。

为了将动特性附加于上述FF操作量Y_F，由FF操作量计算元件71生成的FF操作量Y_F通过无用时间元件73与前馈增益元件74调整。无用时间（也称为变化时间）原则上是，由原水NH₄-N浓度计61测定NH₄-N浓度的原水从流入厌氧槽31至流入好氧槽32之前所需要的时间。但是，好氧槽32中硝化NH₄-N的硝化细菌的增殖速度，因为比通常的活性污泥中的异养细菌慢，所以优选为以在被处理水的NH₄-N浓度的不连续面到达好氧槽32之前增加曝气风量，并在该不连续面到达好氧槽32之后能够对应NH₄-N浓度的急剧增加的形式使活性污泥微生物活性化。即，无用时间优选为设定为比由原水NH₄-N浓度计61测定NH₄-N浓度的原水流入好氧槽32之前所需要的时间短的时间。这样的无用时间作为包括从流入厌氧槽31到流入好氧槽32的滞留时间的时间，能够实验性或计算性地求出。前馈增益K_f是作为FF操作量函数F₁的输入值的原水NH₄-N浓度X_RW的变化量与作为输出值的FF操作量Y_F的变化量的比，被适当地设定。

通过无用时间元件73与前馈增益元件74调整后的FF操作量Y_F，进一步由补正系数α补正。补正系数α是用于基于原水流入量ｕ补正FF操作量Y_F的补正系数。

补正系数α在FF操作量补正系数计算元件72中，使用将作为输入值的原水流入量ｕ与作为输出值的补正系数α的关系函数化的FF操作量补正函数F₂算出。补正系数α是在原水流入量ｕ大于规定的基准流入量U₁时使FF操作量Y_F增大，又，在流入处理槽3的原水流入量ｕ小于规定的基准流入量U₁时使FF操作量Y_F减少的补正系数。

图5是示出FF操作量补正函数F₂的特性的图表，纵轴表示补正系数α，横轴表示原水流入量ｕ（L/min）。如图5的图表所示，原水流入量ｕ为0时，补正系数α为小于1的α1（F₂（0）=α1，α1＜1）。原水流入量ｕ为基准流入量U₁时，补正系数α为1（F₂（U₁）=1）。原水流入量ｕ为最大流入量U₂时，补正系数α为大于1的α2（F₂（U₂）=α2，α2＞1）。如此，补正系数α以原水流入量ｕ为基准流入量U₁时作为1，随着原水流入量ｕ的增加，从小于1的α1增加到大于1的α2。作为补正系数α的合适的一个示例，可以是α1=0.5，α2=1.5。另外，原水流入量ｕ的基准流入量U₁通过水处理系统10的处理能力决定，最大流入量U₂由水处理系统10的处理能力再加上供给泵51的能力决定。

如上所述通过将算出的补正系数α与FF操作量Y_F由乘法计算器75相乘，补正FF操作量Y_F。补正后的FF操作量Y_F被输出到加法计算器85。

继续详细说明FB控制系8。FB控制系8包括：算出出口NH₄-N浓度X_out（控制值）与处理水的NH₄-N浓度的目标值X_DV的偏差的减法计算器83；和从该偏差生成FB操作量Y_B的FB操作量计算元件84。FB操作量Y_B表示通过FB控制系8算出的曝气风量。根据本实施形态的FB操作量计算元件84使用PID控制方法算出FB操作量Y_B。但是，FB操作量计算元件84也可以是，例如，使用PID控制方法、P控制方法或PI控制方法算出FB操作量Y_B的计算元件。算出的FB操作量Y_B被输入到加法计算器85。

为了算出目标值X_DV，FB控制系8还具备目标值计算元件81和低值选择器82。目标值计算元件81是从原水NH₄-N浓度X_RW、原水流入量ｕ、出口NH₄-N浓度X_out、以及循环流量f算出目标值X_DV的目标值函数F₃。目标值函数F₃是将作为输入值的原水NH₄-N浓度X_RW、原水流入量ｕ、出口NH₄-N浓度X_out、以及循环流量f、与作为输出值的目标值X_DV的关系函数化的函数。出口NH₄-N浓度X_out是由处理槽出口NH₄-N浓度计62测定的处理槽3的出口的NH₄-N浓度。又，循环流量f是从处理水分离并返回处理槽3的污泥的流量。

由目标值函数F₃算出的目标值X_DV是比处理槽3的入口的NH₄-N浓度（以下，称为“入口NH₄-N浓度X_in”）小了规定值（k）的值。但是，也可以是目标值X_DV为比处理槽3的入口的NH₄-N浓度小了规定比例（1-β）的值。另外，处理槽3的入口是指处理槽3中的原水以及返送污泥流入的区域，称为厌氧槽31的上游侧区域。

例如，目标值函数F₃由以下示出的（式1）或（式2）表示。又，入口NH₄-N浓度X_in能够由以下示出的（式3）算出。

（式1）　F₃（X_in）=X_in-k

（式2）　F₃（X_in）=X_in×β

（式3）　X_in=（X_RW×ｕ+X_out×f）/（ｕ+f）

上述式1中k（mg/L）为大于0的常数，例如，从2~10（mg/L）的范围选择的值是合适的。又，上述式2中β为大于0小于1的常数，例如，0.6~0.9是合适的。上述式1中的k，或者，上述式2中的β优选为基于实验决定。以下，说明k或β的决定方法的一个示例。

如前所述，从图14示出的实验结果可知，在即使被处理水A、B的COD再继续曝气也几乎不变化的处理时间T_C1、T_C2内、从处理开始时的被处理水A、B的NH_4-N浓度的变化量ΔX₁，ΔX₂，无关于与被处理水の水质而大致为一定。而且，在即使被处理水的COD再继续曝气也几乎不变化的处理时间内，从处理开始时的被处理水的NH₄-N浓度的变化量ΔX，用多个水质的不同的被处理水进行了实验，结果大致为一定的值2~10（mg/L）。另外，变化量ΔX能够表示，处理开始时的被处理水的NH₄-N浓度与即使被处理水的COD再继续曝气也几乎不变化时的被处理水的NH₄-N浓度的差。实验性地求得这样的变化量ΔX的值，从而以入口NH₄-N浓度X_in与目标值X_DV的差为ΔX（mg/L）或ΔX加上安全系数后的值的形式，决定k或β。另外，变化量ΔX的值，优选为实验性求得的多个变化量ΔX的平均值。又，也可以是用BOD取代上述COD。

根据上述k或β的决定方法算出的目标值X_DV，为比入口NH₄-N浓度X_in小了规定值的值。此处，所述规定值为在被处理水的COD或BOD大致为一定值时（即，即使再继续曝气被处理水的COD或BOD也几乎不变化时）的、从该被处理水的NH₄-N浓度的曝气处理开始时的变化量ΔX的绝对值。实验结果得到的变化量ΔX的绝对值为2~10（mg/L），但如果将安全系数计算在内，变化量ΔX的绝对值也可以是从2~45（mg/L）的范围选择的值。但是，因为目标值X_DV变小时曝气风量增大，所以从削减散气装置的运行能耗的观点出发，优选为所述规定值为较小的值。

由低值选择器82将如以上目标值计算元件81算出的目标值X_DV与基准目标值X_B相比较，将较小的值作为（新的）目标值X_DV被选择，输出到减法计算器83。

图6中，示出了表示为了算出FB操作量Y_B而使用的目标值X_DV（即，输入到减法计算器83的目标值X_DV）与入口NH₄-N浓度X_in的关系的图表。该图表中，纵轴表示NH₄-N浓度，横轴表示时间，实线表示目标值X_DV，点划线表示入口NH₄-N浓度X_in。根据该图表，从处理开始到时刻Ta的目标值X_DV以基准目标值X_B恒定。从时刻Ta到时刻Tb的目标值X_DV变为比入口NH₄-N浓度X_in小了规定值或规定比例的值。从时刻Tb到处理结束的目标值X_DV为以基准目标值X_B恒定。若改变看法，以比基准目标值X_B大了规定值的值作为阈值，入口NH₄-N浓度X_in大于阈值时选择基准目标值X_B作为目标值X_DV，入口NH₄-N浓度X_in为阈值以下时选择比入口NH₄-N浓度X_in小了规定值的值作为目标值X_DV。

根据以上说明的曝气风量的计算方法，出口NH₄-N浓度的目标值X_DV为总是低于入口NH₄-N浓度X_in的值。因此，出口NH₄-N浓度X_out（控制值）与目标值X_DV的偏差总是大于零。而且，基于该偏差通过反馈控制算出FB操作量Y_B，基于算出的操作量Y（曝气风量）控制散气装置9，散气装置9中为了降低被处理水NH₄-N浓度的浓度而继续进行充分的曝气。其结果是能够避免被处理水中的有机物未充分分解时曝气风量变成最低风量y₀从而被处理水中的有机物不充分分解的情况，能可靠地进行被处理水中的有机物的处理。

此外，根据上述曝气风量的计算方法，出口NH₄-N浓度的目标值X_DV根据入口NH₄-N浓度X_in的变化而变化。换而言之，对于入口NH₄-N浓度X_in而设定适当的出口NH₄-N浓度的目标值X_DV。因此，好氧槽32的曝气风量不会过剩，能够抑制曝气风量以及散气装置9的运行能耗。

上述实施形态中，因为用于FB控制系8计算的出口NH₄-N浓度的目标值X_DV总是在规定的基准目标值X_B以下，所以在处理水的水质基准含有NH₄-N浓度的情况有效。但是，也存在水质基准不含有NH₄-N浓度的情况，这样的情况由根据以下说明的变形例一的曝气风量计算装置65算出曝气风量。

图7是示出根据变形例一的曝气风量计算装置65 的信号的流向的框线图。根据该变形例一的曝气风量计算装置65中，使算出FB控制系8的目标值X_DV的处理从根据前述的实施形态的处理变更而来。即，根据变形例一的FB控制系8中，由目标值计算元件81算出的目标值X_DV，不与基准目标值X_B比较，直接作为目标值X_DV而使用。

图8中，示出了表示由根据变形例一的FB控制系8算出的目标值X_DV与入口NH₄-N浓度X_in的关系的图表。该图表中，纵轴表示NH₄-N浓度，横轴表示时间，实线表示目标值X_DV，点划线表示入口NH₄-N浓度X_in。该图表中，从处理开始到处理结束，目标值X_DV从入口NH₄-N浓度X_in变化为小了规定值或规定比例的值。

（第二实施形态）

接着，说明本发明的第二实施形态。图9是示出根据本发明第二实施形态的水处理系统10的大致结构的图、图10是示出根据第二实施形态的水处理系统10的控制结构的框图。另外，在第二实施形态的说明中，对与前述的第一实施形态相同或类似的构件在附图中标以相同符号并省略说明，主要说明与第一实施形态的不同点。

如图9以及图10所示，根据第二实施形态的水处理系统10，代替根据第一实施形态的水处理系统10中设置于原水槽2的原水NH₄-N浓度计61，而具备设置于处理槽3的入口的处理槽入口NH₄-N浓度计63。该处理槽入口NH₄-N浓度计63形成为检测处理槽3的入口的被处理水的NH₄-N浓度并向控制装置6输出的结构。另外，处理槽3的入口是指处理槽3中原水以及返送污泥流入的区域，是厌氧槽31的上游侧区域。

水处理系统10的处理系列为多系统时如上述第一实施形态在原水槽2设置NH₄-N浓度计具有能够削减NH₄-N浓度计的设置数的优点，处理系列为1~2系统时在处理槽3的入口设置NH₄-N浓度计能够省去计算入口NH₄-N浓度X_in的处理，所以是合理的。因此，根据第二实施形态的水处理系统10中，使用处理槽入口NH₄-N浓度计63直接检测入口NH₄-N浓度X_in，使用该检测出的入口NH₄-N浓度X_in计算曝气风量。

图11是示出根据第二实施形态的曝气风量计算装置65的信号的流向的框线图。如图11所示，第一实施形态的FF控制系7中基于由原水NH₄-N浓度计61检测出的原水NH₄-N浓度X_RW生成FF操作量Y_F，但是第二实施形态的FF控制系7中基于由处理槽入口NH₄-N浓度计63检测出的入口NH₄-N浓度X_in生成FF操作量Y_F。即，根据第二实施形态的FF操作量计算元件71为从入口NH₄-N浓度X_in算出FF操作量Y_F的FF操作量函数F₁。

又，第一实施形态的FB控制系8的目标值计算元件81是从原水NH₄-N浓度X_RW、原水流入量ｕ，出口NH₄-N浓度X_out，以及循环流量f算出目标值X_DV的元件，第二实施形态的目标值计算元件81是从由处理槽入口NH₄-N浓度计63检测出的入口NH₄-N浓度X_in算出目标值X_DV的计算元件。即，根据第二实施形态的目标值函数F₃是将作为输入值的入口NH₄-N浓度X_in，和作为输出值的目标值X_DV的关系函数化的函数。由目标值函数F₃算出的目标值X_DV是比入口NH₄-N浓度X_in小了规定值的值。

以上说明了本发明的适宜的实施形态（第一实施形态以及其变形例，和第二实施形态），但上述结构能够作例如以下变更。

根据上述实施形态的水处理系统10，是实现厌氧好氧法的处理过程的系统，但也可以是厌氧好氧法与生物学氮处理组合的循环式厌氧好氧法（A2O法）的处理过程，或膜分离活性污泥法（MBR法）的处理过程。

例如，处理过程为循环式厌氧好氧法时，如图12所示，水处理系统10A设置有原水槽2；由厌氧槽31、无氧槽38以及好氧槽32形成的处理槽3；和沉淀槽4。在沉淀槽4沉淀的污泥，被返送到厌氧槽31。又，含有由好氧槽32沉淀的污泥的循环液，被返送到无氧槽38。此时，用于算出目标值函数F₃的循环流量f，使用被返送到厌氧槽31的由沉淀槽4沉淀的污泥的流量加上被返送到无氧槽38的来自好氧槽32的循环液的流量的值。

又，例如，处理过程为膜分离活性污泥法时，如图13所示，水处理系统10B设置有原水槽2；和由厌氧槽31、无氧槽38、好氧槽32以及膜分离槽39形成的处理槽3。在膜分离槽39与处理液膜分离的污泥被返送到厌氧槽31。又，含有由好氧槽32沉淀的污泥的循环液被返送到无氧槽38。此时，用于算出目标值函数F₃的循环流量f，使用被返送到厌氧槽31的由膜分离槽39沉淀的污泥的流量加上被返送到无氧槽38的来自好氧槽32的循环液的流量的值。

又，例如，根据上述实施形态的水处理系统10的曝气风量计算装置65的计算部67中，由FF控制系7算出FF操作量Y_F，由FB控制系8算出FB操作量Y_B，由加法计算器85通过使FF操作量Y_F与FB操作量Y_B相加算出操作量Y，但也可以是操作量Y仅考虑FB操作量Y_B。此时，计算部67的处理中，省略由FF控制系7以及加法计算器85进行的处理，由FB控制系8导出的FB操作量Y_B作为操作量Y算出。

符号说明：

10　水处理系统；

2 　原水槽；

3 　处理槽；

31　厌氧槽；

32　好氧槽；

38　无氧槽；

39　膜分离槽；

4 　沉淀槽；

6 　控制装置（曝气风量控制装置）；

51　供给泵；

56　返送泵；

61　原水氨态氮浓度计；

62　处理槽出口氨态氮浓度计；

63　处理槽入口氨态氮浓度计；

65　曝气风量计算装置；

66　获得部（获得单元）；

67　计算部（计算单元）；

68　输出部；

7 　FF控制系；

71　FF操作量计算元件（前馈操作量计算元件）；

72　FF操作量补正系数计算元件（补正系数计算元件）；

73　无用时间元件；

74　前馈增益元件；

75　乘法计算器；

8 　FB控制系；

81　目标值计算元件；

82　低值选择器；

83　减法计算器；

84　FB操作量计算元件（反馈操作量计算元件）；

85　加法计算器；

9 　散气装置；

91　喷嘴；

92　散气鼓风机。

Claims (6)

1.一种曝气风量计算装置，是求得用活性污泥法净化被处理水的处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置，其特征在于，

具备计算单元，

所述计算单元具有生成比作为所述处理槽的入口的被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度小的目标值的目标值计算元件；和基于作为由所述处理槽所处理的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度与所述目标值的偏差生成反馈操作量的反馈操作量计算元件，并基于所述反馈操作量算出作为所述曝气风量的操作量，

所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了规定值的值，

所述规定值为通过曝气而被处理水的COD或BOD为一定值时以及即使继续曝气COD或BOD的每1小时的减少率为10%以下时中的至少一方的、该被处理水的氨态氮浓度的从所述曝气开始时起的变化量的绝对值。

2.根据权利要求1所述的曝气风量计算装置，其特征在于，

所述计算单元还具有：选择规定的基准目标值与由所述目标值计算元件生成的所述目标值中较小的一个作为所述目标值向所述反馈操作量计算元件输出的低值选择器。

3.根据权利要求1或2所述的曝气风量计算装置，其特征在于，

还具备获得单元，所述获得单元获得作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度、作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及作为从所述处理水分离并返回所述处理槽的污泥的流量的循环流量，

所述计算单元以基于所述原水氨态氮浓度、所述原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及所述循环流量计算所述处理槽入口氨态氮浓度的形式构成。

4.根据权利要求1或2所述的曝气风量计算装置，其特征在于，

所述计算单元还具有：基于作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度生成前馈操作量的前馈操作量计算元件、和使所述前馈操作量与所述反馈操作量相加的加法计算器；并以将所述前馈操作量附加于所述反馈操作量而算出所述操作量的形式构成。

5.根据权利要求4所述的曝气风量计算装置，其特征在于，

所述计算单元还具有：求得补正系数的补正系数计算元件和使所述前馈操作量与所述补正系数相乘从而补正所述前馈操作量的乘法计算器，该补正系数用于在作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于规定的基准流入量时使所述前馈操作量增加，在所述原水流入量小于所述规定的基准流入量时使所述前馈操作量减少。

6.一种水处理系统，具备：

包括配备有散气装置的好氧槽并用活性污泥法净化被处理水的处理槽；

测定流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度计或测定所述处理槽的入口的所述被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度计；和

测定从所述处理槽流出的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度计；

其特征在于，

还具备根据权利要求1至5中任意一项所述的曝气风量计算装置，和基于由所述曝气风量计算装置求得的所述操作量控制所述散气装置的曝气风量控制装置。