CN111032581A - 水处理控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明通过抑制曝气所需的能量成本以及抑制附着/堆积于分离膜的表面和孔中的硝化细菌繁殖来降低水处理控制系统的运行成本。具有：进行好气处理的好气槽(2)；对好气槽(2)内的被处理水进行曝气的好气槽曝气装置(3)；具有分离膜(5)的膜过滤槽(4)，该分离膜(5)对在好气槽(2)处理后的被处理水进行过滤；测量膜过滤槽(4)内的被处理水的氨浓度而作为膜过滤槽氨浓度实测值的膜过滤槽测量器(9)；以及好气槽曝气风量计算装置(10)，基于膜过滤槽氨浓度实测值来设定好气槽曝气装置(3)的好气槽曝气风量。

Description

水处理控制系统
技术领域
本发明涉及一种水处理控制系统，该水处理控制系统具有好气槽以及膜过滤槽，该好气槽通过微生物对被处理水进行好气处理，该膜过滤槽通过膜分离装置对被处理水进行固液分离。
背景技术
作为对生活排水等污水进行处理的方法，已知如下的好气生物处理技术：将排水和活性污泥混合并吹入空气(曝气)，通过细菌来进行被处理水中的有机物的吸附和生物分解。作为处理的有机物之一的尿素，通过作为尿素分解酶的尿素酶而被分解为氨。然后，氨通过硝化细菌而被氧化为亚硝酸离子或硝酸离子。将其称为硝化。在尿素酶、硝化细菌对污泥进行分解/硝化时，由于消耗氧，所以，需要利用鼓风机向好气槽曝气来供给所需的溶解氧。
另外，作为污水处理方法之一，采用利用分离膜来进行膜过滤处理而进行被处理水中的污泥的固液分离的膜分离活性污泥法。在膜分离活性污泥法中，在随着分离膜的持续使用而在分离膜的表面和孔中附着污浊物质而产生了堵塞(污垢)的情况下，过滤性能逐渐降低。因此，采用如下方法：从分离膜下部进行利用鼓风机的曝气，通过气泡和被处理水的上升流而使分离膜表面的附着物剥离，从而抑制污垢。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-127027号公报
发明内容
发明要解决的课题
鼓风机向上述好气槽曝气和由鼓风机对分离膜下部进行曝气所需的能量成本，被计算为达到整体运行成本大致一半，为了削减工作能量，开发出了抑制曝气量的技术。另外，附着/堆积于分离膜的表面和孔中的污浊物质还包括细菌、硝化细菌等微生物。这些微生物以氨等为食而繁殖，从而成为污垢的原因。随着污垢的发展，不仅需要由曝气对分离膜的表面和孔中的附着物进行剥离，有时还需要由臭氧水对分离膜进行清洗等。
在上述专利文献1中，探讨了在降低处理水的氨浓度的基础上削减向好气槽和分离膜曝气的运转能量的技术，但对于将膜过滤槽内的处理水的氨浓度向目标值控制的技术、以及削减向分离膜曝气的运转能量和清洗分离膜的能量的技术，没有任何考虑。
本发明是为了解决上述那样的问题点而完成的，其目的在于实现削减水处理控制系统中的曝气所需的能量、以及抑制附着/堆积于分离膜的表面和孔中的硝化细菌的繁殖。
用于解决课题的手段
本发明的水处理控制系统具有：进行好气处理的好气槽；对好气槽内的被处理水进行曝气的好气槽曝气装置；具有分离膜的膜过滤槽，该分离膜对在好气槽处理后的被处理水进行过滤；膜过滤槽测量器，测量膜过滤槽内的被处理水的氨浓度作为膜过滤槽氨浓度实测值；以及好气槽曝气风量计算装置，基于膜过滤槽氨浓度实测值来设定好气槽曝气装置的好气槽曝气风量。
发明效果
根据本发明的水处理控制系统，通过削减好气槽中过大的曝气风量并抑制膜过滤槽的氨浓度，能够遏制附着/堆积于分离膜的表面和孔中的硝化细菌的繁殖而抑制污垢发展。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的水处理控制系统的结构图。
图2是本发明的实施方式1的水处理控制系统的应用例的结构图。
图3是本发明的实施方式1的控制流程图。
图4是本发明的实施方式2的水处理控制系统的结构图。
图5是本发明的实施方式2的控制流程图。
图6是本发明的实施方式2的好气槽曝气风量和好气槽氨浓度的关系图。
图7是本发明的实施方式3的水处理控制系统的结构图。
图8是本发明的实施方式3的控制流程图。
图9是本发明的实施方式3的膜面曝气风量和好气槽曝气风量的关系图。
图10是表示实施例1的模拟结果的图。
图11是表示实施例1的模拟结果的图。
具体实施方式
实施方式1.
采用图1所示的水处理控制系统100的结构图，对本发明的实施方式1的水处理控制系统100进行说明。
如图1所示，实施方式1的水处理控制系统100由流入口1、好气槽2、好气槽曝气装置3、膜过滤槽4、分离膜5、膜过滤装置6、处理水排出装置7、膜面曝气装置8、膜过滤槽测量器9和好气槽曝气风量计算装置10构成。
污泥水从流入口1流入好气槽2。在好气槽2中进行好气处理。流入好气槽2的污泥水作为被处理水被好气槽2内的硝化细菌硝化。在此，硝化是指将氨向亚硝酸离子或硝酸离子等硝酸转换的作用。在好气槽2中，硝化细菌消耗好气槽2内的溶解氧来进行硝化。
在好气槽2设置好气槽曝气装置3。好气槽曝气装置3进行向好气槽2内的被处理水的曝气。通过向好气槽2内的被处理水的曝气，好气槽2内的被处理水的溶解氧增加。好气槽曝气装置3向好气槽2内的被处理水进行的曝气的风量(以下，称为“好气槽曝气风量”)，由从后述的好气槽曝气风量计算装置10输出的好气槽曝气风量来设定。以下，将从好气槽曝气风量计算装置10输出的好气槽曝气风量的设定值称为好气槽曝气风量控制值Q。因此，好气槽2内的被处理水中的溶解氧量由从好气槽曝气风量计算装置10输出的好气槽曝气风量控制值Q来控制。
在好气槽2中被硝化后的被处理水流入膜过滤槽4。好气槽2与膜过滤槽4之间由分隔壁分隔开，通过溢流而使被处理水从好气槽2流入膜过滤槽4。或者，也可以作为各自独立的反应槽进行隔离，并通过连接两者的配管进行被处理水的流入。
需要说明的是，也可以是，在图1的水处理控制系统100的结构中，对由好气槽2内的硝化而产生的硝酸不进行处理，而是如图2所示的水处理控制系统200的结构图那样，在好气槽2的前段设置不进行曝气而仅进行搅拌的无氧槽11、以及将污泥从膜过滤槽4退回无氧槽11的污泥退回装置12，并通过无氧槽11内的厌氧微生物夺取附着于氮的氧来呼吸，从而进行将亚硝酸离子和硝酸离子作为氮气向大气释放的还原处理(脱氮处理)。
在膜过滤槽4中对从好气槽2流入的被处理水进行固液分离。固液分离是指将混入液体中的固体分出来的处理。在膜过滤槽4设置有：具有通过固液分离来除去有机物等的分离膜5的膜过滤装置6；将处理水送往下一工序的处理水排出装置7。膜过滤槽4中的固液分离通过利用泵等朝向膜过滤装置6的分离膜5压送被处理水来除去污浊物质地进行。在膜过滤槽4中，从好气槽2流入的被处理水通过膜过滤装置6而除去污浊物质，成为处理水，通过处理水排出装置7而送往下一工序。
分离膜5的污垢是源于通过固液分离除去的污浊物质附着/堆积于分离膜5的表面和孔中。而且，除了污浊物质的附着/堆积之外，分离膜5的污垢还由于附着/堆积于分离膜5的表面和孔中的硝化细菌以膜过滤槽4内的被处理水中的氨为食而分裂并反复繁殖而产生。为了防止污垢的发展，通过设置于分离膜5的下部的膜面曝气装置8对膜过滤槽4内的被处理水进行膜面曝气，通过气泡和膜过滤槽4内的被处理水的上升流而使分离膜5的表面和孔中的附着物剥离。但是，若持续利用分离膜5进行固液分离，则仅靠利用膜面曝气剥离附着物是无法完全除去附着/堆积于分离膜5的污浊物质的，所以，利用臭氧水、次氯酸等从膜过滤槽4的处理水排出装置侧朝向分离膜5进行反洗。通过反洗来排出附着/堆积于分离膜5的表面和孔中的污浊物质，通过对附着/堆积于分离膜5的表面和孔中的硝化细菌进行杀菌来进行分离膜5的清洗。另外，定期地进行向分离膜5的反洗。需要说明的是，由于向分离膜5的膜面曝气而在膜过滤槽4中也会产生硝化，所以，膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度降低。
膜过滤槽测量器9设置于膜过滤槽4内，测量膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度即膜过滤槽氨浓度。以下，将测量出的膜过滤槽氨浓度称为膜过滤槽氨浓度实测值F。
好气槽曝气风量计算装置10除了CPU(Central Processing Unit，中央处理器)之外，还具有ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、I/F(Interface，接口)、I/O(Input/output Port，输入/输出端口)等(均未图示)。在ROM中存储着CPU所执行的程序、各种固定数据等。CPU所执行的程序保存于软盘、CD-ROM、存储卡等各种存储介质中，从这些存储介质安装于ROM。在RAM中暂时地存储程序执行时所需的数据。I/F进行与外部装置(例如好气槽曝气装置3、膜过滤槽测量器9等)的数据收发。I/O进行各种传感器的检测信号的输入/输出。
好气槽曝气风量计算装置10基于在膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F，计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为目标值T(以下，称为“膜过滤槽氨浓度目标值T”)所需的好气槽2内的好气槽曝气风量，作为好气槽曝气风量控制值Q，并向好气槽曝气装置3输出。需要说明的是，好气槽曝气风量控制值Q的具体的计算方法在后面进行详细说明。
对本发明的实施方式1的水处理控制系统100的动作进行说明。在实施方式1的水处理控制系统100中，污泥水从流入口1流入好气槽2。流入了好气槽2的污泥水作为好气槽2内的被处理水，通过好气槽曝气装置3的曝气而将氨硝化，从而氨浓度降低。好气槽2内的被处理水通过溢流而流入膜过滤槽4。流入膜过滤槽4的膜过滤槽4内的被处理水，通过利用膜过滤装置6的分离膜5的固液分离而被除去污浊物质。另外，膜过滤槽4内的被处理水在通过膜面曝气装置8对分离膜5的膜面曝气而产生的硝化作用下，使氨浓度降低，作为处理水而由处理水排出装置7送往下一工序。
需要说明的是，好气槽曝气装置3的好气槽曝气风量，由在好气槽曝气风量计算装置10计算出的好气槽曝气风量控制值Q来设定。
采用图3的控制流程图，对本发明的实施方式1的水处理控制系统100的控制流程进行说明。控制以恒定周期来进行。需要说明的是，步骤101～步骤107的处理在好气槽曝气风量计算装置10执行。
在步骤101中，在经过了预先确定的恒定时间(以下，称为“控制周期”)的情况下，开始控制。
在步骤102中，由膜过滤槽测量器9测量膜过滤槽氨浓度实测值F，并将测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F向好气槽曝气风量计算装置10发送。
为了通过PI控制等反馈控制而将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T，好气槽曝气风量计算装置10计算用于设定好气槽曝气装置3的好气槽曝气风量的好气槽曝气风量控制值Q。
在步骤103中，如以下的式(1)所示，好气槽曝气风量计算装置10计算由膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F与预先确定的膜过滤槽氨浓度目标值T的差值乘以比例项的系数Kp而得到的值，作为比例成分P(Proportional)。
P＝Kp×[(膜过滤槽氨浓度实测值F)－(膜过滤槽氨浓度目标值T)]···(1)
在步骤104中，如以下的式(2)所示，好气槽曝气风量计算装置10计算对由膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F与预先确定的膜过滤槽氨浓度目标值T的差值进行积分的值乘以积分项的系数Ki而得到的值，作为积分成分I(Integral)。
I＝Ki×∫[(膜过滤槽氨浓度实测值F)－(膜过滤槽氨浓度目标值T)]dt···(2)
在实施方式1的水处理控制系统100中，作为一个例子，作为简单的计算，计算由膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F与预先确定的膜过滤槽氨浓度目标值T的差值而作为每个控制周期的时间积分。
系数Kp和Ki基于槽结构、流入水质、曝气的气泡直径等环境要素来调整。在实施方式1的水处理控制系统100中，作为一个例子，设为Kp＝4000、Ki＝100。
在步骤105中，如以下的式(3)所示，好气槽曝气风量计算装置10通过将计算出的比例成分P和积分成分I相加来计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T的好气槽曝气风量控制值Q。
(好气槽曝气风量控制值Q)＝(比例成分P)+(积分成分I)···(3)
在步骤106中，好气槽曝气风量计算装置10在发散出的好气槽曝气风量控制值Q被计算出并超过好气槽曝气装置3的输出上限值的情况下，使好气槽曝气风量控制值Q向上限值靠拢。对下限值也是同样，在计算出的好气槽曝气风量控制值Q为负值或低于好气槽曝气装置3的输出下限值的情况下，使好气槽曝气风量控制值Q向下限值靠拢。在实施方式1的水处理控制系统100中，作为一个例子，设为(上限值)＝100000、(下限值)＝100。
在步骤107中，好气槽曝气风量计算装置10将通过步骤101～步骤106的处理而计算出的好气槽曝气风量控制值Q从好气槽曝气风量计算装置10向好气槽曝气装置3发送。好气槽曝气装置3以接收到的好气槽曝气风量控制值Q执行向好气槽2内的被处理水曝气。另外，在步骤107的处理后，向步骤101转移，使流程待机直到经过恒定时间为止。
在实施方式1的水处理控制系统100中，在由膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F比膜过滤槽氨浓度目标值T高的情况下，将在好气槽曝气风量计算装置10中计算的好气槽曝气风量控制值Q设定为，比在测量出高于膜过滤槽氨浓度目标值T的膜过滤槽氨浓度实测值F的时间点的好气槽曝气风量大的曝气风量。将好气槽曝气风量控制值Q向好气槽曝气装置3输出，好气槽曝气装置3以接收到的好气槽曝气风量控制值Q执行向好气槽2内的被处理水曝气。在好气槽曝气风量增加时，好气槽2内的被处理水中的溶解氧量DO(Dissolved Oxygen，溶解氧)增加。存在于好气槽2内的被处理水中的硝化细菌消耗溶解氧来将氨硝化，从而使膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度接近膜过滤槽氨浓度目标值T。另外，在由膜过滤槽测量器9测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F比膜过滤槽氨浓度目标值T低的情况下，将在好气槽曝气风量计算装置10中计算的好气槽曝气风量控制值Q设定为，比在测量出低于膜过滤槽氨浓度目标值T的膜过滤槽氨浓度实测值F的时间点的好气槽曝气风量小的值。
在实施方式1的水处理控制系统100中，在膜过滤槽测量器9中测量膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度，作为膜过滤槽氨浓度实测值F，为了基于膜过滤槽氨浓度实测值F将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度保持为膜过滤槽氨浓度目标值T，控制好气槽2中的曝气风量。通过控制好气槽2中的曝气风量而将膜过滤槽4内的氨浓度保持为膜过滤槽氨浓度目标值T，能够抑制附着/堆积于分离膜5的表面和孔中的硝化细菌通过分裂而繁殖，所以，能够抑制分离膜5的污垢发展，结果，能够降低水处理控制系统的运行成本。
而且，基于膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度而将好气槽2中的曝气风量控制为最佳，所以，能够抑制好气槽2中过大的曝气，结果，能够削减曝气所需的能量，能够降低水处理控制系统的运行成本。
实施方式2.
采用图4的结构图，对本发明的实施方式2的水处理控制系统300进行说明。需要说明的是，在图4中，与图1相同的附图标记表示相同或对应的结构，其说明从略，仅对结构与实施方式1的水处理控制系统100不同的部分进行说明。本发明的实施方式2的水处理控制系统300除了实施方式1的水处理控制系统100的结构之外，还包括好气槽测量器13和好气槽曝气风量偏差计算装置A14。需要说明的是，好气槽曝气装置3具有测量好气槽2中的曝气风量即好气槽曝气风量并向好气槽曝气风量偏差计算装置A14发送的功能。以下，将测量出的好气槽曝气风量称为好气槽曝气风量实测值Vb。
好气槽测量器13设置于好气槽2内，测量好气槽2内的被处理水的氨浓度即好气槽氨浓度。以下，将测量出的好气槽氨浓度称为好气槽氨浓度实测值Aa。
好气槽曝气风量偏差计算装置A14除了具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)之外，还具有ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、I/F(Interface，接口)、I/O(Input/output Port，输入/输出端口)等(均未图示)。在ROM中存储着CPU所执行的程序、各种固定数据等。CPU所执行的程序保存于软盘、CD-ROM、存储卡等各种存储介质中，从这些存储介质安装于ROM。在RAM中暂时地存储程序执行时所需的数据。I/F进行与外部装置(例如好气槽曝气装置3和好气槽测量器13)的数据收发。I/O进行各种传感器的检测信号的输入/输出。
好气槽曝气风量偏差计算装置A14基于在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vb和在好气槽测量器13中测量出的好气槽氨浓度实测值Aa，计算好气槽曝气风量相对于好气槽2内的被处理水的氨浓度的偏差值Oa(以下，称为“好气槽曝气风量偏差值Oa”)，并向好气槽曝气风量计算装置10输出。需要说明的是，好气槽曝气风量偏差值Oa的具体计算方法在后面进行详细说明。
好气槽曝气风量计算装置10如以下的式(4)所示，从通过与实施方式1的控制流程(图3的步骤102～步骤105)同样的控制计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置A14中计算出的好气槽曝气风量偏差值Oa，来计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T所需的好气槽2中的好气槽曝气风量Xa(以下，称为“好气槽曝气风量控制修正值Xa”)，并向好气槽曝气装置3输出。
(好气槽曝气风量控制修正值Xa)＝(好气槽曝气风量控制值Q)－(好气槽曝气风量偏差值Oa)···(4)
对本发明的实施方式2的水处理控制系统300的动作进行说明。省略说明与本发明的实施方式1的水处理控制系统100相同的动作，仅对动作不同的部分进行说明。
在本发明的实施方式2的水处理控制系统300中，由从在好气槽曝气风量计算装置10中计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置A14中计算出的好气槽曝气风量偏差值Oa而得到的好气槽曝气风量控制修正值Xa，来设定好气槽曝气装置3的好气槽曝气风量。
采用图5的控制流程图，对本发明的实施方式2的水处理控制系统300的控制流程进行说明。需要说明的是，仅对控制流程与实施方式1的水处理控制系统100不同的部分进行说明。控制以恒定周期来进行。步骤101～步骤105与实施方式1的控制流程(图3的步骤101～步骤105)同样地，在好气槽曝气风量计算装置10中计算好气槽曝气风量控制值Q。需要说明的是，步骤101～步骤105的处理在好气槽曝气风量计算装置10执行。
步骤202～步骤204的处理在好气槽曝气风量偏差计算装置A14执行。在步骤202中，好气槽曝气风量偏差计算装置A14取得在好气槽测量器13中测量出的好气槽氨浓度实测值Aa和在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vb。
在步骤203中，好气槽曝气风量偏差计算装置A14基于测定与以图6所示的好气槽曝气风量能够硝化的好气槽氨浓度的关系的实测值数据所示的关系，来计算与在好气槽测量器13中测量出的好气槽氨浓度实测值Aa对应的好气槽曝气风量计算值Va。图6所示的关系可以通过事前的测量来求出。在通过事前的测量来求出的情况下，通过测量在图4的结构中的好气槽曝气风量和好气槽2内的被处理水的氨浓度，来计算图6的关系。将膜过滤槽4的曝气风量固定为任意的值，但优选是尽可能地接近实际运行时的值。在运行时的范围在任意的步长(日文：刻み幅)(步骤)扫描从流入口1流入的污泥水的氨浓度，调整好气槽曝气风量以使得在各步骤中膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度成为膜过滤槽氨浓度目标值T。通过在各步骤测量出的好气槽2内的氨浓度和调整后的好气槽曝气风量，能够求出图6的关系。
在步骤204中，如以下的式(5)所示，好气槽曝气风量偏差计算装置A14取得在步骤203中计算出的好气槽曝气风量计算值Va与在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vb的差值，从而计算相对于好气槽2内的被处理水的氨浓度的好气槽曝气风量偏差值Oa。
(好气槽曝气风量偏差值Oa)＝(好气槽曝气风量实测值Vb)－(好气槽曝气风量计算值Va)···(5)
图6所示的情况是在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vb比在好气槽测量器13中测量出的好气槽氨浓度实测值Aa大的状态。因此，好气槽曝气风量偏差值Oa为正。
好气槽曝气风量偏差计算装置A14将在步骤204中计算出的好气槽曝气风量偏差值Oa向好气槽曝气风量计算装置10发送。
在步骤205中，如式(4)所示，好气槽曝气风量计算装置10从在步骤102～步骤105中计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置A14中计算出的好气槽曝气风量偏差值Oa，来计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T的好气槽2中的好气槽曝气风量控制值Xa。
在步骤206中，好气槽曝气风量计算装置10使计算出的好气槽曝气风量控制值Xa与实施方式1同样地向上下限值靠拢。在实施方式2的水处理控制系统300中，作为一个例子，设为(上限值)＝100000、(下限值)＝100。
在步骤207中，好气槽曝气风量计算装置10将进行靠拢而得到的好气槽曝气风量控制值Xa作为最终的控制值，向好气槽曝气装置3发送。好气槽曝气装置3以接收到的好气槽曝气风量控制值Xa执行向好气槽2内的被处理水曝气。在步骤207的处理后，向步骤101转移，使流程待机直到经过恒定时间。
在实施方式2的水处理控制系统300中，基于测定好气槽曝气风量与好气槽氨浓度的关系而得到的实测值数据，计算与好气槽氨浓度实测值对应的好气槽曝气风量，作为好气槽曝气风量计算值，通过从好气槽曝气风量实测值减去好气槽曝气风量计算值来计算好气槽曝气风量偏差值，为了将膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为目标值，基于膜过滤槽氨浓度实测值来计算好气槽曝气风量控制值，通过从好气槽曝气风量控制值减去上述好气槽曝气风量偏差值来计算好气槽曝气风量控制修正值，设定好气槽曝气风量控制修正值作为上述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量，所以，在从流入口1流入好气槽2的污泥水的水质变化了的情况下，在膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度变化之前，考虑好气槽曝气风量相对于好气槽2内的被处理水的氨浓度的偏差值，能够计算并控制用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度保持为膜过滤槽氨浓度目标值T的好气槽2中的好气槽曝气风量。因此，与实施方式1的水处理控制系统100相比，能够将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度迅速地控制为膜过滤槽氨浓度目标值T，通过考虑好气槽曝气风量的偏差值，能够抑制好气槽2中过大的曝气，所以，与实施方式1的水处理控制系统100相比，能够进一步削减曝气所需的能量。
另外，由于能够将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度迅速地控制为膜过滤槽氨浓度目标值T，所以，与实施方式1的水处理控制系统100相比，能够进一步抑制分离膜5处的硝化细菌繁殖导致污垢发展，能够降低水处理控制系统的运行成本。
实施方式3.
采用图7的结构图，对本发明的实施方式3的水处理控制系统400进行说明。需要说明的是，在图7中，与图1相同的附图标记表示相同或对应的结构，其说明从略，仅对结构与实施方式1的水处理控制系统100不同的部分进行说明。
本发明的实施方式3的水处理控制系统400除了实施方式1的水处理控制系统100之外，还包括好气槽曝气风量偏差计算装置B15。需要说明的是，好气槽曝气装置3具有测量好气槽2中的曝气风量即好气槽曝气风量并向好气槽曝气风量偏差计算装置B15发送的功能。以下，将测量出的好气槽曝气风量称为好气槽曝气风量实测值Vc。而且，膜面曝气装置8具有测量膜过滤槽4中的曝气风量即膜面曝气风量并向好气槽曝气风量偏差计算装置B15发送的功能。以下，将测量出的膜面曝气风量称为膜面曝气风量实测值Wa。另外，膜过滤槽测量器9测量膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度即膜过滤槽氨浓度实测值F。
好气槽曝气风量偏差计算装置B15除了CPU(Central Processing Unit，中央处理器)之外，还具有ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、I/F(Interface，接口)、I/O(Input/output Port，输入/输出端口)等(均未图示)。在ROM中存储着CPU所执行的程序、各种固定数据等。CPU所执行的程序保存于软盘、CD-ROM、存储卡等各种存储介质中，从这些存储介质安装于ROM。在RAM中暂时地存储程序执行时所需的数据。I/F进行与外部装置(例如好气槽曝气装置3、膜面曝气装置8、膜过滤槽测量器9等)的数据收发。I/O进行各种传感器的检测信号的输入/输出。
好气槽曝气风量偏差计算装置B15根据在膜过滤槽测量器9中测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F来设定好气槽曝气风量与膜面曝气风量的关系，计算与在膜面曝气装置8中测量出的膜面曝气风量实测值Wa对应的好气槽曝气风量计算值Vd，再根据在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vc与好气槽曝气风量计算值Vd的差值来计算好气槽曝气风量的偏差值Ob(以下，称为“好气槽曝气风量偏差值Ob”)，并向好气槽曝气风量计算装置10输出。需要说明的是，好气槽曝气风量偏差值Ob的具体的计算方法在后面进行详细说明。
好气槽曝气风量计算装置10如以下的式(6)所示，从通过与实施方式1的控制流程(图3的步骤102～步骤105)同样的控制计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置B15中计算出的好气槽曝气风量偏差值Ob，来计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T所需的好气槽2中的好气槽曝气风量Xb(以下，称为“好气槽曝气风量控制值Xb”)，并向好气槽曝气装置3输出。
(好气槽曝气风量控制值Xb)＝(好气槽曝气风量控制值Q)－(好气槽曝气风量偏差值Ob)···(6)
对本发明的实施方式3的水处理控制系统400的动作进行说明。省略说明与本发明的实施方式1的水处理控制系统100相同的动作，仅对动作不同的部分进行说明。
在本发明的实施方式3的水处理控制系统400中，由从在好气槽曝气风量计算装置10中计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置B15中计算出的好气槽曝气风量偏差值Ob而得到的好气槽曝气风量控制值Xb，来设定好气槽曝气装置3的曝气风量。
采用图8的控制流程图，对本发明的实施方式3的水处理控制系统400的控制流程进行说明。需要说明的是，仅对控制流程与实施方式1的水处理控制系统100不同的部分进行说明。控制以恒定周期来进行。步骤101～步骤105与实施方式1的控制流程(图3的步骤101～步骤105)同样，在好气槽曝气风量计算装置10中计算好气槽曝气风量控制值Q。需要说明的是，步骤101～步骤105的处理在好气槽曝气风量计算装置10执行。
步骤302～步骤305的处理在好气槽曝气风量偏差计算装置B15执行。在步骤302中，好气槽曝气风量偏差计算装置B15取得在好气槽曝气装置3中测量出的好气槽曝气风量实测值Vc、在膜面曝气装置8中测量出的膜面曝气风量实测值Wa、以及在膜过滤槽测量器9中测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F。
好气槽曝气风量偏差计算装置B15存储着膜过滤槽4内的被处理水的每个氨浓度下的膜面曝气风量与好气槽曝气风量的关系。图9所示的膜面曝气风量与好气槽曝气风量的关系通过事前的测量来求出。在通过事前的测量来求出的情况下，通过在图7的结构下测量好气槽曝气风量、膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度和膜面曝气风量来计算图9的关系。将从流入口1流入的污泥水的氨浓度固定为任意的值，但优选是尽可能地接近实际运行时的值。对于预先确定的膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度，在运行时的范围在任意的步长(步骤)扫描膜面曝气风量，调整好气槽曝气风量以使得在各步骤中处理水的氨浓度成为目标值。能够求出图9所示的好气槽曝气风量与膜面曝气风量的关系，其中，对于膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度，在尽可能的实际运行时的范围在任意的步长(步骤)扫描，在各步骤中膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度成为膜过滤槽氨浓度目标值T。
在步骤303中，如图9所示，好气槽曝气风量偏差计算装置B15根据实测值设定在膜面曝气装置8中测量出的膜过滤槽氨浓度实测值F时的膜面曝气风量与好气槽曝气风量的关系，作为好气槽曝气风量-膜面曝气风量的关系式Ya。
在步骤304中，好气槽曝气风量偏差计算装置B15基于在步骤303中设定的图9所示的实测值数据所示的好气槽曝气风量-膜面曝气风量的关系式Ya，来计算与在膜面曝气装置8中测量出的膜面曝气风量实测值Wa对应的好气槽曝气风量计算值Vd。
在步骤305中，如以下的式(7)所示，好气槽曝气风量偏差计算装置B15取得在步骤303中测量出的好气槽曝气风量计算值Vc与在步骤304中计算出的好气槽曝气风量计算值Vd的差值，从而计算与膜过滤槽氨浓度实测值F时的膜面曝气风量实测值Wa对应的好气槽曝气风量偏差值Ob。
(好气槽曝气风量偏差值Ob)＝(好气槽曝气风量实测值Vc)－(好气槽曝气风量计算值Vd)···(7)
在图9所示的情况下，是好气槽曝气风量实测值Vc比与膜过滤槽氨浓度实测值F时的膜面曝气风量实测值Wa对应的好气槽曝气风量计算值Vd大的状态。因此，在图9的情况下，好气槽曝气风量偏差值Ob为正值。
好气槽曝气风量偏差计算装置B15将在步骤305中计算出的好气槽曝气风量偏差值Ob向好气槽曝气风量计算装置10发送。
在步骤306中，如式(6)所示，好气槽曝气风量计算装置10从在步骤102～步骤105中计算出的好气槽曝气风量控制值Q减去在好气槽曝气风量偏差计算装置B15中计算出的好气槽曝气风量偏差值Ob，来计算用于将膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值T的好气槽2中的好气槽曝气风量控制修正值Xb。
在步骤307中，好气槽曝气风量计算装置10使计算出的好气槽曝气风量控制值Xb与实施方式1同样地向上下限值靠拢。在实施方式3的水处理控制系统400中，作为一个例子，设为(上限值)＝100000、(下限值)＝100。
在步骤308中，好气槽曝气风量计算装置10将靠拢后的好气槽曝气风量控制值Xb作为最终的控制值，向好气槽曝气装置3发送。好气槽曝气装置3以接收到的好气槽曝气风量控制修正值Xb执行向好气槽2内的被处理水曝气。在步骤308的处理后，向步骤101转移，使流程待机直到经过恒定时间。
膜面曝气装置8的膜面曝气对膜过滤槽4内的被处理水的硝化作用是次要的效果，膜面曝气装置8的膜面曝气是为了抑制分离膜5的污垢而进行的。因此，在膜过滤槽4内的被处理水的氨浓度为膜过滤槽氨浓度目标值T以下的值的情况下，若为了削减膜面曝气的能量成本而使膜面曝气风量减少，则分离膜5的污垢发展，从而需要清洗分离膜5。
在实施方式3的水处理控制系统400中，根据膜过滤槽氨浓度实测值来设定好气槽曝气风量与膜面曝气风量的关系式，基于关系式来计算与膜面曝气风量实测值对应的好气槽曝气风量计算值，再根据好气槽曝气风量实测值与好气槽曝气风量计算值的差值来计算好气槽曝气风量偏差值，为了将膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为目标值，通过从基于膜过滤槽氨浓度实测值计算出的好气槽曝气风量控制值减去好气槽曝气风量偏差值来计算好气槽曝气风量控制修正值，设定好气槽曝气风量控制修正值，作为上述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量，所以，能够执行考虑了膜面曝气风量实测值的消化作用的最佳曝气。与实施方式1的水处理控制系统100相比，能够进一步削减曝气所需的能量。
需要说明的是，为了计算实施方式1至3的水处理控制系统的控制流程的步骤102～步骤105中的好气槽曝气风量控制值，示出了采用PI控制的例子，但控制方法不限于PI控制，也可以通过IWA所提倡的ASM(Activated Sludge Model，活性污泥模型)来预测氨浓度和硝化细菌的浓度、并根据预测的值来控制向好气槽2和分离膜5的曝气风量。
需要说明的是，本发明不限于在实施方式1至3中说明的水处理控制系统，可以在发明的范围内自由组合各实施方式，或适当变形、省略各实施方式。
以下，基于实施例对本发明进行详细地说明。但本发明并不受制于以下的实施例。
(实施例1)
对基于与以往方式同样的好气槽内的被处理水的氨浓度来控制曝气风量的水处理控制系统、以及图1所示的实施方式1的水处理控制系统100的模拟所示的运行结果进行比较。模拟采用国际水协会(IWA)所提出的活性污泥模型(ASM)。
进行了模拟的以往方式的水处理控制系统和实施方式1的水处理控制系统100是好气槽和膜过滤槽的双槽结构。将好气槽的槽容量设为12380m3，将膜过滤槽的槽容量设为6163m3，将流入水固定为2200m3/Hr。流入水的氨浓度为8.0gNH3-N/m3，流入好气槽。好气槽内的被处理水和膜过滤槽内的被处理水的氨浓度的初期值为0.5gNH3-N/m3。
在以往方式的水处理控制系统中，进行好气槽的曝气风量控制以使得好气槽内的被处理水的氨浓度成为好气槽氨浓度目标值，而在本发明的实施方式1的水处理控制系统100中，进行好气槽的曝气风量控制以使得膜过滤槽内的被处理水的氨浓度成为膜过滤槽氨浓度目标值。在以往方式的水处理控制系统中，进行控制以使得好气槽内的被处理水的氨浓度成为好气槽氨浓度目标值即1.0gNH3-N/m3，在本发明的实施方式1的水处理控制系统100中，进行控制以使得膜过滤槽内的被处理水的氨浓度成为膜过滤槽氨浓度目标值即1.0gNH3-N/m3。
图10、图11示出利用以往方式的水处理控制系统和本发明的实施方式1的水处理控制系统100的10天的运行模拟所示的结果。用虚线表示以往方式的水处理控制系统的模拟结果，用实线表示本发明的实施方式1的水处理控制系统100的模拟结果。
图10中的纵轴表示膜过滤槽内的被处理水的氨浓度。在本发明的实施方式1的水处理控制系统100中，将膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值即1.0gNH3-N/m3。而与之相对地，在以往方式的水处理控制系统中，将好气槽内的氨浓度控制为好气槽氨浓度目标值即1.0gNH3-N/m3。被处理水从好气槽流入膜过滤槽，通过膜过滤槽的膜面曝气而进行硝化，所以，膜过滤槽内的被处理水的氨浓度成为0.2gNH3-N/m3。在实施例1的模拟条件下，若膜过滤槽内的被处理水的氨浓度为1.0gNH3-N/m3，则被充分允许，而在以往方式的水处理控制系统中，好气槽中的曝气风量过大。
图11示出了好气槽中的好气槽曝气风量。以往方式的水处理控制系统中的好气槽曝气风量限制在大致14000m3/Hr。而与之相对地，本发明的实施方式1的水处理控制系统100中的好气槽曝气风量限制在大致8000m3/Hr。因此，在采用了本发明的实施方式1的水处理控制系统100的情况下，与采用了以往方式的水处理控制系统的情况相比，能够将好气槽曝气风量降低大约40％。
附图标记说明
1 流入口
2 好气槽
3 好气槽曝气装置
4 膜过滤槽
5 分离膜
6 膜过滤装置
7 处理水排出装置
8 膜面曝气装置
9 膜过滤槽测量器
10 好气槽曝气风量计算装置
13 好气槽测量器
14 好气槽曝器风量偏差计算装置A
15 好气槽曝器风量偏差计算装置B
100、200、300、400 水处理控制系统

Claims (6)

1.一种水处理控制系统，其中，具有：
进行好气处理的好气槽；
对所述好气槽内的被处理水进行曝气的好气槽曝气装置；
膜过滤槽，该膜过滤槽具有分离膜，该分离膜对在所述好气槽处理后的被处理水进行过滤；
膜过滤槽测量器，该膜过滤槽测量器测量所述膜过滤槽内的被处理水的氨浓度而作为膜过滤槽氨浓度实测值；以及
好气槽曝气风量计算装置，该好气槽曝气风量计算装置基于所述膜过滤槽氨浓度实测值设定所述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量。
2.如权利要求1所述的水处理控制系统，其中，
所述好气槽曝气风量计算装置为了将所述膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为膜过滤槽氨浓度目标值，基于所述膜过滤槽氨浓度实测值计算好气槽曝气风量控制值，将所述好气槽曝气风量控制值设定为所述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量。
3.如权利要求2所述的水处理控制系统，其中，
在所述膜过滤槽氨浓度实测值比所述膜过滤槽氨浓度目标值高的情况下，计算比测量所述膜过滤槽氨浓度实测值的时间点的好气槽曝气风量大的好气槽曝气风量控制值，在所述膜过滤槽氨浓度实测值比所述膜过滤槽氨浓度目标值低的情况下，计算比测量所述膜过滤槽氨浓度实测值的时间点的好气槽曝气风量小的好气槽曝气风量控制值。
4.如权利要求1所述的水处理控制系统，其中，
所述好气槽曝气装置还具有测量所述好气槽内的好气槽曝气风量而作为好气槽曝气风量实测值的功能；
所述水处理控制系统还具有：
好气槽测量器，该好气槽测量器测量所述好气槽内的被处理水的氨浓度而作为好气槽氨浓度实测值；以及
好气槽曝气风量偏差计算装置，该好气槽曝气风量偏差计算装置基于所述好气槽氨浓度实测值和所述好气槽曝气风量实测值计算好气槽曝气风量偏差值；
为了将所述膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为目标值，基于所述膜过滤槽氨浓度实测值计算好气槽曝气风量控制值，通过从所述好气槽曝气风量控制值减去所述好气槽曝气风量偏差值计算好气槽曝气风量控制修正值，将所述好气槽曝气风量控制修正值设定为所述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量。
5.如权利要求4所述的水处理控制系统，其中，
基于测定所述好气槽中的好气槽曝气风量与好气槽氨浓度的关系而得到的实测值数据，计算与所述好气槽氨浓度实测值对应的好气槽曝气风量，作为好气槽曝气风量计算值，通过从所述好气槽曝气风量实测值减去所述好气槽曝气风量计算值计算所述好气槽曝气风量偏差值。
6.如权利要求1所述的水处理控制系统，其中，
所述好气槽曝气装置还具有测量所述好气槽内的好气槽曝气风量而作为好气槽曝气风量实测值的功能；
所述水处理控制系统还具有：
膜面曝气装置，该膜面曝气装置对所述分离膜进行膜面曝气，取得所述膜过滤槽中的曝气风量而作为膜面曝气风量实测值；以及
好气槽曝气风量偏差计算装置，该好气槽曝气风量偏差计算装置基于实测值数据，将好气槽曝气风量相对于所述膜过滤槽氨浓度实测值时的膜面曝气风量的关系设定为好气槽曝气风量-膜面曝气风量的关系式，基于所述关系式计算与所述膜面曝气风量实测值对应的好气槽曝气风量而作为好气槽曝气风量计算值，通过从所述好气槽曝气风量实测值减去所述好气槽曝气风量计算值来计算好气槽曝气风量偏差值；
为了将所述膜过滤槽内的被处理水的氨浓度控制为目标值，通过从基于所述膜过滤槽氨浓度实测值而计算出的好气槽曝气风量控制值减去所述好气槽曝气风量偏差值来计算好气槽曝气风量控制修正值，将所述好气槽曝气风量控制修正值设定为所述好气槽曝气装置的好气槽曝气风量。
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