JP2001029961A

JP2001029961A - 水処理監視制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2001029961A
Application number: JP11210244A
Authority: JP
Inventors: Shoji Watanabe; 昭二渡辺; Takeshi Takemoto; 剛武本; Naoki Hara; 直樹原; Ichiro Enbutsu; 伊智朗圓佛
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-06
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP3707305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生物反応槽の反応液の水質状態から、処理水の
リン濃度を目標値に維持するのに必要な凝集剤の注入量
を適正に管理するとともに、注入した凝集剤で生成され
る懸濁物量を正確に求めて生物反応を良好に維持する。【解決手段】生物反応槽１の反応液のリン濃度とアルカ
リ度の比率から単位凝集剤量当たりに除去するリンとア
ルカリ量を求める係数演算部６０と、係数演算結果に基
づいて凝集剤注入量を求める凝集剤量演算部７０と、係
数演算及び凝集剤量演算結果に基づいて返送汚泥流量お
よび余剰汚泥流量の少なくとも一方を求める汚泥量演算
部８０と、これらの演算結果により凝集剤注入設備１２
と汚泥返送設備７と汚泥排出設備８を操作する凝集剤量
制御装置２３，返送汚泥制御装置２５、及び余剰量制御
装置２７を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市下水や産業排
水，湖沼水あるいはダム湖水の有機物や窒素，リンを生
物学的処理あるいは物理化学凝集で除去する水処理方法
に関し、特に、物理化学凝集の目的で注入する凝集剤を
適正に調節し、処理水中のリン濃度を目標値に維持する
水処理監視制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場では、生活排水や工場排水な
どを活性汚泥法と呼ばれる微生物で主に有機物を除去し
ている。下水中には有機物の他に窒素やリンが含まれて
おり、リンはオルトリン酸（ＰＯ₄−Ｐ），窒素はアン
モニア性窒素として下水処理場に流入する。これらのリ
ンや窒素を除去せずに放流すると、放流水域では富栄養
が進み、藻類の異常繁殖によりさらに水質が悪化する。
したがって、下水処理場では有機物に加えてリンや窒素
の除去も要求されている。流入下水中のリンや窒素を除
去するために、活性汚泥プロセスの一施設である曝気槽
を好気領域と嫌気領域に分けた微生物反応槽を使用して
いる。微生物反応槽の方式には嫌気−無酸素−好気法
（Ａ２Ｏ法），嫌気−好気法（ＡＯ法），活性汚泥循環
変法などがあり、少なくとも嫌気槽を前段に、好気槽を
後段に配置している。これらの方式のうち、Ａ２Ｏ法は
窒素とリン、ＡＯ法はリン，活性汚泥循環変法は窒素の
除去率の向上が期待できる。Ａ２Ｏ法やＡＯ法は嫌気槽
を前段に、好気槽を後段に配置することによって活性汚
泥（複合微生物の総称）のリン過剰摂取機能を利用し、
活性汚泥は嫌気槽でリンを放出し、好気槽で放出した以
上にリンを摂取することで、流入水中のリンを生物学的
に除去する。しかし、活性汚泥のリン過剰摂取機能は流
入水の水質状態やプラント操作条件、あるいは活性汚泥
の管理状態によって変化し、放出不良や摂取不良などを
生じて処理水中のリン濃度を増加させることがある。

【０００３】このため、下水処理場では金属塩などの凝
集剤を注入し、物理化学的に除去する方法を併用してい
る。凝集剤の注入量が不足するとリン除去が不十分とな
り、処理水中のリン濃度を高める。一方、過剰注入は運
転コストや汚泥発生量の増加、さらに微生物の活性にも
影響を与える。したがって、凝集剤の注入量は必要最小
限にする必要がある。

【０００４】下水処理場において、物理化学凝集により
リンを除去する場合、アルミニウム系や鉄系の金属塩、
あるいは消石灰が凝集剤として用いられる。液中でのリ
ンはオルトリン酸や縮合リン酸の形態で存在し、凝集剤
の注入により難溶性の塩を形成する。また、凝集剤は重
炭酸塩と反応し、水酸化物のフロックを形成してさらに
リンを吸着除去する。アルミニウム系の凝集剤を用いた
場合の反応式は（１）式及び（２）式により表される。

【０００５】Ａｌ³⁺＋ＰＯ₄ ^3-→ ＡｌＰＯ₄…（１）Ａｌ³⁺＋３ＨＣＯ₃ ^-→ Ａｌ(ＯＨ)₃＋３ＣＯ₂…（２）（１）式から、液中のリンを難溶性塩にするには理論的
に１モル比のアルミニウム（以下、Ａｌと称す）を注入
すればよいが、（２）式のように他の物質にも消費され
るのでモル比を１より大きくする必要がある。また、凝
集剤を注入すると、不溶解性の懸濁物が生成される。Ａ
ｌ塩の凝集剤では、（１）式及び（２）式から、１ｍｇ
のＡｌに対してリン酸アルミニウムが約４.５ｍｇ，水
酸化アルミニウムが約２.９ｍｇ生成される。２ｍｇの
Ａｌが(１）式と（２）式に等量利用されたとすると、
全懸濁物は７.４ｍｇ増加し、１ｍｇのＡｌで換算する
と平均３.７ｍｇのＡｌ化合物である懸濁物を生成す
る。なお、鉄系の凝集剤を用いた場合、Ｆｅ１ｍｇ当り
平均２.３ｍｇの懸濁物を生成する。懸濁物生成量の実
測例ではＡｌ添加量の３〜５倍との結果もある（先行技
術１：村田恒雄編著；「下水の高度処理技術」，理工図
書，平成４年５月）。

【０００６】リン除去を目的とした凝集剤注入量制御方
法として、現在の処理水のリン濃度Ｐｉと一定時間ｂ前
の処理水のリン濃度Ｐｏから変化率ｄ(＝(Ｐｉ−Ｐｏ)
／ｂ)を求め、この変化率で将来も推移するとしてｃ時
間後の処理水のリン濃度変化ΔＰｃ(＝ｄ・ｃ)予測し、
目標値との偏差で注入量を設定する提案がある（先行技
術２：特開平3−89993号）。あるいは、好気槽から採水
した活性汚泥混合水を固液分離した液部分のリン濃度と
好気槽から流出する処理水流量からリン成分物量を求
め、化学的当量関係を利用してリン成分物量から凝集剤
所要量を算出して凝集剤量を制御する方式（先行技術
３：特開平9−174086 号），処理水のリン濃度に対して
凝集剤をモル比換算で一定に制御し、リン含有フロック
を砂ろ過で分離する方式（先行技術４：特開昭63−2423
92号），流入水のリン濃度と処理水リン濃度設定値の偏
差に一定のモル比で凝集剤を制御する方式（先行技術
５：第３３回下水道研究発表会講演集，Ｐ４９２−４９
４，平成８年），脱水ろ液のリン濃度に当量換算係数を
乗じて凝集剤注入量を設定する方式（先行技術６：特開
平7−88497号）などの提案がある。

【０００７】凝集剤の注入に伴い生成される汚泥量の制
御に関しては、Ａｌ塩を用いた場合、添加Ａｌ量の５倍
程度の懸濁物が新たに発生するものとして余剰汚泥量
（沈殿地からプロセス外へ排出する汚泥量）を算出する
方式（先行技術７：高度処理施設設計マニュアル
（案），日本下水道協会，Ｐ２６６），返送比（生物反
応槽へ流入する下水流量に対する沈殿池から生物反応槽
へ返送する汚泥量の比）に加えてＭＬＳＳ濃度（生物反
応槽の汚泥濃度）や凝集剤添加量の運転条件を考慮して
制御する方式（先行技術８：特開平10−43788号）など
の提案がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した先行技術２〜
６の凝集剤注入量制御は、（１）式及び（２）式に基づ
いて、モル比あるいはＡｌとリンの濃度比を予め設定
し、凝集剤を制御する比率一定制御方式を採用してい
る。

【０００９】例えば、先行技術２でその試験結果（第１
表）によれば、流入水のリン濃度に対してＡｌ注入率が
ほぼ比例関係にあり、モル比換算で約１.３と推算でき
る。しかし、先行技術２の第２図からも明らかなよう
に、下水処理場などの流入水中のリン濃度は人間の生活
周期によって大きく変化する。したがって、将来の処理
水のリン濃度が過去と同じ変化率で推移するとした予測
法では、凝集剤の適正な制御は困難となる。さらに、流
入水リン濃度に比例して凝集剤注入量を制御している
が、嫌気槽と好気槽からなる微生物反応槽のように、流
入水のリン濃度より反応槽のリン濃度が高くなるような
処理プロセスではモル比を一定とした方式を適用できな
い。先行技術３〜５は凝集剤注入位置に近い上流部のリ
ン濃度を計測し、このリン濃度あるいは凝集剤注入後の
リン濃度目標値との偏差に一定値を乗算して凝集剤注入
量を設定している。しかし、本発明者らの試験結果によ
れば、Ａｌとリンの濃度比を一定とする先行技術に記載
のような凝集剤制御方式では、処理水のリン濃度を目標
値以下に維持することができなかった。

【００１０】生物反応槽は活性汚泥の生物状態が正常な
とき、リン過剰摂取により流入下水の通常範囲のリン濃
度を目標値以下に維持することは可能である。しかし、
活性汚泥のリン過剰摂取機能は流入水の水質状態やプラ
ントの操作条件等によって大きく変化する。リン濃度を
目標値以下に管理するには、結果的に凝集剤の過剰注入
を招き、ランニングコストの上昇のみならず、活性汚泥
にも悪影響を及ぼす。したがって、生物反応槽のリン過
剰摂取機能、すなわちリン除去能力が低下し、目標値を
維持できない場合に、過剰注入とならないで目標値を維
持できる凝集剤を注入する必要がある。

【００１１】上記した先行技術７において、添加Ａｌ量
に対して５倍程度の汚泥量が新たに生成されるのは、注
入したＡｌの殆どがリンと反応する（１）式で消費され
ると仮定した結果によるものと推測される。しかし、本
発明者らの試験結果によれば、汚泥発生量は添加Ａｌ量
に対して一定倍率にならず、被処理水の水質に対応して
大きく変化した。したがって、添加Ａｌ量に一定倍率を
乗算して余剰汚泥量を管理する方式では、引抜き不足や
過剰引抜きとなり、プロセス系内の汚泥量が安定せず、
処理に悪影響する。先行技術８は、凝集剤添加量の運転
条件を考慮して制御するとあるが、具体的な手段の明記
がない。先行技術８の図１０によれば、余剰汚泥量は好
気槽のＭＬＳＳ濃度計の出力信号を直接用いて設定値と
なるように制御している。この制御方式では、凝集剤を
添加した場合、生物反応槽の汚泥濃度にはＡｌとの反応
で生成された懸濁物質も含まれる。Ａｌ起因の懸濁物質
は微生物反応に関与しない無機物質であり、ＭＬＳＳ濃
度として一括で取扱うと本来管理すべき微生物濃度が低
下し、処理が悪化する。

【００１２】本発明の目的は、上記した従来技術の状況
に鑑み、生物反応槽でのリン除去効率が悪化した場合に
も適正量の凝集剤を注入して、処理水のリン濃度を目標
値以下に維持し、さらに凝集剤の注入時に生物反応槽へ
環流される無機懸濁量を予測して汚泥量を管理し、生物
反応槽の処理効率の低下を抑制する、水処理監視制御方
法及び装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の水処理監視制御
方法は、生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あ
るいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間
に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率
に基づいて単位リン量を除去するのに必要な凝集剤量で
定義する凝集剤注入係数、あるいは単位凝集剤量が除去
できるリン量で定義するリン除去係数を求め、前記リン
濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値と
の偏差量から前記生物反応槽のリン除去能力を判定する
とともに、前記注入係数あるいは除去係数と前記偏差量
に基づいて前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入
量を求め、リン除去能力が不良と判定されたときに、前
記凝集剤注入量に対応して前記凝集剤注入設備を制御す
ることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の水処理監視制御方法は、前
記水処理プロセスにおいて、リン除去能力が不良と判定
され、凝集剤が注入されたときに、前記被処理水中のリ
ン濃度計測値Ｐｉとアルカリ度計測値ＡＬｉの比率と前
記凝集剤注入量に基づいて凝集剤中の金属塩で形成され
る懸濁物濃度ΔＳａと、前記沈殿池から微生物を前記生
物反応槽へ戻す返送汚泥と前記水処理プロセス外に排出
する余剰汚泥の流量から返送比率αを求め、該返送比率
αと前記懸濁物濃度ΔＳａにより前記水処理プロセス内
を循環する懸濁物濃度Ｓａを演算し、該懸濁物濃度Ｓａ
で前記生物反応槽の混合液、あるいは前記沈殿池引抜き
汚泥中の懸濁物濃度ＴＳＳを補正した微生物濃度を用い
て前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方
を制御することを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の水処理監視制御方法は、
前記水処理プロセスにおいて、前記被処理水中のリン濃
度とアルカリ度を計測し、これらの計測値の比率と、該
比率からリン除去係数とアルカリ除去係数を求め、該除
去係数と該除去係数を用いて求めた凝集剤注入量から処
理水中のリン濃度とアルカリ度及び懸濁物濃度を算出
し、前記凝集剤注入量に対応して前記凝集剤注入設備を
制御するとともに、算出結果を出力し表示することを特
徴とする。

【００１６】上記の本発明において、リン除去能力の判
定は前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン
濃度目標値との偏差量εｐが０より大のときに不良とす
る。０以下のときは、正常と判定し、前記凝集剤注入設
備の稼動を停止することを特徴とする。

【００１７】また、被処理水中のアルカリ度はｐＨ計測
値から予測し、該予測値を前記アルカリ度計測値として
前記リン濃度計測値との比率を求め、前記凝集剤注入量
を演算することができる。

【００１８】さらに、前記被処理水中のリン濃度計測値
とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤注入量を演
算する方式は、前記水処理プロセスの余剰汚泥を濃縮処
理する汚泥処理プロセスや、生物反応槽を持たない凝集
沈殿プロセス及び膜分離プロセスに利用できる。

【００１９】本発明の水処理監視制御装置は、生物反応
槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池
あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備
を具備する水処理設備において、前記被処理水中のリン
濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤
注入係数あるいはリン除去係数を求める第１演算手段
と、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン
濃度目標値との偏差量を出力し、さらに該偏差量から前
記生物反応槽のリン除去能力を判定する判定手段と、前
記演算手段の注入係数あるいは除去係数と、前記判定手
段からの前記偏差量に基づいて前記目標値を維持するの
に必要な凝集剤注入量を求める第２演算手段を設け、前
記判定手段でリン除去能力が不良と判定されたときに、
前記第２演算手段からの凝集剤注入量の出力信号に対応
して前記凝集剤注入設備を操作することを特徴とする。

【００２０】また、本発明の水処理監視制御装置は、前
記水処理設備において、被処理水中のリン濃度計測値と
アルカリ度計測値の比率に基づいてリン除去係数とアル
カリ除去係数を求める第１演算手段と、前記凝集剤注入
設備から供給される被処理水流量当たりの凝集剤注入量
と前記第１演算手段からの出力信号と前記リン及びアル
カリ度計測値から凝集剤によって生成される懸濁物濃度
を求める第２演算手段と、前記沈殿池から微生物を前記
生物反応槽へ戻す返送汚泥と前記水処理プロセス外に排
出する余剰汚泥の流量から返送比率を求め、該返送比率
と前記第２演算手段からの懸濁物濃度により前記水処理
設備内を循環する懸濁物濃度を求める第３演算手段とを
設け、該第３演算手段からの循環懸濁物濃度で前記生物
反応槽、あるいは前記返送汚泥中の微生物濃度を補正し
て前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方
を制御することを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明の水処理監視制御装置は、
前記水処理設備において、前記被処理水中のリン濃度と
アルカリ度を計測する計測手段と、該計測手段より出力
されたリン濃度計測値とアルカリ度計測値から両者の比
率と、該比率に基づいてリン除去係数とアルカリ除去係
数を求め、該除去係数と該除去係数を用いて求めた凝集
剤注入量から前記処理水中のリン濃度とアルカリ度及び
懸濁物濃度を算出する演算手段を設け、該演算手段から
の出力信号に対応して前記凝集剤注入設備を操作すると
ともに、前記演算手段の演算結果を出力表示する手段を
設けていることを特徴とする。

【００２２】上記した本発明の作用を説明する。本発明
は、（１）凝集剤単位重量当たりのリン及びアルカリ除
去量は、凝集剤を注入する前の被処理水リン濃度とアル
カリ度の初期条件に依存し、定式化できる、（２）被処
理水リン濃度とアルカリ度の初期条件で凝集剤中の金属
塩消費内訳が変化するのに伴い、凝集剤と反応して生成
される懸濁物量も変化する、（３）アルカリ度は、生物
反応槽の運転条件が変化しても、ｐＨとの相関が高く予
測できる、という実験的知見に基づいてなされたもので
ある。以下、本発明の凝集剤注入による反応特性と、生
物処理特性を説明する。

【００２３】図２は、凝集剤注入前の被処理水中リン濃
度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比と凝集剤単位重量当たり
のリン及びアルカリ除去量の関係を示したものである。
凝集剤単位重量当たりのリン除去量はリン除去係数Υ
ｐ、アルカリ除去量はアルカリ除去係数Υａで表してい
る。これらの除去係数は、基準化した値(特定値で除算)
で示しているが、初期条件であるリン濃度Ｐｉとアルカ
リ度ＡＬｉの比で大きく変化する。その変化は、Ｐｉ／
ＡＬｉ比が大きくなる、すなわち、アルカリ度に対して
リン濃度が増加すると、アルカリ除去係数Υａが低下す
る反面、リン除去係数Υｐが大きくなる。言い換えれ
ば、凝集剤の消費内訳はＰｉ／ＡＬｉ比で変化し、リン
濃度が増加するとリンとの反応に消費される割合が増
し、アルカリ成分の消費割合が減る方向に向かうことを
見いだした。

【００２４】図３は、下水処理場の流入下水（黒色）と
生物反応槽流出水（白色）のリン濃度Ｐｉとアルカリ度
ＡＬｉの変化の一例で、基準化した値で示している。こ
のように、水質に加えて水量も時々刻々変化するため、
生物反応時間や処理条件も変化し、処理過程のリン濃度
やアルカリ度が影響を受ける。流入下水と処理水で異な
るが、都市下水の場合、リン濃度は５ｍｇ／Ｌ以下、ア
ルカリ度は数十〜200ｍｇ／Ｌの範囲で変化する。これ
をＰｉ／ＡＬｉ比で表すと、０〜０.１となる。図２に
おいて、Ｐｉ／ＡＬｉ比が０〜０.１の範囲は、リン除
去係数Υｐ及びアルカリ除去係数Υａが急激に変化する
領域である。したがって、リンを目標通りに除去するに
は、アルカリ成分に消費される分を考慮した凝集剤の注
入操作が必要である。

【００２５】被処理水中のリン濃度Ｐｉを目標値Ｐｍ以
下とするのに必要な凝集剤注入濃度Ｃａは、図２の結果
に基づいて、以下のように定式化するに至った。図２か
ら、リン除去係数Υｐとアルカリ除去係数Υａは(３）
式及び(４）式で求められる。ただし、Ａｐ，Ｂｐ，
Ｋ_L，Ａ_L，Ｂ_Lは係数、ＲはＰｉ／ＡＬｉ比である。
(３）

【００２６】

【００２７】式及び（４）式は、被処理水の初期条件で
あるＰｉ／ＡＬｉ比：Ｒが決まると、凝集剤の使われ方
も定まることを示す。なお、Υｐ，Υａは凝集剤に含ま
れる金属塩の単位重量当たりに除去されるリン量とアル
カリ量（ＣａＣＯ₃換算)で、係数の値は金属塩の種類
で変化する。

【００２８】ところで、凝集剤にポリ塩化アルミニウム
（以下、ＰＡＣと称す）を用いた本発明者らの実験によ
れば、除去されたアルカリとリンの総和量は、（１）式
及び（２）式の理論式で注入したＡｌ量から求めらた除
去量より多い結果を得た。これは、前記したように、
（２）式で生成された水酸化物がリンを吸着除去（以
下、過剰取込と称す）したことによる。この過剰取込量
は、これまで定量化されていなかった。本発明者らは、
過剰取込量が生成された水酸化物量、すなわち、アルカ
リ度の除去量に依存し、定式化できることを明らかにし
た。。単位アルカリ度当たりのリン過剰取込量Ｐ_AL（以
下、リン過剰取込係数と称す）もまた、Ｒを用いた
（５）式で表現できる。ここで、Ｐａ、Ｐｂは係数であ
る。（５）式を用いたリン除去係数Υｐ′は、アルカリ
除去係数Υａを導入した（６）式で表せる。ここで、ｋ
ａ，ｋｐは定数である。リンの過剰取込を考慮したリン
除去係数Ｐ_AL＝Ｐａ・Ｒ^Pb…（５） Υｐ′＝Ｐ_AL・Υａ＋(１−ｋｐ・Υａ)／ｋａ …（６） Υｐ′は、（５）及び（６）式から求まるが、（３）式
で直接表示できる。図２の関係はリンの過剰取込も含め
た結果である。

【００２９】被処理水中のリン濃度Ｐｉを目標値Ｐｍ以
下とする凝集剤注入濃度Ｃａは、（３）式、あるいは
（６）式のリン除去係数を用いて次式で演算できる。Ｃ
ａは被処理水単位容積当たりの凝集剤量で、被処理水流
量を積算すれば必要な凝集剤量Ｑａを算出できる。

【００３０】Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)／ΥｐまたはＣａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)／Υｐ′…（７）（７）式は、リン除去係数ΥｐあるいはΥｐ′の変化に
対応して凝集剤注入濃度Ｃａを変化させる操作が必要で
あることを意味する。さらに、（３）式あるいは（６）
式から、単位リン量当たりのＡｌ必要量Ｃ_Al（以下、Ａ
ｌ注入係数と称す）、及びモル比換算の注入係数Ｍ_Alを
導出できる。注入係数Ｃ_AlはΥｐあるいはΥｐ′の逆数
で、モル注入係数Ｍ_AlはＣ_AlにリンとＡｌの分子量の比
率ｍを考慮して求められる。図４は、（３）式に基づい
てＲ(Ｐｉ／ＡＬｉ比)とモル注入係数Ｍ_Alの関係を求め
た結果で、Ｒ＝０.５で基準化してある。注入係数Ｍ_Al
はＲ値が高いと低下し、リン濃度が高くなるほど注入モ
ル比を低減させて良い。この場合の凝集剤注入濃度Ｃａ
は（７）′式で算出できる。

【００３１】Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)・Ｍ_Al／ｍまたはＣａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)・Ｃ_Al…（７)′ 次に、凝集剤と反応して生成される懸濁物量の実験的知
見を以下説明する。凝集剤注入濃度Ｃａ，リン過剰取込
係数Ｐ_AL，リン除去係数Υｐ′、及びアルカリ除去係数
Υａから各除去濃度を算出し、これらを用いて生成懸濁
物濃度ｄＳａを定式化できることを見いだした。（８）
式は金属塩との直接反応で除去されたアルカリ度Ｃ_Lと
リン濃度Ｃｐ１、及び生成水酸化物に吸着されたリン濃
度Ｃｐ２である。生成懸濁物濃度ｄＳａは、これらの除
去濃度に生成物質と除去物質の分子量比である係数ｋｓ
１，ｋｓ２，ｋｓ３を掛け、その総和とした（９）式と
なＣ_L＝Υａ・Ｃａ，Ｃｐ１＝(Ｐｉ−Ｐｍ−Ｃｐ２)・Ｃａ，Ｃｐ２＝Ｐ_AL・Ｃ_L・Ｃａ …（８）ｄＳａ＝ｋｓ１・Ｃｐ１＋ｋｓ２・Ｃｐ２＋ｋｓ３・Ｃ_L…（９）る。（９）式で求めた計算値と実測値の一例を図５に示
す。両者はほぼ一致しており、懸濁物生成量は凝集剤注
入濃度Ｃａと被処理水のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬ
ｉから精度良く演算できる。

【００３２】ところで、生物反応を利用した水処理プラ
ントでは、処理効率や処理水質に直接影響するため、プ
ロセス系内の微生物量を適正に管理することが重要で、
生物反応槽や沈殿池から生物反応槽に戻される返送汚泥
中の微生物濃度を計測し、管理している。リン除去を目
的とした場合、凝集剤は微生物反応槽あるいは後段の沈
殿池、あるいは反応槽と沈殿池の間に注入し、微生物と
一緒に生成懸濁物も沈殿池で沈殿回収する。このため、
返送汚泥中には生成懸濁物も含まれ、生物反応槽に環流
する。生成懸濁物は無機質で、微生物反応に関与しない
ため、懸濁物濃度を考慮した微生物管理が必要となる。
凝集剤を反応槽と沈殿池間に注入させた場合、返送汚泥
を介して生物反応槽１に戻された時の反応槽入り口の懸
濁物濃度Ｓａは、（９）式で求めた生成濃度ｄＳａと、
返送汚泥流量Ｑｒ及び系外に排出される余剰汚泥流量Ｑ
ｗで定義した汚泥環流比αにより（１０）式で演算でき
る。ここで、Ｓａ_-1は単位時間前の生成濃度で、凝集剤
注入直前は０となる。また、微生物濃度比率Υｓは（１
１）式で算出できる。ここで、Ｓｔは生物反応槽の全浮
遊物質濃度で、例えば、汚泥濃度計で計測される濃度で
ある。この微生物濃Ｓａ＝α・(Ｓａ_-1＋ｄＳａ) 但し α＝Ｑｒ／(Ｑｒ＋Ｑｗ) …（１０） Υｓ＝(Ｓｔ−Ｓａ_-1)／（Ｓｔ＋ｄＳａ） …（１１）度比率Υｓを考慮して、生物反応槽の微生物管理や返送
汚泥流量あるいは余剰汚泥流量を操作することにより、
プラントの処理性能を低下させることなく、適正な運転
管理ができる。なお、（８）式において、リン除去量を
金属塩との反応と水酸化物への吸着の２種類に分けて生
成懸濁物濃度を求めたが、過剰取込も考慮した（３）式
の除去係数で演算することもできる。

【００３３】本発明によれば、被処理水のリン濃度とア
ルカリ度から凝集剤の消費内訳を定量化し、単位リン量
を除去するための金属塩量変化に見合って必要な凝集剤
量を求めることができ、この演算値に基づいて凝集剤注
入量を制御することで、必要最小限の凝集剤量で処理水
のリン濃度を目標値以下に維持することができ、懸濁物
生成量も抑制できるため、良好な処理水質と低コストの
運転管理を実現できる。本発明による被処理水のＰｉ／
ＡＬｉ比に対応した注入モル比変動方式と、従来の注入
濃度及び注入モル比一定方式による凝集剤制御の処理水
リン濃度をシミュレーション計算で比較した結果を図６
から図８に示す。図６は注入モル比変動方式、図７は注
入濃度一定方式、図８は注入モル比一定方式で、初期リ
ン濃度Ｐｉを０.７５〜１０ｍｇ／Ｌ、アルカリ度ＡＬ
ｉを２５〜２００ｍｇ／Ｌで変化させ、処理水リン濃度
目標値Ｐｍを０.５ｍｇ／Ｌの条件とした。図７と図８
において、初期リン濃度に対して処理水リン濃度が幅を
もって変化しているのは初期アルカリ度の影響である。
このように、注入濃度及び注入モル比一定方式では、被
処理水の変動に対して目標値（一点鎖線）を常時維持す
ることができず、凝集剤を過剰に注入しておく必要があ
る。これに対して、図６の注入モル比変動方式では処理
水リン濃度を目標値に維持でき、安定した処理水を提供
することができる。

【００３４】また、本発明によれば、被処理水のＰｉ／
ＡＬｉ比に対応して単位金属塩量が除去できるリン量及
びアルカリ量が決まり、これらの値と凝集剤注入量に基
づいて生成される懸濁物量を精度良く演算でき、懸濁物
量を考慮した微生物管理を実現でき、処理効率を低下さ
せることのない適正な運転管理を提供できる。

【００３５】なお、図１１は、嫌気−無酸素−好気法の
プラントでｐＨとアルカリ度の関係を求めたものであ
る。この図は生物反応槽の各槽と処理水の結果を符号変
えして纏めている。両者は正の相関関係があり、処理過
程に影響されずｐＨでアルカリ度を予測できることを示
す。ｐＨはオンライン計測ができ、被処理水の変化を迅
速に把握できるため、信頼性の高い制御の実現に有効で
ある。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
面に沿って詳細に説明する。なお、各図を通して同一の
構成要素には同一の符号を付してある。

【００３７】〔実施例１〕図１は嫌気−無酸素−好気法
（Ａ２Ｏ法）による下水処理設備の構成図で、処理水の
リン濃度を目標値以下に管理する凝集剤制御装置を設け
ている。実施例１の下水処理設備は嫌気槽１Ａ，無酸素
槽１Ｂ、と好気槽１Ｃから成る生物反応槽１，最終沈殿
池２，凝集剤注入槽３，水中撹拌機５，汚泥返送設備
７，汚泥排出設備８，送風機９，循環設備１０，凝集剤
タンク１１，凝集剤注入設備１２から構成されている。

【００３８】家庭や工場から排出された流入下水は最初
沈殿池（図示せず）で粗大な狭雑物が沈殿除去され、生
物反応槽１に流入する。流入下水１３の導かれる嫌気槽
１Ａには最終沈殿池２から汚泥返送設備７を介して活性
汚泥と呼ばれる微生物群である返送汚泥１４が供給さ
れ、流入下水１３と返送汚泥１４が水中撹拌機５Ａで撹
拌混合される。嫌気状態下の嫌気槽１Ａにおいて、活性
汚泥は細胞内に蓄積していたポリリン酸を加水分解して
オルトリン酸（ＰＯ₄−Ｐ）として液中に放出する。ま
た、活性汚泥はリン放出時に有機物を吸着し、細胞内に
蓄積する。このため、嫌気槽１Ａではリン濃度が増加
し、有機物が減少する。

【００３９】嫌気槽１Ａの混合液は隔壁４Ａを介して無
酸素槽１Ｂに導かれる。無酸素槽１Ｂには、循環設備１
０により好気槽１Ｃから好気槽混合液が循環液１８とし
て環流する。無酸素槽１Ｂでは、嫌気槽１Ａからの混合
液と循環液１８が水中撹拌機５Ｂで撹拌混合される。無
酸素槽１Ｂは溶存酸素を含む循環液１８が流入するが、
殆ど酸素のない状態となり、好気槽１Ｃで生成された硝
酸性あるいは亜硝酸性窒素を、嫌気槽１Ａから導かれた
混合液中の有機物、あるいは活性汚泥が細胞内に蓄積し
た有機物を利用して窒素ガスに還元する脱窒機能を有す
る。このため、無酸素槽１Ｂでは硝酸性あるいは亜硝酸
性窒素、及び有機物が減少する。

【００４０】無酸素槽１Ｂの混合液は隔壁４Ｂを介して
好気槽１Ｃに導かれる。好気槽１Ｃの底部には散気管６
が設置されており、送風機９からの空気１８を散気し、
混合液を撹拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給す
る。好気槽１Ｃにおいて、活性汚泥は吸着した有機物及
び混合液中の有機物を酸素存在下のもと水と炭酸ガスに
分解する。また、アンモニア性窒素を硝酸性あるいは亜
硝酸性窒素に酸化する。さらに、液中のオルトリン酸を
ポリリン酸として細胞内に摂取する。この摂取量は、通
常、嫌気槽１Ａで放出した以上の過剰摂取となるため、
プロセス全体ではリンが減少して、除去されたことにな
る。

【００４１】好気槽１Ｃの流出水１５は最終沈殿池２に
導かれ、混合液中の活性汚泥が重力沈降する。上澄み液
は処理水１６として塩素殺菌後河川や海洋に放流され
る。一方、沈殿した高濃度の活性汚泥は、その大部分が
汚泥返送設備７により返送汚泥１４として生物反応槽１
に返送され、増殖分に相当する一部を余剰汚泥１７とし
て汚泥排出設備８を介して系外に排出する。余剰汚泥１
７には生物反応槽１で除去されたリンも含まれている。

【００４２】このように生物学的にリンを除去するプロ
セスでは、嫌気槽１Ａでの嫌気状態を維持してリンを良
好に放出させる必要がある。リン放出が不十分である場
合、好気槽１Ｃでのリンの摂取も悪く、過剰摂取をしな
くなる。リン放出・摂取状態の悪化は、プロセス全体で
のリン除去率の低下を招き、さらに処理水１６のリン濃
度が流入下水１３より高くなることもある。

【００４３】リン放出・摂取状態が悪化した場合、生物
処理による急激な回復は困難なので、悪化現象を正確に
検知し、速やかに処理水１６のリン濃度を目標値以下に
維持するために金属塩などの凝集剤を注入する化学凝集
処理を併用する。このため、本実施例の下水処理設備は
凝集剤タンク１１と凝集剤注入設備１２を配設し、さら
に、生物反応槽１の後段に凝集剤注入槽３を設け、計算
機５０により演算制御される必要量の凝集剤２０を注入
する。なお、凝集剤注入槽３には好気槽１Ｃの流出水１
５と凝集剤２０を混合撹拌するため、送風機９からの空
気１８の一部を散気している。流出水１５の流れを渦流
あるいは乱流とする凝集剤注入槽３の構造にすれば、新
たな混合撹拌機構は必要がない。

【００４４】以下、計算機５０によって実現される凝集
剤注入制御装置の構成と動作について説明する。好気槽
１Ｃに採水設備２１を設置し、リン濃度計４１とアルカ
リ度計４２に送水する。リン濃度計４１及びアルカリ度
計４２では、送水された好気槽１Ｃの混合液の活性汚泥
を分離し、液中の溶解性リン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬ
ｉを計測し、計算機５０のデータベース５５に入力、記
憶される。採水設備２１の設置位置は少なくとも凝集剤
２０の注入位置より上流側とし、凝集剤注入前（本例で
は好気槽の混合液）の被処理水のリン濃度Ｐｉとアルカ
リ度ＡＬｉを測定する。好気槽１Ｃ混合液の活性汚泥分
離は平膜や中空膜などの膜ろ過方式が適用でき、採水設
備２１に設置してもよい。流量計３１，３２及び３３で
計測された流入下水流量Ｑｉと返送汚泥流量Ｑｒ及び余
剰汚泥流量Ｑｗ，汚泥濃度計４４及び４３で計測された
好気槽１Ｃの汚泥濃度計測値Ｓｔ及び返送汚泥濃度Ｓｒ
も計算機５０のデータベース５５に入力される。

【００４５】これらの入力値に基づいて、計算機５０は
リンの除去が不良か否かを判定し、除去不良の場合、必
要な凝集剤注入量を演算し、凝集剤注入設備１２を制御
するとともに、汚泥濃度中の活性汚泥比率を演算し、汚
泥返送設備７及び汚泥排出設備８を制御する。計算機５
０は、係数演算部６０と凝集剤量演算部７０及び汚泥量
演算部８０を有し、データベース５５からの計測情報に
基づいて必要な凝集剤注入量を凝集剤量演算部７０で、
返送及び余剰汚泥量を汚泥量演算部８０で演算し、夫々
の制御装置へ出力する。

【００４６】係数演算部６０では、まず、比率演算部６
２で好気槽１Ｃのリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比
率Ｒを演算し、除去係数演算部６３に出力する。除去係
数演算部６３は、比率Ｒに基づいてリン除去係数Υｐと
アルカリ度除去係数Υａを（３）式と（４）式から演算
する。凝集剤がＰＡＣの場合、係数ＡｐとＡ_Lは０.４
〜２.０、ＢｐとＢ_Lは０.１〜１.０、Ｋ_Lは１.０〜
５.０の範囲で設定される。注入係数演算部６４は、除
去係数演算部６３から出力されたリン除去係数Υｐの逆
数である単位リン量を除去するのに必要な金属量である
注入係数Ｃ_Alを演算する。この注入係数Ｃ_Alをモル比換
算して表してもよい。モル注入係数Ｍ_Alは、リンと凝集
剤に含有する金属の分子量比率ｍを用いて計算できる。
含有金属がＡｌの場合、ｍ≒１.１５となる。演算式を
（１２）式に示す。除去係数ΥｐとΥａは汚泥量演算部
８０に、注入係数Ｃ_AlあるいはＭ_Alは凝集剤量演算部７
０に出力される。

【００４７】Ｃ_Al＝Ａｐ^-1・Ｒ^-Bp，Ｍ_Al＝ｍ・Ｃ_Al…（１２）凝集剤量演算部７０では、判定部７１でリン濃度Ｐｉと
凝集剤注入後のリン濃度目標値Ｐｍの偏差量εｐを求
め、凝集剤注入の要否を判定する。判定は、εｐ≦０の
場合に注入不要とし、εｐ＞０の場合に注入要とする。
注入要と判定された場合、注入濃度演算部７３は
（７）′式あるいは（７）′式の（Ｐｉ−Ｐｍ）をεｐ
として、金属換算の注入濃度Ｃａを演算する。

【００４８】注入量演算部７４は、注入濃度Ｃａと被処
理水流量から金属注入量Ｍを、金属注入量Ｍが含まれる
凝集剤注入量Ｇを（１３）式より演算する。被処理水流
量は、処理方式や凝集剤の注入位置で異なるが、図１の
方式の場合、流入下水流量Ｑｉと返送汚泥流量Ｑｒの和
となる。また、凝集剤に含有する金属濃度Ｃｍは凝集剤
の種類や溶解条件で異なるため、金属量Ｍを含む凝集剤
量に換算する必要がある。

【００４９】Ｍ＝Ｃａ・(Ｑｉ＋Ｑｒ) ，Ｇ＝Ｍ／Ｃｍ …（１３）凝集剤量制御装置２３は凝集剤注入設備１２を調節し、
凝集剤注入槽３への凝集剤量が凝集剤量演算部７０の出
力値Ｇとなるように制御する。この例の凝集剤注入設備
１２はポンプであり、凝集剤量制御装置２３は流量計２
４の計測値が凝集剤量Ｇの流量値となるようにポンプ回
転数、あるいはストローク長を設定する。なお、偏差量
εｐ≦０となれば、処理水のリン濃度は目標値を満たし
ていると判定し、凝集剤を停止する。この間欠操作によ
り、余分な凝集剤の注入を抑制して運転コストを低減
し、かつ、活性汚泥への悪影響を回避する。

【００５０】汚泥量演算部８０では、係数演算部６０か
らのリン除去係数Υｐとアルカリ除去係数Υａ、及び凝
集剤量演算部７０からの金属注入濃度Ｃａが入力され、
生物反応槽１を循環する浮遊物質中の凝集剤起因の懸濁
物と本来の活性汚泥濃度あるいは濃度比率を演求め、返
送汚泥流量あるいは余剰汚泥流量の操作量を演算し、汚
泥返送設備７及び汚泥排出設備８を制御する。除去濃度
演算部８２は、除去係数ΥｐとΥａ及び注入濃度Ｃａか
らリン除去量Ｃｐとアルカリ除去量Ｃ_Lを（１４）式よ
り求める。懸濁生成濃度演算部８３は除去量ＣｐとＣ_L
より生成懸濁物濃度ｄＳａを（１５）式より求める。凝
集剤の金属塩がＡｌの場合、係数ｋｓ１は３.９４、ｋ
ｓ３は０.５〜１.５の範囲で設定される。

【００５１】Ｃｐ＝Ｃａ・Υｐ，Ｃ_L＝Ｃａ・Υａ …（１４）ｄＳａ＝ｋｓ１・Ｃｐ＋ｋｓ３・Ｃ_L…（１５）環流懸濁物濃度演算部８４は、凝集剤を注入し、最終沈
殿池２から返送汚泥１４を介して生物反応槽１に環流さ
れたときの反応槽１における懸濁物濃度Ｓａを（１０）
式により演算する。演算に必要な汚泥環流比αは、環流
比率演算部８５で同様に（１０）式により求め、環流懸
濁物濃度演算部８４へ出力する。活性汚泥比率演算部８
６は、環流時の活性汚泥比率Υｓを汚泥濃度計４４で計
測された全浮遊物濃度Ｓｔに基づいて（１１）式により
予測演算する。流量演算部８７は目標値記憶部８８に予
め入力されている汚泥管理項目の目標値となるように返
送汚泥流量あるいは余剰汚泥流量を演算する。本実施例
では、生物反応槽１の活性汚泥濃度と汚泥滞留時間（以
下、ＳＲＴと称す）を管理項目とし、それらの目標値Ｓ
ｍ及びＴｍを設定している。返送汚泥流量Ｑｒは、生物
反応槽１の活性汚泥濃度を目標値Ｓｍに維持する方式の
場合、（１６）式により演算できる。余剰汚泥流量Ｑｗ
は、ＳＲＴを目標値Ｔｍに維持する管理条件とした場
合、（１７）式により演算できる。ここで、Ｓｒは返送
汚泥濃度計測値、Ｖは生物反応槽１の容積である。

【００５２】Ｑｒ＝Ｓｍ・Ｑｉ／(Υｓ・Ｓｒ−Ｓｍ) …（１６）Ｑｗ＝(Ｓｔ−Ｓａ_-1)・Ｖ／(Υｓ・Ｓｒ・Ｔｍ) …（１７）返送量制御装置２４は汚泥返送設備７を調節し、返送汚
泥流量が汚泥量演算部８０の出力値Ｑｒとなるように制
御する。また、余剰量制御装置２７は汚泥排出設備８を
調節し、余剰汚泥流量が汚泥量演算部８０の出力値Ｑｗ
となるように制御する。この例の汚泥返送設備７及び汚
泥排出設備８はポンプであり、制御装置２４は流量計３
２の計測値、余剰量制御装置２７は流量計３３の計測値
が出力流量値となるようにポンプ回転数、あるいはスト
ローク長、あるいはポンプ台数を設定する。なお、ＳＲ
Ｔ目標値Ｔｍは、生物反応槽１全体での汚泥滞留時間と
したが、好気槽のみを考慮したＡ−ＳＲＴを用いて設定
することができる。このように、凝集剤で生成された懸
濁物を除いた真の活性汚泥濃度を対象に汚泥管理するこ
とにより、安定した微生物処理を実現でき、良質の処理
水を提供できる。

【００５３】表示部９０を設け、上記した計算機５０の
判定結果や演算情報を表示することもできる。また、計
算機５０の演算結果による制御や制御量の実行可否、及
び各種目標値や演算係数の設定変更などを入力，指示す
る機能を持たせることもできる。さらに、凝集剤の注入
に対して、必要に応じて警報音を発生させてもよい。〔実施例２〕図９は、嫌気−無酸素−好気法による下水
処理設備の構成図で、図１の構成との相違は、凝集剤量
演算部７０における注入濃度の演算方式にある。除去係
数演算部６３で求められたリン除去係数Υｐを係数演算
部６０から凝集剤量演算部７０に出力する。注入濃度演
算部７３は、（７）式により注入濃度Ｃａを演算する。
金属注入量Ｍと凝集剤注入量Ｇの演算、及び凝集剤注入
設備１２の操作方法は実施例１と同様である。

【００５４】実施例２の方式は実施例１に比べて、演算
部を少なくでき、演算誤差を低減させる凝集剤制御が可
能である。

【００５５】〔実施例３〕図１０は、嫌気−無酸素−好
気法による下水処理設備の構成図で、図１の構成との相
違は、係数演算部６０の演算方式と、演算結果に基づい
た凝集剤注入量及び汚泥量の演算方式にある。係数演算
部６０において、第１除去係数演算部６５では（４）式
によりアルカリ除去係数Υａを演算する。取込係数演算
部６６は、（５）式により、アルカリ成分と凝集剤の反
応で生成された水酸化物に吸着されるリン量であるリン
過剰取込係数Ｐ_ALを求める。第２除去係数演算部６７で
は、取込係数Ｐ_ALを考慮したリン除去係数Υｐ′を
（６）式により演算し、凝集剤量演算部７０に出力す
る。凝集剤量演算部７０の注入濃度演算部７３は、(７)
式の第２式により注入濃度Ｃａを演算する。(５)式にお
けるＰａは０.２〜０.５，Ｐｂは０.１〜１.０の範囲で
設定できる。

【００５６】汚泥量演算部８０の除去濃度演算部８２で
は、凝集剤量演算部７０からの注入濃度Ｃａ、係数演算
部６０からのアルカリ除去係数Υａとリン過剰取込係数
Ｐ_ALに基づいて（８）式からアルカリとリンの除去濃度
を演算する。懸濁生成濃度演算部８３は、（９）式によ
り懸濁生成物濃度ｄＳａを求める。凝集剤の金属塩がＡ
ｌの場合、（９）式中の係数ｋｓ２は３.０〜３.１に設
定される。

【００５７】注入濃度Ｃａ演算後の金属注入量Ｍと凝集
剤注入量Ｇの演算、及び凝集剤注入設備１２の操作方
法、さらに、懸濁生成物濃度ｄＳａ演算後の返送汚泥流
量及び余剰汚泥流量の演算方法、及び汚泥返送設備７，
汚泥排出設備８の操作方法は実施例１と同様である。

【００５８】実施例３の方式は実施例１及び２に比べ
て、懸濁生成物濃度ｄＳａを精度良く演算でき、正確な
活性汚泥比率に基づいた返送汚泥や余剰汚泥流量制御を
実現でき、安定した微生物処理が可能である。

【００５９】〔実施例４〕図１２は、嫌気−無酸素−好
気法による下水処理設備の構成図で、被処理水のｐＨ計
測値を用いる係数演算部を設けている。図１の構成との
相違は、好気槽１Ｃを対象にｐＨ計４５を設置し、計算
機５０に被処理水のｐＨ計測値ｐＨｉを入力し、アルカ
リ度の演算方式にある。

【００６０】係数演算部６０での濃度演算部６１は、被
処理水ｐＨ計測値ｐＨｉに基づいて被処理水のアルカリ
度ＡＬｉを予測演算する。演算式は、ｐＨとアルカリ度
の間に図１１に示す特性があることから、その相関式か
ら（１８）式で表せる。ここで、ｋａ及びｋｂは係数
で、各々８０〜１８０，５０〜２２０の範囲で設定でき
る。（１８）式は、ｐＨ７を基準にｐＨｉからＡＬｉを
求める方式であるが、ｐＨｉの値で直接演算する方式で
もよい。

【００６１】ＡＬｉ＝ｋａ＋ｋｂ(ｐＨｉ−７) …（１８）比率演算部６２は、濃度演算部６１からのアルカリ度Ａ
Ｌｉとリン濃度計４１の計測値Ｐｉにより比率Ｒを演算
する。演算結果に基づく各係数演算、及び凝集剤注入
量，返送汚泥流量，余剰汚泥流量の演算方法は図１と同
様である。

【００６２】実施例４によれば、下水処理プロセスでこ
れまでオンライン計測項目に入っていないアルカリ度Ａ
Ｌｉを、信頼性の高いｐＨ計で予測できるため、監視制
御装置の信頼性を向上できる。また、本実施例は、図１
のみならず、図９，図１０、さらに後述する図１３にも
適用可能である。

【００６３】〔実施例５〕図１３は、嫌気−無酸素−好
気法による下水処理設備の構成図で、処理水リン濃度の
計測値を用いる凝集剤制御装置を設けている。図１の構
成との相違は、処理水１６を対象にリン濃度計４６を設
置し、計算機５０にリン濃度計測値Ｐｏを入力する点
と、凝集剤注入濃度Ｃａの演算方式にある。

【００６４】判定部７１では、偏差量εｐで凝集剤注入
の要否を判定するとともに、処理水リン濃度計測値Ｐｏ
と目標値Ｐｍの偏差量εｐ′を求め、｜εｐ′｜＞βの
場合、補正濃度演算部７５で補正注入濃度ΔＣａを演算
する。βは係数で、β＞０とする。演算式は、例えば、
注入係数Ｃ_Alを用いた（１９）式が適用できる。Ｃ_Alの
代わりにＭ_Alを用いることもでき、また、Υｐ，Υｐ′
でεｐ′を除算する方式でもよい。

【００６５】 ΔＣａ＝Ｃ_Al・εｐ′ …（１９）必要濃度演算部７６は、注入濃度演算部７３の注入濃度
Ｃａと補正濃度演算部７５の補正注入濃度ΔＣａを加算
し、必要濃度Ｃを演算する。注入量演算部７４は、（１
３）式のＣａをＣに置き換えて、金属注入量Ｍ及び凝集
剤注入量Ｇを求め、凝集剤注入槽３への凝集剤量が凝集
剤量演算部７０の出力値Ｇとなるように、凝集剤注入設
備１２を制御する。

【００６６】アルカリ成分の組成は日あるいは季節、さ
らには一時的な原因で変動し、除去係数を変化させる可
能性がある。本実施例によれば、リン除去係数Υｐ，Υ
ｐ′あるいはアルカリ除去係数Υａが流入下水の水質条
件等で変化する場合も、適正な注入量に基づいた安定し
た凝集剤制御を可能とする。

【００６７】なお、上記実施例では、補正注入濃度ΔＣ
ａを演算する方式としたが、注入係数を補正することで
もできる。補正注入係数Ｃ_Al′は補正前の注入濃度Ｃａ
を偏差量εｐで除算することで求まる。

【００６８】〔実施例６〕図１４は、生物処理法による
下水処理設備の後段を対象とした実施例の構成図で、処
理水１６を被処理水とする凝集剤制御装置を設けてい
る。本凝集剤制御装置は最終沈殿池２の後段に凝集剤注
入槽３を設け、計算機５０により演算制御される必要量
の凝集剤２０を注入する。凝集剤注入槽３の上流となる
処理水１６中のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉを計測
するリン濃度計４１とアルカリ度計４２、さらに、処理
水１６の流量Ｑｏを計測できる流量計３１Ａを設置し、
それらの計測値は計算機５０に入力される。凝集剤注入
槽３の下流に懸濁物回収装置２Ａを設け、回収懸濁物は
排泥装置８Ａで余剰汚泥１７と一緒にプロセス系外に排
出し、懸濁物を回収した処理水１６Ａは殺菌後河川や海
洋へ放流される。懸濁物回収装置２Ａは重力沈降式、あ
るいは膜及び遠心分離などの機械式固液分離方法を用い
ることができる。

【００６９】実施例６における凝集剤注入制御方式は、
注入量演算部７４の演算を除いて図１と同じである。注
入量演算部７４では、流量計３１Ａからの処理水流量Ｑ
ｏを用いて（１３）式で金属注入量Ｍを演算する。

【００７０】本実施例は、リン及びアルカリ除去係数が
活性汚泥が存在する場合と存在しない場合とで変化がな
く、汚泥の有無に係わらず、同じ特性式で表現された試
験結果に基づいている。本実施例では活性汚泥が殆ど存
在しない最終沈殿池処理水を対象としたもので、前記実
施例に比べて注入対象となる被処理水流量が低くなり、
凝集剤量を低減できる効果がある。

【００７１】また、図示しないが、下水処理設備から排
出される汚泥を濃縮処理する汚泥処理設備にも本実施例
を適用できる。

【００７２】〔実施例７〕図１５は、浄水処理設備の構
成例で、沈殿上澄水（処理水）の濁度成分を目標値以下
に管理する凝集剤制御装置を設けている。実施例７の浄
水処理設備は流入原水中の微小な濁質粒子を凝集剤で凝
集沈殿して除去するもので、着水井１０１，混和池１０
２，フロック形成池１０３，沈殿池１０４，凝集剤タン
ク１１，凝集剤注入設備１２から構成されている。河川
や湖沼から取水した流入原水１１１は沈砂池（図示せ
ず）などで土砂や狭雑物が除去された後、着水井１０１
に流入する。着水井１０１では他の原水や後段設備から
の返送水と混合され、水質の安定化が図れる。混和池１
０２では、凝集剤２０が注入され、撹拌機１０６で凝集
剤を被処理水に均一に拡散させる。フロック形成池１０
３は、撹拌機１０７を緩やかに回転させ、微小濁質粒子
を凝集剤の作用で粗大な凝集塊（以下、フロックと称
す）とし、沈降しやすい状態にする。沈殿池１０４で
は、粗大化したフロックを沈殿除去し、清澄な上澄液を
形成させる。澄液は砂ろ過，殺菌処理などの工程を経
て、水道水となる。

【００７３】以下、計算機５０で実現される凝集剤制御
装置の構成と動作について説明する。着水井１０１に水
質計測器１２１を設置して濁度，ｐＨ，水温，アルカリ
度を計測し、それらの計測値Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，
ＡＬｉを計算機５０に入力する。また、リン濃度計４１
を設置し、溶解性リン濃度計測値ｐｉを計算機５０に入
力する。浄水処理の場合、流入原水１１１中の濁質粒子
はリンを殆ど含まない物質であるため、図１で説明した
濁質の前処理機能を持つ採水設備２１を設置しなくても
よい。しかし、取水源に生物が繁殖している、あるい
は、浄水処理の前段に生物処理を導入している場合は採
水設備２１を設置すれば、より正確な溶解性リン濃度を
計測できる。着水井１０１の流出水の流量Ｑｉを計測す
る流量計１２３を設け、その出力値Ｑｉを計算機５０に
入力する。

【００７４】これらの入力値に基づいて、計算機５０で
はリンによる凝集剤消費の影響を考慮するか否かを判定
し、考慮要と判定した場合に凝集剤注入量の補正量を演
算し、凝集剤注入設備１２を制御する。係数演算部６０
の比率演算部６２の演算機能は上記実施例と同じであ
る。消費比率演算部６７は、リン成分による凝集剤中の
金属塩消費割合ηｐを（２０）式から求める。

【００７５】 ηｐ＝Ｒｐ・Ｒ^Pc…（２０）ここで、Ｒｐ及びＰｃは係数で、各々０.２〜０.８，
０.１〜１.０の範囲で設定される。

【００７６】凝集剤量演算部７０では、まず、判定部７
１でリンによる凝集剤補正の可否を判定する。可否の判
定は、例えばηｐが設定値ηｍより大きい場合に補正要
とする。注入濃度演算部７３は、凝集剤補正否の場合、
Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉに基づいて予め設定さ
れた注入モデル：ｆ（Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬ
ｉ）で注入濃度Ｃａを演算する。補正要の場合は、リン
成分による凝集剤中の金属塩消費割合ηｐを考慮した
（２１）式で演算する。注入量演算部７４の演算機能は
上記実施例と同じである。凝集剤量制御装置２３は流量
計３４の計測値が演算出力値Ｇとなるように、凝集剤注
入設備１２を制御する。

【００７７】Ｃａ＝(１＋ηｐ)・ｆ(Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉ) …（２１）本実施例によれば、浄水処理において、凝集剤を消費す
る成分であるリンが流入しても、濁質粒子を適正に除去
する凝集剤注入制御が可能である。

【００７８】なお、本発明の実施例１〜５では嫌気−無
酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）を対象としたが、嫌気−好気
法（ＡＯ法），嫌気−好気−無酸素−好気法（ＡＯＡＯ
法）などの高度処理方式だけでなく、標準活性汚泥法や
活性汚泥循環変法にも適用可能である。また、膜処理を
利用した方式にも適用できる。凝集剤の注入位置は、生
物反応槽と沈殿池の間としているが、生物反応槽あるい
は沈殿池に注入しても同様の効果が期待できる。さら
に、リン及びアルカリ除去係数やリンの金属塩消費率は
指数式で表現したが、Ｒの２次式で表現することもでき
る。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、被処理水のリン濃度Ｐ
ｉとアルカリ度ＡＬｉの比から凝集剤の消費内訳を定量
化し、単位リン量を除去するための金属塩量変化に見合
って必要な凝集剤量を求めることができ、この演算値に
基づいて凝集剤注入量を制御することで、必要最小限の
凝集剤量で処理水のリン濃度を目標値以下に維持するこ
とができ、懸濁物生成量も抑制できるため、良好な処理
水質の運転管理を実現できる。また、本発明によれば、
被処理水のＰｉ／ＡＬｉ比に対応して単位金属塩量が除
去できるリン量及びアルカリ量が決まり、これらの値と
凝集剤注入量に基づいて生成される懸濁物量を精度良く
演算でき、懸濁物量を考慮した微生物管理を実現でき、
処理効率を低下させることのない適正な運転管理を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による凝集剤制御装置と汚泥
量制御装置を含む下水処理設備の構成図。

【図２】単位凝集剤量当たりの除去変化特性の試験結果
の一例を示すグラフ。

【図３】リン濃度とアルカリ度の試験結果の一例を示す
グラフ。

【図４】凝集剤注入量をモル比で表した試験結果の一例
を示すグラフ。

【図５】懸濁物生成量の計算値と実測値の試験結果の一
例を示すグラフ。

【図６】本発明による凝集剤注入制御方式の試験結果の
一例を示すグラフ。

【図７】注入濃度一定による凝集剤注入制御方式の試験
結果の一例を示すグラフ。

【図８】注入モル比一定による凝集剤注入制御方式の試
験結果の一例を示すグラフ。

【図９】実施例２による凝集剤制御装置と汚泥量制御装
置を含む下水処理設備の構成図。

【図１０】実施例３による凝集剤制御装置と汚泥量制御
装置を含む下水処理設備の構成図。

【図１１】ｐＨとアルカリ度の試験結果の一例を示すグ
ラフ。

【図１２】実施例４による凝集剤制御装置と汚泥量制御
装置を含む下水処理設備の構成図。

【図１３】実施例５による凝集剤制御装置と汚泥量制御
装置を含む下水処理設備の構成図。

【図１４】実施例６による凝集剤制御装置を含む下水処
理設備の構成図。

【図１５】実施例７による凝集剤制御装置を含む浄水処
理設備の構成図。

【符号の説明】

１…生物反応槽、１Ａ…嫌気槽、１Ｂ…無酸素槽、１Ｃ
…好気槽、２…最終沈殿池、３…凝集剤注入槽、７…汚
泥返送設備、８…汚泥排出設備、９…送風機、１０…循
環設備、１１…凝集剤タンク、１２…凝集剤注入設備、
２１…採水設備、２３…凝集剤量制御装置、２５…返送
量制御装置、２７…余剰量制御装置、３１，３２，３
３，３４…流量計、３９Ａ…空気量制御部、３９Ｂ…返
送量制御部、３９Ｃ…循環量制御部、４１…リン濃度
計、４２…アルカリ度計、４３，４４…汚泥濃度計、４
５…ｐＨ計、５０…計算機、５５…データベース、６０
…係数演算部、６１…濃度演算部、６２…比率演算部、
６３…除去係数演算部、６４…注入係数演算部、７０…
凝集剤量演算部、７１…判定部、７３…注入濃度演算
部、７４…注入量演算部、８０…汚泥量演算部、８２…
除去濃度演算部、８３…懸濁生成濃度演算部、８４…環
流懸濁物濃度演算部、８５…環流比率演算部、８６…活
性汚泥比率演算部、８７…流量演算部、８８…目標値記
憶部，９０…表示部、１０１…着水井、１０２…混和
池、１０３…フロック形成池、１０４…沈殿池、１２１
…水質計測器、１２３…流量計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原直樹茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者圓佛伊智朗茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内Ｆターム(参考） 4D062 BA21 BB05 CA02 EA03 EA06 EA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応
槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池
の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリ
ン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率と前記リン濃度
計測値に基づいて凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入
設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項２】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応
槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池
の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比
率、及び前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中の
リン濃度目標値に基づいて凝集剤注入量を求め、前記凝
集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制
御方法。
【請求項３】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応
槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池
の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率
に基づいて単位リン量を除去するのに必要な凝集剤量
（以下、注入係数）を求め、前記リン濃度計測値と予め
設定した処理水中のリン濃度目標値から除去リン濃度を
求め、該除去リン濃度と前記注入係数から凝集剤注入濃
度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により前
記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前
記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監
視制御方法。
【請求項４】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応
槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池
の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率
に基づいて単位凝集剤量が除去できるリン量（以下、リ
ン除去係数）を求め、前記リン濃度計測値と予め設定し
た処理水中のリン濃度目標値から除去リン濃度を求め、
該除去リン濃度と前記除去係数から凝集剤注入濃度を演
算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により前記目標
値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前記凝集
剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御
方法。
【請求項５】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応
槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池
の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率
に基づいて単位凝集剤量が除去するアルカリ成分量（以
下、アルカリ除去係数）と、凝集剤とアルカリ成分の反
応で生成される物質に除去されるリン量（以下、リン過
剰取込係数）を求め、該リン過剰取込係数と前記アルカ
リ除去係数からリン除去係数を演算し、前記リン濃度計
測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値から除去
リン濃度を求め、該除去リン濃度と前記リン除去係数か
ら凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流
量の積により前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注
入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴
とする水処理監視制御方法。
【請求項６】請求項３から５のいずれか１つにおいて前記処理水中のリン濃度計測値で前記リン注入係数、あ
るいは前記リン除去係数、あるいは前記リン過剰取込係
数を補正演算し、該補正演算値に基づいて前記処理水中
のリン目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求
め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水
処理監視制御方法。
【請求項７】被処理水に凝集剤を注入する設備を有する
水処理プロセスにおいて、前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の
比率に基づいて前記リン濃度計測値、あるいは前記リン
濃度計測値と予め設定した前記処理水中のリン濃度目標
値との偏差量をゼロとするのに必要な凝集剤注入濃度を
演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により凝集剤
注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特
徴とする水処理監視制御方法。
【請求項８】生物反応槽と沈殿池、及び前記沈殿池で沈
殿した生物を引抜いて濃縮する設備を有し、前記濃縮設
備の前段あるいは前記濃縮設備あるいは前記濃縮設備の
後段に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおい
て、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率
に基づいて前記リン濃度計測値、あるいは前記リン濃度
計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏
差量をゼロとするのに必要な凝集剤注入濃度を演算し、
該注入濃度と前記処理水流量の積により凝集剤注入量を
求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする
水処理監視制御方法。
【請求項９】凝集反応槽と沈殿池、及び前記凝集反応槽
に凝集剤を注入する設備を具備し、前記凝集反応槽の被
処理水中の水質に基づいて凝集剤注入量を設定する水処
理プロセスにおいて、前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の
比率あるいは前記リン濃度計測値で前記凝集剤注入量を
補正し、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とす
る水処理監視制御方法。
【請求項１０】請求項３から９のいずれか１つにおい
て、被処理水中のｐＨ計測値からアルカリ度を予測し、該ア
ルカリ度予測値を前記アルカリ度計測値として前記リン
濃度計測値との比率を求め、該比率に基づいて前記凝集
剤注入量を演算し、前記凝集剤注入設備を制御すること
を特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項１１】請求項２から１０のいずれか１つにおい
て、前記被処理水中のリン濃度計測値が予め設定されている
目標値を越えた場合に前記被処理水中のリン濃度計測値
とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤注入量を求
め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水
処理監視制御方法。
【請求項１２】請求項１から６のいずれか１つにおい
て、前記被処理水中のリン濃度計測値Ｐｉとアルカリ度計測
値ＡＬｉの比率と前記凝集剤注入濃度に基づいて凝集剤
中の金属塩で形成される懸濁物濃度ΔＳａと、前記沈殿
池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送汚泥（以下、
返送汚泥）と前記水処理プロセス外に排出する余剰汚泥
（以下、余剰汚泥）の流量から返送比率αを求め、該返
送比率αと前記懸濁物濃度ΔＳａにより前記水処理プロ
セス内を循環する懸濁物濃度Ｓａを演算し、該懸濁物濃
度Ｓａで前記生物反応槽の混合液、あるいは前記沈殿池
引抜き汚泥中の懸濁物濃度ＴＳＳを補正した微生物濃度
を用いて前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくと
も一方を制御することを特徴とする水処理監視制御方
法。
【請求項１３】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反
応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿
池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備におい
て、前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリ
ン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位
リン量を除去するのに必要な凝集剤量（以下、リン注入
係数）あるいは単位凝集剤量が除去できるリン量(以
下、リン除去係数)を求める第１演算手段と、前記リン
濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値と
の偏差量を出力し、さらに該偏差量から前記生物反応槽
のリン除去能力を判定する判定手段と、前記演算手段の
注入係数あるいは除去係数と、前記判定手段からの前記
偏差量に基づいて前記目標値を維持するのに必要な凝集
剤注入量を求める第２演算手段を設け、前記判定手段でリン除去能力が不良と判定されたとき
に、前記第２演算手段からの凝集剤注入量の出力信号に
対応して前記凝集剤注入設備を操作する制御手段を備え
たことを特徴とする水処理監視制御装置。
【請求項１４】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反
応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿
池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備におい
て、前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリ
ン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位
凝集剤量が除去できるリン量（以下、リン除去係数）と
アルカリ成分量（以下、アルカリ除去係数）を求める第
１演算手段と、前記凝集剤注入設備から供給される被処
理水流量当たりの凝集剤注入量と前記第１演算手段から
の出力信号と前記リン及びアルカリ度計測値から凝集剤
によって生成される懸濁物濃度を求める第２演算手段
と、前記沈殿池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送
汚泥（以下、返送汚泥）と前記水処理プロセス外に排出
する余剰汚泥（以下、余剰汚泥）の流量から返送比率を
求め、該返送比率と前記第２演算手段からの懸濁物濃度
により前記水処理設備内を循環する懸濁物濃度を求める
第３演算手段とを設け、該第３演算手段からの循環懸濁物濃度で前記生物反応
槽、あるいは前記返送汚泥中の微生物濃度を補正して前
記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方を制
御する制御手段を備えたことを特徴とする水処理監視制
御装置。
【請求項１５】請求項１３又は１４において、被処理水中のｐＨ計測値からアルカリ度を予測し、該ア
ルカリ度予測値を前記アルカリ度計測値として前記リン
濃度計測値との比率を求める演算手段を設け、該演算手段からの前記比率に基づいて求めた前記凝集剤
注入量に対応して前記凝集剤注入設備を操作する制御手
段を備えたことを特徴とする水処理監視制御装置。
【請求項１６】生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反
応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿
池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備におい
て、前記被処理水中のリン濃度とアルカリ度を計測する計測
手段と、該計測手段より出力されたリン濃度計測値とア
ルカリ度計測値から両者の比率と、該比率に基づいてリ
ン除去係数とアルカリ除去係数を求め、該除去係数と該
除去係数を用いて求めた凝集剤注入量から処理水中のリ
ン濃度とアルカリ度及び懸濁物濃度を算出する演算手段
を設け、該演算手段からの出力信号に対応して前記凝集剤注入設
備を操作するとともに、前記演算手段の演算結果を出力
する表示手段を設けたことを特徴とする水処理監視制御
装置。