JP2016159277A - 曝気風量制御装置及び曝気風量制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】処理水の水質を良好な状態に維持できる曝気風量制御装置及び曝気風量制御システムを提供することである。
【解決手段】実施形態の曝気風量制御装置は、第１風量制御部と、第２風量制御部と、を持つ。第１風量制御部は、好気槽内に配設された第１曝気部の風量を制御する。第２風量制御部は、前記好気槽内において、前記第１曝気部よりも下流側に配設された第２曝気部の風量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、曝気風量制御装置及び曝気風量制御システムに関する。

生活排水や産業排水等を活性汚泥法により浄化する排水処理システムにおいて、曝気風量の調整を行う曝気風量制御システムが知られている。この種の曝気風量制御システムは、微生物により被処理水の処理を行う好気槽と、好気槽内に空気を供給する曝気部と、曝気部から供給される空気の流量（風量）を制御する風量制御部と、を有している。風量制御部では、好気槽内に流入する原水の水質等に基づいて風量を制御するフィードフォワード制御や、好気槽内の処理水の水質、好気槽から流出する処理水の水質等に基づいて風量を制御するフィードバック制御が用いられている。

ところで、曝気風量制御システムにおいて、産業排水のように汚濁物質の濃度が高く、水質（BOD（Biochemical oxygen demand）等）の変動が大きい場合、処理水の水質を良好な状態に維持する点で、未だ改善の余地があった。

具体的に、好気槽内では、有機物負荷量（汚濁負荷量）が高い上流部分において必要な酸素量が多く、汚濁負荷量が低い下流部分において必要な酸素量が少ない。この場合、上述したフィードフォワード制御では、好気槽内に流入する原水の水質等に基づいて好気槽内に供給される風量が制御されるため、下流部分で過曝気となる可能性があった。過曝気になると、好気槽内でフロックの解体を引き起こし、処理水の水質悪化に繋がるおそれがある。
一方、上述したフィードバック制御では、好気槽以降の処理水の水質等に基づいて好気槽内に供給される風量が制御されるため、上流部分での溶存酸素濃度が低下し、嫌気化する可能性があった。この場合には、有機物の除去や微生物の増殖に影響が及び、処理水の水質悪化に繋がるおそれがある。

特開２０１３−３４９６６号公報 特開２００５−１９９１１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、処理水の水質を良好な状態に維持できる曝気風量制御装置及び曝気風量制御システムを提供することである。

実施形態の曝気風量制御装置は、第１風量制御部と、第２風量制御部と、を持つ。第１風量制御部は、好気槽内に配設された第１曝気部の風量を制御する。第２風量制御部は、前記好気槽内において、前記第１曝気部よりも下流側に配設された第２曝気部の風量を制御する。

第１の実施形態における曝気風量制御システムの構成図。 第２の実施形態における曝気風量制御システムの構成図。 第３の実施形態における曝気風量制御システムの構成図。 第４の実施形態における曝気風量制御システムの構成図。

以下、実施形態の曝気風量制御装置及び曝気風量制御システムを、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、曝気風量制御システム１は、微生物により被処理水の処理を行う好気槽１１と、好気槽１１内に空気を供給する曝気ユニット１２と、曝気ユニット１２から供給される風量を制御する曝気風量制御装置１３と、を備えている。

好気槽１１内では、微生物による酸化分解作用を利用して処理水が浄化処理される。好気槽１１には、排水設備等の排水源から供給される原水が流通する原水流入管２１が接続される一方、好気槽１１内で浄化処理された処理水を下流設備に供給する処理水流出管２２が接続されている。

原水流入管２１には、好気槽１１内に流入する原水の水質を計測する原水用水質計器２３が接続されている。本実施形態において、原水用水質計器２３には、BOD計、COD（Chemical oxygen demand）計、全有機炭素計、溶存酸素濃度計、アンモニア態窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、濁度計のうち、少なくとも何れかが用いられている。
なお、原水流入管２１には、原水流入管２１内を流通する原水の流量を計測する図示しない流量計が接続されている。

好気槽１１内には、好気槽１１内の処理水の水質を計測する処理水用水質計器２４が配設されている。本実施形態において、処理水用水質計器２４には、COD計、全有機炭素計、溶存酸素濃度計、酸化還元電位計、アンモニア態窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、濁度計のうち、少なくとも何れかが用いられている。

曝気ユニット１２は、好気槽１１内に空気を供給する第１曝気部３１及び第２曝気部３２と、各曝気部３１，３２に向けて空気を圧送するブロワ３３と、各曝気部３１，３２とブロワ３３間を接続する供給配管３４と、を備えている。

第１曝気部３１は、好気槽１１の底部において、処理水の流通方向における上流部分（前段部分）に浸漬されている。第１曝気部３１は、ブロワ３３から圧送される空気を好気槽１１の底部から処理水中に吹き込む。
第２曝気部３２は、好気槽１１の底部において、処理水の流通方向における第１曝気部３１よりも下流部分（後段部分）に浸漬されている。

供給配管３４は、ブロワ３３に接続された主配管３５と、主配管３５から二又に分岐し、各曝気部３１，３２に各別に接続された第１分岐配管３６及び第２分岐配管３７と、を有している。
第１分岐配管３６上には、第１曝気部３１から好気槽１１内に供給される風量を調整する第１調整弁４１が配設されている。第１調整弁４１は、曝気風量制御装置１３の後述する第１風量制御部５１によって開度が調整される。
また、第１分岐配管３６上において、第１調整弁４１より下流側に位置する部分には、第１分岐配管３６内の風量（第１曝気部３１から好気槽１１内に供給される風量）を計測する第１風量計４２が接続されている。

第２分岐配管３７上には、第２曝気部３２から好気槽１１内に供給される風量を調整する第２調整弁４３が配設されている。第２調整弁４３は、曝気風量制御装置１３の後述する第２風量制御部５２によって開度が調整される。
また、第２分岐配管３７上において、第２調整弁４３より下流側に位置する部分には、第２分岐配管３７内の風量（第２曝気部３２から好気槽１１内に供給される風量）を計測する第２風量計４４が接続されている。

曝気風量制御装置１３は、第１曝気部３１から供給される風量を制御する第１風量制御部５１と、第２曝気部３２から供給される風量を制御する第２風量制御部５２と、を備えている。

第１風量制御部５１は、空気倍率と、好気槽１１内に流入する原水の水質と、に基づいて第１曝気部３１の風量をフィードフォワード制御する（空気倍率一定制御）。具体的に、第１風量制御部５１は、倍率設定部６１、第１風量演算部６２及び第１風量調整部６３を主に備えている。

第１風量演算部６２は、原水用水質計器２３で計測される原水計測値と、流量計で計測される原水流量と、に基づいて汚濁負荷量（有機物負荷量）を算出する。そして、第１風量演算部６２は、上述した汚濁負荷量に、倍率設定部６１で設定される空気倍率を乗じて、第１曝気部３１から供給する風量（風量設定値）を演算する。
第１風量調整部６３は、第１風量演算部６２で演算された風量設定値と、第１風量計４２で計測される風量計測値と、に基づいて第１調整弁４１の開度設定値を生成する。具体的に、開度設定値は、風量計測値と風量設定値との偏差がゼロとなる値に設定される。

第２風量制御部５２は、好気槽１１から流出する処理水の水質の目標値と、好気槽１１内の処理水の水質（処理水計測値）と、に基づいて第２曝気部３２の風量をフィードバック制御する（DO一定制御）。具体的に、第２風量制御部５２は、目標設定部６４、第２風量演算部６５及び第２風量調整部６６を主に備えている。

目標設定部６４は、好気槽１１から流出する処理水の水質の目標値を設定する。
第２風量演算部６５は、処理水用水質計器２４で計測される処理水計測値と、目標設定部６４で設定された目標値と、に基づいて第２曝気部３２から供給する風量（風量設定値）を演算する。具体的に、第２風量演算部６５は、処理水計測値と目標値との偏差がゼロとなるように、風量設定値を演算する。

第２風量調整部６６は、第２風量演算部６５で演算された風量設定値と、第２風量計４４で計測される風量計測値と、に基づいて第２調整弁４３の開度設定値を生成する。具体的に、開度設定値は、風量計測値と風量設定値との偏差がゼロとなる値に設定される。

次に、上述した曝気風量制御システム１の作用を説明する。なお、以下の説明では、第１風量制御部５１の目標設定部６４には予め所定の空気倍率が入力されているものとする。
曝気風量制御システム１では、原水流入管２１を通して好気槽１１内に原水が流入する。好気槽１１では、各曝気部３１，３２から吹き込まれた空気が気泡となって処理水中を上昇する。これにより、好気槽１１内の処理水が曝気されることで、処理水の撹拌が行われるとともに、微生物の増殖に必要な酸素が処理水に供給される。その結果、好気槽１１内での有機物等の汚濁物質の沈殿を抑制した上で、処理水が浄化処理される。そして、好気槽１１内の処理水は、浄化処理されながら下流側に向けて流通し、処理水流出管２２を通して下流設備に供給される。

ここで、曝気風量制御システム１では、処理水が好気槽１１内で浄化処理される過程において、各風量制御部５１，５２によって各曝気部３１，３２から供給される風量がそれぞれ制御されている。具体的に、原水流入管２１内を流通する原水は、原水用水質計器２３によって原水計測値が計測されるとともに、流量計によって原水流量が計測される。これら原水計測値及び原水流量は、第１風量演算部６２に出力される。

第１風量演算部６２は、原水計測値及び原水流量を受信すると、これら原水計測値及び原水流量に基づいて汚濁負荷量を算出する。そして、第１風量演算部６２は、算出した汚濁負荷量に倍率設定部６１で設定される空気倍率を乗じて風量設定値を演算し、この風量設定値を第１風量調整部６３に向けて出力する。

第１風量調整部６３は、第１風量演算部６２から風量設定値を受信すると、この風量設定値と、第１風量計４２で計測される風量計測値と、に基づいて第１調整弁４１の開度設定値を生成する。その後、第１風量調整部６３は、生成した開度設定値を第１調整弁４１に向けて出力する。その結果、風量調整部６３から受信する開度設定値に基づいて第１調整弁４１の開度が調整される。

一方、好気槽１１の下流部分において、処理水の水質が処理水用水質計器２４で計測されると、計測された処理水計測値が第２風量演算部６５に出力される。すると、第２風量演算部６５は、目標設定部６４で設定される目標値と、処理水用水質計器２４から出力される処理水計測値と、に基づいて風量設定値を演算し、この風量設定値を風量調整部６６に向けて出力する。

第２風量調整部６６は、第２風量演算部６５から風量設定値を受信すると、この風量設定値と、第２風量計４４で計測される風量計測値と、に基づいて第２調整弁４３の開度設定値を生成する。その後、第２風量調整部６６は、生成した開度設定値を第２調整弁４３に向けて出力する。その結果、第２風量調整部６６から受信する開度設定値に基づいて第２調整弁４３の開度が調整される。

そして、ブロワ３３から圧送される空気は、主配管３５を流通した後、各分岐配管３６，３７に分流される。各分岐配管３６のうち、第１分岐配管３６を流通する空気は、第１調整弁４１を通過した後、第１曝気部３１から好気槽１１内に供給される。
一方、各分岐配管３７のうち、第２分岐配管３７を流通する空気は、第２調整弁４３を通過した後、第２曝気部３２から好気槽１１内に供給される。これにより、各調整弁４１，４２の開度に応じた風量の空気が各曝気部３１，３２から好気槽１１内に供給される。

このように、本実施形態では、第１曝気部３１の風量を制御する第１風量制御部５１と、第２曝気部３２の風量を制御する第２風量制御部５２と、を備える構成とした。
この構成によれば、各曝気部３１，３２の風量をそれぞれ独立して制御できるため、好気槽１１の上流部分及び下流部分の水質に応じた最適な風量（酸素量）を好気槽１１内に供給できる。そのため、産業排水のように汚濁物質の濃度が高く、水質の変動が大きい場合であっても、過曝気の発生や溶存酸素濃度の低下を抑え、好気槽１１から流出する処理水の水質を良好な状態に維持できる。また、過曝気の発生を抑えることで、ランニングコストの削減も図ることができる。

また、第１風量制御部５１が好気槽１１よりも上流側の原水の水質に応じて風量をフィードフォワード制御するため、対象となる原水が好気槽１１内に流入する前に、第１曝気部３１の風量を対象となる原水の水質に応じて調整できる。しかも、原水流入管２１に接続された原水用水質計器２３の原水計測値に基づいて風量を制御するため、好気槽１１の直前の原水の水質に応じて風量を柔軟に制御できる。これにより、過曝気の発生を確実に抑えることができる。
さらに、第２風量制御部５２が好気槽１１内の処理水の水質に応じて風量をフィードバック制御するため、好気槽１１内での処理状況に応じて第２曝気部３２の風量を速やかに調整できる。
したがって、好気槽１１から流出する処理水の水質を良好な状態に維持できる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、原水用水質計器２３から出力される原水計測値に代えて、排水源の運転情報出力部１００から出力される運転情報に基づいて第１曝気部３１の風量を制御する点で、上述した第１の実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第１の実施形態と対応する構成については同一の符号を付している。
図２に示す運転情報出力部１００は、原水の種類を判別可能な情報を運転情報として第１風量演算部６２に出力する。なお、運転情報は、例えば複数の排水源からそれぞれ異種類の原水が排出される場合には、各排水源の設備スイッチの動作信号や、各排水源から原水流入管２１に原水を圧送するためポンプの動作信号等を用いることができる。また、一の排水源から異種類の原水が排出される場合には、排水源に投入される各種原料の供給源の動作スイッチ等を運転情報として用いることができる。

第１風量演算部６２は、運転情報出力部１００から出力される運転情報と、運転情報から判別される原水を浄化するために必要な風量と、の相関表に基づき、倍率設定部６１から空気倍率を取得する。そして、第１風量演算部６２は、流量計で計測される原水流量に空気倍率を乗じ、第１曝気部３１から供給する風量設定値を演算する。

このように、本実施形態では、原水用水質計器２３を用いる必要がないため、原水用水質計器２３の故障や汚れの付着等によって計測値の精度が低下したり、異常信号が出力されたりするのを解決し、動作信頼性を向上できる。また、メンテナンス性の向上も図ることができる。
また、排水源の運転情報を受信することで、原水用水質計器２３により原水流入管２１内の原水計測値を受信する場合に比べて、第１風量演算部６２での演算を早く行うことができる。そのため、対象となる原水が好気槽１１内に流入する前に、第１曝気部３１の風量を確実に調整できる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、図３に示すように、原水用水質計器２３からの原水計測値、及び運転情報出力部１００からの運転情報のうち、少なくとも一方の情報を用いて第１曝気部３１の風量を制御する。この場合、計測値及び運転情報のうち、何れかの情報を優先して風量を演算してもよく、計測値及び運転情報の双方の情報を連動させて風量を演算しても構わない。

この構成によれば、仮に何れか一方の情報が欠落した場合には、他方の情報のみを用いて第１曝気部３１の風量を制御することができる。これにより、動作信頼性の更なる向上を図ることができる。
また、排水源の運転状態が急変する等、運転情報と原水計測値との間に時間差が生じる場合には、運転情報を用いて風量を演算する等して、対象となる原水が好気槽１１内に流入する前に、第１曝気部３１の風量を確実に調整できる。そして、定められた時間内に原水用水質計器２３の原水計測値が追従することを確認できる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、第２風量計４４の風量計測値に基づいて第１曝気部３１の風量を補正する補正係数演算部１１０を備えている点で、上述した実施形態と相違している。
図４に示すように、補正係数演算部１１０には、第２風量計４４による風量計測値が第２曝気部３２の風量下限値以下または風量上限値以下であるか否かを判定する。なお、風量下限値は、第２調整弁４３の調整可能範囲であって、例えば好気槽１１内の撹拌が停止するおそれがある風量に設定されている。一方、風量上限値は、第２曝気部３２や第２調整弁４３等への負荷増大や過曝気になるおそれがある風量に設定されている。

補正係数演算部１１０は、第２風量計４４による風量計測値が風量下限値以下であると判定した場合、第１風量演算部６２に向けて下限補正信号を出力する。一方、補正係数演算部１１０は、第２風量計４４による風量計測値が風量上限値以上であると判定した場合、第１風量演算部６２に向けて上限補正信号を出力する。

このような構成において、補正係数演算部１１０から補正信号を受信しない場合は、上述した実施形態と同様の方法により第１曝気部３１の風量を制御する。
一方、補正係数演算部１１０から補正信号を受信した場合は、第１風量演算部６２において倍率設定部６１から受信した空気倍率を補正して補正倍率を生成する。すなわち、下限補正信号を受信した場合には空気倍率を小さくする補正を行い、上限補正信号を受信した場合には空気倍率を大きくする補正を行う。そして、第１風量演算部６２は、運転情報及び原水計測値（汚濁負荷量）の少なくとも一方の情報と、補正倍率と、に基づいて風量設定値を演算する。

本実施形態によれば、第２曝気部３２の風量に基づいて第１曝気部３１の風量を補正することで、好気槽１１内の上流部分と下流部分で風量のバランスを調整できる。そのため、一方の曝気部３１，３２側のみに大きな負荷が掛かるのを抑制し、耐久性を向上させることができる。

また、第２風量計４４の風量計測値が風量下限値以下の場合は、第１曝気部３１側での風量低下に伴って第２曝気部３２の風量が増加することになる。そのため、好気槽１１の下流部分において好気槽１１内を確実に撹拌でき、好気槽１１から流出する処理水の水質を良好な状態に維持できる。
一方、第２風量計４４の風量計測値が風量上限値以上の場合は、第１曝気部３１側での風量増加に伴って第２曝気部３２の風量が低下することになる。そのため、好気槽１１の下流部分において過曝気や第２曝気部３２や第２調整弁４３等への負荷増大を抑制できる。

なお、上述した実施形態では、原水用水質計器２３が原水流入管２１に接続された構成について説明したが、これに限らず、排水源に接続しても構わない。
また、上述した実施形態では、処理水用水質計器２４が処理水流出管２２に接続された構成について説明したが、これに限らず、好気槽１１内の下流部分に配設しても構わない。

さらに、上述した実施形態では、一のブロワ３３に対して調整弁４１，４２の開度を調整することで、各曝気部３１，３２の風量を調整する構成について説明したが、これに限られない。各曝気部３１，３２に対してそれぞれブロワ３３を接続し、風量調整部６３，６６によってブロワ３３の出力を調整することで、各曝気部３１，３２の風量を調整しても構わない。
また、上述した実施形態では、風量制御部において水質の値から空気風量の目標値を与える方法を説明したが、水質の測定値そのものを目標値として調整弁の開度を調整しても構わない。
また、上述した実施形態では、風量制御部５１，５２を２つ設ける構成について説明したが、３つ以上の複数設けても構わない。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、各曝気部の風量を第１風量制御部及び第２風量制御部によってそれぞれ独立して制御できるため、好気槽の上流部分及び下流部分の水質に応じた最適な風量を好気槽内に供給できる。そのため、産業排水のように汚濁物質の濃度が高く、水質の変動が大きい場合であっても、過曝気の発生や溶存酸素濃度の低下を抑え、好気槽から流出する処理水の水質を良好な状態に維持できる。また、過曝気の発生を抑えることで、ランニングコストの削減も図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…曝気風量制御システム、１１…好気槽、１３…曝気風量制御装置、２３…原水用水質計器、２４…処理水用水質計器、３１…第１曝気部、３２…第２曝気部、５１…第１風量制御部、５２…第２風量制御部、１１０…補正係数演算部

Claims (7)

1. 好気槽内に配設された第１曝気部の風量を制御する第１風量制御部と、
   前記好気槽内において、前記第１曝気部よりも下流側に配設された第２曝気部の風量を制御する第２風量制御部と、を備えている、
   曝気風量制御装置。
2. 前記第１風量制御部は、
   前記好気槽よりも上流側に設けられた原水用水質計器の計測値に基づいて前記第１曝気部の風量をフィードフォワード制御する、
   請求項１記載の曝気風量制御装置。
3. 前記第１風量制御部は、前記好気槽の上流側に設けられた原水の排水源の運転情報に基づいて前記第１曝気部の風量をフィードフォワード制御する、
   請求項１または請求項２記載の曝気風量制御装置。
4. 前記第２風量制御部は、前記好気槽内または前記好気槽よりも下流側に設けられた処理水用水質計器の計測値に基づいて前記第２曝気部の風量をフィードバック制御する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の曝気風量制御装置。
5. 前記第２曝気部の風量が下限値以下であるか否かを判定する補正係数演算部を備え、
   前記第１風量制御部は、前記補正係数演算部により前記第２曝気部の風量が下限値以下であると判定された場合に、前記第１曝気部の風量を減少させる、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の曝気風量制御装置。
6. 前記第２曝気部の風量が上限値以上であるか否かを判定する補正係数演算部を備え、
   前記第１風量制御部は、前記補正係数演算部により前記第２曝気部の風量が上限値以上であると判定された場合に、前記第１曝気部の風量を増加させる、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の曝気風量制御装置。
7. 好気槽と、
   前記好気槽内に配設された第１曝気部と、
   前記好気槽内において前記第１曝気部よりも下流側に配設された第２曝気部と、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載された曝気風量制御装置と、を備えている、
   曝気風量制御システム。

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