JP2018118184A - 水処理制御装置及び水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】
下水（被処理水）の流入流量が急激に増加するような場合であっても、生物処理量を最大限確保しつつ、活性汚泥の流出を抑制し得る水処理制御装置及び水処理システムを提供する。
【解決手段】
水処理システム１は、最初沈殿池４から流入する被処理水を活性汚泥により処理する反応槽５、最終沈殿池６、第１接続配管１６より分岐し簡易処理水を放流するためのバイパス配管１９、及び流量調整弁９を有する水処理装置２と、反応槽５へ流入する被処理水の流量を計測する流量計１１と、反応槽５内の活性汚泥濃度を計測するＭＬＳＳ計１２と、ＭＬＳＳ計１２により計測される活性汚泥濃度計測値に基づき、反応槽５へ流入する被処理水の流量上限値を算出する流量上限値算出部３２と、流量上限値を超過せぬよう流量調整弁９の開度を制御する流量調整弁開度制御部３３を有する水処理制御装置２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、活性汚泥（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ）を用いた水処理装置を制御する水処理制御装置及び水処理システムに関する。

下水処理場では、一般的に以下の手順で下水を処理している。まず、沈砂池・最初沈殿池にて固形分を除去した後、生物反応槽にて、曝気により微生物（活性汚泥）に酸素を供給して、下水中の有機物や窒素、リンを除去する。その後、最終沈殿池にて活性汚泥を沈降分離させ、その上澄み水を放流水として公共用水域へ放流する。最終沈殿池にて沈降分離した活性汚泥は生物反応槽へと返送され、再び下水処理に利用される。
下水と雨水を同一の管で処理場へと集約する合流式下水道では、一般的に最大計画汚水量を超える流入下水は、簡易処理として最初沈殿池における固形分の除去、そしてその後の消毒処理を経て、公共用水域へと放流される。簡易処理では、従来の生物処理がなされないため、放流先への環境負荷を低減するためには、簡易処理量を減らし、生物処理量を増加させることが望ましい。

一方、生物処理量、すなわち生物反応槽への流入流量を増加させた場合、最終沈殿池での滞留時間が短縮され、活性汚泥の重力沈降が不十分となり、放流水中へ活性汚泥が流出する可能性がある。活性汚泥の流出は、公共用水域への環境負荷の増大を招くと共に、その後の処理機能の低下を引き起こす。

このような課題に対応すべく、例えば特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１では、増水時、好気的生物処理槽へ流入する原水が生物処理槽の設計処理流量を５０％超えた場合に、直列に接続された生物処理槽のうち最後段の生物処理槽の溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上０．４ｍｇ／Ｌ以下となるよう曝気量を減少させることで、生物処理槽から最終沈殿池へ流出する活性汚泥量を抑制し、最終沈殿池から流出する処理水（上澄み水）の水質の回復を早めることを可能とする構成が開示されている。

特許第５３１５１１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される構成では、好気槽内の溶存酸素濃度が所定の範囲となるよう、曝気風量を調整する構成であるため、好気槽内の活性汚泥の沈降の程度を正確に把握することは困難である。よって、このような溶存酸素濃度に基づく曝気風量の調整では、好気槽での活性汚泥の沈降が想定よりも少なく、放流水中に活性汚泥が流出する虞がある。
そこで、本発明は、下水（被処理水）の流入流量が急激に増加するような場合であっても、生物処理量を最大限確保しつつ、活性汚泥の流出を抑制し得る水処理制御装置及び水処理システムを提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係る水処理制御装置は、少なくとも、最初沈殿池から第１接続配管を介して流入する被処理水を活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽から第２接続配管を介して流入する上澄み液に含まれる活性汚泥を沈降分離する最終沈殿池と、前記第１接続配管より分岐し最初沈殿池から流入する被処理水を簡易処理水として放流するためのバイパス配管と、バイパス配管の分岐部より下流側であって前記第１接続配管に設置される流量調整弁と、を有する水処理装置を制御する水処理制御装置であって、ＭＬＳＳ計により計測される前記反応槽内の活性汚泥濃度計測値に基づき、前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値を算出する流量上限値算出部と、前記流量上限値を超過せぬよう前記流量調整弁の開度を制御する流量調整弁開度制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る水処理システムは、（１）少なくとも、最初沈殿池から第１接続配管を介して流入する被処理水を活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽から第２接続配管を介して流入する上澄み液に含まれる活性汚泥を沈降分離する最終沈殿池と、前記第１接続配管より分岐し最初沈殿池から流入する被処理水を簡易処理水として放流するためのバイパス配管と、バイパス配管の分岐部より下流側であって前記第１接続配管に設置される流量調整弁と、を有する水処理装置と、（２）前記第１接続配管に設置され、前記反応槽へ流入する被処理水の流量を計測する流量計と、（３）前記反応槽内の活性汚泥濃度を計測するＭＬＳＳ計と、（４）前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値に基づき、前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値を算出する流量上限値算出部と、前記流量上限値を超過せぬよう前記流量調整弁の開度を制御する流量調整弁開度制御部を有する水処理制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、下水（被処理水）の流入流量が急激に増加するような場合であっても、生物処理量を最大限確保しつつ、活性汚泥の流出を抑制し得る水処理制御装置及び水処理システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の水処理システムの概略全体構成図である。 図１に示す水処理制御装置の機能ブロック図である。 活性汚泥の汚泥沈降モデルであって、処理水の活性汚泥濃度と最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷との関係を示す概念図である。 図１に示す水処理装置の変形例であって、水処理システムの概略全体構成図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の水処理システムの概略全体構成図である。 図５に示す水処理制御装置の機能ブロック図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１に、本発明の一実施例に係る実施例１の水処理システムの概略全体構成図を示す。図１において、実線は配管を示し、点線は信号線を示している。本実施例に係る水処理システム１は、生活廃水又は工業用排水等の下水（被処理水）を、標準活性汚泥法において、活性汚泥を用いて有機物等を除去する水処理装置２及び、水処理制御装置３を備える。

（水処理装置の構成）
図１に示すように、水処理装置２は、被処理水である下水の流入側より順に、最初沈殿池４、好気槽（反応槽）５及び最終沈殿池６を備える。好気槽（反応槽）５は、図１に示すように４段又は４槽直列に設けられており、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５にはＭＬＳＳ計１２が設置されている。なお、以下では、好気槽（反応槽）５が４槽直列に設けられる場合を一例として示すが、槽数はこれに限られるものではなく適宜設定されるものである。

なお、最下流側の好気槽（反応槽）５に設置されるＭＬＳＳ計１２は、好気槽（反応槽）５内の活性汚泥浮遊物質（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ：ＭＬＳＳ）、すなわち、好気槽（反応槽）５内の活性汚泥量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＭＬＳＳ濃度として計測するための計測装置である。

最初沈殿池４には、例えば、図示しない沈砂池より流入配管１５を介して被処理水である下水が流入し、最初沈殿池４内で下水（被処理水）に含まれる固形分が重力沈降により沈降分離される。なお、雨天時など最初沈殿池４からの流出水の流量が増加した場合は、好気槽（反応槽）５を経ずに簡易処理後の簡易処理水をバイパス配管１９へ移送し、最初沈殿池４からの流出水の一部は系外に放流される。ここで、簡易処理水とは、沈砂池（図示せず）及び最初沈殿池４により流入下水（被処理水）中の固形分を重力沈降により除去した後の流出水の一部である。図１に示すように、バイパス配管１９は、最初沈殿池４と最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５とを接続する第１接続配管１６より分岐している。このバイパス配管１９の分岐部より下流側の第１接続配管１６には、流量調整弁９及び流量計１１が設置されている。流量計１１は、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量を計測する。
また、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５には、第１接続配管１６を介して最初沈殿池４からの上澄み液である下水（被処理水）が流入すると共に、返送ポンプ１０が設置された返送汚泥配管２１を介して最終沈殿池６より返送汚泥（活性汚泥２０）が流入し、活性汚泥中の硝化細菌により、アンモニア性窒素(ＮＨ_４−Ｎ)を硝酸性窒素(ＮＯ_３−Ｎ)へ酸化する硝化が行われる。また、好気性従属栄養細菌による有機物酸化が行われる。
最終沈殿池６は、第２接続配管１７を介して最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５から流入する生物処理後の被処理水である下水を、上澄み液と活性汚泥２０とに重力沈降により沈降分離する設備である。沈降分離後の上澄み液は、処理水として流出配管１８により系外に放流される。

図１に示すように、好気槽（反応槽）５に設けられる複数の散気部７は、散気配管２２を介してブロワ８に接続され、好気槽（反応槽）５に空気が供給される。
流量計１１により計測される最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量、すなわち、流入下水流量計測値は、信号線を介して水処理制御装置３へ出力される。また、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５に設置されるＭＬＳＳ計１２により計測されるＭＬＳＳ濃度計測値は、信号線を介して水処理制御装置３へ出力される。

（水処理制御装置）
図２は、図１に水処理制御装置３の機能ブロック図である。図２に示すように、水処理制御装置３は、活性汚泥濃度推定部３１、流量上限値算出部３２、流量調整弁開度制御部３３、計測値取得部３４、少なくとも予め設定される処理水の活性汚泥濃度上限値及び詳細後述する汚泥流出濃度推定関数としての活性汚泥の汚泥沈降モデル等を含む情報を格納する記憶部３５、通信Ｉ／Ｆ３６、入力Ｉ／Ｆ３７、及び出力Ｉ／Ｆ３８を備え、これらは相互に内部バス４１を介して接続されている。また、入力Ｉ／Ｆ３７は入力部３８に接続され、入力部３８を介して入力される流出配管１８を介して放流される処理水の活性汚泥濃度の上限値及び各種設定値を取り込む。出力Ｉ／Ｆ３８は表示部４０に接続され、表示部４０は画面上に例えば、各種設定値、好気槽（反応槽）５へ流入する下水の流量上限値、処理水の汚泥濃度の予測値等を画面上に表示する。

計測値取得部３４は、流量計１１により計測される、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水の計測値である流入下水流量計測値を、通信Ｉ／Ｆ３６及び内部バス４１を介して取得する。また、計測値取得部３４は、ＭＬＳＳ計１２により計測される、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値を、通信Ｉ／Ｆ３６及び内部バス４１を介して取得する。計測値取得部３４は、取得された流入下水流量計測値及びＭＬＳＳ濃度計測値に対し、例えば、ノイズ除去等の処理を施し内部バス４１を介して活性汚泥濃度推定部３１及び流量上限値算出部３２へ転送すると共に、記憶部３５の所定の記憶領域に格納する。なお、図２では、流量計１１及びＭＬＳＳ計１２からの計測値を１つの信号線に重畳する信号配線として表記しているが、これは、図面の記載の便宜上このように表記したものであり、実際には、それぞれの計測器毎に設けられた信号線を介して、通信Ｉ／Ｆ３６に並列に入力される信号配線となっている。

活性汚泥濃度推定部３１は、計測値取得部３４より転送される最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水の流入下水流量計測値及び最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値に基づき、記憶部３５に格納される活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて流出配管１８を介して放流される処理水の活性汚泥濃度を予測する。

流量上限値算出部３２は、活性汚泥濃度推定部３１により推定された処理水の活性汚泥濃度予測値が、予め入力部３８を介して入力され記憶部３５の所定の記憶領域に格納される処理水の活性汚泥濃度上限値を超過しない、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量の最大値を流量上限値として算出する。流量上限値算出部３２は、算出した流量上限値を記憶部３５の所定の記憶領域に内部バス４１を介して設定値として格納する。

流量調整弁開度制御部３３は、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水の計測値である流入下水流量計測値が、流量上限値算出部３２により算出された流量上限値を超過せぬよう、流量調整弁９の開度を求め開度指令値として、内部バス４１及び出力Ｉ／Ｆ３８を介して流量調整弁９へ出力することで、流量調整弁９の開度を制御する。

これら、活性汚泥濃度推定部３１、流量上限値算出部３２、流量調整弁開度制御部３３、及び計測値取得部３４は、例えば、図示しないＣＰＵ等のプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置等の記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵ等のプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、ここで演算結果又は演算過程のデータをＲＡＭに代えて記憶部３５に格納するよう構成しても良い。

ここで、流量上限値算出部３２による、活性汚泥の沈降モデルを用いた好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）流量上限値の算出方法について、その概要を説明する。
図３は、活性汚泥の汚泥沈降モデルであって、処理水の活性汚泥濃度と最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷との関係を示す概念図である。横軸に最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷を取り、縦軸に処理水の活性汚泥濃度を取り、これらの相関を示すグラフとして表される活性汚泥の汚泥沈降モデルが記憶部３５に格納されている。なお、横軸の最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷は、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量と、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度との積である。最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量、すなわち最終沈殿池６への流入水の流量が大きければ、沈降時間が短くなる。一方、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度が高ければ、処理水として十分低い活性汚泥濃度を得るには、長時間の重力沈降が必要となる。このように、図３に示す活性汚泥の沈降モデルでは、最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷が大きくなるにつれて、処理水の活性汚泥濃度が高くなることを表している。図３において、活性汚泥の汚泥沈降モデルに、予め設定された処理水の活性汚泥濃度の上限値を入力すると、最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷の上限値が得られる。そして、流量上限値算出部３２は、得られた最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷の上限値を、計測値取得部３４より転送される最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値にて除算することにより、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量の最大値である流量上限値を算出する。

また、活性汚泥濃度推定部３１は、計測値取得部３４より転送される最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水の流入下水流量計測値と、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値との積を求めることにより、最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷を求め、図３に示す活性汚泥の汚泥沈降モデルにより、対応する処理水の活性汚泥濃度を得ることにより、流出配管１８を介して放流される処理水の活性汚泥濃度予測値を得る。

本実施例では、活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて処理水への活性汚泥の流出状況を予測し、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する許容される下水（被処理水）の流量上限値を算出し、設定値とする。これにより、簡易処理水の放流量削減のため、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５への流入量を増加させた際に懸念される活性汚泥の流出リスクを低減できる。

なお、本実施例では、標準活性汚泥法を導入している水処理装置２を想定したが、例えば、嫌気好気活性汚泥法や循環式硝化脱窒法など、最終沈殿池６を備え、活性汚泥を用いた処理方式であれば、同様に適用することが可能である。
また、本実施例では、活性汚泥の汚泥沈降モデルにおいて、最終沈殿池６への活性汚泥流入負荷の算出のため、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度に乗算する値として、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量のみを用いたが、これに限られるものではない。例えば、返送汚泥の流量を最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量に加えた流量としても良い。この場合、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量と返送汚泥の流量との合計値の上限値を設定し、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量と返送汚泥の流量の少なくとも一つを制御してもよい。また、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の一部を好気槽５の中段に流入させる処理方式においても適用可能であり、この場合、下水（被処理水）の流量としては、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５への流入流量及び好気槽（反応槽）５の中段への流入流量の和とする。

なお、本実施例では、活性汚泥の汚泥沈降モデルを、最終沈殿池６への活性汚泥の流入負荷から処理水の活性汚泥濃度を予測する関数として定義したが、これに限定されるものではない。例えば、好気槽（反応槽）５のＭＬＳＳ濃度ごとに、好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量と処理水の活性汚泥濃度との関係を表す関数として活性汚泥の汚泥沈降モデルを定義しても良い。
また、水温や活性汚泥の沈降性指標、返送汚泥の流量など、最終沈殿池６における活性汚泥の沈降性に影響を及ぼす因子を考慮した活性汚泥の汚泥沈降モデルとしても良い。例えば、任意の範囲の水温ごとに、最終沈殿池６への活性汚泥の流入負荷と処理水の活性汚泥濃度との関係を表す関数として活性汚泥の汚泥沈降モデルを定義しても良い。また、これらの活性汚泥の汚泥沈降モデルに入力する好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量や好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度は、制御周期ごとの値のほか、最終沈殿池６における滞留時間を考慮した期間など、任意の期間での値を用いてもよい。例えば、最終沈殿池６における流下方向での移送を考慮し、最終沈殿池６の流入部から流出部へと至る活性汚泥の挙動を模擬した活性汚泥の汚泥沈降モデルを用い、処理水の活性汚泥濃度を予測しても良い。

なお、本実施例では、水処理制御装置３を構成する流量上限値算出部３２において、活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量上限値を算出したが、下水（被処理水）の流量が増加するにつれ、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度は低下していく。そのため、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度の下限値を設定している場合、制御周期ごとに最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量に基づき、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度を予測し、ＭＬＳＳ濃度下限値を下回らぬよう、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量上限値を算出しても良い。この場合、２つの方法での算出結果のうち、小さい方を流量上限値として設定することが望ましい。

次に、図１に示した水処理装置２の変形例について説明する。図４は、図１に示す水処理装置２の変形例であって、水処理システム１ａの概略全体構成図である。図４に示すように、水処理装置２ａは、上述の水処理装置２の構成に加え、最終沈殿池６の下流に汚泥流出濃度計測部として、ＳＳ計１３を流出配管１８に設置している。流出配管１８に設置されるＳＳ計１３は、流出配管１８を通流する処理水中の浮遊物質又は懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ：ＳＳ）、すなわち、流出配管１８を通流する処理水中の活性汚泥量（単位：ｍｇ／Ｌ）を活性汚泥濃度として計測するための計測装置である。ＳＳ計１３により計測される流出配管１８を通流する処理水中の活性汚泥濃度計測値は、信号線を介して、水処理制御装置３へ出力される。
ここで、活性汚泥の汚泥沈降モデルにおける、ＳＳ計１３の計測値の活用方法について述べる。上述の水処理制御装置３を構成する記憶部３５（図２）に格納される活性汚泥の汚泥沈降モデルは、予め構築した、若しくは理論式に基づくモデル式を用いる構成としている。しかし、活性汚泥の性状は季節などによって変動すると考えられる。そこで、流量計１１による最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量計測値（流入下水流量計測値）、ＭＬＳＳ計１２による最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値、及びＳＳ計１３による処理水の活性汚泥濃度計測値との関係について、過去所定期間のデータを基にモデル式を構築していくことで、活性汚泥の性状変化に追従できる。

水処理システム１ａでは、処理水の活性汚泥濃度の実測値に基づく活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いることで、活性汚泥の性状変化にも対応し、活性汚泥の流出抑制を図ることができる。なお、図４に示す例では、ＳＳ計１３を最終沈殿池６の下流の流出配管１８に設置する構成としたが、必ずしもこれに限られるものではない。ＳＳ計１３の設置場所は、処理水の活性汚泥濃度を計測できる場所であれば良く、例えば最終沈殿池６内に設置する構成としても良い。
なお、汚泥流出濃度計測部としてＳＳ計１３を用いる構成としたが、これに代えて、濁度計、ＵＶ計、汚泥界面計、或は撮像解析など、処理水の活性汚泥濃度を推定できる構成であれば、汚泥流出濃度計測部として用いることが可能である。
なお、活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量上限値を設定したが、ＳＳ計１３による活性汚泥濃度計測値が処理水の活性汚泥濃度上限値を超過した場合、ＳＳ計１３による活性汚泥濃度計測値が処理水の活性汚泥濃度上限値を下回るよう、フィードバック制御にて流量調整弁９の開度を制御する構成としても良い。

以上のとおり、本実施例によれば、下水（被処理水）の流入流量が急激に増加するような場合であっても、生物処理量を最大限確保しつつ、活性汚泥の流出を抑制し得る水処理制御装置及び水処理システムを提供することが可能となる。

また、本実施例によれば、水処理制御装置が活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて処理水への活性汚泥の流出状況を予測し、好気槽（反応槽）へ流入する許容される下水（被処理水）の流量上限値を算出し設定値とすることで、簡易処理水の放流量削減のため、好気槽（反応槽）への流入量を増加させた際に懸念される活性汚泥の流出リスクを低減できる。

図５は、本発明の他の実施例に係る実施例２の水処理システムの概略全体構成図であり、図６は、図５に示す水処理制御装置の機能ブロック図である。上述の実施例１では、水処理制御装置３が、活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量上限値を設定する構成とした。これに対し本実施例では、実施例１の構成に加え、好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量と、好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度に基づき、好気槽（反応槽）５における汚濁物質の除去量を最大化させるよう、好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量を制御する構成とした点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図５示すように、本実施例に係る水処理システム１ｂは、水処理装置２ｂ及び水処理制御装置３ａを備える。
水処理装置２ｂは、バイパス配管１９の分岐部より下流側の第１接続配管１６に設置される流量調整弁９及び流量計１１に加え、ＢＯＤ計１４を備える。ＢＯＤ計１４は、第１接続配管１６を通流し最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）に含まれる有機物による生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ：ＢＯＤ）、すなわち、第１接続配管１６を通流する下水（被処理水）に含まれる、微生物によって分解されやすい有機物量（単位：ｍｇ／Ｌ）を、有機物（ＢＯＤ）濃度として計測するための計測装置である。換言すれば、ＢＯＤ計１４は、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）の水質を推定する流入水質推定部として機能する。ＢＯＤ計１４により計測される、第１接続配管１６を通流し最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）の有機物（ＢＯＤ）濃度計測値は、流量計１１により計測される流入下水流量計測値及びＭＬＳＳ計１２により計測されるＭＬＳＳ濃度計測値と同様に、信号線を介して水処理制御装置３ａへ出力される。

図６に示すように、水処理制御装置３ａは、上述の実施例１において図２に示した水処理制御装置３の構成に加え、更に除去量推定部４２を備える。除去量推定部４２は、上述の活性汚泥濃度推定部３１、流量上限値算出部３２、流量調整弁開度制御部３３、及び計測値取得部３４と同様に、例えば、図示しないＣＰＵ等のプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置等の記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵ等のプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、ここで演算結果又は演算過程のデータをＲＡＭに代えて記憶部３５に格納するよう構成しても良い。

流量計１１により計測される最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水の流入下水流量計測値、ＢＯＤ計１４により計測される、第１接続配管１６を通流し最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）の有機物（ＢＯＤ）濃度計測値、及びＭＬＳＳ計１２により計測される最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値は、計測値取得部３４を介して除去量推定部１２へ転送される。
また、記憶部３５は、少なくとも予め設定される処理水の活性汚泥濃度上限値及び上述の汚泥流出濃度推定関数としての活性汚泥の汚泥沈降モデルに加え、更に活性汚泥の反応モデルを格納している。活性汚泥の反応モデルでは、基本的に以下の式（１）に示すように、制御周期ごとの活性汚泥の反応速度、微生物量、処理時間の積を積分していくことで、好気槽（反応槽）５による有機物などの除去量を算出する。
除去量＝反応速度×微生物量×処理時間 ・・・（１）
式（１）において、微生物量は最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度の関数であり、処理時間は最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量の関数である。式（１）において除去量は、最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度が大きければ大きく、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量が大きければ小さくなる。
除去量推定部１２は、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量（流入下水流量計測値）、第１接続配管１６を通流し最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）の有機物（ＢＯＤ）濃度計測値、及び最下流側（最終段）の好気槽（反応槽）５内のＭＬＳＳ濃度計測値を、記憶部３５に格納される活性汚泥の反応モデルに入力することで、有機物などの除去量を推定すると共に、有機物などの除去量を最大化する最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量（最大化流量）を算出する。

流量調整弁開度制御部３３は、除去量推定部１２により算出された有機物などの除去量を最大化する最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量（最大化流量）、及び、実施例１にて上述した活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて活性汚泥濃度推定部３１により推定された処理水の活性汚泥濃度予測値に基づき流量上限値算出部３２にて算出された最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量上限値を比較する。比較の結果、最大化流量が流量上限値を超過している場合は、流量調整弁開度制御部３３は、流量上限値を、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量設定値として設定し、流量計１１による流入下水流量計測値が流量設定値となるよう、流量調整弁９の開度を求め開度指令値として、内部バス４１及び出力Ｉ／Ｆ３８を介して流量調整弁９へ出力する。他方、比較の結果、最大化流量が流量上限値を超過していない場合は、流量調整弁開度制御部３３は、最大化流量を、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量設定値として設定し、流量計１１による流入下水流量計測値が流量設定値となるよう、流量調整弁９の開度を求め開度指令値として、内部バス４１及び出力Ｉ／Ｆ３８を介して流量調整弁９へ出力する。

なお、本実施例では、水質計として、第１接続配管１６に設置されるＢＯＤ計１４を用い、最上流側（初段）の好気槽（反応槽）５へと流入する下水（被処理水）の有機物（ＢＯＤ）濃度を計測する構成としたが、これに代えて、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）など有機物に関する他の項目の計測装置や、有機物濃度を推定できるＳＳ計、ＵＶ計などを第１接続配管１６に設置する構成としても良い。また、有機物以外の項目に関する計測装置でも良く、例えば窒素やリンに関する計測装置を１接続配管１６に設置する構成としても良い。

以上のとおり、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、好気槽（反応槽）５へ流入する下水（被処理水）の流量制御により、最終沈殿池６からの活性汚泥の流出を抑制すると共に、好気槽（反応槽）５における有機物などの除去量の最大化を図ることができ、公共用水域への環境負荷低減に大幅に寄与することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１，１ａ，１ｂ・・・水処理システム
２，２ａ，２ｂ・・・水処理装置
３，３ａ・・・水処理制御装置
４・・・最初沈殿池
５・・・好気槽（反応槽）
６・・・最終沈殿池
７・・・散気部
８・・・ブロワ
９・・・流量調整弁
１０・・・返送ポンプ
１１・・・流量計
１２・・・ＭＬＳＳ計
１３・・・ＳＳ計
１４・・・ＢＯＤ計
１５・・・流入配管
１６・・・第１接続配管
１７・・・第２接続配管
１８・・・流出配管
１９・・・バイパス配管
２０・・・活性汚泥
２１・・・返送汚泥配管
２２・・・散気配管
３１・・・活性汚泥濃度推定部
３２・・・流量上限値算出部
３３・・・流量調整弁開度制御部
３４・・・計測値取得部
３５・・・記憶部
３６・・・通信Ｉ／Ｆ
３７・・・入力Ｉ／Ｆ
３８・・・出力Ｉ／Ｆ
３９・・・入力部
４０・・・表示部
４１・・・内部バス
４２・・・除去量推定部

Claims (14)

1. 少なくとも、最初沈殿池から第１接続配管を介して流入する被処理水を活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽から第２接続配管を介して流入する上澄み液に含まれる活性汚泥を沈降分離する最終沈殿池と、前記第１接続配管より分岐し最初沈殿池から流入する被処理水を簡易処理水として放流するためのバイパス配管と、バイパス配管の分岐部より下流側であって前記第１接続配管に設置される流量調整弁と、を有する水処理装置を制御する水処理制御装置であって、
   ＭＬＳＳ計により計測される前記反応槽内の活性汚泥濃度計測値に基づき、前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値を算出する流量上限値算出部と、
   前記流量上限値を超過せぬよう前記流量調整弁の開度を制御する流量調整弁開度制御部と、を備えることを特徴とする水処理制御装置。
2. 請求項１に記載の水処理制御装置において、
   前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷と前記最終沈殿池から流出する処理水の活性汚泥濃度との相関を定義する活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて、前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値及び流量計により計測される前記反応槽へ流入する被処理水の流量に基づき、前記最終沈殿池から流出配管へ流出する処理水の活性汚泥濃度を予測する活性汚泥濃度推定部を有することを特徴とする水処理制御装置。
3. 請求項２に記載の水処理制御装置において、
   前記流量上限値算出部は、前記活性汚泥濃度推定部により予測された前記処理水の活性汚泥濃度が、予め設定された処理水の活性汚泥濃度上限値を超過しない前記反応槽へ流入する被処理水の流量の最大値を前記流量上限値として算出することを特徴とする水処理制御装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の水処理制御装置において、
   前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷は、前記反応槽へ流入する被処理水の流量と、前記反応槽内の活性汚泥濃度との積であり、
   前記活性汚泥の汚泥沈降モデルは、前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷と前記最終沈殿池から流出する処理水の活性汚泥濃度との相関を表す関数として定義されることを特徴とする水処理制御装置。
5. 請求項４に記載の水処理制御装置において、
   ＳＳ計により計測される処理水の活性汚泥濃度が予め設定された処理水の活性汚泥濃度上限値を超過した場合、前記流量調整弁開度制御部は、前記ＳＳ計により計測される処理水の活性汚泥濃度が前記処理水の活性汚泥濃度上限値を超過せぬよう、フィードバック制御にて前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理制御装置。
6. 請求項４に記載の水処理制御装置において、
   前記第１接続配管に設置される流入水質推定部による前記反応槽へ流入する被処理水の水質推定値と、前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値と、前記流量計により計測される前記反応槽へ流入する被処理水の流量に基づき、前記反応槽による有機物の除去量を推定する除去量推定部を備え、
   前記流量調整弁開度制御部は、前記流量上限値算出部により算出された前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値又は前記除去量推定部により推定された前記反応槽による有機物の除去量に基づき、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理制御装置。
7. 請求項６に記載の水処理装置において、
   前記除去量推定部は、前記反応槽による有機物の除去量を最大化する前記反応槽へ流入する被処理水の最大化流量を算出し、
   前記流量調整弁開度制御部は、前記除去量推定部により算出された最大化流量と前記流量上限値算出部により算出された前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値とを比較し、小さい値を示す何れか一方を流量設定値とし、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理装置。
8. 少なくとも、最初沈殿池から第１接続配管を介して流入する被処理水を活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽から第２接続配管を介して流入する上澄み液に含まれる活性汚泥を沈降分離する最終沈殿池と、前記第１接続配管より分岐し最初沈殿池から流入する被処理水を簡易処理水として放流するためのバイパス配管と、バイパス配管の分岐部より下流側であって前記第１接続配管に設置される流量調整弁と、を有する水処理装置と、
   前記第１接続配管に設置され、前記反応槽へ流入する被処理水の流量を計測する流量計と、
   前記反応槽内の活性汚泥濃度を計測するＭＬＳＳ計と、
   前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値に基づき、前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値を算出する流量上限値算出部と、前記流量上限値を超過せぬよう前記流量調整弁の開度を制御する流量調整弁開度制御部を有する水処理制御装置と、を備えることを特徴とする水処理システム。
9. 請求項８に記載の水処理システムにおいて、
   前記水処理制御装置は、
   前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷と前記最終沈殿池から流出する処理水の活性汚泥濃度との相関を定義する活性汚泥の汚泥沈降モデルを用いて、前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値及び前記流量計により計測される前記反応槽へ流入する被処理水の流量に基づき、前記最終沈殿池から流出配管へ流出する処理水の活性汚泥濃度を予測する活性汚泥濃度推定部を有することを特徴とする水処理システム。
10. 請求項９に記載の水処理システムにおいて、
    前記流量上限値算出部は、前記活性汚泥濃度推定部により予測された前記処理水の活性汚泥濃度が、予め設定された処理水の活性汚泥濃度上限値を超過しない前記反応槽へ流入する被処理水の流量の最大値を前記流量上限値として算出することを特徴とする水処理システム。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の水処理システムにおいて、
    前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷は、前記反応槽へ流入する被処理水の流量と、前記反応槽内の活性汚泥濃度との積であり、
    前記活性汚泥の汚泥沈降モデルは、前記最終沈殿池への活性汚泥の流入負荷と前記最終沈殿池から流出する処理水の活性汚泥濃度との相関を表す関数として定義されることを特徴とする水処理システム。
12. 請求項１１に記載の水処理システムにおいて、
    前記最終沈殿池又は前記流出配管に設置され、前記処理水の活性汚泥濃度を計測するＳＳ計を備え、
    前記ＳＳ計により計測される処理水の活性汚泥濃度が予め設定された処理水の活性汚泥濃度上限値を超過した場合、前記流量調整弁開度制御部は、前記ＳＳ計により計測される処理水の活性汚泥濃度が前記処理水の活性汚泥濃度上限値を超過せぬよう、フィードバック制御にて前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理システム。
13. 請求項１１に記載の水処理システムにおいて、
    前記第１接続配管に設置され、前記反応槽へ流入する被処理水の水質を推定する流入水質推定部を備え、
    前記水処理制御装置は、
    前記流入水質推定部による前記反応槽へ流入する被処理水の水質推定値と、前記ＭＬＳＳ計により計測される活性汚泥濃度計測値と、前記流量計により計測される前記反応槽へ流入する被処理水の流量に基づき、前記反応槽による有機物の除去量を推定する除去量推定部を備え、
    前記流量調整弁開度制御部は、前記流量上限値算出部により算出された前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値又は前記除去量推定部により推定された前記反応槽による有機物の除去量に基づき、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理システム。
14. 請求項１３に記載の水処理システムにおいて、
    前記除去量推定部は、前記反応槽による有機物の除去量を最大化する前記反応槽へ流入する被処理水の最大化流量を算出し、
    前記流量調整弁開度制御部は、前記除去量推定部により算出された最大化流量と前記流量上限値算出部により算出された前記反応槽へ流入する被処理水の流量上限値とを比較し、小さい値を示す何れか一方を流量設定値とし、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする水処理システム。

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