JP2019051497A - 水処理制御装置及び水処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
下水と雨水を同一の管で下水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ず、放流先への環境負荷の低減が課題となっている。
また、既存のシステムを利用し、直接放流等してよいか否かを正しく判断でき、且つ直接放流等の操作も自動的に行う下水処理システムを提案するものとして、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、ポンプ全揚水量と降雨量を入力し流入量の増加状況を、ファジー推論を実行して流入水の希釈状況演算部に出力する流入量増加状況演算部と、この流入量増加状況演算部の出力と溶存酸素濃度値及び反応槽送風量とを入力して流入水の希釈状況を、ファジー推論を実行する希釈状況演算部と、この推論された希釈状況に応じて、例えば河川放流ポンプの起動/停止等の指令を出力する判定/操作指令部より構成される流入水処理演算部を有するが水処理システムが開示されている。
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、放流汚濁負荷を低減し得る水処理制御装置及び水処理システムを提供する。
また、本発明に係る水処理システムは、(1)少なくとも、被処理水である下水に含まれる固形分を沈降分離するする最初沈殿池と、前記最初沈殿池より流出する流出水の一部若しくは全てを活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽より流出する流出水を活性汚泥と処理水とに沈降分離する最終沈殿池を有する水処理装置と、(2)降雨情報を取得する降雨情報取得部と、前記降雨情報に基づき前記下水の流入量を予測する流入下水量予測部と、前記流入下水量予測部の予測値に基づき前記最初沈殿池からの汚泥引抜量及び/又は前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御する汚泥引抜量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。
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。
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。
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、降雨情報取得部14、流入下水量予測部15、汚泥引抜量制御部17、通信I/F23、計測値取得部24、下水流量時間変化データベース25、降雨量−流入水量相関データベース26、入力I/F27、及び出力I/F28を備え、これらは相互に内部バス31を介して接続されている。また、入力I/F27は入力部29に接続され、入力部29を介して入力される下水100の流量基準値等を取り込む。出力I/F28は表示部30に接続され、表示部30は画面上に例えば、各種設定値或いは処理区域内の降雨情報等必要に応じて所望の情報を画面上に表示する。なお、水処理制御装置3は、図示しないが、好気槽(反応槽)5へ散気部8を介して供給される曝気風量を制御するため、ブロワ9を制制御する機能も有している。
また、降雨量−流入水量相関データベース26は、過去に雨量計13により計測された処理区域内の降雨量等の降雨情報と下水の流入水量とを対応付けて格納している。なお、雨量計13に代えて雨量レーダを用いても良い。
降雨情報取得部14は、雨量計13により計測された処理区域内の降雨量等の降雨情報を、通信I/F23及び内部バス31を介して取得する。そして、降雨情報取得部14は、取得した処理区域内の降雨量等の降雨情報を、流入下水量予測部15へ内部バス31を介して転送する。
ここで、流入下水量予測部15における下水100の流量の予測方法について概説する。まず、流入下水量予測部15は、計測値取得部24から転送された下水100の流量計測値(計測された下水100の流量)、及び下水流量時間変化データベース25に格納される過去の実績データとしての下水100の流量の時間変化に基づき、未来の下水100の流量を予測する。あわせて、流入下水量予測部15は、降雨情報取得部14から転送された処理区域内の降雨量等の降雨情報、及び降雨量−流入水量相関データベース26に格納される過去に雨量計13により計測された処理区域内の降雨量等の降雨情報と下水の流入水量との関係に基づき、未来の雨水の流入量を予測する。そして、流入下水量予測部15は、予測した未来の下水100流量及び未来の雨水の流入量を合算し、下水100の流量を予測する。
次に水処理制御装置3の動作、すなわち、最初沈殿池汚泥101の流量制御方法について説明する。
図3は、図2に示す水処理制御装置3による最初沈殿池汚泥の流量制御フロー図である。図3に示すようにステップS101では、計画水量等を参考に下水100の流量基準値(Qin_up)を、入力部29を介して設定する。
次に、ステップS102では、流入下水量予測部15は、流量計12による下水100の流量計測値(Qin(t))を、内部バス31を介して計測値取得部24から取得すると共に、処理区域内の降雨量などの降雨情報を、内部バス31を介して降雨情報取得部14から取得する。
また、本実施例では、流量計12を最初沈殿池4の上流側に設置する構成としたがこれに限られるものではない。例えば、最初沈殿池4から好気槽(反応槽)5までの間に流量計12を設置する構成としても良い。
本実施例では、汚泥引抜量制御部17は最初沈殿池汚泥101の流量を制御したが、返送汚泥103の流量や余剰汚泥105の流量を制御しても良い。その際は、返送ポンプ10や余剰汚泥ポンプ11の回転数を制御する。また、汚泥引抜量制御部17が、最初沈殿池汚泥101の流量を制御すると共に、返送汚泥103の流量や余剰汚泥105の流量を制御する構成としても良い。
なお、本実施例では、汚泥引抜量制御部17は、未来の下水100の流量に比例するように最初沈殿池汚泥101の流量を制御したが、未来の下水100の流量増加が予測される際に、通常の運転よりも最初沈殿池汚泥101の流量が大きくなるような関数であれば良い。また、後段の図示しない汚泥処理への影響を考慮し、最初沈殿池汚泥101の流量上限値を設定しても良い。
図5は、図4に示す水処理制御装置3aの機能ブロック図である。図5に示すように、水処理制御装置3aは、降雨情報取得部14、流入下水量予測部15、汚泥引抜量制御部17a、通信I/F23、計測値取得部24、下水流量時間変化データベース25、降雨量−流入水量相関データベース26、入力I/F27、及び出力I/F28を備え、これらは相互に内部バス31を介して接続されている。また、入力I/F27は入力部29に接続され、入力部29を介して入力される下水100の負荷基準値等を取り込む。出力I/F28は表示部30に接続され、表示部30は画面上に例えば、各種設定値或いは処理区域内の降雨情報等必要に応じて所望の情報を画面上に表示する。なお、水処理制御装置3aは、図示しないが、好気槽(反応槽)5へ散気部8を介して供給される曝気風量を制御するため、ブロワ9を制制御する機能も有している。
また、降雨量−流入水量相関データベース26は、過去に雨量計13により計測された処理区域内の降雨量等の降雨情報と下水の流入水量とを対応付けて格納している。なお、雨量計13に代えて雨量レーダを用いても良い。
次に、水処理制御装置3aの動作、すなわち返送汚泥103の流量制御方法について説明する。
図6は、図5に示す水処理制御装置3aによる返送汚泥の制御フロー図である。図6に示すように、ステップS201では、計画水量等を参考に下水100の負荷基準値(Lin_up)を、入力部29を介して設定する。
次に、ステップS202では、流入下水量予測部15は、流量計12による下水100の流量計測値(Qin(t))及びUV計18による下水100の汚濁物質の濃度の計測値(Cin(t))を、内部バス31を介して計測値取得部24から取得すると共に、処理区域内の降雨量などの降雨情報を、内部バス31を介して降雨情報取得部14から取得する。
ステップS204では、流入下水量予測部15は、下水100の流入負荷(Lin(t))を、上述のステップS201にて設定された下水100の負荷基準値(Lin_up)と比較する。比較の結果、下水100の流入負荷(Lin(t))が下水100の負荷基準値(Lin_up)以上の場合にはステップS205へ進み、所定の雨天時処理(簡易処理放流)を実施した後ステップS202へ戻る。一方、比較の結果、下水100の流入負荷(Lin(t))が下水100の負荷基準値(Lin_up)未満の場合にはステップS206へ進む。
ステップS207では、流入下水量予測部15は、未来の下水100の汚濁物質の流入負荷(Lin(t+n・Δt))を予測する。具体的には、ステップS206で得られた未来の下水100の流量(Qin(t+n・Δt))に、未来の下水100の汚濁物質の濃度である水質(Cin(t+n・Δt))を乗ずることで、未来の下水100の汚濁物質の流入負荷(Lin(t+n・Δt))を算出する。そして、得られた未来の下水100の汚濁物質の流入負荷(Lin(t+n・Δt))は、内部バス31を介して汚泥引抜量制御部17aへ転送される。
ステップS210では、汚泥引抜量制御部17aは、以下の式(2)を用いて、未来の下水100の流量(Qin(t+n・Δt))に比例して返送汚泥103の流量(Qr(t+Δt))を設定する。
また、特に負荷の高い下水の流入が見込まれる場合にのみ、最初沈殿池4及び/又は最終沈殿池6からの汚泥引抜量を増加するように制御でき、生物処理や汚泥処理への影響を最低限にとどめることができる。
なお、実施例1の変形例に係る水処理制御装置3aでは、汚泥引抜量制御部17aは、未来の下水100の流量に比例するように返送汚泥103の流量を制御したが、未来の下水100の流量増加が予測される際に、通常の運転よりも返送汚泥103の流量が大きくなるような関数であれば良い。また、実施例1の変形例に係る水処理制御装置3aでは、式(2)に基づき返送汚泥103の流量を制御したが、好気槽(反応槽)5の活性汚泥濃度の適正範囲を設定し、最初沈殿池流出水102と返送汚泥103との混合後の活性汚泥濃度が設定した適正範囲内となるように、最初沈殿池流出水102の流量と、返送汚泥103の活性汚泥濃度とから返送汚泥103の流量の上下限を設定しても良い。
また、本実施例よれば、降雨情報などを用いて下水(被処理水)の流入量の増加を予測し、先行して沈殿池からの汚泥引抜量を制御することで、通常の運転に比べてより多くの最初沈殿池汚泥を最初沈殿池から引き抜くことができる。これにより、最初沈殿池における最初沈殿池汚泥の存在量を低減して固液分離性能を確保し、簡易処理放流時の懸濁物質の放流負荷の低減、及び消毒効果の確保を図ることができる。
また、本実施例によれば、降雨情報などを用いて下水(被処理水)の流入量の増加を予測し、先行して返送汚泥の流量を制御することで、通常の運転に比べてより多くの返送汚泥を最終沈殿池から好気槽(反応槽)に移送することができる。これにより、一時的ではあるが、最終沈殿池における活性汚泥の存在量を低減すると共に、好気槽(反応槽)、特に上流側の好気槽(反応槽)での活性汚泥濃度を高めることができる。これにより、処理水への活性汚泥の流出リスクを低減すると共に、生物処理能力を高めることができる。
MLSS計20は、MLSS計測部として好気槽(反応槽)5内の下流側、換言すれば、最終段の好気槽(反応槽)5内に設置され、好気槽(反応槽)5内の活性汚泥濃度を計測する。計測された好気槽(反応槽)5内の活性汚泥濃度は、信号線を介して後述する水処理制御装置3bへ出力される。返送汚泥濃度計21は、引抜汚泥濃度推定部として最終沈殿池6から好気槽(反応槽)5までの流路に設置され、返送汚泥103の活性汚泥濃度を計測する。計測された返送汚泥103の活性汚泥濃度は、信号線を介して水処理制御装置3bへ出力される。なお、余剰汚泥105の活性汚泥濃度は、返送汚泥103の活性汚泥濃度と同等とする。すなわち、返送汚泥103と余剰汚泥105とでは、活性汚泥濃度は等しく流量のみが異なる。
余剰汚泥流量計22は、余剰汚泥105の流路に設置され、余剰汚泥105の流量を計測する。計測された余剰汚泥105の流量は、信号線を介して水処理制御装置3bへ出力される。
図8に示すように、水処理制御装置3bは、降雨情報取得部14、流入下水量予測部15、汚泥引抜量制御部17a、通信I/F23、計測値取得部24、下水流量時間変化データベース25、降雨量−流入水量相関データベース26、入力I/F27、及び出力I/F28を備え、これらは相互に内部バス31を介して接続されている。また、入力I/F27は入力部29に接続され、入力部29を介して入力される下水100の流量基準値等を取り込む。出力I/F28は表示部30に接続され、表示部30は画面上に例えば、各種設定値或いは処理区域内の降雨情報等必要に応じて所望の情報を画面上に表示する。なお、水処理制御装置3bは、図示しないが、好気槽(反応槽)5へ散気部8を介して供給される曝気風量を制御するため、ブロワ9を制制御する機能も有している。
また、降雨量−流入水量相関データベース26は、過去に雨量計13により計測された処理区域内の降雨量等の降雨情報と下水の流入水量とを対応付けて格納している。なお、雨量計13に代えて雨量レーダを用いても良い。
計測値取得部24は、取得された下水100の流量計測値、に対し、例えば、ノイズ除去等の処理を施し内部バス31を介して流入下水量予測部15へ転送する。また、計測値取得部24は、取得された好気槽(反応槽)5内の活性汚泥濃度、返送汚泥103の流量計測値、返送汚泥103の活性汚泥濃度、及び余剰汚泥105の流量計測値に対し、例えば、ノイズ除去等の処理を施し内部バス31を介して汚泥引抜量制御部17bへ転送する。
次に、水処理制御装置3bの動作、すなわち余剰汚泥105の流量制御方法について説明する。
図9は、図8に示す水処理制御装置3bによる余剰汚泥の流量制御フロー図である。図9に示すようにステップS301では、計画水量等を参考に下水100の流量基準値(Qin_up)を、入力部29を介して設定する。
次に、ステップS302では、流入下水量予測部15は、流量計12による下水100の流量計測値(Qin(t))及びMLSS計20による好気槽(反応槽)5内の活性汚泥濃度(X(t))並びに返送汚泥濃度計21による返送汚泥103(余剰汚泥105)の活性汚泥濃度(Xr(t))を、内部バス31を介して計測値取得部24から取得すると共に、処理区域内の降雨量などの降雨情報を、内部バス31を介して降雨情報取得部14から取得する。
次にステップS306では、汚泥引抜量制御部17bは、内部バス31を介して流入下水量予測部15から転送される予測された未来の下水100の流量(Qin(t+n・Δt))を下水100の流量基準値(Qin_up)と比較する。比較の結果、予測された未来の下水100の流量(Qin(t+n・Δt))が下水100の流量基準値(Qin_up)以下の場合にはステップS307へ進み、通常の処理を実施した後ステップS302へ戻る。一方、比較の結果、予測された未来の下水100の流量(Qin(t+n・Δt))が下水100の流量基準値(Qin_up)を超過する場合にはステップS308へ進む。
なお、本実施例では、式(4)に基づき余剰汚泥105の流量を制御したが、必要以上の余剰汚泥105の引き抜は、水処理装置2bにおける活性汚泥の存在量の低減、生物処理能力の著しい低下につながる恐れがある。そこで、余剰汚泥105の引抜量の上限を設定し、その設定値に基づき余剰汚泥105の流量を制御する構成としても良い。
2,2a,2b…水処理装置
3,3a,3b…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…最初沈殿池汚泥ポンプ
8…散気部
9…ブロワ
10…返送ポンプ
11…余剰汚泥ポンプ
12…流量計
13…雨量計
14…降雨情報取得部
15…流入下水量予測部
16…最初沈殿池汚泥流量計
17,17a,17b…汚泥引抜量制御部
18…UV計
19…返送汚泥流量計
20…MLSS計
21…返送汚泥濃度計
22…余剰汚泥流量計
23…通信I/F
24…計測値取得部
25…下水流量時間変化データベース
26…降雨量−流入水量相関データベース
27…入力I/F
28…出力I/F
29…入力部
30…表示部
31…内部バス
100…下水
101…最初沈殿池汚泥
102…最初沈殿池流出水
103…返送汚泥
104…処理水
105…余剰汚泥
106…沈降分離した活性汚泥
Claims (11)
- 少なくとも、被処理水である下水に含まれる固形分を沈降分離するする最初沈殿池と、前記最初沈殿池より流出する流出水の一部若しくは全てを活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽より流出する流出水を活性汚泥と処理水とに沈降分離する最終沈殿池と、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、
降雨情報を取得する降雨情報取得部と、
前記降雨情報に基づき前記下水の流入量を予測する流入下水量予測部と、
前記流入下水量予測部の予測値に基づき、前記最初沈殿池からの汚泥引抜量及び/又は前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御する汚泥引抜量制御部と、を備えることを特徴とする水処理制御装置。 - 請求項1に記載の水処理制御装置において、
前記最終沈殿池からの引抜汚泥は、余剰汚泥及び/又は前記最終沈殿池から前記反応槽へ返送される返送汚泥であることを特徴とする水処理制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の水処理制御装置において、
前記流入下水量予測部は、前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に、流入する下水の水質を推定する流入水質推定部による水質の推定値を乗じて、下水に含まれる固形分の流入負荷を算出し、
前記汚泥引抜量制御部は、前記流入下水量予測部により算出された流入負荷が所定の基準値を超過する場合、前記予測された下水の流入量に基づき前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の水処理制御装置において、
前記汚泥引抜量制御部は、前記反応槽に設置されるMLSS計測部により計測される活性汚泥濃度及び前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に基づき、前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理制御装置。 - 請求項4に記載の水処理制御装置において、
前記汚泥引抜量制御部は、
前記MLSS計測部により計測される活性汚泥濃度及び前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に基づき、前記最終沈殿池への活性汚泥の流入量の予測値を求め、
汚泥濃度計により計測される前記最終沈殿池からの引抜汚泥における活性汚泥濃度及び前記最終沈殿池への活性汚泥の流入量の予測値に基づき、前記最終沈殿池からの引抜汚泥量を制御することを特徴とする水処理制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の水処理制御装置において、
前記汚泥引抜量制御部は、前記流入下水量予測部により予測された下水の流入量が所定の基準値を超過する場合、前記予測された下水の流入量に基づき前記最初沈殿池からの汚泥引抜量及び/又は前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理制御装置。 - 少なくとも、被処理水である下水に含まれる固形分を沈降分離するする最初沈殿池と、前記最初沈殿池より流出する流出水の一部若しくは全てを活性汚泥により処理する反応槽と、前記反応槽より流出する流出水を活性汚泥と処理水とに沈降分離する最終沈殿池を有する水処理装置と、
降雨情報を取得する降雨情報取得部と、前記降雨情報に基づき前記下水の流入量を予測する流入下水量予測部と、前記流入下水量予測部の予測値に基づき前記最初沈殿池からの汚泥引抜量及び/又は前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御する汚泥引抜量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。 - 請求項7に記載の水処理システムにおいて、
前記水処理装置は、流入する下水の水質を推定する流入水質推定部を備え、
前記流入下水量予測部は、前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に前記流入水質推定部による水質の推定値を乗じて、下水に含まれる固形分の流入負荷を算出し、
前記汚泥引抜量制御部は、前記流入下水量予測部により算出された流入負荷が所定の基準値を超過する場合、前記予測された下水の流入量に基づき前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理システム。 - 請求項7に記載の水処理システムにおいて、
前記水処理装置は、前記反応槽に設置されるMLSS計測部を備え、
前記汚泥引抜量制御部は、前記MLSS計測部により計測される活性汚泥濃度及び前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に基づき、前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理システム。 - 請求項9に記載の水処理システムにおいて、
前記水処理装置は、前記最終沈殿池からの引抜汚泥における活性汚泥濃度を計測する汚泥濃度計を備え、
前記汚泥引抜量制御部は、
前記MLSS計測部により計測される活性汚泥濃度及び前記降雨情報に基づき予測された下水の流入量に基づき、前記最終沈殿池への活性汚泥の流入量の予測値を求め、
前記汚泥濃度計により計測された活性汚泥濃度及び前記最終沈殿池への活性汚泥の流入量の予測値に基づき、前記最終沈殿池からの引抜汚泥量を制御することを特徴とする水処理システム。 - 請求項7に記載の水処理システムにおいて、
前記汚泥引抜量制御部は、前記流入下水量予測部により予測された下水の流入量が所定の基準値を超過する場合、前記予測された下水の流入量に基づき前記最初沈殿池からの汚泥引抜量及び/又は前記最終沈殿池からの汚泥引抜量を制御することを特徴とする水処理システム。
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