JP2022107994A - 有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の設備を利用しつつ、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去する有機排水処理システム。【解決手段】 実施形態による有機排水処理システムは、調整領域６１－６３および好気領域７０を順に備えた生物反応槽と、生物反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽８０と、を含み、調整領域が一又は複数の区画６１－６３を含むプロセスに適用可能であって、生物反応槽に流入する有機物濃度又は前記有機物濃度に相当する値を測定する第１測定器と、好気領域７０または固液分離槽８０出口におけるアンモニア濃度を測定する第２測定器と、好気領域７０または固液分離槽８０出口における全リン濃度またはリン酸濃度を測定する第３測定器と、第１測定器、第２測定器、及び、第３測定器により測定された値に基づいて、区画６１－６３を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替え可能な制御部２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムに関する。

従来、生活排水を浄化処理する下水処理場では、もっとも代表的なプロセスとして、標準活性汚泥法が採用されてきた。標準活性汚泥法は、送風機により水中に空気を供給する曝気槽において、好気微生物により水中の有機汚濁物質を酸化分解するものである。

上記のように、標準活性汚泥法により処理水中の有機物を分解除去することができる。しかしながら、標準活性汚泥法により、放流先の富栄養化問題の原因物質となる窒素やリンを除去することはできない。そこで、処理水中の有機物を分解するとともに、窒素及びリンを除去する方法として、標準活性汚泥法の変法である窒素除去型の循環式硝化脱窒法、リン除去型の嫌気－好気活性汚泥法（ＡＯ法）、窒素・リン同時除去型の嫌気－無酸素-好気活性汚泥法（Ａ_２Ｏ）法などの高度処理プロセスの導入が進められている。

こうした高度処理プロセスでは、流入下水から最初沈殿池で沈殿汚泥が除去された一次処理水が生物反応槽に送られる。次いで、生物反応槽内の嫌気槽、無酸素槽および好気槽において微生物の反応により、一次処理水から有機物、窒素、リンが除去される。同時に、生物反応槽において微生物の凝集体であるフロックが形成される。そして、フロックを含む二次処理水が生物反応槽から最終沈殿池に送られる。最終沈殿池では二次処理水からフロックが沈殿、除去される。沈殿物の大部分は活性汚泥を含む返送汚泥として最終沈殿池から生物反応槽に戻される。沈殿物の一部は余剰汚泥として最終沈殿池から排出され、濃縮・脱水後に焼却処理される。

なお、有機排水中の窒素分としてのアンモニアの除去プロセスは次の通りである。まず、好気槽においてアンモニアが硝酸イオンに酸化（硝化）される。酸化された硝酸イオンは無酸素槽に返送される。無酸素槽において、硝酸イオンが微生物の作用により窒素ガスに還元（脱窒）される。また、リンの除去プロセスでは、嫌気槽において微生物からリンを吐き出させる。次いで好気槽において、微生物にリンを吸収させ、リンを吸収した微生物をフロックとして沈澱除去させる。好気槽において微生物に吸収されるリン量は、嫌気槽において微生物が吐き出すリン量よりも多量である。微生物による吐出量と吸収量との差だけ、水中のリンが除去される。

特開２０１５－９７９７６号公報 特開２０１６－１６８５７１号公報 特開２０１７－１３０１４号公報 特開２００５－１９９１１６号公報

しかしながら、既存の排水処理装置に、上記の高度処理方法を導入するためには、生物反応槽内に新たに嫌気槽、無酸素槽および好気槽を設ける必要がある。具体的には、攪拌機、ポンプなどの新たな機器の導入ならびに新たなコンクリート躯体の新設が必要となる。このため、既存の設備の改造には時間と手間がかかり、コスト高であるといった課題があった。

こうした課題に対応するために、例えば、有機性排水中の固形分と液分とを固液分離する最初沈殿池（固液分離槽）と、最初沈殿池の越流水を活性汚泥にて処理する生物反応槽と、活性汚泥を固液分離する最終沈殿地と、で構成される活性汚泥処理法の施設において、生物反応槽内に水の流下方向に配された散気管の調整バルブの開度調整により、嫌気－微好気－好気の運転切替できるゾーン（調整領域）を設けた有機排水処理システムが知られている。そして、この調整領域を、処理水中の窒素、リン濃度並びにアンモニア濃度の計測値に応じて、リンの処理性能が悪い場合には嫌気運転、窒素の処理性能が悪くかつアンモニアの処理性能が悪い場合は好気運転、その他の場合は微好気運転とすることによって、窒素およびリンを除去するシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献２においては、処理水または生物反応タンクの後段に設置されたアンモニアの値とリン濃度の値とにより、嫌気領域、好気領域の増減を行う制御プログラムが提案されている。しかしながら、リンの除去反応は、流入水の有機物濃度が低い場合においては、嫌気領域を広げることにより、悪化する場合がある。

また、特許文献３には有機物濃度が不足する場合、有機物を添加、もしくは最初沈殿池をバイパスすることで高濃度の有機物を反応タンクに流入させる方法が開示されており、この方法は有効と考えられるが、有機物を添加する設備や添加するための配管、最初沈殿池をバイパスするための水路、配管などの費用の掛かる改造工事が必要である。

本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去することを可能にする有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することを目的とする。

実施形態による有機排水処理システムは、被処理水の流れに沿った上流側から下流側に向かって、調整領域および好気領域を順に備えた生物反応槽と、前記生物反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽と、を含み、前記調整領域が一又は複数の区画を含むプロセスに適用可能であって、前記生物反応槽に流入する有機物濃度又は前記有機物濃度に相当する値を測定する第１測定器と、前記好気領域または前記固液分離槽出口におけるアンモニア濃度を測定する第２測定器と、前記好気領域または前記固液分離槽出口における全リン濃度またはリン酸濃度を測定する第３測定器と、前記第１測定器、前記第２測定器、及び、前記第３測定器により測定された値に基づいて、前記区画を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替え可能な制御部と、を備える。

図１は、第１実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。 図２Ａは、第１実施形態の有機排水処理方法および制御プログラムが動作するアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図２Ｂは、第１実施形態の有機排水処理方法および制御プログラムが動作するアルゴリズムの他の例を説明するための図である。 図３は、第１実施形態の有機排水処理システムの他の構成例を概略的に示す図である。 図４は、第２実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。 図５は、第３実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。 図６は、第３実施形態の有機排水処理方法の一例について説明するための図である。 図７は、第４実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。 図８は、第４実施形態の有機排水処理方法の一例について説明するための図である。

以下、実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。

図１に示す有機排水処理システムは、上流側から順に最初沈殿池４０、生物反応槽および最終沈殿池８０を備えたプロセスに適用可能であり、風量コントローラ３０と調整領域制御部２０と、切替判定値設定器１０とを備えている。

本実施形態の有機排水処理システムでは、例えば図１の紙面に向かって左側から右側に水が流れるように、最初沈殿池４０から生物反応槽、最終沈殿池８０へと勾配が付けられている。

最初沈殿池４０は、有機排水（被処理水）を受け入れ、浮遊物質（ＳＳ）を沈殿させる一次処理設備である。本実施形態では、最初沈殿池４０の上澄み液がオーバーフローし、生物反応槽に流入するように構成されている。なお、最初沈殿池４０の底部には図示しない汚泥排出ラインが連通し、汚泥が定期的に又は随時に排出されるようになっている。

生物反応槽は、微生物による分解作用を利用して汚水を浄化処理するための反応タンクである。生物反応槽には、嫌気領域５０、調整領域６１－６３、好気領域７０が設置されている。また、生物反応槽は、浄化処理前の有機排水（被処理水）が導入流路から流入する流入部と、浄化処理後の有機排水（処理済水）が流出する流出部とを備えている。
生物反応槽は、反応タンクの前段から、嫌気領域５０、調整領域６２－６３、好気領域７０に区分され、生物反応槽の内容積のうち、例えば、１０～２０％を占める領域が嫌気領域５０、３０～６０％を占めるが好気領域７０とされる。生物反応槽の内容積の残りが調整領域６１－６３とされる。

生物反応槽には、曝気手段としてエアレーション装置が備えられている。エアレーション装置は、ブロアＢと、ブロアＢから延びる空気配管と、空気配管に設けられた風量調整弁と、空気配管から分岐した分岐管と、各分岐管に設けられた制御バルブＢ０－Ｂ５と、各分岐管の先端に取り付けられた散気板Ａ０－Ａ５とを備えている。散気板Ａ０－Ａ５は、生物反応槽の内部の各領域に少なくとも１つ設置されている。

嫌気領域５０に向かう分岐管に設置された制御バルブＢ０は、常に開度５～１０％程度の閉に近い開度（例えば領域の攪拌ができる程度の空気量を供給するための開度）とし、好気領域７０に向かう分岐管に設置された制御バルブＢ４、Ｂ５は、常に「開」とされている。

調整領域６１－６３に向かう分岐管に設置された制御バルブＢ１－Ｂ３は、開度が自在に設定可能になっている。制御バルブＢ１－Ｂ３は、後述する調整領域制御部２０に接続され、調整領域制御部２０の指令に基づき、その開度が制御される。これら制御バルブＢ１－Ｂ３の開度を制御することで、調整領域６１－６３における雰囲気の範囲を調整可能である。例えば本実施形態では、制御バルブＢ１－Ｂ３の開度を制御することで、調整領域６１－６３の雰囲気を、それぞれ嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気に設定することができる。

更に、空気配管に設けられた流量調整弁は、後述する風量コントローラ３０に接続されている。風量コントローラ３０により流量調整弁の開度を制御することによって、空気配管における空気の流量を調整できる。

調整領域６１－６３は、雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれかに切り替え可能な領域であって、一又は複数の区画から成る。本実施形態において、調整領域６１－６３は、例えば第１区画６１、第２区画６２、および、第３区画６３の３つの区画を含み、それぞれの区画別に雰囲気を独立して切り替え可能としている。

調整領域６１－６３における雰囲気の切替は、制御バルブＢ１－Ｂ３を操作することにより、それぞれ独立に行うことができる。例えば、制御バルブＢ１－Ｂ３を最低限の攪拌ができる程度の開度まで絞り、０～１０％程度の開度として、散気板Ａ１－Ａ３各々からほとんど空気を供給しない場合は、調整領域６１－６３は嫌気雰囲気となる。例えば、制御バルブＢ１－Ｂ３を全開とし、散気板Ａ１－Ａ３各々から空気を多量に供給する場合は、調整領域６１－６３は好気雰囲気となる。例えば、制御バルブＢ１－Ｂ３の開度を１０～２０％程度に調節し、散気板Ａ１－Ａ３各々から空気を少量供給する場合は、調整領域６１－６３は微好気雰囲気となる。

例えば嫌気雰囲気に調整された領域は、嫌気雰囲気（ＯＲＰ（oxide-reduction potential）値がマイナス側）となる。より詳細には、ＯＲＰ値が－２００ｍＶ以下となる。ここでＯＲＰ値とは酸化還元電位のことをいう。処理水のＯＲＰ値がマイナスの場合はその処理水は還元状態にあるといえる。すなわち、曝気しないで嫌気的な状態におかれた汚水は酸化還元電位が低くなる（マイナスのＯＲＰ値）。このような状況の嫌気領域では、有機物が十分にあれば、微生物からのリンの吐き出しが進むとともに、硝酸性窒素から窒素ガスへの還元反応が進む。窒素ガスは無害なガスとして大気に放出され、水中の窒素濃度が除去（低減）できる。

一方、好気雰囲気に調整された処理領域ならびに好気領域は、定常運転時において好気性微生物の活性が高まるように好気雰囲気（ＯＲＰ値がプラス側）に調整されている。より詳細には、ＯＲＰ値が５０ｍＶ以上の範囲になるように調整されている。ＯＲＰ値がプラスの場合はその処理水は酸化状態にあるといえる。すなわち、曝気が十分で好気的な状態におかれた処理水は電位が高くなる。これら領域では、微生物によるリンの吸収が進むとともにアンモニアから硝酸イオンへの酸化反応が進む。

また、微好気雰囲気とは、ＯＲＰ値が－５０～５０ｍＶの範囲になるように調整された雰囲気をいう。例えば、嫌気雰囲気が－２００ｍＶ以下の範囲の雰囲気であり、好気雰囲気が５０ｍＶ以上の範囲の雰囲気であるから、微好気雰囲気は、嫌気雰囲気と好気雰囲気の中間の状態にあるといえる。この微好気雰囲気では、硝酸イオンから窒素への還元反応と、アンモニアから硝酸イオンへの酸化反応とが同時に進む。

最終沈殿池８０では、二次処理水からフロックが沈殿、除去される。また、最終沈殿池８０は、返送配管と、返送配管の途中に設けられた返送汚泥ポンプＰ１を備える。沈殿物の大部分は、活性汚泥を含む返送汚泥として、返送汚泥ポンプＰ１により最終沈殿池８０から返送配管を介して生物反応槽の流入部に常時戻される。沈殿物の一部は、余剰汚泥として最終沈殿池８０から排出され、濃縮・脱水後に焼却処理される。
最終沈殿池８０の下流側には図示しない消毒設備が設けられ、消毒された処理水が放流用流路を通って、河川や海洋に放流される。

また、本実施形態の有機排水処理システムは、流入有機物濃度測定器（第１測定器）と、アンモニア濃度測定器（ＮＨ_４計）（第２測定器）と、リン酸濃度測定器（ＰＯ_４計）（第３測定器）と、溶存酸素濃度測定器（ＤＯ計）と、を備えている。なお、更に、全窒素濃度測定器、全リン濃度測定器（第３測定器）が備えられていることも好ましい。

流入有機物濃度測定器は、生物反応槽の流入部に設置され、生物反応槽へ流入する水の有機物濃度を測定する。流入有機物濃度測定器の測定値は、調整領域制御部２０へ供給される。
アンモニア濃度測定器は、例えば好気領域７０内の水のアンモニア性窒素濃度を測定する。アンモニア濃度測定器の測定値は、調整領域制御部２０と風量コントローラ３０とへ供給される。

溶存酸素濃度測定器は、好気領域内の水の溶存酸素濃度を測定する。溶存酸素濃度測定器の測定値は、調整領域制御部２０と風量コントローラ３０とへ供給される。
リン酸濃度測定器は、好気領域内の水のリン酸態リン濃度を測定する。リン酸濃度測定器の測定値は、調整領域制御部２０と風量コントローラ３０とへ供給される。
全窒素濃度測定器および全リン濃度測定器は、生物反応槽または最終沈殿池から流出された処理水の全窒素濃度及び全リン濃度をそれぞれ測定する。

調整領域制御部２０は、調整領域を制御するための制御プログラムが格納されたメモリと、メモリに格納されたプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサとを備えたコントローラである。調整領域制御部２０は、流入有機物濃度測定器、アンモニア性窒素濃度測定器（以下、ＮＨ_４計と表記する）、およびリン酸性リン濃度測定器（以下、ＰＯ_４計と表記する）の測定結果に基づき、調整領域６１－６３の状態を、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上の雰囲気に切り替える。制御動作の詳細に関しては後述する。

調整領域制御部２０のメモリには、生物反応槽の雰囲気を制御する２種以上の制御プログラムが格納され得る。例えば、制御プログラムは、流入水の有機物濃度があらかじめ定められた所定値以上の場合に実行される第１アルゴリズムと、流入水の有機物濃度が所定値より小さい場合に実行される第２アルゴリズムとを含み得る。第１プログラムと第２プログラムとは、例えば、アンモニア濃度測定器、リン酸濃度測定器の測定結果に基づき、調整領域６１－６３の各区画を嫌気雰囲気、微好気雰囲気及び好気雰囲気のいずれとするかの指令を発する演算を行うプログラムである。

風量コントローラ３０は、ＮＨ_４計の測定値と、溶存酸素濃度測定器（以下、ＤＯ計と表記する）の測定値と、アンモニア濃度目標値設定器（図示せず）に設定した設定値とに基づいて、例えば特許文献４に開示されている方法により生物反応槽に送る曝気風量を演算し、風量調節弁を制御する曝気風量を調節することができる。

次に、本実施形態の有機排水処理システムを用いた有機排水処理方法、および、有機排水処理システムの制御プログラムの一例について説明する。
有機排水（被処理水）は、まず、最初沈殿池４０において、固形分と液分とに分離される。液分は、導入流路を介して生物反応槽内に流入する。生物反応槽内では、微生物の凝集物である活性汚泥の働きによる有機物質の分解除去と同時に、以下に示す原理で窒素およびリンの除去が行われる。

まず、生物反応槽内における窒素除去の原理を説明する。有機排水中の窒素成分の大半は、アンモニア性窒素（ＮＨ_４ ^＋）の形態で存在する。この窒素分は、酸素が存在する好気条件下で活性汚泥中に存在する硝化菌の働きにより、下記（１）式の反応により、硝酸性窒素（ＮＯ_３ ^－）まで酸化される。この反応は、主に、好気領域において進行する。

酸素が存在する条件（好気条件）
ＮＨ_４ ^＋＋２Ｏ_２→ＮＯ_３ ^－＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｈ^＋ …（１）
この硝酸性窒素が、酸素なしの条件で脱窒菌の働きにより、下記（２）式の反応により窒素ガスに還元される。この反応は、主に、嫌気領域において進行する。（２）式の（Ｈ）は、下水中の有機物質（水素供与体）から与えられるため、この反応の促進のためには有機物が必要となる。有機物は、有機排水中の有機物でもよく、アルコール、カルボン酸等を嫌気領域に供給することでもよい。

酸素なしの条件（嫌気条件）
２ＮＯ_３ ^－＋１０Ｈ→Ｎ_２＋２ＯＨ^－＋４Ｈ_２Ｏ …（２）
上述のように、好気雰囲気では、（１）式の反応が主に進行する。また、嫌気雰囲気では、（２）式の反応が主に進行する。更に、微好気雰囲気では、（１）式と（２）式の反応が同時に進む。

ここで、（１）式のアンモニアから硝酸イオンへの反応の進行が不十分の場合は、（２）式の反応が進まず、有機排水中の全窒素濃度が低減できない。従って、有機排水中のアンモニア濃度及び全窒素濃度が高い場合は、（１）式を促進する必要があり、好気雰囲気を増やす必要がある。

一方、（１）式の反応の進行が十分であっても、（２）式の反応が進まない場合は、有機排水中の全窒素濃度が低減できない。従って、有機排水中のアンモニア濃度が低いにも係わらず全窒素濃度が高い場合は、（１）式を促進する必要があるので、微好気雰囲気を増やす必要がある。

次に、リン除去の原理について示す。リンは、活性汚泥中に存在するリン蓄積菌の働きにより除去される。リン蓄積菌は、嫌気雰囲気において、菌体内に蓄積したリンを吐出する。一方好気雰囲気において、リン蓄積菌は、嫌気雰囲気において菌体から吐出した以上のリンを吸収する。すなわち、リン蓄積菌の吐出量と吸収量との差分に相当するリンが水中から除去される。リンを体内に蓄えたリン蓄積菌は、最終沈殿池８０で余剰汚泥として引き抜かれることにより、除去される。

本願発明者らは、実排水を使用した試験により、リン蓄積菌によるリンの除去は、流入の有機物濃度が所定以上ある場合、嫌気雰囲気の容積が大きいほど、効果的に進むこと、一方で有機物濃度が低い場合については、嫌気雰囲気の容積を大きくしてもリン除去が改善せず、好気雰囲気の容積を大きくすることで、リン吸収反応が進むことを確認した。本実施形態は、発明者らの上記知見に基づくものである。

以上の窒素の除去およびリンの除去の原理に基づく本実施形態の有機排水処理方法、および、調整領域制御部２０が実行する制御プログラムの動作を以下に説明する。
調整領域制御部２０は、あらかじめ、判定周期と制御周期とが任意に設定可能に構成されている。また、調整領域制御部２０は、切替判定値設定器１０により、流入有機物濃度、アンモニア濃度、リン酸濃度の切替判定値も任意に設定可能に構成されている。

判定周期は、例えば数１０分～１時間程度で設定することが望ましい。また、制御周期は数時間から日オーダの周期で設定することが望ましい。ここで、判定周期とは、一又は複数の調整領域６１－６３の調整雰囲気の切替判断を行うタイミングを示している。また制御周期とは、一旦、一又は複数の調整領域６１－６３の状態を切り替えた後に、次の切り替を行うまでの周期を示す。

すなわち、調整領域制御部２０は、一旦、調整領域６１－６３の状態を切り替えた後は、次の制御周期を迎えるまで状態の切替を行わない。一方で、調整領域制御部２０で現状維持の判定が行われたときには、次の判定周期のタイミングで再度、調整領域制御部２０により調整領域６１－６３の状態切替の判定が行われる。

調整領域制御部２０は、各センサ計測値の瞬時値ではなく、各センサ計測値の移動平均値を用いて状態切替の判定を行う。このため、調整領域制御部２０は、各センサ計測値の移動平均値として、ＮＨ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_NH4ave、ＰＯ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_PO4ave、流入有機物濃度計の計測値の移動平均値Ｃ_{in_ave}を計算する。このとき、調整領域制御部２０は、制御周期分の移動平均値を計算する。例えば、制御周期が１日の場合は、調整領域制御部２０は、現在値から１日前の値までの移動平均を計算する。

次に、調整領域制御部２０で行われる具体的な判定処理のアルゴリズムの例について説明する。
図２Ａは、第１実施形態の有機排水処理方法および制御プログラムが動作するアルゴリズムの一例を説明するための図である。
図２Ｂは、第１実施形態の有機排水処理方法および制御プログラムが動作するアルゴリズムの他の例を説明するための図である。
なお、図２Ａおよび図２Ｂのグラフは、横軸がＮＨ_４計の計測値の移動平均値（ＮＨ₄－Ｎ）Ｓ_NH4ave（ｍｇ／Ｌ）であり、縦軸がＰＯ_４計の計測値の移動平均値（ＰＯ₄－Ｐ）Ｓ_PO4ave（ｍｇ／Ｌ）である。

本実施形態では、調整領域制御部２０は、例えば、流入有機物濃度計の計測値の移動平均値Ｃ_{in_ave}と、あらかじめ定められた流入有機物濃度判定値Ｃ_{in_ref}とを比較して、アルゴリズムａとアルゴリズムｂとを切り替えて動作する。

例えば、流入有機物濃度計の計測値の移動平均値Ｃ_{in_ave}があらかじめ定められた流入有機物濃度判定値Ｃ_{in_ref}以上のとき、調整領域制御部２０は、アルゴリズムａで動作し、流入有機物濃度計の計測値の移動平均値Ｃ_{in_ave}が流入有機物濃度判定値Ｃ_{in_ref}よりも小さいとき、調整領域制御部２０はアルゴリズムｂで動作する。

なお本実施形態では、アルゴリズムａとアルゴリズムｂとにおいて、ＮＨ₄－Ｎ切替判定値ＮＨ₄－Ｎ_refとＰＯ₄－Ｐ切替判定値ＰＯ₄－Ｐ_refとは、例えばそれぞれ１ｍｇ／Ｌ、２ｍｇ／Ｌとする。
アルゴリズムａとアルゴリズムｂとは、ＮＨ₄－Ｎ切替判定値ＮＨ₄－Ｎ_refとＰＯ₄－Ｐ切替判定値ＰＯ₄－Ｐ_refとを閾値として、流入水の水質状態を下記I、II、IIIの３つの状態に分類し、調整領域６１－６３の各区画の状態切替を行うアルゴリズムである。

＜水質状態I＞
水質状態Iは、ＮＨ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_NH4aveがＮＨ₄－Ｎ切替判定値ＮＨ₄－Ｎ_refを超える水質状態である。この場合は、調整領域制御部２０は、流入有機物濃度、ＰＯ₄－Ｐ濃度に関わらず、硝化が不十分なため、硝化を促進するために、調整領域６１－６３部分の好気雰囲気区画が増加するように制御する。

＜水質状態II＞
水質状態IIは、ＮＨ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_NH4aveがＮＨ₄－Ｎ切替判定値ＮＨ₄－Ｎ_ref以下であり、かつＰＯ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_PO4aveがＰＯ₄－Ｐ切替判定値（ＰＯ₄－Ｐ_ref）を超える水質状態である。すなわち、硝化は十分であり、リン除去が不十分な状態である。
水質状態IIにおいてＣ_{in_ave}≧Ｃ_{in_ref}のとき、すなわち流入水の有機物濃度が高い場合には、調整領域制御部２０は、図２Ａのアルゴリズムａに示すように調整領域６１－６３部分の嫌気雰囲気区画が増加するように制御することで、リン除去の改善を図る。
また、水質状態IIにおいてＣ_{in_ave}＜Ｃ_{in_ref}のとき、すなわち流入水の有機物濃度が低い場合、調整領域制御部２０は、図２Ｂのアルゴリズムｂに示すように調整領域６１－６３部分の好気雰囲気区画が増加するように制御することで、リン除去の改善を図る。

＜水質状態III＞
水質状態IIIは、ＮＨ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_NH4aveがＮＨ₄－Ｎ切替判定値ＮＨ₄－Ｎ_ref以下であり、かつＰＯ_４計の計測値の移動平均値Ｓ_PO4aveについてもＰＯ₄－Ｐ切替判定値ＰＯ₄－Ｐ_ref以下である水質状態である。すなわち、硝化、リン除去ともに十分な状態である。
水質状態IIIにおいてＣ_{in_ave}≧Ｃ_{in_ref}のとき、すなわち流入水の有機物濃度が高い場合、図２Ａのアルゴリズムａに示すようにアンモニア、リン共に良好な状態のため、調整領域制御部２０は、調整領域６１－６３部分の現在の状態を維持するように動作する。
また、水質状態IIIにおいてＣ_{in_ave}＜Ｃ_{in_ref}のとき、すなわち流入水の有機物濃度が低い場合、調整領域制御部２０は、図２Ｂのアルゴリズムｂに示すように調整領域６１－６３部分の嫌気雰囲気区画が増加するように制御する。アルゴリズムｂでは、水質状態Iと水質状態IIにおいてに調整領域６１－６３部分の好気区画（好気雰囲気である区画）を拡大するように制御が行われるため、アンモニアとリンとの両方が良好な状態である場合には、調整領域制御部２０は調整領域６１－６３部分の嫌気区画（嫌気雰囲気である区画）を拡大するよう制御を行うこととしている。

次に、生物反応槽の調整領域６１－６３の各区画の状態切替の一例について説明する。
なお、第１区画６１－第３区画６３がとりうる処理雰囲気の組み合わせは、以下の４パターン（状態０－状態３）とする。
（状態０）第１区画６１：嫌気、第２区画６２：嫌気、第３区画６３：嫌気
（状態１）第１区画６１：嫌気、第２区画６２：嫌気、第３区画６３：好気
（状態２）第１区画６１：嫌気、第２区画６２：好気、第３区画６３：好気
（状態３）第１区画６１：好気、第２区画６２：好気、第３区画６３：好気

調整領域制御部２０は、生物反応槽全体としての好気領域（好気領域７０、および、調整領域６１－６３中の好気雰囲気の区画）を増やす判定となった場合に、生物反応槽を上述した状態０→状態１→状態２→状態３の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば状態０における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０である。状態１における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０と、好気雰囲気の状態の第３区画６３とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての好気領域を増やすことができる。なお、調整領域制御部２０は、制御のタイミングで、生物反応槽の調整領域６１－６３において好気雰囲気の区画を増やす必要があり、現状の生物反応槽が状態３である場合には、これ以上調整領域６１－６３において好気雰囲気の区画を増やすことができないため、生物反応槽の状態を切替えることなく、生物反応槽を状態３のままとする。

調整領域制御部２０は、生物反応槽全体としての嫌気領域（嫌気領域５０、および、調整領域６１－６３中の嫌気雰囲気の区画）を増やす判定となった場合に、生物反応槽を上述した状態３→状態２→状態１→状態０の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば状態３における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０である。状態２における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０と、嫌気雰囲気の状態の第１区画６１とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての嫌気領域を増やすことができる。なお、調整領域制御部２０は、制御のタイミングで、生物反応槽の調整領域６１－６３において嫌気雰囲気の区画を増やす必要があり、現状の生物反応槽が状態０の場合は、これ以上調整領域６１－６３において嫌気雰囲気の区画を増やすことができないため、生物反応槽の状態を切替えることなく、生物反応槽を状態０のままとする。

調整領域制御部２０は、生物反応槽の調整領域を現状維持とする判定の場合に、生物反応槽の状態を切替えることなく維持する。
なお本実施形態では、調整領域制御部２０は、生物反応槽の調整領域６１－６３の各区画の状態の切り替えを、１回の制御タイミングで１段階とする。

上記のように、本実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムによれば、アンモニアの硝化性能を維持しながら、流入有機物濃度の大小にかかわらず、処理水のリンの安定化ならびに改善させることができる。
すなわち、本実施形態によれば、従来の設備を利用しつつ、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去することを可能にする有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することができる。

図３は、第１実施形態の有機排水処理システムの他の構成例を概略的に示す図である。
図３に示す有機排水処理システムは、有機物濃度を測定する有機物濃度計に加えて、生物反応槽への流入流量を測定する流入流量計を備えている点において、図１の例と相違している。流入流量計の測定値は調整領域制御部２０に供給される。

この場合、調整領域制御部２０は、流入流量の測定値と有機物濃度の測定値とを乗じた有機物負荷量を算出し、流入有機物濃度判定値Ｃ_{in_ref}に代えて流入有機物負荷量判定値を予め設定し、流入有機物負荷量判定値と流入有機物負荷量とを比較してアルゴリズムａとアルゴリズムｂとを切り替えて、生物反応槽の調整領域６１－６３の状態を変更するように制御バルブＢ１－Ｂ３を制御することができる。この場合であっても、図１に示す例と同様の効果を得ることができる。

次に、第２実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、第２実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の有機排水処理システムは、流入有機物濃度計に代えて、嫌気領域５０の領域内にＯＲＰ計（第１測定器）を配置している点において上述の第１実施形態と異なっている。

本実施形態のＯＲＰ計の計測値は、嫌気領域５０における酸化還元電位（有機物濃度に相当する値）を示す。例えば、流入有機物濃度が高い場合は嫌気領域５０にて計測されるＯＲＰが低下し、流入有機物濃度が低い場合は計測されるＯＲＰが高くなる。この特性を利用して、流入有機物濃度計の計測値の代わりにＯＲＰ計の計測値を用いることができる。

本実施形態において、上述のアルゴリズムａとアルゴリズムｂとの選択判定をＯＲＰ計の測定値の移動平均値を用いて行う場合、調整領域制御部２０は、ＯＲＰ計の測定値移動平均値の移動平均値がＯＲＰ切替判定値以下である場合、すなわち有機物濃度が高い場合にアルゴリズムａを選択し、ＯＲＰ計の測定値の移動平均値がＯＲＰ切替判定値より大きい場合、すなわち有機物濃度が低い場合にアルゴリズムｂを選択する。このことにより、調整領域制御部２０は上述の第１実施形態１と同様にアルゴリズムａとアルゴリズムｂとの動作を行うことができる。なお。ＯＲＰの切替判定値は－２５０ｍＶ以上－１００ｍＶ以下の範囲で設定することが望ましい。

上記のように、本実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムによれば、上述の第１実施形態と同様に、アンモニアの硝化性能を維持しながら、流入有機物濃度の大小にかかわらず、処理水のリンの安定化ならびに改善させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、従来の設備を利用しつつ、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去することを可能にする有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することができる。

また、ＯＲＰ計は有機物濃度計に比べ比較的安価で導入実績も多く、メンテナンスも有機物濃度計に比べ、簡易である。したがって、本実施形態によれば、より安価でかつメンテナンスも容易な有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することができる。

なお、図４に示した例では嫌気領域５０における酸化還元電位を計測するＯＲＰ計を備えた有機排水処理システムについて説明したが、ＯＲＰ計と同様の特性（流入有機物濃度が高いほど計測値が低くなる）を備えた計測器を用いてもよい。例えば、本実施形態において、微生物の補酵素（有機物濃度に相当する値）を測定するＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）計を第１測定器としてＯＲＰ計の代わりに用いても同様の効果を得ることができる。この場合、ＮＡＤＨ計は、嫌気領域５０の領域に配置され、嫌気領域５０内の微生物の補酵素を測定する。

次に、第３実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムについて図面を参照して説明する。
図５は、第３実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。

本実施形態において、生物反応槽は、反応タンクの前段（上流）から、嫌気領域５０、調整領域６１－６３、好気領域７０に区分されている。生物反応槽は、流入部において流入有機物濃度を測定する流入有機物濃度計と、好気領域７０のアンモニア濃度を測定するアンモニア計（ＮＨ_４計）と、処理水（最終沈殿池出口水）の全窒素（ＴＮ：total nitrogen）濃度を測定する全窒素計（ＴＮ計）と、処理水の全リン（ＴＰ：total phosphorus）濃度を測定する全リン計（ＴＰ計）と、の複数のセンサを少なくとも備える。また、生物反応槽は、例えば溶存酸素濃度計（ＤＯ計）等の他のセンサを更に備え得る。

また、本実施形態の有機排水処理システムは、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸バン土などの凝集剤を生物反応槽の好気領域７０又は最終沈澱池へ注入し、リンを凝集沈殿処理させ除去するための凝集剤添加設備を有している。凝集剤添加設備は、例えば、凝集剤貯留槽と、凝集剤注入ポンプＰ２とを含む。

調整領域制御部２０は、あらかじめ判定周期と制御周期とを任意に設定可能に構成されている。また、調整領域制御部２０は、流入有機物濃度の切替判定値Ｃ_{in_ref}と、アンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4refと、全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_refと、全リン濃度との切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを任意に設定可能に構成されている。

調整領域制御部２０に設定される判定周期は、数１０分～１時間程度で設定することが望ましい。また、調整領域制御部２０に設定される制御周期は、数時間から日オーダの周期で設定することが望ましい。ここで、判定周期とは、調整雰囲気の切替判断を行うタイミングを示している。制御周期とは、一旦、調整領域の状態を切り替えた後に次の切替を行うまでの周期を示す。すなわち、一旦、状態を切り替えた後は制御周期を迎えるまでは調整領域の状態の切替は行わない。一方、制御部で現状維持の判定が行われた場合は、次の判定周期のタイミングで再度、状態切替の判定を行う。

例えば、調整領域制御部２０における状態切替の判定は、計測された瞬時値ではなく、各センサ計測値の移動平均値にて行われる。このため、調整領域制御部２０は、各センサの移動平均値として、アンモニア計の計測値の移動平均値（Ｓ_NH4ave）と、全窒素計の計測値の移動平均値（Ｓ_TNave）と、全リン計の計測値の移動平均値（Ｓ_TPave）と、流入有機物濃度計の計測値の移動平均値（Ｃ_{in_ave}）とを計算する。なお、調整領域制御部２０は、上記移動平均値として制御周期分の移動平均値をそれぞれ計算する。例えば、制御周期が１日の場合は、調整領域制御部２０は現在値から１日前までの移動平均値を計算する。

図６は、第３実施形態の有機排水処理方法の一例について説明するための図である。
調整領域制御部２０は、計算した移動平均値と切替判定値との大小関係に基づいて、例えば図６に示す判定基準で第１区画６１－第３区画６３の状態の切替を行う。

先ず、調整領域制御部２０は、全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveと全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_refとを比較する。
全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveが全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_refよりも大きいとき、調整領域制御部２０は、さらにアンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveとアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4refとを比較するとともに、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを比較する。

アンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveがアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4refよりも大きいときに、調整領域制御部２０は、好気領域を増やすと判定する。好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、好気領域が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば、調整領域制御部２０は、生物反応槽を上述した状態０→状態１→状態２→状態３の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。

アンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveがアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4ref以下であるときに、調整領域制御部２０は、微好気領域を増やすと判定する。微好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、微好気領域が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きいときに、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であるときに、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveが全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_ref以下であるとき、調整領域制御部２０は、流入有機物濃度値の移動平均値Ｃ_{in_ave}と流入有機物濃度の切替判定値Ｃ_{in_ref}とを更に比較する。

流入有機物濃度値の移動平均値Ｃ_{in_ave}が流入有機物濃度の切替判定値Ｃ_{in_ref}以上であるとき、調整領域制御部２０は、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと、全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを更に比較する。また、調整領域制御部２０は、嫌気領域が最大の状態であるか、および、凝集剤注入時であるかを判断する。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、嫌気領域が最大の状態であるとき、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、嫌気領域が最大の状態ではないとき、調整領域制御部２０は、生物反応槽全体としての嫌気領域を増やすと判定する。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、嫌気雰囲気の状態の区画が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、例えば生物反応槽を上述した状態３→状態２→状態１→状態０の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。例えば状態３における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０である。状態２における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０と、嫌気雰囲気の状態の第１区画６１とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての嫌気領域を増やすことができる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時であるときには、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時でないときには、調整領域制御部２０は、現状維持と判定する。現状維持の判定となったときに、調整領域制御部２０は、制御バルブＢ１－Ｂ３および凝集剤注入ポンプＰ２の状態を変更せずに、次の判定周期のタイミングで再度、状態切替の判定を行う。

流入有機物濃度値の移動平均値Ｃ_{in_ave}が流入有機物濃度の切替判定値Ｃ_{in_ref}より小さいとき、調整領域制御部２０は、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと、全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを更に比較する。また、調整領域制御部２０は、好気領域が最大の状態であるか、および、凝集剤注入時であるかを判断する。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、好気領域が最大の状態であるとき、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、好気領域が最大の状態でないとき、調整領域制御部２０は、生物反応槽全体としての好気領域を増加すると判定する。好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、好気雰囲気の状態の区画が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば、調整領域制御部２０は、生物反応槽を上述した状態０→状態１→状態２→状態３の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。例えば状態０における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０である。状態１における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０と、好気雰囲気の状態の第３区画６３とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての好気領域を増やすことができる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時であるときには、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時でないときには、調整領域制御部２０は、嫌気領域を増やすと判定する。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、嫌気雰囲気の状態の区画が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、例えば生物反応槽を上述した状態３→状態２→状態１→状態０の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。例えば状態３における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０である。状態２における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０と、嫌気雰囲気の状態の第１区画６１とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての嫌気領域を増やすことができる。

上記のように、本実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムによれば、上述の第１実施形態と同様に、アンモニアの硝化性能を維持しながら、流入有機物濃度の大小にかかわらず、処理水のリンの安定化ならびに改善させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、従来の設備を利用しつつ、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去することを可能にする有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することができる。

次に、第４実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プ老グラムについて図面を参照して説明する。
図７は、第４実施形態の有機排水処理システムの一構成例を概略的に示す図である。

本実施形態の有機排水処理システムは、流入有機物濃度計に代えて、嫌気領域５０の領域内にＯＲＰ計を配置している点において上述の第３実施形態と異なっている。本実施形態では、流入有機物濃度が高い場合はＯＲＰが低下し、流入有機物濃度が低い場合はＯＲＰが高くなる特性を利用して、調整領域制御部２０が後述のように第１区画６１－第３区画６３の状態および凝集剤供給量を切り替える。

図８は、第４実施形態の有機排水処理方法の一例について説明するための図である。
なお、図８では、ＯＲＰ計の計測値の移動平均値を「ＯＲＰ」と表示している。
調整領域制御部２０は、計算したセンサの計測値の移動平均値と切替判定値との大小関係に基づいて、例えば図８に示す判定基準で第１区画６１－第３区画６３の雰囲気の切替を行う。

先ず、調整領域制御部２０は、全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveと全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_refとを比較する。
全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveが全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_refよりも大きいとき、調整領域制御部２０は、さらにアンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveとアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4refとを比較するとともに、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを比較する。

アンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveがアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4refよりも大きいときに、調整領域制御部２０は、好気領域を増やすと判定する。生物反応槽全体としての好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、好気雰囲気の状態の区画が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば、調整領域制御部２０は、生物反応槽を上述した状態０→状態１→状態２→状態３の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。例えば状態０における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０である。状態１における生物反応槽全体としての好気領域は、好気領域７０と、好気雰囲気の状態の第３区画６３とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての好気領域を増やすことができる。

アンモニア濃度値の移動平均値Ｓ_NH4aveがアンモニア濃度の切替判定値ＮＨ_4ref以下であるときに、調整領域制御部２０は、微好気領域を増やすと判定する。微好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、微好気領域が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きいときに、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であるときに、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全窒素濃度値の移動平均値Ｓ_TNaveが全窒素濃度の切替判定値Ｔ－Ｎ_ref以下であるとき、調整領域制御部２０は、ＯＲＰ計の計測値の移動平均値ＯＲＰとＯＲＰ値の切替判定値ＯＲＰ_{_ref}とを更に比較する。

ＯＲＰ計の計測値の移動平均値ＯＲＰがＯＲＰ値の切替判定値ＯＲＰ_{_ref}以下であるとき、調整領域制御部２０は、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと、全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを更に比較する。また、調整領域制御部２０は、嫌気領域が最大の状態であるか、および、凝集剤注入時であるかを判断する。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、嫌気領域が最大の状態であるとき、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、嫌気領域が最大の状態ではないとき、調整領域制御部２０は、生物反応槽全体として嫌気領域を増やすと判定する。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、嫌気雰囲気の状態の区画が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、例えば生物反応槽を上述した状態３→状態２→状態１→状態０の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。例えば状態３における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０である。状態２における生物反応槽全体としての嫌気領域は、嫌気領域５０と、嫌気雰囲気の状態の第１区画６１とになる。このように、調整領域制御部２０は、第１区画６１－第３区画６３の雰囲気を制御することにより、生物反応槽全体としての嫌気領域を増やすことができる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時であるときには、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時でないときには、調整領域制御部２０は、現状維持と判定する。現状維持の判定となったときに、調整領域制御部２０は、制御バルブＢ１－Ｂ３および凝集剤注入ポンプＰ２の状態を変更せずに、次の判定周期のタイミングで再度、状態切替の判定を行う。

ＯＲＰ計の計測値の移動平均値ＯＲＰがＯＲＰ値の切替判定値ＯＲＰ_{_ref}より大きいとき、調整領域制御部２０は、全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveと、全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refとを更に比較する。また、調整領域制御部２０は、好気領域が最大の状態であるか、および、凝集剤注入時であるかを判断する。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、好気領域が最大の状態であるとき、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を増やすと判定する。凝集剤供給量を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を増加させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_refよりも大きく、かつ、好気領域が最大の状態でないとき、調整領域制御部２０は、好気領域を増加すると判定する。好気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、好気領域が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。例えば、調整領域制御部２０は、生物反応槽を上述した状態０→状態１→状態２→状態３の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時であるときには、調整領域制御部２０は、凝集剤供給量を減らすと判定する。凝集剤供給量を減らす判定となったときに、調整領域制御部２０は、凝集剤注入ポンプＰ２を制御して凝集剤の注入量を減少させる。

全リン濃度値の移動平均値Ｓ_TPaveが全リン濃度の切替判定値Ｔ－Ｐ_ref以下であり、かつ、凝集剤注入時でないときには、調整領域制御部２０は、嫌気領域を増やすと判定する。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、嫌気領域が段階的に増えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行う。嫌気領域を増やす判定となったときに、調整領域制御部２０は、例えば生物反応槽を上述した状態３→状態２→状態１→状態０の順に１段階ずつ切替えるように制御バルブＢ１－Ｂ３の制御を行ってもよい。

上記のように、本実施形態の有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムによれば、上述の第１実施形態と同様に、アンモニアの硝化性能を維持しながら、流入有機物濃度の大小にかかわらず、処理水のリンの安定化ならびに改善させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、従来の設備を利用しつつ、有機排水中から窒素およびリンを効率的に除去することを可能にする有機排水処理システム、有機排水処理方法、及び有機排水処理システムの制御プログラムを提供することができる。

なお、一般的に都市下水の処理施設においては、全窒素濃度≒アンモニア性窒素濃度＋硝酸性窒素濃度の関係が成り立つため、上述の第３実施形態および第４実施形態の有機排水処理システムは、全窒素濃度に代えて硝酸性窒素濃度を測定するセンサ（測定器）を備えていてもよい。また、第１乃至第４実施形態において好気領域または、最終沈殿池出口に設置されているセンサは、好気領域よりも後段であればどの位置に設置しても構わない。

また、第３実施形態の有機排水処理システムにおいて、有機物濃度に変えて、反応タンクへの流入流量を測定する流入流量計を配置し、流入流量と有機物濃度を乗じた有機物負荷量にて切替判定を行うものであってもよい。
いずれの場合であっても、上述の第１乃至第４実施形態と同様の効果を得ることが出来る。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０…切替判定値設定器、２０…調整領域制御部、３０…風量コントローラ、４０…最初沈殿池、５０…嫌気領域、６１－６３…調整領域、７０…好気領域、８０…最終沈殿池（固液分離槽）、Ａ０－Ａ５…散気板、Ｂ０－Ｂ５…制御バルブ、Ｐ１…返送汚泥ポンプ、Ｐ２…凝集剤注入ポンプ。

Claims (8)

1. 被処理水の流れに沿った上流側から下流側に向かって、調整領域および好気領域を順に備えた生物反応槽と、前記生物反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽と、を含み、前記調整領域が一又は複数の区画を含むプロセスに適用可能であって、
   前記生物反応槽に流入する有機物濃度又は前記有機物濃度に相当する値を測定する第１測定器と、
   前記好気領域または前記固液分離槽出口におけるアンモニア濃度を測定する第２測定器と、
   前記好気領域または前記固液分離槽出口における全リン濃度またはリン酸濃度を測定する第３測定器と、
   前記第１測定器、前記第２測定器、及び、前記第３測定器により測定された値に基づいて、前記区画を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替え可能な制御部と、を備えた有機排水処理システム。
2. 前記生物反応槽は、前記調整領域の前段に嫌気領域を備え、
   前記第１測定器は、有機物濃度計、前記嫌気領域における前記被処理水の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計、又は、前記嫌気領域における前記被処理水の微生物の補酵素を測定するＮＡＤＨ計の少なくともいずれかである、請求項１記載の有機排水処理システム。
3. 前記好気領域または前記固液分離槽出口における全窒素濃度を測定する全窒素濃度測定器を更に備え、
   前記制御部は、前記第１測定器と、前記第２測定器と、前記全窒素濃度測定器と、前記第３測定器とにより測定された値に基づいて、前記区画を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替え可能である、請求項１又は請求項２記載の有機排水処理システム。
4. 前記生物反応槽への前記被処理水の流入流量を計測する流入流量計を更に備え、
   前記第１測定器は有機物濃度計であって、
   前記制御部は、前記流入流量と前記生物反応槽に流入する前記有機物濃度とを乗じた流入有機物負荷量を前記第１測定器により測定された値に代えて用いて、前記区画を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替え可能である、請求項１又は請求項３記載の有機排水処理システム。
5. 前記生物反応槽または前記固液分離槽に凝集剤を供給する凝集剤添加設備を更に備えた、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の有機排水処理システム。
6. 前記全窒素濃度測定器に代えて硝酸性窒素濃度を測定する測定器を備えた請求項３記載の有機排水処理システム。
7. 被処理水の流れに沿った上流側から下流側に向かって、調整領域および好気領域を順に備えた生物反応槽と、前記生物反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽と、を含み、前記調整領域が一又は複数の区画を含むプロセスに適用可能であって、
   前記生物反応槽に流入する有機物濃度又は前記有機物濃度に相当する値を取得し、
   前記好気領域または前記固液分離槽出口におけるアンモニア濃度と、前記好気領域または前記固液分離槽出口における全リン濃度とリン酸濃度とのいずれかを取得し、
   取得した値に基づいて、前記区画を、独立して、嫌気雰囲気と、微好気雰囲気と、好気雰囲気との状態に切り替える、有機排水処理方法。
8. 請求項７に記載の有機排水処理方法をコンピュータに実行させる、有機排水処理システムの制御プログラム。
   

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