JP3072650B2 - 活性汚泥処理制御装置 - Google Patents

活性汚泥処理制御装置

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JP3072650B2
JP3072650B2 JP604591A JP604591A JP3072650B2 JP 3072650 B2 JP3072650 B2 JP 3072650B2 JP 604591 A JP604591 A JP 604591A JP 604591 A JP604591 A JP 604591A JP 3072650 B2 JP3072650 B2 JP 3072650B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Activated Sludge Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は活性汚泥処理制御装置に
係り、特に曝気風量を制御する活性汚泥処理制御装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、下水処理システムの自動化、最適
化に関する研究が進み、実用化されてきている。この対
象は主として酸素消費量の管理と汚泥レベルの管理に大
別される。ここで、前者の酸素消費量の管理は曝気風量
を操作因子とした制御であり、後者の汚泥レベルの管理
は余剰汚泥量を操作因子とした制御と返送汚泥量を操作
因子とした制御である。
【0003】一般に、制御の目的は次のようにまとめる
ことができる。
【0004】(1)良質かつ安定した処理水の確保。
【0005】(2)処理コストの低減。
【0006】(3)運転管理の簡略化等の省力化。
【0007】図3は従来の活性汚泥処理制御装置におけ
る溶存酸素(DO)一定制御曝気風量制御システムを示
すもので、1は曝気槽、2は溶存酸素計(DO計)、3
はDO計2の計測データを基に所定の演算を行う演算制
御部(CPU)、4は演算制御部3の演算制御信号を基
に曝気槽1に空気を送る送風機である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す活性汚泥処
理制御装置の如き曝気風量を操作因子とするDO一定制
御は上記(1)から(3)の目的を満たしており、実用
化されているが、次の点で改良すべき余地が残されてい
る。
【0009】すなわち、標準活性汚泥処理施設において
生物的脱リンを行う場合、通常,硝化を抑制した運転が
行われる。また雨水流入時など溶存酸素、温度が上昇し
てリンの除去率が低下する。このような場合、曝気槽の
前段においては送風量を絞り、DOは0に近い状態とな
るのでDO計を用いて送風量を操作因子としたDO一定
制御を行うことはかなり困難である。また、通常、DO
一定制御においてはDO計を中段か後段において代表点
として、設定値との偏差から送風量を操作するフィード
バック方式が採用されているので、曝気槽前段において
は負荷変動が激しい場合、DOを一定に制御することは
困難である。
【0010】要約すると、有機物除去のみを目的とした
場合は既存のDO一定制御方式で充分であるが窒素やリ
ンの除去を目的とした場合は従来より精度の高いDO制
御方式が必要であると言えよう。
【0011】しかるに、活性汚泥処理における活性汚泥
(微生物、M)と廃水中の有機物(食物、F)の比、す
なわちF/Mの表現方式の一つである(CODcr・A
TP負荷を曝気槽のORP(酸化還元電位)から推定す
る方法が考えられる。この方法ではCODcr・ATP
負荷、CODcr除去速度/ATP、ATU−Rr/A
TPの三者の間には相関関係があり、ORP,ATU−
Rr(アルリチオ尿素吸収速度),ATP(アデノミン
−3−リン酸)の3つのうち2つを測定すれば、F/M
比の推定と同時に流入水CODcrおよび処理水COD
crを推定することが可能である。しかし、これらのF
/M比推定システムを活性汚泥処理の制御に利用した例
はまだ提案されていない。
【0012】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ORP,MLSS,ATPおよびD
Oの各計測値を基に演算処理してF/Mを推定して送風
量を制御することにより、高性能な活性汚泥処理装置を
提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、曝気槽の水質因子を測定し、この水質因
子を演算して前記曝気槽へ送風する送風機を制御する活
性汚泥処理制御装置において、前記曝気槽の前段部に配
置された酸化還元電位計およびアデノミン−3−リン酸
計,前記曝気槽の中段部に配置された活性汚泥濃度計お
よび前記曝気槽の後段部に配置された溶存酸素計からな
る水質因子測定手段と、前記アデノミン−3−リン酸計
の計測値,酸化還元電位計の計測値,および溶存酸素計
の計測値を基に曝気風量を算出し、この算出された送風
量を基に前記送風機を制御する演算制御手段によって活
性汚泥処理制御装置を構成する。
【0014】
【作用】ORP,ATP,MLSSの測定値より関係式
によりCODcr,ATP負荷およびCODcr除去速
度を推定し、CODcr除去速度と呼吸速度の比例関係
に基づいてDO一定制御下において実験的に得られたC
ODcr除去量と必要曝気風量の関係式により曝気風量
を算出する。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1と図2を参照し
ながら説明する。
【0016】図1は本発明の実施例による活性汚泥処理
制御装置における曝気風量制御システムを示すもので、
1は曝気槽、2は溶存酸素計(DO計)、3は演算制御
装置、4は送風機、5は酸化還元電位計(ORP計)、
6は活性汚泥濃度(MLSS)計、7はアデノミン−3
−リン酸(ATP)計である。曝気槽1の前段にはOR
P計5とATP計7が配設され、曝気槽1の中段にはM
LSS計6が、曝気槽1の後段にはDO計2が配設され
ている。
【0017】上記構成の活性汚泥処理制御装置におい
て、曝気槽活性汚泥混液を採取してATP計7によって
ATP濃度を測定する。演算制御装置3は各計測機5,
6,7から出る計測値信号を入力して、演算式を用いて
曝気風量を演算し、送風機4に出力信号を発信する仕組
になっている。またDO計2からの入力信号により、設
定DO値との偏差から曝気風量を演算し、送風機4に出
力信号を発信するようになっている。
【0018】人工下水を用いた活性汚泥処理室内連続実
験において汚泥滞留時間(SRT)一定制御(4日およ
び10日)条件下、水温が15から17℃の範囲で、流
入水の2クロム酸化カリウムによる酸素消費量CODc
rである流入水CODcr,処理水CODcr,曝気槽
のORP,ATP,ATU−Rrなどを測定した。その
結果、ORP,CODcr・ATP負荷,CODcr除
去速度/ATP,ATU−Rr/ATPの四者の間に相
関関係が認められ、関係式(1)〜(4)が得られた。
【0019】ORP=−427.52CODcr・AT
P負荷+182.6…(1) ここで、相関係数r=−0.8977、サンプリング数
n=30である。
【0020】ATU−Rr/ATP=19.65COD
cr・ATP負荷−0.62…(2) ここで、r=0.9927、n=23である。
【0021】CODcr除去速度/ATP=0.770
4CODcr・ATP負荷+0.016…(3) ここで、r=0.9927、n=23である。
【0022】CODcr除去速度/ATP=0.032
88ATU−Rr/ATP+0.0672…(4) ここで、r=0.8749、n=21である。
【0023】これらの関係式を用いてORP,ATU−
Rr,ATPのうち、いずれか2つを測定すればF/M
比の一つの表現方式であるCODcr・ATP負荷およ
びCODcr除去速度を推定することができる。三者の
うち最も容易に、また安価に情報が得られるのはORP
であり、CODcr・ATP負荷の推定に適している。
【0024】CODcr除去速度は直接測定するのは大
変な作業であるので、まず、ORPから(1)式を用い
てCODcr・ATP負荷を推定して、ATPの測定値
を(3)式に代入してCODcr除去速度を推定する方
法がとられる。ATPは今のところオーライン自動計測
は困難であり、手分析に頼らざるを得ず測定に1時間程
度を要するという不利があるが、流入水CODcrのよ
うな変動は少なく、1日1回程度の測定で曝気風量計算
用のデータとして使用することができる。
【0025】ATU−Rrは曝気風量算出用のデータと
して使用することが可能であるが、ATU−Rrのオン
ライン自動計測機は高価であるという不利がある。さ
て、呼吸速度はCODcr除去速度と比例関係にあるこ
とは一般に知られており、CODcr除去速度とATU
−Rrの比例関係を示す(4)式が得られたことからも
確かめられた。
【0026】したがって、DO一定制御条件下ではCO
Dcr除去速度と曝気風量は比例関係にあると考えられ
る。図2は都市下水処理場においてDO一定制御下(曝
気槽後段にDO計を設置し、DO=1.2mg/Lになる
ように制御した)で得られたCODcr除去量と必要曝
気風量の関係を示すものであり、次の回帰式が得られ
た。
【0027】(I/M)×(△S/△T)=a×(Gs
1・35)/M+b……(5) ここで、△S/△TはCODcr除去量(Kg・MLS
S)、Mは曝気槽MLSS量(Kg・MLSS)、Gs
は曝気風量(Nm3/日)、a=7.94×10-5(定
数)、b=3.85×10-3(定数)である。
【0028】(5)式は(6)式のように変形すること
ができる。
【0029】(CODcr除去速度/ATP)×ATP
/MLSS×10-3×VA=a×Gs1・35/ATP×A
TP/MLSS×10-3×VA+b…(6) ここで、CODcr除去速度/ATPは曝気槽ATP濃
度[m・mole/m3]、MLSSは曝気槽混液濃度
[mg/Lまたはg/m3]、VAは曝気槽容積[m3]、
Sは曝気風量[Nm3/日]、a=7.94×10
-5(定数)、b=3.85×10-3(定数)である。
【0030】ORP測定値から(1),(3)式を用い
て算出したCODcr除去速度/ATP,およびATP
とMLSSの測定値,曝気槽容積を(6)式に代入すれ
ば曝気風量を算出することができる。定数a,bの値は
DOの設定値やその他の条件によって変化すると考えら
れるが、DOの任意の設定値に対して実験的に求めるこ
とは可能である。
【0031】ORPとATPの測定値を用いた曝気風量
制御はフィードフォワード方式の制御であるが、曝気槽
後段においてDOを測定し、既存のDO一定フィードバ
ック制御機構と組み合わせることにより、曝気槽の酸素
消費量の管理をより高精度に行うことが可能である。
【0032】本システムは窒素やリンの除去を目的とし
た嫌気好気活性汚泥法への応用が考えられる。嫌気好気
活性汚泥では従来の有機物除去のみを目的とした活性汚
泥処理に比較して曝気風量の制御は高精度が要求され
る。即ち、曝気槽前段はDOが上昇しない程度に曝気槽
後段はDOをある一定濃度範囲に制御する必要がある。
【0033】本システムはこのような酸素消費量の管理
において高精度を要求される嫌気好気活性汚泥法に適し
た曝気風量制御システムと言えよう。
【0034】CODcr除去速度とATU−Rrの比例
関係(4)式より推察すると、曝気槽のDOをできるだ
け低くして負荷量に応じた必要最小限の曝気風量とする
ことが可能であると考えられる。こうすることによって
曝気に要する電力を節約することが可能である。
【0035】実験結果の相関解析によるとDOとORP
の相関は低く、ORPは負荷,ATP濃度,硝化率との
相関が高いことが判明している。曝気槽の前段では通
常、硝化が起こらず、DOも低いので、ORPは負荷に
対する依存性が高いと推察される。また曝気槽前段のD
O制御はDO計の性能上、困難であることからORPと
ATPを用いたフィードフォワード方式の曝気風量制御
が適していると考えられる。
【0036】
【発明の効果】本発明は、以上の如くであって、活性汚
泥処理におけるF/M比の表現方式であるCODcr・
ATP負荷およびCODcr除去速度を推定して曝気風
量を制御するようにしたから、高性能な活性汚泥処理制
御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による活性汚泥処理制御装置の
ブロック図。
【図2】図1の活性汚泥処理制御装置の除去基質量と曝
気風量の関係を示す特性図。
【図3】従来の活性汚泥処理制御装置のブロック図。
【符号の説明】 1…曝気槽 2…溶存酸素計 3…演算制御装置 4…送風機 5…酸化還元電位計 6…活性汚泥濃度計 7…アデノミン−3−リン酸計

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 曝気槽の水質因子を測定し、この水質因
    子を基に演算して前記曝気槽へ送風する送風機を制御す
    る活性汚泥処理制御装置において、前記曝気槽の前段部
    に配置された酸化還元電位計およびアデノミン−3−リ
    ン酸計,前記曝気槽の中段部に配置された活性汚泥濃度
    計および前記曝気槽の後段部に配置された溶存酸素計か
    らなる水質因子測定手段と、前記アデノミン−3−リン
    酸計の計測値,酸化還元電位計の計測値,および溶存酸
    素計の計測値を基に曝気風量を算出し、この算出された
    送風量を基に前記送風機を制御する演算制御手段によっ
    て構成したことを特徴とする活性汚泥処理制御装置。
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