JP3324656B2 - 水処理制御装置 - Google Patents
水処理制御装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、都市下水や産業廃水の
ように、有機物を含む汚水を浄化する活性汚泥法による
下水処理制御装置に関するものである。
ように、有機物を含む汚水を浄化する活性汚泥法による
下水処理制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の下水処理制御装置の構成を図２に
示す。管路１より曝気槽２に流入する下水の水量、ｐ
Ｈ、流入水懸濁物質濃度、および流入水有機物濃度は、
流入下水量測定計１０、ｐＨ測定計１１、懸濁物質濃度
計１２、有機物濃度計１３によりそれぞれ検出し、その
検出信号を演算装置２７に出力する。また曝気槽２内に
流入した下水と沈澱槽から返送された返送汚泥との混合
液の溶存酸素濃度、ＭＬＳＳ、および水温は、溶存酸素
濃度計１４、ＭＬＳＳ計１５、水温計１６によりそれぞ
れ検出し、その検出信号を演算装置２７に出力する。ま
た曝気槽２から流出した混合液の有機物濃度およびＭＬ
ＳＳは、有機物濃度計１７およびＭＬＳＳ計１８により
それぞれ検出し、その検出信号を演算装置２７に出力す
る。また混合液が沈澱槽３で沈降分離された処理水は、
管路７より装置外に放出され、その処理水の懸濁物質濃
度、有機物濃度およびｐＨは、懸濁物質濃度計１９、有
機物濃度計２０およびｐＨ測定計２１でそれぞれ検出
し、その検出信号を演算装置２７に出力する。また返送
汚泥量、返送汚泥濃度、余剰汚泥量、余剰汚泥濃度、お
よび曝気風量を、返送汚泥量測定計２２、返送汚泥濃度
計２３、余剰汚泥引抜量測定計２４、余剰汚泥濃度計２
５、および曝気風量測定装置２６によって検出し、その
検出信号を演算装置２７に出力する。また、ＭＬＳＳ計
１５と余剰汚泥引抜量測定計２４によって検出した信号
を余剰汚泥量演算装置３９に、流入下水量測定計１０、
ＭＬＳＳ計１８および返送汚泥濃度計２３によって検出
した信号を、返送汚泥量演算装置４１に、溶存酸素濃度
計１４と曝気風量測定装置２６によって検出した信号を
曝気風量演算装置４３にも出力する。演算装置２７は、
自己回帰モデル演算装置２８、選択装置２９、修正自己
回帰モデル演算装置３０、最適化装置３１、計測値記憶
装置３５、予測演算装置３６、予測値記憶装置３７、お
よび比較装置３８から構成される。本装置においては、
まず各種計測値の検出信号を記憶装置３５に記憶する。
自己回帰モデル演算装置２８は、記憶装置内に記憶して
いる信号から、自己回帰モデルの作成を行うが、以下に
その演算方法を説明する。下水処理装置において、現在
のプロセスの状態は過去のプロセスの状態の線形結合に
よってその大部分を表現できる。いま時刻ｎにおけるプ
ロセスの状態をｋ次元の全変数ベクトルＸ（ｎ）で表わ
すと、その自己回帰表現は次のようになる。
示す。管路１より曝気槽２に流入する下水の水量、ｐ
Ｈ、流入水懸濁物質濃度、および流入水有機物濃度は、
流入下水量測定計１０、ｐＨ測定計１１、懸濁物質濃度
計１２、有機物濃度計１３によりそれぞれ検出し、その
検出信号を演算装置２７に出力する。また曝気槽２内に
流入した下水と沈澱槽から返送された返送汚泥との混合
液の溶存酸素濃度、ＭＬＳＳ、および水温は、溶存酸素
濃度計１４、ＭＬＳＳ計１５、水温計１６によりそれぞ
れ検出し、その検出信号を演算装置２７に出力する。ま
た曝気槽２から流出した混合液の有機物濃度およびＭＬ
ＳＳは、有機物濃度計１７およびＭＬＳＳ計１８により
それぞれ検出し、その検出信号を演算装置２７に出力す
る。また混合液が沈澱槽３で沈降分離された処理水は、
管路７より装置外に放出され、その処理水の懸濁物質濃
度、有機物濃度およびｐＨは、懸濁物質濃度計１９、有
機物濃度計２０およびｐＨ測定計２１でそれぞれ検出
し、その検出信号を演算装置２７に出力する。また返送
汚泥量、返送汚泥濃度、余剰汚泥量、余剰汚泥濃度、お
よび曝気風量を、返送汚泥量測定計２２、返送汚泥濃度
計２３、余剰汚泥引抜量測定計２４、余剰汚泥濃度計２
５、および曝気風量測定装置２６によって検出し、その
検出信号を演算装置２７に出力する。また、ＭＬＳＳ計
１５と余剰汚泥引抜量測定計２４によって検出した信号
を余剰汚泥量演算装置３９に、流入下水量測定計１０、
ＭＬＳＳ計１８および返送汚泥濃度計２３によって検出
した信号を、返送汚泥量演算装置４１に、溶存酸素濃度
計１４と曝気風量測定装置２６によって検出した信号を
曝気風量演算装置４３にも出力する。演算装置２７は、
自己回帰モデル演算装置２８、選択装置２９、修正自己
回帰モデル演算装置３０、最適化装置３１、計測値記憶
装置３５、予測演算装置３６、予測値記憶装置３７、お
よび比較装置３８から構成される。本装置においては、
まず各種計測値の検出信号を記憶装置３５に記憶する。
自己回帰モデル演算装置２８は、記憶装置内に記憶して
いる信号から、自己回帰モデルの作成を行うが、以下に
その演算方法を説明する。下水処理装置において、現在
のプロセスの状態は過去のプロセスの状態の線形結合に
よってその大部分を表現できる。いま時刻ｎにおけるプ
ロセスの状態をｋ次元の全変数ベクトルＸ（ｎ）で表わ
すと、その自己回帰表現は次のようになる。
【０００３】
【数１】
【０００４】但しＸ（ｎ−ｍ）は時刻ｎよりｍ時点前の
全変数ベクトル、Ｕ（ｎ）は白色雑音ベクトル、Ａ
（ｍ）は自己回帰モデルの回帰係数、Ｍは自己回帰モデ
ルの最適次数である。（１）式の回帰係数Ａ（ｍ）の要
素ａｉｊ（ｍ）は次の連立一次方程式の解として求めら
れる。
全変数ベクトル、Ｕ（ｎ）は白色雑音ベクトル、Ａ
（ｍ）は自己回帰モデルの回帰係数、Ｍは自己回帰モデ
ルの最適次数である。（１）式の回帰係数Ａ（ｍ）の要
素ａｉｊ（ｍ）は次の連立一次方程式の解として求めら
れる。
【０００５】
【数２】
【０００６】但し、ＲihはＸのｉ、ｈ行の要素の相互関
数である。また白色雑音ベクトルＵ（ｎ）の要素をｅｉ
（ｎ）とすると、その分散σｅｉ2は次のようになる。
数である。また白色雑音ベクトルＵ（ｎ）の要素をｅｉ
（ｎ）とすると、その分散σｅｉ2は次のようになる。
【０００７】
【数３】
【０００８】なおモデルの最適次数Ｍ は予測誤差を示
す（４）式ＭＦＰＥ（Ｍ）を最小にする値である。
す（４）式ＭＦＰＥ（Ｍ）を最小にする値である。
【０００９】
【数４】
【００１０】但し、Ｎはデータ数、‖ｄM‖はＵ（ｎ）
の分散共分散行列推定値である。このようにして自己回
帰係数、モデル次数および白色雑音の分散（固有ノイ
ズ）が求められ、自己回帰モデルが形成される。次に、
下水処理装置の被制御変数即ち放流水有機物濃度、放流
水懸濁物質濃度、ＭＬＳＳを一定に保つために、この自
己回帰モデルを構成する多数のシステム変数の中で、被
制御変数に寄与するシステム変数を選別する必要があ
る。いまＫ個のシステム変数が伝達要素によって結ばれ
た閉ループにおいて、ａij（ｆ）を変数Ｘi（ｆ）と変
数Ｘj（ｆ）とを結ぶ伝達要素のＸj（ｆ）からＸ
i（ｆ）への周波数応答関数とし、Ｕj（ｆ）をＸ
i（ｆ）の内部雑音の周波数領域における表現とする
と、
の分散共分散行列推定値である。このようにして自己回
帰係数、モデル次数および白色雑音の分散（固有ノイ
ズ）が求められ、自己回帰モデルが形成される。次に、
下水処理装置の被制御変数即ち放流水有機物濃度、放流
水懸濁物質濃度、ＭＬＳＳを一定に保つために、この自
己回帰モデルを構成する多数のシステム変数の中で、被
制御変数に寄与するシステム変数を選別する必要があ
る。いまＫ個のシステム変数が伝達要素によって結ばれ
た閉ループにおいて、ａij（ｆ）を変数Ｘi（ｆ）と変
数Ｘj（ｆ）とを結ぶ伝達要素のＸj（ｆ）からＸ
i（ｆ）への周波数応答関数とし、Ｕj（ｆ）をＸ
i（ｆ）の内部雑音の周波数領域における表現とする
と、
【００１１】
【数５】
【００１２】が得られる。ここで、
【００１３】
【数６】
【００１４】とおけば、
【００１５】
【数７】
【００１６】ここでｂij（ｆ）はｊ番目の変数の固有ノ
イズＵj（ｆ）が、フィールドバックループを通してｉ
番目システム変数Ｘi（ｆ）へおよぼす影響を示す。
（７）式のパワースベクトル領域における表現式は
イズＵj（ｆ）が、フィールドバックループを通してｉ
番目システム変数Ｘi（ｆ）へおよぼす影響を示す。
（７）式のパワースベクトル領域における表現式は
【００１７】
【数８】
【００１８】但し、Ｐ（Ｕj）（ｆ）は周波数ｆにおけ
る固有ノイズＵjのパワースペクトル密度である。さら
に周波数ｆにおけるＸi（ｆ）のパワースペクトル密度
のうち、Ｕj（ｆ）に寄与する部分をｑij（ｆ）とする
と、 qij(f)＝｜bij(f)｜2・P(Uj)(f) （９ ） となる。ここで、このｑij（ｆ）を寄与率という。つま
り、例えばあるシステム変数Ａに対するシステム変数
Ｂ、Ｃ、Ｄの寄与率が、それぞれ３５％、４０％、２５
％と求まると、システム変数Ｃ、Ｂ、Ｄの順で、システ
ム変数Ａに影響を与えていることになる。また計測値の
変動域は、標準偏差を求めることによって容易に推定で
きる。すなわち、標準偏差Ｓ は（１０）式から得ら
れ、
る固有ノイズＵjのパワースペクトル密度である。さら
に周波数ｆにおけるＸi（ｆ）のパワースペクトル密度
のうち、Ｕj（ｆ）に寄与する部分をｑij（ｆ）とする
と、 qij(f)＝｜bij(f)｜2・P(Uj)(f) （９ ） となる。ここで、このｑij（ｆ）を寄与率という。つま
り、例えばあるシステム変数Ａに対するシステム変数
Ｂ、Ｃ、Ｄの寄与率が、それぞれ３５％、４０％、２５
％と求まると、システム変数Ｃ、Ｂ、Ｄの順で、システ
ム変数Ａに影響を与えていることになる。また計測値の
変動域は、標準偏差を求めることによって容易に推定で
きる。すなわち、標準偏差Ｓ は（１０）式から得ら
れ、
【００１９】
【数９】
【００２０】計測値の９９．７％は、（１１）式で得ら
れるＸiの範囲になると考えて良い。
れるＸiの範囲になると考えて良い。
【００２１】
【数１０】
【００２２】したがって、刻々得られる計測値が、（１
１）式の変動域に含まれているか否かによって、正常、
異常の判定を下すことが可能となる。選択装置２９では
自己回帰モデル演算装置２８からの出力により（９）、
（１０）式に基づいて、被制御変数すなわち処理水の有
機物濃度、懸濁物質濃度および曝気槽内のＭＬＳＳ濃度
に対するシステム変数の影響度を演算し、修正自己回帰
モデル演算装置３０に出力する。修正自己回帰モデル演
算装置３０では、自己回帰モデル記憶装置３５の計測値
を当てはめ、修正自己回帰モデルを作成する。この修正
自己回帰モデル演算装置３０は、処理水の水質に重要な
影響力をもつ変数のみにによって構成された修正自己回
帰モデルを作成し、最適化装置３１へ、数式モデルとし
て出力する。また修正自己回帰モデル演算装置３０から
の出力は、予測演算装置３６にも入力され、この予測演
算装置３６では、現時刻に採取した計測値を修正自己回
帰モデルにも適用して未来時刻の計測値を算出し、この
予測値を予測記憶装置３７へ出力する。比較装置３８で
は、計測値と、予測記憶装置３７に記憶されている当該
時刻の予測値を比較し、その予測誤差を演算する。その
演算の結果、予測誤差が大きいと判定された場合、すな
わち使用している修正自己回帰モデルが適切でないと判
断した場合は、自己回帰モデル演算装置に２８に信号を
出力し、自己回帰モデルの更新を行う。このようにし
て、使用している修正自己回帰モデルがモデルとして不
適切と判断された時点で、モデルは自動的に更新され
る。次の最適化装置３１では、修正自己回帰モデルに時
々刻々の計測値を入力して、最適化制御信号の算出を行
い、その制御信号を余剰汚泥量加算装置４０、返送汚泥
量加算装置４２および曝気風量加算装置４４に出力す
る。一方、余剰汚泥量演算装置３９では、現時刻の曝気
槽内ＭＬＳＳと余剰汚泥引抜量から、曝気槽内ＭＬＳＳ
が概ね一定となるように余剰汚泥量の演算を行い、この
値を余剰汚泥量加算装置４０に出力する。また返送汚泥
量演算装置４１では、流入の下水量、曝気槽２から流出
した混合液のＭＬＳＳ、および返送汚泥濃度から、沈澱
槽３内の総汚泥量が概ね一定となるように返送汚泥量の
演算を行い、この値を返送汚泥量加算装置４２に出力す
る。また曝気風量演算装置４３では、溶存酸素濃度と曝
気風量から、曝気槽２内の溶存酸素濃度が概ね一定とな
るように曝気風量の演算を行い、この値を曝気風量加算
装置４４に出力する。次の余剰汚泥量加算装置４０、返
送汚泥量加算装置４２および曝気風量加算装置４４で
は、最適化装置３１からの最適化制御信号と各々の演算
装置からの信号を加算し、それらの加算信号を引抜汚泥
ポンプの制御装置３４、返送汚泥ポンプの制御装置３
３、ブロワーの制御装置３２に与える。そして、これら
の制御装置の出力信号により、制御がおこなわれる。こ
のようにして、活性汚泥法において曝気槽内のＭＬＳＳ
と溶存酸素濃度、および沈澱槽内の総汚泥量を概ね一定
値に維持することによって、システムの安定化を図り、
修正自己回帰モデルによる最適制御系によって実現する
ことができる。また２つの制御系が存在することによ
り、いずれかの系で不測の事態が生じた場合でも、制御
系が完全に停止してしまう状態は回避される。
１）式の変動域に含まれているか否かによって、正常、
異常の判定を下すことが可能となる。選択装置２９では
自己回帰モデル演算装置２８からの出力により（９）、
（１０）式に基づいて、被制御変数すなわち処理水の有
機物濃度、懸濁物質濃度および曝気槽内のＭＬＳＳ濃度
に対するシステム変数の影響度を演算し、修正自己回帰
モデル演算装置３０に出力する。修正自己回帰モデル演
算装置３０では、自己回帰モデル記憶装置３５の計測値
を当てはめ、修正自己回帰モデルを作成する。この修正
自己回帰モデル演算装置３０は、処理水の水質に重要な
影響力をもつ変数のみにによって構成された修正自己回
帰モデルを作成し、最適化装置３１へ、数式モデルとし
て出力する。また修正自己回帰モデル演算装置３０から
の出力は、予測演算装置３６にも入力され、この予測演
算装置３６では、現時刻に採取した計測値を修正自己回
帰モデルにも適用して未来時刻の計測値を算出し、この
予測値を予測記憶装置３７へ出力する。比較装置３８で
は、計測値と、予測記憶装置３７に記憶されている当該
時刻の予測値を比較し、その予測誤差を演算する。その
演算の結果、予測誤差が大きいと判定された場合、すな
わち使用している修正自己回帰モデルが適切でないと判
断した場合は、自己回帰モデル演算装置に２８に信号を
出力し、自己回帰モデルの更新を行う。このようにし
て、使用している修正自己回帰モデルがモデルとして不
適切と判断された時点で、モデルは自動的に更新され
る。次の最適化装置３１では、修正自己回帰モデルに時
々刻々の計測値を入力して、最適化制御信号の算出を行
い、その制御信号を余剰汚泥量加算装置４０、返送汚泥
量加算装置４２および曝気風量加算装置４４に出力す
る。一方、余剰汚泥量演算装置３９では、現時刻の曝気
槽内ＭＬＳＳと余剰汚泥引抜量から、曝気槽内ＭＬＳＳ
が概ね一定となるように余剰汚泥量の演算を行い、この
値を余剰汚泥量加算装置４０に出力する。また返送汚泥
量演算装置４１では、流入の下水量、曝気槽２から流出
した混合液のＭＬＳＳ、および返送汚泥濃度から、沈澱
槽３内の総汚泥量が概ね一定となるように返送汚泥量の
演算を行い、この値を返送汚泥量加算装置４２に出力す
る。また曝気風量演算装置４３では、溶存酸素濃度と曝
気風量から、曝気槽２内の溶存酸素濃度が概ね一定とな
るように曝気風量の演算を行い、この値を曝気風量加算
装置４４に出力する。次の余剰汚泥量加算装置４０、返
送汚泥量加算装置４２および曝気風量加算装置４４で
は、最適化装置３１からの最適化制御信号と各々の演算
装置からの信号を加算し、それらの加算信号を引抜汚泥
ポンプの制御装置３４、返送汚泥ポンプの制御装置３
３、ブロワーの制御装置３２に与える。そして、これら
の制御装置の出力信号により、制御がおこなわれる。こ
のようにして、活性汚泥法において曝気槽内のＭＬＳＳ
と溶存酸素濃度、および沈澱槽内の総汚泥量を概ね一定
値に維持することによって、システムの安定化を図り、
修正自己回帰モデルによる最適制御系によって実現する
ことができる。また２つの制御系が存在することによ
り、いずれかの系で不測の事態が生じた場合でも、制御
系が完全に停止してしまう状態は回避される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、演算装
置２７の制御信号と、実測して演算した余剰汚泥量加算
装置４０、返送汚泥量加算装置４２、曝気風量加算装置
４４の制御信号とにより、階層的制御系を用いて活性汚
泥処理システムの制御を行い、上位制御系の自己回帰モ
デルは、比較的低周波の変動を対象としているので、流
入下水量や流入懸濁物質濃度、流入有機物濃度の急激な
変動に対しては、演算装置２７の最適化制御信号は大き
な変化を示さないため、対応できない場合がある。この
ため下位の制御系の余剰汚泥量演算装置、返送汚泥量演
算装置および曝気風量演算装置の制御信号は、システム
の安定化を図るための特定項目が、目標値から大きく外
れることがある。例えば、流入負荷の急激な増加時は、
曝気槽内の溶存酸素濃度が、目標値１．０（ｍｇ／ｌ）
に対して、０．１（ｍｇ／ｌ）以下になる場合がある。
また、システムの安定化を図るための特定項目、例えば
曝気槽内のＭＬＳＳ、溶存酸素濃度、沈澱槽内の総汚泥
量等は、一般に活性汚泥処理システムの重要な運転指標
なので、一時的にではあるが、これらの値が目標値から
大きく外れることは、処理場の運転員に不安感を与える
ことになる。本発明は、このような欠点を取り除くため
に改良を施したもので、負荷の変動時にもシステムの安
定性を保ち、処理水水質を被制御変数とする自己回帰モ
デルによる最適制御系を実現することを目的とするもの
である。
置２７の制御信号と、実測して演算した余剰汚泥量加算
装置４０、返送汚泥量加算装置４２、曝気風量加算装置
４４の制御信号とにより、階層的制御系を用いて活性汚
泥処理システムの制御を行い、上位制御系の自己回帰モ
デルは、比較的低周波の変動を対象としているので、流
入下水量や流入懸濁物質濃度、流入有機物濃度の急激な
変動に対しては、演算装置２７の最適化制御信号は大き
な変化を示さないため、対応できない場合がある。この
ため下位の制御系の余剰汚泥量演算装置、返送汚泥量演
算装置および曝気風量演算装置の制御信号は、システム
の安定化を図るための特定項目が、目標値から大きく外
れることがある。例えば、流入負荷の急激な増加時は、
曝気槽内の溶存酸素濃度が、目標値１．０（ｍｇ／ｌ）
に対して、０．１（ｍｇ／ｌ）以下になる場合がある。
また、システムの安定化を図るための特定項目、例えば
曝気槽内のＭＬＳＳ、溶存酸素濃度、沈澱槽内の総汚泥
量等は、一般に活性汚泥処理システムの重要な運転指標
なので、一時的にではあるが、これらの値が目標値から
大きく外れることは、処理場の運転員に不安感を与える
ことになる。本発明は、このような欠点を取り除くため
に改良を施したもので、負荷の変動時にもシステムの安
定性を保ち、処理水水質を被制御変数とする自己回帰モ
デルによる最適制御系を実現することを目的とするもの
である。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の下水処理装置
は、活性汚泥処理プロセスの曝気槽内の活性汚泥浮遊物
質濃度と曝気槽内の溶存酸素濃度と沈殿槽内の総汚泥量
の特定項目の安定化を図るブロワーの制御装置と、前記
曝気槽に汚泥を返送する返送汚泥ポンプの制御装置と、
前記汚泥を引き抜く引抜汚泥ポンプの制御装置と、現時
刻のＭＬＳＳと余剰汚泥量からＭＬＳＳが一定となる余
剰汚泥量を演算する余剰汚泥量演算装置と、流入の下水
量、ＭＬＳＳ、返送汚泥濃度から沈殿槽の総汚泥量が一
定となるように返送汚泥量の演算をする返送汚泥量演算
装置と、溶存酸素濃度と曝気風量から溶存酸素濃度が一
定となるように曝気風量の演算をする曝気風量演算装置
と、前記余剰汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装
置からの信号を加算する余剰汚泥量加算装置と、前記返
送汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装置からの信
号を加算する返送汚泥量加算装置と、前記曝気風量演算
装置からの信号と制御量調整装置からの信号を加算する
曝気風量加算装置とからなる下位の制御系と、この下位
の制御系を含む処理装置の線形モデルを用いる演算装置
を備えた上位の制御系と、からなる下水処理制御装置に
おいて、前記演算装置に制御量調整装置が設けられてお
り、その制御量調整装置は、上位制御系の演算装置で演
算した特定項目の目標値とその特定項目の計測値との差
に応じて出力値を変化させ、その出力値が大きければ上
位制御系の影響を大きくし、小さければ下位制御系の影
響を大きくなるように、上位制御系が下位制御系に与え
る影響度を変化させることを特徴としている。
は、活性汚泥処理プロセスの曝気槽内の活性汚泥浮遊物
質濃度と曝気槽内の溶存酸素濃度と沈殿槽内の総汚泥量
の特定項目の安定化を図るブロワーの制御装置と、前記
曝気槽に汚泥を返送する返送汚泥ポンプの制御装置と、
前記汚泥を引き抜く引抜汚泥ポンプの制御装置と、現時
刻のＭＬＳＳと余剰汚泥量からＭＬＳＳが一定となる余
剰汚泥量を演算する余剰汚泥量演算装置と、流入の下水
量、ＭＬＳＳ、返送汚泥濃度から沈殿槽の総汚泥量が一
定となるように返送汚泥量の演算をする返送汚泥量演算
装置と、溶存酸素濃度と曝気風量から溶存酸素濃度が一
定となるように曝気風量の演算をする曝気風量演算装置
と、前記余剰汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装
置からの信号を加算する余剰汚泥量加算装置と、前記返
送汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装置からの信
号を加算する返送汚泥量加算装置と、前記曝気風量演算
装置からの信号と制御量調整装置からの信号を加算する
曝気風量加算装置とからなる下位の制御系と、この下位
の制御系を含む処理装置の線形モデルを用いる演算装置
を備えた上位の制御系と、からなる下水処理制御装置に
おいて、前記演算装置に制御量調整装置が設けられてお
り、その制御量調整装置は、上位制御系の演算装置で演
算した特定項目の目標値とその特定項目の計測値との差
に応じて出力値を変化させ、その出力値が大きければ上
位制御系の影響を大きくし、小さければ下位制御系の影
響を大きくなるように、上位制御系が下位制御系に与え
る影響度を変化させることを特徴としている。
【００２５】
【作用】このようになっているため、急激な負荷の変動
が生じるても下水処理の安定性を保ち、処理水水質の変
動を抑制する制御系を実現することができるのである。
が生じるても下水処理の安定性を保ち、処理水水質の変
動を抑制する制御系を実現することができるのである。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を図１に示す実施例に基づいて
具体的に説明する。図１は本発明の実施例を示すもので
あり、図２の従来例と異なるところは、上位制御系の最
適化装置３１の次に制御量調整装置４５を追加している
こと、そして本装置に余剰汚泥量演算装置３９、返送汚
泥量演算装置４１および曝気風量演算装置４３からのシ
ステムの安定化を図るための特定項目の目標値と計測値
の信号、ならびに最的化装置３１からの制御信号を入力
していること、また本装置の制御信号を、余剰汚泥量加
算装置４０、返送汚泥量加算装置４２、および曝気風量
加算装置４４に出力していることである。特定項目とし
ては、前記のように曝気槽内のＭＬＳＳと溶存酸素濃
度、あるいは沈澱槽内の総汚泥量等が上げられる。制御
量調整装置４５からの制御信号は、システムの安定化を
図るための特定項目の目標値と計測値によって決定され
るが、その演算方法の１例を次に示す。いまＣopを最的
化装置３１からの制御信号値とすると、制御量調整装置
４５からの制御信号値Ｃadは、（１２）式によって定義
する。 Cad＝K(Xp，Xm)・Cop （１２） K(Xp，Xm)＝1 (Dpm＞0.5) （１３） ＝Dpm (0＜Dpm＜0.5) ＝0 (Dpm＜0) Dpm＝1-｜Xp-Xm｜/Xp （１４） 但し、ここでＸp、Ｘmはそれぞれシステムの安定化を図
るための特定項目の目標値と計測値であり、Ｋ（Ｘp、
Ｘm）は最的化制御信号減衰係数、Ｄpmは特定項目の目
標値と計測値の差の度合を示す関数である。制御量調整
装置４５から、このような制御信号を、余剰汚泥量加算
装置４０、返送汚泥量加算装置４２および曝気風量加算
装置４４に出力することにすれば、Ｄpmの値に応じて、
これらの加算装置における余剰汚泥量演算装置３９、返
送汚泥量演算装置４１および曝気風量演算装置４３から
の信号値による割合が変化する。すなわち、特定項目の
目標値と計測値の差の度合が大きくなれば（Ｄpmが０．
５以下）、最終操作量出力信号に対する、各操作量演算
装置、つまりシステムの安定化を保つための下位の制御
系からの信号の比率は大きくなる。そして、特定項目の
計測値が目標値から大きく外れるような場合（Ｄpmが０
以下）は、下位の制御系が支配的となる。なお４０ここ
では、Ｄpmが０．５以上の時は、最的化装置３１からの
制御信号をそのまま出力するようにしているが、その理
由は、この程度の目標値からのずれでは、システムの安
定化は十分保たれていると考えられるからである。前記
のごとく、従来の制御方法では急激な負荷の変動時に
は、特定項目が目標値から大きく外れることがある。し
かし、本方法によれば、そのような変動時には下位の制
御系が支配的となるので、この状態は回避できる。
具体的に説明する。図１は本発明の実施例を示すもので
あり、図２の従来例と異なるところは、上位制御系の最
適化装置３１の次に制御量調整装置４５を追加している
こと、そして本装置に余剰汚泥量演算装置３９、返送汚
泥量演算装置４１および曝気風量演算装置４３からのシ
ステムの安定化を図るための特定項目の目標値と計測値
の信号、ならびに最的化装置３１からの制御信号を入力
していること、また本装置の制御信号を、余剰汚泥量加
算装置４０、返送汚泥量加算装置４２、および曝気風量
加算装置４４に出力していることである。特定項目とし
ては、前記のように曝気槽内のＭＬＳＳと溶存酸素濃
度、あるいは沈澱槽内の総汚泥量等が上げられる。制御
量調整装置４５からの制御信号は、システムの安定化を
図るための特定項目の目標値と計測値によって決定され
るが、その演算方法の１例を次に示す。いまＣopを最的
化装置３１からの制御信号値とすると、制御量調整装置
４５からの制御信号値Ｃadは、（１２）式によって定義
する。 Cad＝K(Xp，Xm)・Cop （１２） K(Xp，Xm)＝1 (Dpm＞0.5) （１３） ＝Dpm (0＜Dpm＜0.5) ＝0 (Dpm＜0) Dpm＝1-｜Xp-Xm｜/Xp （１４） 但し、ここでＸp、Ｘmはそれぞれシステムの安定化を図
るための特定項目の目標値と計測値であり、Ｋ（Ｘp、
Ｘm）は最的化制御信号減衰係数、Ｄpmは特定項目の目
標値と計測値の差の度合を示す関数である。制御量調整
装置４５から、このような制御信号を、余剰汚泥量加算
装置４０、返送汚泥量加算装置４２および曝気風量加算
装置４４に出力することにすれば、Ｄpmの値に応じて、
これらの加算装置における余剰汚泥量演算装置３９、返
送汚泥量演算装置４１および曝気風量演算装置４３から
の信号値による割合が変化する。すなわち、特定項目の
目標値と計測値の差の度合が大きくなれば（Ｄpmが０．
５以下）、最終操作量出力信号に対する、各操作量演算
装置、つまりシステムの安定化を保つための下位の制御
系からの信号の比率は大きくなる。そして、特定項目の
計測値が目標値から大きく外れるような場合（Ｄpmが０
以下）は、下位の制御系が支配的となる。なお４０ここ
では、Ｄpmが０．５以上の時は、最的化装置３１からの
制御信号をそのまま出力するようにしているが、その理
由は、この程度の目標値からのずれでは、システムの安
定化は十分保たれていると考えられるからである。前記
のごとく、従来の制御方法では急激な負荷の変動時に
は、特定項目が目標値から大きく外れることがある。し
かし、本方法によれば、そのような変動時には下位の制
御系が支配的となるので、この状態は回避できる。
【００２７】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、負荷の
急激な変動時にもシステムの安定性を保ち、被制御変数
とする自己回帰モデルによる最適制御系を実現すること
が、可能となる。また、活性汚泥処理システムの重要な
運転指標である曝気槽内のＭＬＳＳ、溶存酸素濃度、あ
るいは沈澱槽内の総汚泥量等の計測値は、目標値から大
きく外れることがないので、処理場の運転員が不安感を
もつことはない。
急激な変動時にもシステムの安定性を保ち、被制御変数
とする自己回帰モデルによる最適制御系を実現すること
が、可能となる。また、活性汚泥処理システムの重要な
運転指標である曝気槽内のＭＬＳＳ、溶存酸素濃度、あ
るいは沈澱槽内の総汚泥量等の計測値は、目標値から大
きく外れることがないので、処理場の運転員が不安感を
もつことはない。
【図１】本発明に係わる下水処理制御装置の実施例の構
成図
成図
【図２】従来の下水処理制御装置の構成図
１ 管路 ２ 曝気槽 ３ 沈澱槽 ４ 管路 ５ 散気管 ６ ブロワー ７ 管路 ８ 返送汚泥ポンプ ９ 引抜汚泥ポンプ １０ 流入下水量測定計 １１ 流入水のｐＨ測定計 １２ 流入水懸濁物質濃度計 １３ 流入水有機物濃度計 １４ 溶存酸素量測定計 １５ ＭＬＳＳ 濃度計 １６ 水温計 １７ 曝気槽流出水有機物濃度計 １８ ＭＬＳＳ濃度計 １９ 処理水懸濁物質濃度計 ２０ 処理水有機物濃度計 ２１ 処理水のｐＨ測定計 ２２ 返送汚泥量測定計 ２３ 返送汚泥濃度計 ２４ 余剰汚泥引抜量測定計 ２５ 余剰汚泥濃度計 ２６ 曝気風量測定装置 ２７ 演算装置 ２８ 自己回帰モデル演算装置 ２９ 選択装置 ３０ 修正自己回帰モデル演算装置 ３１ 最適化装置 ３２ ブロワーの制御装置 ３３ 返送汚泥ポンプの制御装置 ３４ 引抜汚泥ポンプの制御装置 ３５ 計測値記憶装置 ３６ 予測値演算装置 ３７ 予測値記憶装置 ３８ 比較装置 ３９ 余剰汚泥量演算装置 ４０ 余剰汚泥量加算装置 ４１ 返送汚泥量演算装置 ４２ 返送汚泥量加算装置 ４３ 曝気風量演算装置 ４４ 曝気風量加算装置 ４５ 制御量調整装置
Claims (1)
- 【請求項１】活性汚泥処理プロセスの曝気槽内の活性汚
泥浮遊物質濃度と曝気槽内の溶存酸素濃度と沈殿槽内の
総汚泥量の特定項目の安定化を図るブロワーの制御装置
と、 前記曝気槽に汚泥を返送する返送汚泥ポンプの制御装置
と、 前記汚泥を引き抜く引抜汚泥ポンプの制御装置と、 現時刻のＭＬＳＳと余剰汚泥量からＭＬＳＳが一定とな
る余剰汚泥量を演算する余剰汚泥量演算装置と、 流入の下水量、ＭＬＳＳ、返送汚泥濃度から沈殿槽の総
汚泥量が一定となるように返送汚泥量の演算をする返送
汚泥量演算装置と、 溶存酸素濃度と曝気風量から溶存酸素濃度が一定となる
ように曝気風量の演算をする曝気風量演算装置と、 前記余剰汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装置か
らの信号を加算する余剰汚泥量加算装置と、 前記返送汚泥量演算装置からの信号と制御量調整装置か
らの信号を加算する返送汚泥量加算装置と、 前記曝気風量演算装置からの信号と制御量調整装置から
の信号を加算する曝気風量加算装置とからなる下位の制
御系と、 この下位の制御系を含む処理装置の線形モデルを用いる
演算装置を備えた上位の制御系と、 からなる下水処理制御装置において、 前記演算装置に制御量調整装置が設けられており、 その制御量調整装置は、上位制御系の演算装置で演算し
た特定項目の目標値とその特定項目の計測値との差に応
じて出力値を変化させ、 その出力値が大きければ上位制御系の影響を大きくし、
小さければ下位制御系の影響を大きくなるように、上位
制御系が下位制御系に与える影響度を変化させることを
特徴とする下水処理制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13186892A JP3324656B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 水処理制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13186892A JP3324656B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 水処理制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301095A JPH05301095A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3324656B2 true JP3324656B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=15068016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13186892A Expired - Fee Related JP3324656B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 水処理制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3324656B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP13186892A patent/JP3324656B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05301095A (ja) | 1993-11-16 |
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