JP4489990B2 - 生物学的水処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、都市下水や有機性廃水を生物反応によって浄化処理する生物学的水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
「水処理工学（井出哲夫編著、技法堂）」にも記載されているように、都市下水や有機性排水を処理する一般的な方法として、活性汚泥法がある。活性汚泥法とは、浄化機能をもつ微生物群（活性汚泥）を生物反応槽にたくわえ、これと下水とを混合・接触させつつ曝気することにより、下水中の汚濁物を酸化・分解する方法である。この汚濁物を十分に浄化するためには、適切な量の空気を生物反応槽に供給する必要がある。
図４は、例えば特開平１１−１４１５６６号公報に示された従来の生物学的水処理装置の断面図である。図において、１は活性汚泥を蓄えた生物反応槽で、配管ａを介して流入する被処理水（処理前水）としての下水を生物反応によって浄化処理し、浄化処理後の被処理水（処理後水）を配管ｂに排出する。２は配管ａに取り付けられた流量計で下水の流量を計測する。３は配管ｂを介して生物反応槽１から排出された活性汚泥と被処理水との混合液を沈殿処理するための沈殿槽であり、沈殿処理したあとの上澄水は配管ｃを介して放流される。また、沈殿処理によって分離した活性汚泥は、配管ｄを介して生物反応槽１へ返送されるが、余剰分は配管ｅを介して外部に排出される。
４は生物反応槽１内に設けられた散気装置で、空気供給装置５から配管５ａを介して送られた空気を生物反応槽１内に供給する。６は空気供給量を計測するための流量計である。
７は下水のＢＯＤ濃度（生物学的酸素要求量、有機性汚濁物質量の指標）を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ａにとりつけられている。８はＢＯＤ濃度計７で計測されたＢＯＤ濃度と流量計２で計測された流量とをもとに生物反応槽１への空気供給量を演算するための演算装置であり、該ＢＯＤ濃度は信号線７ａを介して、また該流量は信号線２ａを介して入力する。９は演算装置８で算出された空気供給量の設定値を信号線８ａを介して入力し、空気供給装置５に対して、その空気供給量を制御するためのコントローラである。コントローラ９は信号線９ａを介して空気供給装置５と、また信号線９ｂを介して流量計６と接続されている。
【０００３】
このような従来の生物学的水処理装置における動作について説明する。
下水は配管ａを介して生物反応槽１に導入される。生物反応槽１には、空気供給装置５から配管５ａ、散気装置４を介して空気が供給される。この空気と下水、活性汚泥とを混合・撹拌することにより、下水中の汚濁物質が生物学的に酸化分解される。流入する下水の量が多い場合は生物学的酸化分解のための空気供給量を増やす必要がある。逆に流入する下水の量が少ない場合は、空気供給量は少なくてよい。なお、沈殿槽３では、混合液から活性汚泥を沈殿分離したあと、配管ｃを介して上澄水を排出する。分離された活性汚泥の一部は配管ｄを介して生物反応槽１へ返送される。その他の余剰な汚泥は配管ｅを介して系外へ排出される。
演算装置８は、下水の流量を信号線２ａを介して入力し、また下水のＢＯＤ濃度を信号線７ａを介して入力する。さらに、予め設定された処理後水におけるＢＯＤ濃度目標値を保持している。そして、空気供給量の設定値Ｇ［Nm３/h］を次式に従って算出する。
Ｇ＝ａ（Ｓ−Ｓ０）Ｑ＋ｂＱ＋ｃ
Ｓ ；下水中のＢＯＤ濃度［mg/ｌ］
Ｓ０ ；ＢＯＤ濃度目標値［mg/ｌ］
Ｑ ；下水の流量［m３/h］
a,b,c；係数
コントローラ９は、算出された設定値Ｇを信号線８ａを介して入力し、その値に従って空気供給装置５からの空気供給量を制御する。そして、その供給量が制御された該空気が散気装置４から生物反応槽１内に供給される。
以上のように、下水の流量とＢＯＤ濃度との積で得られる浄化処理前の下水の汚濁物量に応じて空気供給量が設定され、所定量の空気が生物反応槽１内に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の生物学的水処理装置においては、下水中の汚濁物量（ＢＯＤ濃度と流量との積）に応じて生物反応槽への空気供給量を制御していた。しかし、一般家庭を主たる排出源とする都市下水は、生活時間帯に応じて流量ならびに性状が著しく変動するのに対して、生物反応槽の滞留時間は、活性汚泥微生物群が汚濁物を分解するのに必要な時間を考慮して、６〜８時間となるように設計されている場合が多い（下水道施設計画・設計指針）。したがって、生物反応槽における滞留中にも、流入する下水の流量およびＢＯＤ濃度が大きく変動する。しかしながら、従来の生物学的水処理装置では、生物反応槽入口での汚濁物量によってのみ生物反応槽全体への空気供給量が制御され、生物反応槽出口での汚濁物については全く考慮されなかったので、生物反応槽内に供給される空気量が不適切となる場合があった。すなわち、反応槽出口でのＢＯＤ濃度が高くても、反応槽入口の汚濁物量が少なければ空気供給量が下がり、逆に反応槽出口でのＢＯＤ濃度が低くても、反応槽入口の汚濁物量が多ければ空気供給量が上がるといった不都合が生じ、その結果、処理後のＢＯＤ濃度ないしは汚濁物量を目標値通りに制御できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、被処理水に対して適切な空気供給量を設定して生物反応処理を行い、処理後水の汚濁物濃度を目標値通りに制御できる生物学的水処理装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の被処理水（以下、処理前水と称す）の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される被処理水（以下、処理後水と称す）の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、上記反応槽内で被処理水が流下する方向に沿って複数個（ｎ個）設け、上記被処理水に空気を散気するための空気供給手段、および上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴとに応じて、上記空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝ｋ ｉ１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ ＋ｋ ｉ２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )＋ｋ ｉ
（i＝1,・・,n）
によって算出するとともに、
各空気供給手段ごとに定められた第１の係数ｋ ｉ１ は、反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど大きく、排出部に近い空気供給手段ほど小さい値であり（ｋ １１ ＞ｋ ２１ ＞・・・＞ｋ ｎ１ ）、第２の係数ｋ ｉ２ は、上記反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど小さく、排出部に近い空気供給手段ほど大きい値とする（ｋ １２ ＜ｋ ２２ ＜・・・＜ｋ ｎ２ ）ものである。
【０００７】
また、この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、被処理水が流下する方向に沿って設けられ、被処理水に空気を散気するための複数個（ｎ個）の空気供給手段、および上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴと、上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と、一つ上流側の空気供給手段から散気される空気供給量とに応じて、上記各空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ ,および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝Ｇ ｉ１ ＋Ｇ ｉ２ ＋ｋ ｉ
但し ｉ＝１のとき
Ｇ １１ ＝ｋ １１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ
Ｇ １２ ＝ｋ １２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )
ｉ＝2,・・・,ｎのとき
Ｇ ｉ１ ＝ｋ ｉ１ ・Ｇ （ｉ−１）１
Ｇ ｉ２ ＝ｋ ｉ２ ・Ｇ （ｉ−１）２
によって算出するとともに、
ｉ＝2,・・・,ｎのとき、各空気供給手段に定められた第１の係数ｋ ｉ１ は１よりも小さい値とし、第２の係数ｋ ｉ２ は１よりも大きい値とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の一形態例による生物学的水処理装置を示す構成図である。図において、その他の図と同一符号は、同一または相当部分を示している。
図１において、１は活性汚泥を蓄えた生物反応槽で、配管ａを介して流入する被処理水としての処理前水を生物反応によって浄化処理し、浄化処理後の処理後水を配管ｂに排出する。２は配管ａに取り付けられた流量計で、生物反応槽１に流入する処理前水の流量を計測する。３は配管ｂを介して生物反応槽１から排出された処理後水に含まれる活性汚泥を沈殿させるための沈殿槽であり、沈殿処理したあとの上澄水は配管ｃを介して排出される。また、沈殿処理によって分離した活性汚泥は、配管ｄを介して生物反応槽１へ返送されるが、余剰分は配管ｅを介して外部に排出される。
４１〜４４は生物反応槽１内で被処理水が流下する方向に並んで設けられた散気装置で、空気供給装置５１〜５４から配管５１ａ〜５４ａを介して送られた空気を生物反応槽１内に供給する。
７は処理前水のＢＯＤ濃度（生物学的酸素要求量、有機性汚濁物質量の指標）を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ａに取り付けられている。また、１０は生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ｂに取り付けられている。
９１〜９４はそれぞれ空気供給装置５１〜５４に対して空気供給量を信号線９１ａ〜９４ａを介して制御するためのコントローラであり、信号線７ａを介して入力する処理前水のＢＯＤ濃度および信号線１０ａを介して入力する処理後水のＢＯＤ濃度と信号線２ａを介して入力する流量とをもとに、空気供給量の設定値を算出する。
なお、流量計２とＢＯＤ濃度計７との位置関係はこの図に限定されるものではなく、どちらが上流にあってもよい。
【０００９】
このように構成された生物学的水処理装置においても、従来と同様、生物反応槽１において、配管ａを介して流入する処理前水を活性汚泥および空気と混合・撹拌し、水中の汚濁物質を生物学的に酸化分解することで浄化処理する。
生物反応槽１に流入する処理前水の流量は流量計２で計測され、信号線２ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。同時に、該処理前水のＢＯＤ濃度はＢＯＤ濃度計７で計測され、信号線７ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。同様に、生物反応槽２から排出される処理後水のＢＯＤ濃度はＢＯＤ濃度計１０で計測され、信号線１０ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。コントローラ９１〜９４では、それら計測値をもとに、散気装置４１〜４４から供給する空気供給量の設定値をそれぞれ演算によって求める。
【００１０】
各コントローラは、それぞれに接続されている空気供給手段に予め定められた第１の係数、第２の係数および定数を保持しており、信号線２ａ、信号線７ａおよび信号線１０ａを介して伝えられた各計測値をもとに下記の（ａ）（ｂ）（ｃ）の和を算出する。
（ａ）ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度と流量計２で計測
された処理前水の流量との積に、第１の係数を乗じた量
（ｂ）ＢＯＤ濃度計１０で計測された処理後水のＢＯＤ濃度と予め定められた
ＢＯＤ濃度の目標値との差に、第２の係数を乗じた量
（ｃ）定数
このようにして算出された量をそれぞれのコントローラに接続された空気供給手段に伝えることにより、その量の空気が各散気装置から生物反応槽から供給される。
なお、上記第１の係数、第２の係数および定数は、生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値であり、散気装置の位置あるいは個数によってそれぞれ異なった値が設定される。
【００１１】
例えば、コントローラ９１では、散気装置４１から供給される空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］を次式（１）により算出する。
Ｇ１＝ｋ１１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ１２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ１３ ・・・（１）
ＳＩＮ；処理前水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
ＱＩＮ；流量計測値［m３/h］
ＳＯＵＴ；処理後水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
Ｓ０；処理後水のＢＯＤ濃度の目標値［mg/ｌ］
ｋ１１,ｋ１２,ｋ１３；定数
同様にして、コントローラ９２〜９４では、空気供給量の設定値Ｇ２〜Ｇ４［Nm３/h］を次式（２）〜（４）に従ってそれぞれ算出する。
Ｇ２＝ｋ２１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ２２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ２３ ・・・（２）
ｋ２１,ｋ２２,ｋ２３；第１の係数,第２の係数,定数
Ｇ３＝ｋ３１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ３２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ３３ ・・・（３）
ｋ３１,ｋ３２,ｋ３３；第１の係数,第２の係数,定数
Ｇ４＝ｋ４１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ４２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ４３ ・・・（４）
ｋ４１,ｋ４２,ｋ４３；第１の係数,第２の係数,定数
【００１２】
ここで、上式（１）〜（４）において各散気装置に対応して予め定める第１の係数および第２の係数は、前述したように、処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値であるが、さらに、第１の係数ｋ１１,ｋ２１,ｋ３１,ｋ４１は、ｋ１１≧ｋ２１≧ｋ３１≧ｋ４１の関係が成立するように、また第２の係数ｋ１２,ｋ２２,ｋ３２,ｋ４２は、ｋ１２≦ｋ２２≦ｋ３２≦ｋ４２の関係が成立するように値を設定する。これにより、生物反応槽１の上流（入口）に近い散気装置から供給される空気供給量ほど、処理後水のＢＯＤ濃度とその目標値との差よりは主として処理前水の汚濁物量（ＢＯＤ濃度と流量との積）に対応して決定され、逆に生物反応槽１の下流（出口）に近い散気装置から供給される空気供給量ほど、処理前水の汚濁物量よりは主として処理後水のＢＯＤ濃度とその目標値との差に対応して決定されるようになる。
上記のようにして算出された空気供給量の設定値Ｇ１〜Ｇ４はそれぞれ信号線９１ａ〜９４ａを介して空気供給装置５１〜５４に伝えられる。
各空気供給装置５１〜５４では、それぞれ配管５１ａ〜５４ａおよび散気装置４１〜４４を介して、それぞれに設定された量の空気を生物反応槽１内に供給する。
なお、上記説明では散気装置を４つとしたが、例えば散気装置４１を１つだけ設けた場合においても、第１の係数ｋ１１,第２の係数ｋ１２,定数ｋ１３に散気装置が１つの場合の最適な値が別個に予め定められ、上式（１）によって空気供給量Ｇ１が算出され、処理前水の汚濁物量だけでなく、処理後水のＢＯＤ濃度も考慮した空気量を供給することができる。さらに、散気装置が５つ以上であっても、各散気装置から供給する最適な空気量を簡単に算出できることはいうまでもない。
【００１３】
以上のように、生物反応槽１に流入する処理前水の汚濁物量だけでなく、生物反応槽１から現在排出されている処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差も考慮しながら生物反応槽１内に供給する空気量を設定するので、処理後に排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができ、より精緻に水質制御ができる。
また、空気供給量を求める演算において、各空気供給手段５１〜５４にそれぞれ接続された散気装置４１〜４４の生物反応槽１内での位置に従って、それぞれに定める係数に大小関係をつけることにより、生物反応槽１の流入部に近い散気装置からは主として流入する処理前水の汚濁物量に応じて、また生物反応槽１の排出部に近い散気装置からは主として処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差に応じてそれぞれ空気が供給されるので、流入する汚濁物量が変動しても生物反応槽１の各ポイントにおいて適切な空気供給を実現できるうえに、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。さらに、過不足のない空気供給量で効率的な水質制御ができる。
【００１４】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による生物学的水処理装置を示す構成図である。なお、図２において、１〜３,４１〜４４,５１ａ〜５４ａ,７,１０は図１に示した実施の形態１のものと同一または相当部分を示している。
５０は空気供給装置で、配管５０ａを介して弁７１〜７４に空気を送る。弁７１〜７４は、それぞれ接続されている散気装置４１〜４４から供給される空気の量を制御するための弁である。９０はコントローラで、信号線２ａ,７ａ,１０ａを介して伝えられた各計測値をもとに各散気装置４１〜４４から供給する空気量の設定値を算出し、その設定値を信号線７１ａ〜７４ａを介して弁７１〜７４に伝える。
【００１５】
このように構成された実施の形態２においては、流量計２で計測された生物反応槽２に流入する処理前水の流量、ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度、およびＢＯＤ濃度計１０で計測された生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度が、それぞれ信号線２ａ、信号線７ａおよび信号線１０ａを介して、コントローラ９０に伝えられる。
コントローラ９０においては、上記実施の形態１で述べた数式（１）〜（４）を用いて、各散気装置４１〜４４から供給する空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］,Ｇ２［Nm３/h］,Ｇ３［Nm３/h］,Ｇ４［Nm３/h］を算出する。
ここでも、実施の形態１と同様、上式（１）〜（４）において各散気装置に対応して予め定める係数ｋ１１,ｋ２１,ｋ３１,ｋ４１は、ｋ１１≧ｋ２１≧ｋ３１≧ｋ４１の関係が成立するように値を設定する。また、ｋ１２,ｋ２２,ｋ３２,ｋ４２は、ｋ１２≦ｋ２２≦ｋ３２≦ｋ４２の関係が成立するように値を設定する。
【００１６】
コントローラ９０で算出された空気供給量の設定値Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ信号線７１ａ〜７４ａを介して弁７１〜７４に伝えられる。
弁７１〜７４は伝えられた空気量が散気装置４１〜４４から生物反応槽１内に供給されるように、それぞれの設定値Ｇ１〜Ｇ４に従って開度を調節する。
このようにして、空気供給装置５０から、配管５０ａ、弁７１〜７４、配管５１ａ〜５４ａおよび散気装置４１〜４４を介して所定量の空気を送ることができる。
以上のように、各散気装置から供給する空気量の算出を１つのコントローラでまとめて行うようにし、各散気装置へ送る空気量の調整を弁を用いて行うようにしたので、散気装置の数が増えてもコントローラおよび空気供給装置の数は増えず、簡単な構成で実現することができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による生物学的水処理装置を記す構成図である。なお、図３において各部分に付した符号は図１に示した実施の形態１のものと同一または相当部分であるが、ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度、流量計２で計測された処理前水の流量、およびＢＯＤ濃度計１０で計測された処理後水のＢＯＤ濃度は、それぞれ信号線７ａ,２ａ,および１０ａを介してコントローラ９１にのみ伝えられる。また、コントローラ９１では、散気装置４１から供給する空気量の設定値を算出し、その算出式を信号線９１ｂを介して、ひとつ下流のコントローラ９２に伝える。同様にコントローラ９２からコントローラ９３へは信号線９２ｂを介して、コントローラ９３からコントローラ９４へは信号線９３ｂを介して、それぞれで用いた算出式を伝える。
【００１８】
このように構成された実施の形態３においては、まず、コントローラ９１において、信号線７ａ,２ａ,および１０ａを介して伝えられた処理前水のＢＯＤ濃度とその流量、および処理後水のＢＯＤ濃度、さらに空気供給装置５１に対して予め定められた第３の係数ｋ１１,第４の係数ｋ１２,および定数ｋ１をもとに、散気装置４１から供給する空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］を次式（５）に従って算出する。
Ｇ１＝Ｇ１１＋Ｇ１２＋ｋ１ ・・・（５）
Ｇ１１＝ｋ１１・ＳＩＮ・ＱＩＮ
Ｇ１２＝ｋ１２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)
但し ＳＩＮ；処理前水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
ＱＩＮ；流量計測値［m３/h］
ＳＯＵＴ；処理後水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
Ｓ０；処理後水のＢＯＤ濃度の目標値［mg/ｌ］
ｋ１１,ｋ１２,ｋ１；第３の係数,第４の係数,定数
なお、第３の係数および第４の係数は、前述したように、処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値である。
【００１９】
コントローラ９１は、上式（５）のＧ１１の値およびＧ１２の値を信号線９１ｂを介してコントローラ９２に伝える。コントローラ９２においては、空気供給装置５２に対して予め定められた第３の係数ｋ２１,第４の係数ｋ２２,および定数ｋ２を保持し、散気装置４２から供給する空気供給量の設定値Ｇ２［Nm３/h］を次式（６）に従って算出する。
Ｇ２＝Ｇ２１＋Ｇ２２＋ｋ２ ・・・（６）
Ｇ２１＝ｋ２１・Ｇ１１
Ｇ２２＝ｋ２２・Ｇ１２
但し、０＜ｋ２１＜１，１＜ｋ２２とする。
同様に、コントローラ９２は、上式（６）のＧ２１の値およびＧ２２の値を信号線９２ｂを介してコントローラ９３に伝える。コントローラ９３においては、空気供給装置５３に対して予め定められた第３の係数ｋ３１,第４の係数ｋ３２,および定数ｋ３を保持し、散気装置４３から供給する空気供給量の設定値Ｇ３［Nm３/h］を次式（７）に従って算出する。
Ｇ３＝Ｇ３１＋Ｇ３２＋ｋ３ ・・・（７）
Ｇ３１＝ｋ３１・Ｇ２１
Ｇ３２＝ｋ３２・Ｇ２２
但し、０＜ｋ３１＜１，１＜ｋ３２とする。
さらに、コントローラ９３は、上式（７）のＧ３１の値およびＧ３２の値を信号線９３ｂを介してコントローラ９４に伝える。コントローラ９４においては、空気供給装置５４に対して予め定められた第３の係数ｋ４１,第４の係数ｋ４２,および定数ｋ４を保持し、散気装置４４から供給する空気供給量の設定値Ｇ４［Nm３/h］を次式（８）に従って算出する。
Ｇ４＝Ｇ４１＋Ｇ４２＋ｋ４ ・・・（８）
Ｇ４１＝ｋ４１・Ｇ３１
Ｇ４２＝ｋ４２・Ｇ３２
但し、０＜ｋ４１＜１，１＜ｋ４２とする。
【００２０】
以上のように、生物反応槽１内に被処理水の流れる方向に設けられた散気装置から供給する空気量の設定値を、一つ上流側の散気装置から供給された空気量を考慮して算出するので、より緻密な空気供給量を設定できる。また、上流側のＢＯＤ濃度に重みづけられる第３の係数は１より小さい値とし、排出する処理後水の濃度と目標値との差に重みづけられる第４の係数は１より大きい値とすることにより、生物反応槽１の流入部に近い散気装置からは主として流入する処理前水の汚濁物量に応じて、また生物反応槽１の排出部に近い散気装置からは主として処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差に応じてそれぞれ所定の空気量が供給されるので、流入する処理前水の汚濁物量が変動しても生物反応槽の各ポイントにおいて適切な空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度を精緻に制御できる。
【００２１】
なお、上記実施の形態１〜３では、被処理水の汚濁物濃度として、ＢＯＤ濃度を指標とする場合を示したが、窒素濃度やりん濃度を対象とした場合も同等の効果を奏する。
また、流入する処理前水のＢＯＤ濃度と処理後水のＢＯＤ濃度とを別々のＢＯＤ濃度計で計測する例を示したが、単一のセンサで計測することも可能である。その場合、両者の測定周期をずらせばよい。
また、これらのＢＯＤ濃度計は必ずしも配管にとりつけられる必要はなく、処理前水もしくは処理後水をサンプリングして計測できれば、設置場所は任意でよい。
また、処理後水のＢＯＤ濃度を計測するために、生物反応槽からの処理後水を排出するための配管ｂにとりつける、もしくは配管ｂからサンプリングする例を示したが、沈殿槽３の上澄水を排出するための配管ｃにとりつける、もしくは配管ｃからサンプリングするようにしても、同等の効果を奏する。
さらに、散気装置を４つ設ける場合について述べたが、もちろんこれは一例を示したに過ぎず散気装置の数は任意であり、各散気装置に対応して予め保持する係数および定数は、散気装置の数に対応してそれぞれ最適な値が設定される。なお、散気装置の数が変わっても装置構成は同様である。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００２３】
この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の被処理水（以下、処理前水と称す）の汚濁物濃度Ｓ ＩＮ を計測する手段、該処理前水の流量Ｑ ＩＮ を計測する手段、上記排出される被処理水（以下、処理後水と称す）の汚濁物濃度Ｓ ＯＵＴ を計測する手段、上記反応槽内で被処理水が流下する方向に沿って複数個（ｎ個）設け、上記被処理水に空気を散気するための空気供給手段、および上記計測された処理前水の汚濁物濃度Ｓ ＩＮ と該処理前水の流量Ｑ ＩＮ との積で得られる該処理前水の汚濁物量と上記計測された処理後水の汚濁物濃度Ｓ ＯＵＴ とに応じて、上記空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝ｋ ｉ１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ ＋ｋ ｉ２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )＋ｋ ｉ
（i＝1,・・,n）
によって算出するとともに、
各空気供給手段ごとに定められた第１の係数ｋ ｉ１ は、反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど大きく、排出部に近い空気供給手段ほど小さい値であり（ｋ １１ ＞ｋ ２１ ＞・・・＞ｋ ｎ１ ）、第２の係数ｋ ｉ２ は、上記反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど小さく、排出部に近い空気供給手段ほど大きい値とする（ｋ １２ ＜ｋ ２２ ＜・・・＜ｋ ｎ２ ）ので、
排出される処理後水の汚濁物濃度を精緻に制御できる。また、過不足のない空気供給量で効率よく処理水質を制御でき、各空気供給手段の反応槽内での位置に従って、適切な空気供給量を設定でき、効率のよい水質制御が行え、流入する被処理水中の汚濁物量が変動しても反応槽の各空気供給手段から適切な量の空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。
【００２４】
また、この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、被処理水が流下する方向に沿って設けられ、被処理水に空気を散気するための複数個（ｎ個）の空気供給手段、および上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴと、上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と、一つ上流側の空気供給手段から散気される空気供給量とに応じて、上記各空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ ,および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝Ｇ ｉ１ ＋Ｇ ｉ２ ＋ｋ ｉ
但し ｉ＝１のとき
Ｇ １１ ＝ｋ １１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ
Ｇ １２ ＝ｋ １２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )
ｉ＝2,・・・,ｎのとき
Ｇ ｉ１ ＝ｋ ｉ１ ・Ｇ （ｉ−１）１
Ｇ ｉ２ ＝ｋ ｉ２ ・Ｇ （ｉ−１）２
によって算出するとともに、
ｉ＝2,・・・,ｎのとき、各空気供給手段に定められた第１の係数ｋ ｉ１ は１よりも小さい値とし、第２の係数ｋ ｉ２ は１よりも大きい値とするので、
その時点の被処理水中の汚濁物量にしたがってより適切な空気量を供給することができ、各空気供給手段の生物反応槽内での位置に従って、適切な空気供給量を設定でき、効率のよい水質制御が行え、流入する被処理水中の汚濁物量が変動しても各空気供給手段から適切な量の空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図４】 従来の生物学的水処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 生物反応槽、２ 流量計、４１〜４４ 空気供給手段としての散気装置、
５１〜５４ 空気供給手段としての空気供給装置、
７ 処理前水の汚濁物濃度計測手段としてのＢＯＤ濃度計、
９１〜９４ 空気供給量の調節手段としてのコントローラ、
１０ 処理後水の汚濁物濃度計測手段としてのＢＯＤ濃度計。
【発明の属する技術分野】
この発明は、都市下水や有機性廃水を生物反応によって浄化処理する生物学的水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
「水処理工学（井出哲夫編著、技法堂）」にも記載されているように、都市下水や有機性排水を処理する一般的な方法として、活性汚泥法がある。活性汚泥法とは、浄化機能をもつ微生物群（活性汚泥）を生物反応槽にたくわえ、これと下水とを混合・接触させつつ曝気することにより、下水中の汚濁物を酸化・分解する方法である。この汚濁物を十分に浄化するためには、適切な量の空気を生物反応槽に供給する必要がある。
図４は、例えば特開平１１−１４１５６６号公報に示された従来の生物学的水処理装置の断面図である。図において、１は活性汚泥を蓄えた生物反応槽で、配管ａを介して流入する被処理水（処理前水）としての下水を生物反応によって浄化処理し、浄化処理後の被処理水（処理後水）を配管ｂに排出する。２は配管ａに取り付けられた流量計で下水の流量を計測する。３は配管ｂを介して生物反応槽１から排出された活性汚泥と被処理水との混合液を沈殿処理するための沈殿槽であり、沈殿処理したあとの上澄水は配管ｃを介して放流される。また、沈殿処理によって分離した活性汚泥は、配管ｄを介して生物反応槽１へ返送されるが、余剰分は配管ｅを介して外部に排出される。
４は生物反応槽１内に設けられた散気装置で、空気供給装置５から配管５ａを介して送られた空気を生物反応槽１内に供給する。６は空気供給量を計測するための流量計である。
７は下水のＢＯＤ濃度（生物学的酸素要求量、有機性汚濁物質量の指標）を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ａにとりつけられている。８はＢＯＤ濃度計７で計測されたＢＯＤ濃度と流量計２で計測された流量とをもとに生物反応槽１への空気供給量を演算するための演算装置であり、該ＢＯＤ濃度は信号線７ａを介して、また該流量は信号線２ａを介して入力する。９は演算装置８で算出された空気供給量の設定値を信号線８ａを介して入力し、空気供給装置５に対して、その空気供給量を制御するためのコントローラである。コントローラ９は信号線９ａを介して空気供給装置５と、また信号線９ｂを介して流量計６と接続されている。
【０００３】
このような従来の生物学的水処理装置における動作について説明する。
下水は配管ａを介して生物反応槽１に導入される。生物反応槽１には、空気供給装置５から配管５ａ、散気装置４を介して空気が供給される。この空気と下水、活性汚泥とを混合・撹拌することにより、下水中の汚濁物質が生物学的に酸化分解される。流入する下水の量が多い場合は生物学的酸化分解のための空気供給量を増やす必要がある。逆に流入する下水の量が少ない場合は、空気供給量は少なくてよい。なお、沈殿槽３では、混合液から活性汚泥を沈殿分離したあと、配管ｃを介して上澄水を排出する。分離された活性汚泥の一部は配管ｄを介して生物反応槽１へ返送される。その他の余剰な汚泥は配管ｅを介して系外へ排出される。
演算装置８は、下水の流量を信号線２ａを介して入力し、また下水のＢＯＤ濃度を信号線７ａを介して入力する。さらに、予め設定された処理後水におけるＢＯＤ濃度目標値を保持している。そして、空気供給量の設定値Ｇ［Nm３/h］を次式に従って算出する。
Ｇ＝ａ（Ｓ−Ｓ０）Ｑ＋ｂＱ＋ｃ
Ｓ ；下水中のＢＯＤ濃度［mg/ｌ］
Ｓ０ ；ＢＯＤ濃度目標値［mg/ｌ］
Ｑ ；下水の流量［m３/h］
a,b,c；係数
コントローラ９は、算出された設定値Ｇを信号線８ａを介して入力し、その値に従って空気供給装置５からの空気供給量を制御する。そして、その供給量が制御された該空気が散気装置４から生物反応槽１内に供給される。
以上のように、下水の流量とＢＯＤ濃度との積で得られる浄化処理前の下水の汚濁物量に応じて空気供給量が設定され、所定量の空気が生物反応槽１内に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の生物学的水処理装置においては、下水中の汚濁物量（ＢＯＤ濃度と流量との積）に応じて生物反応槽への空気供給量を制御していた。しかし、一般家庭を主たる排出源とする都市下水は、生活時間帯に応じて流量ならびに性状が著しく変動するのに対して、生物反応槽の滞留時間は、活性汚泥微生物群が汚濁物を分解するのに必要な時間を考慮して、６〜８時間となるように設計されている場合が多い（下水道施設計画・設計指針）。したがって、生物反応槽における滞留中にも、流入する下水の流量およびＢＯＤ濃度が大きく変動する。しかしながら、従来の生物学的水処理装置では、生物反応槽入口での汚濁物量によってのみ生物反応槽全体への空気供給量が制御され、生物反応槽出口での汚濁物については全く考慮されなかったので、生物反応槽内に供給される空気量が不適切となる場合があった。すなわち、反応槽出口でのＢＯＤ濃度が高くても、反応槽入口の汚濁物量が少なければ空気供給量が下がり、逆に反応槽出口でのＢＯＤ濃度が低くても、反応槽入口の汚濁物量が多ければ空気供給量が上がるといった不都合が生じ、その結果、処理後のＢＯＤ濃度ないしは汚濁物量を目標値通りに制御できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、被処理水に対して適切な空気供給量を設定して生物反応処理を行い、処理後水の汚濁物濃度を目標値通りに制御できる生物学的水処理装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の被処理水（以下、処理前水と称す）の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される被処理水（以下、処理後水と称す）の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、上記反応槽内で被処理水が流下する方向に沿って複数個（ｎ個）設け、上記被処理水に空気を散気するための空気供給手段、および上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴとに応じて、上記空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝ｋ ｉ１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ ＋ｋ ｉ２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )＋ｋ ｉ
（i＝1,・・,n）
によって算出するとともに、
各空気供給手段ごとに定められた第１の係数ｋ ｉ１ は、反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど大きく、排出部に近い空気供給手段ほど小さい値であり（ｋ １１ ＞ｋ ２１ ＞・・・＞ｋ ｎ１ ）、第２の係数ｋ ｉ２ は、上記反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど小さく、排出部に近い空気供給手段ほど大きい値とする（ｋ １２ ＜ｋ ２２ ＜・・・＜ｋ ｎ２ ）ものである。
【０００７】
また、この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、被処理水が流下する方向に沿って設けられ、被処理水に空気を散気するための複数個（ｎ個）の空気供給手段、および上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴと、上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と、一つ上流側の空気供給手段から散気される空気供給量とに応じて、上記各空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ ,および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝Ｇ ｉ１ ＋Ｇ ｉ２ ＋ｋ ｉ
但し ｉ＝１のとき
Ｇ １１ ＝ｋ １１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ
Ｇ １２ ＝ｋ １２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )
ｉ＝2,・・・,ｎのとき
Ｇ ｉ１ ＝ｋ ｉ１ ・Ｇ （ｉ−１）１
Ｇ ｉ２ ＝ｋ ｉ２ ・Ｇ （ｉ−１）２
によって算出するとともに、
ｉ＝2,・・・,ｎのとき、各空気供給手段に定められた第１の係数ｋ ｉ１ は１よりも小さい値とし、第２の係数ｋ ｉ２ は１よりも大きい値とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の一形態例による生物学的水処理装置を示す構成図である。図において、その他の図と同一符号は、同一または相当部分を示している。
図１において、１は活性汚泥を蓄えた生物反応槽で、配管ａを介して流入する被処理水としての処理前水を生物反応によって浄化処理し、浄化処理後の処理後水を配管ｂに排出する。２は配管ａに取り付けられた流量計で、生物反応槽１に流入する処理前水の流量を計測する。３は配管ｂを介して生物反応槽１から排出された処理後水に含まれる活性汚泥を沈殿させるための沈殿槽であり、沈殿処理したあとの上澄水は配管ｃを介して排出される。また、沈殿処理によって分離した活性汚泥は、配管ｄを介して生物反応槽１へ返送されるが、余剰分は配管ｅを介して外部に排出される。
４１〜４４は生物反応槽１内で被処理水が流下する方向に並んで設けられた散気装置で、空気供給装置５１〜５４から配管５１ａ〜５４ａを介して送られた空気を生物反応槽１内に供給する。
７は処理前水のＢＯＤ濃度（生物学的酸素要求量、有機性汚濁物質量の指標）を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ａに取り付けられている。また、１０は生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度を計測するためのＢＯＤ濃度計であり、配管ｂに取り付けられている。
９１〜９４はそれぞれ空気供給装置５１〜５４に対して空気供給量を信号線９１ａ〜９４ａを介して制御するためのコントローラであり、信号線７ａを介して入力する処理前水のＢＯＤ濃度および信号線１０ａを介して入力する処理後水のＢＯＤ濃度と信号線２ａを介して入力する流量とをもとに、空気供給量の設定値を算出する。
なお、流量計２とＢＯＤ濃度計７との位置関係はこの図に限定されるものではなく、どちらが上流にあってもよい。
【０００９】
このように構成された生物学的水処理装置においても、従来と同様、生物反応槽１において、配管ａを介して流入する処理前水を活性汚泥および空気と混合・撹拌し、水中の汚濁物質を生物学的に酸化分解することで浄化処理する。
生物反応槽１に流入する処理前水の流量は流量計２で計測され、信号線２ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。同時に、該処理前水のＢＯＤ濃度はＢＯＤ濃度計７で計測され、信号線７ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。同様に、生物反応槽２から排出される処理後水のＢＯＤ濃度はＢＯＤ濃度計１０で計測され、信号線１０ａを介してコントローラ９１〜９４に伝えられる。コントローラ９１〜９４では、それら計測値をもとに、散気装置４１〜４４から供給する空気供給量の設定値をそれぞれ演算によって求める。
【００１０】
各コントローラは、それぞれに接続されている空気供給手段に予め定められた第１の係数、第２の係数および定数を保持しており、信号線２ａ、信号線７ａおよび信号線１０ａを介して伝えられた各計測値をもとに下記の（ａ）（ｂ）（ｃ）の和を算出する。
（ａ）ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度と流量計２で計測
された処理前水の流量との積に、第１の係数を乗じた量
（ｂ）ＢＯＤ濃度計１０で計測された処理後水のＢＯＤ濃度と予め定められた
ＢＯＤ濃度の目標値との差に、第２の係数を乗じた量
（ｃ）定数
このようにして算出された量をそれぞれのコントローラに接続された空気供給手段に伝えることにより、その量の空気が各散気装置から生物反応槽から供給される。
なお、上記第１の係数、第２の係数および定数は、生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値であり、散気装置の位置あるいは個数によってそれぞれ異なった値が設定される。
【００１１】
例えば、コントローラ９１では、散気装置４１から供給される空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］を次式（１）により算出する。
Ｇ１＝ｋ１１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ１２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ１３ ・・・（１）
ＳＩＮ；処理前水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
ＱＩＮ；流量計測値［m３/h］
ＳＯＵＴ；処理後水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
Ｓ０；処理後水のＢＯＤ濃度の目標値［mg/ｌ］
ｋ１１,ｋ１２,ｋ１３；定数
同様にして、コントローラ９２〜９４では、空気供給量の設定値Ｇ２〜Ｇ４［Nm３/h］を次式（２）〜（４）に従ってそれぞれ算出する。
Ｇ２＝ｋ２１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ２２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ２３ ・・・（２）
ｋ２１,ｋ２２,ｋ２３；第１の係数,第２の係数,定数
Ｇ３＝ｋ３１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ３２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ３３ ・・・（３）
ｋ３１,ｋ３２,ｋ３３；第１の係数,第２の係数,定数
Ｇ４＝ｋ４１・ＳＩＮ・ＱＩＮ＋ｋ４２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)＋ｋ４３ ・・・（４）
ｋ４１,ｋ４２,ｋ４３；第１の係数,第２の係数,定数
【００１２】
ここで、上式（１）〜（４）において各散気装置に対応して予め定める第１の係数および第２の係数は、前述したように、処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値であるが、さらに、第１の係数ｋ１１,ｋ２１,ｋ３１,ｋ４１は、ｋ１１≧ｋ２１≧ｋ３１≧ｋ４１の関係が成立するように、また第２の係数ｋ１２,ｋ２２,ｋ３２,ｋ４２は、ｋ１２≦ｋ２２≦ｋ３２≦ｋ４２の関係が成立するように値を設定する。これにより、生物反応槽１の上流（入口）に近い散気装置から供給される空気供給量ほど、処理後水のＢＯＤ濃度とその目標値との差よりは主として処理前水の汚濁物量（ＢＯＤ濃度と流量との積）に対応して決定され、逆に生物反応槽１の下流（出口）に近い散気装置から供給される空気供給量ほど、処理前水の汚濁物量よりは主として処理後水のＢＯＤ濃度とその目標値との差に対応して決定されるようになる。
上記のようにして算出された空気供給量の設定値Ｇ１〜Ｇ４はそれぞれ信号線９１ａ〜９４ａを介して空気供給装置５１〜５４に伝えられる。
各空気供給装置５１〜５４では、それぞれ配管５１ａ〜５４ａおよび散気装置４１〜４４を介して、それぞれに設定された量の空気を生物反応槽１内に供給する。
なお、上記説明では散気装置を４つとしたが、例えば散気装置４１を１つだけ設けた場合においても、第１の係数ｋ１１,第２の係数ｋ１２,定数ｋ１３に散気装置が１つの場合の最適な値が別個に予め定められ、上式（１）によって空気供給量Ｇ１が算出され、処理前水の汚濁物量だけでなく、処理後水のＢＯＤ濃度も考慮した空気量を供給することができる。さらに、散気装置が５つ以上であっても、各散気装置から供給する最適な空気量を簡単に算出できることはいうまでもない。
【００１３】
以上のように、生物反応槽１に流入する処理前水の汚濁物量だけでなく、生物反応槽１から現在排出されている処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差も考慮しながら生物反応槽１内に供給する空気量を設定するので、処理後に排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができ、より精緻に水質制御ができる。
また、空気供給量を求める演算において、各空気供給手段５１〜５４にそれぞれ接続された散気装置４１〜４４の生物反応槽１内での位置に従って、それぞれに定める係数に大小関係をつけることにより、生物反応槽１の流入部に近い散気装置からは主として流入する処理前水の汚濁物量に応じて、また生物反応槽１の排出部に近い散気装置からは主として処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差に応じてそれぞれ空気が供給されるので、流入する汚濁物量が変動しても生物反応槽１の各ポイントにおいて適切な空気供給を実現できるうえに、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。さらに、過不足のない空気供給量で効率的な水質制御ができる。
【００１４】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による生物学的水処理装置を示す構成図である。なお、図２において、１〜３,４１〜４４,５１ａ〜５４ａ,７,１０は図１に示した実施の形態１のものと同一または相当部分を示している。
５０は空気供給装置で、配管５０ａを介して弁７１〜７４に空気を送る。弁７１〜７４は、それぞれ接続されている散気装置４１〜４４から供給される空気の量を制御するための弁である。９０はコントローラで、信号線２ａ,７ａ,１０ａを介して伝えられた各計測値をもとに各散気装置４１〜４４から供給する空気量の設定値を算出し、その設定値を信号線７１ａ〜７４ａを介して弁７１〜７４に伝える。
【００１５】
このように構成された実施の形態２においては、流量計２で計測された生物反応槽２に流入する処理前水の流量、ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度、およびＢＯＤ濃度計１０で計測された生物反応槽１から排出される処理後水のＢＯＤ濃度が、それぞれ信号線２ａ、信号線７ａおよび信号線１０ａを介して、コントローラ９０に伝えられる。
コントローラ９０においては、上記実施の形態１で述べた数式（１）〜（４）を用いて、各散気装置４１〜４４から供給する空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］,Ｇ２［Nm３/h］,Ｇ３［Nm３/h］,Ｇ４［Nm３/h］を算出する。
ここでも、実施の形態１と同様、上式（１）〜（４）において各散気装置に対応して予め定める係数ｋ１１,ｋ２１,ｋ３１,ｋ４１は、ｋ１１≧ｋ２１≧ｋ３１≧ｋ４１の関係が成立するように値を設定する。また、ｋ１２,ｋ２２,ｋ３２,ｋ４２は、ｋ１２≦ｋ２２≦ｋ３２≦ｋ４２の関係が成立するように値を設定する。
【００１６】
コントローラ９０で算出された空気供給量の設定値Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ信号線７１ａ〜７４ａを介して弁７１〜７４に伝えられる。
弁７１〜７４は伝えられた空気量が散気装置４１〜４４から生物反応槽１内に供給されるように、それぞれの設定値Ｇ１〜Ｇ４に従って開度を調節する。
このようにして、空気供給装置５０から、配管５０ａ、弁７１〜７４、配管５１ａ〜５４ａおよび散気装置４１〜４４を介して所定量の空気を送ることができる。
以上のように、各散気装置から供給する空気量の算出を１つのコントローラでまとめて行うようにし、各散気装置へ送る空気量の調整を弁を用いて行うようにしたので、散気装置の数が増えてもコントローラおよび空気供給装置の数は増えず、簡単な構成で実現することができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による生物学的水処理装置を記す構成図である。なお、図３において各部分に付した符号は図１に示した実施の形態１のものと同一または相当部分であるが、ＢＯＤ濃度計７で計測された処理前水のＢＯＤ濃度、流量計２で計測された処理前水の流量、およびＢＯＤ濃度計１０で計測された処理後水のＢＯＤ濃度は、それぞれ信号線７ａ,２ａ,および１０ａを介してコントローラ９１にのみ伝えられる。また、コントローラ９１では、散気装置４１から供給する空気量の設定値を算出し、その算出式を信号線９１ｂを介して、ひとつ下流のコントローラ９２に伝える。同様にコントローラ９２からコントローラ９３へは信号線９２ｂを介して、コントローラ９３からコントローラ９４へは信号線９３ｂを介して、それぞれで用いた算出式を伝える。
【００１８】
このように構成された実施の形態３においては、まず、コントローラ９１において、信号線７ａ,２ａ,および１０ａを介して伝えられた処理前水のＢＯＤ濃度とその流量、および処理後水のＢＯＤ濃度、さらに空気供給装置５１に対して予め定められた第３の係数ｋ１１,第４の係数ｋ１２,および定数ｋ１をもとに、散気装置４１から供給する空気供給量の設定値Ｇ１［Nm３/h］を次式（５）に従って算出する。
Ｇ１＝Ｇ１１＋Ｇ１２＋ｋ１ ・・・（５）
Ｇ１１＝ｋ１１・ＳＩＮ・ＱＩＮ
Ｇ１２＝ｋ１２・(ＳＯＵＴ−Ｓ０)
但し ＳＩＮ；処理前水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
ＱＩＮ；流量計測値［m３/h］
ＳＯＵＴ；処理後水のＢＯＤ濃度計測値［mg/ｌ］
Ｓ０；処理後水のＢＯＤ濃度の目標値［mg/ｌ］
ｋ１１,ｋ１２,ｋ１；第３の係数,第４の係数,定数
なお、第３の係数および第４の係数は、前述したように、処理後水のＢＯＤ濃度が予め定められたＢＯＤ濃度の目標値により近づけるために最適な空気供給量を、上記演算において得ることができるように予め設定された値である。
【００１９】
コントローラ９１は、上式（５）のＧ１１の値およびＧ１２の値を信号線９１ｂを介してコントローラ９２に伝える。コントローラ９２においては、空気供給装置５２に対して予め定められた第３の係数ｋ２１,第４の係数ｋ２２,および定数ｋ２を保持し、散気装置４２から供給する空気供給量の設定値Ｇ２［Nm３/h］を次式（６）に従って算出する。
Ｇ２＝Ｇ２１＋Ｇ２２＋ｋ２ ・・・（６）
Ｇ２１＝ｋ２１・Ｇ１１
Ｇ２２＝ｋ２２・Ｇ１２
但し、０＜ｋ２１＜１，１＜ｋ２２とする。
同様に、コントローラ９２は、上式（６）のＧ２１の値およびＧ２２の値を信号線９２ｂを介してコントローラ９３に伝える。コントローラ９３においては、空気供給装置５３に対して予め定められた第３の係数ｋ３１,第４の係数ｋ３２,および定数ｋ３を保持し、散気装置４３から供給する空気供給量の設定値Ｇ３［Nm３/h］を次式（７）に従って算出する。
Ｇ３＝Ｇ３１＋Ｇ３２＋ｋ３ ・・・（７）
Ｇ３１＝ｋ３１・Ｇ２１
Ｇ３２＝ｋ３２・Ｇ２２
但し、０＜ｋ３１＜１，１＜ｋ３２とする。
さらに、コントローラ９３は、上式（７）のＧ３１の値およびＧ３２の値を信号線９３ｂを介してコントローラ９４に伝える。コントローラ９４においては、空気供給装置５４に対して予め定められた第３の係数ｋ４１,第４の係数ｋ４２,および定数ｋ４を保持し、散気装置４４から供給する空気供給量の設定値Ｇ４［Nm３/h］を次式（８）に従って算出する。
Ｇ４＝Ｇ４１＋Ｇ４２＋ｋ４ ・・・（８）
Ｇ４１＝ｋ４１・Ｇ３１
Ｇ４２＝ｋ４２・Ｇ３２
但し、０＜ｋ４１＜１，１＜ｋ４２とする。
【００２０】
以上のように、生物反応槽１内に被処理水の流れる方向に設けられた散気装置から供給する空気量の設定値を、一つ上流側の散気装置から供給された空気量を考慮して算出するので、より緻密な空気供給量を設定できる。また、上流側のＢＯＤ濃度に重みづけられる第３の係数は１より小さい値とし、排出する処理後水の濃度と目標値との差に重みづけられる第４の係数は１より大きい値とすることにより、生物反応槽１の流入部に近い散気装置からは主として流入する処理前水の汚濁物量に応じて、また生物反応槽１の排出部に近い散気装置からは主として処理後水の汚濁物濃度とその目標値との差に応じてそれぞれ所定の空気量が供給されるので、流入する処理前水の汚濁物量が変動しても生物反応槽の各ポイントにおいて適切な空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度を精緻に制御できる。
【００２１】
なお、上記実施の形態１〜３では、被処理水の汚濁物濃度として、ＢＯＤ濃度を指標とする場合を示したが、窒素濃度やりん濃度を対象とした場合も同等の効果を奏する。
また、流入する処理前水のＢＯＤ濃度と処理後水のＢＯＤ濃度とを別々のＢＯＤ濃度計で計測する例を示したが、単一のセンサで計測することも可能である。その場合、両者の測定周期をずらせばよい。
また、これらのＢＯＤ濃度計は必ずしも配管にとりつけられる必要はなく、処理前水もしくは処理後水をサンプリングして計測できれば、設置場所は任意でよい。
また、処理後水のＢＯＤ濃度を計測するために、生物反応槽からの処理後水を排出するための配管ｂにとりつける、もしくは配管ｂからサンプリングする例を示したが、沈殿槽３の上澄水を排出するための配管ｃにとりつける、もしくは配管ｃからサンプリングするようにしても、同等の効果を奏する。
さらに、散気装置を４つ設ける場合について述べたが、もちろんこれは一例を示したに過ぎず散気装置の数は任意であり、各散気装置に対応して予め保持する係数および定数は、散気装置の数に対応してそれぞれ最適な値が設定される。なお、散気装置の数が変わっても装置構成は同様である。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００２３】
この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の被処理水（以下、処理前水と称す）の汚濁物濃度Ｓ ＩＮ を計測する手段、該処理前水の流量Ｑ ＩＮ を計測する手段、上記排出される被処理水（以下、処理後水と称す）の汚濁物濃度Ｓ ＯＵＴ を計測する手段、上記反応槽内で被処理水が流下する方向に沿って複数個（ｎ個）設け、上記被処理水に空気を散気するための空気供給手段、および上記計測された処理前水の汚濁物濃度Ｓ ＩＮ と該処理前水の流量Ｑ ＩＮ との積で得られる該処理前水の汚濁物量と上記計測された処理後水の汚濁物濃度Ｓ ＯＵＴ とに応じて、上記空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝ｋ ｉ１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ ＋ｋ ｉ２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )＋ｋ ｉ
（i＝1,・・,n）
によって算出するとともに、
各空気供給手段ごとに定められた第１の係数ｋ ｉ１ は、反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど大きく、排出部に近い空気供給手段ほど小さい値であり（ｋ １１ ＞ｋ ２１ ＞・・・＞ｋ ｎ１ ）、第２の係数ｋ ｉ２ は、上記反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど小さく、排出部に近い空気供給手段ほど大きい値とする（ｋ １２ ＜ｋ ２２ ＜・・・＜ｋ ｎ２ ）ので、
排出される処理後水の汚濁物濃度を精緻に制御できる。また、過不足のない空気供給量で効率よく処理水質を制御でき、各空気供給手段の反応槽内での位置に従って、適切な空気供給量を設定でき、効率のよい水質制御が行え、流入する被処理水中の汚濁物量が変動しても反応槽の各空気供給手段から適切な量の空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。
【００２４】
また、この発明に係る生物学的水処理装置においては、反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、被処理水が流下する方向に沿って設けられ、被処理水に空気を散気するための複数個（ｎ個）の空気供給手段、および上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴと、上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と、一つ上流側の空気供給手段から散気される空気供給量とに応じて、上記各空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ ,および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝Ｇ ｉ１ ＋Ｇ ｉ２ ＋ｋ ｉ
但し ｉ＝１のとき
Ｇ １１ ＝ｋ １１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ
Ｇ １２ ＝ｋ １２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )
ｉ＝2,・・・,ｎのとき
Ｇ ｉ１ ＝ｋ ｉ１ ・Ｇ （ｉ−１）１
Ｇ ｉ２ ＝ｋ ｉ２ ・Ｇ （ｉ−１）２
によって算出するとともに、
ｉ＝2,・・・,ｎのとき、各空気供給手段に定められた第１の係数ｋ ｉ１ は１よりも小さい値とし、第２の係数ｋ ｉ２ は１よりも大きい値とするので、
その時点の被処理水中の汚濁物量にしたがってより適切な空気量を供給することができ、各空気供給手段の生物反応槽内での位置に従って、適切な空気供給量を設定でき、効率のよい水質制御が行え、流入する被処理水中の汚濁物量が変動しても各空気供給手段から適切な量の空気供給を実現でき、排出される処理後水の汚濁物濃度をより目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による生物学的水処理装置を示す構成図である。
【図４】 従来の生物学的水処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 生物反応槽、２ 流量計、４１〜４４ 空気供給手段としての散気装置、
５１〜５４ 空気供給手段としての空気供給装置、
７ 処理前水の汚濁物濃度計測手段としてのＢＯＤ濃度計、
９１〜９４ 空気供給量の調節手段としてのコントローラ、
１０ 処理後水の汚濁物濃度計測手段としてのＢＯＤ濃度計。
Claims (2)
- 反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の被処理水（以下、処理前水と称す）の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される被処理水（以下、処理後水と称す）の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、上記反応槽内で被処理水が流下する方向に沿って複数個（ｎ個）設け、上記被処理水に空気を散気するための空気供給手段、および上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴとに応じて、上記空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝ｋ ｉ１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ ＋ｋ ｉ２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )＋ｋ ｉ
（i＝1,・・,n）
によって算出するとともに、
各空気供給手段ごとに定められた第１の係数ｋ ｉ１ は、反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど大きく、排出部に近い空気供給手段ほど小さい値であり（ｋ １１ ＞ｋ ２１ ＞・・・＞ｋ ｎ１ ）、第２の係数ｋ ｉ２ は、上記反応槽の流入部に近い空気供給手段ほど小さく、排出部に近い空気供給手段ほど大きい値とする（ｋ １２ ＜ｋ ２２ ＜・・・＜ｋ ｎ２ ）ことを特徴とする生物学的水処理装置。 - 反応槽に流入する被処理水を活性汚泥および空気と混合することにより浄化処理し、該浄化処理後の被処理水を上記反応槽から排出する生物学的水処理装置において、
上記浄化処理する前の処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮを計測する手段、該処理前水の流量ＱＩＮを計測する手段、上記排出される処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴを計測する手段、被処理水が流下する方向に沿って設けられ、被処理水に空気を散気するための複数個（ｎ個）の空気供給手段、および上記計測された処理後水の汚濁物濃度ＳＯＵＴと、上記計測された処理前水の汚濁物濃度ＳＩＮと該処理前水の流量ＱＩＮとの積で得られる該処理前水の汚濁物量と、一つ上流側の空気供給手段から散気される空気供給量とに応じて、上記各空気供給手段から散気する空気供給量を調節する手段を備えた生物学的水処理装置であって、
空気供給量を調節する手段は、処理後水の汚濁物濃度の目標値Ｓ ０ と各空気供給手段ごとに予め定められた第１の係数ｋ ｉ１ ,第２の係数ｋ ｉ２ ,および定数ｋ ｉ とを保持し、各空気供給手段から散気する空気供給量Ｇ ｉ を次式
Ｇ ｉ ＝Ｇ ｉ１ ＋Ｇ ｉ２ ＋ｋ ｉ
但し ｉ＝１のとき
Ｇ １１ ＝ｋ １１ ・Ｓ ＩＮ ・Ｑ ＩＮ
Ｇ １２ ＝ｋ １２ ・(Ｓ ＯＵＴ −Ｓ ０ )
ｉ＝2,・・・,ｎのとき
Ｇ ｉ１ ＝ｋ ｉ１ ・Ｇ （ｉ−１）１
Ｇ ｉ２ ＝ｋ ｉ２ ・Ｇ （ｉ−１）２
によって算出するとともに、
ｉ＝2,・・・,ｎのとき、各空気供給手段に定められた第１の係数ｋ ｉ１ は１よりも小さい値とし、第２の係数ｋ ｉ２ は１よりも大きい値とすることを特徴とする生物学的水処理装置。
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