JP4559593B2 - 有機性排水処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性排水処理装置、特に細胞膜破砕装置を有する排水処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水処理場など活性汚泥法による廃水処理施設から排出される余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋め立て処分や焼却処分されている。しかし、近年、埋め立て処分場の受け入れ容量の問題や焼却時の費用等の問題が生じるため余剰汚泥の削減が求められており、汚泥削減方法の一つとして機械的破砕、酸化剤及び還元剤、アルカリ、加温加圧等細胞膜破砕装置により細胞膜を破砕させた汚泥を好気性消化または生物処理槽へ返送するという方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では細胞膜を破砕した汚泥が生物処理槽への負荷となり、生物処理槽の状態によっては汚泥削減効率の低下や処理水質の悪化を引き起こすことになる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、その課題とするところは、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる有機性排水処理方法及びその装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生物処理槽の処理状態に適応した細胞膜破砕方法に注目し、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることを特徴とする処理方法と装置を知見に基づき完成に至ったものであり、上記した課題は、本発明者の細胞膜破砕方法の研究の結果、各請求項記載の発明によって解決される。
【００１５】
請求項１記載の発明に係る有機性排水処理装置は、有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置であって、ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを要旨としたものである。
【００１６】
これにより、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。
また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明に係る有機性排水処理装置は、有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を貯留する貯留槽と、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置において、ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とＭＬＳＳ値の増加速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを要旨としたものである。
【００１８】
これにより、請求項１と同様に、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明に係る有機性排水処理装置は、請求項１又は２記載の有機性排水処理装置において、細胞膜破砕装置の汚泥流出側にリン除去装置を設けて、細胞膜破砕装置から流出される有機溶液中に溶存するリン成分を除去するように構成したことである。これにより、破砕された汚泥から溶出するリンを或いは放流部に流入する沈澱槽の上澄水に溶存するリンをリン除去装置で吸着することにより効率的なリン回収を行い、処理水へのリンの流出を制限することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明に係る有機性排水処理装置は、請求項１又は２又は３記載の有機性排水処理装置において、細胞膜破砕装置において、前記細胞膜破砕装置はガラスビーズのビーズミルを使用し、前記ガラスビーズは酸化リチウムと酸化ナトリウムと酸化カリウムとを合計で８％から２０％含み、かつ、直径0.１ｍｍから１ｍｍのガラスビーズが全体の７０％以上含有する構成とし、このガラスビーズによって細胞膜破砕を行うことを要旨としたものである。これにより、細胞膜を効率よく破砕することが可能となり、汚泥を削減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１において、有機性排水はまず原水槽1に貯留される。原水槽１に貯留された有機性排水は第１の生物処理槽２へ送られ微生物による有機物分解の生物処理され、次いで第１の沈殿槽３へ送られ固液分離される。
【００２２】
ここで、第１の生物処理槽２は一般的には活性汚泥方式による、または、後述する第１の曝気装置１７による接触曝気方式により生物処理を行う。
【００２３】
そして、第１の沈殿槽３での固液分離によって生じた上澄み液は放流部４へと送られ放流される。
【００２４】
一方、固液分離によって第１の沈殿槽３の底部に堆積した汚泥は第１の返送引抜装置５によって返送汚泥として第１の生物処理槽２へ返送される、あるいは、余剰汚泥として細胞膜破砕装置７へ直接に送られるか、あるいは、汚泥貯留槽６に送られて該汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に送られる。
【００２５】
細胞膜破砕装置７へ送られた余剰汚泥は、該細胞膜破砕装置７によって破砕することにより有機性溶液へと変えられ、第２の生物処理槽８へ返送した後に、該第２の生物処理槽８により上述と同様にして生物処理される。
【００２６】
そして、上記該第２の生物処理槽８からの汚泥は、第２の沈殿槽９に送られて固液分離される。この第２の沈殿槽９で固液分離により底部に堆積した汚泥が第２の返送引抜装置１０によって返送汚泥として第２生物処理槽８へ返送される、あるいは、余剰汚泥として汚泥貯留槽６に送られた後、再び細胞膜破砕装置７へ、あるいは、直接に細胞膜破砕装置７へ送られて、第２の生物処理槽８へ返送した後に生物処理される。
【００２７】
また、第２の沈殿槽９の上澄み液は、リン除去装置１１から原水槽１あるいは第１の生物処理槽２に返送される。なお、リン除去装置１１より放流部４へと放流することも可能である。
【００２８】
このようにして、余剰汚泥の細胞膜を破砕しつつ各生物処理槽に返送することにより、結果として、余剰汚泥を削減することができる。
【００２９】
ここで、後述する制御装置１９の制御方法としては、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときは、第１の返送引抜装置５により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３０】
一方、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第２の生物処理槽８の負荷量が高いと制御装置１９が判断したときは、第１の返送引抜装置５により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、第２の生物処理槽８の負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に余剰汚泥を汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３１】
また、細胞膜破砕装置７の処理能力を超えてしまうほど第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が急激に上昇した場合も、余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なおかつ第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断した後に汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３２】
同様に、第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、該第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときは、第２の返送引抜装置１０により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３３】
一方、第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、該第２の生物処理槽８の負荷量が高いと制御装置１９が判断したときは、第２の返送引抜装置１０により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なお、負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に余剰汚泥を汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３４】
また、細胞膜破砕装置７の処理能力を超えてしまうほど第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が急激に上昇した場合も、余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なおかつ負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３５】
このように、必要時以外は余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送ることにより、省エネルギー化、時間短縮が可能である。
【００３６】
上述した細胞膜破砕装置７は特に限定されるものではないが、湿式ビーズミル又は超音波による破砕が好ましい。
【００３７】
この湿式ビーズミルは円筒状容器内に設置された回転ディスクを回転させ容器内に充填されたビーズを撹拌させることにより生じるせん断・摩砕力によって細胞膜を破砕する。
【００３８】
円筒状容器へのビーズの充填率は約７５〜９０％回転ディスクの周速は約８〜２０ｍ/sec、円筒状容器内滞留時間は３０秒〜２０分、円筒状容器内接液部および回転ディスクの材質は特に限定されるものではないがポリウレタンが実用上好ましい。
【００３９】
ビーズ材質は、酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの含有率が約８％以上かつ２０％以下含む約直径０．１〜１．０mm のガラスビーズによって細胞膜破砕を行うガラスビーズミルを用いた。
【００４０】
その理由は、細胞の大きさは約１μｍ程度であり、細胞膜をビーズミルにて破砕するにはビーズの大きさも約直径５０μｍ（0.05ｍｍ）程度が最も効率がよい結果が出たが、ビーズが小さいためビーズを流出するのを防止するために、流出防止用のフィルターが必要であり、そのフィルターが細かすぎると、細胞以外のごみによって目詰まりを生じる。このため、通常は直径約０．１〜１．０mm 程度にしてフィルターもやや大きいものにしておくことで実用性が出てくる。
【００４１】
また、細胞膜はアルカリによって溶解するが、ガラス中の酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分が少ない方が消耗は少なくてすむが、高価格であり、また酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分が約２０％を超えるようであれば水中へのアルカリの溶解が大きく、消耗が多くなりガラスビーズを追加して供給していく必要が出てくる。このため、ガラスビーズの交換頻度が高くなり、管理面で実用的ではない。
【００４２】
従って、メンテナンスを１週間に１回以下にするには酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分の含有率を約８％から２０％程度にしておくのが経済的で、かつ効率的な細胞膜破砕効果が得られる。
【００４３】
ところで、図１は単一の生物処理槽で有機性排水の処理と破砕よって有機溶液化した汚泥の処理を行なう場合、破砕によって有機溶液化した汚泥による負荷増大のため単一の生物処理槽での処理能力を超えてしまうことがあるため、細胞膜破砕装置７によって破砕された汚泥を第２の生物処理槽８で生物処理し、第２の沈殿槽９で固液分離を行なうことによって細胞膜破砕装置７で破砕され有機溶液化した汚泥による第１の生物処理槽２への負荷の増大を避けることができ、結果として、放流部４の水質の悪化を避けることができる。なお、第２の沈殿槽９の上澄み液は原水槽１へ送っても放流部４へ送ってもよい。
【００４４】
ここで、破砕によって有機溶液化した汚泥による第１の生物処理槽２への負荷増大の危険が全くない場合は、第２の生物処理槽８、第２の沈殿槽９、第２の返送引抜装置１０をなくした単一の生物処理槽（図３の実施の形態において説明する。）での処理を行なうことも可能である。
【００４５】
さらに、細胞膜の破砕によって細胞体内に蓄積されていたリンの溶出については粒状金属酸化物、例えば活性アルミナと呼ばれるアルミニウム酸化物により、リンを吸着させるリン除去工程を処理装置内に組み込むことで対応できる。
【００４６】
リン除去工程を挿入する位置は、前述した実施の形態では、第２の沈殿槽９の直後に設けたが、細胞膜破砕装置７の直後、放流部４直前に少なくとも一つ以上設けるようにすることが好ましい。また、第２の生物処理槽８、第２の沈殿槽９がない単一の生物処理槽の場合（後述する図３の実施の形態において）も、細胞膜破砕装置７の直後、放流部４直前に少なくとも一つ以上設けるようにすることが好ましい。
【００４７】
このリン除去工程は、粒状金属酸化物を充填させた容器内に排水を通過させることによりリンを吸着除去する。
排水と粒状金属酸化物の接触面積を大きく取ることによりリンの除去能力を向上させることができ、例えば、排水を霧状にして容器内に導入させるか、金属酸化物の粒径を小さくすることによりリンの除去能力を向上させることができる。実用的には金属酸化物の粒径は強度面を考慮し、約１〜１０mmが好ましい。
【００４８】
また、金属酸化物の種類によっては最適ｐＨがあり、排水を容器内に導入する前にｐＨを調整することによりリンの除去能力を向上させることができる。
ｐＨの調整は薬品による調整が一般的であるが、例えば活性アルミナと呼ばれるアルミニウム酸化物の最適ｐＨは約５．５〜６．０であるため、図１においては後述する第２の曝気装置１８で曝気することによりｐＨを約５．５〜６．０に調整することができ、薬品の注入をすることなくリン除去を行うことができる。
【００４９】
そして、実際の制御方法としては、第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８にそれぞれＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６を設け、各検出信号は制御装置１９に入力する。
【００５０】
制御装置１９は、１例として各検出信号をディジタル変換する信号変換部と記憶部とプログラムを内蔵するコンピュータである。この制御装置１９は入力値に基づき細胞膜破砕装置７、第１の生物処理槽２における第１の曝気装置１７、第２の生物処理槽８における第２の曝気装置１８、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０の制御を行なう。
【００５１】
制御方法としては、ＤＯ値、ＯＲＰ値、ｐＨ値、水温、ＭＬＳＳ値と、ＤＯ値より非曝気後の減少速度を算出した値、非曝気後のＯＲＰ値の減少速度を算出した値、ＭＬＳＳ値の増加速度を算出した値を前件部変数とし、かつ細胞膜破砕装置７への運転出力、第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８への曝気量、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０への引抜指示を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づき、細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０の制御を行なう。
【００５２】
なお、非曝気後のＤＯ値及びＯＲＰ値減少速度は、例えば、一定時間ごとに第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８を一定時間停止させ、ＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３の各検出信号より算出する。
【００５３】
そして、ファジイ制御規則としては、第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下の場合に細胞膜破砕装置７の運転を行ない、所定値以上の場合に該細胞膜破砕装置７の運転の停止を行なうと同時に、第２の生物処理槽８のＤＯ値の減少速度に対するＯＲＰ値の減少速度の相対値が所定値以上の場合に細胞膜破砕装置７の運転の停止を行なう細胞膜破砕運転規則（ａ）、
第１の生物処理槽２あるいは第２の生物処理槽８のｐＨ値が所定値以下になると第１の曝気装置１７、第２の曝気装置１８の曝気量を減少させ、所定値以上になると曝気量を増加させると同時に、第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８の水温により前記曝気量を相対的に変化させるようにする曝気量制御規則（ｂ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上になると、第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く制御規則（ｃ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になると、余剰汚泥を第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６に引き抜く制御規則（ｄ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送り出す制御規則（ｅ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以上になると、第２返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く制御規則（ｆ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に余剰汚泥を送り出す制御規則（ｇ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になると、余剰汚泥を第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６に引き抜く制御規則（ｈ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送り出す制御規則（ｉ）
で構成される。
【００５４】
以上の制御規則をファジイ制御規則として整理した例を表１に示す。表１で示す制御規則で、If〜and〜の、〜部分がファジイ制御規則の表２で示す前件部変数に（例えば、（ａ）では〜部分がX1、X2）、Then〜の、〜の部分が表３で示す後件部変数に（例えば、（ａ）では〜部分がY1）相当する。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
［前件部変数］
X1＝第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下
X2＝第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＯＲＰ値の減少速度のＤＯ値の減少速度に対する相対値が所定値以下
X3＝第１の生物処理槽２のｐＨ値が所定値以上
X4＝第１の生物処理槽２の水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
X5＝第２の生物処理槽８のｐＨ値が所定値以上
X6＝第２の生物処理槽８の水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
X7＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上
X8＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上
X9＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下
X10＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以上
X11＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以下
X12＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上
X13＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下
【００５７】
【表３】
［後件部変数］
Y1＝細胞膜破砕装置７への運転指令
Y2＝第１の曝気装置１７への曝気量指示
Y3＝第２の曝気装置１８への曝気量指示
Y4＝第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く指示
Y5＝第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６に汚泥を引き抜く指示
Y6＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ汚泥を送る指示
Y7＝第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く指示
Y8＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に汚泥を送る指示
Y9＝第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６に引き抜く指示
Y10＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ汚泥を送る指示
【００５８】
ここで、前件部変数は入力信号に対して最大値と最小値により−１から＋１までの値に規格化し、また、後件部は変数も同様に−１から＋１までの値に規格化している。前件部変数の規格値より、min-max重心法によるメンバーシップ関数に基づいて、０から１までの前件部適合度を算出し、同様にして後件部変数の規格値より０から１までの後件部適合度を算出する。
【００５９】
そして、制御規則毎に前件部適合度の最小値（min）を後件部のメンバーシップ関数に乗じ、全ての制御規則について最大値（max）を用いて合成する。そして、合成したメンバーシップ関数の重心を制御装置１９の出力値とするようにしている。
【００６０】
このように、表２の前件部変数、表３の後件部変数で構成される表１の制御規則に基づいて制御装置１９において演算処理を行ない、最適な細胞膜破砕、各生物処理槽の曝気、汚泥の返送及び引抜を行なう。また、各前件部変数における目標とする所定値は実際の現場に合わせた数値とし、現場実態に即した制御を行なうことができるようにしている。
【００６１】
前記制御装置１９における処理の流れを図２に示す。この制御装置１９の電源を起動すると、ステップＳ１においてファジイ制御に関するメンバーシップ関数と制御規則を記憶部より読み込み、起動時の初期処理を行なう。
【００６２】
ステップＳ２において第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８のＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６より検出信号を入力し、［００５３］から［００６０］までに示したように、ステップＳ３において各検出データにより前件部及び後件部の規格化を行なう。
【００６３】
ステップＳ４において、メンバーシップ関数、制御規則より制御出力値の計算を行なった後、ステップＳ５において、細胞膜破砕指示、曝気量、返送引抜指示の出力を行ない、ステップ６において制御終了の判断を行なった後、終了でないと判断する場合はステップ２より処理を繰り返し、終了と判断する場合は処理を終了する。
【００６４】
なお、図３に示す実施の形態は、図１において第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８について単一の生物処理槽（第１の生物処理槽２）としかつ汚泥貯留槽６をなくした場合を示し、その余は前述した実施の形態と同様に構成されている。
すなわち、図３において、有機性排水は、原水槽１に貯留される。原水槽１に貯留された有機性排水は第１の生物処理槽２へ送られて前述と同様に生物処理される。
【００６５】
次いで、第１の沈殿槽３へ送られて固液分離される。この第１の沈殿槽３における固液分離によって生じた上澄み液は放流部４へと送られ放流される。
【００６６】
一方、固液分離によって第１の沈殿槽３底部に堆積した汚泥は第１の返送引抜装置５によって返送汚泥として第１の生物処理槽２へ返送される。または、余剰汚泥として直接に細胞膜破砕装置７へ送られる。
【００６７】
この余剰汚泥は細胞膜破砕装置７によって破砕することにより有機性溶液へと変えられ、第１の生物処理槽２へ返送した後に再び生物処理され、結果として、余剰汚泥を削減することができる。
【００６８】
ここで、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第１の生物処理槽２の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときに、細胞膜破砕装置７へ送る。
【００６９】
また、第１の生物処理槽２に前述した実施の形態と同様に、ＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６を設け、各検出信号は制御装置１９に入力する。
【００７０】
制御装置１９は、１例として各検出信号をディジタル変換する信号変換部と記憶部とプログラムを内蔵するコンピュータである。制御装置１９は入力値に基づき細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７、第１の返送引抜装置５のそれぞれの制御を行なうものである。
【００７１】
制御方法としては、前述した実施の形態を基本とし、ＤＯ値、ＯＲＰ値、ｐＨ値、水温、ＭＬＳＳ値と、ＤＯ値より非曝気後の減少速度を算出した値、非曝気後のＯＲＰ値の減少速度を算出した値を前件部変数とし、かつ細胞膜破砕装置７への運転出力、第１の曝気装置１７への曝気量、第１の返送引抜装置５への切替指示を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づき、細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７、第１の返送引抜装置５の制御を行なう。
【００７２】
ファジイ制御規則としては、前述した実施の形態を基本とし、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上、かつ、第１の生物処理槽２の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下の場合に第１の返送引抜装置５から細胞膜破砕装置７に汚泥を送ると同時に前記細胞膜破砕装置７の運転を行ない、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以下、または、第１の生物処理槽２の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以上、または、第１の生物処理槽２のＤＯ値の減少速度に対するＯＲＰ値の減少速度の相対値が所定値以上の場合、細胞膜破砕装置７の停止を行なうと同時に、第１の返送引抜装置５から第１の生物処理槽２に返送を行う細胞膜破砕運転規則（ａ）、
第１の生物処理槽２のｐＨ値が所定値以下になると第１の曝気装置１７の曝気量を減少させ、所定値以上になると曝気量を増加させると同時に、第１の生物処理槽２の水温により前記曝気量を相対的に変化させるようにする曝気量制御規則（ｂ）
で構成される。
【００７３】
以上の制御規則をファジイ制御規則として整理した例を表４に示す。表４で示す制御規則で、If〜and〜の、〜の部分がファジイ制御規則の表４で示す前件部変数に、Then〜の、〜の部分が表４で示す後件部変数に相当する。
【００７４】
【表４】
（ａ）If X1 and X2 and X3 Then Y1
（ａ）If X1 and X2 and X3 Then Y2
（ｂ）If X4 and X5 Then Y3
【００７５】
【表５】
［前件部変数］
X1＝非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下
X2＝非曝気の処理時のＯＲＰ値の減少速度のＤＯ値の減少速度に対する相対値が所定値以下
X3＝ＭＬＳＳ値が所定値以上
X4＝ｐＨ値が所定値以上
X5＝水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
【００７６】
【表６】
［後件部変数］
Y1＝細胞膜破砕装置運転指令
Y2＝返送引抜装置切替指令
Y3＝第１の曝気装置１７への曝気量指示
【００７７】
ここで、前述の［００５８］、［００５９］で示したように、前件部変数及び後件部ともに規格化し、min-max重心法によるメンバーシップ関数に基づいて前件部適合度及び後件部適合度を算出し、各制御規則毎に前件部適合度の最小値（min）を後件部のメンバーシップ関数に乗じ、全ての制御規則について最大値（max）を用いて合成したメンバーシップ関数の重心を制御装置１９の出力値とするようにしている。
【００７８】
このように、表５の前件部変数、表６の後件部変数で構成される表４の制御規則に基づいて制御装置１９において演算処理を行ない、最適な細胞膜破砕、生物処理槽の曝気、汚泥の返送を行なう。なお、制御装置１９における処理の流れについては、図２にて示す処理の流れと同様である。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、請求項１記載の発明によれば、余剰汚泥を構成する生物の細胞膜を破砕しつつ生物処理槽に返送することによって、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８１】
請求項３記載の発明によれば、汚泥削減効率を、さらに最大限に高めるとともに、さらなる処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、細胞膜破砕装置から流出される有機溶液中に溶存するリン成分を除去することができる。
【００８３】
請求項５記載から請求項９記載の発明によれば、細胞膜破砕装置及び返送引抜装置の運転を生物処理槽のＭＬＳＳ値及び直前の非曝気状態時のＤＯ値減少速度及び前記ＤＯ値減少速度に対する直前の非曝気状態時のＯＲＰ値減少速度の相対値或いはＭＬＳＳ値の増加速度に応じて制御することにより、最適な負荷状態での運転が可能となるため処理水質を悪化させることなく汚泥の削減を実施することができる。
また、曝気装置の運転を生物処理槽のＤＯ値のみでなくｐＨ値及び水温のｐＨ値に対する相対値に応じて制御することにより過不足のない曝気を実施することが可能となり、最適な活性汚泥の生育環境を確保し、有機性排水の処理を行うことができる。
【００８４】
請求項１０及び１１記載の発明によれば、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。
また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００８５】
請求項１２記載の発明によれば、破砕された汚泥から溶出するリン或いは放流部に流入する沈澱槽の上澄水に溶存するリンをリン除去装置で吸着することにより効率的なリン回収を行い、処理水へのリンの流出を制限することができる。
【００８６】
請求項１３記載の発明によれば、細胞膜を効率よく破砕することが可能となり、汚泥を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態で用いる制御装置での処理流れ図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…原水槽
２…第１の生物処理槽
３…第１の沈殿槽
４…放流部
５…第１の返送引抜装置
６…汚泥貯留槽
７…細胞膜破砕装置
８…第２の生物処理槽
９…第２の沈殿槽
１０…第２の返送引抜装置
１１…リン除去装置
１２…ＤＯ計
１３…ＯＲＰ計
１４…ｐＨ計
１５…水温計
１６…ＭＬＳＳ計
１７…第１の曝気装置
１８…第２の曝気装置
１９…制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性排水処理装置、特に細胞膜破砕装置を有する排水処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水処理場など活性汚泥法による廃水処理施設から排出される余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋め立て処分や焼却処分されている。しかし、近年、埋め立て処分場の受け入れ容量の問題や焼却時の費用等の問題が生じるため余剰汚泥の削減が求められており、汚泥削減方法の一つとして機械的破砕、酸化剤及び還元剤、アルカリ、加温加圧等細胞膜破砕装置により細胞膜を破砕させた汚泥を好気性消化または生物処理槽へ返送するという方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では細胞膜を破砕した汚泥が生物処理槽への負荷となり、生物処理槽の状態によっては汚泥削減効率の低下や処理水質の悪化を引き起こすことになる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、その課題とするところは、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる有機性排水処理方法及びその装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生物処理槽の処理状態に適応した細胞膜破砕方法に注目し、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることを特徴とする処理方法と装置を知見に基づき完成に至ったものであり、上記した課題は、本発明者の細胞膜破砕方法の研究の結果、各請求項記載の発明によって解決される。
【００１５】
請求項１記載の発明に係る有機性排水処理装置は、有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置であって、ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを要旨としたものである。
【００１６】
これにより、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。
また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明に係る有機性排水処理装置は、有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を貯留する貯留槽と、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置において、ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とＭＬＳＳ値の増加速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを要旨としたものである。
【００１８】
これにより、請求項１と同様に、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明に係る有機性排水処理装置は、請求項１又は２記載の有機性排水処理装置において、細胞膜破砕装置の汚泥流出側にリン除去装置を設けて、細胞膜破砕装置から流出される有機溶液中に溶存するリン成分を除去するように構成したことである。これにより、破砕された汚泥から溶出するリンを或いは放流部に流入する沈澱槽の上澄水に溶存するリンをリン除去装置で吸着することにより効率的なリン回収を行い、処理水へのリンの流出を制限することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明に係る有機性排水処理装置は、請求項１又は２又は３記載の有機性排水処理装置において、細胞膜破砕装置において、前記細胞膜破砕装置はガラスビーズのビーズミルを使用し、前記ガラスビーズは酸化リチウムと酸化ナトリウムと酸化カリウムとを合計で８％から２０％含み、かつ、直径0.１ｍｍから１ｍｍのガラスビーズが全体の７０％以上含有する構成とし、このガラスビーズによって細胞膜破砕を行うことを要旨としたものである。これにより、細胞膜を効率よく破砕することが可能となり、汚泥を削減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１において、有機性排水はまず原水槽1に貯留される。原水槽１に貯留された有機性排水は第１の生物処理槽２へ送られ微生物による有機物分解の生物処理され、次いで第１の沈殿槽３へ送られ固液分離される。
【００２２】
ここで、第１の生物処理槽２は一般的には活性汚泥方式による、または、後述する第１の曝気装置１７による接触曝気方式により生物処理を行う。
【００２３】
そして、第１の沈殿槽３での固液分離によって生じた上澄み液は放流部４へと送られ放流される。
【００２４】
一方、固液分離によって第１の沈殿槽３の底部に堆積した汚泥は第１の返送引抜装置５によって返送汚泥として第１の生物処理槽２へ返送される、あるいは、余剰汚泥として細胞膜破砕装置７へ直接に送られるか、あるいは、汚泥貯留槽６に送られて該汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に送られる。
【００２５】
細胞膜破砕装置７へ送られた余剰汚泥は、該細胞膜破砕装置７によって破砕することにより有機性溶液へと変えられ、第２の生物処理槽８へ返送した後に、該第２の生物処理槽８により上述と同様にして生物処理される。
【００２６】
そして、上記該第２の生物処理槽８からの汚泥は、第２の沈殿槽９に送られて固液分離される。この第２の沈殿槽９で固液分離により底部に堆積した汚泥が第２の返送引抜装置１０によって返送汚泥として第２生物処理槽８へ返送される、あるいは、余剰汚泥として汚泥貯留槽６に送られた後、再び細胞膜破砕装置７へ、あるいは、直接に細胞膜破砕装置７へ送られて、第２の生物処理槽８へ返送した後に生物処理される。
【００２７】
また、第２の沈殿槽９の上澄み液は、リン除去装置１１から原水槽１あるいは第１の生物処理槽２に返送される。なお、リン除去装置１１より放流部４へと放流することも可能である。
【００２８】
このようにして、余剰汚泥の細胞膜を破砕しつつ各生物処理槽に返送することにより、結果として、余剰汚泥を削減することができる。
【００２９】
ここで、後述する制御装置１９の制御方法としては、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときは、第１の返送引抜装置５により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３０】
一方、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第２の生物処理槽８の負荷量が高いと制御装置１９が判断したときは、第１の返送引抜装置５により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、第２の生物処理槽８の負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に余剰汚泥を汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３１】
また、細胞膜破砕装置７の処理能力を超えてしまうほど第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が急激に上昇した場合も、余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なおかつ第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断した後に汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３２】
同様に、第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、該第２の生物処理槽８の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときは、第２の返送引抜装置１０により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３３】
一方、第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、該第２の生物処理槽８の負荷量が高いと制御装置１９が判断したときは、第２の返送引抜装置１０により余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なお、負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に余剰汚泥を汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３４】
また、細胞膜破砕装置７の処理能力を超えてしまうほど第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が急激に上昇した場合も、余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送り、該第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が正常値に回復し、なおかつ負荷量が低くなったと制御装置１９が判断した後に汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送る。
【００３５】
このように、必要時以外は余剰汚泥を汚泥貯留槽６に送ることなく直接に細胞膜破砕装置７へ送ることにより、省エネルギー化、時間短縮が可能である。
【００３６】
上述した細胞膜破砕装置７は特に限定されるものではないが、湿式ビーズミル又は超音波による破砕が好ましい。
【００３７】
この湿式ビーズミルは円筒状容器内に設置された回転ディスクを回転させ容器内に充填されたビーズを撹拌させることにより生じるせん断・摩砕力によって細胞膜を破砕する。
【００３８】
円筒状容器へのビーズの充填率は約７５〜９０％回転ディスクの周速は約８〜２０ｍ/sec、円筒状容器内滞留時間は３０秒〜２０分、円筒状容器内接液部および回転ディスクの材質は特に限定されるものではないがポリウレタンが実用上好ましい。
【００３９】
ビーズ材質は、酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの含有率が約８％以上かつ２０％以下含む約直径０．１〜１．０mm のガラスビーズによって細胞膜破砕を行うガラスビーズミルを用いた。
【００４０】
その理由は、細胞の大きさは約１μｍ程度であり、細胞膜をビーズミルにて破砕するにはビーズの大きさも約直径５０μｍ（0.05ｍｍ）程度が最も効率がよい結果が出たが、ビーズが小さいためビーズを流出するのを防止するために、流出防止用のフィルターが必要であり、そのフィルターが細かすぎると、細胞以外のごみによって目詰まりを生じる。このため、通常は直径約０．１〜１．０mm 程度にしてフィルターもやや大きいものにしておくことで実用性が出てくる。
【００４１】
また、細胞膜はアルカリによって溶解するが、ガラス中の酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分が少ない方が消耗は少なくてすむが、高価格であり、また酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分が約２０％を超えるようであれば水中へのアルカリの溶解が大きく、消耗が多くなりガラスビーズを追加して供給していく必要が出てくる。このため、ガラスビーズの交換頻度が高くなり、管理面で実用的ではない。
【００４２】
従って、メンテナンスを１週間に１回以下にするには酸化リチウム＋酸化ナトリウム＋酸化カリウムの合計分の含有率を約８％から２０％程度にしておくのが経済的で、かつ効率的な細胞膜破砕効果が得られる。
【００４３】
ところで、図１は単一の生物処理槽で有機性排水の処理と破砕よって有機溶液化した汚泥の処理を行なう場合、破砕によって有機溶液化した汚泥による負荷増大のため単一の生物処理槽での処理能力を超えてしまうことがあるため、細胞膜破砕装置７によって破砕された汚泥を第２の生物処理槽８で生物処理し、第２の沈殿槽９で固液分離を行なうことによって細胞膜破砕装置７で破砕され有機溶液化した汚泥による第１の生物処理槽２への負荷の増大を避けることができ、結果として、放流部４の水質の悪化を避けることができる。なお、第２の沈殿槽９の上澄み液は原水槽１へ送っても放流部４へ送ってもよい。
【００４４】
ここで、破砕によって有機溶液化した汚泥による第１の生物処理槽２への負荷増大の危険が全くない場合は、第２の生物処理槽８、第２の沈殿槽９、第２の返送引抜装置１０をなくした単一の生物処理槽（図３の実施の形態において説明する。）での処理を行なうことも可能である。
【００４５】
さらに、細胞膜の破砕によって細胞体内に蓄積されていたリンの溶出については粒状金属酸化物、例えば活性アルミナと呼ばれるアルミニウム酸化物により、リンを吸着させるリン除去工程を処理装置内に組み込むことで対応できる。
【００４６】
リン除去工程を挿入する位置は、前述した実施の形態では、第２の沈殿槽９の直後に設けたが、細胞膜破砕装置７の直後、放流部４直前に少なくとも一つ以上設けるようにすることが好ましい。また、第２の生物処理槽８、第２の沈殿槽９がない単一の生物処理槽の場合（後述する図３の実施の形態において）も、細胞膜破砕装置７の直後、放流部４直前に少なくとも一つ以上設けるようにすることが好ましい。
【００４７】
このリン除去工程は、粒状金属酸化物を充填させた容器内に排水を通過させることによりリンを吸着除去する。
排水と粒状金属酸化物の接触面積を大きく取ることによりリンの除去能力を向上させることができ、例えば、排水を霧状にして容器内に導入させるか、金属酸化物の粒径を小さくすることによりリンの除去能力を向上させることができる。実用的には金属酸化物の粒径は強度面を考慮し、約１〜１０mmが好ましい。
【００４８】
また、金属酸化物の種類によっては最適ｐＨがあり、排水を容器内に導入する前にｐＨを調整することによりリンの除去能力を向上させることができる。
ｐＨの調整は薬品による調整が一般的であるが、例えば活性アルミナと呼ばれるアルミニウム酸化物の最適ｐＨは約５．５〜６．０であるため、図１においては後述する第２の曝気装置１８で曝気することによりｐＨを約５．５〜６．０に調整することができ、薬品の注入をすることなくリン除去を行うことができる。
【００４９】
そして、実際の制御方法としては、第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８にそれぞれＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６を設け、各検出信号は制御装置１９に入力する。
【００５０】
制御装置１９は、１例として各検出信号をディジタル変換する信号変換部と記憶部とプログラムを内蔵するコンピュータである。この制御装置１９は入力値に基づき細胞膜破砕装置７、第１の生物処理槽２における第１の曝気装置１７、第２の生物処理槽８における第２の曝気装置１８、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０の制御を行なう。
【００５１】
制御方法としては、ＤＯ値、ＯＲＰ値、ｐＨ値、水温、ＭＬＳＳ値と、ＤＯ値より非曝気後の減少速度を算出した値、非曝気後のＯＲＰ値の減少速度を算出した値、ＭＬＳＳ値の増加速度を算出した値を前件部変数とし、かつ細胞膜破砕装置７への運転出力、第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８への曝気量、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０への引抜指示を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づき、細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８、第１の返送引抜装置５、第２の返送引抜装置１０の制御を行なう。
【００５２】
なお、非曝気後のＤＯ値及びＯＲＰ値減少速度は、例えば、一定時間ごとに第１の曝気装置１７及び第２の曝気装置１８を一定時間停止させ、ＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３の各検出信号より算出する。
【００５３】
そして、ファジイ制御規則としては、第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下の場合に細胞膜破砕装置７の運転を行ない、所定値以上の場合に該細胞膜破砕装置７の運転の停止を行なうと同時に、第２の生物処理槽８のＤＯ値の減少速度に対するＯＲＰ値の減少速度の相対値が所定値以上の場合に細胞膜破砕装置７の運転の停止を行なう細胞膜破砕運転規則（ａ）、
第１の生物処理槽２あるいは第２の生物処理槽８のｐＨ値が所定値以下になると第１の曝気装置１７、第２の曝気装置１８の曝気量を減少させ、所定値以上になると曝気量を増加させると同時に、第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８の水温により前記曝気量を相対的に変化させるようにする曝気量制御規則（ｂ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上になると、第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く制御規則（ｃ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になると、余剰汚泥を第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６に引き抜く制御規則（ｄ）、
第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送り出す制御規則（ｅ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以上になると、第２返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く制御規則（ｆ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に余剰汚泥を送り出す制御規則（ｇ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になると、余剰汚泥を第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６に引き抜く制御規則（ｈ）、
第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下になると汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ送り出す制御規則（ｉ）
で構成される。
【００５４】
以上の制御規則をファジイ制御規則として整理した例を表１に示す。表１で示す制御規則で、If〜and〜の、〜部分がファジイ制御規則の表２で示す前件部変数に（例えば、（ａ）では〜部分がX1、X2）、Then〜の、〜の部分が表３で示す後件部変数に（例えば、（ａ）では〜部分がY1）相当する。
【００５５】
【表１】
【表２】
［前件部変数］
X1＝第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下
X2＝第２の生物処理槽８の直前の非曝気の処理時のＯＲＰ値の減少速度のＤＯ値の減少速度に対する相対値が所定値以下
X3＝第１の生物処理槽２のｐＨ値が所定値以上
X4＝第１の生物処理槽２の水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
X5＝第２の生物処理槽８のｐＨ値が所定値以上
X6＝第２の生物処理槽８の水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
X7＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上
X8＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上
X9＝第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下
X10＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以上
X11＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値が所定値以下
X12＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上
X13＝第２の生物処理槽８のＭＬＳＳ値の増加速度が所定値以上でかつ該ＭＬＳＳ値が所定値以上になった後、一定時間後に該ＭＬＳＳ値が所定値以下
【００５７】
【表３】
［後件部変数］
Y1＝細胞膜破砕装置７への運転指令
Y2＝第１の曝気装置１７への曝気量指示
Y3＝第２の曝気装置１８への曝気量指示
Y4＝第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く指示
Y5＝第１の返送引抜装置５から汚泥貯留槽６に汚泥を引き抜く指示
Y6＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ汚泥を送る指示
Y7＝第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６又は細胞膜破砕装置７に汚泥を引き抜く指示
Y8＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７に汚泥を送る指示
Y9＝第２の返送引抜装置１０から汚泥貯留槽６に引き抜く指示
Y10＝汚泥貯留槽６から細胞膜破砕装置７へ汚泥を送る指示
【００５８】
ここで、前件部変数は入力信号に対して最大値と最小値により−１から＋１までの値に規格化し、また、後件部は変数も同様に−１から＋１までの値に規格化している。前件部変数の規格値より、min-max重心法によるメンバーシップ関数に基づいて、０から１までの前件部適合度を算出し、同様にして後件部変数の規格値より０から１までの後件部適合度を算出する。
【００５９】
そして、制御規則毎に前件部適合度の最小値（min）を後件部のメンバーシップ関数に乗じ、全ての制御規則について最大値（max）を用いて合成する。そして、合成したメンバーシップ関数の重心を制御装置１９の出力値とするようにしている。
【００６０】
このように、表２の前件部変数、表３の後件部変数で構成される表１の制御規則に基づいて制御装置１９において演算処理を行ない、最適な細胞膜破砕、各生物処理槽の曝気、汚泥の返送及び引抜を行なう。また、各前件部変数における目標とする所定値は実際の現場に合わせた数値とし、現場実態に即した制御を行なうことができるようにしている。
【００６１】
前記制御装置１９における処理の流れを図２に示す。この制御装置１９の電源を起動すると、ステップＳ１においてファジイ制御に関するメンバーシップ関数と制御規則を記憶部より読み込み、起動時の初期処理を行なう。
【００６２】
ステップＳ２において第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８のＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６より検出信号を入力し、［００５３］から［００６０］までに示したように、ステップＳ３において各検出データにより前件部及び後件部の規格化を行なう。
【００６３】
ステップＳ４において、メンバーシップ関数、制御規則より制御出力値の計算を行なった後、ステップＳ５において、細胞膜破砕指示、曝気量、返送引抜指示の出力を行ない、ステップ６において制御終了の判断を行なった後、終了でないと判断する場合はステップ２より処理を繰り返し、終了と判断する場合は処理を終了する。
【００６４】
なお、図３に示す実施の形態は、図１において第１の生物処理槽２及び第２の生物処理槽８について単一の生物処理槽（第１の生物処理槽２）としかつ汚泥貯留槽６をなくした場合を示し、その余は前述した実施の形態と同様に構成されている。
すなわち、図３において、有機性排水は、原水槽１に貯留される。原水槽１に貯留された有機性排水は第１の生物処理槽２へ送られて前述と同様に生物処理される。
【００６５】
次いで、第１の沈殿槽３へ送られて固液分離される。この第１の沈殿槽３における固液分離によって生じた上澄み液は放流部４へと送られ放流される。
【００６６】
一方、固液分離によって第１の沈殿槽３底部に堆積した汚泥は第１の返送引抜装置５によって返送汚泥として第１の生物処理槽２へ返送される。または、余剰汚泥として直接に細胞膜破砕装置７へ送られる。
【００６７】
この余剰汚泥は細胞膜破砕装置７によって破砕することにより有機性溶液へと変えられ、第１の生物処理槽２へ返送した後に再び生物処理され、結果として、余剰汚泥を削減することができる。
【００６８】
ここで、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が上昇したときにおいて、第１の生物処理槽２の負荷量が低いと制御装置１９が判断したときに、細胞膜破砕装置７へ送る。
【００６９】
また、第１の生物処理槽２に前述した実施の形態と同様に、ＤＯ計１２、ＯＲＰ計１３、ｐＨ計１４、水温計１５、ＭＬＳＳ計１６を設け、各検出信号は制御装置１９に入力する。
【００７０】
制御装置１９は、１例として各検出信号をディジタル変換する信号変換部と記憶部とプログラムを内蔵するコンピュータである。制御装置１９は入力値に基づき細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７、第１の返送引抜装置５のそれぞれの制御を行なうものである。
【００７１】
制御方法としては、前述した実施の形態を基本とし、ＤＯ値、ＯＲＰ値、ｐＨ値、水温、ＭＬＳＳ値と、ＤＯ値より非曝気後の減少速度を算出した値、非曝気後のＯＲＰ値の減少速度を算出した値を前件部変数とし、かつ細胞膜破砕装置７への運転出力、第１の曝気装置１７への曝気量、第１の返送引抜装置５への切替指示を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づき、細胞膜破砕装置７、第１の曝気装置１７、第１の返送引抜装置５の制御を行なう。
【００７２】
ファジイ制御規則としては、前述した実施の形態を基本とし、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以上、かつ、第１の生物処理槽２の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下の場合に第１の返送引抜装置５から細胞膜破砕装置７に汚泥を送ると同時に前記細胞膜破砕装置７の運転を行ない、第１の生物処理槽２のＭＬＳＳ値が所定値以下、または、第１の生物処理槽２の直前の非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以上、または、第１の生物処理槽２のＤＯ値の減少速度に対するＯＲＰ値の減少速度の相対値が所定値以上の場合、細胞膜破砕装置７の停止を行なうと同時に、第１の返送引抜装置５から第１の生物処理槽２に返送を行う細胞膜破砕運転規則（ａ）、
第１の生物処理槽２のｐＨ値が所定値以下になると第１の曝気装置１７の曝気量を減少させ、所定値以上になると曝気量を増加させると同時に、第１の生物処理槽２の水温により前記曝気量を相対的に変化させるようにする曝気量制御規則（ｂ）
で構成される。
【００７３】
以上の制御規則をファジイ制御規則として整理した例を表４に示す。表４で示す制御規則で、If〜and〜の、〜の部分がファジイ制御規則の表４で示す前件部変数に、Then〜の、〜の部分が表４で示す後件部変数に相当する。
【００７４】
【表４】
（ａ）If X1 and X2 and X3 Then Y1
（ａ）If X1 and X2 and X3 Then Y2
（ｂ）If X4 and X5 Then Y3
【００７５】
【表５】
［前件部変数］
X1＝非曝気の処理時のＤＯ値の減少速度が所定値以下
X2＝非曝気の処理時のＯＲＰ値の減少速度のＤＯ値の減少速度に対する相対値が所定値以下
X3＝ＭＬＳＳ値が所定値以上
X4＝ｐＨ値が所定値以上
X5＝水温のｐＨ値に対する相対値が所定値以下
【００７６】
【表６】
［後件部変数］
Y1＝細胞膜破砕装置運転指令
Y2＝返送引抜装置切替指令
Y3＝第１の曝気装置１７への曝気量指示
【００７７】
ここで、前述の［００５８］、［００５９］で示したように、前件部変数及び後件部ともに規格化し、min-max重心法によるメンバーシップ関数に基づいて前件部適合度及び後件部適合度を算出し、各制御規則毎に前件部適合度の最小値（min）を後件部のメンバーシップ関数に乗じ、全ての制御規則について最大値（max）を用いて合成したメンバーシップ関数の重心を制御装置１９の出力値とするようにしている。
【００７８】
このように、表５の前件部変数、表６の後件部変数で構成される表４の制御規則に基づいて制御装置１９において演算処理を行ない、最適な細胞膜破砕、生物処理槽の曝気、汚泥の返送を行なう。なお、制御装置１９における処理の流れについては、図２にて示す処理の流れと同様である。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、請求項１記載の発明によれば、余剰汚泥を構成する生物の細胞膜を破砕しつつ生物処理槽に返送することによって、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、汚泥削減効率を最大限に高めるとともに処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８１】
請求項３記載の発明によれば、汚泥削減効率を、さらに最大限に高めるとともに、さらなる処理水質の適正な維持を図ることができる。
【００８２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、細胞膜破砕装置から流出される有機溶液中に溶存するリン成分を除去することができる。
【００８３】
請求項５記載から請求項９記載の発明によれば、細胞膜破砕装置及び返送引抜装置の運転を生物処理槽のＭＬＳＳ値及び直前の非曝気状態時のＤＯ値減少速度及び前記ＤＯ値減少速度に対する直前の非曝気状態時のＯＲＰ値減少速度の相対値或いはＭＬＳＳ値の増加速度に応じて制御することにより、最適な負荷状態での運転が可能となるため処理水質を悪化させることなく汚泥の削減を実施することができる。
また、曝気装置の運転を生物処理槽のＤＯ値のみでなくｐＨ値及び水温のｐＨ値に対する相対値に応じて制御することにより過不足のない曝気を実施することが可能となり、最適な活性汚泥の生育環境を確保し、有機性排水の処理を行うことができる。
【００８４】
請求項１０及び１１記載の発明によれば、汚泥削減効率を最大限に高め、処理水質の適正な維持を図るとともに、実験データからの特性分析、あるいは実際の排水処理場でのフィールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメンバーシップ関数を設定することで、２４時間最適な自動制御を行なうことが可能となり、大幅な保守コストダウンを図ることができる。
また、ファジイ制御規則あるいはメンバーシップ関数は簡易に変更することができ、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、保守性能の向上を飛躍的に向上することができる。
【００８５】
請求項１２記載の発明によれば、破砕された汚泥から溶出するリン或いは放流部に流入する沈澱槽の上澄水に溶存するリンをリン除去装置で吸着することにより効率的なリン回収を行い、処理水へのリンの流出を制限することができる。
【００８６】
請求項１３記載の発明によれば、細胞膜を効率よく破砕することが可能となり、汚泥を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態で用いる制御装置での処理流れ図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…原水槽
２…第１の生物処理槽
３…第１の沈殿槽
４…放流部
５…第１の返送引抜装置
６…汚泥貯留槽
７…細胞膜破砕装置
８…第２の生物処理槽
９…第２の沈殿槽
１０…第２の返送引抜装置
１１…リン除去装置
１２…ＤＯ計
１３…ＯＲＰ計
１４…ｐＨ計
１５…水温計
１６…ＭＬＳＳ計
１７…第１の曝気装置
１８…第２の曝気装置
１９…制御装置
Claims (4)
- 有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置において、
ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、
前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを特徴とした有機性排水処理装置。 - 有機物を含む排水を微生物による有機物分解する生物処理槽と、該生物処理槽内の排水を曝気する曝気装置と、有機物分解された汚泥を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離した上澄水を消毒して系外へ放流する放流部と、該沈殿槽から汚泥を引抜き前記生物処理槽に返送する返送引抜装置と、該沈殿槽からの汚泥を貯留する貯留槽と、該汚泥を構成している生物の細胞膜を破砕して前記生物処理槽に汚泥を返送する細胞膜破砕装置とを有する有機性排水処理装置において、
ＤＯ計とＯＲＰ計とｐＨ計と水温計とＭＬＳＳ計とによってそれぞれ検出される前記生物処理槽内のＤＯ値とＯＲＰ値とｐＨ値と水温とＭＬＳＳ値と、ＤＯ値の減少速度を算出した値とＯＲＰ値の減少速度を算出した値とＭＬＳＳ値の増加速度を算出した値とを前件部変数とし、かつ前記細胞膜破砕装置への運転出力と前記曝気装置への曝気量出力と返送引抜装置への引抜指示出力を後件部変数とする複数のファジイ制御規則に基づいた処理を行なう制御装置を備え、
前記ｐＨ計と前記ＤＯ計と前記水温計と前記ＯＲＰ計と前記ＭＬＳＳ計の各出力信号を前記制御装置に入力し、かつ前記ファジイ制御規則に基づき前記出力信号に基づいた制御信号を前記細胞膜破砕装置と前記曝気装置と前記返送引抜装置に出力することを特徴とした有機性排水処理装置。 - 細胞膜破砕装置の汚泥流出側にリン除去装置を設けて、細胞膜破砕装置から流出される有機溶液中に溶存するリン成分を除去するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の有機性排水処理装置。
- 細胞膜破砕装置において、前記細胞膜破砕装置はガラスビーズのビーズミルを使用し、前記ガラスビーズは酸化リチウムと酸化ナトリウムと酸化カリウムとを合計で８％から２０％含み、かつ、直径０．１ｍｍから１ｍｍのガラスビーズが全体の７０％以上含有する構成とし、このガラスビーズによって細胞膜破砕を行うことを特徴とした請求項１又は２又は３記載の有機性排水処理装置。
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