JP5010848B2 - 下水処理場およびその制御装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
まず、図1を参照し、本発明の第1実施形態による下水処理場1の構成および動作について説明する。
図1は、本発明による第1実施形態の下水処理場1を示す全体概念図である。
下水処理場1は、対象区域10から排出された下水に所定の処理(下水処理)を施して汚濁物質を取り除き、流出水となる清澄な処理水を得るための処理場であって、汚水貯留施設20と、沈殿処理施設30と、汚泥処理施設40と、運転制御装置50とを具備し、固形物流入量予測・演算装置60により管理される。
最初沈殿池31は、汚水貯留施設20から流入した下水を、汚濁物質である浮遊物質のうち比較的沈殿しやすいものを沈殿させ、上澄み水を曝気槽32へ流出させる。最初沈殿池31で沈殿した浮遊物質は、初沈汚泥として、池底から引抜かれる。最初沈殿池31は、スカム分離装置を具備していることが好ましい。
混合汚泥の排出量は、汚泥処理施設40での汚泥処理量の基準のひとつを示すが、引抜かれた混合汚泥の成分は、ほとんどが水で占められ、また、含水率は処理ごとに一定ではない。そこで、この混合汚泥から水分を取り除いたものの量、すなわち混合汚泥中の固形物量を、汚泥処理施設40における汚泥処理量の基準とする。また、沈殿処理施設30において分解された分を補正することにより、下水処理場1へ流入した固形物量、すなわち、汚濁物質の量を求めることができる。
図2は、対象区域10の天候と、単位時間あたりに処理される汚泥中の固形物量との関係の一例を示す説明図である。図2において、時間順に、図2(a)から図2(f)までを示す。
次に、図2(a)から図2(d)までに順に示すように、晴天が続くあいだ、対象区域10の固形物は蓄積されていくが、単位時間あたりに処理される汚泥中の固形物量は小さいままである。
そして、図2(f)に示すように、雨天が続くと、降雨により、対象区域10に蓄積されていた固形物量はさらに減少し、これに対応して、単位時間あたりに処理される汚泥中の固形物量は減少していく。
対象区域10の固形物蓄積量をもとに、少降雨を定義する。少降雨は、無降雨ではないが、晴天時間NRTは、少降雨の終了後からは起算しない。
対象区域10から下水処理場1へ、降雨によって流入する可能性のある汚濁物質の量は、対象区域10の範囲に従って決定される。対象区域10は、雨水管や汚水管など管路11や排水設備12が布設された範囲によって画定される。
=(1年間に蓄積される汚濁物質の量)/(1年間に相当する処理対象時間)
まず、無降雨時間が長期間ゼロであっても、すなわち、長期間降雨が続いている場合であっても、無降雨のときと同様に汚濁物質が発生し、この汚濁物質が降雨によって下水に含まれて流入する。これにより、対象区域10に蓄積されている固形物蓄積量が実質的にゼロであるときの降雨による固形物流入量を求める。
ここで、SR(x):無降雨時間を考慮した固形物蓄積量に基づく固形物流入量とする。
=(SR(x)+NNSR(x)−NSR(x))×現在の降雨量
第2実施形態の下水処理場は、第1実施形態の下水処理場1において、処理学習部をさらに具備した構成である。
第3実施形態の下水処理場は、第1実施形態の下水処理場1または第2実施形態の下水処理場において、汚水貯留施設20内の流入渠21の水位と下水流入量とが同一の挙動を示すように構成し、流入渠21の水位が処理学習部(図示せず)または固形物流入量予測部67へ入力されるようにした。
処理学習部および固形物流入量予測部67は、流入渠21の水位を基に、下水流入量を求めて、この下水流入量を基に、演算を行う。
第4実施形態の下水処理場は、第1実施形態の下水処理場1または第2実施形態の下水処理場において、メンバーシップ関数・推論ルール変更部(図示せず)をさらに具備した構成である。
10 対象区域
11 管路
12 排水設備
13 下水管渠
20 汚水貯留施設
21 流入渠
22 スクリーン
23 沈砂池
24 汚水調整池
25 ポンプ井
26 汚水ポンプ
27 流量計
30 沈殿処理施設
31 最初沈殿池
32 曝気槽
33 最終沈殿池
34 引抜弁
40 汚泥処理施設
41 濃縮槽
42 消化槽
43 脱水機
44 焼却炉
50 運転制御装置
51 汚水ポンプ制御部
52 濃縮槽制御部
53 脱水機制御部
54 目標制御値演算部
55 引抜弁制御部
60 固形物流入量予測・演算装置
61 降雨情報取得部
64 プラント情報保存部
65 固形物流入量演算部
67 固形物流入量予測部
Claims (12)
- 対象区域から排除された汚水および雨水からなる下水が流入する流入渠と、前記流入渠を経て流入した前記下水を一時貯留する汚水調整池および前記汚水調整池に貯留された前記下水をポンプ井を経て汲み出す汚水ポンプを含む汚水貯留施設と、前記汚水貯留施設からの前記下水から汚泥分を分離し引抜弁を経て引抜く沈殿処理施設と、前記沈殿処理施設から引抜かれた前記汚泥を処理する汚泥処理施設とを具備し、固形物流入量予測・演算装置により管理される下水処理場であって、
前記固形物流入量予測・演算装置は、
当該下水処理場へ流入した下水流入量と前記汚泥処理施設によって処理された汚泥処理量とを関連づけた第1の時系列値と、降雨量と過去のある時点から現在までに前記下水処理場へ流入した前記汚泥に含まれる固形物の量を示す固形物流入量とを関連付けた第2の時系列値とを保存した記憶部と、
前記対象区域内の降雨状況を示す降雨情報を取得する降雨情報取得部と、
前記記憶部に保存された前記第1の時系列値の前記汚泥処理量に基づいて単位時間あたりに対象区域内に蓄積される固形物の量を示す第1の固形物流入量を算出し、前記第2の時系列値に基づいて単位時間あたりに前記対象区域内で降雨に影響されない固形物の量を示す第2の固形物流入量を算出し、前記第2の時系列値を参照して連続した晴天時間の後に連続した降雨時間があった場合の固形物の蓄積量の変化と、少降雨時間を挟んだ晴天時間の後に連続した降雨時間があった場合の固形物の蓄積量の変化とを比較することにより、少降雨時間によって変化する固形物の量を示す第3の固形物流入量を算出する固形物流入量演算部と、
前記第1の固形物流入量に前記第3の固形物流入量を加算し、その加算値から前記第2の固形物流入量を減算した減算値に降雨量を乗算し、その乗算値に前記第2の固形物流入量を加算して、現在より後の所定期間内に前記下水処理場へ流入する前記下水に含まれる固形物量を示す予測固形物流入量を演算する固形物流入量予測部と、
を具備したことを特徴とする下水処理場。 - 当該下水処理場は、運転制御装置によりさらに管理され、
前記汚泥処理施設は、前記汚泥から水分を減らして前記固形物を濃縮した濃縮汚泥とする濃縮槽と、前記濃縮汚泥を脱水して脱水ケーキとする脱水機と、を含み、
前記運転制御装置は、
前記固形物流入量予測部によって演算された前記予測固形物流入量と所定の目標処理固形物量との偏差を示す固形物流入量偏差を演算し、当該固形物流入量偏差を基に前記汚泥処理施設による前記汚泥処理量が所定の範囲内に安定するように前記汚水ポンプ、前記脱水機、前記濃縮槽および前記引抜弁の少なくとも1つの制御値を演算する目標制御値演算部と、
前記目標制御値演算部で演算された制御値となるように、前記汚水ポンプ、前記脱水機、前記濃縮槽および前記引抜弁の少なくとも1つを制御する運転制御部と、
を具備したことを特徴とする請求項1に記載の下水処理場。 - 前記固形物流入量予測・演算装置は、
前記記憶部に保存された前記第1の時系列値と前記固形物流入量演算部で演算された前記第1の固形物流入量とを用い、バックプロパゲーション法によりニューラルネットワークの重み係数を決定する学習部をさらに具備し、
前記固形物流入量予測部は、前記記憶部に保存された前記第1の時系列値と前記固形物流入量演算部で演算された前記第1の固形物流入量と前記学習部で決定された前記重み係数とを基に、現在より後の所定期間内に当該下水処理場へ流入する固形物流入量を予測する、
ことを特徴とする請求項1に記載の下水処理場。 - 前記固形物流入量演算部は、前記流入渠の水位が前記下水流入量と同一の挙動を示すことを前提条件とし、前記流入渠の水位から求めた前記下水流入量を用いて演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の下水処理場。
- 前記学習部は、前記流入渠の水位が前記下水流入量と同一の挙動を示すことを前提条件とし、前記流入渠の水位から求めた前記下水流入量をさらに用いて前記重み係数の決定を行うことを特徴とする請求項3に記載の下水処理場。
- 前記記憶部は、前記ポンプ井の水位および前記汚水ポンプの吐出量をさらに保存し、
前記固形物流入量予測・演算装置は、
前記記憶部に保存された前記ポンプ井の水位および前記汚水ポンプの吐出量、前記ポンプ井の所定の目標水位、ならびに、前記固形物流入量予測部によって演算された予測固形物流入量を用い、ファジィ推論において、前記固形物流入量偏差が小さくなるようにメンバーシップ関数および推論方法を選択する推測部をさらに具備し、
前記目標制御値演算部は、前記推測部によって選択された前記メンバーシップ関数および前記推論方法によりファジィ推論を用いて前記制御値を演算することを特徴とする請求項2に記載の下水処理場。 - 対象区域から排除された汚水および雨水からなる下水が流入する流入渠と、前記流入渠を経て流入した前記下水を一時貯留する汚水調整池および前記汚水調整池に貯留された前記下水をポンプ井を経て汲み出す汚水ポンプを含む汚水貯留施設と、前記汚水貯留施設からの前記下水から汚泥分を分離し引抜弁を経て引抜く沈殿処理施設と、前記沈殿処理施設から引抜かれた前記汚泥を処理する汚泥処理施設と、を具備した下水処理場に用いられる下水処理場の制御装置であって、
当該下水処理場の制御装置は、固形物流入量予測・演算装置を具備し、
前記固形物流入量予測・演算装置は、
当該下水処理場へ流入した下水流入量と前記汚泥処理施設によって処理された汚泥処理量とを関連づけた第1の時系列値と、降雨量と過去のある時点から現在までに前記下水処理場へ流入した前記汚泥に含まれる固形物の量を示す固形物流入量とを関連付けた第2の時系列値を保存した記憶部と、
前記対象区域内の降雨状況を示す降雨情報を取得する降雨情報取得部と、
前記記憶部に保存された前記第1の時系列値の前記汚泥処理量に基づいて単位時間あたりに対象区域内に蓄積される固形物の量を示す第1の固形物流入量を算出し、前記第2の時系列値に基づいて単位時間あたりに前記対象区域内で降雨に影響されない固形物の量を示す第2の固形物流入量を算出し、前記第2の時系列値を参照して連続した晴天時間の後に連続した降雨時間があった場合の固形物の蓄積量の変化と、少降雨時間を挟んだ晴天時間の後に連続した降雨時間があった場合の固形物の蓄積量の変化とを比較することにより、少降雨時間によって変化する固形物の量を示す第3の固形物流入量を算出する固形物流入量演算部と、
前記第1の固形物流入量に前記第3の固形物流入量を加算し、その加算値から前記第2の固形物流入量を減算した減算値に降雨量を乗算し、その乗算値に前記第2の固形物流入量を加算して、現在より後の所定期間内に前記下水処理場へ流入する前記下水に含まれる固形物量を示す予測固形物流入量を演算する固形物流入量予測部と、
を具備したことを特徴とする下水処理場の制御装置。 - 当該下水処理場の制御装置は、運転制御装置をさらに具備し、
前記汚泥処理施設は、前記汚泥から水分を減らして前記固形物を濃縮した濃縮汚泥とする濃縮槽と、前記濃縮汚泥を脱水して脱水ケーキとする脱水機と、を含み、
前記運転制御装置は、
前記固形物流入量予測部によって演算された前記予測固形物流入量と所定の目標処理固形物量との偏差を示す固形物流入量偏差を演算し、当該固形物流入量偏差を基に前記汚泥処理施設による前記汚泥処理量が所定の範囲内に安定するように前記汚水ポンプ、前記脱水機、前記濃縮槽および前記引抜弁の少なくとも1つの制御値を演算する目標制御値演算部、を備え、
前記目標制御値演算部で演算された制御値となるように、前記汚水ポンプ、前記脱水機、前記濃縮槽および前記引抜弁の少なくとも1つを制御する
ことを特徴とする請求項7に記載の下水処理場の制御装置。 - 前記固形物流入量予測・演算装置は、
前記記憶部に保存された前記第1の時系列値と前記固形物流入量演算部で演算された前記第1の固形物流入量とを用い、バックプロパゲーション法によりニューラルネットワークの重み係数を決定する学習部をさらに具備し、
前記固形物流入量予測部は、前記記憶部に保存された前記第1の時系列値と前記固形物流入量演算部で演算された前記第1の固形物流入量と前記学習部で決定された前記重み係数とを基に、現在より後の所定期間内に当該下水処理場へ流入する固形物流入量を予測する、
ことを特徴とする請求項7に記載の下水処理場の制御装置。 - 前記固形物流入量演算部は、前記流入渠の水位が前記下水流入量と同一の挙動を示すことを前提条件とし、前記流入渠の水位から求めた前記下水流入量を用いて演算を行うことを特徴とする請求項7に記載の下水処理場の制御装置。
- 前記学習部は、前記流入渠の水位が前記下水流入量と同一の挙動を示すことを前提条件とし、前記流入渠の水位から求めた前記下水流入量をさらに用いて前記重み係数の決定を行うことを特徴とする請求項9に記載の下水処理場の制御装置。
- 前記記憶部は、前記ポンプ井の水位および前記汚水ポンプの吐出量をさらに保存し、
前記固形物流入量予測・演算装置は、
前記記憶部に保存された前記ポンプ井の水位および前記汚水ポンプの吐出量、前記ポンプ井の所定の目標水位、ならびに、前記固形物流入量予測部によって演算された予測固形物流入量を用い、ファジィ推論において、前記固形物流入量偏差が小さくなるようにメンバーシップ関数および推論方法を選択する推測部をさらに具備し、
前記目標制御値演算部は、前記推測部によって選択された前記メンバーシップ関数および前記推論方法によりファジィ推論を用いて前記制御値を演算することを特徴とする請求項8に記載の下水処理場の制御装置。
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