JP5205750B2

JP5205750B2 - 曝気槽の制御方法

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Publication number: JP5205750B2
Application number: JP2006333004A
Authority: JP
Inventors: 俊彦藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP2008142626A

Description

本発明は、排水処理施設において、下水道や工場などから排出される有機物を含んだ被処理水である排水を微生物によって酸化分解処理する主要処理工程である曝気槽の制御方法に関するものである。

従来、下水処理場や事業所等の排水処理施設での有機性排水処理は、活性汚泥法による微生物の酸化分解処理によりなされている。

この工程において、活性汚泥中の微生物（細菌、原生動物など）は排水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として体内に取り込んで浄化し、取り込まれた有機物は酸素を消費しながら主に二酸化炭素と水に分解される。

微生物は様々な要因により有機物の分解特性が変化するため、連続かつ安定に処理を行うには適正な運転管理を行う必要がある。

一方、排水処理施設における消費電力の最大の発生要因は曝気槽へ送風するためのブロアの電力であり、省エネルギーの観点からも曝気風量が必要最低限になるよう制御することも望まれている。

特に事業所等の排水処理施設では下水処理施設に比べ操業状況により流入負荷の変動差が大きく、負荷の変動に対応する為に人員を常時配置して適宜制御する必要があり、人員を配置しない場合は安全をみて曝気風量を多めに設定してエネルギー消費が増える状況となっており、省メンテ、コスト削減からも排水処理の制御に対する要望は大きい。

排水処理における制御対象の項目としては、曝気槽に供給する空気の量（以下曝気風量）で行うのが一般的であり、その他、汚泥濃度や流入する負荷量の調整など様々である。

一方、計測対象の項目としては溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ、酸化還元電位、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が代表的であり、これ以外に、水温、流入水量、汚泥沈降率なども測定され、最低限これらのデータは一定時間毎に記録され、管理されている。

また、これらの計測対象項目を監視対象として測定するだけでなく、これらの値から曝気槽を最適に制御する試みも行われており、排水処理の形式、制御の目的、処理場の規模、排水の性状等により様々な制御方法が考案されている。

最も基本的な曝気槽の制御方法としては、溶存酸素濃度が一定に保持するように曝気風量を制御する方法である。

曝気槽内の溶存酸素濃度は、曝気槽への酸素供給量と曝気槽内の微生物の酸素消費速度から求められ、酸素供給量が一定であれば、酸素消費速度により増減する。

すなわち、最も基本的な曝気風量の制御方法は、この溶存酸素濃度を常に一定量になるように（通常１〜２ｍｇ／Ｌに）制御するもので、例えば流入負荷が低く溶存酸素濃度が高いときは曝気風量を絞り、逆に流入負荷が増大し、溶存酸素濃度が低いときは曝気風量を増やして、常に必要最低限の曝気風量となるように制御する方法である。

しかし、このような最も基本的な溶存酸素濃度による曝気槽の制御は、曝気槽への酸素供給量が常に一定であるという仮定に基づいており、この仮定が成り立たないと正しく曝気槽の状態を制御できなくなる。

曝気槽の酸素供給能力は総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）で表されるが、この値は汚泥の性状や散気管の目詰まり等の影響により変化するうえ、測定自体もかなりの手間と労力を要するため、曝気槽が稼動中に総括酸素移動容量係数を正確に測定することは困難である。

このような理由により、曝気槽の溶存酸素濃度の値で曝気風量の制御を行うことは信頼性が低いとみなされ、曝気槽の運転状況を表す目安として使用されるにとどまり、結局は管理者が溶存酸素濃度その他の計測項目を頼りに経験と勘で運転しているケースが多いのが実情である。

このような、曝気槽の溶存酸素濃度を用いた制御に対し、曝気槽に流入する負荷を測定し、負荷の大小に応じて制御を行う方法が提案されている。

曝気槽に流入する負荷の大小を測定する方法としては、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器を用いて流入原水の負荷を直接測定する方法も存在するが、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器は高価かつ複雑で、現場設置で使用するには耐久性が低いうえ、負荷とＢＯＤ、ＣＯＤの相関が必ずしも一致しないなどの問題もあって現在のところ実用化は困難な状況である。

一方、これらの負荷を直接に測定装置とは別に曝気槽の活性汚泥の酸素消費速度（Ｒｒ）を用いて負荷の大小を間接的に測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

この方法は、曝気槽内の活性汚泥の酸素消費速度を計測することにより流入負荷の大小を判断し曝気槽を制御するもので、活性汚泥の酸素消費速度と流入負荷量に相関があることを前提としており、酸素消費速度の計測値から流入負荷量を推定し、負荷量に応じた曝気風量等の制御を行う方法である。この方法において酸素消費速度は、従来から使用されており信頼性、安定性が高くかつ安価である溶存酸素濃度計で測定が行える点がＣＯＤ計測器等と比較して有利である。

この測定方法を基本とし、酸素消費速度の測定精度を向上させるため、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を添加して硝化菌による影響を排除するものや、グルコース等による基準負荷を定期的に測定して汚泥の活性度の変化の影響を排除するものがあり、酸素消費速度の測定方法も、曝気槽内で直接測定する場合や溶存酸素濃度の測定値と総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）から計算するものや、処理系外の別槽に汚泥を採取して計測するもの等様々なものが様々な見地から考案されている。

しかしながら、このような曝気槽の酸素消費速度の値から流入負荷を推定して制御を行う方法の場合、流入負荷と酸素消費速度の相関が常に一定であることを前提としており、現実的には酸素消費速度と流入負荷の相関が必ずしも一定ではなく、負荷の種類、汚泥の馴致状況や活性度などにより相関が変化してしまい、相関係数を一義的に定義できるものではない。

また、流入負荷の大小を曝気槽の酸素消費速度で計測しているので測定対象と制御対象が同一になり、測定値を負荷に変換し制御量を決定するフローとなるため急激な負荷の変化には常に応答の遅れを生じさせることになり、適切に制御を行えない課題を抱えており、現在においても主流にはなっていない。

ところで、これらの酸素消費速度を測定する制御方法における別の考え方として、流入負荷を測定して制御量を決定するのではなく、曝気槽の状態を直接測定し、最適な状態に制御する考え方がある。

負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の活性汚泥法の場合、曝気槽へ流入した負荷により、最上流部では高い酸素消費速度が測定されるが、その値は流れ方向に対して急激に減少した後、徐々に減少し最終的には負荷の消費を伴わない内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。

理想的には、負荷の吸収、消費に伴う呼吸が内生呼吸になる位置（内生呼吸遷移点）が曝気槽の最下流部となるようにするのがよく、この位置より手前に内生呼吸遷移点がある場合は処理が過剰と判断でき、逆に内生呼吸遷移点が曝気槽内部に無い場合は処理が不足していると判断できる。

この考え方を採用し、曝気槽内の内生呼吸遷移点を、常に適正な位置になるよう制御する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

この方法は、曝気槽内の流れ方向に対し複数の酸素消費速度を測定し、その傾きが変化する変曲点を特定して、この点を内生呼吸遷移点と判断し、この内生呼吸遷移点が適正な位置にくるように曝気風量を調整し曝気槽を制御する方法である。

この方法によれば、酸素消費速度から負荷を推定して制御する方法と比較して、負荷の大小、負荷の種類や汚泥の活性度によらず、また負荷の変動に対しても応答の遅れを生じさせること無く、適切な曝気槽の制御方法が得られる。
特開平０３−１８１３９６号公報特開昭５６−１３０２９６号公報

しかしながら、上記従来の特許文献２に記載のものは、内生呼吸遷移点を特定するのに、曝気槽内の流れ方向に対する酸素消費速度の分布の傾きから判断する方法であり、適正な状態の酸素消費速度の分布を事前の調査測定により決定して測定値と比較するが、実際には汚泥の活性度等の変化により適正な酸素消費速度の分布が変化するため、この方法では内生呼吸遷移点が適正な位置かどうかの判断を誤るという課題があった。

そこで本発明は、負荷の変動幅が大きく、急激に変化する事業所等の排水処理施設の曝気槽などにも適用でき、汚泥の活性度の変化にも適応可能な曝気槽の制御方法を実現することを目的とする。

曝気槽で排水と汚泥が混合された混合液を曝気し、前記曝気槽内における流れ方向に沿って複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度の分布を測定して内生呼吸遷移点を特定し、内生呼吸遷移点が適正な位置にくるように曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断は測定した酸素消費速度の分布と内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して行い、流入負荷が０における酸素消費速度の値を前記内生呼吸の酸素消費速度とし、測定した酸素消費速度の値が前記内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、その測定した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として更新するものである。

本発明によれば、負荷の変動や汚泥の活性度の変動によらず、曝気槽を常に最適な状態に維持することができ、省エネ、省メンテを両立した曝気槽の制御方法を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態による曝気槽の制御方法は、曝気槽で排水と汚泥が混合された混合液を曝気し、前記曝気槽内における流れ方向に沿って複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度の分布を測定して内生呼吸遷移点を特定し、内生呼吸遷移点が適正な位置にくるように曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断は測定した酸素消費速度の分布と内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して行い、流入負荷が０における酸素消費速度の値を前記内生呼吸の酸素消費速度とし、測定した酸素消費速度の値が前記内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、その測定した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として更新するものである。

本実施の形態によれば、汚泥の活性度が変化しても、それに合わせて内生呼吸の酸素消費速度も再定義されるため、内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかの判断を正しく行うことができる。活性度が下がり測定した酸素消費速度が内生呼吸の酸素消費速度よりも低い値が測定されたときも、この値を内生呼吸の酸素消費速度として更新することにより流入負荷が０にならない場合においても、活性度の変化に追従し内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。

本発明の第２の実施の形態は、内生呼吸遷移点の特定を、酸素消費速度と同時にＭＬＳＳを測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行うとしたものである。

本実施の形態によれば、汚泥の濃度変化による酸素消費速度の影響を除去でき、より正確に曝気槽の内生呼吸遷移点を得ることができる。

以下、本発明による実施例の曝気槽の制御方法について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態における曝気槽の制御方法の１例を示すシステム図で、制御対象を含んだ排水処理系１０と計測制御装置２０を示している。

排水処理系１０は排水を貯留する調整槽１と、有機物を活性汚泥と混合した混合液を曝気することにより微生物によって酸化・分解する曝気槽２と、曝気槽２で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿槽３で構成されている。

ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。

処理対象の排水が流入する調整槽１は曝気槽２に接続されている。

曝気槽２の底部には有酸素気泡が発生する散気管４が流れ方向に沿って複数配置されており、各散気管４はそれぞれ散気管制御弁５を介して曝気槽２の外部に接続された曝気ブロア６と空気配管によって接続されている。

また、曝気槽２の最下流部は沈殿槽３と接続されている。

尚、沈殿槽３で沈降した汚泥の一部は曝気槽２の流入口へ戻され再利用され、残りは余剰汚泥として系外へ排出されるが、ここでは省略している。

次に計測制御装置２０について説明する。計測制御装置２０は曝気槽２に近接して設置されており、内部に計測槽１１と制御部１２を有している。

計測槽１１内には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４が配置されており、それぞれの測定信号線（図中、破線）が制御部１２に接続されている。

計測槽１１の底部には計測槽散気管１５が配置されており、計測槽散気管１５は計測槽１１の外部に設置された計測槽曝気ブロア１６と空気配管によって接続されている。

また、計測槽１１には混合液を攪拌する攪拌機１７が配置されている。また、計測槽曝気ブロア１６は制御部１２と電気的に接続されている。

また、曝気槽２には混合液採取ポンプ７が流れ方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所に配置されおり、各混合液採取ポンプ７は混合液採取弁８を介して計測槽１１の流入口１８と接続されている。

また、計測槽１１の底部には流出口１９があり、流出口１９は液体配管によって曝気槽２の最上流部近傍と接続されている。

制御部１２は計測槽曝気ブロア１６、曝気ブロア６、散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８および攪拌機１７と電気的に接続されており、制御部１２から各機器を動作できるようになっている。

また、特に図示していないが流出口１９の下方には排出用の弁があり制御装置から開閉できるようになっている。

尚、図１において、便宜上散気管制御弁５、混合液採取ポンプ７、混合液採取弁８の信号線は１本で表示してあるが、全て各機器を個別に制御できるようになっている。

次に、本実施の形態の処理動作について説明する。

被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽１に流入して貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化されほぼ一定の流量となって曝気槽２へと送られる。

曝気槽２では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア６から空気が散気管４を介して送り込まれ、散気管４から発生した有酸素気泡は曝気槽２内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。

曝気槽２内部では、微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。

微生物による有機物の酸化分解は曝気槽２の最上流部から最下流部に流れるに従い進行し、最下流部で処理が完了し、混合液は沈殿槽３へと送り込まれる。

沈殿槽３に送り込まれた混合液は静置され重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。

下層の汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽２の最上流部へ戻され再び生物処理に利用される（図示なし）。

以上が排水処理の基本的な流れであるが、ここで、曝気槽内部での処理状況について図２を用いてさらに詳しく説明する。

曝気槽２内部に流入した有機物は曝気槽２の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。

この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は最上流部で最も高い値を示したあと急激に低下する（図中のＡ部）。

混合液は曝気槽２を下流に向かって進みつつ微生物は体内に取り込んだ有機物を少しずつ酸素を消費しながら酸化分解していき、酸素消費速度は下流に行くに従い徐々に低下していく。

微生物が体内に取り込んだ有機物が全て消費されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない呼吸、いわゆる内生呼吸状態となり、内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。

ここで、図２のａにあるように有機物を分解する呼吸が内生呼吸に遷移する位置（内生呼吸遷移点）が曝気槽２の最下流部と一致する場合が最も効率が良い処理といえる。

もし、図２のｂのように内生呼吸遷移点が曝気槽２の最下流部より前にあった場合は、内生呼吸遷移点より後ろの位置の汚泥は酸化分解の処理をしていないことになり、この部分の処理は無駄となり、これは負荷に対して処理が過剰であることを意味している。

一方、図２のＣのように内生呼吸遷移点が曝気槽２の最下流部より後ろ、すなわち曝気槽２内で内生呼吸遷移点に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残留している事になり、処理が不足していることを示している。

処理過剰が進行すると菌体外物質の生産不足による汚泥の沈降性の悪化などが生じる恐れがあり、逆に処理不足が進行しても、菌体内に有機物が残存して蓄積し、微生物の有機物の吸収能力が低下し、いずれにせよ処理水の性状が悪化する。

つまり、曝気槽２の運転状況を適正に制御するためには、内生呼吸遷移点が曝気槽２最下流部に常に位置するように制御することが最善である。

さて、本実施の形態の曝気槽２の制御方法では、曝気槽２に対し流れ方向に複数箇所混合液採取ポンプ７を配置し、各位置の酸素消費速度を計測制御装置２０の計測槽１１で測定するようになっている。

まず、混合液採取ポンプ７を動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁８を開いて、その近傍だけの混合液を流入口１８から計測槽１１へ流入させる。

混合液は計測槽１１に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１６を作動させ計測槽散気管１５より有酸素気泡が計測槽１１内に送り込まれると同時に攪拌機１７を作動させ、計測槽１１内の混合液を攪拌させ、溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４による測定も開始する。

この時、制御部１２には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４の測定値が一定時間ごとに逐次記録され、計測槽１１内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇し、安定したところで攪拌を続けたまま計測槽曝気ブロア１６の運転を停止することにより、計測槽１１内の混合液の酸素消費速度を溶存酸素濃度の減少曲線から算出する。

尚、酸素消費速度は温度による影響が大きいので、制御部１２にて温度の変化分を補償することにより、温度の影響を排除することが出来る。

溶存酸素濃度がほぼ０になったら酸素消費速度及び温度の計測を停止し、計測槽１１内部の混合液を流出口１９より曝気槽２に返送する。

ここで、曝気槽２に返送する位置は処理水への影響を考慮し曝気槽２の最上流部であることが望ましい。

上記のようにして酸素消費速度を測定するが、この測定を曝気槽２の最上流部から最下流部まで順次に測定していくことにより、曝気槽２内の酸素利用速度の分布が得られる。

次に本実施の形態における内生呼吸遷移点の特定方法について図３を用いて説明する。

図３においてＲ₁からＲ₄は計測槽１１で測定された曝気槽２における流れ方向の酸素消費速度を表し、Ｒ₁が最上流部を、Ｒ₄が最下流部を表す。Ｎは現在の内生呼吸の酸素消費速度を表す。

まず、曝気槽２の上流部のＲ₁とＲ₂の値を比較し、Ｒ₁＞Ｒ₂であれば、曝気槽に流入する負荷があると判断する。

Ｒ₁＝Ｒ₂すなわち分布の傾きが水平であれば流入する負荷が無い状態と判断でき、無負荷状態に対応した最低曝気風量で運転するよう制御する。

また、通常Ｒ₁＝Ｒ₂のときはＲ₁＝Ｒ₂＝Ｒ₃＝Ｒ₄となり全体の分布の傾きが０となり曝気槽２全体が無負荷状態と判断でき、この時のＲ₄の酸素消費速度を内生呼吸の値としてＮに代入するが、処理条件としてＲ₁＝Ｒ₂＝Ｒ₃＝Ｒ₄とすれば、より確実に無負荷状態の判断ができる。

次に負荷があると判断された場合は、現在の内生呼吸の酸素消費速度ＮとＲ₄を比較して、Ｒ₄＞Ｎの場合は最下流部の酸素消費速度が内生呼吸の酸素消費速度より大きいことになり、処理が不足していると判断でき、曝気風量を増加するように制御する。

Ｒ₄＝Ｎの場合は、さらにその一つ上流のＲ₃の値とＮを比較し、Ｒ₃＝Ｎの場合は内生呼吸遷移点がＲ₃の位置より前にあることを意味し、処理が過剰と判断し、曝気風量を絞るように制御する。

Ｒ₃＞Ｎの場合は、内生呼吸遷移点がＲ₄の位置であると判断でき、処理が適正であると判断でき、曝気風量は現在の条件を維持する。

ここでＲ₄＜Ｎより小さいというケースも考えられる。

これは汚泥の活性度が低下したことによる影響と判断でき、Ｒ₄の値を強制的に内生呼吸の酸素消費速度としてＮを更新し、更新したＮとＲ₄、Ｒ₃と比較して内生呼吸遷移点の位置を特定する。

ここで、従来の曝気槽の制御方法では酸素消費速度の分布の傾きが変わる変曲点で内生呼吸遷移点の位置が適正かどうか判断するが、あらかじめ事前に調査測定した最適な酸素消費速度の分布との比較を用いる方法によっている為、汚泥の活性が変化した場合は最適な酸素消費速度の分布が変化するので、例えば図２におけるａが変化することになるので、内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断を誤る。

しかし上記のように、本実施の形態では内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断を内生呼吸の酸素消費速度の値と比較しており、内生呼吸の酸素消費速度を常に曝気槽２の混合液を用いて更新することができるため、活性度が変化した場合でも内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断を正しく行うことができる。

尚、本実施の形態では測定位置を４箇所で説明したが、測定箇所数は処理場の設置状況や処理の要求精度、コスト等により決定すればよく、設置箇所が多い方が緻密な制御が行えるがその分コストが上昇する。

次に、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度分布について説明する。

図４は、ある事業所の排水処理施設における酸素消費速度の流れ方向の分布を表している。

ここでは、事業所が稼動している日と非稼動日において計測を行い、非稼働日は流入負荷が０であった。

図４にあるように稼働日における酸素消費速度は曝気槽２の最上流部が非常に高い値を示し、下流に行くに従い急激に低下し、最下流部の手前でほぼ安定した状態となった。ここではＲ₁＞Ｒ₂であるので稼働日に負荷があることが図から判断できる。

また、流入負荷が０の非稼働日における酸素消費速度は、曝気槽の位置によらず一定であり、Ｒ₁≒Ｒ₂≒Ｒ₃≒Ｒ₄であるので無負荷状態であることが判断でき、この値は内生呼吸の酸素消費速度Ｎとなる。

このＮを稼働日の酸素消費速度の分布と比較することにより、内生呼吸遷移点は図４の５の位置であることがわかり、稼働日においては曝気過剰であり曝気量を低減することにより省エネルギーが実現できることがわかった。このように、本発明の曝気槽の制御方法は実際の処理施設に適用可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、常に最下流部に内生呼吸遷移点が来るように曝気槽を制御することができるようになり、事業所等での繁忙期や休日、夜間など、負荷量が急激に変動するような場合でも従来のように安全を見て曝気過多で運転する必要が無くなり省エネルギーが図れると同時に、急な負荷の変動に対応するための管理者を常時配置させる必要が無くなり、管理コストの低減にも寄与できる。

尚、本実施の形態では酸素消費速度で内生呼吸遷移点を特定する方法で説明したが、通常、曝気槽は汚泥濃度を一定に保つように運転されているのでこの方法で問題は無い。

しかし、より正確な検知を行うには計測槽に汚泥濃度計を設置し、酸素消費速度を汚泥濃度で除した単位汚泥重量あたりの酸素消費速度いわゆる酸素利用速度係数（Ｋｒ）を用いる方がより正確に内生呼吸遷移点を特定できる。

尚、本実施の形態において、制御対象を曝気風量として説明したが、曝気槽２の制御対象は曝気風量に限定されるものではなく、曝気槽２内の返送汚泥量や、負荷の流入量などを制御対象としてもよい。

また、酸素消費速度の測定を別槽の計測槽１１を用いて測定する方法で説明したが、酸素消費速度の測定方法は曝気槽２内で直接測定する方法を用いてもよい。

また、本実施の形態では、無負荷状態の判別を曝気槽２の酸素消費速度の分布の傾きが水平であることで判断すると説明したが、例えば曝気槽２に負荷が流入しない日や時間があらかじめわかっており特定できる場合などにおいては、酸素消費速度の分布の傾きを調べる必要が無く、無負荷状態になる時間の酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度とすればよい。

以上のように、本実施の形態によれば、負荷の変動幅が大きく、急激に変化する事業所等の排水処理施設の曝気槽などにも適用でき、汚泥の活性度の変化にも対応可能な曝気槽の制御方法が得られる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の汚泥処理システムにおける他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態は、実施の形態１のうち無負荷状態における内生呼吸の酸素消費速度を測定する方法として、曝気槽２の流入負荷が無い日に測定するのではなく、無負荷状態を強制的に作り出す方法としたものである。

実施の形態１においては、非稼働日や夜間などの無負荷状態が適当な頻度で現れる場合を想定しているが、事業所によっては無負荷状態が非常に長期間得られない場合や、全く得られない場合も考えられる。

このような場合は内生呼吸の酸素消費速度が更新できなくなり汚泥の活性度の変化による影響に追随できなくなり内生呼吸遷移点を正確に特定できなくなる。

そのような場合に対処する為、本実施の形態では強制的に無負荷状態を作り出し、内生呼吸の酸素消費速度を測定する。

図５において、計測槽１１には汚泥界面計２１が設置されており、汚泥界面計２１の信号線は制御部１２に接続されている。

また、有機性の負荷が無い清水を供給する清水供給管２２が清水供給弁２３を介して計測槽１１の上部に接続されている。

さらに計測槽の下方には汚泥受槽２４と循環ポンプ２５が設置され、計測槽１１から汚泥受槽２４、循環ポンプ２５を介して計測槽１１へと液体配管で接続されている。

次に本実施の形態の処理動作について説明する。

内生呼吸の酸素消費速度を測定するとき、最も残留負荷が低いと考えられる最下流部の位置の混合液採取ポンプ７を動作させ、そのポンプの混合液採取弁８を開いて混合液を流入口１８から計測槽１１へ流入させる。

混合液は計測槽１１に一定量貯留されたのち、一定時間静止させることにより重力沈降により汚泥と上澄み液に分離される。

ここで、汚泥界面計２１の信号から測定値が安定したことを判断した段階で汚泥界面計２１の値が計測槽１１の底面と一致するまで汚泥を汚泥受槽２４に排出する。

残りの上澄み液は流出口１９から曝気槽２へ返送する。

ここで、汚泥受槽２４の汚泥は循環ポンプ２５で計測槽１１にもどし、次に清水供給弁２３を開いて計測槽１１に元の混合液の量と等量となるように清水を供給する。次いで計測槽曝気ブロア１６を作動させ計測槽散気管１５より有酸素気泡が計測槽１１内に送り込まれと同時に攪拌機１７を作動させ、計測槽１１内の混合液を攪拌させる。

この時、制御部１２には溶存酸素濃度計１３、温度センサ１４の測定値が一定時間ごとに逐次記録され、計測槽１１内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇するが、負荷が微生物体内に残留している場合は曝気により体内の残留負荷が完全に消費されるまで安定せずに上昇し、最終的に安定した値が無負荷状態と判断でき、この安定段階を確認後に曝気を停止して酸素消費速度を測定すれば、内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。

ここで、上澄みを清水で置換せず、採取した混合液を連続曝気するだけでも無負荷状態にすることができるが、微生物による負荷の消費には長時間を要する場合もあり、上澄みを清水で置換することにより混合液の残留負荷を大幅に低減できるので安定段階までの曝気時間を短縮することが出来る。

尚、清水は排水処理系の処理水を利用することもできるが、測定の安定性や処理水の悪化の影響を考慮すると排水処理系とは別の水道水を用いることが望ましい。

このようにして、内生呼吸の酸素消費速度を定期的に更新し、実施の形態１と同様にして、この値を酸素消費速度の分布と比較して内生呼吸遷移点が適正な位置かどうか判断する。

以上のように、本実施の形態によれば、負荷が常に高く、適切な頻度で無負荷状態が得られない場合であっても強制的に無負荷状態を作り出すことにより内生呼吸の酸素消費速度を得ることが出来、広く適用可能な曝気槽の制御方法が得られる。

（実施の形態３）
実施の形態１及び実施の形態２を用いれば曝気槽を適切に制御できるが、より精度を向上させるには補足的にさらなる曝気槽の運転状況の情報を検知アルゴリズムに付加することが有効である。

特に、流入する負荷の量や汚泥の活性度を連続的に計測することは内生呼吸遷移点が適正がどうかの判断の正確性の向上に有効である。

先ず、汚泥の活性度を得る方法を説明する。本実施の形態１あるいは実施の形態２を用いることにより、汚泥の内生呼吸の酸素消費速度を得ることが出来る。

この値は曝気槽が無負荷状態になるごとに最新の値の更新されるが、この値を保存し変化を見ることにより汚泥の活性度の変化を判断することが出来る。

また、実施の形態１及び実施の形態２に記載の曝気槽制御方法の場合、流入負荷の大小の測定については特に言及されていないが、従来の曝気槽の制御方法と同様に酸素消費速度から負荷の大小の判断も可能である。

図６にあるように本実施の形態の場合は内生呼吸の酸素消費速度の値との差異が最も大きくなる最上流部での測定値を採用することが望ましい。

ここで測定された酸素消費速度も、このままでは汚泥の活性度により変化し、一義的に負荷と対応できないが、本実施の形態の場合、内生呼吸の酸素消費速度も測定しており、汚泥の活性度をも同時に得ることができるので、汚泥の活性度による影響を取り除くことが出来、従来の方法に比べ正確に流入負荷の大小を得ることが出来る。

尚、曝気槽の最上流部の酸素消費速度で負荷を判断する場合、この混合液採取ポンプ７の近傍においては曝気風量を変化させたり汚泥の濃度を変化させない方がよい。この混合液採取ポンプ７近傍の曝気風量を制御した場合、この制御の影響で酸素消費速度が変化してしまい、負荷の大小を正確に測定できなくなるからである。

本実施の形態において汚泥の活性度や流入負荷の大小を知ることができるため、この情報をもとに、実施の形態１や実施の形態２に記述された曝気槽の制御方法において、例えば超高負荷の場合や汚泥が死滅したことに起因する酸素消費速度の分布が水平になったような場合において、無負荷状態と誤判断するようなケースを防ぐことが出来るようになり、より信頼性の高い曝気槽の制御方法を得るができる。

また、これ以外に汚泥の活性度から最適Ｆ／Ｍ比を決定して汚泥濃度を自動調整することにより、さらに曝気槽を適切に運転することも可能である。

以上のように、本発明によれば高精度かつ高信頼性の曝気槽の制御方法を得ることが出来る。

本発明による曝気槽制御方法は、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設における曝気槽の制御に対して適用することができる。

本発明の実施の形態１の曝気槽制御システムを示すブロック図本発明の実施の形態１の曝気槽内における酸素消費速度の分布を示す図本発明の実施の形態１の動作を示すフローチャート一般的な排水処理施設における酸素消費速度の分布を示す図本発明の実施の形態２の計測制御装置を示すブロック図本発明の実施の形態３の酸素消費速度の分布を示す図

符号の説明

１調整槽
２曝気槽
３沈殿槽
４散気管
５散気管制御弁
６曝気ブロア
７混合液採取ポンプ
８混合液採取弁
１０排水処理系
１１計測槽
１２制御部
１３溶存酸素濃度計
１４温度センサ
１５計測槽散気管
１６計測槽曝気ブロア
１７攪拌機
１８流入口
１９流出口
２０計測制御装置
２１汚泥界面計
２２清水供給管
２３清水供給弁
２４汚泥受槽
２５循環ポンプ

Claims

曝気槽で排水と汚泥が混合された混合液を曝気し、前記曝気槽内における流れ方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度の分布を測定して内生呼吸遷移点を特定し、内生呼吸遷移点が適正な位置にくるように曝気槽を制御する曝気槽の制御方法において、内生呼吸遷移点が適正な位置にあるかどうかの判断は測定した酸素消費速度の分布と内生呼吸の酸素消費速度の値を比較して行い、流入負荷が０における酸素消費速度の値を前記内生呼吸の酸素消費速度とし、測定した酸素消費速度の値が前記内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、その測定した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として更新することを特徴とする曝気槽の制御方法。
内生呼吸遷移点の特定は、酸素消費速度と同時にＭＬＳＳを測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行う請求項１記載の曝気槽の制御方法。