JP5259454B2 - 流量制御装置及び流量制御装置が組み込まれた水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の移送管に設置した流量調節機構を制御することにより流体の移送流量を目標移送流量に調節する流量制御装置及び流体制御装置が組み込まれている水処理装置に関する。

従来、汚水を嫌気槽、無酸素槽、好気槽、膜分離槽の順に通水し、汚水中の窒素やリン等を、活性汚泥を利用して除去する汚水処理装置では、膜分離槽にろ過膜が浸漬設置された膜分離装置が備えられ、ろ過膜でろ過された処理水は移送管によって膜分離槽の後段に設置された貯水槽へと排水されるように構成されている。なお、好気槽と膜分離槽とを兼用する場合もある。

図７に示すように、特許文献１には、被処理水をろ過して処理水を得るためのろ過膜９１が浸漬され、その下部に散気管９０が配置された膜分離槽９２と、電磁弁９４が介装され膜分離槽９２に被処理水を供給する被処理水供給配管９３と、電磁弁９６が介装されろ過膜９１でろ過された被処理水を系外に取り出す移送管９５を備え、膜分離槽９２の液位を検知する液面計９７（高水位検知部９８と低水位検知部９９を有する）の値に基づいて電磁弁９４，９６を開閉制御する膜分離装置が提案されている。

膜分離槽９２の被処理水の液位が高水位検知部９８の位置に達したときに電磁弁９４を閉、電磁弁９６を開とし、被処理水の膜分離槽９２への供給を停止した状態で被処理水のろ過を行ない、膜分離槽９２の被処理水の液位が低水位検知部９９の位置に達したときに電磁弁９４を開、電磁弁９６を閉とし、被処理水のろ過を停止した状態で被処理水を膜分離槽９２へ供給することにより、膜分離槽９２から被処理水の溢水を回避するものである。

特開２００５−５８９７０号公報

上述の従来技術は、膜分離槽の液面の高さより貯水槽の液面の高さを低くして、処理水を水頭差に基づいて自然移送するサイフォンの原理を用いることにより、処理水をポンプで移送する場合に必要となる動力コストを削減するものであるが、間歇処理となり膜分離槽で被処理水の性状が変動するという不都合がある。

そこで、膜分離槽で被処理水の性状を安定させるために、液位計の高水位検知部と低水位検知部による液面の検知により処理水の移送の開始・停止を制御するのではなく、移送管に流量調整弁を備え、流量調整弁の弁開度を制御することで、膜分離装置に流入する被処理液の流量が増減しても液位が高水位と低水位の間に維持されるように移送流量を制御して連続処理する技術が開発されている。

例えば、目標移送流量となるように流量調整弁の弁開度を一定値に調整する制御装置を設けるのである。

しかし、ろ過膜により活性汚泥等の懸濁粒子を含む被処理水を固液分離する場合、例えば、ＭＬＳＳ濃度が高くなれば流体の粘度が増すなど、被処理水の性状によりろ過性能が大きく変動する。また、ろ過の進行とともに膜面上或いは膜内部に懸濁粒子などが付着し、圧損が高くなり透過速度が減少する。

そのため、同じ膜分離槽の液位、同じ流量調整弁の弁開度でも被処理水の状態やろ過膜の状態によって実移送流量が変動し、図８（ａ）に示すように、流量調整弁の弁開度を閉状態から目標移送流量に対応した弁開度に調整したにもかかわらず、実移送流量が低く、膜分離槽の液位が増加して溢れる虞があった。

また、実移送流量が目標移送流量より大きくなり過度な透過速度でろ過を継続した結果、ろ過膜の目詰まりが早まることもあった。

そこで、流量を検知して目標流量となるように弁開度をＰＩＤ制御する制御装置を設けると、移送管を流れる処理水の移送流量と流量調整弁の弁開度に線形性が保てない領域があり、また、被処理水の粘度が変化すると、実移送流量が目標移送流量に到達するまで時間がかかったり、図８（ｂ）に示すように、実移送流量が目標移送流量に収束せずにハンチングを生じることがあった。

一方、ＰＩＤ制御に換えて、流量調整弁をインチング制御することで実移送流量を目標移送流量に近づけることも考えられるが、図８（ｃ）に示すように、インチング制御では、目標移送流量までの到達時間が長くかかり、膜分離槽４が溢れたり、インチング回数が増えることによって、流量調整弁の可動部が消耗して取り換えの頻度が増える虞があった。

このような問題は、ろ過膜でろ過された処理水を貯水槽へ排水するための流量調整に限るものではなく、性状が変動する流体の移送制御全般に生起する問題である。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、流体の性状や移送経路の劣化や異物の付着により圧損が変動する場合であっても、適正に流量制御可能な流量制御装置、及び、流体制御装置が組み込まれている水処理装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による流量制御装置の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、流体の移送管に設置した流量調節機構を制御することにより流体の移送流量を目標移送流量に調節する流量制御装置であって、流体または移送経路の状態を示すパラメータ値と関連付けて設定した目標移送流量に対応して、前記流量調節機構の目標制御値を規定する制御マップが記憶された記憶部と、測定器で検知されたパラメータ値と前記制御マップに基づいて求めた目標制御値で前記流量調節機構を制御する第一制御部と、第一制御部により前記流量調節機構が目標制御値に制御されたときに、流量計で検知した実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱していると、実移送流量が許容範囲に収束するように制御値を調整して前記流量調節機構を制御する第二制御部と、を備えていることを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、第一制御部は、記憶部が記憶する流体または移送経路の状態を示すパラメータ値と関連付けて設定した目標移送流量に対応して前記流量調節機構の目標制御値を規定する制御マップと、測定器で検知されたパラメータ値に基づいて求めた目標制御値で前記流量調節機構を制御するので、目標移送流量近傍までの到達時間を短縮できる。

第二制御部は、流量計で検知した実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱している、つまり、第一制御部が流体または移送経路の状態に応じて流量調整機構を制御しても、実移送流量が目標移送流量に到達しない場合に、実移送流量が許容範囲に収束するように制御値を調整して前記流量調節機構を制御するので、素早く目標移送流量を得ることができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記第二制御部は、実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱していると、実移送流量が許容範囲に収束するように前記流量調節機構をインチング制御することを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、第一制御部により流量調整機構を制御し、目標移送流量近傍まで調整してから、第二制御部により流量調整機構をインチング制御して実移送流量を目標流量に近づけるので、実移送流量が目標移送流量となるまでインチング制御のみを繰り返す場合に比べて、流量調整機構の制御回数を低減できるため、寿命を向上することができる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記第二制御部は、実移送流量が許容範囲に収束すると、そのときの制御値に前記制御マップの目標制御値を更新処理することを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、流量への影響因子であるパラメータ値に対する実移送流量と流量調整機構の制御値の関係を更新処理することにより、記憶部に記憶される制御マップは、流体または移送経路の状態を示すパラメータ値に対する制御値が最適な値に保たれ、次回の流量調整時に素早く目標移送流量を得ることができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記流量調節機構が流量調整弁であり、制御値が流量調整弁の弁開度であることを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、同じ流量調整弁の弁開度でも被処理水の状態によって実移送流量が変動し、流量調整弁の弁開度を目標移送流量に対応した弁開度に調整したにもかかわらず、実移送流量が低いような場合でも、素早く最適な弁開度に制御することができる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記流体が汚水またはその処理水であり、前記パラメータ値が、処理槽液位、ＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、リン酸濃度、膜間差圧、曝気風量の少なくとも一つであることを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、処理槽液位、ＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、リン酸濃度、膜間差圧、曝気風量のような、実移送流量に直接または間接的に影響を与える汚水またはその処理水の状態を示す因子や、汚水の処理の程度を示すもの、または、その移送経路の状態を示すものから選ばれる少なくとも一つをパラメータ値として採用し、当該パラメータ値に関連付けた目標移送流量に対応する目標制御値を記憶しておくことで、汚水またはその処理水の粘度の変動によるろ過性能の変動や、移送管内の劣化や異物の付着による圧損の変動に応じた素早い流量調整が可能となる。

本発明による汚水を処理する水処理装置の第一特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五特徴構成を備えた流量制御装置が組み込まれていることを特徴とする点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記水処理装置は、処理槽内にろ過膜が浸漬設置された膜分離装置であって、前記流量制御装置は、前記ろ過膜によりろ過される処理水の移送流量を制御することを特徴とする点にある。

膜分離装置は、処理槽液位が高ければ処理槽から溢れることを防ぐために移送流量を多くする必要がある。膜間差圧が大きくなると処理水の実移送流量が減少し、水頭差が大きくなれば実移送流量は増大する。ＭＬＳＳ濃度が高かったり、温度が低ければ流体の粘度が増し、ろ過性能が低下したり処理水の実移送流量が減少する。

硝酸性窒素濃度が極端に大きいときや、アンモニア性窒素濃度が極端に小さいときその他ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、リン酸濃度の変動によっても、活性汚泥の自己解体によって生じる膜ファウリング原因物質の発生量が多くなり、ろ過の進行とともに膜面上或いは膜内部に懸濁粒子などが多量に付着し、圧損が高くなり透過速度が減少して実移送流量が減少する。また、このような現象は、溶存酸素濃度や曝気風量に起因することもある。

上述の構成によれば、パラメータ値に関連付けて設定した目標流量に対応する目標制御値で流量調節機構を制御することで、処理水の粘度の変動によりろ過性能が変動したり、移送管内の劣化や異物の付着による圧損の変動に追随した流量調整が行える。さらに、実移送流量が目標流量に到達しない場合に、制御値を調整して流量調整機構を制御することで実移送流量が目標移送流量の許容範囲に収束するように調整できるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記膜分離装置は、前記処理槽の内外の水頭差によりろ過液を自然排出する移送管を備え、前記流量制御装置は前記移送管に設置した流量調節機構を制御することを特徴とする点にある。

上述の構成によれば、同じ膜分離槽の液位、同じ流量調整機構の制御値でも被処理水の粘度やろ過膜の目詰まり、移送管内の劣化や異物の付着による圧損の変動によって移送管を流れる実移送流量が変動し、流量調整機構の制御値を目標移送流量に対応した目標制御値に調整したにもかかわらず、実移送流量が低いような場合でも、素早く実移送流量を目標移送流量に調整できる。

以上説明した通り、本発明によれば、流体の性状や移送経路の劣化や異物の付着により圧損が変動する場合であっても、適正に流量制御可能な流量制御装置、及び、流体制御装置が組み込まれている水処理装置を提供することができるようになった。

本発明による汚水処理装置の説明図 膜分離装置、移送管、気液分離タンク及び貯水槽の説明図 制御装置の説明図 記憶部に記憶された制御マップの説明図で、（ａ）は初回制御の際の説明図、（ｂ）は目標制御値の書き換え後の説明図、（ｃ）は別実施例による制御マップの説明図 制御装置による制御を説明するフローチャート （ａ）は、実移送流量と目標移送流量の説明図、（ｂ）はインチング制御による流量変動の説明図 従来の膜分離装置の説明図 従来の移送流量制御の説明図で、（ａ）はオペレータによる移送流量制御の説明図、（ｂ）はＰＩＤ制御による移送流量制御の説明図、（ｃ）はインチング制御による移送流量制御の説明図

以下、本発明による流量制御装置及び流量制御装置が組み込まれた汚水を処理する水処理装置を汚水処理装置に適用した場合の実施形態を説明する。

図１に示すように、汚水処理装置１００は、未処理の被処理水である原水を流入させる嫌気槽１と、嫌気槽１の下流側に隣接した無酸素槽２と、無酸素槽２の下流側に隣接した好気槽３と、好気槽３の下流側に隣接した膜分離槽４が、それぞれ隔壁で分離されて構成されている。

嫌気槽１では、嫌気条件下で微生物により嫌気処理され、原水に含まれるＢＯＤ成分が微生物に取り込まれるとともに、リン化合物が加水分解されて正リン酸としてりリンが液中に放出される。

無酸素槽２では、嫌気槽１から流入した被処理水が無酸素条件下で微生物により無酸素処理され、硝酸イオン及び亜硝酸イオンの窒素ガスへの還元処理、つまり脱窒処理が行なわれる。

無酸素槽２には、流体つまり、被処理水の状態を示すパラメータ値であるＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度等を検知する測定器５８が備えられている。

好気槽３には、底部に散気装置５が設置され、無酸素槽２から流入した被処理水に含まれるし尿等が由来のアンモニウムイオンが、好気条件下で微生物により酸化され、亜硝酸や硝酸に変換される硝化処理が行なわれ、さらに、被処理水中の正リン酸が汚泥に取り込まれ、ポリリン酸として蓄積される好気性処理が行なわれる。

膜分離槽４には、好気槽３から流入した被処理水を固液分離する水処理装置の一例としての膜分離装置６が浸漬設置され、膜分離槽４の状態である液位ＰＬを検知する測定器としての液位計５７、及び、被処理水の状態を示すＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、リン酸濃度等を検知する測定器５４、下部に余剰汚泥を排出する余剰汚泥排出管路１１が備えられている。

膜分離槽４は被処理水を貯え、ろ過膜を被処理水に浸漬することができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽等が好ましく用いられる。

膜分離装置６は、ろ過膜６ａにより被処理水から活性汚泥等の固形物が分離された処理水を、移送管２０により貯水槽１２に移送するように構成されている。貯水槽１２には、貯水槽１２内の液位を検知する液位計１４が備えられている。

膜分離装置６の下部には、膜分離装置６の膜表面を洗浄する散気装置７が配設されている。散気装置７は、制御装置４０により制御される図示しないブロワから供給される空気により、被処理水に膜面に対して平行な流速を付与し、膜表面に蓄積した汚れ物質を剥離させるとともに、膜分離槽４内の被処理水が含有する活性汚泥に酸素を供給する。これにより膜分離槽４内は好気条件となり、活性汚泥によって被処理水の硝化処理が行なわれる。

さらに、汚水処理装置１００は、膜分離槽４内の被処理水を好気槽３へ循環させる第一の循環路８と、膜分離槽４内の被処理水を無酸素槽２へ循環させる第二の循環路９と、無酸素槽２内の被処理水を嫌気槽１へ循環させる第三の循環路１０を備え、それぞれの排水ポンプにより被処理水を圧送するように構成されている。

各処理槽１，２，３で生物処理された被処理水は、隔壁の下部に形成された開口部を介して下流側に移送され、或いは、隔壁をオーバーフローして下流側に移送される。

膜分離装置６について説明する。
図２に示すように、膜分離装置６はろ過膜６ａによりろ過した処理水を後段に設置した貯水槽１２に移送する移送管２０を備えている。なお、図２では第一の循環路８、第二の循環路９の図示は省略する。

膜分離装置６に用いられるろ過膜６ａとして、限外ろ過膜、精密ろ過膜等が採用される。膜の形態は、中空糸膜、平膜、チューブラー膜などが採用される。

移送管２０は、移送管２０を流れる処理水の流量を調整する流量調節機構としての流量調整弁２１と、流量を検知する流量計５５と、移送管２０内の圧力を検知する測定器としての圧力計５６とを備えている。

移送管２０は、一端がろ過膜のろ過液側に配置され、他端は膜分離槽４の後段であって、その液面が常に膜分離槽４の液面より低く設定された貯水槽１２に開放されている。

さらに、移送管２０は、流量調整弁２１と貯水槽１２の間であって、膜分離槽４の液面より常に高くなる位置に気液分離タンク２２を備えている。

よって、本実施形態の場合、膜分離槽４、ろ過膜６ａ、移送管２０、貯水槽１２が流体である被処理水の移送経路となる。

流量調整弁２１は、流量制御装置５０により制御され、移送管２０内を流れる処理水の移送流量を調整し、膜分離槽４の液位が最高水位ＨＷＬと最低水位ＬＷＬとの間で変化するように構成されている。ろ過膜６ａは常に最低水位ＬＷＬより下に浸漬されるように配置される。

流量制御弁２１は、バタフライ弁、ボール弁等、移送管を流れる流体の流量を調整できる公知の弁機構から適宜選択して用いることができる。

気液分離タンク２２は、気液分離タンク２２内の気体を排出するための真空ポンプ２３及び気液分離タンク２２を大気開放するための電磁弁２４と、通電時は閉、停電時は開となりサイフォンブレーカとして働く電磁弁２５と、気液分離タンク内の液位を検知する液位計２６を備えている。真空ポンプ２３は制御装置４０に組み込まれたポンプ制御部４１により制御される。

気液分離タンク２２に備えられた真空ポンプ２３により気液分離タンク２２内の空気を外部に排出することで、気液分離タンク２２内は負圧になり、処理水は移送管２０を通って気液分離タンク２２内に貯留される。

気液分離タンク２２内のサイフォン用最低水位ＳＬＷＬ以上に処理水が貯留された状態、つまり移送管２０内に処理水が満たされると、移送管２０の一端側の膜分離槽４の液面ＰＬと、他端側の貯水槽１２の液面ＬＬＷＬとの水頭差に応じた水頭圧力差が生じ、この水頭圧力差によりサイフォンの原理で膜分離装置６のろ過膜により被処理水がろ過され、ろ過されたろ過膜の内側の処理水が移送管２０を通って貯水槽１２へと移送される。

このように、一度処理水が移送管２０を流れだすと、処理水を移送するための動力は必要とせず経済的である。なお、貯水槽１２に貯水された処理水は、排水管１３により適宜排水される。

なお、上述した液位計５７、液位計１４、液位計２６は、電極式、静電容量式、フロート式、超音波式、圧力式等液位を計測できる公知の液位計から適宜選択して用いることができる。液位計５７、液位計１４に関しては、膜分離槽４及び貯水槽１２の水頭差を算出する観点から連続式の液位計が好ましい。

図３に示すように、制御装置４０は、ポンプ制御部４１と流量制御装置５０を備えている。

ポンプ制御部４１は、電磁弁２４を開放して真空ポンプ２３を起動して気液分離タンク２２内に処理水を貯留し、液位計２６が高水位ＳＨＷＬを検出すると、真空ポンプ２３を停止し電磁弁２４を遮断するように構成されている。

流量制御装置５０には、第一制御部５１、第二制御部５２、記憶部５３等が備えられ、移送管２０に設置した流量調整弁２１の制御値である弁開度を制御することにより移送管２０を流れる流量を調節するように構成されている。

記憶部５３には、被処理水または移送経路である膜分離槽４、ろ過膜６ａ、移送管２０の状態を示すパラメータ値と関連付けて設定した目標移送流量に対応して、流量調節弁２１の目標制御値である目標弁開度を規定する制御マップＭＰが記憶されている。

第一制御部５１は、液位計５７、液位計１４、測定器５４、圧力計５６で検知されたパラメータ値と制御マップＭＰに基づいて求めた目標弁開度で流量調節弁２１を制御する。

第二制御部５２は、第一制御部５１により流量調節弁２１が目標弁開度に制御されたときに、流量計５５で検知した実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱していると、実移送流量が許容範囲に収束するように制御値である弁開度を調整して流量調節弁２１を制御する。

被処理水の状態を示すパラメータ値とは、ＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、リン酸濃度、曝気風量であり、実移送流量に直接または間接的に影響を与える汚水またはその処理水の状態を示す因子や、汚水の処理の程度を示すものであり、当該パラメータの変動により、活性汚泥の自己分解による膜ファウリングの原因物質の発生等により、流体の粘度が変動するものである。

移送経路である膜分離槽４、ろ過膜６ａ、移送管２０、貯水槽１２の状態を示すパラメータ値とは、膜分離槽４の液位、貯水槽１２の液位、膜間差圧であり、当該パラメータ値の変動により、ろ過膜の透過速度や移送管２０を流れる圧損が変動するものである。

なお、膜間差圧は、圧力計５６の設置される移送管２０と膜分離槽４の液位ＰＬの高低差、及び、圧力計５６が検知した移送管２０内の圧力から求められる。

以下、パラメータ値として膜分離槽４の液位を採用した場合について説明する。膜分離槽４の液位が変動すると、膜分離槽４の液面と他端側の貯水槽１２の液面ＬＬＷＬとの水頭差が変動し、水頭圧力差が変動するため、ろ過膜６ａの透過速度や移送管２０を流れる圧損が変動するからである。

記憶部５３は、図４（ａ）に示すように、膜分離槽４内の液位ＰＬと関連付けて設定した目標移送流量ＳＶに対応して、流量調整弁２１の目標弁開度ＳＤを規定する制御マップＭＰを記憶している。

第一制御部５１は、液位計５７で検知された液位ＰＬと制御マップＭＰに基づいて求めた目標弁開度ＳＤで流量調整弁２１を制御する。例えば、膜分離槽４内の液位ＰＬがα以上でβより小さい範囲にあるときは、目標移送流量ＳＶ２を達成するために流量調節弁２１の弁開度は目標弁開度ＳＤ２に調整される。

図６（ａ）に示すように、流量調整弁２１が目標弁開度ＳＤ２に制御されると移送管２０を流れる流量は目標移送流量ＳＶ２となるはずである。しかし、同じ膜分離槽４の液位ＰＬ、同じ流量調整弁２１の目標弁開度ＳＤ２でも被処理水の
状態により、活性汚泥の自己分解による膜ファウリングの原因物質が発生し、ろ過膜６ａが目詰まりして透過速度が減少したり、移送管２０の劣化や異物の付着により圧損が増大して、実移送流量ＰＶが減少し、目標移送流量ＳＶ２に満たないことがある。

このような場合に、第二制御部５２は、第一制御部５１により流量調整弁２１が目標弁開度ＳＤ２に制御されたときに、流量計５５で検知した実移送流量ＰＶと目標移送流量ＳＶ２の偏差が許容範囲を逸脱していると、図６（ｂ）に示すように、実移送流量ＰＶが許容範囲に収束するように流量調整弁２１をインチング制御することで処理水の移送流量を適切に制御するのである。

第二制御部５２は、実移送流量ＰＶが許容範囲に収束すると、そのときの弁開度ＰＤで制御マップＭＰの目標弁開度を更新処理する。よって、図４（ｂ）に示すように、以後の流量調整において膜分離槽４内の液位ＰＬがα以上でβより小さい範囲にあるとき、目標移送流量ＳＶ２で排水するために流量調節弁２１の弁開度は目標弁開度ＰＤで制御される。

更新処理された目標弁開度ＰＤは、膜分離槽４内の被処理水の直近の状態を反映しているので、次にこの目標制御値ＰＤに制御したとき、精度よく目標移送流量ＳＶ２に調整することができるのである。

移送管２０による膜分離槽４内の処理水の移送は必ずしも連続して行う必要はなく、流量調整弁２１を適宜開閉して間欠的に行ってもよい。例えば、流量調整弁２１を１３分間開いて処理水の移送を行ない、２分間閉じて処理水の移送を中断するように制御してもよい。この場合、制御マップの更新処理は、流量調整弁２１が開いている１３分の間に行ってもよいし、流量調整弁２１が閉じている２分の間に行ってもよい。

以上のように構成された流量制御装置５０による移送流量の制御について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、移送管２０による処理水の移送が開始されると、液位計５７によって膜分離槽内４内の液位ＰＬが第一制御部５１に入力される。（ＳＡ１）。次に、第一制御部５１は、液位ＰＬと、記憶部５３が記憶した液位ＰＬと関連付けて設定された目標移送流量ＳＶに対応する流量調整弁２１の目標弁開度ＳＤに基づいて、流量調整弁２１の弁開度を制御する（ＳＡ２）。

流量計５５により流量調整弁２１の弁開度が目標弁開度ＳＤに制御されたときの実移送流量ＰＶが検知されると（ＳＡ３）、第二制御部５２は実移送流量ＰＶと目標移送流量ＳＶとの偏差を算出し、前記偏差が許容範囲内であるかどうかを判断する（ＳＡ４）。

第二制御部５２は、前記偏差が許容範囲を逸脱していると（ＳＡ４でＮＯ）、実移送流量ＰＶが許容範囲に収束するように流量調節弁２１をインチング制御し（ＳＡ５）、そのときの弁開度ＰＤに制御マップＭＰの目標弁開度ＳＤが更新処理される（ＳＡ６）。つまり、次回の流量調整弁２１の制御時には、液位ＰＬのときに目標移送流量ＳＶを得るために、目標弁開度ＰＤで制御される。

以上の制御が流量制御装置５０で所定時間経過毎に繰り返され（ＳＡ７）、制御マップＭＰに記憶された液位ＰＬに関連付けて設定した目標移送流量に対応した目標弁開度は常に最適に保たれる。

上述の実施形態では、制御マップＭＰに記憶するパラメータ値として液位ＰＬを採用した場合について説明したが、パラメータ値は液位ＰＬに限らず、測定器５４で検知されるＭＬＳＳ濃度、温度、電気伝導度や、圧力計５６で検知される膜間差圧、散気装置７のブロワの制御値により求まる曝気風量から選ばれる１つまたは何れかの組み合わせであってもよい。

例えば、パラメータ値として膜間差圧と関連付けて目標移送流量に対応する目標弁開度を規定して、ろ過膜６ａの膜間差圧に応じて目標移送流量に対応する目標弁開度を設定してもよいし、図４（ｃ）に示すように、液位ＰＬと膜間差圧ＭＬの組み合わせで目標弁開度を規定すると、より目標移送流量への到達時間を短縮することができる。

さらに、パラメータ値は槽内の好気性処理の指標にもなる溶存酸素濃度、酸化還元電位、硝酸性窒素濃度、ｐＨ、アンモニア性窒素濃度、リン酸濃度等を採用することもできる。

酸化還元電位が高い場合には処理水が溶存酸素濃度の高い酸化状態にあると判定でき、硝酸性窒素濃度が高い場合にも高溶存酸素濃度により硝化反応が著しい状態であると判定でき、活性汚泥の自己分解による膜ファウリングの原因物質が発生しているために、ろ過膜が目詰まりして透過速度が減少したり、移送管の劣化や異物の付着により圧損が増大して、移送管２０を流れる被処理水の実移移送流量が目標移送流量に満たない場合がある。

膜分離槽内の好気性処理の指標にもなるｐＨ、アンモニア性窒素濃度等を採用した場合は、ｐＨ値が小さくなり、或いはアンモニア性窒素濃度が低くなると、高溶存酸素濃度の下で硝化反応が進行していると判定でき、活性汚泥の自己分解による膜ファウリングの原因物質が発生しているために、ろ過膜が目詰まりして透過速度が減少したり、移送管の劣化や異物の付着により圧損が増大して、移送管２０を流れる被処理水の実移移送流量が目標移送流量に満たない場合がある。

よって、実移送流量に直接または間接的に影響を与える汚水またはその処理水の状態を示す因子や、汚水の処理の程度を示すものをパラメータ値として採用し、第一制御部５１は記憶部５３が記憶する当該パラメータ値と関連付けて設定した目標移送流量ＳＶに対応して、流量調節弁２１の目標弁開度を規定する制御マップＭＰと、測定器５４で検知されたパラメータ値に基づいて求めた目標弁開度ＳＤで流量調節弁２１を制御するので、目標移送流量ＳＶ近傍までの到達時間を短縮できる。

上述した実施形態では、流量調整機構として流量調整弁２１を採用した構成について説明したが、流量調整機構は流量調整弁に限らず、流体を圧送または吸引するポンプであってもよい。ポンプの回転数が同じであっても、流体または移送経路の状態によって移送管を流れる流量が変動する場合に好適に用いることができる。その場合、インバータ回路によりポンプの電動機の回転数を制御値として制御し移送流量を調整すればよい。

さらに、流量調整機構は膜分離装置６の移送管に用いる場合に限らず、図１に示すような、膜分離槽４内の被処理水を好気槽３へ循環させる第一の循環路８、膜分離槽４内の被処理水を無酸素槽２へ循環させる第二の循環路９、無酸素槽２内の被処理水を嫌気槽１へ循環させる第三の循環路１０、余剰汚泥排出管路１１等に適用でき、この場合、循環路８，９，１０，余剰汚泥排出管路１１及び各ポンプが移送経路となり、循環路８，９，１０，余剰汚泥排出管路１１が備える各ポンプが流量調整機構となる。

例えば、第一の循環路８に流量調整機構を適用する場合、記憶部５３には、例えば、パラメータ値として測定器５４で検知したＭＬＳＳ濃度と関連付けて設定した目標移送流量に対応して排水ポンプの目標回転数が記憶された制御マップを備えておく。第一制御部５１で、ＭＬＳＳ濃度に基づいて目標移送流量を求め、ポンプを目標回転数で制御する。

ＭＬＳＳ濃度が高く、活性汚泥の粘度が大きくなっていたり、循環路８の劣化や異物の付着により圧損が大きくなっている場合は、被処理水は循環路８を流れにくくなり、実移移送流量が目標移送流量に満たないことになる。

実移移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱しているときは、第二制御部５２でポンプの回転数を上げて移送流量を増やし、目標移送流量を得ることができる。

さらに、パラメータ値は槽内の温度とすることも可能であり、また、酸化還元電位、硝酸性窒素濃度、ｐＨ、アンモニア性窒素濃度、電気伝導度、溶存酸素濃度を組み合わせることも可能である。

第三の循環路１０に流量調整機構を適用する場合は、記憶部５３に測定器５８で検知したパラメータ値であるＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度から選ばれる１つまたは何れかの組み合わせと関連付けて目標移送流量と目標制御値を設定することで、上述と同様に制御することができる。

さらに、本発明による流量制御装置は、汚水処理装置の被処理水の移送管に用いる場合に限らず、河川水、湖沼水、凝集処理後水、生物処理水、工業用水、各種排水等を移送する移送管に用いることもできる。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：嫌気槽
２：無酸素槽
３：好気槽
４：膜分離槽
５：余剰汚泥排出管
６：膜分離装置（水処理装置）
６ａ：ろ過膜
７：散気装置
８：第一の循環路
９：第二の循環路
１０：第三の循環路
１１：余剰汚泥排出管路
１２：貯水槽
１３：排水管
１４：液位計
２０：移送管
２１：流量調整弁（流量調節機構）
２２：気液分離タンク
２３：真空ポンプ
２４：電磁弁
２５：電磁弁
２６：液位計
４０：制御装置
４１：ポンプ制御部
５０：流量制御装置
５１：第一制御部
５２：第二制御部
５３：記憶部
５４：測定器
５５：流量計
５６：圧力計
５７：液位計
５８：測定器
１００：汚水処理装置
ＰＬ：液位（パラメータ値）
ＭＬ：膜間差圧（パラメータ値）
ＭＰ：制御マップ
ＳＶ：目標移送流量
ＰＶ：実移送流量
ＳＤ：目標弁開度（目標制御値）
ＰＤ：弁開度（制御値）

Claims (8)

1. 流体の移送管に設置した流量調節機構を制御することにより流体の移送流量を目標移送流量に調節する流量制御装置であって、
   流体または移送経路の状態を示すパラメータ値と関連付けて設定した目標移送流量に対応して、前記流量調節機構の目標制御値を規定する制御マップが記憶された記憶部と、
   測定器で検知されたパラメータ値と前記制御マップに基づいて求めた目標制御値で前記流量調節機構を制御する第一制御部と、
   第一制御部により前記流量調節機構が目標制御値に制御されたときに、流量計で検知した実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱していると、実移送流量が許容範囲に収束するように制御値を調整して前記流量調節機構を制御する第二制御部と、
   を備えていることを特徴とする流量制御装置。
2. 前記第二制御部は、実移送流量と目標移送流量の偏差が許容範囲を逸脱していると、実移送流量が許容範囲に収束するように前記流量調節機構をインチング制御することを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
3. 前記第二制御部は、実移送流量が許容範囲に収束すると、そのときの制御値に前記制御マップの目標制御値を更新処理することを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御装置。
4. 前記流量調節機構が流量調整弁であり、制御値が流量調整弁の弁開度であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の流量制御装置。
5. 前記流体が汚水またはその処理水であり、
   前記パラメータ値が、処理槽液位、ＭＬＳＳ濃度、温度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、溶存酸素濃度、硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、リン酸濃度、膜間差圧、曝気風量の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の流量制御装置。
6. 前記汚水を処理する水処理装置であって、
   請求項５に記載の流量制御装置が組み込まれていることを特徴とする水処理装置。
7. 前記水処理装置は、処理槽内にろ過膜が浸漬設置された膜分離装置であって、
   前記流量制御装置は、前記ろ過膜によりろ過される処理水の移送流量を制御することを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
8. 前記膜分離装置は、前記処理槽の内外の水頭差によりろ過液を自然排出する移送管を備え、前記流量制御装置は前記移送管に設置した流量調節機構を制御することを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。

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