JP5902106B2 - 排水処理装置およびこれに用いる送風量制御器、並びに排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水道の汚水等の排水中に含まれる汚濁成分を、活性汚泥法等における好気性微生物を用いて生物学的に処理する排水処理装置、および、これに用いる送風量制御器、並びに排水処理方法に関するものである。

微生物を用いて排水を生物学的に処理する手法において、微生物への酸素供給は、微生物の活性状態を直接的に制御する点で、非常に重要な操作因子である一方、その酸素供給に要する消費エネルギーは、処理プロセス全体での消費エネルギーの中で高い割合を占めている点で、非常に重要な施設管理因子でもある。因みに、その割合は、例えば下水処理場での全電力使用量のおよそ３０％〜５０％にも上ることから、消費エネルギーを削減できるように、酸素供給量を適切に制御することは、大きな経済的効果が期待できる。

すなわち、微生物への酸素供給は、一般的には、被処理水（処理対象となる排水）と微生物を混合しながら一定時間滞留させて反応させる曝気槽の水面下に適正量の空気を送風（曝気）して行われる。この曝気が不十分であると、微生物が排水中の汚濁成分を十分に酸化分解することができないため、目的とする水質の処理水（処理済水）を得ることができない。一方、曝気が過剰であると、その過剰分の酸素の供給が無駄となり、不要なエネルギーを空費することとなる。よって、曝気を適正に制御することが処理水の水質の安定化と大きな省エネルギー化につながる。

曝気が適正に制御されているか否かを知るための指標としては、曝気槽内の酸素濃度（ＤＯ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、アンモニア性窒素濃度および酸化態窒素（硝酸性窒素や亜硝酸性窒素等）濃度などが利用されている。
しかし、これらの指標の一つ一つが示す値は、一義的に、曝気槽内の水質状態やその変化を示すものではない。

さらに、排水処理装置が大規模化するに従って大型化する曝気槽内全体の環境を均一に維持することは施設管理上、非常に困難となっており、上記の各指標は、それぞれ計測場所によって多少なりとも異なる値として示されることがある。このような場合、特定の計測場所で計測された指標とそれに基づいて行った曝気制御によって生じた結果との関係（つまり、曝気槽内の各指標とその水質の変動との関係）については、その排水処理装置に固有の関係性があるものとして、管理者が時間をかけて習得していく必要があった。
このようにして習得された管理技術は、個々の排水処理装置のみに有効であっても、種々の条件が異なる他の排水処理装置へ適用できるものではないため、広く一般に適応しうる技術とは必ずしもいえるものではない。

このような状況にあって、施設管理の安定化、簡素化の一環として曝気槽内の被処理水中のＤＯ、ＯＲＰ、ｐＨおよびアンモニア性窒素または酸化態窒素等の指標のうち、少なくとも２以上の指標を検出し、ファジイ推論に基づき、曝気風量を決定する制御方法が提案されている（特許文献１）。

しかし、上記制御方法において、曝気槽１内の被処理水中のＤＯ、ＯＲＰ、ｐＨおよびアンモニア性窒素または酸化態窒素等の指標のうち、どの指標を計測し、その計測した指標をどのように組み合わせた上で、どのようなファジイ推論によって曝気風量を決定するかについては、被処理水の流入条件や制御の対象となる曝気槽の仕様を基に、水処理分野において長年培われてきた水処理に関する一般的な知見や、水処理に携わってきた技術者の経験によって適宜選択され、決定されるものであるため、一般化された技術レベルにまで至っていない状況であった。

また、ＤＯ、ｐＨおよびＯＲＰを指標に用いた制御方法も提案され、実施されている（特許文献２）。この制御方法は、回分法により窒素およびリンを生物学的に除去する排水処理装置に適用されて、各指標の測定値に基づき、ファジイ推論により曝気用ブロワをオン／オフさせて撹拌工程時間および曝気工程時間を各々制御するものであり、窒素およびリンの安定除去を可能とするものである。

しかし、この制御方法は、回分法という単一水槽に一定量の被処理水を一時期に投入し、その後は処理が完了するまで被処理水や処理水および汚泥の水槽内外への出入りが伴わない処理方法を前提として行われるものである。このため、当該制御方法は、水槽内の環境がほぼ均一に保たれるという指標の計測に好適な条件の下に成り立つものであり、標準活性汚泥法のような、被処理水の流入と処理水の流出に加え、汚泥の循環が常に行われる処理方式には適用できない。

特開平５−３１４８８号公報 特開平９−１２２６８１号公報

本願発明者らは、本願発明に想到するに際して、少なくとも以下に記載する課題を認識していた。
(1) 曝気槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）、酸化還元電位（ＯＲＰ)、アンモニア性窒素濃度、酸化態窒素濃度などの曝気状態を示す指標は、上述したように、それぞれ単独では、一義的に曝気槽内の水質状態やその変化を示すものではないため、排水処理施設ごとに、曝気制御に利用する指標の種類を定める必要があった。
(2) 排水処理施設ごとに定めた指標を計測し、その測定値から、曝気状態を把握し、送風設備に対して適切な制御指令を行なうためには、曝気槽内の水質状態を代表する場所において計測した指標の測定値を制御器へ入力する必要がある。しかし、曝気槽内の定点において指標を計測した場合においても流入水質や水量の変動から常に同じ条件での計測がなされているとは限らず、制御器への入力値としての妥当性（計測された値の信頼性ではなく、その測定値が曝気制御に供されることの妥当性）の高い計測場所を特定する必要があった。
(3) したがって、適正量の曝気が行われて、処理水の水質の安定化と省エネルギー化を図るためには、適切な指標に基づいて曝気槽内の曝気状態を把握した上で、その曝気状態を維持するか、あるいは、目標となる曝気状態とするのに必要な適正量の送風を供給する必要があった。これには、曝気状態に応じて、送風量制御器から送風設備に出された制御指令に対して、適切なタイミングで適正量の送風を供給できる、高い応答精度を備えた送風設備が必要であった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、曝気槽の状態に応じた適正量の空気をタイミングよく送風して曝気を行う排水処理装置、および、この排水処理装置に用いる送風量制御器、並びに排水処理方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る排水処理装置は、被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽と、該曝気槽内の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸計と、上記曝気槽内のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア計と、上記曝気槽内の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、上記曝気槽内の水温を測定する水温計と、上記４つの測定値に基づいて上記曝気槽へ空気を供給する送風設備へ制御信号を出力する送風量制御器とからなることを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理装置は、上記アンモニア計を、上記曝気槽における、被処理水のアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置に配設することを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理装置は、上記曝気槽に導入される被処理水量を測定する水量計を備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理装置は、上記送風設備に、送風機、空気供給管および空気量調整器を備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理装置に用いる送風量制御器は、被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽における硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の測定値を入力する入力部と、上記４つの測定値に基づき、上記曝気槽への空気の供給量を決定する演算部と、決定した上記曝気槽への空気の供給量に基づき、上記曝気槽へ空気を送る送風設備へ制御信号を出力する出力部とからなることを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理方法は、曝気槽に被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行い、上記曝気槽内の硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温を測定し、上記４つの測定値に基づいて上記曝気槽への空気の供給量を決定し、上記曝気槽へ空気を送る送風設備を制御して上記曝気槽への空気の供給量を調整することを特徴とするものである。

本発明に係る排水処理装置によれば、被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽と、該曝気槽内の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸計と、上記曝気槽内のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア計と、上記曝気槽内の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、上記曝気槽内の水温を測定する水温計と、上記４つの測定値に基づいて上記曝気槽へ空気を供給する送風設備へ制御信号を出力する送風量制御器を備えたことにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 硝酸計とアンモニア計と溶存酸素計とを備えたことにより、これらの３つの測定値から曝気槽内の被処理水中の酸素の存在形態と空気供給量の過不足を常時、確実に把握することができる。これにより、好気性生物処理を適切に進行させて処理水の水質を安定化させることができるとともに、過剰量の送風を回避できるので、その過剰分の送風に要する消費エネルギーを削減して省エネルギー化を図ることができる。
(2) 水温計を備えたことにより、上記３つの測定値に加えて、水温の測定値から、被処理水の水温の季節変動などによって変化する活性汚泥の活性状況、特に硝化細菌の硝化速度を常時、確実に把握することができるので、その活性汚泥の活性状況、特に硝化細菌の硝化速度をも加味した送風量の設定が可能となり、送風量制御器を介して、送風量制御を的確に行うことができる。
(3) 送風量制御器を備えたことにより、上記４つの測定値に基づいて上記曝気槽へ送風する送風設備を適切に制御することができるので、上記曝気槽への送風量を適正に調整することができる。

本発明に係る排水処理装置によれば、アンモニア計を、曝気槽内における、曝気槽に流入する排水（被処理水）のアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置に配設することにより、被処理水による負荷変動が生じた場合においても、常に、制御に適したアンモニア性窒素濃度を計測することができる。

本発明に係る排水処理装置によれば、曝気槽に導入される被処理水量を測定する水量計を備えることにより、水量負荷を送風量制御に反映させることができるので、上記曝気槽の内部要因（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温）と外部要因（被処理水量）の双方から送風量の決定がなされ、より効率の高い制御が可能となる。

本発明に係る排水処理装置によれば、送風設備に送風機、空気供給管および空気量調整器を備えたことにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 曝気槽への送風量を適切に調整することができる。すなわち、曝気槽への送風量は被処理水の種類と被処理水量によって大きく異なるものであり、これに加えて、流入変動によって送風量の制御範囲と制御幅もより細かく設定する必要が生じるが、送風設備に送風機、空気供給管および空気量調整器を備えたことにより、これら構成機器に特有の送風能力を利用することができるので、必要な送風量となるように送風量を微調整することができ、また、各々の構成機器単独で、あるいは、それらを適宜組み合わせることにより、送風量制御に求められる幅広い制御範囲や細かい制御幅の送風（応答）が可能となる。
(2) 曝気槽内の被処理水中の溶存酸素濃度を低く維持するように送風量を制御することができる。この場合、活性汚泥内での小規模な無酸素領域における脱窒反応が進み易くなるため、送風量を削減できると共に、処理水の総窒素濃度を低減できる。
(3) また、排水処理装置の放流先の状況によっては、アンモニア性窒素をできるだけ低くすることが求められる場合もある。その場合においても、アンモニア性窒素の制御値を低く、硝酸性窒素の制御値を高く設定することにより、曝気槽から流出する処理水中のアンモニア性窒素濃度を低く制御することができる。

本発明に係る排水処理装置に用いる送風量制御器によれば、被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽における硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の測定値を入力する入力部と、上記４つの測定値に基づき、上記曝気槽への空気の供給量を決定する演算部と、決定した上記曝気槽への空気の供給量に基づき、上記曝気槽へ空気を送る送風設備へ制御信号を出力する出力部を備えることにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 上記４つの測定値に基づいて、送風量制御器により送風設備を適切に制御することで、好気性生物処理を適切に進行させて処理水の水質を安定化させることができる。
(2) 入力部に入力された上記４つの測定値に基づいて、演算部で決定された曝気槽への空気の供給量に関する制御信号を出力部から送風設備に対して出力することにより、送風設備が曝気状態に対する高い応答精度で、常に適正量の曝気を行うことができるので、無駄な送風を行わずに済み、排水処理装置で消費されるエネルギーを削減することができる。

本発明に係る排水処理方法によれば、曝気槽に被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行い、上記曝気槽内の硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温を測定し、上記４つの測定値に基づいて上記曝気槽への空気の供給量を決定し、上記曝気槽へ空気を送る送風設備を制御して上記曝気槽への空気の供給量を調整するように構成したことにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 曝気槽内への被処理水の流入水質や水量負荷の変動があっても、上記測定値から曝気槽内の被処理水中の酸素の存在形態と空気供給量の過不足を常時、確実に把握できるので、曝気を適正に制御できることから、処理水質を安定化させることができる。
(2) 上記測定値に基づいて、送風設備からの送風量や送風タイミングを常時、確実に把握できるので、無駄な送風を続ける必要がなく、排水処理装置で消費されるエネルギーを削減することができる。

本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 図２Ａに示した排水処理装置の曝気槽内の任意の計測点において計測された被処理水中のアンモニア性窒素濃度と曝気槽へ流入する被処理水中のアンモニア性窒素濃度との関係を百分率で表示したグラフである。 本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 ４つの区画に分けた曝気槽を有する排水処理装置を２つ併設し、各装置で異なる曝気処理を同時に行えるように構成した排水処理システムの配置構成を示す平面図である。 図９に示した排水処理システムを用いて行った、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例１）と、従来法による排水処理方法による送風量制御（比較例１）との比較を示すグラフである。 図９に示した排水処理システムを用いて行った、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例２）と、従来法による排水処理方法による送風量制御（比較例２）との比較を示すグラフである。 従来の排水処理方法による運転状況を示すグラフである。 本発明による排水処理方法による運転状況を示すグラフである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
この実施の形態１による排水処理装置Ｒは、被処理水Ｗ（処理対象となる排水）を導入すると共に空気を供給して、活性汚泥ＡＳの存在下で、被処理水Ｗと活性汚泥ＡＳの混合液Ｃに対して好気性生物処理を行う曝気槽１と、この曝気槽１内の混合液Ｃ中へ空気を供給して曝気する送風設備２と、上記曝気槽１内の混合液Ｃ中の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸計３と、上記曝気槽１内の混合液Ｃ中のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア計４と、上記曝気槽１内の混合液Ｃ中の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計５と、上記曝気槽１内の混合液Ｃの水温を測定する水温計６と、上記４つの測定値（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の各測定値）に基づいて、上記曝気槽１内の混合液Ｃ中への送風量を決定し、上記送風設備２へ制御信号を出力して送風量を制御する送風量制御器７とから概略構成されている。

曝気槽１内の底部には、送風設備２から、空気供給管２ａを通じて、空気の供給を受けて、混合液Ｃ中の活性汚泥ＡＳに酸素を供給する散気装置８が配設されている。この送風設備２から吐出された空気量は、空気供給管２内の配管抵抗や混合液Ｃ中へ供給される際に受ける水圧などにより減容するため、その減少幅を考慮した上で、散気装置８からの送風量が制御目標の送風量となるように、決められる。
なお、図１には、散気装置８が曝気槽１の被処理水流入側（以下、流入側という）に配設されているように示されているが、これに限定されるものではなく、混合液Ｃ中に対して十分な曝気処理が行える位置であれば、どの位置に配設されてもよい。ただし、曝気槽１の処理水流出側（以下、流出側という）にのみ散気装置８が配設される場合には、流入側での曝気処理が疎かになるため、混合液Ｃが十分な曝気処理が行われていない状態のまま、処理水となって流出する可能性を考慮すると、好ましくない。また、散気装置８としては、曝気槽１内の形状や深さ寸法等の条件に応じて、一つまたはそれ以上の設置個数を適宜選択することができる。さらに、設置個数が一つの場合であっても、複数に分岐したものや分岐部を有しない長尺のものなどを選択してもよい。

曝気槽１内には、散気装置８よりも流出側の位置に、流入側から流出側へ順に、水温計６、被処理水の水質を計測する水質計としての溶存酸素計５、アンモニア計４および硝酸計３が配設されている。
なお、この配設順は、水温が酸素の溶解性やアンモニア性窒素の硝化反応に影響を与えるため、溶存酸素濃度、アンモニア性窒素濃度および硝酸性窒素濃度をほぼ同一の水温で計測することを考慮して決められた一例であって、これに限定されるものではなく、溶存酸素濃度、アンモニア性窒素濃度および硝酸性窒素濃度をほぼ同一の水温で計測できるのであれば、どのような順で配設されてもよい。

水温計６は、送風量制御器７と電気的に接続されており、混合液Ｃの水温の測定値についての計測信号６ｓを送風量制御器７へ送信できるように構成されている。被処理水Ｗの水温は、季節変動などによって変化するものであるが、その水温の変化は、溶存酸素濃度を変化させ、活性汚泥ＡＳの活性状況、特に硝化細菌の硝化速度を変化させ、さらに、硝酸性窒素濃度およびアンモニア性窒素濃度をも変化させる点で、混合液Ｃの水質を把握する上で、重要な操作因子である。
なお、図１には、水温計６が混合液Ｃの水位と曝気槽１の底部との中間的な高さに配設されているように示されているが、水温の測定値が混合液Ｃ全体の代表値となる高さであれば、どのような高さに配設されてもよい。

溶存酸素計５は、送風量制御器７と電気的に接続されており、混合液Ｃ中の溶存酸素濃度の測定値についての計測信号５ｓを送風量制御器７へ送信できるように構成されている。溶存酸素濃度は、混合液Ｃに対して供給された空気量に比例するものではなく、空気中の分子状酸素が、混合液Ｃ中の汚濁成分の分解反応、有機性汚濁成分の二酸化炭素（ＣＯ_２）への分解反応、アンモニア性窒素の硝化（酸化）反応などに消費された結果、その残りの未消費分の分子状酸素が混合液Ｃ中に溶解した濃度を示すものである点で、混合液Ｃ中の曝気状態等を把握する上で、重要な操作因子である。
なお、図１には、溶存酸素計５が曝気槽１内の底部に配設されているように示されているが、これに限定されるものではなく、溶存酸素濃度の測定値が混合液Ｃ全体の代表値となる位置であれば、どのような位置に配設されてもよい。

硝酸計３は、送風量制御器７と電気的に接続されており、混合液Ｃ中の硝酸性窒素濃度の測定値についての計測信号３ｓを送風量制御器７へ送信できるように構成されている。硝酸性窒素濃度は、特に、アンモニア性窒素濃度との相対的関係において、アンモニア性窒素の硝化反応の進行状況を示すものであるから、混合液Ｃ中の窒素の存在状態を把握する上で、重要な操作因子である。
なお、図１には、硝酸計３が曝気槽１内の底部に配設されているように示されているが、これに限定されるものではなく、硝酸性窒素濃度の測定値が混合液Ｃ全体の代表値となる位置であれば、どのような位置に配設されてもよい。

アンモニア計４は、送風量制御器７と電気的に接続されており、混合液Ｃ中のアンモニア性窒素濃度の測定値についての計測信号４ｓを送風量制御器７へ送信できるように構成されている。アンモニア性窒素濃度は、上述したように、特に、硝酸性窒素濃度との相対的関係において、アンモニア性窒素の硝化反応の進行状況を示すものであるから、混合液Ｃ中の窒素の存在状態を把握する上で、重要な操作因子である。
なお、図１には、アンモニア計４が曝気槽１内の底部に配設されているように示されているが、これに限定されるものではなく、アンモニア性窒素濃度の測定値が混合液Ｃ全体の代表値となる位置であれば、どのような位置に配設されてもよい。
ここで、アンモニア性窒素濃度と硝酸性窒素濃度との密接な相対的関係を考慮すると、アンモニア計４は、上述の硝酸計３近傍の位置に配設されることが好ましい。

曝気槽１の外部には、送風設備２と電気的に接続し、かつ、硝酸計３、アンモニア計４、溶存酸素計５および水温計６とそれぞれ電気的に接続する送風量制御器７が配設されている。この送風量制御器７は、上記４つの測定値に基づいて、送風設備２からの送風量を制御するために、混合液Ｃ中における、硝酸性窒素濃度の計測信号３ｓ、アンモニア性窒素濃度の計測信号４ｓ、溶存酸素濃度の計測信号５ｓおよび水温の計測信号６ｓを入力する入力部７ａと、この入力部７ａに入力された上記４つの計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓで示された上記４つの測定値に基づいて、混合液Ｃの水温および水質の状態やその変化を把握し、目標の曝気状態に必要な送風量を後述の式１に従って演算して決定する演算部７ｂと、この演算部７ｂで決定された送風量に基づいて送風量を制御するための制御信号７ｓを送風設備２に出力する出力部７ｃとから概略構成されている。
なお、出力部７ｃから出力される制御信号７ｓは、この実施の形態１のように、１つの送風設備２を備える場合には、その送風設備２からの送風量を制御するための１つの制御信号に相当するものであり、また、２つ以上の送風設備２を備える場合には、各送風設備２を個別に制御するときは、それぞれに送信される２以上の制御信号に相当し、あるいは、各送風設備２を統括して制御するときは、１つの制御信号に相当するものであってもよい。
また、図１には、曝気槽１の上側に送風量制御器７が配設されているように示されているが、これは作図上の便宜によるものであり、これに限定されるものではなく、曝気槽１の外部であれば、どの位置に配設されてもよい。例えば、曝気槽１の外壁に送風量制御器７を取り付けた構成を採用した場合には、送風量制御器７との通信配線の引き廻し距離を短くすることができる。
さらに、送風設備２と送風量制御器７との接続、および、上述した硝酸計３等の各水質計と送風量制御器７との接続を電気配線によるものとしたが、このような電気的な接続に限定されるものではなく、制御信号および各計測信号を送信できる方式であれば、例えば、光学的な接続等であってもよく、また、無線通信による接続であってもよい。

次に、上述の排水処理装置Ｒを用いる排水処理方法について説明する。
被処理水Ｗは、曝気槽１の流入側に導入され、その中の有機物やアンモニアなどの汚濁成分が、曝気槽１内に存在する活性汚泥ＡＳや送風設備２から供給される空気と混合されることで、好気性条件下で、生物学的に分解され、これにより清浄な処理水となって曝気槽１の流出側から流出する。

この生物学的処理において、混合液Ｃの水温および水質によって変化する活性汚泥ＡＳの活性状態や曝気状態を示す指標としての硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温が、硝酸計３、アンモニア計４、溶存酸素計５および水温計６によって逐一、計測され、これらの測定値が計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓとして送風量制御器７の入力部７ａに送られ、その演算部７ｂにおいて、当該４つの測定値に基づいて、混合液Ｃ中に供給されるべき必要空気量が導き出され、その出力部７ｃから出力された制御信号７ｓによって送風設備２がフィードバック制御されることにより、常に、混合液Ｃの水温および水質やその変化に応じた送風量が制御される。

このとき、硝酸計３とアンモニア計４と溶存酸素計５と水温計６で計測された４つの測定値に基づいて、送風量制御器７により、例えば、一定の水温下において、混合液Ｃ中の溶存酸素濃度を低く維持しながら、アンモニア性窒素濃度を硝酸性窒素濃度よりも高くするように、送風量が制御される。
すなわち、送風設備２によって曝気槽１へ供給される空気中の酸素の形態は、分子状酸素（Ｏ_２）であるから、この分子状酸素が混合液Ｃ中の汚濁成分の分解に利用され、有機性汚濁成分は、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出される。
これと並行して、汚濁成分中に含まれるアンモニア性窒素は、活性汚泥ＡＳの増殖に用いられ、また硝化細菌によって硝化されて硝酸性窒素（酸化態窒素）となる。このため、酸化態窒素濃度とアンモニア性窒素濃度を比較することにより、アンモニアの硝化（酸化）反応の進行状況を把握することが可能となる。
酸化態窒素の一部は、活性汚泥ＡＳ中に存在する無酸素領域における脱窒反応により窒素ガス（Ｎ_２）に変換される。このように、曝気槽１へ供給される分子状酸素の一部は、アンモニア性窒素の硝化反応によって生成される硝酸性窒素に結合型酸素として取り込まれて消費される。また、未消費分の分子状酸素は、通常、混合液Ｃ中に溶解された状態となって溶存酸素濃度として計測される。
このように、酸化態窒素は、アンモニア性窒素が硝化されることにより生じるものであるから、窒素が酸化態窒素のままで曝気槽１内に留まる場合には、曝気槽１内の総窒素量は変わらない。つまり、窒素を最終的に窒素ガスとして放出する段階まで処理しない場合には、アンモニア性窒素の硝化反応に消費される酸素は、窒素の存在状態を変換するだけに使用されるため、その酸素を供給するための送風分は無駄となる。したがって、窒素量を基準とした場合に、アンモニア性窒素濃度が酸化態窒素濃度を上回る状態、すなわち、アンモニア性窒素の硝化反応が必要以上に進行しない状態に保つように、送風量を制御すれば、供給される空気中の酸素がアンモニアの硝化反応に無駄に使われずに済むため、送風量を必要最小限に制御できる。すなわち、硝酸計３は硝酸性窒素濃度を計測するものであるが、その硝酸性窒素濃度を上述のように結合型酸素の存在量として読み替えて送風量制御の一指標とすることにより、曝気槽１内の溶存酸素濃度のみを指標として曝気の送風量制御を行う従来の制御方法よりも、適正な送風量制御を行うことが可能となる。

このように、硝酸計３、アンモニア計４、溶存酸素計５および水温計６を備える場合に、一般に、酸素供給が適切に行われていれば、分子状酸素が上述のように消費されるので、曝気槽１の終端（流出部）から流出する処理水中の溶存酸素は低濃度（およそ０．２ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌ）となり、また窒素を基準として比較した場合に、硝酸性窒素濃度もアンモニア性窒素濃度と比較して低濃度となる。しかし、酸素供給が不足していると、アンモニア性窒素の硝化反応が進行しないため、アンモニア性窒素が存在する一方で、溶存酸素および硝酸性窒素は全く存在しない。逆に、酸素供給が過剰である場合には、溶存酸素濃度は中濃度から高濃度（およそ２ｍｇ／Ｌ〜５ｍｇ／Ｌ）までの間となり、窒素量を基準として比較した場合に、硝酸性窒素濃度はアンモニア性窒素濃度を上回る状態となる。

このようなアンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度および溶存酸素濃度の相関関係、並びに水温との関係を用いて、送風量を増減させて曝気制御を行う制御方法の例を以下の表１および表２に示す。
ここで、季節変動により水温が変化することを考慮して、表１は、水温が１５℃以上２５℃未満の比較的低い場合を示し、表２は、水温が２５℃以上の比較的高い場合を示している。表１および表２における上記各指標の濃度、水温および送風量の増減量を示す表示は、混合液Ｃ中の汚濁成分濃度、要求される処理水質、あるいは曝気風量制御を行っている施設の立地など、諸条件が異なる場合においても広く適用できるよう相対的な表現となっており、具体的な数値は個々の処理施設において適宜キャリブレーションを行って定めることになる。

ここで、表１および表２中の記号表示について説明する。
表２の下に示すように、「濃度表示」および「水温表示」は、下水を被処理水Ｗとした場合においてキャリブレーションを行った結果の一例である。まず、「濃度表示」における「−：非常に低い」、「＋：低い」および「＋＋：高い」の各表現は、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度および溶存酸素濃度の各指標における高低を示したものであり、各指標間での相対的な比較を意味するものではない。次に、「水温表示」における「−：低い」および「＋＋：高い」の各表現は、上述したように、２５℃を基準とした場合の高低を示したものである。よって、総合的な送風量の増減比率（ΔＱａ）は、表１および表２に示す各指標の測定値から指標ごとに送風量の増減の程度が得られ、下記の式１によって求められる。なお、式１による演算は、送風量制御器７の演算部７ｂで行われる。

ここで、式１中の（ＮＨ_４）、（ＮＯ_３）、（ＤＯｉ）および（Ｔｅｍｐ．）は、それぞれ、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の測定値であり、ｆ１、ｆ２、ｆ３およびｆ４は、各指標についての重み付けを示す因子である。これらの重み付けは、流入水の水質、水量、季節変動、あるいは流出処理水に要求される水質レベル等の種々の要因を加味して適宜決定される。なお、この実施の形態１の曝気槽１は、その内部を仕切っていないため、式１中のｉは１である。

次に、表１および表２を参照して、送風量の制御方法を説明する。
例えば、表２に示すように、水温が「高い」状態において、アンモニア性窒素濃度が「非常に低く」、硝酸性窒素濃度が「高く」、溶存酸素濃度が「低い」場合、アンモニア性窒素の硝化反応が進行しており、そのままの送風量を維持すると、さらに、溶存酸素濃度が上昇することになるため、送風量が過剰であったと判断して、送風量を「大きく減量」とする。
逆に、水温が「低い」場合には、表１に示すように、送風量を「少し減量」とする。これは、硝化反応は水温の影響を受けやすく、水温が低い状況において更なる硝化が進みにくい傾向にあることから、硝化反応による酸素消費の割合は少ないと判断し、水温が高い状況と比較してその分、送風量の減少を緩やかにする。これは、水温が「高い」状態で送風量を「大きく減量」とした場合に発生し得る、溶存酸素濃度の急激な低下を回避するためである。一旦、溶存酸素濃度が急激に低下すると、その溶存酸素濃度が適切なレベルに回復するまでの間、好気性微生物の活性状態が低下し続け、その好気性生物処理を適切に進行させることができなくなるため、処理水の水質の安定化を図れない。

このような送風量制御において、送風量の増減およびその加減の程度を判断するための指標として、互いに密接な相関関係を有する水温、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度および溶存酸素濃度の各測定値を利用することができるので、これらの測定値は、送風量制御器７への入力値としての妥当性あるものとなる。

なお、この実施の形態１では、処理槽として曝気槽１のみを含む排水処理装置Ｒについて説明したが、例えば、後述の実施の形態２等のように、曝気槽１の流出側に最終沈殿池を設け、この最終沈殿池の底部に重力沈殿により沈積し、かつ、良好な活性状態を維持する活性汚泥ＡＳ等の微生物を曝気槽１の流入側に返送する汚泥返送管を設けてもよい。このような構成により、活性汚泥ＡＳ等の微生物を曝気槽１内における曝気処理に再利用して、好気性生物処理を効率よく進行させることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、曝気槽１内の混合液Ｃに対して曝気する送風設備２と、硝酸計３と、アンモニア計４と、溶存酸素計５と、水温計６と、これらにより計測された硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の各測定値に基づいて、曝気槽１内の混合液Ｃ中への送風量を決定し、上記送風設備２へ制御信号を出力して上記送風設備２を制御する送風量制御器７を備えることにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 硝酸計３とアンモニア計４と溶存酸素計５により計測された３つの測定値から、曝気槽内の混合液Ｃ中の酸素の存在形態と空気供給量の過不足を常時、確実に把握することができる。これにより、好気性生物処理を適切に進行させて、得られる処理水の水質を安定化させることができるとともに、過剰量の空気の供給を回避できるので、その過剰分の送風に要する消費エネルギーを削減して省エネルギー化を図ることができる。
(2) 水温計６を備えたことにより、上記３つの測定値に加えて、水温の測定値から、混合液Ｃの水温の季節変動などによって変化する活性汚泥の活性状況、特に硝化細菌の硝化速度を常時、確実に把握することができるので、その活性汚泥ＡＳの活性状況、特に硝化細菌の硝化速度をも加味した送風量の設定が可能となり、送風量制御器７を介して、送風量制御を的確に行うことができる。
(3) 送風量制御器７を備えたことにより、上記４つの測定値に基づいて曝気槽１へ送風する送風設備２を適切に制御することができるので、曝気槽１への送風量を適正に調整することができる。

実施の形態２．
図２Ａは、本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示した排水処理装置の曝気槽内の任意の計測点において計測された被処理水中のアンモニア性窒素濃度と曝気槽へ流入する被処理水中のアンモニア性窒素濃度との関係を百分率で表示したグラフであり、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施の形態２による排水処理装置Ｒは、図２Ａに示すように、以下の点で、実施の形態１と異なる。
(1) 曝気槽１の内部が３つの仕切壁９、１０および１１により４つの区画（流入側から流出側へ順にＡＴ１、ＡＴ２、ＡＴ３およびＡＴ４）に仕切られている点。
(2) 唯一、第３区画ＡＴ３内に、硝酸計３、アンモニア計４および水温計６が配設されている点。
(3) ４つの区画ＡＴ１〜ＡＴ４の全てに、溶存酸素計５および散気装置８が配設されている点。

曝気槽１の第３区画ＡＴ３内には、その流入側の底部に散気装置８が配設され、その散気装置８の流出側に、流入側から流出側へ順に水温計６、溶存酸素計５、アンモニア計４および硝酸計３が配設されている。これにより、第３区画ＡＴ３内の同一環境において、水温、溶存酸素濃度、アンモニア性窒素濃度および硝酸性窒素濃度を計測して得られる。
また、４つの区画ＡＴ１〜ＡＴ４の全てに配設された溶存酸素計５および散気装置８により、曝気槽１全体で溶存酸素濃度が常に把握され、その上で、その測定値が送風量制御に利用される。

仕切壁９、１０および１１には、混合液Ｃの水面下の位置に、隣接する区画と連通するように形成され、混合液Ｃを移行させるための連通孔（図示せず）が設けられている。なお、この連通孔の大きさ、数、あるいは曝気槽１内の底部からの高さ位置等は、排水処理装置の種々の要因によって適宜決められる。また、この実施の形態２では、連通孔（図示せず）により混合液Ｃの隣接する区画への移行を行っているが、流入水の水量の大きな変動に対応する必要がある場合には、当該連通孔によるものに限らず、例えば仕切壁等の壁部に開口部を設け、その開口部の開口面積を上下動可能な仕切板で調節することで、混合液Ｃの水位の変動に対応しつつ、混合液Ｃの移行流量を調整してもよい。

この実施の形態２における送風設備２の空気供給管２ａには、ヘッダー管２ｂが接続されている。このヘッダー管２ｂは、第１区画ＡＴ１内に延在する分岐管２ｃと、第２区画ＡＴ２内に延在する分岐管２ｄと、第３区画ＡＴ３内に延在する分岐管２ｅと、第４区画ＡＴ４内に延在する分岐管２ｆを有しており、各分岐管を通じて各区画内に空気を分配している。なお、分岐管２ｃ〜２ｆには、例えば、後述の実施の形態４の変形例１のように、区画ごとに、きめ細かな曝気制御を行うための空気量調整用のバルブや空気流量計が設けられてもよい。

この実施の形態２における曝気槽１の流入側には、被処理水Ｗを一時的に貯留して重力沈殿を行うための最初沈殿池１２が配設されており、被処理水流入管１３を介して曝気槽１の第１区画ＡＴ１内に被処理水Ｗが流入するように構成されている。被処理水流入管１３内には、流入水中のアンモニア性窒素濃度を計測し、その測定値についての計測信号を送風量制御器７の入力部７ａに送信するように構成されたアンモニア計（図示せず）が配設されている。このアンモニア計（図示せず）によって計測されたアンモニア性窒素濃度は、後述するように、「曝気槽内アンモニア性窒素濃度」の基準値となる。なお、アンモニア計（図示せず）と送風量制御器７との接続は、電気的あるいは光学的なものであってもよい。

また、曝気槽１の流出側には、処理水移送管１４を介して、曝気槽１の第４区画ＡＴ４から越流した処理水を一時的に貯留して重力沈殿を行い、その上澄水を他の施設に流出させるか、あるいは河川等に排出させるための最終沈殿池１５が配設されている。この最終沈殿池１５の底部には、上記被処理水流入管１３へ延在する汚泥返送管１６が設けられている。この汚泥返送管１６は、最終沈殿池１５の底部に重力沈殿により沈積し、かつ、良好な活性状態を維持する活性汚泥ＡＳ等の微生物を上記被処理水流入管１３へ返送するためのものであり、活性汚泥ＡＳ等の微生物を曝気槽１内における曝気処理に再利用して、好気性生物処理を効率よく進行させることができる。

ここで、上述のように構成した実施の形態２による排水処理装置Ｒにおいて、アンモニア計４を第３区画ＡＴ３内に配設した理由は、第３区画ＡＴ３内のアンモニア性窒素濃度が、曝気槽１内に流入する被処理水Ｗのアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置であり、第３区画ＡＴ３内のアンモニア性窒素濃度の測定値を一つの指標とすることで、他の区画でのアンモニア性窒素濃度の測定値よりも送風量を適正に制御することが可能となるからである。
以下、その理由を、図２Ｂを参照して詳述する。
図２Ｂの縦軸は、「被処理水のアンモニア性窒素濃度」に対する「曝気槽内アンモニア性窒素濃度」の比（以下、「アンモニア性窒素濃度比」という）を百分率で示している。「被処理水のアンモニア性窒素濃度」は、被処理水流入管１３内の流入水中のアンモニア性窒素濃度を上記アンモニア計（図示せず）により計測した測定値である。「曝気槽内アンモニア性窒素濃度」は、図２Ａに示した曝気槽１の第３区画ＡＴ３内にアンモニア計４を配設する前に、全区画ＡＴ１〜ＡＴ４をそれぞれ計測点１〜４とした上で、各計測点の混合液Ｃ中に一時的に設置したアンモニア計（図示せず）によって計測して得られた事前調査用のアンモニア性窒素濃度の測定値である。一方、横軸は、曝気槽１の流入側から流出側へ順に計測点１〜４を並べて示したものである。図２Ｂ中の黒丸（●）は、各計測点における計測期間中の測定値を用いて算出されたアンモニア性窒素濃度比の平均値を示している。また、黒丸（●）の上方の横線（−）はアンモニア性窒素濃度比の最大値を示し、黒丸（●）の下方の横線（−）はアンモニア性窒素濃度比の最小値を示している。

混合液Ｃ中のアンモニア性窒素は、曝気槽１に被処理水Ｗが導入されると同時に硝化細菌による硝化反応が始まり、時間の経過（押出流れによって混合液Ｃが曝気槽１の流入部から流出部へ流れるまでに要する時間）に従って、好気性生物が自己増殖に伴って取り込む分を除いて硝酸性窒素に変換されるため、流出直前の処理水Ｗ中においてアンモニア性窒素濃度が最も低くなる。
送風量の制御を行う場合、図２Ｂ中の計測点１や２のように、被処理水Ｗの導入直後のアンモニア性窒素濃度を指標とすることは、その後のアンモニア性窒素の硝化反応が適切に行われているか否かを確認できない。また、処理が最も進んだ場所（例えば、図２Ｂ中の計測点４のような曝気槽１の流出部）におけるアンモニア性窒素濃度を指標とすることは、送風量が不十分であった場合、その段階で曝気制御を行っても、曝気処理が追い付かずに水質の悪い処理水を流出させることになり、逆に、送風量が過大であっても、アンモニア性窒素濃度の測定値が下げ止まりしているだけであるため、その測定値に基づいて送風量が過大であるとの判断ができず、不必要な送風を継続する原因となる。
よって、アンモニア計４の配設場所としては、アンモニア性窒素濃度の計測とその計測結果に基づいた送風量制御の応答（測定値に基づいて制御値が得られてから、制御信号７ｓにより送風設備２が制御され、散気装置８から供給された酸素が曝気槽１内の好気性生物に供給されるまでの時間）に十分に適した場所を選定する必要がある。しかし、流入水量や被処理水中の汚濁成分濃度は一定ではなく、日変動や季節変動を伴う。このため、曝気槽の同じ位置において計測したアンモニア性窒素濃度の測定値が同じであったとしても、同じ送風量制御を適用することが必ずしも最適であるとは判断できない。
したがって、アンモニア性窒素濃度比の百分率表示が５〜５０％に相当する濃度（以下、適正濃度範囲という）になる位置（以下、適正計測点という）にアンモニア計４を配設することによって、上記不具合が解消されて常に制御に最適な曝気槽１内のアンモニア挙動を得ることが可能となる。図２Ｂでは、計測点３におけるアンモニア性窒素濃度比の百分率表示が常に上述の適正濃度範囲に入るので、その計測点３が適正計測点となる。
なお、上述の適正濃度範囲を５〜５０％としたのは、５０％を上回ると、アンモニア性窒素の硝化反応が十分に進行していないと判断できるからであり、５％未満であれば、硝化反応が進み過ぎているものと判断できるからである。そして、適正計測点において計測されたアンモニア性窒素濃度の測定値は、送風量制御の一つの指標とされ、他の指標（水温、硝酸性窒素濃度および溶存酸素濃度の各測定値）と共に、送風量制御において、送風量の増減およびその加減の程度を判断する際に利用される。

次に、各計測点について、具体的に検討する。
まず、計測点１では、アンモニア性窒素濃度比の平均値が約４５％であり、その変動幅が約４０％〜約８０％であり、その変動幅の一部が上述の適正濃度範囲内に入る。しかし、この結果を評価すると、計測点１の第１区画ＡＴ１内では、混合液Ｃ中において、硝酸性窒素濃度は十分に低く、アンモニア性窒素の硝化反応はまだ進んでいないことから、曝気槽１全体で、アンモニア性窒素の硝化反応が適切に行われているか否かを確認できない。また、アンモニア性窒素濃度比の変動幅が大きく、かつ平均値が最小値側に偏っていることから、流入水の水質や水量等の変動の影響を受けていると判断することもできる。よって、これらの評価を総合的に勘案すると、この計測点１を適正計測点とすることはできない。

計測点２では、アンモニア性窒素濃度比の平均値が約３５％程度であり、その変動幅が約２５％〜約６０％であり、その変動幅の一部が上述の適正濃度範囲内に入る。しかし、この結果を評価すると、上記計測点１とほぼ同様に、計測点２の第２区画ＡＴ２内でも、混合液Ｃ中において、硝酸性窒素濃度は十分に低く、アンモニア性窒素の硝化反応はまだ進んでいないことから、曝気槽１全体で、アンモニア性窒素の硝化反応が適切に行われているか否かを確認できない。また、アンモニア性窒素濃度比の変動幅が大きく、かつ平均値が最小値側に偏っていることから、この計測点２でも、上記計測点１と同様に、流入水の水質や水量等の変動の影響を受けていると判断することができる。よって、これらの評価を総合的に勘案すると、この計測点２も適正計測点とすることはできない。

計測点３では、アンモニア性窒素濃度比の平均値が約２５％程度であり、その変動幅が約５％〜約４０％であり、その変動幅の全体が上述の適正濃度範囲内に入る。さらに、この結果を評価すると、上記計測点１および２とは異なり、計測点３の第３区画ＡＴ３内では、混合液Ｃ中において、硝酸性窒素濃度は十分に高く、アンモニア性窒素の硝化反応は十分に進んでいることから、曝気槽１全体で、アンモニア性窒素の硝化反応が適切に行われていることを確認できる。また、アンモニア性窒素濃度比の変動幅が比較的小さく、かつ平均値が最小値と最大値の中間点にあって、平均値に偏り傾向が見られないことから、流入水の水質や水量等の変動の影響をあまり受けていないと判断することができる。さらに、流入水の水質や水量等に変動があったとしても、次の第４区画ＡＴ４において、混合液Ｃに対する送風量を制御することで、処理水の安定化を図ることができる。よって、これらの評価を総合的に勘案すると、この計測点３を適正計測点とすることができる。

計測点４では、アンモニア性窒素濃度比の平均値が約５％程度であり、その変動幅が約１％〜約１５％であり、その変動幅の一部が上述の適正濃度範囲内に入る。しかし、この結果を評価すると、特に５％未満の場合では、アンモニアの硝化が進み過ぎており、硝酸性窒素濃度は十分に高くなっていると判断することができる。また、上記計測点３よりも、アンモニア性窒素濃度比の変動幅が小さく、平均値に偏り傾向が見られないことから、流入水の水質や水量等の変動の影響を受けていないと判断することができるが、曝気槽１の流出側の第４区画ＡＴ４にある計測点４では、流入水の水質や水量等に変動があった場合に、この計測点４でのアンモニア性窒素濃度比に基づいて、混合液Ｃに対する送風量を制御しても、十分な送風量を供給できないため、処理水の安定化を図ることができないおそれがある。よって、これらの評価を総合的に勘案すると、この計測点４を適正計測点とすることはできない。

上記のような実験結果およびその評価に基づき、この実施の形態２では、上記計測点３を適正計測点とし、図２Ａに示すように、計測点３に相当する第３区画ＡＴ３内にアンモニア計４を配設している。

次に、排水処理方法における送風量の制御方法を説明する。
まず、第３区画ＡＴ３内の硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の各測定値と、第３区画ＡＴ３以外の他の区画内の溶存酸素濃度の測定値が計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓとして送風量制御器７の入力部７ａに送られ、その演算部７ｂにおいて、上述の式１を利用して、上記４つの測定値に基づく必要空気量が演算され、その出力部７ｃから出力された制御信号７ｓによって送風設備２がフィードバック制御され、常に、混合液Ｃの水温および水質やその変化に応じた送風量が制御される。なお、この実施の形態２では、曝気槽１を４つの区画に仕切っているため、送風量制御に使用される上記式１中のｉは４である。

次に、上述の表１および表２を参照して、送風量制御について、より具体的に説明する。
例えば、表２に示すように、第３区画ＡＴ３内において、水温が「高い」状態において、アンモニア性窒素濃度が「非常に低く」、硝酸性窒素濃度が「高く」、溶存酸素濃度が「低い」場合、アンモニア性窒素の硝化反応は十分に進行しており、そのままの送風量を維持すると、さらに、溶存酸素濃度が上昇することになるため、送風量が過剰であったと判断して、全区画内の散気装置８からの送風量を「大きく減量」とする。

逆に、第３区画ＡＴ３内の水温が「低い」場合には、表１に示すように、送風量を「少し減量」とする。これは、硝化反応は水温の影響を受けやすく、水温が低い状況において更なる硝化が進みにくい傾向にあることから、硝化反応による酸素消費の割合は少ないと判断し、水温が高い状況と比較してその分、全区画内の散気装置８からの送風量の減少を緩やかにする。

一方で、排水処理施設として脱窒設備を設けていない場合においても、活性汚泥ＡＳが形成するフロック内できわめて小規模な無酸素領域において脱窒反応が進むことで得られる硝酸性窒素が窒素ガスとなって系外に放出される結果、アンモニア性窒素濃度比の百分率表示が低くなる場合もある。このような場合においても、計測点３を適正計測点とし、第３区画ＡＴ３内に、硝酸計３、アンモニア計４および水温計６を配設することが好ましい。すなわち、第３区画ＡＴ３内において、水温計６により混合液Ｃの水温を知るとともに、その水温下で、硝酸計３により硝酸性窒素濃度の変化とアンモニア計４によりアンモニア性窒素濃度の変化を知ることができるので、上述の脱窒反応の進行状況を把握することができ、送風量を必要に応じて適宜、調節することができる。

なお、この実施の形態２では、計測点３を適正計測点としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、計測点１や２のような、アンモニア性窒素濃度比の百分率表示の最大値が適正濃度範囲の上限である５０％を超える計測点であっても、その頻度が曝気制御に影響を与えることのないほど低く、アンモニア性窒素濃度比の百分率表示が実質的に５〜５０％の適正濃度範囲内に入るのであれば、そのような計測点を適正計測点としてもよい。
この適正計測点は、例えば、曝気槽の区画数、規模等の種々の要因によって異なるため、排水処理施設ごとに設定される。つまり、例えば曝気槽が５つの区画に仕切られているような場合、仮に、流入側から数えて４番目の区画におけるアンモニア性窒素濃度比の百分率表示が適正濃度範囲に入るのであれば、その区画を適正計測点とすることができる。また、適正計測点が複数ある場合には、計測の容易性等の他の観点から、そのうちの少なくとも１箇所を実際の計測点として選択することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、アンモニア計４を、曝気槽１における、被処理水Ｗのアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置（適正計測点）に配設したことにより、上述の実施の形態１による効果に加えて、アンモニア計４によって計測されたアンモニア性窒素濃度の測定値に基づいて算出されるアンモニア性窒素濃度比から曝気槽１の第３区画ＡＴ３内における脱窒反応の進行状況を把握した上で、混合液Ｃに対する曝気送風量を調節できるので、好気性生物処理を安定して行うことができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２Ａと同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態３による排水処理装置Ｒは、以下の点で、実施の形態２と異なる。
(1) 被処理水流入管１３に、流入水量を計測する水量計１７を設けた点。
(2) 水量計１７と送風量制御器７とを電気的に接続した点。

この実施の形態３では、水量計１７によって計測された流入水量（被処理水量）の測定値についての計測信号１７ｓが送風量制御器７の入力部７ａに入力されるように構成されている。これにより、送風量制御器７の演算部７ｂでは、上述した内部要因（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度、水温の各測定値）についての計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓと、外部要因（流入水量の測定値）についての計測信号７ｓを含む、これら５つの測定値に基づいて、後述の式２に従って演算処理を行って送風量を決定することができる。また、水量計１７により計測された流入水量の測定値に基づいて、曝気槽１での水理学的滞留時間および汚濁負荷の変化を常に把握することができる。これによって、曝気槽１での好気性生物および汚濁成分との接触時間、換言すれば、好気性生物による汚濁成分の吸収分解の変化とその変化が曝気槽１内に現れるまでの時間遅れを新たな指標として送風量制御に加えることができ、より効率の良い水処理が可能となる。
すなわち、曝気槽１への流入水量に変化がある場合（水量負荷変動）、これに伴って、曝気槽１での汚濁成分の流入量および滞留時間が変動するため、曝気槽１内の好気性生物による汚濁成分の吸収分解量や速度に変化が生じる。また、この変化は被処理水量が変化してから曝気槽１にその影響が出るまでに時間差を伴って生じる。このため、被処理水量に変化が生じる以前の内部要因のみで送風量の決定が行われると、時間差をおいて生じる好気性生物による汚濁成分の吸収分解量や速度の変動に対応できない。したがって、被処理水量を測定する水量計１７を備えることにより、曝気槽１内の好気性生物による汚濁成分の吸収分解量や速度の変化や、その変化が曝気槽１内において顕在化するまでの時間についても加味した送風量制御を行うことが可能となる。

このように、流入水量の測定値を送風量制御に組み込むことにより、総合的な送風量の増減比率（ΔＱａ）は、表３および表４に示す各指標の測定値から指標ごとに送風量の増減の程度が得られ、下記の式２によって求められる。表３および表４並びに式２は、上記した表１および表２並びに式１について、流入水量（被処理水量）の測定値を加えたものである。

表３および表４において、流入水量（被処理水量）の表示は、設計水量に対する割合（百分率）としている。これは、ほとんどの排水処理装置が個別の設計水量（設計上１日で処理する量と定めた水量）によって設計されているため、どの排水処理装置においても、本発明を適用できる表示形式としている。なお、表３および表４中の記号表示は、上述した表１および表２中の記号表示と同一であるので、その説明を省略する。

ここで、式２中の（Ｑ_Ｉｎ）は、流入水量（被処理水量）の測定値であり、ｆ５はその測定値についての重み付けを示す因子であり、その他の因子は上記式１と同じである。なお、この実施の形態３では、実施の形態２と同様に、曝気槽１を４つの区画に仕切っているため、送風量制御に使用される上記式２中のｉは４である。

次に、排水処理方法について説明する。
被処理水Ｗは、例えば、一日のうちでも生活排水の影響により水量が急激に増加する時間帯があり（日変動）、その際には水温や水質も変化する。また、被処理水Ｗの水温や水質は、年間を通じてみれば、大きく季節変動する。
このような被処理水Ｗの水量変化（水量負荷変動）に対応するために、時間帯や季節等によって変動する被処理水Ｗの水量、水質および水温によって変化する活性汚泥ＡＳの活性状態を示す指標としての硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度、水温および流入水量を、硝酸計３、アンモニア計４、溶存酸素計５、水温計６および水量計１７を用いて逐次、計測し、これらの測定値が送風量制御器７の入力部７ａに送られ、その演算部７ｂにおいて、当該５つの測定値に基づいて、上記式２に従って混合液Ｃ中に供給されるべき必要空気量が導き出され、その出力部７ｃから出力された制御信号７ｓによって送風設備２が制御されることにより、混合液Ｃに対する曝気制御が適正に行われる。

次に、上述の表３および表４を参照して、送風量制御を、より具体的に説明する。
例えば、表４に示すように、第３区画ＡＴ３内において、水温が「高い」状態において、アンモニア性窒素濃度が「低く」、硝酸性窒素濃度が「高く」、溶存酸素濃度が「低い」場合、被処理水量が「中」の状態であれば、その時点での送風量に過不足はないと判断して、全区画内の散気装置８からの送風量を「現状維持」とする。

ここで、水温によって、送風量制御が異なる場合について説明する。
例えば、表４に示すように、水温が「高い」状態において、アンモニア性窒素濃度が「低く」、硝酸性窒素濃度が「低く」、溶存酸素濃度が「低く」、被処理水量が「中」の状態であれば、酸素不足が生じてくる可能性があると判断して、送風量を「少し増量」とする。
逆に、これと同一の状態において、水温が「低い」場合には、表３に示すように、送風量を「現状維持」とする。これは、硝化反応は水温の影響を受けやすく、水温が低い状況において更なる硝化が進みにくい傾向にあることから、硝化反応による酸素消費の割合は少ないと判断したことによる。

なお、この実施の形態３では、水量計１７と送風量制御器７とを電気的に接続しているが、これに限定されるものではなく、水量計１７からの計測信号１７ｓを送風量制御器７の入力部７ａに送信できるのであれば、例えば光学的な接続等の他の方法によって計測信号１７ｓを送信するようにしてもよい。

以上のように、実施の形態３によれば、被処理水流入管１３に水量計１７を設け、この水量計１７と送風量制御器７とを電気的に接続するように構成したので、上述の実施の形態２による効果に加えて、水量計１７により計測された流入水量（被処理水量）の測定値に基づいて、曝気槽１での水理学的滞留時間および汚濁負荷の変化を常に把握することができることから、曝気槽１での好気性生物による汚濁成分の吸収分解の変化とその変化が曝気槽１に現れるまでの時間遅れを新たな指標として、送風量制御に加えることができ、より効率の良い水処理が可能となる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４による排水処理装置Ｒは、送風設備２に、送風機１８、空気供給管２ａおよび空気量調整器１９を備えた点で、実施の形態１と異なる。

送風機１８は、回転モータ１８ａと空気圧縮部１８ｂとから概略構成されており、送風量制御器７からの制御信号７ｓにより駆動制御されることで、回転モータ１８ａの回転力を空気圧縮部１８ｂのステータ（図示せず）内のロータ（図示せず）の回転運動に変換し、ステータとロータとの間に形成される空間内に取り入れた外部空気を圧縮し、ステータとロータとの間に形成される空間の容積で定まる一定量の圧縮空気を空気吐出口１８ｃから吐出できる定量性のある容積型ルーツブロアである。空気吐出口１８ｃには、空気供給管２ａの一端が接続されており、その他端は、散気装置８に接続されている。この空気供給管２ａには、空気量調整器１９が設けられている。この空気量調整器１９は、送風量制御器７からの制御信号７ｓにより制御されて、空気供給管２ａ内の流路の開口面積を調節することで空気流量を微調整できるものである。空気量調整器１９としては、例えば電磁開閉式バルブ等のバルブを挙げることができるが、これに限定されるものではなく、空気流量を微調整できるものであれば、どのような空気量調整手段であってもよい。

この実施の形態４では、送風機１８の空気吐出口１８ｃから空気供給管２ａに空気が送風され、空気量調整器１９により空気流量が所定量に微調整された上で、散気装置８に送られ、曝気槽１内の混合液Ｃ中に酸素が供給される。送風量は、送風機１８によって幅広く調整され、空気量調整器１９によって微調整がなされる。これによって、送風量制御器７からの制御信号７ｓによる、きめ細かい送風量制御指令への追従が可能となる。

なお、この実施の形態４では、図３に示したような最初沈殿池、被処理水流入管、水量計、処理水移送管、最終沈殿池、および汚泥返送管等を設けていないが、この実施の形態４においても、当該最初沈殿池等の設備を設けてもよい。また、例えば、実施の形態２等のように、曝気槽１内を複数の区画に仕切った構成としてもよい。

以上のように、実施の形態４によれば、送風設備２に、送風機１８、空気供給管２ａおよび空気量調整器１９を備えたことにより、上述の実施の形態１による効果に加えて、送風量制御器７からの制御信号７ｓによって曝気槽１内の混合液Ｃに対する空気供給量を、送風機１８によって幅広く調整し、空気量調整器１９によって微調整することができるので、曝気槽１内の混合液Ｃの水質（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度および溶存酸素濃度）および水温の各測定値に基づく、きめ細かい送風量制御指令に対応して迅速な曝気処理を行うことができることから、混合液Ｃ中の活性汚泥ＡＳに必要量の酸素を適切なタイミングで供給することができる。

実施の形態４の変形例１．
図５は、本発明の実施の形態４の変形例１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図１および図２Ａ等と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４の変形例１による排水処理装置Ｒは、図４に示した構成を、例えば図２Ａに示したような曝気槽１内を４区画に仕切った構成に適用したものである。

この変形例１における空気量調整器１９は、送風量制御器７からの制御信号７ｓにより制御されて、空気供給管２ａ内の流路の開口面積を調節することで空気流量を調整するバルブ１９ａと、上記空気供給管２ａ内の空気流量を計測する空気流量計１９ｂとから概略構成されている。バルブ１９ａは、送風量制御器７の出力部７ｃと電気的に接続されており、送風量制御器７からの制御信号７ｓを受信することができる。また、空気流量計１９ｂは、送風量制御器７の入力部７ａと電気的に接続されており、空気流量の測定値についての計測信号２ｓを送風量制御器７へ送信することができる。

また、ヘッダー管２ｂから分岐した分岐管２ｃ〜２ｆには、それぞれ、バルブ１９ａと空気流量計１９ｂを備えた空気量調整器１９が設けられており、これらの各空気量調整器１９においても、バルブ１９ａが、送風量制御器７の出力部７ｃと電気的に接続されており、また、空気流量計１９ｂが送風量制御器７の入力部７ａと電気的に接続されている。これにより、送風量制御器７は、バルブ１９ａへの制御信号７ｓの送信と、空気流量計１９ｂからの計測信号２ｓの受信を行うことができる。

このような構成の変形例１では、送風機２から送り出された空気が、全区画ＡＴ１〜ＡＴ４に必要と判断された全空気量となるように、送風量制御器７により制御されたバルブ１９ａによって微調整された上で、ヘッダー管２ｂに送り込まれる。このヘッダー管２ｂからの空気は、分岐管２ｃ〜２ｆを通じて、各区画にそれぞれ分配され、各区画内における曝気処理に利用される。このとき、ヘッダー管２ｂに至る前の空気供給管２ａ内の空気流量と、ヘッダー管２ｂから分配された後の各分岐管内の空気流量は、それぞれ個別の空気流量計１９ｂにより計測され、その測定値は計測信号２ｓとして流量制御器７へ送信される。この計測信号２ｓは、流量制御器７の演算部７ｂにおいて、他の計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓとともに演算に供された上で、曝気槽１全体への全空気供給量および各区画内への個別の空気供給量が決定される。この決定された全空気供給量については、制御信号７ｓが送風設備２の送風機１８およびバルブ１９ａへ送信されることにより、ヘッダー管２ｂへの空気供給量が必要な全空気供給量となるように当該送風機１８およびバルブ１９ａが制御される。
また、決定された個別の空気供給量については、やはり、制御信号７ｓが各区画のバルブ１９ａへ送信されることにより、各区画への空気供給量が必要な個別の空気供給量となるように当該バルブ１９ａが制御される。このようなフィードバック制御により、全空気供給量および個別の空気供給量が必要な空気供給量に調整される。

なお、この実施の形態４の変形例１では、空気量調整器１９を送風機１８とは別体に設けたが、この送風機１８に空気量調整器１９を内蔵させてもよい。また、この変形例１では、図３に示したような最初沈殿池、被処理水流入管、水量計、処理水移送管、最終沈殿池、および汚泥返送管等を設けていないが、この変形例１においても、当該最初沈殿池等の設備を設けてもよい。

以上のように、実施の形態４の変形例１によれば、送風設備２の空気量調整器１９をバルブ１９ａと空気流量計１９ｂとから構成したことにより、曝気槽１全体に必要な空気供給量をヘッダー管２ｂに送り出すことができる。これにより、送風機１８からの空気供給量を曝気槽１全体に必要な空気供給量に調整することができるので、空気の過剰供給などの無駄による過大なエネルギー消費を省くことができる。

また、実施の形態４の変形例１によれば、分岐管２ｃ〜２ｆごとに、バルブ１９ａおよび空気流量計１９ｂを備えたことにより、各区画内への個別の空気供給量を必要な空気供給量に調整することができるので、送風量制御器７によるきめ細かな送風量の制御を適正に行うことができる。

実施の形態４の変形例２．
図６は、本発明の実施の形態４の変形例２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図４と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４の変形例２による排水処理装置Ｒは、以下の点で、図４に示した実施の形態４と異なる。
(1) 送風設備２に、吸入空気量を調節する空気量調整器を内蔵したタイプの送風機２０を備えた点。
(2) 送風設備２に、空気流量計２１を備えた点。

送風機２０は、ロータリー式の空気圧縮機であり、その空気取入れ口２０ａにインレットベーン（可動翼）２０ｂを取り付け、その角度を適宜変えることで、回転可能なインペラ（羽根車：図示せず）の吸入空気量を調整した上で、その吸入空気を圧縮するものである。インレットベーン２０ｂは、空気取入れ口２０ａの開口部分を無段階に開閉するもので、その開閉の程度を送風量制御器７からの制御信号７ｓによって加減することで吸入空気量を調節できるので、その結果として送風量を調節できることから、送風設備２の空気量調整器として機能することができる。また、インレットベーン２０ｂは、空気取入れ口２０ａにおいて、大気圧の空気の流量を調節するものであるため、図４に示した空気量調整器１９や図５に示したバルブ１９ａのように、加圧された空気の流量を調整する場合と比べて、空気の圧力に抗して可動させるのに必要な動力を低く抑えることができることから、消費エネルギーを削減することができる。

空気供給管２ａには、空気吐出口２０ｃから吐出された空気の流量を計測する空気流量計２１が設けられている。この空気流量計２１は、図５に示した実施の形態４の変形例１における空気流量計１９ｂと同様に、送風量制御器７の入力部７ａと電気的に接続されており、空気流量の測定値についての計測信号２ｓを送風量制御器７へ送信することができる。送信された計測信号２ｓを送風量制御器７の演算部７ｂにおいて、他の計測信号３ｓ、４ｓ、５ｓおよび６ｓとともに演算に供された上で、曝気槽１への空気供給量が決定され、出力部７ｃからの制御信号７ｓにより送風機２０のインレットベーン２０ｂの動作が制御されることで、吐出空気量が決定された空気供給量となるように調整される。このようなフィードバック制御により、曝気槽１内の混合液Ｃに対する、きめ細かな送風量制御を行うことができる。

なお、この実施の形態４の変形例２では、図３に示したような最初沈殿池、被処理水流入管、水量計、処理水移送管、最終沈殿池、および汚泥返送管等を設けていないが、この変形例２においても、当該最初沈殿池等の設備を設けてもよい。また、例えば、図５に示すように、曝気槽１内を複数個に仕切った構成としてもよい。さらに、この変形例２では、送風設備２に１台の送風機２０を設けているが、施設規模等に応じて、複数台の送風機２０を設けてもよく、また、図４等に示した送風機１８と適宜組み合わせて送風設備２を構成してもよい。

以上のように、実施の形態４の変形例２によれば、送風設備２に、吸入空気量を調節する空気量調整器を内蔵したタイプの送風機２０と、この送風機２０の空気吐出口２０ｃから吐出された空気の流量を計測する空気流量計２１を備えたことにより、以下のような優れた効果を奏することができる。
(1) 吸入空気量を調節できる送風機２０を備えたことにより、空気量調整器を別に設ける必要がなく、送風設備２のコンパクト化を図ることができるとともに、圧縮前の空気の流量を調節することができることから、圧縮された加圧空気の流量を調節する場合と比べて、消費エネルギーを削減することができる。
(2) 空気流量計２１を備えたことにより、送風機２０の空気吐出口２０ｃから吐出された空気の流量を常に計測することができるので、曝気槽１内の混合液Ｃに対する送風量を常に把握することができる。
(3) 送風量制御器７と送風機２０と空気流量計２１を組み合わせたことにより、送風機２０からの吐出空気量が空気流量計２１により計測され、その計測信号２ｓが送風量制御器７に送信され、その測定値に基づいて決定された必要な空気供給量となるように、送風量制御器７からの制御信号７ｓにより送風機２０のインレットベーン２０ｂの動作を制御することで上記吐出空気量を調整することができる。

実施の形態４の変形例３．
図７は、本発明の実施の形態４の変形例３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図４等と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４の変形例３による排水処理装置Ｒは、以下の点で、図４に示した実施の形態４と異なる。
(1) 送風設備２の送風機１８の回転モータ１８ａの回転数を送風量制御器７により制御するように構成した点。
(2) 送風設備２に、図６に示した実施の形態４の変形例２と同様に、空気流量計２１を備えた点。

送風機１８は、空気圧縮部１８ｂのステータ（図示せず）とロータ（図示せず）との間に形成される空間の容積で定まる一定量の圧縮空気を吐出できる定量性のある容積型ルーツブロアである。このタイプの送風機１８の場合、送風量制御器７からの制御信号７ｓを回転数制御信号として回転モータ１８ａへ送信して、回転モータ１８ａの回転数を変えることで、吐出空気量を調節することができるとともに、回転モータ１８ａの回転数を無段階に制御できるので、曝気槽１内の混合液Ｃに対するきめ細かな送風量制御を行うことができる。また、空気流量計２１は、送風量制御器７と組み合わせることにより、例えば、図６に示した実施の形態４の変形例２と同様に、フィードバック制御を行うことができるので、適切な送風量制御を行なうことができる。

なお、この変形例３では、図３に示したような最初沈殿池、被処理水流入管、水量計、処理水移送管、最終沈殿池、および汚泥返送管等を設けていないが、この変形例３においても、当該最初沈殿池等の設備をさらに設けてもよい。また、例えば、図５に示すように、曝気槽１内を複数個に仕切った構成としてもよい。さらに、この変形例３では、送風設備２に１台の送風機１８を設けているが、施設規模等に応じて、複数台の送風機１８を設けてもよく、また、図６に示した送風機２０と適宜組み合わせて送風設備２を構成してもよい。

以上のように、この実施の形態４の変形例３によれば、送風設備２の送風機１８の回転モータ１８ａの回転数を送風量制御器７により制御するように構成したので、定量性のある容積型の送風機１８の回転モータ１８ａの回転数を制御することにより、吐出空気量を調節することができるとともに、回転モータ１８ａの回転数を無段階に制御できるので、曝気槽１内の混合液Ｃに対するきめ細かな送風量制御を行うことができる。

実施の形態４の変形例４．
図８は、本発明の実施の形態４の変形例４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図４と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４の変形例４による排水処理装置Ｒは、以下の点で、図４に示した実施の形態４と異なる。
(1) 送風設備２に、２台の送風機１８を備えた点。
(2) ２台の送風機１８の稼動を送風量制御器７により制御するように構成した点。

この実施の形態４の変形例４では、１台の送風機１８の空気吐出口１８ｃと散気装置８を接続する空気供給管２ａの途中に、他の１台の送風機１８の空気吐出口１８ｃから吐出される空気を導入できるように構成されている。また、２台の送風機１８は、これらに共通の送風設備２の電源装置（図示せず）により、個別にオン／オフされるように構成されており、送風量制御器７からの台数制御信号として出力される制御信号７ｓにより、送風設備２の電源装置（図示せず）を介して、２台の送風機１８を同時に、あるいは、個別に稼働されるように構成されている。ここで、２台の送風機１８を、送風能力の異なる別のタイプを組み合わせて構成すれば、より細かな送風量を得ることができるので、送風量を微調整することができる。

なお、この変形例４では、送風機１８を２台としたが、これに限定されるものではなく、３台以上の送風機１８を送風設備２に備えてもよい。また、送風量調整器７により送風機１８の台数制御を行ったが、この台数制御に加えて、少なくとも１台の送風機１８について、図７に示した実施の形態４の変形例３のように、回転モータの回転数を制御する回転数制御を併せて行ってもよい。この場合、回転数制御を併せて行うことにより、送風量の微調整から送風量の大幅な増減までを幅広くカバーした送風制御を行うことができる。さらに、２台の送風機１８の電源をオン／オフすることにより、台数制御を行ったが、これに限定されるものではなく、このような台数制御に代えて、例えば、空気供給管２ａに送風機１８ごとのバルブ（図示せず）を設け、このバルブ（図示せず）の開閉を切り替えることにより、実質的な台数制御を行って送風量を調整するようにしてもよい。

以上のように、実施の形態４の変形例４によれば、送風設備２に、２台の送風機１８を備え、これらの稼動を送風量制御器７により制御するように構成したので、送風量制御器７からの台数制御信号（制御信号７ｓ）を送風設備２へ送信することにより、送風機１８の運転台数を制御できるので、より幅の広い送風制御を行うことができる。

次に、図９を参照して、後述の実験例１および実験例２で用いる排水処理システムについて説明する。
図９は、４つの区画に分けた曝気槽を有する排水処理装置を２つ併設し、各装置で異なる曝気処理を同時に行えるように構成した排水処理システムの配置構成を示す平面図である。
なお、後述の実験例１で用いる排水処理システムは、図２Ａに示した実施の形態２による排水処理装置Ｒから構成されている。また、後述の実験例２では、実験例１の送風量制御で使用される４つの測定値（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温）に加えて、流入水量（被処理水量）の測定値を送風量制御の指標とするものであるので、後述の実験例２で用いる排水処理システムは、図３に示した実施の形態３による排水処理装置Ｒから構成されている。

この排水処理システムにおける一方の排水処理装置Ｒの曝気槽１は、区画ＡＴ１〜ＡＴ４に仕切られており、この排水処理装置Ｒでは、後述の実験例１および実験例２で、本発明の排水処理方法を行うため、この排水処理装置Ｒを「実施系列」と呼ぶ。また、他方の排水処理装置Ｒの曝気槽１は、区画ａｔ１〜ａｔ４に仕切られており、この排水処理装置Ｒでは、上記実施系列に対する比較対照として、従来法（溶存酸素濃度制御法）による送風量制御を行うため、この排水処理装置Ｒを「比較対照系列」と呼ぶ。

このような排水処理システムにおける最初沈殿池１２および最終沈殿池１５は、図９に示すように、上記両系列に共通の設備として設けられている。最初沈殿池１２は、流入側の施設の分配槽から移送される被処理水を４つの沈殿池（第１池１２ａ、第２池１２ｂ、第３池１２ｃおよび第４池１２ｄ）を備えている。各池からの被処理水は、被処理水流入管１３に集められ、曝気槽１近傍に設けられた分配槽２２により、実施系列の曝気槽１の第１区画ＡＴ１と、比較対照系列の曝気槽１の第１区画ａｔ１へ、ほぼ等量ずつに分配される。この分配により、上記両系列への流入水は、その水質、水量および水温の点で、ほぼ同一である。このように分配されて各曝気槽１内に流入した被処理水は、実施系列では、曝気槽１内の区画をＡＴ１、ＡＴ２、ＡＴ３、ＡＴ４の順に流れて曝気処理を受け、また、比較対照系列では、曝気槽１内の区画をａｔ１、ａｔ２、ａｔ３、ａｔ４の順に流れて曝気処理を受ける。曝気処理を終えた被処理水（処理水）は、上記系列ごとの処理水移送管１４を経て、両系列に共通の最終沈殿池１５へ移送される。なお、図９中の矢印は、被処理水および処理水の流れ方向を示している。

また、後述の実験例１で用いる排水処理システムには、上記系列ごとに、送風設備２、硝酸計３等の各水質計、送風量調整器７、散気装置８および汚泥返送管１６等、図２Ａに示した各構成要素が設けられているが、作図上の便宜のため、図９への図示を省略している。また、後述の実験例２で用いる排水処理システムには、さらに水量計１７等、図３に示した各構成要素が設けられているが、これらについても、その図示を省略している。

実験例１．（実施例１および比較例１）
この実験例１は、上記実施系列において、本発明の実施の形態２による排水処理方法に基づく送風量制御（実施例１：後述の「切替期間」および「実施期間」のみ）と、これと同時に、また同じ被処理水を用いて、上記比較対照系列において、溶存酸素濃度を指標とする従来の溶存酸素濃度制御法に基づく送風量制御（比較例１：全期間）を行い、両者の送風量制御による効果を相互比較するものである。

図１０は、図９に示した排水処理システムを用いて行った、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例１：後述の「切替期間」および「実施期間」のみ）と、従来法による排水処理方法による送風量制御（比較例１：全期間）との比較を示すグラフである。図１０の横軸は、調査開始日から調査終了日までの期間における調査日（日）を示しており、縦軸は、比較対照系列における送風量（比較対照系列送風量）に対する実施系列における送風量（実施系列送風量）の比（以下、「送風量比」という）を示している。この送風量比は、具体的には、実施系列送風量（Ｎｍ^３−Ａｉｒ／Ｎｍ^３−被処理水）／比較対照系列送風量（Ｎｍ^３−Ａｉｒ／Ｎｍ^３−被処理水）で示されている。
ここで、「Ｎｍ^３−Ａｉｒ／Ｎｍ^３−被処理水」は、被処理水１Ｎｍ^３に対して送風した空気量Ｎｍ^３を意味している。例えば、縦軸が１であれば、その時点で、実施系列と比較対照系列において、共に、同様の送風量制御を行っていることになり、１未満であれば、その時点で、実施系列では、比較対照系列よりも少ない送風量で曝気処理を行っていることになる。なお、「Ａｉｒ」は被処理水に対して供給される空気量（送風量）を示し、その「Ｎｍ^３」は、標準状態（０℃、１気圧）に換算した１ｍ^３の空気量である「ノルマル立米」を示している。

図１０に示す実験例１における送風量の制御期間は、「従来法による制御期間」と「切替期間」と「実施期間」とから構成されている。「従来法による制御期間」は、上記実施系列において、従来法（溶存酸素濃度制御法）による送風量制御を行った期間であり、「切替期間」は、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例１）を開始したものの、従来法による送風量制御の影響が残るため、本発明の排水処理方法による送風量制御による効果が十分に顕在化していない期間であり、「実施期間」は、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例１）の効果が顕在化した期間である。
その一方で、この実験例１では、同時に、比較対照系列において、上記の全期間を通じて、従来法による送風量制御（比較例１）を行った。

ここで、実施系列において、上記「従来法による制御期間」を設定した理由は、その制御期間における送風量比を、同時進行中の比較対照系列における曝気処理の送風量比と比較するためである。また、「従来法による制御期間」と「実施期間」を同じ図１０に示すことにより、両期間での送風量比を容易に比較でき、送風量比の経時変化を明確にすることができる。

次に、図１０を参照すると、調査開始日から４２日程度の「従来法による制御期間」での送風量比は、平均１．０であり、この制御期間では、実施系列と比較対照系列とで、実質的に同様の送風量制御を行っている。
次の１０日間程度の「切替期間」（実施例１）での送風量比は、切替直後に１未満となり、その後も経時的に減少していることから、この期間では、切替え後の本願発明の排水処理方法による送風量制御の効果が徐々に顕在化しつつあることが分かる。
その後の２８日間程度の「実施期間」（実施例１）での送風量比は、平均０．８であったことから、この制御期間では、実施系列において、比較対照系列よりも２０％も少ない送風量で曝気制御を行っていたことが分かる。この送風量の２０％削減効果は、前述したように、排水処理施設での送風動力が全電力消費量のおよそ３０％〜５０％と大きな割合を占めていることを勘案すると、全電力消費量を６％〜１０％程度、削減したことに相当するため、その経済効果は非常に大きい。

実験例２．（実施例２および比較例２）
この実験例２は、上記実施系列において、本発明の実施の形態３による排水処理方法に基づく送風量制御（実施例２：「切替期間」および「実施期間」のみ）と、これと同時に、また同じ被処理水を用いて、上記比較対照系列において、溶存酸素濃度を指標とする従来の溶存酸素濃度制御法に基づく送風量制御（比較例２：全期間）を行い、両者の送風量制御による効果を相互比較するものである。

図１１は、図９に示した排水処理システムを用いて行った、本発明の排水処理方法による送風量制御（実施例２：「切替期間」および「実施期間」のみ）と、従来法による排水処理方法による送風量制御（比較例２：全期間）との比較を示すグラフであり、その横軸および縦軸については、図１０と同様であるので、その説明を省略する。

次に、図１１を参照すると、調査開始日から２８日程度の「従来法による制御期間」での送風量比は、上述の実験例１と同様に、平均１．０であり、この制御期間では、実施系列および比較対照系列において、実質的に同様の送風量制御を行っている。
次の７日間程度の切替期間（実施例２）での送風量比は、切替直後に１未満となり、その後も経時的に減少していることから、この期間では、切替後、本願発明の排水処理方法による送風量制御の効果は未だ十分ではないが、その効果が徐々に顕在化しつつあることが分かる。
その後の２７日間程度の「実施期間」（実施例２）での送風量比は、平均０．７であったことから、この制御期間では、実施系列において、比較対照系列よりも３０％も少ない送風量で曝気制御を行っていたことが分かる。この送風量の３０％削減効果は、前述したように、排水処理施設での送風動力が全電力消費量のおよそ３０％〜５０％と大きな割合を占めていることを勘案すると、全電力消費量を９％〜１５％程度、削減したことに相当するため、その経済効果は非常に大きい。

ここで、送風量比について、この実験例２における実施例２と上述の実験例１における実施例１とを比較すると、図１０および図１１から明らかなように、実施例２が平均０．７であるのに対し、実施例１が平均０．８であり、実施例２が実施例１よりも送風量比の点で優れた結果となっていることが分かる。これは、送風量制御の指標として、実施例２では、５つの測定値（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度、水温および流入水量（被処理水量））を用いているのに対し、実施例１では、４つの測定値（硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温）を用いていることから、流入水量（被処理水量）を指標に加えることで、きめ細かな送風量制御を行うことができる結果であると推察される。

実験例３．（実施例３および比較例３）
次に、図１２および図１３を参照して、任意の一日を例として、その運転状況を説明する。
図１２は従来の排水処理方法による運転状況（比較対照系列における任意の一日の運転状況：比較例３）を示すグラフであり、図１３は本発明による排水処理方法による運転状況（実施系列における図１２と同日の運転状況：実施例３）を示すグラフである。図１２および図１３の横軸は、任意の一日における時刻（ｈｒ）を示している。また、一段目（最上段）の縦軸は、単位時間当たりに流入する被処理水量（ｍ^３／ｈｒ）を示し、二段目の縦軸は、単位時間当たりに供給される送風量（Ｎｍ^３／ｈｒ）を示し、三段目の縦軸は、その左側が溶存酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）を示し、右側が水温（℃）を示し、四段目（最下段）の縦軸は、窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）を示している。

ここで、上記三段目には、各区画（図１２ではａｔ１〜ａｔ４、図１３ではＡＴ１〜ＡＴ４）における溶存酸素濃度の経時変化と、第３区画（図１２ではａｔ３、図１３ではＡＴ３）における水温（℃）の経時変化が示されている。また、上記四段目には、第３区画（図１２ではａｔ３、図１３ではＡＴ３）における硝酸性窒素濃度（ＮＯ_３-Ｎ）およびアンモニア性窒素濃度（ＮＨ_４-Ｎ）の経時変化が示されている。なお、この四段目では、硝酸性窒素濃度曲線の上にアンモニア性窒素濃度曲線を積み重ねて示しているので、両曲線の差分がアンモニア性窒素濃度を示しており、両者の和（アンモニア性窒素濃度曲線の高さ）は、第３区画における総窒素濃度の経時変化を示している。

図１２および図１３を参照すると、被処理水の流入量は、比較対照系列（比較例３）、実施系列（実施例３）ともほぼ同様であり、同じ流入負荷状況であったことが分かる。この状況において、比較対照系列（比較例３）での送風量は、図１２に示すように、激しく変動しており、溶存酸素濃度の急激な変化との相関関係を理解することができる。

一方、図１３に示すように、実施系列（実施例３）での送風量の変動は緩やかであり、きめ細かな送風量制御が行われている。溶存酸素濃度については、比較対照系列（比較例３）のａｔ１およびａｔ２では、ほぼ０ｍｇ／Ｌであるのに対し、ａｔ３では約０．１〜０．４ｍｇ／Ｌであり、ａｔ４では０．６〜２．１ｍｇ／Ｌと激しく変動しており、各区画に適切な送風制御が行われていなかったことが分かる。一方、実施系列（実施例３）では、ＡＴ４においても、溶存酸素濃度が約０．６ｍｇ／Ｌ以下で緩やかに変動しており、本発明の排水処理方法による送風量制御によって適切な送風を行うことができた。

なお、水温については、図１２および図１３の各三段目に示すように、比較対照系列（比較例３）および実施系列（実施例３）ともほぼ同様である。これは、両系列とも、図９に示した排水処理装置Ｒの別系統において同じ季節に同時に実施し、流入水を分配槽２２により分配しているため、被処理水の水温が同一条件となることに基づくものである。

送風量制御の状況についてみると、従来の溶存酸素濃度制御法による図１２の比較対照系列（比較例３）では、予め設定された溶存酸素濃度の上限値と下限値が曝気槽１内の溶存酸素計５で検知される度に送風量の増減を行うため、短時間で大きく変動しており、これに伴って曝気槽１内の被処理水中の溶存酸素濃度も大きく変動している。

これに対し、本発明による図１３の実施系列（実施例３）では、曝気槽１内へ流入する被処理水量、曝気槽１の区画ＡＴ１〜ＡＴ４の溶存酸素濃度、曝気槽１の区画ＡＴ３における水温、アンモニア性窒素濃度および硝酸性窒素濃度に基づき、送風量を決定しており、送風量が緩やかに変動しつつも、常に溶存酸素濃度が低く、アンモニア性窒素濃度が硝酸性窒素濃度よりも高くなるという良好な制御が行われている。溶存酸素濃度が常に低い点については、図１３の三段目の溶存酸素濃度曲線であるＤＯ（ＡＴ３）から明らかである。また、アンモニア性窒素濃度が硝酸性窒素濃度よりも常に高くなる点については、図１３の四段目において、アンモニア性窒素濃度曲線とその下側の硝酸性窒素濃度曲線との差分が硝酸性窒素濃度曲線の高さよりも高くなっている点から明らかである。

ここで、実施系列（実施例３）における送風量制御を具体的に説明すると、表４に示すように、例えば水温が「高く」、アンモニア性窒素濃度が「低く」、硝酸性窒素濃度が「高く」、溶存酸素濃度が「低い」状態の午前６時において、被処理水量は「中」から「多い」であるため、送風量は「現状維持」とした。次に、午前７時３０分頃には、水温、アンモニア性窒素濃度および溶存酸素濃度は変わらず、硝酸性窒素濃度が「低く」なり、被処理水量が「多い」状態となったため、送風量を「少し増量」とした。さらに、午後９時頃には、水温は変わらず、アンモニア性窒素濃度が「低く」、硝酸性窒素濃度が「高く」、溶存酸素濃度が「高く」、被処理水量は「多い」状態であるため、送風量を「少し減量」とした。

図１２の比較対照系列（比較例３）においては、常に硝酸性窒素濃度がアンモニア性窒素濃度を上回っており、常に、過剰量の送風がなされていた。
これに対して、図１３に示される実施系列（実施例３）では、常にアンモニア性窒素濃度が硝酸性窒素濃度を上回っており、常に、適切量の送風がなされていた。

アンモニア計４が配設された曝気槽１の第３区画ＡＴ３内の被処理水中のアンモニア性窒素濃度の日平均値は６．５ｍｇ／Ｌであり、流入時の被処理水中のアンモニア性窒素濃度の日平均値は２０ｍｇ／Ｌであり、アンモニア性窒素濃度比の百分率表示は３２．５％であることから、第３区画ＡＴ３内の計測点が適切な計測位置（適正計測点）であった。
また、硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度の和（総窒素濃度）は、常に、比較対照系列（比較例３）よりも実施系列（実施例３）の方が低い結果であった。これは、常に適正に送風量を制御した結果、曝気槽１内の溶存酸素濃度が低い状態に保持されたため、活性汚泥ＡＳ内の小規模な無酸素領域において脱窒反応が進みやすい条件が整ったことによる。

Ｗ 被処理水、 ＡＳ 活性汚泥、 Ｃ 混合液、 Ｒ 排水処理装置、
１ 曝気槽、 ＡＴ１ 第１区画、 ＡＴ２ 第２区画、 ＡＴ３ 第３区画、
ＡＴ４ 第４区画、 ２ 送風設備、 ２ａ 空気供給管、 ２ｂ ヘッダー管、
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 分岐管、 ３ 硝酸計、 ４ アンモニア計、
５ 溶存酸素計、 ６ 水温計、 ３ｓ、４ｓ、５ｓ、６ｓ、１７ｓ 計測信号、
７ 送風量制御器、 ７ａ 入力部、 ７ｂ 演算部、 ７ｃ 出力部、
７ｓ 制御信号、 ８ 散気装置、 ９、１０、１１ 仕切壁、
１２ 最初沈殿池、 １２ａ 第１池、 １２ｂ 第２池、 １２ｃ 第３池、
１２ｄ 第４池、 １３ 被処理水流入管、 １４ 処理水移送管、
１５ 最終沈殿池、 １６ 汚泥返送管、 １７ 水量計、 １８、２０ 送風機、
１８ａ 回転モータ、 １８ｂ 空気圧縮部、 １８ｃ、２０ｃ 空気吐出口、
１９ 空気量調整器、 １９ａ バルブ、 １９ｂ、２１ 空気流量計、
２０ａ 空気取入れ口、 ２０ｂ インレットベーン、 ２２ 分配槽

Claims (5)

1. 被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽と、
   該曝気槽内の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸計と、
   前記曝気槽内のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア計と、
   前記曝気槽内の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、
   前記曝気槽内の水温を測定する水温計と、
   前記４つの測定値に基づいて前記曝気槽へ空気を供給する送風設備へ制御信号を出力する送風量制御器と、を備え、
   前記アンモニア計は、前記曝気槽における、被処理水のアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置に配設される
   ことを特徴とする排水処理装置。
2. 前記曝気槽に導入される被処理水量を測定する水量計を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
3. 前記送風設備は、送風機、空気供給管および空気量調整器を備えた
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排水処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の排水処理装置に用いられる送風量制御器であって、
   被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行う曝気槽における硝酸性窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温の測定値を入力する入力部と、
   前記４つの測定値に基づき、前記曝気槽への空気の供給量を決定する演算部と、
   決定した前記曝気槽への空気の供給量に基づき、前記曝気槽へ空気を送る送風設備へ制御信号を出力する出力部と
   からなることを特徴とする排水処理装置に用いる送風量制御器。
5. 曝気槽に被処理水を導入すると共に空気を供給して好気性生物処理を行い、
   前記曝気槽内の硝酸性窒素濃度、被処理水のアンモニア性窒素濃度の５〜５０％に相当する濃度になる位置に配設されたアンモニア計によって測定されたアンモニア性窒素濃度、溶存酸素濃度および水温を測定し、
   前記４つの測定値に基づいて前記曝気槽への空気の供給量を決定し、
   前記曝気槽へ空気を送る送風設備を制御して前記曝気槽への空気の供給量を調整する
   ことを特徴とする排水処理方法。

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