JP6395679B2 - 微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法及び水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、下水再生等の水処理プロセスの制御方法に係り、特に、微細気泡（マイクロバブル）による浮上分離機構を用いた水処理プロセスを対象とした制御方法及び水処理システムに関する。

水処理プロセスにおける対象物質の除去機構として、浮上分離機構が広く用いられている。浮上分離とは、被処理水中の対象物質と水との密度の違いを利用して、対象物質を水面付近に浮上させて分離する機構である。最も一般的な方式としては、加圧浮上分離方式が用いられている。この方式では、被処理水を加圧して空気を水の中に強制溶解させてから、大気中に開放する。これにより、溶解した空気は非常に小さな気泡として析出する。そのとき、水と対象物質の境界に微細な泡が発生し易い性質があるので、気泡と対象物質は接着し、見かけ比重の小さくなった対象物質が水面付近に浮上してくる。浮上した対象物質層（以下、ブランケットと称する）を除去することで、固液分離が行われる。
また、加圧浮上分離方式の代替方式として、加圧操作無しに、被処理水中に気泡を吹き込むことで、同様な効果を実現する方式も適用され始めている。特に、マイクロバブルと呼ばれる気泡径が５０μｍ以下の微細気泡を吹き込むことによって、固液分離効果を高める工夫等も行われている。

浮上分離操作による処理水質、例えば、対象物質が被処理水中での懸濁状の物質である場合には、濁度やＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ：浮遊物質量）等を良好に維持するためには、ブランケットの再分散による処理水中への混入を防止することが重要である。
ブランケットの再分散による処理水中への混入を防止するものとして、例えば、特許文献１に記載される技術が知られている。特許文献１では、水槽及び水槽内に配される気泡供給部を備え、生物反応工程（生物反応槽）後の被処理水を、第一配管を介して上方より水槽へ導入し、分離処理済みの被処理水（二次被処理水）を、第二配管を介して後段の膜ろ過槽へ送水する浮上分離槽が提案されている。そして、第一配管は気泡供給部よりも高い位置で水槽と連通し、第二配管が気泡供給部よりも低い位置で水槽と連通することで、水槽内では上部に濃縮汚泥が蓄積され、汚泥濃度の低い二次被処理水は気泡供給部よりも下方の領域に貯留される。

特開２０１５−３７０号公報

しかしながら、水面に浮上する濃縮汚泥であるスラッジブランケットを除去する場合、水槽内の被処理水に流動状態の変化が生じ、それに起因しスラッジブランケットが再度被処理水中に分散する現象が生じる。特許文献１に示される構成では、気泡供給部は水槽内の全面を覆うよう配されるものではなく、気泡供給部と水槽の側壁内面に間隙が存在する。よって、再分散後のスラッジブランケットが、この間隙を介して水槽内を沈降し二次被処理水（処理水）に混入することが懸念される。

そこで、本発明は、浮上分離にて水面付近に形成されたブランケットの再分散による、除去対象物質の処理水への混入を防止し、処理水質を良好に維持し得る微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法及び水処理システムを提供する。

上記課題を解決するため、本発明の水処理システムは、被処理水に微細気泡を供給する気泡供給部と、微細気泡を含有する被処理水を導入し前記被処理水中の夾雑物を浮上分離する水処理槽を備える水処理装置と、少なくとも予め被処理水中の夾雑物の越流量と前記被処理水の前記水処理槽への導入流量との相関関係を格納する制御用データベースと、前記水処理槽の水面に浮上する夾雑物であるスラッジブランケットを除去する場合、前記制御用データベースを参照し前記水処理槽への前記被処理水の導入量を制御する制御部を備える制御装置と、を有することを特徴とする。
また、本発明の微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法は、微細気泡を用いて被処理水中の夾雑物を浮上分離する水処理プロセスの制御方法であって、前記微細気泡により前記被処理水中の夾雑物が水処理槽の水面に浮上してなるスラッジブランケットを回収する場合、少なくとも予め被処理水中の夾雑物の越流量と前記水処理槽への前記被処理水の導入流量との相関関係を格納する制御用データベースを参照するデータベース参照工程と、減少すべき前記被処理水中の夾雑物の越流量に対応する前記被処理水の導入量を前記制御用データベースより抽出し、当該抽出された導入量の前記被処理水を前記水処理槽へ導入する被処理水流量制御工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、浮上分離にて水面付近に形成されたブランケットの再分散による、除去対象物質の処理水への混入を防止し、処理水質を良好に維持し得る微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法及び水処理システムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の水処理システムの全体概略構成図である。 図１に示す水処理槽であって、スラッジブランケット回収時の説明図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図３に示す制御装置の処理フロー図である。 図３に示す制御用データベースに格納される、処理対象物質の越流量と水処理槽に導入される被処理水流量との相関関係を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の水処理システムを構成する制御装置の処理フロー図である。 制御用データベースに格納される、処理対象物質の浮上分離量とマイクロバブル（微細気泡）気液比との相関関係を示す図である。

本明細書において、「被処理水中の夾雑物」とは、例えば、汚水又は廃水中に含まれる有機物或いは難溶性の脂質、また、生物処理槽にて微生物により分解された後の有機物等を含むものとする。また、「被処理水中の夾雑物」を、除去対象物質或は、単に対象物質と呼称する場合がある。更にまた、「被処理水中の夾雑物が微細気泡（マイクロバブル）により水処理槽の水面に浮上した浮上夾雑物」を、スラッジ又はスラッジが圧層された状態をスラッジブランケットと称する場合もある。

気泡径が５０μｍ以下の微細気泡であるマイクロバブルを用いた浮上分離機構を用いた水処理プロセスにおいては、浮上分離にて水面付近に形成されたスラッジブランケットの状態が処理水質に大きく影響する。スラッジブランケットは堆積厚が大きくなりすぎると、処理水中に流入或は混入する事象が発生するため、予め定められた時間間隔或は頻度にて回収されることが一般的である。
スラッジブランケットの回収は、例えば、水処理槽の水面よりも高い位置にスラッジホッパを設け、一時的に水面を上昇させた際にスラッジホッパ内に、スラッジブランケットを越流させて除去する方式が多く用いられている。ここでの水面上昇、及びスラッジブランケット回収後に水面を元のレベルに下降させる操作が行われることにより、水処理槽内の流動状態に変化が生ずるため、スラッジブランケットに流れの剪断力が作用し、再分散が起こることが知られている。この再分散を極力抑える操作、又は再分散が起こり易い期間に処理水への流入（混入）を極力抑える操作を実現することができれば、処理水質の悪化を抑制することができる。
本発明者等は鋭意努力の結果、上記スラッジブランケットの再分散或は処理水への流入（混入）の影響が大きい水処理プロセスにおける操作量を見出した。すなわち、スラッジブランケットの再分散は、回収時の操作に起因するもので、（１）スラッジブランケットが再分散した除去対象物質の処理水への混入量は、被処理水の流量が大きいほど多い、また、更に（２）水処理槽に供給する微細気泡（マイクロバブル）の気液比が大きいほど、スラッジブランケットの再堆積が促進される、との知見を得たものである。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、以下では、オゾンマイクロバブルを用いた浮上分離機構を有する水処理システムを一例とし説明するが、マクロバブル（微細気泡）を発生する機構についてはこれに限られるものではない。すなわち、気泡径が５０μｍ以下の微細気泡を被処理水中に生成し得るものであれば、いずれの構成を用いても良い。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の水処理システムの全体概略構成図である。図１に示すように、水処理システム１は、被処理水Ｗ１を導入し処理水Ｗ２を排出する水処理装置２、及び水処理装置２を制御する制御装置３から構成される。
水処理装置２は、ポンプユニット２０、オゾン発生器２１、微細気泡生成ユニット２２、及び水処理槽２３を備える。ポンプユニット２０は、下水又は廃水等の被処理水Ｗ１を微細気泡生成ユニット２２へ導入する被処理水導入管２７ａに設置され、被処理水導入管２７ａには、ポンプユニット２０の下流側であって微細気泡生成ユニット２２の上流側に第１バルブ２８ａが取り付けられている。また、オゾン発生器２１は、オゾンガスを微細気泡生成ユニット２２へ導入するオゾン供給管２７ｂに設置され、オゾン供給管２７ｂには、オゾン発生器２１の下流側であって微細気泡生成ユニット２２の上流側に第２バルブ２８ｂが取り付けられている。オゾン発生器２１は、空気Ａを原料としてオゾンガスを生成し、第２バルブ２８ｂを介して、オゾン供給管２７ｂにて微細気泡生成ユニット２２へ生成されたオゾンガスを供給する。
また、図１に示すように、微細気泡生成ユニット２２は、一端が水処理槽２３の高さ方向において下部側に接続される混気水供給管２７ｃの他端に接続され、混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３と連通する。微細気泡生成ユニット２２は、被処理水導入管２７aを介して導入される被処理水Ｗ１とオゾン供給管２７ｂを介して導入されるオゾンガスとを混合し、微細気泡（マイクロバブル）を含有する被処理水Ｗ１を、混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ供給する。

水処理槽２３は、水処理槽２３の底面から立設し奥行方向（図１に向かって奥行方向）へ延在する第１隔壁２４ａ、及び水処理槽２３上面より立設し（垂下し）水処理槽２３の底面から所定の高さまで延伸すると共に奥行方向（図１に向かって奥行方向）へ延在する第２隔壁２４ｂを有する。第１隔壁２４ａ及び第２隔壁２４ｂは、相互に水処理槽２３の幅方向（図１において横方向）に所定の間隔にて離間するよう配される。これにより水処理槽２３は、水処理槽２３の側壁の内面と第１隔壁２４ａにより画成される第１槽２３a、第１隔壁２４ａ及び第２隔壁２４ｂにより画成される第２槽２３ｂ、及び第２隔壁２４ｂと水処理槽２３の側壁の内面により画成される第３槽２３ｃからなる、３段の上下迂流式三槽構造を備える。なお、本実施例では３段の上下迂流式三槽構造を例に示すが、これに限られるものではなく、更に段数を増加する構造としても良い。
また、水処理槽２３には、水処理装置２外へ処理水Ｗ２を排出するための処理水排出管２７ｄ、及びスラッジホッパ２５により回収されたスラッジブランケット（回収スラッジＳ）を水処理装置２外へ排出するためのスラッジ回収配管２７ｅが敷設されている。スラッジ回収配管２７ｅは、処理水排出管２７ｄよりも水処理槽２３の高さ方向において所定の距離上方へ位置する。また、第１槽２３ａを画成する第１隔壁２４ａの上端部は、処理水排出管２７ｄが水処理槽２３に連通する位置よりも僅かに高い。処理水排出管２７ｄには、第３バルブ２８ｃが取り付けられており、第３バルブ２８ｃの下流側に水質計２６が設置されている。スラッジ回収配管２７ｅは、一端がスラッジホッパ２５に接続され、第２隔壁２４ｂ及び水処理槽２３の側壁を貫通し水処理装置２の外部へと延在する。スラッジ回収配管２７ｅの水処理槽２３の外側には、第４バルブ２８ｄが取り付けられている。

図１に示す水処理装置２の状態は、通常運転時の状態を示しており、第１バルブ２８ａ、第２バルブ２８ｂ及び第３バルブ２８ｃが開状態であり、第４バルブ２８ｄが閉状態とされている。細気泡生成ユニット２２において、オゾンガスと被処理水Ｗ１とが混合されたマイクロバブル（微細気泡）４を含有する被処理水Ｗ１は、混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３の第１槽２３ａに導入される。水処理槽２３では、オゾンを含有するマイクロバブル（微細気泡）４の酸化力によって、被処理水Ｗ１に含まれる夾雑物（除去対象物質）である、例えば有機物等は酸化分解される。また、マイクロバブル（微細気泡）４が有する付着性によって、被処理水Ｗ１に含まれる夾雑物（除去対象物質）である、例えば懸濁性物質等は浮上分離されて、水処理槽２３の水面付近にスラッジブランケット５を形成する。図１において、白抜き矢印にて示すように、マイクロバブル（微細気泡）４を含有する被処理水Ｗ１は、第１槽２３ａを画成する第１隔壁２４ａを越流し第２槽２３ｂ内へ流入する。その後、有機物が酸化分解されると共に懸濁性物質が浮上分離された後の被処理水Ｗ１は、第２槽２３ｂを第１隔壁２４ａと共に画成する第２隔壁２４ｂの下端部と、水処理槽２３の底面との間隙から第３槽２３ｃ内へ流入する。第３槽２３ｃへと流入した、有機物が酸化分解されると共に懸濁性物質が浮上分離された後の被処理水Ｗ１は、水処理槽２３の水面が処理水排出管２７ｄの接続位置（連通位置）よりも上方に位置することから、処理水Ｗ２として処理水排出管２７ｄに流入し、第３バルブ２８ｃを介して処理水排出管２７ｄ内を通流し水処理装置２外へと排出される。なお、図１に示すように、スラッジブランケット５は、水処理槽２３を構成する第１槽２３ａ及び第２槽２３ｂに亘り水面附近に形成されるが、このスラッジブランケット５は、第２隔壁２４ｂによりブロックされ、水処理装置２の通常運転時において第３槽２３ｃ内へ侵入することは無い。

詳細後述する制御装置３は、図１に示すように制御モジュール３０を備え、点線矢印にて示す信号線を介して、ポンプユニット２０、第１バルブ２８ａ〜第４バルブ２８ｄへ制御信号６を出力すると共に、水質計２６より処理水Ｗ２の水質計測値７を取得する。なお、第１バルブ２８ａ〜第４バルブ２８ｄへ出力される制御信号６は、各バブルの開閉又は開度調整の指令を含む。また、ポンプユニット２０へ出力される制御信号は、ポンプユニット２０の吐出圧又は起動／停止等の指令を含む。なお、図１では省略しているが、オゾン発生器２１の起動／停止等の指令も制御信号６に含まれる。

図２に、図１に示す水処理槽２３であって、スラッジブランケット５回収時の説明図を示す。図２に示す状態では、図１に示す水処理装置２の状態は、第１バルブ２８ａ、第２バルブ２８ｂ及び第４バルブ２８ｄが開状態であり、第３バルブ２８ｃが閉状態とされている。図２に示すように、微細気泡生成ユニット２２において、オゾンガスと被処理水Ｗ１とが混合されたマイクロバブル（微細気泡）４を含有する被処理水Ｗ１は、混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３の第１槽２３ａに導入される。第１槽２３ａ内へのマイクロバブル（微細気泡）４を含有する被処理水Ｗ１の流入による流れの発生と気泡の浮上力によって、第１槽２３ａ内で被処理水Ｗ１は上向流として水面付近に流れる（図２中の白抜き矢印）。次に、マイクロバブル（微細気泡）４を含有する被処理水Ｗ１は、第１槽２３ａを画成する第１隔壁２４ａを越流し第２槽２３ｂ内へ流入する。第２槽２３ｂ内では、被処理水Ｗ１は下向流となって水処理槽２３の底面へと向かい流れる。更に、被処理水Ｗ１は、第２槽２３ｂを第１隔壁２４ａと共に画成する第２隔壁２４ｂの下端部と、水処理槽２３の底面との間隙から第３槽２３ｃ内へ流入し、第３槽２３ｃ内では再び上向流となって流れる。このとき、第３バルブ２８ｃは閉状態とされているため、水面の上昇と共にスラッジブランケット５の位置も上昇する。
水面上昇に伴い上昇するスラッジブランケット５が、スラッジホッパ２５の上面を越える高さに達すると、スラッジホッパ２５の上面に形成された図示しない開口を介してスラッジホッパ２５内に水面付近の被処理水Ｗ１と共に流入する。このとき、第４バルブ２８ｄは開状態にあることから、スラッジホッパ２５内に回収されたスラッジブランケット５は、回収スラッジＳとして、第４バルブ２８ｄを介してスラッジ回収配管２７ｅ内を被処理水Ｗ１と共に通流し水処理装置２外へと排出される。その後、予め設定されたスラッジブランケット５の回収時間が経過した後、第４バルブ２８ｄは閉状態とされ第３バルブ２８ｃが開状態とされることにより、水処理槽２３内の水面は低下する。水処理槽２３内の水面が再び元の位置（図１に示す水面位置）まで下降したところでスラッジブランケット回収が終了し、水処理装置２の通常運転が再開される。なお、スラッジブランケット５の回収時、予め第４バルブ２８ｄを開状態とする構成を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、水処理槽２３内の水面の位置（水位）を検出する水面検知センサを配し、水処理槽２３内の水面がスラッジホッパ２５の上面を越える高さに達したことを検出し、第４バルブ２８ｄを開状態とする構成としても良い。この場合、水面検知センサとして、例えば、フローティング方式、超音波照射方式、或は静電容量検出方式等のセンサが用いられる。

上述のスラッジブランケット５の回収動作においては、水処理槽２３の中での被処理水Ｗ１の流速又は水面位置の変化（水位変化）が生じるため、スラッジブランケット５に流れの剪断力が作用し再分散が発生する。再分散したスラッジは、処理水Ｗ２に混入して水質（濁度又はＳＳ）の悪化を引き起こすため、スラッジブランケット５の回収時においては、第１バルブ２８ａ〜第４バルブ２８ｄ等に対する操作量を適正に制御し、処理水Ｗ２の水質悪化を抑制する必要がある。

図３は、図１に示す制御装置３の機能ブロック図である。制御装置３は、制御モジュール３０及びインターフェースモジュール３１から構成される。制御モジュール３０は、制御部３２、制御用データベース３３、制御信号出力部３４、計測値入力部３５、入出力Ｉ／Ｆ３６、及び内部バス３７を備える。また、インターフェースモジュール３１は、キーボード又はマウス等の入力部３８、及びＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイ等の表示部３９を備える。なお、制御部３２は、例えば、図示しないＣＰＵ等のプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータ或は演算に用いる各種パラメータを一時的に格納するＲＡＭ、及びＨＤＤ等の外部記憶装置等により実現される。制御部３２を構成するプロセッサは、詳細後述する制御演算を実行するためのプログラムをＲＯＭより読み出し、各種パラメータ等を用いて制御演算を実行する。制御用データベース３３は、少なくとも、水処理装置２の運転スケジュール、運転データ、制御演算に必要な各種設定値或はパラメータ、及び水処理装置２の制御モデル等を予め格納している。
制御用データベース３３への入力は、インターフェースモジュール３１を構成する入力部３８或は外部補助記憶装置（図示せず）から入力することができる。例えば、水処理装置２の運転スケジュールが、インターフェースモジュール３１を構成する入力部３８を介して入力されると、上記運転スケジュールは制御モジュール３０を構成する入出力Ｉ／Ｆ３６に取り込まれる。取り込まれた運転スケジュールは、内部バス３７を介して制御用データベース３３の所定の記憶領域に入出力Ｉ／Ｆ３６により格納される。

また、計測値入力部３５は、図１に示す水質計２６から処理水Ｗ２の水質計測値７である、濁度或はＳＳを取得し、内部バス３７を介して制御用データベース３３の所定の記憶領域へ格納すると共に、内部バス３７を介して制御部３２へ送出する。制御信号出力部３４は、制御部３２による制御演算結果である制御信号６を、内部バス３７を介して入力し、対応する水処理装置２を構成する第１バルブ２８ａ〜第４バルブ２８ｄ及びポンプユニット２０等へ出力する。ここで出力される制御信号６は、各バブルの開閉又は開度調整の指令を含み、ポンプユニット２０の吐出圧又は起動／停止等の指令を含む。

図４は、図３に示す制御装置３の処理フロー図である。制御装置３を構成する制御モジュール３０は、図４に示す所定のフローで演算又は判定を実行し、処理水Ｗ２の処理水質を維持するために必要となる制御操作量を算出する機能を有している。
まずステップＳ１（動作状態判定工程）では、制御モジュール３０を構成する制御部３２は、内部バス３７を介して制御用データベース３３を参照し、水処理装置２の運転スケジュールを取り込むと共に、処理水排出管２７ｄに設置される第３バルブ２８ｃの開閉状態に関する信号を取り込む。これにより、制御部３２は、現時点での水処理装置２の動作状態及び水処理装置２が運転スケジュール通りに動作しているかを確認する。

次にステップＳ２（判定工程）では、制御部３２はスラッジブランケット回収機構が起動されたか否かを判定する。具体的には、制御部３２は、第３バルブ２８ｃが閉状態であればスラッジ回収機構が起動されていると判定し、次のステップＳ３へ進む。ここで、スラッジ回収機構の起動とは、上述の図２に示したスラッジホッパ２５により、スラッジブランケット５を回収し、回収されたスラッジブランケット５を回収スラッジＳとして、第４バルブ２８ｄを介してスラッジ回収配管２７ｅ内を被処理水Ｗ１と共に通流し水処理装置２外へと排出する動作が行われることを意味する。一方、第３バルブ２８ｃが開状態である場合には、制御部３２は、スラッジブランケット回収機構が起動されておらず、水処理装置２が通常運転状態であると認識し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、制御部３２は、所定時間経過したか否かを判定し、所定時間を経過した場合、ステップＳ１へ戻る。なお、ステップＳ８は所定時間経過するまで制御部３２により繰り返し実行される。
ステップＳ３では、制御部３２は、予め設定された対象物質越流量の減少量を、内部バス３７を介して制御用データベース３３から取得する。なお、ここで、予め設定された対象物質越流量の減少量を制御用データベース３３に格納する構成に替えて、図示しない外部記憶補助装置に格納するよう構成しても良い。

次に、ステップＳ４では、制御部３２は、内部バス３７を介して制御用データベース３３を参照し、制御用データベース３３に格納される、対象物質越流量と被処理水流量との相関関係を参照する。ここで、対象物質越流量と被処理水流量との相関関係につき以下説明する。図５は、図３に示す制御用データベース３３に格納される、処理対象物質の越流量と水処理槽２３に導入される被処理水流量との相関関係を示す図である。図５では、縦軸に対象物質越流量（ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ）の相対値、横軸に被処理水Ｗ１の流量（Ｌ／ｍｉｎ）の相対値をとり、これら対象物質越流量の相対値と被処理水流量の相対値との相関関係を示している。ここで、「対象物質越流量の相対値」及び「被処理水流量の相対値」における相対値とは、実際上は、これらの各値は水処理槽２３の容積或いは構造等の仕様等により絶対値（具体的値）として定まるものであるが、ここでは、説明を分かり易くするため、一般化した値として相対値として定義している。図５に示すように、対象物質越流量の相対値と被処理水流量の相対値は、線形性を有する比例関係にある。
ここで、上述のステップＳ３にて取得される、予め設定された対象物質越流量の相対値の減少量が、例えば、「０．１ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ」である場合を想定する。図５に示すように、現在の対象物質越流量の相対値は「０．８ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ」であり、第１バルブ２８ａ（図１）の開度に応じて定まる被処理水Ｗ１の水処理槽２３へ導入される流量の相対値は「０．８Ｌ／ｍｉｎ」である。従って、図５に示す「対象物質越流量の相対値と被処理水流量の相対値との相関関係」から、対象物質越流量の相対値を現在値「０．８ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ」から「０．１ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ」減じた値、すなわち、「０．７ｍｇ−ＳＳ／ｍｉｎ」とするためには、被処理水（Ｗ１）流量の相対値を「０．８Ｌ／ｍｉｎ」から「０.７Ｌ／ｍｉｎ」に減少させる必要があることが分かる。換言すれば、制御用データベース３３内に予め格納される図５に示す、「対象物質越流量の相対値と被処理水流量の相対値との相関関係」に基づき、ステップＳ３にて取得される「予め設定された対象物質越流量の減少量」に対応する「被処理水Ｗ１の流量」が得られ、第１バルブ２８ａの開度の絞り量が制御操作量として算出される。なお、本実施例では、図５に示すように、「対象物質越流量の相対値と被処理水流量の相対値との相関関係」が線形性を有する比例関係である場合を例に示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、上述の通り水処理槽２３の容積或いは構造の仕様等により「対象物質越流量と被処理水流量との相関関係」が非線形を有する場合もあり得る。但し、この場合においても予め、非線形性を有する「対象物質越流量と被処理水流量との相関関係」を実験等により求め制御用データベース３３に格納しておけば、同様に、「予め設定された対象物質越流量の減少量」に対応する「被処理水Ｗ１の流量」が得られ、第１バルブ２８ａの開度の絞り量が制御操作量として算出できる。

図４に戻り、ステップＳ５（被処理水流量制御工程）では、制御部３２は、ステップＳ４における制御用データベース３３の参照により算出された、「予め設定された対象物質越流量の減少量」に対応する第１バルブ２８ａの開度の絞り量を制御操作量として、内部バス３７及び制御信号出力部３４を介して第１バルブ２８ａへ制御信号６を出力する。すなわち、制御部３２は、制御信号出力部３４を介して第１バルブ２８ａへ「開度減」の制御信号６を出力し、微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して、水処理槽２３へ導入される微細気泡（マイクロバブル）を含有する被処理水Ｗ１の流量を減少させる。これにより、スラッジブランケット５の回収時に再分散した対象物質の越流量が抑制される。具体的には、水処理装置２の通常運転時における水処理槽２３へ導入する微細気泡（マイクロバブル）を含有する被処理水Ｗ１の流量よりも、当該被処理水Ｗ１の流量（導入量）を減少させることで、水処理槽２３内での水理学的滞留時間（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ：ＨＲＴ）を延長し、再分散した対象物質の浮上分離を促進すると同時に、処理水Ｗ２の排出量を抑える操作を行う。

次にステップＳ６では、計測値入力部３５は、水質計２６から処理水Ｗ２の水質計測値７である、濁度或いはＳＳを取得し、内部バス３７を介して制御用データベース３３の所定の記憶領域に格納すると共に、内部バス３７を介して制御部３２へ出力する。換言すれば、制御部３２は、計測値入力部３５を介して水質計２６から処理水Ｗ２の水質計測値７を取得する。
ステップＳ７（処理水Ｗ２の水質判定工程）では、制御部３２は、内部バス３７を介して制御用データベース３３を参照し、制御用データベース３３内に予め格納される水質上限値を取得する。ここで、水質上限値とは、処理水Ｗ２の濁度或いはＳＳの上限値である。制御部３２は、取得した水質上限値と、ステップＳ６にて取得した処理水Ｗ２の水質計測値７とを比較する。比較の結果、処理水Ｗ２の水質計測値７が水質上限値を超える場合にはステップＳ３に戻り以降の処理を繰り返し実行する。一方、処理水Ｗ２の水質計測値７が上限値以下である場合には、ステップＳ１（動作状態判定工程）へ戻り、所定時間毎にステップＳ１〜ステップＳ７までの処理を繰り返し実行する。なお、処理水Ｗ２の水質計測値７が水質上限値を超えると判定されステップＳ３に戻った場合、制御部３２が、ステップＳ７の実行により得られる、処理水Ｗ２の水質計測値７と水質上限値との差分に基づき、対象物質越流量の減少量を設定するよう構成しても良い。これにより、水質計２６により計測される処理水Ｗ２の水質計測値７に基づくフィードバック制御が実行される。

以上が、制御装置３による処理フローであるが、上述の図４に示すステップＳ２におけるスラッジブランケット回収機構が起動されたか否かの判定工程を次に示す処理工程としても良い。スラッジブランケットの回収タイミング（スラッジブランケット回収機構の起動タイミング）は、例えば、１回／ｈｒ又は１回／３０ｍｉｎの頻度で実行される。従って、予めこのスラッジブランケット回収スケジュールを、上述の水処理装置２の運転スケジュールに組み込み制御用データベース３３に格納する。この場合、ステップＳ２では、制御部３２は、内部バス３７を介して制御用データベース３３を参照し、水処理装置２の運転スケジュールに組み込まれたスラッジブランケット回収スケジュールを取得し、スラッジブランケット５の回収タイミングに応じて次のステップＳ３へ進む。これにより、図４に示したステップＳ８の処理工程は不要となる。
また、水質計２６からの処理水Ｗ２の水質計測値７が所定値を超えた場合に、スラッジブランケット５を回収すべきタイミングであると制御部３２が判定し、ステップ３以降の処理を実行する構成としても良い。

本実施例では、図４のステップＳ２に示すように、スラッジブランケット回収機構の起動（スラッジブランケット５の回収タイミング）をトリガーとして、ステップＳ３〜ステップＳ７までの処理を実行する構成としたがこれに限られるものではない。例えば、水処理装置２に導入される被処理水Ｗ１の流量変化、或いは、水処理槽２３より処理水排出管２７ｄを介して水処理装置２外へ排出される処理水Ｗ２の水質変動をトリガーとして、ステップＳ３以降の処理を実行する構成としても良い。
水処理装置２の運転者を支援する機能として、水処理装置２の運転状態或いは制御状態を、インターフェースモジュール３１を構成する表示部３９の画面上に表示することが望ましい。具体的には、水質計２６により計測された処理水Ｗ２の水質計測値７、制御部３２により内部バス３７を介して参照する制御用データベース３３に格納される各種の制御設定値、例えば、水質上限値又は対象物質越流量相対値の減少量等、及び微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ導入されるマイクロバブル（微細気泡）を含有する被処理水Ｗ１の流量等を表示部３９の画面上に表示する。これにより、水処理装置２の運転者は、現在の水処理装置２の運転状態及び制御状態を正確に把握し、必要な対策をとることが容易となる。

本実施例によれば、浮上分離にて水面付近に形成されたブランケットの再分散による、除去対象物質の処理水への混入を防止し、処理水質を良好に維持し得る微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法及び水処理システムを実現することが可能となる。

図６に本発明の他の実施例に係る実施例２の水処理システムを構成する制御装置の処理フロー図を示し、図７に制御用データベースに格納される、処理対象物質の浮上分離量とマイクロバブル（微細気泡）気液比との相関関係を示す。実施例１ではマイクロバブル（微細気泡）を含有する被処理水の水処理槽への導入量（流入量）を制御する構成としたのに対し、本実施例では、更に、水処理槽へ導入するマイクロバブル（微細気泡）を含有する被処理水中のマイクロバブル気液比を制御する構成を追加した点が実施例１と異なる。その他の構成、すなわち、水処理システムの全体構成、水処理装置及び制御装置の構成は実施例１と同様であり、以下では実施例１と重複する説明を省略する。図６において、実施例１に示した図４における処理工程と同様の処理工程に同一のステップ番号を付している。

図６は、本実施例の制御装置３を構成する制御モジュール３０による処理フロー図である。図６において、ステップＳ１（動作状態判定工程）〜ステップＳ５（被処理水流量制御工程）、及びステップＳ８の所定時間経過判定は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。ステップＳ５において、制御部３２が制御信号出力部３４を介して第１バルブ２８ａへ「開度減」の制御信号６を出力し、微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して、水処理槽２３へ導入される微細気泡（マイクロバブル）を含有する被処理水Ｗ１の流量を減少させた後、制御部３２はステップＳ９を実行する。
ステップＳ９では、制御部３２は、予め設定された対象物質浮上分離量の増加量を、内部バス３７を介して制御用データベース３３から取得する。なお、ここで、予め設定された対象物質浮上分離量の増加量を制御用データベース３３に格納する構成に替えて、図示しない外部補助記憶装置に格納するよう構成しても良い。

次に、ステップＳ１０では、制御部３２は、内部バス３７を介して制御用データベース３３を参照し、制御用データベース３３に格納される、対象物質浮上分離量とマイクロバブル（微細気泡）気液比との相関関係を参照する。ここで、対象物質浮上分離量とマイクロバブル（微細気泡）気液比との相関関係につき以下に説明する。図７は、制御用データベース３３に格納される、対象物質浮上分離量と水処理槽２３に導入されるマイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気液比との相関関係を示す図である。図７では、縦軸に対象物質浮上分離量（ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ）の相対値、横軸にマイクロバブル気液比（−）の相対値をとり、これら対象物質浮上分離量の相対値とマイクロバブル気液比の相対値との相関関係を示している。ここで、マイクロバブル気液比は単位を持たない値であることから横軸において（−）にて示している。また、「対象物質浮上分離量の相対値」及び「マイクロバブル気液比の相対値」における相対値とは、上述の図５と同様に、実際上はこれらの各値は水処理槽２３の容積或いは構造等の仕様により絶対値（具体的値）として定まるものであるが、ここでは、説明を分かり易くするため、一般化した値として相対値として定義している。図７に示すように、対象物質浮上分離量の相対値とマイクロバブル気液比の相対値は、マイクロバブル気液比の増加に応じて浮上分離量が緩やかな飽和特性傾向を示す関係にある。
ここで、上述のステップＳ９にて取得される、予め設定された対象物質浮上分離量の相対値の増加量が、例えば、「０．２ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ」である場合を想定する。図７に示すように、現在の対象物質浮上分離量の相対値は「１．２ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ」であり、第２バルブ２８ｂ（図１）の開度に応じて定まる水処理槽２３へ導入されるマイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気液比の相対値は「１．３」である。従って、図７に示す「対象物質浮上分離量の相対値とマイクロバブル気液比の相対値との相関関係」から、対象物質浮上分離量の相対値を現在値「１．２ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ」から「０．２ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ」増加した値、すなわち、「１．４ｍｇ−ＳＳ／Ｌ／ｍｉｎ」とするためには、マイクロバブル気液比の相対値を「１．３」から「１．５」に増加させる必要があることが分かる。換言すれば、制御用データベース３３内に予め格納される図７に示す、「対象物質浮上分離量の相対値とマイクロバブル気液比の相対値との相関関係」に基づき、ステップＳ９にて取得される「予め設定された対象物質浮上分離量の増加量」に対応する「マイクロバブル気液比」が得られ、第２バルブ２８ｂの開度の開き量が制御操作量として算出される。

図６に戻り、ステップＳ１１（マイクロバブル気液比制御工程）では、制御部３２は、制御信号出力部３４を介して第２バルブ２８ｂへ「開度増」の制御信号６を出力し、微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ導入される、マイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気液比を増加させる。これにより、スラッジブランケット５の回収時に再分散した対象物質が、気液比が増加されたマイクロバブルに付着し水処理槽２３の水面へと浮上する作用が向上され、再分散した対象物質の浮上分離を実施例１に比較し更に促進することが可能となる。

なお、以降のステップＳ６及びステップＳ７については、上述の実施例１における図４と同様であるため、ここでは説明を省略する。

以上が、本実施例の制御装置３による処理フローであるが、上述の図６に示すステップＳ１１における、微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ導入される、マイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気泡比を増加させる工程を次に示す工程に替えても良い。
（１）第１バルブ２８ａの開度を小（被処理水Ｗ１の水処理槽２３への導入量減少）とし、第２バルブ２８ｂの開度を一定とする。
（２）第１バルブ２８ａの開度を一定（被処理水Ｗ１の水処理槽２３への導入量一定）とし、第２バルブ２８ｂの開度を大（微細気泡生成ユニット２２へのオゾンガス供給量を増加）とする。
（３）第１バルブ２８ａの開度を小（被処理水Ｗ１の水処理槽２３への導入量減少）とし、第２バルブ２８ｂの開度を（微細気泡生成ユニット２２へのオゾンガス供給量を増加）する。
上記（１）〜（３）の何れにおいても、微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ導入される、マイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気泡比を増加させることができるものの、上記（１）の工程を用いることが望ましい。

本実施例では、説明を省略したが図６のステップＳ２に示すように、スラッジブランケット回収機構の起動（スラッジブランケット５の回収タイミング）をトリガーとして、ステップＳ３〜ステップＳ７までの処理を実行する構成に替えて以下の構成としても良い。例えば、水処理装置２に導入される被処理水Ｗ１の流量変化、或いは、水処理槽２３より処理水排出管２７ｄを介して水処理装置２外へ排出される処理水Ｗ２の水質変動をトリガーとして、ステップＳ３以降の処理を実行する構成としても良い。
水処理装置２の運転者を支援する機能として、水処理装置２の運転状態或いは制御状態を、インターフェースモジュール３１を構成する表示部３９の画面上に表示することが望ましい。具体的には、水質計２６により計測された処理水Ｗ２の水質計測値７、制御部３２により内部バス３７を介して参照する制御用データベース３３に格納される各種の制御設定値、例えば、水質上限値又は対象物質越流量相対値の減少量等、及び微細気泡生成ユニット２２及び混気水供給管２７ｃを介して水処理槽２３へ導入されるマイクロバブル（微細気泡）を含有する被処理水Ｗ１の流量等を表示部３９の画面上に表示する。これにより、水処理装置２の運転者は、現在の水処理装置２の運転状態及び制御状態を正確に把握し、必要な対策をとることが容易となる。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、水処理槽２３へ導入されるマイクロバブルを含有する被処理水Ｗ１中のマイクロバブル気液比を増加させることで、スラッジブランケット５の回収時に再分散した対象物質をより効率的に浮上分離することが可能となるため、水処理装置２の目標処理水量を維持しつつ、処理水Ｗ２の水質を維持することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１・・・水処理システム
２・・・水処理装置
３・・・制御装置
４・・・マイクロバブル（微細気泡）
５・・・スラッジブランケット
６・・・制御信号
７・・・水質計測値
２０・・・ポンプユニット
２１・・・オゾン発生器
２２・・・微細気泡生成ユニット
２３・・・水処理槽
２３ａ・・・第１槽
２３ｂ・・・第２槽
２３ｃ・・・第３槽
２４ａ・・・第１隔壁
２４ｂ・・・第２隔壁
２５・・・スラッジホッパ
２６・・・水質計
２７ａ・・・・被処理水導入管
２７ｂ・・・オゾン供給管
２７ｃ・・・混気水供給管
２７ｄ・・・処理水排出管
２７ｅ・・・スラッジ回収配管
２８ａ・・・第１バルブ
２８ｂ・・・第２バルブ
２８ｃ・・・第３バルブ
２８ｄ・・・第４バルブ
３０・・・制御モジュール
３１・・・インターフェースモジュール
３２・・・制御部
３３・・・制御用データベース
３４・・・制御信号出力部
３５・・・計測値入力部
３６・・・入出力Ｉ／Ｆ
３７・・・内部バス
３８・・・入力部
３９・・・表示部

Claims (8)

1. 被処理水に微細気泡を供給する気泡供給部と、微細気泡を含有する被処理水を導入し前記被処理水中の夾雑物を浮上分離する水処理槽を備える水処理装置と、
   少なくとも予め被処理水中の夾雑物の越流量と前記被処理水の前記水処理槽への導入流量との相関関係を格納する制御用データベースと、前記水処理槽の水面に浮上する夾雑物であるスラッジブランケットを除去する場合、前記制御用データベースを参照し前記水処理槽への前記被処理水の導入量を制御する制御部を備える制御装置と、を有することを特徴とする水処理システム。
2. 請求項１に記載の水処理システムにおいて、
   前記制御用データベースは、更に、前記被処理水中の夾雑物の前記水処理槽内における浮上分離量と前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比との相関関係を格納し、
   前記制御部は、前記制御用データベースを参照し、前記水処理槽に導入される前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を制御することを特徴とする水処理システム。
3. 請求項２に記載の水処理システムにおいて、
   前記水処理装置は、前記水処理槽から排出される処理水の濁度又は浮遊物質量を計測する水質計を備え、
   前記制御部は、前記水質計により計測された前記処理水の水質計測値に基づき、前記水処理槽への前記被処理水の導入量及び／又は前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を制御することを特徴とする水処理システム。
4. 請求項３に記載の水処理システムにおいて、
   前記制御用データベースは、予め前記処理水の濁度又は浮遊物質量である水質上限値を格納し、
   前記制御部は、前記水質計により計測された前記処理水の水質計測値が前記水質上限値を超える場合、前記水処理槽への前記被処理水の導入量及び／又は前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を制御することを特徴とする水処理システム。
5. 請求項４に記載の水処理システムにおいて、
   前記水処理装置は、
   前記気泡供給部に接続され内部を前記被処理水が通流する被処理水導入管に設置されたポンプユニット及び前記ポンプユニットの下流側に設置された第１バルブと、
   前記気泡供給部に接続され内部をオゾンガスが通流するオゾン供給管に設置されたオゾン発生器及び前記オゾン発生器の下流側に設置された第２バルブを備え、
   前記制御部は、前記第１バルブの開度を調整することにより前記水処理槽への前記被処理水の導入量を制御すると共に、前記第２バルブの開度を調整することにより前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を制御することを特徴とする水処理システム。
6. 微細気泡を用いて被処理水中の夾雑物を浮上分離する水処理プロセスの制御方法であって、
   前記微細気泡により前記被処理水中の夾雑物が水処理槽の水面に浮上してなるスラッジブランケットを回収する場合、少なくとも予め被処理水中の夾雑物の越流量と前記水処理槽への前記被処理水の導入流量との相関関係を格納する制御用データベースを参照するデータベース参照工程と、
   減少すべき前記被処理水中の夾雑物の越流量に対応する前記被処理水の導入量を前記制御用データベースより抽出し、当該抽出された導入量の前記被処理水を前記水処理槽へ導入する被処理水流量制御工程と、を有することを特徴とする微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法。
7. 請求項６に記載の微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法において、
   前記制御用データベースは、更に、前記被処理水中の夾雑物の前記水処理槽内における浮上分離量と微細気泡を含有する前記被処理水中の気液比との相関関係を格納し、
   前記被処理水流量制御工程後に、増加すべき前記被処理水中の夾雑物の前記水処理槽内における浮上分離量に対応する前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を前記制御用データベースより抽出し、当該抽出された気液比を有する微細気泡を含有する被処理水を前記水処理槽へ導入する気液比制御工程を有することを特徴とする微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法。
8. 請求項７に記載の微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法において、
   前記水処理槽から排出される処理水の濁度又は浮遊物質量の計測値に基づき、前記水処理槽への前記被処理水の導入量及び／又は前記微細気泡を含有する被処理水中の気液比を制御することを特徴とする微細気泡を用いた水処理プロセスの制御方法。

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