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
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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