JP7221808B2 - 制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

水処理における固液分離の方法の一つに「膜」と呼ばれる微細なフィルタを用いる方法がある。また、水中の汚濁物質を分解する方法の一つとして、活性汚泥を用いて汚濁物質を分解する活性汚泥法が知られている。そして、これらの膜による固液分離と、活性汚泥法とを組み合わせた水処理方法は、膜分離活性汚泥法（MBR：Membrane Bioreactor）と呼ばれる。膜は、その使用に伴い、被処理水に含まれる微細な固体が膜面や細孔中に付着していくことで徐々に閉塞していくこと、また活性汚泥濃度が高いほどその閉塞傾向が大きいことが知られている。活性汚泥は分解した汚濁物質の量に応じて増加する性質を有するため、ＭＢＲでは生物反応槽内に蓄積されていく活性汚泥を定期的に引き抜き、その濃度を適切に管理する必要がある。具体的には、被処理水中の活性汚泥量が過度に少なくなると汚濁物質の分解能力が低下し、過度に多くなると膜閉塞が促進される。そのため、被処理水中の活性汚泥量は、求められる分解能力を維持しつつ、膜閉塞を必要以上に促進することのないように管理される必要がある。

しかしながら、常に増殖する活性汚泥を引き抜く操作を、増殖量と引き抜き量との収支を適切に把握しながら間欠的に行うのは実際には容易ではない。また、引き抜き量が多すぎた場合には生物反応槽の状態を回復させることが難しくなることから引き抜きの判断が遅れ、必ずしも最適なタイミングで活性汚泥を引き抜くことができない場合もある。このような背景により、ＭＢＲにおいて被処理水の活性汚泥濃度を適切に管理する技術の確立が望まれている。

特開２０１３－１８８６５０号公報 特開２０１５－２４３６８号公報 特開２００８－１５５０８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、膜による固液分離手段と活性汚泥による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムにおいて、生物反応槽の活性汚泥濃度をより適切に維持することができる制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

実施形態の制御装置は、膜による固液分離手段と活性汚泥法による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムに用いられる。制御装置は、循環部と、第１制御部と、を持つ。循環部は、前記膜による固液分離手段を備える好気槽又は膜槽の被処理水の一部を無酸素槽に返送することで、一部の被処理水を生物反応槽内で循環させる。第１制御部は、前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度を指標として前記循環部による被処理水の循環量を調整する。

第１の実施形態における水処理システム１００の構成の具体例を示す図。 第１の実施形態における制御装置３の機能構成の具体例を示すブロック図。 第１の実施形態の生物反応槽２におけるＭＬＳＳ濃度の濃度勾配の変化を模式的に示す図。 第１の実施形態において制御装置３が硝化液の循環量を調整する処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態における水処理システム１００ａの構成の具体例を示す図。 第２の実施形態における制御装置３ａの機能構成の具体例を示すブロック図。 第２の実施形態において制御装置３ａが硝化液の循環量及び活性汚泥の引き抜き量を調整する処理の流れを示すフローチャート。

以下、実施形態の制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における水処理システム１００の構成の具体例を示す図である。水処理システム１００は、膜による固液分離手段と活性汚泥による汚濁物質の分解手段とを備え、膜分離活性汚泥法（MBR：Membrane Bioreactor）によって水処理を行うシステムであり、最初沈澱池１、生物反応槽２及び制御装置３を備える。より、具体的には、水処理システム１００は、生物反応槽２内で被処理水の一部を循環させる循環式硝化脱窒法ＭＢＲを想定したシステムである。循環式硝化脱窒法ＭＢＲは、被処理水中の窒素やリンの除去を可能にする、いわゆる高度処理を実現する水処理システムの形態の一つである。

最初沈澱池１は、水処理システム１００に送られてくる処理対象の水（以下「被処理水」という。）を貯える貯水池である。最初沈澱池１では、比較的大きな固形物が沈澱によって被処理水から分離され、その上澄み水が生物反応槽２に送られる。

生物反応槽２では、被処理水と活性汚泥とが混和され、活性汚泥中の微生物の働きにより、被処理水中の汚濁物質が分解される。汚濁物質が分解された被処理水は膜によって活性汚泥から分離され、処理済み水（以下「処理水」という。）として水処理システム１００から放流される。

具体的には、生物反応槽２は、無酸素槽２１、好気槽２２、及び好気槽２２内の被処理水に浸漬して設置される膜ユニット２３を備える。

無酸素槽２１は、最初沈澱池１から送られてくる被処理水を空気が供給されない状態で貯留する貯水槽である。無酸素槽２１に送られた被処理水は、所定時間の滞留の後に好気槽２２に送られる。一般に、無酸素槽２１における被処理水の滞留時間は３時間程度に設計される。このため、無酸素槽２１は、一般に３時間分の流入水量を貯留可能な容量であればよいとされる。

好気槽２２は、無酸素槽２１から送られてくる被処理水に空気を供給する貯水槽である。好気槽２２に送られた被処理水は、所定時間の滞留の後に膜ユニット２３に送られる。好気槽２２の容量も、無酸素槽２１と同様に、一般に３時間分の流入水量を貯留可能な容量であればよいとされる。

その一方で、好気槽２２内の被処理水の一部は、硝化液循環ポンプ２２１（循環部及び汚泥引き抜き部の一例）によって無酸素槽２１に戻される。以下、硝化液循環ポンプ２２１によって無酸素槽２１に戻される被処理水を「硝化液」という。循環式硝化脱窒法ＭＢＲでは、被処理水中の窒素分を除去する目的で硝化液が返送される。返送される硝化液の流量は、硝化液循環ポンプ２２１の出力又は返送流路の途中に設けられた流量弁Ｖ１の開度を制御することによって調整される。

具体的には、好気槽２２では、被処理水に空気が供給されることで活性汚泥中の硝化菌が活性化し、硝化菌の活性化により被処理水中の硝化反応が促進される。この硝化反応により、被処理水中のアンモニアが硝酸に酸化される。一方、無酸素槽２１では、被処理水に空気が供給されないことで活性汚泥中の脱窒菌が活性化し、脱窒菌の活性化により被処理水中の脱窒反応が促進される。この脱窒反応により、硝酸が窒素ガスに還元され、大気中に放出される。このような硝化－脱窒反応において、硝化液は無酸素槽２１に硝酸を供給する媒体の役割を担い、生物反応槽２内の硝化－脱窒反応を促進する。これにより、被処理水中の窒素分が除去される。

また、好気槽２２には、槽内で増殖及び蓄積される活性汚泥を引き抜く余剰汚泥引き抜きポンプ２２２が設置される。好気槽２２内の活性汚泥は、膜ユニット２３における膜の目詰まりの要因となるため、その濃度が過度に高くならないよう、余剰汚泥引き抜きポンプ２２２によって引き抜かれ、図示しない外部工程（例えば汚泥廃棄工程など）に送られる。活性汚泥の引き抜き量は、余剰汚泥引き抜きポンプ２２２の出力又は外部工程への送水流路の途中に設けられた流量弁Ｖ２の開度を制御することによって調整される。

膜ユニット２３は、好気槽２２内の被処理水を濾過することにより、被処理水から処理水を分離して放流する装置である。膜ユニット２３は、１つ以上の膜モジュール２３１を備え、各膜モジュール２３１に被処理水を供給する。膜ユニット２３は、各膜モジュール２３１によって被処理水から分離された処理水を集水して放流する。

なお、膜モジュール２３１に用いられる膜は、被処理水から処理水を分離することができるものであればどのような種類の膜であってもよい。例えば、膜モジュール２３１は、精密濾過膜（ＭＦ膜）を用いたものであってもよいし、限外濾過膜（ＵＦ膜）を用いたものであってもよいし、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）を用いたものであってもよいし、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いたものであってもよい。

また、膜ユニット２３が複数の膜モジュール２３１を備える場合、各膜モジュール２３１の位置関係や接続関係などは特定の態様に限定されない。例えば、膜ユニット２３は、１つ以上の膜モジュール２３１を、被処理水の流れに対して直列的に配置したものであってもよいし、並列的に配置したものであってもよい。また、膜ユニット２３は、必ずしも好気槽２２内に設置される必要はない。例えば、膜ユニットは、好気槽内の後段に設けられた膜処理専用の水槽（膜槽ともいう。）内に設置される場合もある。

制御装置３は、硝化液循環ポンプ２２１の動作を制御することにより、生物反応槽２における硝化液の循環量を調節する機能を有する。具体的には、制御装置３は、好気槽２２におけるＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度に基づいて、硝化液循環ポンプ２２１による硝化液の引き抜き量を制御する。ここで、ＭＬＳＳ濃度とは、試料（ここでは被処理水）中の浮遊物質（ＭＬＳＳ）の濃度であり、一般に生物反応槽２内の活性汚泥量の管理指標として用いられる値である。この制御のため、好気槽２２にはＭＬＳＳ濃度計２２３が設置される。

図２は、第１の実施形態における制御装置３の機能構成の具体例を示すブロック図である。制御装置３は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。制御装置３は、プログラムの実行によって通信部３１、記憶部３２、測定データ取得部３３及び第１制御部３４を備える装置として機能する。なお、制御装置３の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

通信部３１は、ＭＬＳＳ濃度計２２３、ＯＲＰ計２１１、硝化液循環ポンプ２２１、余剰汚泥引き抜きポンプ２２２と通信する通信インタフェースである。通信部３１は、有線通信インタフェースであってもよいし、無線通信インタフェースであってもよい。

記憶部３２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部３２は、制御装置３の動作に必要な各種設定情報を記憶する。

測定データ取得部３３は、通信部３１を介してＭＬＳＳ濃度計２２３及びＯＲＰ計２１１の測定データを取得する。測定データ取得部３３は、取得した各測定データを記憶部３２に保存する。測定データ取得部３３は、測定データの取得及び保存を繰り返し実行することにより、測定データを記憶部３２に蓄積する。

第１制御部３４は、硝化液循環ポンプ２２１の制御により、ＭＬＳＳ濃度の変化に応じて硝化液の循環量を調節する機能を有する。具体的には、第１制御部３４は、ＭＬＳＳ濃度計２２３の測定データに基づいて好気槽２２における被処理水のＭＬＳＳ濃度の変化を観測し、その短期的変化の大きさに応じて硝化液の流量を決定する。第１制御部３４は、決定した流量の硝化液を硝化液循環ポンプ２２１に吐出させる制御指示値を決定し、決定した制御指示値を通知する制御信号を通信部３１を介して硝化液循環ポンプ２２１に出力する。

膜ユニット２３は、好気槽２２の下流側に配置されるため、膜の目詰まりには好気槽２２の下流側のＭＬＳＳ濃度が大きく影響する。そのため、好気槽２２の下流側から戻される活性汚泥の量を増加させることで、膜ユニット２３における膜の目詰まりの進行を遅らせることができる。

図３は、第１の実施形態の生物反応槽２におけるＭＬＳＳ濃度の濃度勾配の変化を模式的に示す図である。図３に示すグラフの縦軸は生物反応槽２における被処理水のＭＬＳＳ濃度を表し、横軸は生物反応槽２内の被処理水の位置を表す。横軸は、被処理水の流れ方向（図１における横方向）の位置を表す。ここで、直線Ｌ１は通常の流量で硝化液を循環させている場合における濃度勾配を示し、直線Ｌ２は硝化液の循環量を増大させた場合における濃度勾配を示す。なおここでは簡単のため、生物反応槽２におけるＭＬＳＳ濃度の濃度勾配の変化を直線で示したが、実際には各位置でのＤＯ（Dissolved Oxygen：溶存酸素）濃度や活性汚泥濃度の影響を受けて曲線となる場合もある。

一般に、循環式硝化脱窒法ＭＢＲでは、無酸素槽における分解反応（脱窒反応）に必要な酸素は、硝化液として好気槽から返送される被処理水中の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの形で供給される。また、無酸素槽及び好気槽では、硝化液の循環による活性汚泥の移動に加え、分解反応（硝化反応及び脱窒反応）によって活性汚泥が生成される。これらのことから、循環式硝化脱窒法ＭＢＲでは、ＭＬＳＳ濃度の分布は原理的に生物反応槽内で一様にならず、例えば直線Ｌ１に示すような濃度勾配が存在することになる。直線Ｌ１が示すように、循環式硝化脱窒法ＭＢＲでは、一般に生物反応槽の上流部（具体的には無酸素槽の上流部）から下流部（具体的には好気槽の下流部）にかけてＭＬＳＳ濃度が高くなる。

このような濃度勾配が生じる無酸素槽及び好気槽において、汚濁物質の分解処理が理想的に進んでいる場合、生物反応槽に流入した汚濁物質は槽内での滞留時間の間に分解される。例えば、無酸素槽及び好気槽における被処理水の滞留時間をそれぞれ３時間とした場合、流入した汚濁物質は各槽の滞留時間の合計である６時間をかけて分解されることになる。これはすなわち、生物反応槽に流入する汚濁物質の量が、流入時点から６時間もの間、槽内の活性汚泥量に影響を及ぼすことを意味する。

一方で、膜処理を安定的に運用するためには、膜の目詰まりの進行速度を一定に保つ必要がある。さらに、膜の目詰まりの進行速度は好気槽（又は膜槽）のＭＬＳＳ濃度に左右されるため、膜処理を安定的に運用するためには好気槽内のＭＬＳＳ濃度が過度に高くならないようにする必要がある。従来、槽内のＭＬＳＳ濃度の管理は、槽内の活性汚泥を引き抜くことで行われているが、引き抜き過ぎた場合の状態回復が困難になることもあり、ＭＬＳＳ濃度の長期的な変化の傾向を見て行われることが多い。そのため、循環式硝化脱窒法ＭＢＲによる従来の水処理システムでは、ＭＬＳＳ濃度の短期的な変化が膜の目詰まりに与える影響を抑制することが困難であった。

このような背景やＭＬＳＳ濃度の原理を踏まえ、第１の実施形態の制御装置３は、硝化液の循環量を増加させることで、生物反応槽２内のＭＬＳＳ濃度の濃度勾配を低下させる。具体的には、制御装置３は、濃度が極大となる好気槽２２の最下流部から、濃度が極小となる無酸素槽２１の最上流部に硝化液を返送することにより、好気槽２２の最下流部におけるＭＬＳＳ濃度を低下させる。このような制御を行うことにより、制御装置３は、生物反応槽２におけるＭＬＳＳ濃度の濃度勾配を、例えば直線Ｌ１の状態から直線Ｌ２の状態に小さくすることができる。

図４は、第１の実施形態において制御装置３が硝化液の循環量を調整する処理の流れを示すフローチャートである。まず、第１制御部３４が、第１の判定タイミングが到来したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。第１の判定タイミングは、ＭＬＳＳ濃度の変化量の大きさを判定するタイミングである。例えば、第１の判定タイミングの間隔は、ＭＬＳＳ濃度の短期的な変化（例えば過去１時間における変化）の大きさを観測可能な間隔に設定される。第１の判定タイミングの間隔は、水処理システム１００において生じうるＭＬＳＳ濃度の変化の大きさや変化の速度、検出すべき短期的変化の大きさ等に応じて設定されるとよい。

第１の判定タイミングが到来していない場合（ステップＳ１０１－ＮＯ）、第１制御部３４は、第１の判定タイミングが到来するまでステップＳ１０１の判定処理を繰り返し実行する。一方、第１の判定タイミングが到来した場合（ステップＳ１０１－ＹＥＳ）、第１制御部３４は、記憶部３２に蓄積されているＭＬＳＳ濃度の測定データに基づいて、過去の所定期間におけるＭＬＳＳ濃度の変化量を取得し（ステップＳ１０２）、その変化量が所定の閾値に達したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、ＭＬＳＳ濃度の変化量を取得する期間は、観測すべき短期的変化の大きさや変化の速度等に応じて設定されるとよい。例えば、この期間は、第１の判定タイミングの間隔と同じ期間に設定されてもよい。

ＭＬＳＳ濃度の変化量が閾値に達していない場合（ステップＳ１０３－ＮＯ）、第１制御部３４は、処理をステップＳ１０１に戻し、次の第１の判定タイミングの到来を待機する。一方、ＭＬＳＳ濃度の変化量が閾値に達している場合（ステップＳ１０３－ＹＥＳ）、第１制御部３４は、変化量の大きさに基づいて硝化液の循環量を決定する（ステップＳ１０４）。例えば、第１制御部３４は、ＭＬＳＳ濃度の変化量と、硝化液流量の増分との対応関係に基づいて、硝化液の循環量を決定してもよい。この場合、前記対応関係を示す情報（以下「第１の対応情報」という。）は、予め記憶部３２に記憶されているものとする。なお、ＭＬＳＳ濃度の変化量は、変化前又は変化後のＭＬＳＳ濃度に対する変化量の割合（すなわち変化率）で表されてもよい。

ここで、硝化液の循環量を多くすると、生物反応槽２におけるＤＯ濃度の濃度勾配もより均一化される方向に変化する。そして、硝化液の循環量を過度に多くしてしまうことは、無酸素槽２１における脱窒反応に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、循環量の増加は、必要な窒素除去率を実現しうる最小限の増加量に留められることが望ましい。

そこで、第１制御部３４は、ＭＬＳＳ濃度に加え、無酸素槽２１のＤＯ値（又はＤＯ値に相関するｐＨ）を考慮して硝化液の循環量を決定してもよい。ただし、この場合、無酸素槽２１のＤＯ値（又はｐＨ）を測定するＤＯ計（又はｐＨ計）が必要になる。一方で、活性汚泥量の指標値であるＯＲＰ（Oxidation-Reduction Potential：酸化還元電位）値もＤＯ値に相関することが知られており、活性汚泥法をベースとする水処理システムには活性汚泥量の管理のためにＯＲＰ計が備えられていることが多い。そのため、無酸素槽２１にＯＲＰ計２１１を備える水処理システム１００では、第１制御部３４は、ＭＬＳＳ濃度計２２３及びＯＲＰ計２１１の測定データに基づいて硝化液の循環量を決定してもよい。

例えば、上記第１の対応情報が、ＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）と、その変化量に対して許容される硝化液流量の増分との対応関係を示す情報として生成されてもよい。

また、例えば、第１制御部３４は、ＯＲＰ値及びＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）に基づいて適切な循環量を決定するモデル式を用いて硝化液の循環量を決定してもよい。

また、例えば、第１制御部３４は、ＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）に基づいて決定された循環量を目標値として、ＯＲＰ値が予め定めれらた許容範囲を逸脱しない範囲で徐々に循環量を増加させてもよい。

なお、第１制御部３４が硝化液の循環量を制御する方法は、決定された循環量を目標値とする任意のフィードバック制御であってよい。例えば、硝化液の循環量は、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）によって制御されてもよい。

第１制御部３４は、このように決定した硝化液の循環量を実現するように硝化液循環ポンプ２２１を制御する（ステップＳ１０５）。

このように構成された第１の実施形態の制御装置３は、循環式硝化脱窒法ＭＢＲにおける硝化液の循環量を、好気槽２２におけるＭＬＳＳ濃度の短期的な変化の大きさに基づいて決定することにより、生物反応槽２のＭＬＳＳ濃度をより適切に維持することができる。第１の実施形態の水処理システム１００によれば、制御装置３が生物反応槽２のＭＬＳＳ濃度が適正値に維持することで、処理水の水質を落とすことなく、かつ膜の目詰まり進行を抑制することが可能になる。さらに、膜の目詰まりの進行が抑制されることで、水処理システムの消費電力を削減することが可能になる。また、膜の目詰まりの進行が抑制されることで膜洗浄の頻度が低下するため、設備稼働率を向上させることができる。また、膜洗浄頻度の低下により、膜洗浄に係る人件費や薬品費を削減することができる。

なお、第１の実施形態では好気槽２２のＭＬＳＳ濃度に基づいて硝化液循環量を調節する構成を示したが、ＭＬＳＳ濃度計２２３が無酸素槽２１に設けられている場合には、無酸素槽２１のＭＬＳＳ濃度に基づいて硝化液循環量が調節されてもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における水処理システム１００ａの構成の具体例を示す図である。水処理システム１００ａは、制御装置３に代えて制御装置３ａを備える点で第１の実施形態の水処理システム１００と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様のため、同様の構成には図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

図６は、第２の実施形態における制御装置３ａの機能構成の具体例を示すブロック図である。制御装置３ａは、第２制御部３５をさらに備える点で第１の実施形態の制御装置３と異なる。その他の機能部は、第１の実施形態の制御装置３と同様のため、同様の機能部には図２と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

第２制御部３５は、余剰汚泥引き抜きポンプ２２２の制御により、ＭＬＳＳ濃度の変化に応じて好気槽２２から引き抜く活性汚泥量を調節する機能を有する。具体的には、第２制御部３５は、ＭＬＳＳ濃度計２２３の測定データに基づいて好気槽２２における被処理水のＭＬＳＳ濃度の変化を観測し、その長期的変化の大きさに応じて好気槽２２から引き抜く活性汚泥量を決定する。第２制御部３５は、決定した引き抜き量の活性汚泥を余剰汚泥引き抜きポンプ２２２に引き抜かせる制御指示値を決定し、決定した制御指示値を通知する制御信号を通信部３１を介して余剰汚泥引き抜きポンプ２２２に出力する。

図７は、第２の実施形態において制御装置３ａが硝化液の循環量及び活性汚泥の引き抜き量を調整する処理の流れを示すフローチャートである。まず、第２制御部３５が、第２の判定タイミングが到来したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。第２の判定タイミングは、ＭＬＳＳ濃度の変化量の大きさを判定するタイミングである点では第１の判定タイミングと同様であるが、第１の判定タイミングが短期的なＭＬＳＳ濃度の変化を観測するタイミングであったのに対し、長期的なＭＬＳＳ濃度の変化を観測するタイミングである点で第１の判定タイミングと異なる。そのため、第２の判定タイミングの間隔は、第１の判定タイミングの間隔よりも長い期間に設定される。

例えば、長期的なＭＬＳＳ濃度の変化は、ＭＬＳＳ濃度の過去２４時間における移動平均値と、予め定められたＭＬＳＳ濃度の制御目標値との偏差として求めることができる。また、第２の判定タイミングの間隔は、第１の判定タイミングと同様に、水処理システム１００ａにおいて生じうるＭＬＳＳ濃度の変化の大きさや変化の速度、検出すべき長期的変化の大きさ等に応じて設定されるとよい。

第２の判定タイミングが到来していない場合（ステップＳ２０１－ＮＯ）、第２制御部３５は、第２の判定タイミングが到来するまでステップＳ２０１の判定処理を繰り返し実行する。一方、第２の判定タイミングが到来した場合（ステップＳ２０１－ＹＥＳ）、第２制御部３５は、記憶部３２に蓄積されているＭＬＳＳ濃度の測定データに基づいて、過去の所定期間におけるＭＬＳＳ濃度の変化量を取得し（ステップＳ２０２）、その変化量が所定の閾値に達したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、ＭＬＳＳ濃度の変化量を取得する期間は、観測すべき長期的変化の大きさや変化の速度等に応じて設定されるとよい。例えば、この期間は、第２の判定タイミングの間隔と同じ期間に設定されてもよい。

ＭＬＳＳ濃度の変化量が閾値に達していない場合（ステップＳ２０３－ＮＯ）、第２制御部３５は、処理をステップＳ２０１に戻し、次の第２の判定タイミングの到来を待機する。一方、ＭＬＳＳ濃度の変化量が閾値に達している場合（ステップＳ２０３－ＹＥＳ）、第２制御部３５は、変化量の大きさに基づいて活性汚泥の引き抜き量を決定する（ステップＳ２０４）。例えば、第２制御部３５は、ＭＬＳＳ濃度の変化量と、活性汚泥の引き抜き量との対応関係に基づいて、活性汚泥の引き抜き量を決定してもよい。この場合、前記対応関係を示す情報（以下「第２の対応情報」という。）は、予め記憶部３２に記憶されているものとする。なお、ＭＬＳＳ濃度の変化量は、変化前又は変化後のＭＬＳＳ濃度に対する変化量の割合（すなわち変化率）で表されてもよい。

ここで、被処理水中の活性汚泥量が過度に少なくなると汚濁物質の分解能力が低下し、過度に多くなると膜閉塞が促進される。また、引き抜き量が多すぎた場合には生物反応槽２の状態を回復させることが難しくなる。そのため、活性汚泥の引き抜き量は、求められる分解能力を維持しつつ、膜閉塞を必要以上に促進しない量に決定される必要がある。

例えば、上記第２の対応情報が、ＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）と、その変化量に対して許容される引き抜き量との対応関係を示す情報として生成されてもよい。なお、活性汚泥の引き抜きすぎることがないように、若干量少ない引き抜き量が設定されてもよい。

また、例えば、第２制御部３５は、ＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）に基づいて適切な引き抜き量を決定するモデル式を用いて活性汚泥の引き抜き量を決定してもよい。

また、例えば、第２制御部３５は、ＭＬＳＳ濃度の変化量（又は変化率）に基づいて決定された引き抜き量を全体の目標値として、複数回の引き抜きで目標値を達成するように各回の引き抜き量を決定してもよい。

第２制御部３５は、このように決定した活性汚泥の引き抜き量を実現するように余剰汚泥引き抜きポンプ２２２を制御する（ステップＳ２０５）。

このように構成された第２の実施形態の制御装置３ａは、循環式硝化脱窒法ＭＢＲにおける硝化液の循環量を、好気槽２２におけるＭＬＳＳ濃度の短期的な変化の大きさに基づいて決定するとともに、活性汚泥の引き抜き量を好気槽２２におけるＭＬＳＳ濃度の長期的な変化の大きさに基づいて決定することにより、膜による固液分離手段と活性汚泥による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムにおいて、生物反応槽内のＭＬＳＳ濃度をより適切に維持することができる。

なお、第２の実施形態の水処理システム１００ａにおいて、制御装置３ａは活性汚泥の引き抜き量の調整を、第１の実施形態で説明した硝化液循環量の調整と併せて行うように構成されてもよい。例えば、制御装置３ａは、ＭＬＳＳ濃度の変化に対して、まず硝化液循環量の増減による濃度調整を行い、ＭＬＳＳ濃度の調整が硝化液循環量の増減では対応できなくなった場合に活性汚泥の引き抜き量を増減させるように構成されてもよい。この場合例えば、制御装置３ａに硝化液循環量及び活性汚泥引き抜き量のそれぞれについて上限値、下限値及び標準値を設定しておき、ＭＬＳＳ濃度の調整が硝化液循環量の増減では対応できなくなった場合（例えば硝化液循環量が下限値から上限値までの範囲外となった場合）に活性汚泥引き抜き量を増減させるようにしてもよい。一方、ＭＬＳＳ濃度の調整のために増減させた硝化液循環量及び活性汚泥引き抜き量を標準値に戻す場合には、制御装置３ａは、活性汚泥引き抜き量を先に標準値に戻した後、硝化液循環量を標準値に戻すように構成されてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、好気槽２２（又は膜槽）における被処理水のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度を指標として硝化液循環ポンプ２２１による被処理水の循環量を調整する第１制御部３４を持つことにより、膜による固液分離手段と活性汚泥による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムにおいて、生物反応槽の活性汚泥濃度をより適切に維持することができる制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００，１００ａ…水処理システム、１…最初沈澱池、２…生物反応槽、２１…無酸素槽、２１１…ＯＲＰ（Oxidation-Reduction Potential）計、２２…好気槽、２２１…硝化液循環ポンプ、２２２…余剰汚泥引き抜きポンプ、２２３…ＭＬＳＳ濃度計、２３…膜ユニット、２３１…膜モジュール、３，３ａ…制御装置、３１…通信部、３２…記憶部、３３…測定データ取得部、３４…第１制御部、３５…第２制御部、Ｖ１…流量弁、Ｖ２…流量弁

Claims (5)

1. 膜による固液分離手段と活性汚泥法による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムに用いられる制御装置であって、
   前記膜による固液分離手段を備える好気槽又は膜槽の被処理水の一部を無酸素槽に返送することで、一部の被処理水を生物反応槽内で循環させる循環部と、
   前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度を指標として前記循環部による被処理水の循環量を調整する制御部と、
   を備え、
   前記循環部は、前記好気槽又は膜槽から被処理水を引き抜く第１ポンプと、前記好気槽又は膜槽から引き抜かれた被処理水の一部を前記無酸素槽に返送する第２ポンプとを含み、
   前記制御部は、前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ濃度の数時間程度の短期的変化に応じて前記第２ポンプによる被処理水の前記無酸素槽への返送量を調整し、前記短期的変化に係る期間よりも長い期間での変化である前記ＭＬＳＳ濃度の長期的変化に応じて前記第１ポンプによる被処理水の引き抜き量を調整する、
   制御装置。
2. 前記循環部は、前記好気槽又は膜槽の最下流部から、前記無酸素槽の最上流部に被処理水を返送する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記ＭＬＳＳ濃度の短期的変化に加え、前記無酸素槽のＯＲＰ（Oxidation-Reduction Potential）値又はｐＨに基づいて前記返送量を調整する、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 膜による固液分離手段と活性汚泥法による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムにおける制御方法であって、
   前記膜による固液分離手段を備える好気槽又は膜槽の被処理水の一部を無酸素槽に返送することで、一部の被処理水を生物反応槽内で循環させる循環ステップと、
   前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度を指標として前記循環ステップにおける被処理水の循環量を調整する制御ステップと、
   を有し、
   前記循環ステップは、第１ポンプにより前記好気槽又は膜槽から被処理水を引き抜くステップと、前記好気槽又は膜槽から引き抜かれた被処理水の一部を第２ポンプにより前記無酸素槽に返送するステップとを含み、
   前記制御ステップにおいて、前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ濃度の数時間程度の短期的変化に応じて前記第２ポンプによる被処理水の前記無酸素槽への返送量を調整し、前記短期的変化に係る期間よりも長い期間での変化である前記ＭＬＳＳ濃度の長期的変化に応じて前記第１ポンプによる被処理水の引き抜き量を調整する、
   制御方法。
5. 膜による固液分離手段と活性汚泥法による汚濁物質の分解手段とを備える水処理システムの制御に用いられるコンピュータに、
   前記膜による固液分離手段を備える好気槽又は膜槽の被処理水の一部を無酸素槽に返送することで、一部の被処理水を生物反応槽内で循環させる循環ステップと、
   前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度を指標として前記循環ステップにおける被処理水の循環量を調整する制御ステップと、
   を実行させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記循環ステップは、第１ポンプにより前記好気槽又は膜槽から被処理水を引き抜くステップと、前記好気槽又は膜槽から引き抜かれた被処理水の一部を第２ポンプにより前記無酸素槽に返送するステップとを含み、
   前記制御ステップにおいて、前記好気槽又は膜槽における被処理水のＭＬＳＳ濃度の数時間程度の短期的変化に応じて前記第２ポンプによる被処理水の前記無酸素槽への返送量を調整し、前記短期的変化に係る期間よりも長い期間での変化である前記ＭＬＳＳ濃度の長期的変化に応じて前記第１ポンプによる被処理水の引き抜き量を調整する、
   コンピュータプログラム。

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