JP7428449B1 - 生物処理装置、生物処理システム及び生物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体と気体を混合する容器内の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる気液処理システムを提供する。【解決手段】液体と気体を混合する容器を備え、容器内の内圧の変化により液面側での泡の発生を予測する。また、内圧は液位に変換され、液位を検知すると共に、液位に応じて、液面側の泡の発生状態と泡の噴き出しを予測することで、現実に泡が噴き出すことを抑止する制御を行う。【選択図】図２

Description

本開示は、生物処理システム及び生物処理方法に関する。

下記特許文献１には、液中の汚泥と気泡とを識別して汚泥の浮上性を予測する汚泥浮上予測装置が提案されている。この汚泥浮上予測装置では、嫌気性反応槽内部の懸濁液中を撮影する撮像手段と、撮像手段から得られた画像情報の中から、形状パターンをもとに顆粒状汚泥を識別する画像処理手段と、顆粒状汚泥の形状情報と個数情報をもとに汚泥の浮上性を判定する判定部とが設けられている。

特許３７００２０４号公報

特許文献１に記載の汚泥浮上予測装置では、撮像手段から得られた画像情報の中から、画像処理手段により形状パターンをもとに顆粒状汚泥を識別し、顆粒状汚泥の形状情報と個数情報をもとに判定部により汚泥の浮上性を判定している。このため、撮像手段から得られた画像情報によっては、液中の汚泥と気泡との識別に誤りが生じ、汚泥の浮上性を正確に判定することができない場合がある。また、画像解析による方法では、急な発泡による汚水のふきこぼれを未然に防止するのに間に合わない場合もある。

また、汚水を曝気しながら処理する生物処理システムにおいては、汚水の液面側に多量の気泡が発生すると、処理容器から泡が吹き出し、消泡が難しくなり、生物処理システムの周囲を汚水を含んだ泡で汚すだけでなく、処理容器内で効率的な汚水の処理ができない場合があり、気泡の発生を早めに予測する必要がある。

また、小規模循環型の水再生システムにおいては、排水元による水質が大きく異なり、風呂、洗面、又は洗濯からの排水は界面活性剤等による影響もあり、生物処理時の曝気により、発泡しやすい環境にある。例えば、処理水が使用される利用者の住居等と近接して水再生システムを設置することを想定した場合、発泡による汚水の噴きこぼれによる生活環境の悪化が生じないような制御が求められる。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、生物処理の対象液を浄化処理するときに対象液の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる生物処理装置、生物処理システム及び生物処理方法を提供することを目的とする。さらに、本開示は、特に屋内や、住居に隣接した場所に設置される小規模水処理システムにおいて有用である生物処理装置、生物処理システム及び生物処理方法を提供することを目的とするが、液体と気体が混合される容器内における発泡現象一般において、本開示は有用である。なお、容器は完全に密閉である必要はなく、ダクト等の排気機構が存する容器における発泡現象の予測にも適用できる。

本開示の第１態様に記載の気液処理装置は、液体と気体を混合する容器を備え、前記容器内の内圧の変化により液面側での泡の発生を予測する。

上記の気液処理装置において、前記容器内の内圧は液位に変換され、液位を検知すると共に、液位に応じて、液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部を有していてもよい。

本開示の第２態様に記載の生物処理装置は、微生物が混合された生物処理の対象液を収容し、前記微生物により前記対象液を浄化処理する処理容器と、前記処理容器の内部の内圧と、内部に収容される前記対象液の液位を検出する液位検出部と、前記液位検出部によって検出された前記対象液の液位に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部と、を有する。

上記の生物処理装置において、前記泡発生予測部は、所定時間毎の前記対象液の液位の変化に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測してもよい。

上記の生物処理装置において、前記泡発生予測部による前記泡の発生状態の予測結果に応じて、前記泡の発生を抑えるための処理を行う泡抑制部を有していてもよい。

上記の生物処理装置において、前記液位検出部は、前記処理容器の内部の内圧の変化に基づいて前記対象液の液位を検出する圧力センサであってもよい。

本開示の第３態様に記載の生物処理システムは、生物処理装置を備えている。

本開示の第４態様に記載の生物処理システムは、生物処理装置と、前記処理容器の供給方向上流側に、前記微生物が混合される前の前記対象液を貯留する貯留容器と、を備え、前記消泡処理部は、前記処理容器の内部に収容される前記対象液の液面側の前記泡を含む液体を前記貯留容器に戻す移送処理部を備えている。

本開示の第５態様に記載の生物処理方法は、微生物が混合された生物処理の対象液を収容し、前記微生物により前記対象液を浄化処理する処理容器の内部の内圧と、内部の前記対象液の液位を検出し、前記対象液の液位の検出結果に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する。

本開示によれば、液体と気体を混合する容器内の内圧の変化により液面側での泡の発生を予測することができる気液処理装置が提供される。また、本開示によれば、生物処理の対象液を浄化処理するときに対象液の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる生物処理装置、生物処理システム及び生物処理方法が提供される。さらに、本開示によれば、特に屋内や、住居に隣接した場所に設置される小規模水処理システムにおいて有用である生物処理装置、生物処理システム及び生物処理方法が提供される。

第１実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムを示す概略構成図である。 第１実施形態に係る生物処理装置を示す構成図である。 第１実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムのハードウェア構成を示すブロック図である。 生物処理システムによる処理時間と対象液の液位の１分毎の標準偏差との関係を示すグラブである。 第１実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムの制御部の処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムの一部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムの一部を示す概略構成図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。各図面において、本開示と関連性の低いものは図示を省略している。なお、各図面において適宜示される矢印ＵＰで示す方向を鉛直方向の上方側とする。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る生物処理システムについて、以下に説明する。

＜生物処理システムの全体構成＞
図１は、第１実施形態に係る生物処理装置１０を備えた生物処理システム２を示す概略構成図である。図１に示されるように、生物処理システム２は、調整槽１２と、生物処理装置１０と、処理液貯留槽１６と、を備えている。生物処理装置１０は、生物処理槽１４を備えている。調整槽１２には、生物処理システム２により処理を行うための液体Ｌ１が貯留されている。液体Ｌ１は、微生物が混合される前の対象液の一例である。一例として、液体Ｌ１は、汚水などを含んだ排水である。液体Ｌ１は、特に制限されない。液体Ｌ１としては、例えば、トイレ、台所、浴室等の家庭や小規模集落から排出される生活排水、都市排水、商業施設排水、農業排水、工業排水等が挙げられる。

生物処理システム２は、調整槽１２と生物処理槽１４とを繋ぐ配管１８と、配管１８に設けられたポンプ２０と、を備えている。生物処理システム２では、ポンプ２０を駆動することにより、調整槽１２に貯留された液体Ｌ１が配管１８を通じて生物処理槽１４に供給される。

生物処理槽１４には、生物処理の対象液Ｌ２が収容されている。生物処理槽１４は、液体と気体を混合する容器の一例であり、密閉でも、密閉でなくてもよい。対象液Ｌ２は、調整槽１２から供給された液体Ｌ１に微生物が混合された混合液である。生物処理槽１４は、処理容器の一例である。生物処理槽１４では、微生物により対象液Ｌ２が浄化処理される。

生物処理槽１４の内部には、精密ろ過膜であるＭＦ膜（Ｍｉｃｒｏ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）２２が設けられているが、これに限定されるものではない。一例として、ＭＦ膜２２は、０．１μｍ以上１μｍ以下の微粒子や微生物など、水に溶解していない物質の浸透を阻害する水処理膜の一種である。対象液Ｌ２は、ＭＦ膜２２を透過することで、微生物などが除去される。

生物処理槽１４には、気体を噴出する噴出部２４と、気体を送り出すブロア２６と、ブロア２６から噴出部２４に接続されるダクト２８と、を備えている。ブロア２６を駆動することで、気体がダクト２８を介して噴出部２４に供給され、噴出部２４から気体が生物処理槽１４に噴出される。一例として、気体は空気であり、酸素を含んでいる。一例として、噴出部２４は、生物処理槽１４の内部に少なくとも１箇所以上設けられている。ブロア２６に接続された部分から延びたダクト２８は、噴出部２４に接続されている。噴出部２４から空気が噴出されることで、生物処理槽１４の内部に収容される対象液Ｌ２が曝気される。曝気とは、対象液Ｌ２に酸素を送り込む浄水処理工程の一種であり、エアレーションともいう。生物処理槽１４では、対象液Ｌ２に空気が送り込まれることで、対象液Ｌ２が微生物により効率よく浄化処理される。

生物処理システム２は、生物処理槽１４におけるＭＦ膜２２を透過した部分と処理液貯留槽１６とを繋ぐ配管３０と、配管３０に設けられたポンプ３２と、を備えている。生物処理システム２では、ポンプ３２を駆動することにより、生物処理槽１４内のＭＦ膜２２を透過した対象液Ｌ２が配管３０を通じて処理液貯留槽１６に供給される。処理液貯留槽１６には、生物処理システム２によって処理された処理液Ｌ３（すなわち、生物処理槽１４により対象液Ｌ２が処理された後の処理液）が貯留される。

また、生物処理システム２には、生物処理システム２の各部を制御する制御部５０を備えている。例えば、制御部５０によって、ポンプ２０の駆動、ポンプ３２の駆動、及びブロア２６の駆動などが個別に制御される。

本開示の生物処理システム２は独立した物体であっても、独立した物体でなくてもよい。独立した物体である場合の生物処理システムは、移動、交換、又はこれらを組合せ可能な状態であってもよい。たとえば、キャンプ時、災害避難時などの所定の場所に運搬して使用でき、また処理能力を向上させたい場合には複数の生物処理システムを連結させて使用する状態であってもよい。また、本開示の生物処理システムは、水処理システムを構成するモジュール（単一モジュールの組み換えや複数モジュールの組み合わせを容易にする規格化された構成単位）であってもよい。
独立した物体でない場合の生物処理システムとしては、建造物や建造物以外の対象物の一部として生物処理システムが組み込まれる場合が挙げられる。建造物以外の対象物としては、自動車、列車、船舶、航空機、トレーラーハウス等が例示されるが、これらに限定されない。

また、生物処理槽１４の対象液Ｌ２に混合されている微生物の種類は特に制限されない。例えば、微生物は好気性菌、嫌気性菌のいずれであってもよく、これらの組み合わせであってもよい。生物処理槽１４は、好気エリアと嫌気エリアを兼ねた槽でも、好気槽と嫌気槽とを分けた複数槽であってもよい。

また、ブロア２６は、対象液Ｌ２に連続的に空気を供給しても、断続的に空気を供給してもよい。

また、処理液貯留槽１６に貯留された処理液Ｌ３は、浄化処理された水として、再び利用者の用に供され、排水として調整槽１２に液体Ｌ１として循環、再処理される、小規模循環型水再生システムに適用されてもよい。

＜生物処理装置＞
図２は、生物処理システム２に用いられる生物処理装置１０を拡大した状態で示す構成図である。図２に示されるように、生物処理装置１０は、上記の生物処理槽１４、噴出部２４、及びＭＦ膜２２などの他、圧力センサ４０と、消泡処理部４２と、を備えている。

圧力センサ４０は、液位検出部の一例であり、生物処理槽１４の内部の内圧と内部に収容される対象液Ｌ２の液位を検出する。対象液Ｌ２の液位とは、生物処理槽１４の内部の基準位置からの対象液Ｌ２の液面の高さをいう。基準位置は、例えば、生物処理槽１４の底面である。

一例として、圧力センサ４０は、生物処理槽１４の内部の内圧の変化に基づいて対象液Ｌ２の液位を検出する。より具体的に説明すると、泡により気相が加圧状態になると、液相に圧力がかかり、圧力センサ４０が加圧状態を検知する。液面で発泡がない場合は、大気圧による圧力をうけた水圧であるが、発泡により生物処理槽１４の内部の内圧が増すと大気圧以上の圧力を液相は受け、僅かな圧力変化を圧力センサ４０によって検知することができる（図４参照）。圧力センサ４０は、例えば、対象液Ｌ２の液位による内圧の変化をダイヤフラムが捉え、対象液Ｌ２の貯蔵レベルに換算する。圧力センサ４０では、対象液Ｌ２の液面側に泡が発生している場合、泡を含んだ対象液Ｌ２の液位を検出することができる。

なお、本開示の構成は、圧力センサ４０に限定されるものではなく、他の液位センサ又は水位センサでもよく、他の方式の接触式水位計又は非接触式の水位計であってもよい。例えば、接触式水位計として、レーザー式又は超音波式の水位計での水位の振れも同様に適用できる。また、接触式水位計として、フロート式、静電容量式レベル計、又は差圧式レベル計を用いてもよい。また、非接触式の水位計として、電波式水位計、又は超音波式水位計を用いてもよい。

小規模循環型の生物処理システムにおいては、いたずらに薬剤を使用することは好ましくなく、以下のような泡の発生を抑えるための泡抑制処理を行うことが好ましい。（１）～（７）は、泡抑制処理の例示であり、消泡を伴うことに着目して消泡処理ということもできる。
（１）生物処理槽１４での曝気を止める。・・・Ａ
（２）エタノール等の破泡剤や消泡剤を添加する。
（３）処理水を生物処理槽１４内へ散布する。・・・Ｂ
（４）オゾン、ＵＶ（紫外線）等により泡発生物質を分解する。
（５）対象液Ｌ２を含む泡をダクトで調整槽１２へ逃がす。・・・Ｃ
（６）生物処理槽１４の液位（対象液が水の場合は水位）自体を下げる。・・・Ｄ
（７）液体Ｌ１を生物処理槽１４へ移送するときに酸素やオゾンガスを混合すると共にＵＶ照射を併用して生物処理槽１４での発泡を抑制する。
例えば、上記のＡとＢを組み合わせて消泡したり、ＡとＢに加えて安全装置としてＣを追加したり、緊急対策としてＤを実施するなど、対象液Ｌ２の液位の標準偏差の変化状況から、泡の発生を抑えるための処理を適宜選択して実行してもよい。

消泡処理部４２は、泡抑制部の一例であり、対象液Ｌ２の液面側の泡の発生を抑えるための処理を行う機能を有している。第１実施形態では、消泡処理部４２は、消泡剤４６が収容される収容部４３と、収容部４３の下部から下方側に延びた供給管４４と、供給管４４に設けられた弁４５と、を備えている。弁４５は、例えば、電磁弁であり、制御部５０によって弁４５の開閉が制御される。弁４５が開放されることで、収容部４３に収容された消泡剤４６が供給管４４を通じて対象液Ｌ２に添加される。消泡処理部４２は、添加処理部の一例である。

消泡剤４６は、対象液Ｌ２の泡を消泡し、又は泡の発生を抑える機能を有する。消泡剤４６としては、例えば、油等に消泡成分を分散させたオイルタイプ、界面活性剤などの活性剤タイプ、又は消泡剤成分（高級アルコール、エステル等）を水に乳化分散させたエマルションタイプなどを用いてもよい。活性剤タイプとしては、例えば、ジメチルポリシロキサンなどのシリコーン系界面活性剤、エタノールなど、破泡効果を奏する薬剤の他、処理水を戻して散布するなど（循環型水処理システムにおいては好適）が挙げられる。

図示を省略するが、生物処理槽１４には、対象液Ｌ２に微生物の栄養源を添加するための添加装置が設けられていてもよい。栄養源としては、微生物が分解できる有機物であれば特に制限されない。即効性の観点からは、エタノール等のアルコール類、糖類等の分子量が小さい有機物が好ましい。

また、図示を省略するが、生物処理槽１４には、対象液Ｌ２の温度を測定する温度センサ、対象液Ｌ２を撹拌する撹拌装置が設けられていてもよい。

＜制御部＞
図３は、生物処理システム２のハードウェア構成を示すブロック図である。図３に示されるように、制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５３、ストレージ５４、及び入出力インタフェース５５の各構成を有する。各構成は、バス５９を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ５１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。ＣＰＵ５１は、プロセッサの一例である。すなわち、ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２又はストレージ５４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ５３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２又はストレージ５４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御処理を行う。第１実施形態では、ＲＯＭ５２又はストレージ５４には、上記各構成を制御するプログラムが格納されている。

ＲＯＭ５２は、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ５３は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ５４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

入出力インタフェース５５は、上記各構成（生物処理システム２に搭載される各装置）と通信するためのインタフェースである。制御部５０は、入出力インタフェース５５を介して圧力センサ４０、消泡処理部４２の弁４５、ポンプ類（図１に示すポンプ２０とポンプ３２）、及びブロア２６にそれぞれ接続されている。圧力センサ４０、消泡処理部４２の弁４５、ポンプ類、及びブロア２６は、バス５９を介して直接接続されていてもよい。

制御部５０において、ＣＰＵ５１は、消泡処理部４２の弁４５、ポンプ類（図１に示すポンプ２０とポンプ３２）、及びブロア２６の動作を制御する。

また、ＣＰＵ５１には、圧力センサ４０によって検出された対象液Ｌ２の液位の検出情報（検出データ）が入出力インタフェース５５を介して受信される。

ＣＰＵ５１は、圧力センサ４０によって検出された対象液Ｌ２の液位の検出情報（検出データ）に応じて、対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。制御部５０は、泡発生予測部の一例である。第１実施形態では、ＣＰＵ５１が泡発生予測部として機能する。

一例として、ＣＰＵ５１は、圧力センサ４０によって検出された対象液Ｌ２の液位の検出情報（検出データ）から所定時間毎の液位の標準偏差を算出し、標準偏差に応じて対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差は、所定時間毎の対象液の液位の変化の一例である。ここで、標準偏差とは、統計学の指標の一つで、データが平均値からどの程度外れているか（すなわち、どの程度ばらついているか）を示す指標である。標準偏差の値が大きいほど、ばらつきが大きいことを示す。第１実施形態では、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差から、対象液Ｌ２の液位の変動幅（変動のバラツキ）に対応する対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。

図４は、生物処理システム２による処理時間と圧力センサ４０による対象液Ｌ２の液位検出情報から算出された所定時間毎（図４では、１分毎）の液位の標準偏差との関係を示すグラブである。図４に示されるように、標準偏差の数値から、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側が安定している平時の状態であるか、対象液Ｌ２の液面側に泡が発生した発泡状態であるかが分かる。図４では、標準偏差は、１分毎の液位の平均から算出している。

一例として、ＣＰＵ５１は、所定時間毎（例えば、１分毎）の対象液Ｌ２の液位の標準偏差を監視する。対象液Ｌ２の液位は、ｍｍ単位で監視することが発泡を予測するうえで好ましい。ＣＰＵ５１は、所定時間毎（例えば、１分毎）の液位のバラツキが大きくなり、不規則に液位が変動している場合、発泡状態として検知する。具体的には、ＣＰＵ５１は、対象液Ｌ２の液位の標準偏差の状況を見ながら、発泡が予測されるタイミングで、曝気量の制御に入る。

一例として、ＣＰＵ５１は、泡の発生状態の予測結果に応じて、消泡処理部４２（図２参照）を動作させ、泡の発生を抑えるための処理を行う。第１実施形態では、ＣＰＵ５１は、消泡処理部４２の弁４５を開放し、収容部４３内の消泡剤４６を生物処理槽１４内の対象液Ｌ２に散布する。このとき、ブロア２６による曝気を一旦停止してもよい。そして、消泡剤４６の散布により消泡しつつ、曝気を再開しながら対象液Ｌ２の液位の標準偏差をみて生物処理を再開するかどうかを判断してもよい。これにより、生物処理槽１４内の対象液Ｌ２の液面側の泡を消泡し、又は泡の発生を抑えることができる。このため、生物処理槽１４からの泡のあふれ出し（生物処理槽１４の限界水位を超えて生物処理槽１４外へ汚泥を含む泡が噴き出す）ことを効果的に防止できる。また、発泡の初期で消泡処理することで、消泡剤４６の使用量も抑制できる。

一例として、ＣＰＵ５１は、平常時の対象液Ｌ２の液位の標準偏差を算出し、ゼロ点校正することで、精度良く発泡を予測できる。また、一例として、ＣＰＵ５１は、対象液Ｌ２の液位の標準偏差が２を超えたときに、消泡処理部４２による消泡処理を実行し、発泡による対象液Ｌ２のふきこぼれを未然に防止するようにしてもよい。また、一例として、標準偏差は、１分毎の液位の平均から算出するようにしてもよい。対象液Ｌ２の突然の発泡の対策であるから、１分毎の液位の標準偏差で十分であり、消泡が追い付かない事態が避けられる。

図４に示す第１状態１５２では、対象液Ｌ２の液位の標準偏差が２を超えたときに、ブロア２６を停止して曝気を停止し、消泡処理部４２による消泡処理を実行する。そして、対象液Ｌ２の液位の標準偏差の変化が安定したことを確認した後、ブロア２６による曝気を再開する。
また、図４に示す第２状態１５４では、対象液Ｌ２液位の変動が発生したとき、次に来る発泡による急激な発泡を予測できる。このため、ブロア２６による曝気を停止し、消泡処理部４２による消泡処理を実行する。これにより、位の標準偏差の変化が安定した抑泡状態となる。
また、図４に示す第３状態１５６で、液位の変動が発生したとき、同様に、ブロア２６による曝気を停止し、消泡処理部４２による消泡処理を実行する。図示を省略するが、例えば、第３状態１５６で消泡処理を実行しなかった場合、一旦発泡してしまうと、簡単に消泡できず、泡のふきこぼれが発生するため、発泡の予測が重要となる。

＜作用及び効果＞
次に、第１実施形態の生物処理装置１０を備えた生物処理システム２の作用について説明する。

図５は、生物処理システム２の処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ５１がＲＯＭ５２又はストレージ５４から処理プログラムを読み出して、ＲＡＭ５３に展開して実行することにより、情報処理が行なわれる。

生物処理システム２では、まず生物処理槽１４の内部に対象液Ｌ２が供給された状態とする。

生物処理システム２による情報処理が開始されると、ＣＰＵ５１は、ポンプ２０、３２を停止する（ステップＳ２９１）。この状態では、ブロア２６は駆動されている。

ＣＰＵ５１は、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ２９２）。所定時間は、例えば、１０秒に設定されている。これにより、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面が安定する。

所定時間が経過していない場合（ステップＳ２９２：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、所定時間が経過するまで待機する。

所定時間が経過した場合（ステップＳ２９２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、生物処理槽１４の圧力センサ４０による対象液Ｌ２の液位の検出情報を所定時間取得する（ステップＳ２９３）。所定時間は、１分以上が好ましく、例えば、１分に設定されている。

ＣＰＵ５１は、対象液Ｌ２の液位の検出情報から、標準偏差を算出する（ステップＳ２９４）。例えば、ＣＰＵ５１は、所定時間（例えば、１分）取得された対象液Ｌ２の液位の平均値から標準偏差を算出する。

ＣＰＵ５１は、算出された標準偏差を基準値に設定する（ステップＳ２９５）。

ＣＰＵ５１は、ポンプ２０、３２及びブロア２６を駆動する（ステップＳ２９６）。なお、これに代えて、ステップＳ２９３の処理の後に、ポンプ２０、３２及びブロア２６を駆動してもよい。

ＣＰＵ５１は、生物処理槽１４の圧力センサ４０による対象液Ｌ２の液位の検出情報を取得する（ステップＳ３０１）。

ＣＰＵ５１は、対象液Ｌ２の液位情報から、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差を算出する（ステップＳ３０２）。一例として、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差は、基準値に基づいてゼロ点校正される。これにより、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差は、実際の計算値と基準値との差になる。

ＣＰＵ５１は、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差が閾値以上か否かを判断する（ステップＳ３０３）。例えば、ＣＰＵ５１は、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差に基づき、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。例えば、標準偏差が５になる前に消泡処理部４２による消泡処理を実行することが好ましく、急激な発泡を抑止するには、標準偏差が２を超えたら直ちに消泡処理を実行することが望ましい。このため、閾値は、例えば、２に設定されており、ストレージ５４に予め記憶されている。所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差が閾値以上である場合は、ＣＰＵ５１は、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態が間もなく基準量を超えると予測する。また、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差が閾値より小さい場合は、ＣＰＵ５１は、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態が基準量以下であると予測する。

所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差が閾値以上である場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、消泡処理部４２を定められた時間、駆動する（ステップＳ３０４）。ＣＰＵ５１は、消泡処理部４２を駆動することで、対象液Ｌ２の液面側の泡を抑える処理を実行する。このとき、ブロア２６による曝気を停止してもよい。これにより、消泡処理部４２の弁４５が定められた時間開放され、収容部４３の消泡剤４６又は処理液Ｌ３が生物処理槽１４内の対象液Ｌ２に散布される。上記の消泡処理により、生物処理槽１４内の対象液Ｌ２の液面側の泡が消泡される。

所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差が閾値より小さい場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、現在の処理状態を継続する（ステップＳ３０５）。すなわち、消泡処理部４２による処理を行わない。

ＣＰＵ５１は、生物処理終了が指示されたか否かを判断する（ステップＳ３０６）。例えば、生物処理槽１４の生物処理を終了する操作ボタンが操作された場合、又は生物処理システム２の電源がＯＦＦにされた場合などに、ＣＰＵ５１は、生物処理終了が指示されたと判断する。生物処理終了が指示されない場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ３０１の処理に戻る。

生物処理終了が指示された場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、生物処理システム２の情報処理プログラムに基づく処理を終了する。

上記の生物処理装置１０では、生物処理槽１４の内部に収容される対象液Ｌ２の液位を圧力センサ４０によって検出する。上記のように圧力センサ４０は、生物処理槽１４の内部の僅かな泡の発生により生じる内部の内圧の変化を検出し、内圧を液位に変換する。そして、ＣＰＵ５１は、圧力センサ４０によって検出された対象液Ｌ２の液位に応じて、対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。このため、生物処理装置１０では、生物処理の対象液Ｌ２を浄化処理するときに、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる。より具体的には、生物処理装置１０では、例えば、対象液Ｌ２の液面側を撮影手段により発生した泡を撮影し、画像処理により対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する場合と比較して、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側での泡の発生を未然に予測し、その後に発生しうる発泡を予知することができる。このため、生物処理装置１０では、生物処理槽１４からの泡の吹き出し（すなわち、泡の噴きこぼれ）を抑制し、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２を微生物により効率よく浄化処理でき、消泡剤４６の使用も抑制することができる。

上記の生物処理装置１０では、ＣＰＵ５１は、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の変化に応じて、対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。このため、生物処理装置１０では、対象液Ｌ２の液位を定期的又は間欠的に検出する場合と比較して、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる。

上記の生物処理装置１０では、圧力センサ４０は、生物処理槽１４の内部の内圧の変化に基づいて対象液Ｌ２の液位を検出する。このため、生物処理装置１０では、対象液Ｌ２の液位を画像解析により判定する場合と比較して、対象液Ｌ２の液位を精度よく、かつリアルタイムで検出することができる。

上記の生物処理装置１０では、泡の発生状態の予測結果に応じて、泡の発生を抑えるための処理を行う消泡処理部４２を有している。このため、生物処理装置１０では、対象液Ｌ２の消泡処理を行わない場合と比較して、生物処理槽１４から泡が吹き出すことを抑制することができる。

また、生物処理システム２は、生物処理装置１０を備えている。このため、生物処理システム２では、生物処理の対象液Ｌ２を浄化処理するときに、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる。

また、生物処理方法では、微生物が混合された生物処理の対象液Ｌ２を収容する生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液位を検出し、対象液Ｌ２の液位の検出結果に応じて、対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測する。このため、生物処理方法では、生物処理の対象液Ｌ２を浄化処理するときに、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側での泡の発生を精度よく予測することができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムについて説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係る生物処理装置１０１を備えた生物処理システム１００の一部を示す概略構成図である。図６に示されるように、生物処理システム１００は、調整槽１２と、生物処理槽１４を備えた生物処理装置１０１と、調整槽１２と生物処理槽１４とを繋ぐ配管１８と、配管１８に設けられたポンプ１０４と、を備えている。生物処理システム１００では、ポンプ１０４を駆動することにより、調整槽１２に貯留された液体Ｌ１を生物処理槽１４に供給する。ポンプ１０４は、供給部の一例である。

生物処理システム１００は、調整槽１２と生物処理槽１４とを繋ぐ配管１８に、生物処理槽１４の対象液Ｌ２の泡の発生を抑えるための処理を行う消泡処理部１０２を備えている。消泡処理部１０２は、泡抑制部の一例である。消泡処理部１０２は、配管１８の途中に、オゾン処理及び／又はＵＶ照射（紫外線照射）等により、発泡原因物質を不活化や、分解処理しつつ液体Ｌ１を生物処理槽１４へ液送する処理装置１０６を備えている。また、消泡処理部１０２は、ポンプ１０４を停止させることで、液体Ｌ１の生物処理槽１４への供給を停止させてもよい。さらに、生物処理システム１００は、生物処理システム１００の各部を制御する制御部１１０を備えている。第２実施形態では、制御部１１０は、処理装置１０６又はポンプ１０４の動作を制御する。

制御部１１０は、ＣＰＵ５１（図３参照）を備えており、ＣＰＵ５１による泡の発生状態の予測結果に応じて、ポンプ１０４又は処理装置１０６の動作を制御する。なお、生物処理システム１００の他の構成は、第１実施形態の生物処理システム２と同様である。

また、生物処理システム１００では、消泡処理部１０２による処理に加えて、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の発泡面に対する気相へのオゾン噴霧などを行ってもよい。

生物処理システム１００は、第１実施形態の生物処理システム２と同様の構成による作用及び効果に加えて、以下のような作用及び効果を有している。

生物処理装置１０１を備えた生物処理システム１００では、消泡処理部１０２は、ポンプ１０４を駆動した状態で処理装置１０６を駆動することで、発泡原因物質を不活化や、分解処理しつつ液体Ｌ１を生物処理槽１４に供給する。これにより、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を減少させ、さらに泡の発生を抑えることができる。

また、消泡処理部１０２は、ポンプ１０４を停止させることで、ポンプ１０４による液体Ｌ１の生物処理槽１４への供給を停止するようにしてもよい。これにより、生物処理槽１４からＭＦ膜２２を透過した対象液Ｌ２が処理液貯留槽１６（図１参照）に供給され、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の量が減少し、対象液Ｌ２の液面側の泡が減少する。このため、生物処理装置１０１及び生物処理システム１００では、簡単な構成により、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡の発生を抑えることができる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る生物処理装置を備えた生物処理システムについて説明する。なお、前述した第１及び第２実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図７は、第３実施形態に係る生物処理装置１２１を備えた生物処理システム１２０の一部を示す概略構成図である。図７に示されるように、生物処理システム１２０は、生物処理槽１４を備えた生物処理装置１２１と、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の泡の発生を抑えるための処理を行う泡抑制部１２２を備えている。泡抑制部１２２は、調整槽１２と生物処理槽１４の間に設けられている。調整槽１２は、生物処理槽１４の供給方向上流側に配置された貯留容器の一例である。

泡抑制部１２２は、生物処理槽１４の内部に収容される対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体を調整槽１２に戻す機能を備えている。泡抑制部１２２は、移送処理部の一例である。具体的には、泡抑制部１２２は、調整槽１２と生物処理槽１４とを繋ぐ配管１２４を備えている。配管１２４には、ポンプ１２６が設けられているが、ポンプ１２６はなくてもよい。配管１２４における生物処理槽１４との接続部１２４Ａは、生物処理槽１４の上部であって、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面付近に設けられている。泡抑制部１２２は、配管１２４を通じて、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体を調整槽１２に移送する。このとき、ポンプ１２６を駆動することで、対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体を調整槽１２に移送してもよい。

さらに、生物処理システム１２０は、生物処理システム１２０の各部を制御する制御部１３０を備えている。制御部１３０は、ＣＰＵ５１（図３参照）を備えており、ＣＰＵによる泡の発生状態の予測結果に応じて、泡抑制部１２２のポンプ１２６の動作を制御する。

図示を省略するが、生物処理槽１４の内部の配管１２４が接続される部分には、微生物をろ過するフィルターが設けられていてもよい。なお、生物処理システム１２０の他の構成は、第１実施形態の生物処理システム２と同様である。

生物処理システム１２０は、第１実施形態の生物処理システム２と同様の構成による作用及び効果に加えて、以下のような作用及び効果を有している。

生物処理システム１２０では、泡抑制部１２２は、配管１２４を通じて、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体が調整槽１２に戻される。このとき、ポンプ１２６を駆動することで、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体が配管１２４を通じて迅速に調整槽１２に戻される。これにより、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡が増加することが抑制される。このため、生物処理システム１２０では、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡の発生を抑えることができる。

なお、第３実施形態では、配管１２４とポンプ１２６が設けられているが、本開示はこの構成に限定されるものではない。例えば、生物処理槽１４の対象液Ｌ２の泡を含む液体がオーバーフローして調整槽１２に戻る構成でもよい。

〔その他〕
第１実施形態では、消泡処理部４２は、弁４５を開放することによって消泡剤４６を生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２に添加したが、本開示はこの構成に限定されるものではない。例えば、消泡処理部は、消泡剤をポンプ等の供給手段により生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２に散布する構成でもよい。

第３実施形態では、泡抑制部１２２は、配管１２４に設けられたポンプ１２６により生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体を調整槽１２に移送したが、本開示はこの構成に限定されるものではない。例えば、消泡処理部は、生物処理槽１４の上部から調整槽１２に接続される配管を設け、配管に設けられた弁を開放することにより、生物処理槽１４の内部の対象液Ｌ２の液面側の泡を含む液体を調整槽１２に移送する構成でもよい。また、配管の接続位置が調整槽１２、生物処理槽１４の上部にある場合には、配管は、弁のない、ただの管でも良い。

第１～第３実施形態では、生物処理槽１４において、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の標準偏差を算出し、液位の標準偏差に応じて対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測したが、本開示はこの構成に限定されるものではない。例えば、生物処理槽１４において、所定時間毎の対象液Ｌ２の液位の変化（例えば、変動量）を検出し、液位の変化（例えば、変動量）に応じて対象液Ｌ２の液面側の泡の発生状態を予測してもよい。或いは、過去の生物処理における液位の変化や液位の標準偏差等に関する学習データから、対象液Ｌ２の変化の異常を検出し、液面の泡の発生状態を予測してもよい。

また、第１～第３実施形態では、生物処理装置及び生物処理システムについて説明したが、本開示は、この構成に限定されるもではない。本開示は、例えば、液体と気体を混合する容器を備え、容器内の内圧の変化により液面側での泡の発生を予測する気液処理装置及びこの気液処理装置を備えた気液処理システムに適用してもよい。

なお、本開示を特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

〔本開示の好ましい態様〕
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

［付記項１］
液体と気体を混合する容器を備え、
前記容器内の内圧の変化により液面側での泡の発生を予測する気液処理装置。

［付記項２］
前記容器内の内圧は液位に変換され、液位を検知すると共に、液位に応じて、液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部を有する請求項１に記載の気液処理装置。

［付記項３］
微生物が混合された生物処理の対象液を収容し、前記微生物により前記対象液を浄化処理する処理容器と、
前記処理容器の内部の内圧と、内部に収容される前記対象液の液位を検出する液位検出部と、
前記液位検出部によって検出された前記対象液の液位に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部と、
を有する生物処理装置。

［付記項４］
前記泡発生予測部は、所定時間毎の前記対象液の液位の変化に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する付記項３に記載の生物処理装置。

［付記項５］
前記泡発生予測部による前記泡の発生状態の予測結果に応じて、前記泡の発生を抑えるための処理を行う泡抑制部を有する付記項３又は付記項４に記載の生物処理装置。

［付記項６］
前記液位検出部は、前記処理容器の内部の内圧の変化に基づいて前記対象液の液位を検出する圧力センサである付記項３から付記項５までのいずれか１つに記載の生物処理装置。

［付記項７］
付記項３から付記項６までのいずれか１項に記載の生物処理装置を備える生物処理システム。

［付記項８］
付記項５に記載の生物処理装置と、前記処理容器の供給方向上流側に、前記微生物が混合される前の前記対象液を貯留する貯留容器と、を備え、前記消泡処理部は、前記処理容器の内部に収容される前記対象液の液面側の前記泡を含む液体を前記貯留容器に戻す移送処理部を備える生物処理システム。

［付記項９］
微生物が混合された生物処理の対象液を収容し、前記微生物により前記対象液を浄化処理する処理容器の内部の内圧と、内部の前記対象液の液位を検出し、
前記対象液の液位の検出結果に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する生物処理方法。

２ 生物処理システム
１０ 生物処理装置
１２ 調整槽（貯留容器）
１４ 生物処理槽（処理容器）
４０ 圧力センサ（液位検出部）
４２ 消泡処理部（泡抑制部）
４６ 消泡剤
５０ 制御部（泡発生予測部）
１００ 生物処理システム
１０１ 生物処理装置
１０２ 消泡処理部（泡抑制部）
１０４ ポンプ（供給部）
１１０ 制御部（泡発生予測部）
１２０ 生物処理システム
１２１ 生物処理装置
１２２ 泡抑制部（移送処理部）
１３０ 制御部（泡発生予測部）
Ｌ１ 液体（微生物が混合される前の対象液）
Ｌ２ 対象液（微生物が混合された対象液）

Claims (6)

1. 液体と気体を混合すると共に閉ざされた容器を備え、
   前記容器内の所定時間当たりの内圧の変化から液面側での泡の発生を予測するために、前記容器内の内圧は液位に変換され、液位を検出すると共に、所定時間当たりの液位の変化に応じて、液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部を有し、
   前記泡発生予測部は、前記容器内の前記液体の液位の検出情報から所定時間毎の液位の標準偏差を算出し、前記標準偏差に応じて前記液体の液面側の泡の発生状態を予測する気液処理装置。
2. 微生物が混合された生物処理の対象液を収容する閉ざされた処理容器であって、前記微生物により前記対象液を浄化処理する前記処理容器と、
   前記処理容器の内部の内圧と、内部に収容される前記対象液の液位を検出する液位検出部と、
   前記液位検出部によって検出された所定時間当たりの前記対象液の液位の変化に応じて、前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する泡発生予測部と、
   を有し、
   前記液位検出部は、前記処理容器の内部の内圧の変化に基づいて前記対象液の液位を検出する圧力センサであり、
   前記泡発生予測部は、前記処理容器の内部の前記対象液の液位の検出情報から所定時間毎の液位の標準偏差を算出し、前記標準偏差に応じて前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する生物処理装置。
3. 請求項２に記載の生物処理装置と、
   前記生物処理装置における前記処理容器の供給方向上流側に設けられ、前記微生物が混合される前の前記対象液を貯留する貯留容器と、
   を備える生物処理システム。
4. 請求項２に記載の生物処理装置と、
   前記生物処理装置における前記処理容器の供給方向上流側に設けられ、前記微生物が混合される前の前記対象液を貯留する貯留容器と、
   前記泡発生予測部による前記泡の発生状態の予測結果に応じて、前記処理容器に収容された前記対象液の液面側の前記泡の発生を抑えるための処理を行う泡抑制部と、
   を備え、
   前記泡抑制部は、発泡原因物質を不活化又は分解処理する処理装置を通した液体を前記処理容器に供給する構成とされている生物処理システム。
5. 請求項２に記載の生物処理装置と、
   前記生物処理装置における前記処理容器の供給方向上流側に設けられ、前記微生物が混合される前の前記対象液を貯留する貯留容器と、
   前記泡発生予測部による前記泡の発生状態の予測結果に応じて、前記処理容器に収容された前記対象液の液面側の前記泡の発生を抑えるための処理を行う泡抑制部と、
   を備え、
   前記泡抑制部は、前記処理容器の内部に収容される前記対象液の液面側の前記泡を含む液体を前記貯留容器に戻すことで、前記処理容器の内部の泡の発生を抑える移送処理部を備える生物処理システム。
6. 微生物が混合された生物処理の対象液を閉ざされた処理容器に収容し、前記微生物により前記対象液を浄化処理する前記処理容器の内部の所定時間当たりの内圧の変化と、所定時間当たりの前記対象液の液位の変化を検出し、
   所定時間当たりの前記対象液の液位の変化の検出情報から所定時間毎の液位の標準偏差を算出し、前記標準偏差に応じて前記対象液の液面側の泡の発生状態を予測する生物処理方法。