JPH01317596A - 活性汚泥プロセスの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沈降性に優れた活性汚泥を培養するのに好適
な環境を維持し、処理水質を向上させる上で有効な活性
汚泥プロセスの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

活性汚泥プロセスは生物学的下水処理法の一つで、活性
汚泥と称す微生物群の酸化分解作用を利用して下水中の
有機物や窒素、及び、燐などの富栄養塩類を処理する方
式である。このプロセスは微生物反応させる曝気槽と、
活性汚泥を固液分離する沈殿池とから構成される。活性
汚泥プロセス。

において、特に、重要なことは沈降性に優れた微生物相
を培養することである。

ところで、活性汚泥プロセスで処理対象とする都市下水
の流量や水質は一日単位で大きく変動し。

これがプロセス外乱となる。従来、この外乱に対して操
作量である曝気空気量、返送汚泥量、あるいは余剰汚泥
量を調節することにより活性汚泥の活動環境を一定に保
持し、その結果、沈降性の良好な活性汚泥を培養する方
式が実施されていた。

例えば、空気量は曝気槽流下方向の所定位置における溶
存酸素濃度（以下ＤＯと称す）を特徴とする特開昭５８
−１４３８８８号公報）方式や、ＤＯ分布の変曲点を所
定位置に維持する方式（特開昭５６−１３０２９６号公
報）が行なわれてきた。

最近、このような制御運転を実施していても、汚泥沈降
性が悪化し、活性汚泥の固液分離操作を効率良く行なえ
ないという問題が発生している。

〔発明が解決しようとする課題〕

汚泥沈降性の悪化はバルキングと称され、一般的に活性
汚泥を形成する微生物相が影響するとされている６従来
技術は、制御指標の目標値や制御位置を固定し、流入条
件の日間変動に対して活性汚泥の環境を、常時、一定に
維持するものであり、微生物相の変化を考慮しておらず
、活性汚泥の性状に関係なく制御運転が行なわれていた
ことに問題があった。

本発明の目的は、微生物相の出現状態に対応して曝気槽
、の効果的な運用を図り、沈降性に優れた活性汚泥を培
養する活性汚泥プロセスの制御装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、−日単位の流入下水量を計測する手段と、
糸状性細菌の出現数を計測する手段と。

曝気槽の流下方向に対して活性汚泥の環境条件を変化で
きる手段とを設け１日間流人下水総流量に応じて環境変
化の位置を設定し、系状性細菌数により設定位置を判定
・評価することにより、沈降性の良好な活性汚泥の維持
管理が達成される。

〔作用〕

本発明者らは、活性汚泥の反応領域や環境条件を年間を
通して同一に操作することがバルキングを引き起す糸状
性細菌の増殖要因になっており、糸状性細菌の出現状態
に対応した操作を行なえば、その増殖防止、さらには、
抑制に効果があることを見出した。

具体的には、日間流人下水総流量を計測し、さらに糸状
性細菌の出現数を画像計測し、総流量が所定値以上であ
れば曝気槽全体を一つの反応領域として環境条件を設定
し、低下傾向が認められた場合、曝気槽流下方向に対し
て複数の環境条件となる反応領域を設定し、設定の評価
を系状性細菌数で行なうことにより、沈降性推移の早期
予測と迅速な操作が実行され、凝集性細菌に悪影響を及
ぼすことなく、糸状性細菌の増殖を選択的に阻害するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。曝気
槽ｌには有機物等の汚染物質を含む流入下水３と高濃度
の活性汚泥を含む返送汚泥６が導入される。下水と活性
汚泥の混合液１０は、曝気槽１の底部の散気管９Ａ〜９
Ｄから噴射される空気８により撹拌と酸素供給が行なわ
れ、汚染物質が分解処理される。曝気槽１から流出した
混合液ｌＯは、沈降池２で固液分離され、上澄液が処理
水５として放流される。一方、沈降した活性汚泥の大部
分は返送汚泥６として曝気槽１に還流され、増殖分に相
当する一部の活性汚泥は余剰汚泥７として系外に排出さ
れる。

このような下水処理プロセスにおいて、活性汚泥の沈降
性を表わす一指標であるＳＶＩは、流入下水３の長期的
な変化に大きく影響されることを見出した。第２図に特
定月を基準とした一部分の月間の平均流入下水量と平均
ＳＶＩの関係を示す。

この図によれば、平均流入下水量の低下はＳＶＩの増加
、すなわち、沈降性を悪化させる方向に働くことがわか
る。ところで１両者の関係は水温や流入水の組成に影響
され、第３図に示す遅れを伴う場合がある。この図平均
流入下水量は、両者の関係が対応づくように逆目盛とし
ている。この図によれば、平均流入下水量の低下はＳＶ
Ｉの増加、すなわち、沈降性を悪化させる方向に働き、
逆に流入下水量が増加するとＳＶＩが低下し、沈降性が
改善される傾向を示すことがわかる。さらに、これらの
関係はＳＶＩの増加時と低下時とで異なった時間遅れと
なることが確認される。すなわち、ＳＶＩ増加時期は流
入下水量にほぼ連動し、低下時は流入下水量に数ケ月遅
れる傾向となっている。

これは、沈降性が短時間で悪化し、その回復に長時間を
要することを意味する。これらのことから、流入下水量
の低下時には、早期に操作量調節を行ない、下水量増加
時には対処した操作量を所定期間継続させることにより
、沈降性の悪化抑制、及び、早期回復を目指すことがで
きる。

本発明は上記結果に基づいて成されたもので、以下、詳
細構成を説明する。

曝気槽１には、混合液ｌＯの流下方向に空気８を分割噴
射する複数の散気管群９Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを設ける。第１
図では散気管群を四分割しているが、その数は特に限定
するものではない、各散気管群には、個別操作できる曝
気量調節手段３８Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄを設ける。このうち、曝気量調節手段３８Ｄ
は曝気槽１全体の曝気量操作の機能を持たせる。

曝気槽１への流入下水流量を流量計１１で連続計測し、
演算回路２０に出力する。演算回路２０では一日単位の
流入下水量Ｑｉが演算され、判定回路２２において、設
定回路２４から出力された基準流入下水量Ｑ＊と比較さ
れ、流量偏差とｉが。

まず、求められる。

ε　ｉ＝　　（Ｑ−−Ｑｉ）　　／Ｑ拳　　　　　　　
　・・・・・・（１）基準流入下水量Ｑ◆には、例えば
、最適滞留時間に相当する流量が設定される０次に、過
去の所定期間Ｍにおける流量偏差の平均値εを（２）式
で演算する。

平均流量偏差εを（３）式に代入し、流下位置ＸＸ＝ε
Ｎ　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（３）を演
算する。ここで、Ｎは曝気槽１の分割総数である。最後
に、補正項Ｘ−を考慮した（４）式に基づいて操作変更
の基準位置ｎを判定する。補正項Ｘ・ （但し、ａは整数） は分割位置の区分は範囲を規定するもので、Ｏないし１
の範囲内で設定する。基準位置ｎは分割総数Ｎ内で、曝
気槽１の上流側からｎ番目の分割位置を表わし、補正項
ｘ自以内であれば０となり、曝気槽１全体を用いて、−
様な操作を行なうことを意味する。基準位置ｎは選定回
路２６に出力される。

一方、曝気槽１には撮像装置１２を設置し、混合液１０
の拡大像を撮像する。撮像装置１０には。

混合液１０が導通する微小領域と、微小領域に照明を当
てる照射部、拡大光学レンズ２、及び、ＩＴＹカメラを
内蔵（内部構成は図示せず）し、拡大光像をＡ／Ｄ変換
して、認識手段４０へ出力する。認識手段４０では画像
処理により活性汚泥に棲息する微生物相のうち糸状性細
菌を分離抽出し、その特徴量を計測する。認識手段４０
の一例を第４図に示す。

撮像袋［１２からの拡大画像は濃度画像メモリ４１に格
納される。濃淡画像メモリ４１は１例えば、２５６Ｘ２
５６画素で構成される格納エリアを持ち、格納される濃
淡画像は各画素が、例えば、１２８階調の輝度情報をも
つ、濃淡画像メモリ４１の原画像は輝度強調回路４２に
入力され、特に、糸状性微生物、及び、液相部と凝集性
微生物の境界を強調するように輝度修正される。

輝度強調回路４２における輝度修正は、糸状性微生物の
形状を想定した空間フィルタを作成して、全画素にわた
ってフィルタリング処理を行なう。

二゛の空間フィルタは１例えば、横線、縦線を３×３画
素で構成すると１２種類を作成すれば良い。

この輝度修正により液相部に対して微生物部の輝度差が
明確化し、抽出し易くなる。得られた修正濃淡画像は濃
淡画像メモリ４２′に格納される。

濃淡画像メモリ４２′の修正濃淡画像は二値比処理回路
４３に入力される。二値化処理回路４３では、水平方向
ｊ及び垂直方向ｉの各画素が持つ修正濃淡画像ｇ　（Ｌ
　ｊ）を特定輝度ＳＨを基準とし、次式に示すように、
各画素の輝度が８８未満なら１を８８以上ならＯ情報を
与える。

すなわち、微生物部が存在する領域に一情報を入力する
。特定輝度Ｓｓは固定値で良いが、修正濃度画像のヒス
トグラムと呼ばれる輝度画素数の頻度分布から求めても
良い。二値化画像は二値画像メモリ４３′に格納される
。

縮退回路４４は二値化画像から糸状性微生物を縮退処理
により除去する機能を持つ、縮退処理は一情報が入力さ
れている領域を端から一画素剤る処理で、数画素幅をも
つ糸状性微生物が凝集性微生物より先に消去される。縮
退画像は縮退画像メモリ４４′に格納される。

膨張回路４５は縮退画像の一情報が入力されている領域
の全周に渡って一画素づつ拡げる機能をもつ。この膨張
処理は縮退回路４４で実行された縮退処理回数だけ繰返
される。従って、膨張画像は凝集性微生物のみが復元さ
れ、糸状性微生物部は消去されたままで、膨張画像メモ
リ４５′に格納される。

特徴抽出回路４６は糸状性微生物のみを抽出する回路で
、前述の二値化画像と膨張画像を対象に差分演算を行な
う、この差分演算により凝集性微生物部が除去され、糸
状性微生物のみが認識された画像となり、差分画像メモ
リ４６′に格納される。細線化回路４７は差分画像の糸
状性微生物の線幅を長さを変えないで全て一画素にする
処理機能をもち、処理された画像は細線化画像メモリ４
７′に記憶される。画素演算回路４９は細線化画像で一
情報が与えられている画素を全画面にわたって積算する
。ここで積算された画素数は、細線化画像における糸状
性微生物の線幅が全て一画素単位であるため、画面全体
の糸状性微生物の長さに対応する。

認識手段４０で得られた画面当りの糸状性微生物の抽出
画素数ｐｎは演算回路５０へ入力される。

演算回路５０には、曝気槽１の混合液１０に浸漬された
汚泥濃度計１６で計測された活性汚泥濃度Ｓ、も入力さ
れ、次式により単位汚泥量当りの糸状性微生物長さｆ、
を演算する。

ｆ、＝ｋｌ−ａ−ｐＨ／５ＩＩ−ｖ　　　　　　（６）
ここで、に１は画素に対する糸状性微生物の投影定数、
ａは一画素当りの実視野長さ、■は撮像装置１２の検鏡
視野における試料液容量である・糸状性微生物長さｆｔ
は定期的に求め、さらに−日平均の糸状性微生物長さＦ
ｉを演算し、判定回路５２に出力する０判定回路５２で
は、まず、実測値Ｆ＋　と基準値Ｆ−１及び、実測値Ｆ
１と前日の実測値Ｆ　Ｉ−ｔの偏差を演算し、それらの
偏差ｉＦ及びｔＦ’　に対応して選定回路３４に操作指
令を出力する。

出力指令は、ｉＦが正で、ｓＦ’が負ならば前回操作の
基準位置ｎを、εＦが負で、ｆＦ’が正であれば最新の
基準位置ｎを選定回路３４から出力させる指令を実行す
る。

基準位置ｎは制御回路２８に入力され、曝気槽１の流下
方向の空気量変更位置を指令する。第１図の例では、流
下方向に対して個別の空気量調節手段３８Ａ、Ｂ、Ｃ，
３８Ｄをもつ散気管群９Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄにより、曝気槽１全体が凹領域に分割操作で
きる構成としている。制御回路２８は、入力された基準
位Ｉｎに対して、上流側ｎ領域の空気量を制御する０例
えば、ｎ＝２が入力された場合、上流にある二つの散気
管群９Ａ、Ｂから噴射する空気量を、後方の散気管群９
Ｃ，Ｄと分割操作する。前方の空気量調節は、最上流領
域に設置したＤｏ計１４′の実測値ｄ′と制御回路２８
に予め設定されている目標値ｄｔ＊との偏差に基づいて
実施される。なお、Ｄｏ計などを設置せず、領域ｎの混
合液１０に含まれる活性汚泥が沈殿しないための撹拌に
必要な量、あるいは、活性汚泥自身が呼吸するのに必要
な限界空気量となるように操作しても良い、一方、領域
ｎより下流にある散気管群９Ｃ，Ｄの空気量は、最下流
領域に設置されたＤＯ計１４の実測値ｄと設定回路３４
から出力された目標値ｄｏを比較回路３０で比較し、そ
の偏差（ｄ−−ｄ）に対応して調節回路３６により空気
量調節手段３８を操作することによって調節する。

なお、基準位置ｎ　＝Ｏの場合、空気量調節手段３８Ａ
、Ｂ、Ｃは全散気管群９Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄが同−空気量、
あるいは、予め設定された空気比率となる状態に固定さ
れ、空気量調節手段３８Ｄにより全量調節される。

上記実施例では、流量偏差Ｅを判定指標にしているが、
流量比（ｎ−Ｑｔ／Ｑ）や滞留時間比、あるいは、流入
有機物量を用いることもできる。

また、混合液１０の活性汚泥濃度や水温を考慮すれば、
さらに、沈降性の改善や処理効率の維持向上が期待でき
る。

以上、曝気空気量を操作対象として説明したが。

本発明はこれに限定するものでない、以下に他の実施例
について述べる。

第５図は流入下水の分配位置を操作する構成例である。

曝気槽１には、分割操作機能をもたない散気管９と、流
下方向に混合液１０の導通口を持つ複数の整流壁４Ａ、
Ｂ、Ｃ，及び、各整流壁で分割された領域に流入水３を
分注する分岐管３Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄが設置されている。各分岐管には流量調節装
置１６３Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを設け、流入下水の分配量を操
作できる構造としている。６０は調節回路で１選定回路
２６からの基準位Ｉｎに対応して各分岐管の分注量を調
節する０例えば、ｎ＝２の場合、流量調節装置１６３Ａ
、及び６３Ｂを閉にし、６３Ｇを開き、第三領域に流入
させる。この場合、６３Ｄも開き、ｎ領域以降に各領域
に等量分配しても良い、さらに、ｎ領域と後方領域の分
配率をｎに対応して予め設定し、操作することもできる
。なお、ｎ＝ｏの場合は最上流側の流量調節袋［６３Ａ
のみから導入するか、全領域に均等注入されることにな
る。このような操作を実行することにより、有機物負荷
の安定化と流入下水３のショートパスを防止でき、特定
微生物相の異常増殖を抑制する効果がある。また、ｎ領
域と流入下水３を導入する領域の境界を形成する整流壁
の開口面積をさらに調節することにより、上記効果を高
められる期待がある。

さらに１図には示さないが、基準位［ｎあるいは流下位
置Ｘに対応して、返送汚泥の還流位置や返送汚泥流量を
操作してもよい、また、実施例では空気量の操作指標に
ＤＯを用いたが、酸化還元電位や曝気排ガス中の酸素濃
度や炭酸ガス濃度を゛適用することもできる。

この実施構成図において、空気量や流入下水の調節装置
は全分割領域に設置する方式としたが、これは前半分の
位置を対象とし、後方は一定の開度に維持してもよい、
さらに、空気量の操作目標値ｄ＊を固定する方式とした
が、基準位Ｗ１ｎや流下位置ｘに対応して再設定する方
式も適用するこ　４とができる。

また、糸状性微生物長さを操作変更の操作手段としたが
、本発明は他の微生物相の特徴量を対象とすることを限
定するものではない、特に、原生動物の出現数、あるい
は、凝集性微生物の形状や大きさは処理状態を反映して
おり、これらを考慮することもできる。

また、沈降しても迅速に回復させるのに有効である。さ
らに、処理効率に影響を与えることなく、負荷の安定化
を図ることができるので、特定微生物相の異常増殖や衰
退を抑制でき、処理水質の安定化にも効果が期待できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バルキングの主因となる糸状性微生物
の出現状態を計測することにより、汚泥沈降性に影響が
表われない段階で早期に沈降推移を把握し、流入下水の
季節的変動に対して、最も効率的な曝気槽の運用が図れ
るので、沈降性に優れた活性汚泥を、常時、維持するの
に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図および第３
図は月平均流入下水量とＳＶＩの関係を示す特性図、第
４図は活性汚泥相の認識羊膜のブロック図、第５図は本
発明の他の一実施例の系統図である。 １・・・曝気槽、２・・・沈殿池、３・・・流入下水、
８・・・空気、９Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・散気管、１１・
・・流量計、１２・・・撮像装置、２０．５０・・・演
算回路、１４’　。 １４・・・ＤＯ計、１０・・・混合液、２２．５２・・
・判定回路、２６・・・選定回路、４Ａ、Ｂ、Ｃ・・・
整流壁。 ６３Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・流量調節装置、３８Ａ、Ｂ。 Ｃ，Ｄ・・・曝気量調節手段。 第１図 第２図 ０．６　　０３　　７　　　／、２ 乏里ンヒ 第３図 ｇ　　７２　４　８　　／２ （叫間） 第４図 ７２Ｊす ５０へ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流入下水と活性汚泥で形成される混合液に酸素含有
   ガスを供給して有機汚染物質、あるいは富栄養塩類を分
   解する曝気槽と、前記活性汚泥を固液分離する沈殿池と
   からなり、分離した前記活性汚泥の大半を返送汚泥とし
   て前記曝気槽に循環し、残りの前記活性汚泥を余剰汚泥
   として系外に排出する活性汚泥プロセスにおいて、前記
   曝気槽を流下方向に複数領域に分割し、前記分割領域の
   前記活性汚泥の環境条件を個別に操作できる手段と、前
   記混合液の拡大光像を撮像する手段と、前記拡大光像を
   輝度情報に変換する手段と、前記輝度情報から前記活性
   汚泥に出現する系状性細菌数を画像計測する手段とを具
   備し、前記系状性細菌数に基づいて前記曝気槽の分割位
   置を設定し、前記分割領域の操作量を調節することを特
   徴とする活性汚泥プロセスの制御装置。