JPH05317875A - 曝気風量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、オペレータはプロセスの監視のみと
し、自動制御での調整が異常となったときのみ、オペレ
ータが介入すればよい曝気風量制御装置を提供すること
にある。 【構成】本発明の曝気風量制御装置は、下水流入流量と
設定された１日基準流入量パターンの流量を比較する流
量比較手段と、この比較された結果で晴天時，雨天初
期，雨天継続を判断する状態判断手段と、前記状態判断
に基づいてそれぞれ晴天時，雨天初期，雨天継続に対応
した曝気風量目標値を決定する演算手段と、前記演算手
段に基づいて曝気風量の切換え制御を行なう切換制御手
段とから構成されているので、流入下水の流入流量のパ
ターンがつかめればそのパターンを曝気風量制御装置に
登録するだけで、雨天晴天が変化してもオペレータは制
御操作に介入せずに、プロセスの状況を監視するだけで
よく、オペレータの負荷の軽減になるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は活性汚泥法を使用した下
水処理場におけるエアレーションタンクの曝気風量調節
弁を制御する曝気風量制御装置に係わり、、特に、下水
流入流量に比例した風量をエアレーションタンクに送風
する流入比率曝気風量制御を行なっている曝気風量制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性汚泥法による下水処理場では、下水
処理場に流入する下水は沈砂池に流入し、砂，砂利，木
片等の大きな含入物を除去した後、まず、沈澱池に入
り、浮遊物の沈澱が行なわれる。次に、エアレーション
タンク（曝気槽）に流入し、活性汚泥による生物化学反
応にて汚水に混入している汚泥分を固形化した後、最後
に、沈澱池にて沈澱処理される。このようなプロセスを
経て下水が浄化され、河川に放流されることになる。

【０００３】ここで、エアレーションタンクでは、流入
する汚水と最終沈澱池で沈澱した汚泥の一部を戻し（返
送）てきた汚泥（活性汚泥）とを混ぜ合わせ、空気を送
風して混和させる事により、活性汚泥に含まれる微生物
の生物化学反応にて、汚水に含まれる汚れを固形化する
事を目的に曝気風量制御が行なわれる。

【０００４】エアレーションタンクの曝気風量制御で
は、エアレーションタンクに空気を送風することでエア
レーションタンク内の活性汚泥が死滅する事を防止し、
微生物活動が活発となるように風量を制御する。エアレ
ーションタンクの活性化の指標としてはエアレーション
タンク内のＤＯ値（溶存酸素量）が使用される。

【０００５】しかし、曝気風量とＤＯ値の関係が生物化
学反応を主体としているため、この関係を定式化するの
が困難なことと、ＤＯ計測センサのメンテナンスフリー
信頼性を得るのが困難なため、ＤＯ値で直接、曝気風量
を制御する方式が採用されないのが現状である。

【０００６】以下、図面を参照して、従来の一般的な曝
気風量制御装置の制御方法について説明する。図３は下
水処理場のプロセスの流れと、一般的な曝気風量制御を
説明するための構成図である。同図において、沈砂池を
通過した流入下水１０は流入流量計測センサ１１を通過
して、まず、沈澱池１２に流入する。この沈澱池１２で
沈澱処理された後、エアレーションタンク１３に流入す
る。エアレーションタンク１３では最終沈澱池１４から
ポンプ２０により返送される返送汚泥とともにエアレー
ションタンク１３内に設置された空気配管１８から噴出
する空気により曝気される。ここで、エアレーションタ
ンク１３に送風される空気は送風機１５により大気から
給気され、風量センサ１６を通り、曝気風量調節弁１７
により風量制御されてエアレーションタンク１３に送風
される。

【０００７】このような構成の一般的な下水処理プロセ
スにおいて、曝気風量制御装置１９は曝気風量センサ１
６のデータを入力し、この風量データを目標値に調節す
るために曝気風量調節弁１７を制御する。ここで、この
曝気風量目標値を決定する方式が、下水処理曝気風量制
御を人手を介さないで自動化できるかどうかの鍵を握っ
ている。

【０００８】以下、一般的な曝気風量目標値演算方式を
図４について説明する。図４は従来の一般的な曝気風量
制御装置１９のブロック構成図である。曝気風量計測値
２１を曝気風量目標値２２に調節するため風量調節機能
２３のＰＩＤ調節機能により操作量２４を曝気風量調節
弁２５へ出力し、曝気風量２１を曝気風量目標値２２に
目標値制御する。

【０００９】この曝気風量目標値２２の決定方法は流入
下水流量２６を入力し、この流量２６に風量倍率（比
率）設定値をかけて求め、流入下水流量に比例した曝気
風量にするのが一般的である。これは、エアレーション
タンクにて流入した汚水汚れを微生物が処理する際に酸
素を消費する事による。すなわち、流入する汚水の汚れ
（濁度）が時間に対し均一であると仮定すると（統計的
には下水の流入環境が変化しなればほぼ均一である）、
エアレーションタンクの汚水流入量に比例して汚れの全
体量が増えるため、当然、酸素消費量も比例して変わる
筈であると考えられるからである。

【００１０】図４では、エアレーションタンクの流入量
が直接計測されない場合が一般的であるため、最初沈澱
池への流入下水流量２６を入力している。このため、エ
アレーションタンクまでの流達遅れとエアレーションタ
ンクでの反応遅れ（無駄時間＋１次遅れ）を考慮し、一
般的な無駄時間補償機能２７と１次遅れ補償機能２８を
流入流量計測値２６に入れている。このような曝気風量
制御装置は、一般的にアナログ計装機器またはプロセス
コントローラで実現されている。

【００１１】しかしながら、上記の如き従来の曝気風量
制御装置では、流入下水の汚れ具合い、すなわち下水の
質が時間に対して均一であることを前提に曝気風量目標
値演算制御方式が決定されているため、下水の質が時間
に対して均一でなくなると、当然、エアレーションタン
クでの酸素の消費量が変わってきてしまうため、供給す
る空気量の過不足が生じ、エアレーションタンクのＤＯ
値が変わってしまう。仮に供給空気量よりも酸素消費量
が大きくなりすぎてしまうとＤＯ値が下がり、微生物が
生きられなくなってしまうことになる。また、仮に供給
空気量が酸素消費量より大きくなりすぎてしまうと、Ｄ
Ｏ値が上がりすぎて、この状態が長時間続くと、池の状
態が不安定になるばかりか、空気を送る送風機の電力を
無駄に消費することになり経済的な運転ができなくな
る。

【００１２】このような状況は、雨天時に必ず発生す
る。それは雨天時には流入する下水に雨水が混入するた
め、下水の質の時間的変化は大きく変わるからである。
従って、従来、下水処理場の運転員は雨天時には運転方
法をかえて手動にて運転しているのが一般的である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
曝気風量制御装置では雨天時にその制御の継続をやめ、
オペレータが風量比率を変更するか、または曝気量を手
動で調整する必要があり、自動制御に任せたままで、オ
ペレータはプロセスの状況を監視だけしていればよい様
な制御方式にはなり得なかった。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的はエアレーションタンクの曝気風量制御に
おいて、オペレータはプロセスの監視のみとし、自動制
御での調整が異常となったときのみ介入するようにした
曝気風量制御装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の曝気風量制御装置は、下水流入流量と設定
された１日基準流入量パターンの流量を比較する流量比
較手段と、この比較された結果で晴天時，雨天初期，雨
天継続を判断する状態判断手段と、前記状態判断に基づ
いてそれぞれ晴天時，雨天初期，雨天継続に対応した曝
気風量目標値を決定する演算手段と、前記演算手段に基
づいて曝気風量の切換え制御を行なう切換制御手段とか
ら構成されたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明では、まず、流入下水流量の晴天時の流
入パターンからのずれと流入下水流量の増加量とにより
雨天時／晴天時の判断を行ない、晴天時と判断されたと
きには前述した方法で曝気風量目標値を決定し、雨天時
と判断された場合には、雨天時初期には前述した流入下
水流量に比例した曝気風量目標値を求め、雨天継続後に
は雨天時制御開始直前の曝気風量目標値に固定する。ま
た、雨天から晴天と判断した場合には、前述した従来の
曝気風量目標値決定方法に変更し、エアレーションタン
クの曝気風量制御を行なわせる。

【００１７】上述したことを、流入下水の晴天時１日の
流入パターンを示す図５（ａ）と流入下水と曝気風量目
標値の関係と雨天時流入パターンを示す図５（ｂ）で説
明すると、本発明による曝気風量決定方式は、雨天時と
判断した時点ｔ₁ 後の雨天時初期には雨水が流入してく
る管渠等の汚れによる下水水質の悪化に対処するため曝
気風量目標値を流入下水流量に比例した値に決定する。
また、雨天継続時ｔ₂後は、雨水の混入による汚れの薄
まりに対処した曝気風量目標値の決定、すなわち雨天開
始直前の曝気風量目標値に固定して行なう。さらに、晴
天復帰時ｔ₃ 後は通常の流入下水流量に比例した曝気風
量目標値に戻り、曝気風量の制御が行なわれる。

【００１８】このような手段にて、曝気風量目標値を決
定する事は、オペレータの雨天時での制御操作方式を自
動制御に取入れることであり、オペレータは雨天時／晴
天時の判断が正常になされているか、目標値が正常に設
定されているかを監視するだけでよくなり、オペレータ
の制御への介入を極力減らすことができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のブロック構成図であり、
図２は本発明による晴天雨天判定ブロック構成図であ
る。

【００２０】図１において、本発明の曝気風量制御装置
は、従来同様に曝気風量を曝気風量目標値に追従制御す
るための曝気風量ＰＩＤ演算ブロック１と、晴天／雨天
判定ブロック２と、晴天時流入比率曝気風量演算ブロッ
ク３と、雨天時初期流入比率曝気風量演算ブロック４
と、雨天継続時曝気風量ホールドブロック５とから構成
されている。曝気風量ＰＩＤ演算ブロック１の曝気風量
目標値への入力は、晴天／雨天判定ブロック２により判
定された曝気風量目標値演算方式切換指令ｔ₁ ，ｔ₂ に
より、目標値演算方式が切り換えられて接続される。

【００２１】例えば、晴天時すなわちｔ₁ ，ｔ₂ ともＯ
ＦＦの時には、曝気風量目標値に晴天時流入比率曝気風
量演算ブロック３の出力する目標値が入力される。ま
た、雨天初期時、すなわち、ｔ₁ ＝ＯＮ，ｔ₂ ＝ＯＦＦ
の時には、曝気風量目標値に雨天初期時流入比率曝気風
量演算ブロック４の出力する目標値が入力される。ま
た、雨天継続時すなわち、ｔ₁ ＝ＯＮ，ｔ₂ ＝ＯＮの時
には、曝気風量目標値に雨天継続曝気風量ホールドブロ
ック５の出力する目標値が入力される。

【００２２】図２は晴天／雨天判定ブロック図である。
同図において、流入下水流量Ｑ(t)は流量増加判定ブロ
ック６に入力され、流入下水流量Ｑ(t) が増加傾向にあ
るか否かが判定される。また、それと同時に、流入下水
流量Ｑ(t) は晴天時基準流量超過判定ブロック８に入力
される。晴天時基準流量超過判定ブロック８では晴天時
パターン流入流量設定ブロック７から出力される現在時
刻における晴天時基準流量Ｑ_r (t) を入力し、前述の流
入下水流量Ｑ(t) と比較され、晴天時基準流量Ｑ_r (t)
よりも増加しているか否かが判定される。

【００２３】これら２つの判定ブロックにて、両方とも
ＡＮＤ条件成立で雨天と判定したとき、雨天時初期への
切換指令ｔ₁ を出力する。さらに、タイマーＴ経過後、
雨天継続時への切換指令ｔ₂ を出力する。

【００２４】このように構成される曝気風量制御装置に
おいて、まず始めに図１に示す晴天／雨天判定ブロック
２により、入力される流入下水流量Ｑ(t) から、現在が
晴天か雨天かの判定が行なわれ、判定結果として、曝気
風量目標値演算方式切換指令ｔ₁ ，ｔ₂ が出力される。
晴天／雨天判定ブロック２では、図２において、入力さ
れる流入下水流量Ｑ(t) より、流量増加判定ブロック６
が（１）式により流入下水流量Ｑ(t) の変動分ΔＱ(t)
を演算し、（２）式に示す判定を行なう。 ΔＱ(t) ＝Ｑ(t) −Ｑ（t-Δt) …（１） ΔＱ(t) ＞Ｋ ………………………（２） Ｋ：判定係数

【００２５】また、晴天時パターン流入流量設定ブロッ
ク７では、その下水処理場の統計的に求まった晴天時の
晴天時流入パターンを折線テーブルとして設定してお
き、現在時刻の晴天時基準流量をこの折線から求める。
ここで、この折線テーブルは曜日や特異日（元旦、雨天
の次の日等）により複数の登録を行ない、その日により
切り換えて使用する。また、その折線テーブルは晴天時
の６．００時の流入量を値１とした６．００時に対する
比率で設定されており、現在時刻における晴天時基準流
量を求める場合、現在時刻ｔを折線テーブルに入力した
結果の時刻ｔにおける流量比ｒ(t) から、（３）式に示
すごとく、その日の６．００時における流入下水流量Ｑ
(6) をかけて、現在時刻ｔにおける晴天時基準流量Ｑ_r
(t) を求める。 Ｑ_r (t) ＝Ｑ(6) ×ｒ(t) …………（３） Ｑ(6) ：本日６．００時の流入下水流量

【００２６】この求まった晴天時基準流量Ｑ_r (t) によ
り（４）式に示す判定を行なう。 Ｑ(t) ＞Ｑ_r (t) ＋Ｍ ……………（４） Ｍ：判定係数 上記（２）式及び（４）式の判定条件のＡＮＤ条件がと
られ、成立していれば、雨天時と判断され、雨天時初期
への切換指令ｔ₁ がＯＮする。また、ＡＮＤ条件が成立
してから、タイマーＴ_t 時間経過後、雨天継続時への切
換指令Ｓ₂ がＯＮする。

【００２７】このように判断された、雨天時初期切換指
令ｔ₁ と雨天継続切換指令ｔ₂ により、曝気風量目標値
の演算方式が切り換えられる。図１において、ｔ₁ ，ｔ
₂ がともにＯＦＦ、すなわち晴天時と判断されたときに
は、晴天時流入比率曝気風量演算ブロック３により、流
入流量Ｑ(t) の入力値に無駄時間、１次遅れが演算され
た値に晴天時比率がかけられ目標値とされ、曝気風量Ｐ
ＩＤ演算ブロック１の曝気風量目標値として入力され
る。

【００２８】また、ｔ₁ ＝ＯＮ，ｔ₂ ＝ＯＦＦ、すなわ
ち雨天時初期と判断されたときには、まず、雨天継続時
曝気風量ホールドブロック５によりｔ₁ がＯＮする直前
の曝気風量目標値が保存される、そして、雨天時初期流
入比率曝気風量演算ブロック４により、流入流量Ｑ(t)
に雨天時初期比率がかけられ目標値とされ、曝気風量Ｐ
ＩＤ演算ブロック１の曝気風量目標値として入力され
る。

【００２９】さらに、ｔ₁ ＝ＯＮ，ｔ₂ ＝ＯＮ、すなわ
ち雨天時継続と判断されたときには、雨天継続時曝気風
量ホールドブロック５により保存された曝気風量目標値
が曝気風量ＰＩＤ演算ブロック１に入力され、曝気風量
目標値として使用される。

【００３０】このようにして、晴天時には流入流量に晴
天時比率をかけた曝気風量目標値が、雨天時初期には流
入流量に雨天時初期比率をかけた曝気風量目標値が、雨
天継続時には雨天になる直前の曝気風量目標値が使用さ
れることになり、オペレータは雨天／晴天時の曝気風量
目標値の切換を行なわなくても自動的に切り換えられる
ことが可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の流入比率曝気風量演算による曝気風量目標値決定
方式では流入する下水の水質が変化した場合に制御が継
続できなくなる欠点を解決するため、水質が変化する雨
天時を制御装置内で判断し、雨天時には雨天初期と雨天
継続時の目標値演算方式の切換を可能とすることによ
り、従来、雨天時には必ずオペレータの介入を必要とし
た曝気風量制御を、自動的に切換えられるようにした。
これにより、下水処理場が運転に入り、流入下水の流入
流量のパターンがつかめればそのパターンを曝気風量制
御装置に登録するだけで、雨天晴天が変化してもオペレ
ータは制御操作に介入せずに、プロセスの状況を監視す
るだけでよく、オペレータの負担が非常に軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック構成図。

【図２】本発明の晴天雨天判定ブロック構成図。

【図３】一般的な下水処理場のプロセスの流れと曝気風
量制御との関係を示す図。

【図４】従来の曝気制御のブロック構成図。

【図５】下水流入パターンと曝気風量のトレンドグラフ
をを示す図。

【符号の説明】

１…曝気風量ＰＩＤ演算ブロック、２…晴天／雨天判定
ブロック、３…晴天時流入比率曝気風量演算ブロック、
４…雨天時初期流入比率曝気風量演算ブロック、５…雨
天継続時曝気風量ホールドブロック、６…流量増加判定
ブロック、７…晴天時パターン流入流量設定ブロック、
８…晴天時基準流量超過判定ブロック、１０…流入下
水、１１…流入流量計測センサー、１２…最初沈澱池、
１３…エアレーションタンク、１４…最終沈澱池、１５
…送風機、１６…風量センサー、１７…曝気風量調節
弁、１８…空気配管、１９…曝気風量制御装置、２０…
ポンプ、２１…曝気風量計測値、２２…目標曝気風量、
２３…風量調節機能、２４…操作量、２５…曝気風量調
節弁、２６…流入下水流量、２７…無駄時間補償機能、
２８…１次遅れ補償機能。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下水流入流量と設定された１日基準流入
   量パターンの流量を比較する流量比較手段と、この比較
   された結果で晴天時，雨天初期，雨天継続を判断する状
   態判断手段と、前記状態判断に基づいてそれぞれ晴天
   時，雨天初期，雨天継続に対応した曝気風量目標値を決
   定する演算手段と、前記演算手段に基づいて曝気風量の
   切換え制御を行なう切換制御手段とから構成されたこと
   を特徴とする曝気風量制御装置。