JPH11290883A - 廃水処理制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 好気性微生物を利用する廃水処理において、
曝気空気量の適性化による省エネ、異常廃水流入の早期
発見処置、運転管理業務の省力化等を得ることができる
廃水処理制御方法を提供する。 【解決手段】 曝気処理中の廃水をサンプリングし、該
廃水中の溶存酸素と、その後新たな廃水の流入を停止し
た状態で溶存酸素の減少する変化（曲線）と、その後該
廃水に空気を曝気して溶存酸素の増加する変化（曲線）
をそれぞれ測定し、その測定から得られる汚泥の活性
度、未処理のＢＯＤ濃度、曝気空気量の過不足の情報と
目標とするデ−タ・曲線パタ−ンとを比較して、曝気空
気量等の増減を指示または制御する信号を発する廃水処
理制御方法において、新たな廃水の流入を停止した状態
で測定する際、溶存酸素濃度が低い場合、測定時に短時
間曝気して溶存酸素濃度を直線的に減少する程度まで高
めて溶存酸素の減少速度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は好気性微生物を利用した
廃水処理法を運転制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃水処理の方法として、好気性微生物を
利用した生物処理法は広く一般的に用いられる廃水処理
法である。その代表的なプロセスとしては活性汚泥処理
法がある。また活性汚泥処理法にも曝気槽の形状、原廃
水の注入法や負荷のかけ方等により、標準活性汚泥法、
オキシデ−ションリッチ、ステップエアレ−ション法、
完全混合等はさまざまなバリエ−ションがある。その処
理原理は共通で、好気性微生物が廃水中の汚濁物を捕捉
し酸素の供給を得て分解することにより生物活動するた
めのエネルギ−を得たり、廃水中の汚濁物を分解、合成
して自己の生体を維持、増殖する自然界の生物活動を高
度に濃縮することにより廃水を浄化することである。し
たがって廃水を効率良く、また清浄に処理できるかは、
好気性微生物の活動をいかに活発な状態に維持していく
かによる。

【０００３】活性汚泥処理における活性汚泥のＢＯＤ分
解速度は次のように表現できる。汚泥の活性度を単位量
の活性汚泥が適正なＢＯＤ物質と酸素の供給を受けたと
きに単位時間でＢＯＤを分解する能力と定義するとＢＯ
Ｄ分解速度＝ｆ（ＢＯＤ濃度、溶存酸素濃度、ＭＬＳＳ
×汚泥の活性度）の関数である。ここにＢＯＤとは生物
化学的酸素要求量、ＭＬＳＳは曝気槽混合液の汚泥濃度
である。また汚泥の活性度とは単位当たりの汚泥が汚濁
物を分解する力を表す指標であり、後述のように種々の
要因に影響を受ける。

【０００４】このため活性汚泥処理装置を適正に運転す
るには、 １．適量の分解可能な汚濁物（＝ＢＯＤ負荷量）がある
こと ２．汚濁物を分解し、微生物の呼吸に必要な酸素が供給
されていること ３．汚濁物の量と基質にみあった微生物の種類、量を確
保し、それぞれの処理法に適した微生物が専ら繁殖しや
すい環境にすること が必要である。このための運転管理指標として、 １．原水のＢＯＤの代替指標としての化学的酸素要求量
（ＣＯＤ）、ｐＨ等 ２．曝気槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ値） ３．ＭＬＳＳ値、ｐＨ、温度、塩濃度、汚泥容積指標
（ＳＶＩ）、返送汚泥濃度等 ４．処理水の管理指標としてＣＯＤ、透視度、浮遊物濃
度（ＳＳ）、ｐＨ等等がある。

【０００５】図１に標準活性汚泥処理装置の基本的なフ
ロ−シ−トを示す。１は原水ポンプ、２は原水流量調節
バルブ、３は曝気槽、４は曝気用ブロア−、５はブロア
−の出力を調整するインバ−タ−、６は散気管、７は最
終沈殿池、８は返送汚泥ポンプ、９は返送汚泥流量調節
バルブ、１０は余剰汚泥引き抜きバルブである。通常の
活性汚泥処理装置の運転は上記管理指標を参考にして以
下の操作をおこなう。 １．原水のＢＯＤと処理すべき廃水量、処理水の水質の
状況から原水調節バルブを操作して処理水量とＢＯＤ負
荷量（濃度×水量）を調節する。 ２．ＢＯＤ負荷量とＤＯ値からインバ−タ−により曝気
ブロア−の風量を調節して曝気空気量を調節する。 ３．余剰汚泥の引き抜き量や返送汚泥流量を調節してＭ
ＬＳＳを一定に維持管理する。 管理指標を自動の分析計器や管理計器で管理し、その信
号をコンピュ−タで演算して上記操作量を制御すれば活
性汚泥処理装置の自動運転は理屈のうえでは可能である
が、実際の操業において実用化されている例はほとんど
ない。その原因は以下の２点に集約できる。 １．直接ＢＯＤを運転操作に反映できるような短時間で
信頼に足る測定ができる自動計器がない。ＢＯＤの代替
指標であるＣＯＤ等は迅速に測定可能な自動計器が実用
になっているが、実際の操業においては原水のＢＯＤは
多様な成分から成り且つ組成や濃度の変動が大きく、Ｃ
ＯＤ等の値から必ずしもＢＯＤの値を推定できない。 ２．実際の操業においては汚泥の活性度は様々な因子か
ら影響を受けて変動しているが、その活性度を判断する
実操業に役立つ簡便な手段がない。 このため、上記のような自動運転法は、廃水の基質変動
がほとんどないごく特殊な廃水の場合に限られている。

【０００６】このように自動運転のニ−ズは高いもの
の、変動の激しい実操業では管理指標から操作量への判
断はオペレ−タの技量に頼っているのが一般的である。
そして常時ＢＯＤ等の処理水質を一定値以下に維持しよ
うとすれば、運転条件は廃水変動や汚泥の活性度の変動
を予測することが難しいため安全側に設定せざるを得な
い。このことは処理装置の本来の能力を十分生かしてい
ないことであり、また曝気ブロア−の動力を無駄に消費
していることになる。

【０００７】本発明者はこの点を解決する手段として特
願平8-205359「廃水処理制御方法及び装置」による方法
を提示した（以下３StepＤＯ制御法と称す）。該方法の
概要を以下に示す。３StepＤＯ制御法は、好気性微生物
を利用する廃水処理において、曝気処理中の廃水をサン
プリングし、該廃水中の溶存酸素（ＤＯ１）を測定し、
その後新たなサンプリング廃水の流入を停止した状態で
溶存酸素の減少する変化（ＤＯ２変化曲線）を測定し、
その後該廃水に空気を曝気して溶存酸素の増加する変化
（ＤＯ３変化曲線）を測定し、またはこのＤＯ３変化曲
線に代るデ−タとして該廃水に既知量のＢＯＤ物質を含
む液を添加し空気を曝気して溶存酸素の増加する変化
（ＤＯ３′変化曲線）を測定し、ＤＯ１とＤＯ２変化曲
線とＤＯ３変化曲線またはＤＯ３′変化曲線の形状から
少なくとも汚泥の活性度、未処理のＢＯＤ濃度、曝気空
気量の過不足の情報を特定し、目標とする汚泥の活性
度、未処理のＢＯＤ濃度及び目標とする検査ＤＯ曲線パ
タ−ンと比較して、曝気空気量や処理量等の運転条件の
制御信号や警報信号を出力するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】３StepＤＯ制御法にお
ける、基本的なデ−タはＤＯ１、ＤＯ２変化曲線、ＤＯ
３変化曲線またはＤＯ３′変化曲線であり、その採取方
法は特願平8-205359のなかで説明しているが、デ−タの
採取はできるだけ短時間でできるだけ多くの情報が得ら
れれば、それだけ正確な判断が可能であることはいうま
でもなく、本発明は特願平8-205359を改良する効率的な
デ−タの採取を可能にするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】３StepＤＯ制御法におい
て、ＤＯ２変化曲線を測定する際、ＤＯ２変化曲線の測
定開始時点で廃液中の溶存酸素濃度が低い場合、測定開
始時点で短時間廃液を曝気して予め開始時の溶存酸素濃
度を直線的に減少する程度まで高めておいたのちに、溶
存酸素の減少を測定する。またＤＯ２変化曲線の減少速
度が小さい場合、ＤＯ２変化曲線を測定後、該廃液に空
気を曝気して溶存酸素の増加する変化を測定する過程に
おいて、該過程のスタ−トから前半部分は空気を曝気し
て溶存酸素の上昇する変化を測定し、後半部分で該廃水
に既知量のＢＯＤ物質を含む液を添加しかつ空気を曝気
して溶存酸素の変化を測定する。

【００１０】

【実施例】はじめに３StepＤＯ制御法の原理について簡
単に述べる。好気性微生物の活動状況は呼吸（酸素の消
費速度）を測定することにより推定できる。３StepＤＯ
制御法では以下の３ステップの溶存酸素濃度（ＤＯ）の
変化を測定し、コンピュ−タでデ−タ処理することによ
り活性汚泥処理に必要な情報を得て、運転条件に反映さ
せる。第１ステップ（Step１と称す）は曝気槽の混合液
をサンプリングして曝気槽内のＤＯを測定する。第２ス
テップ（Step２と称す）はサンプリングを停止し、酸素
の供給を遮断してＤＯの減少していく曲線を測定する。
第３ステップ（Step３と称す）は該混合液を曝気してＤ
Ｏの増加していく変化を測定する。または第２ステップ
でＤＯの減少していく速度が小さい場合は、既知量の分
解容易なＢＯＤ物質を添加してから曝気してＤＯの変化
を測定する（Step３′と称す）。図２に典型的なＤＯの
変化を示す。サンプリングした混合液に分解容易なＢＯ
Ｄ物質がある場合はStep３で図のような２段の曲線とな
り、後述で示すように点線と実線に囲まれた面積が混合
液のＢＯＤに相当する。Step１から曝気槽内の曝気空気
量とＢＯＤ分解に必要な酸素量とのバランスの情報、St
ep２から汚泥のＢＯＤ分解力の情報、Step３から処理状
態の情報（または汚泥の活性度の情報）が得られる。St
ep１からStep３（またはStep３′）を１サイクルとして
このサイクルを繰り返し行い、コンピュ−タがこれらの
情報を総合的に判断する。

【００１１】図１には３StepＤＯ制御法を活性汚泥処理
装置に設置する場合の具体例を示す。１１は３StepＤＯ
制御法の制御部である。該制御部の主装置はパソコンで
ある。１２は３StepＤＯ制御法の測定部である。１３は
測定部の一部であるサンプリングポンプである。３Step
ＤＯ制御法は制御部からの指令でサンプリングポンプで
曝気槽から混合液をくみ上げ、測定部で一連の工程の検
査を行い、そのＤＯの変化デ−タを制御部に伝送して制
御部で解析し、その結果得られる制御信号を活性汚泥処
理装置のブロア−、原水ポンプ、返送汚泥ポンプ等の運
転操作機器に出力する。サンプリングポンプは標準活性
汚泥の場合、通常曝気槽出口より少し手前に設置する。

【００１２】つぎに各ステップのもつ意味を詳しく説明
する。Step１は曝気槽内のＤＯを測定するステップであ
る。Step１ではまず測定容器内の前回のサンプル液を排
水すると同時に、サンプリングポンプで曝気槽内から測
定容器内にサンプル液を汲み上げＤＯを測定する。充分
サンプル液が置換されるStep１の最後の値が曝気槽内の
ＤＯ値（ＤＯ１）として有効な値となる。曝気槽内のＤ
Ｏ値は酸素の供給と消費がバランスする値である。式で
あらわすと Ｇ・η・(DOsat−DO) ＝Ｖ・(ASact＋BODact) (2・1)式 曝気装置からの 活性汚泥が呼吸および 酸素供給量（左辺） BOD 分解で消費する酸素量
（右辺） ここに DOsat：飽和溶存在酸素濃度 DO：曝気槽内溶存酸素
濃度 ASact：活性汚泥の呼吸による酸素の消費速度（酸素消
費量） BODact ：活性汚泥がＢＯＤ成分を分解している酸素の
消費速度（酸素消費量） Ｇ：曝気空気量 Ｖ：曝気槽の容量 η：酸素の吸収効率（曝気の方式、ディフュ−ザ−の形
状等で決まる係数） 曝気槽内のＤＯ値は0.５mg/l程度が最も効率がよいが、
曝気槽内のバラツキや汚濁物等の変動を考慮して通常は
１mg/l〜２mg/lが管理値として採用される。Step１でわ
かる事項は曝気槽内での曝気空気量の過不足である。し
かしながら過不足の原因が分解の早いＢＯＤが多くなっ
て (BODact大) 空気が不足したのか？、分解すべきＢＯ
Ｄがなくなって（BODact小）空気が過剰になったのか
？、汚泥の活性が悪くなって呼吸による酸素の消費が減
少して(ASact小）空気が相対的に過剰になったのか？、
などStep１の情報だけでは原因が特定できない。

【００１３】Step２ではサンプリングポンプを停止し、
酸素の供給を遮断して、サンプル液のＤＯが減少してい
く速度を測定する。この曲線をＤＯ２変化曲線と称す
る。図３の減少カ−ブの傾きがそれに相当する。式で表
すと、 ＤＯ２変化曲線は通常図２−２のように概ね (a) DO＞0.５mg/lの範囲では直線的に減少 (b) DO＜0.５mg/lでは指数曲線で０に向かって減少す
る。 (a) は(2・2)式の右辺(ASact＋BODact) が一定であるこ
とを示している。 (b) は(2・2)式の右辺(ASact＋BODact) がＤＯの関数で
あることを示している。また (ASact＋BODact) ＝β とおくと、 βは活性汚泥の酸素の消費速度を表わし、βが大きいこ
とは汚泥が活発に活動していることの証拠となる。逆に
βが小さいことは汚泥の活動が鈍いことになる。以下β
を汚泥活性度と称す。

【００１４】ASact は汚泥の基礎呼吸による酸素の消費
速度である。基礎呼吸なのでＢＯＤ成分とは直接無関係
で測定時間内ではほとんど一定であるが、基礎呼吸とい
っても少し長いレンジでは汚泥の状態（対数増殖期、減
衰増殖期、内生呼吸期等）の変化で増減する。この汚泥
の状態は短期的には薬物流入、環境変化（水温変化、ｐ
Ｈ、塩濃度等）、原水の組成、変動などで変化し、長期
的には栄養バランス（Ｐ、Ｎ）、ＢＯＤの不足と過曝
気、汚泥日令の長期化などで変化減少する。また一般的
に余剰汚泥の引き抜きを活発に行うと若い活発な汚泥に
なる。

【００１５】BODactは汚泥がＢＯＤ成分を分解している
酸素の消費速度である。BODactはＢＯＤ成分が生物分解
されやすい物質であるかどうか、汚泥がその物質に馴化
しているかどうか、汚泥の状態（対数増殖期、減衰増殖
期、内生呼吸期）、水温、ｐＨ、塩濃度等の棲息環境な
どで変化する。通常ASact 対 BODact の曝気槽全体での
平均では１：１〜３である。

【００１６】毒物等の流入、急激な棲息環境の変化があ
ると、ASact も BODact もショックで急減する。またβ
（＝ ASact＋BODact) は生物量（MLSS）に比例する。一
般にβは処理の進行度合により変化する。処理の初期に
おいて廃水中の分解しやすい物質を分解するため分解速
度が速くBODactが大きくなりβは大きな値をとる。処理
の中盤では中程度の分解性の物質を分解するため分解速
度がやや低下し、βは初期よりは小さくなる。処理の終
盤では、難分解性の物質が残るので分解速度は小さくな
り、βはASact より少し大きい程度の小さな値となる。
３StepＤＯ装置は曝気槽の出口近くに設置することでβ
の大きさから処理の進行状態を概略推察できる。但し、
推定のためには汚泥の状態が正常であることが前提とな
るが、βが小さい場合Step２のデ−タだけでは汚泥の状
態が正常であるか否かの判断がつかない。Step２で判明
する事項は処理の状態が概略推定でき、特にβが大きい
場合には処理水自体は未処理の可能性が高いが汚泥の活
動状態は正常であると判断できる。一方βが小さい場合
には、処理が完了して分解可能BOD がなくなったため
か、毒物等の流入で生物活動が鈍って酸素の消費速度が
小さくなったのか、Step２のデ−タだけでは判断できな
い。

【００１７】Step３では３StepＤＯ制御法の曝気装置を
使ってStep２の混合液を曝気する。混合液は曝気により
ＤＯが上昇していくが、その上昇曲線をＤＯ３変化曲線
と称し、ＤＯ３変化曲線は汚泥や処理状態により以下の
ような特徴をもっている。この過程を式で表わすと、 ここにKabsは液相基準の総括物質移動係数であり、アス
ピレ−タの形状、水流の強さ等の曝気装置の特性及混合
液の温度、粘度等の性状で決まる定数である。右辺第２
項(ASact＋BODact) は、DO＞0.５mg/lではStep２で求め
た定数βで置き換えられ、 (2・4)式は以下の指数曲線になる。 DO＝α＋（α−DO₀ ）exp （− Kabs ・ｔ） (2・5)式 但しα＝DOsat −β／ Kabs 分解容易なＢＯＤがある場合、β＝大となるので図４の
ａの低い曲線となる。分解容易なＢＯＤが初めからほと
んどない場合、β＝小となるので図４のｂの高い曲線と
なる。分解容易なＢＯＤが少量あり、曝気の途中で分解
が終了する場合、図４のｃの２段の曲線となる。また図
５で示すように、 DOsat ：飽和溶存酸素濃度 highDO：２段曲線の上の段の最終ＤＯ値 lowDO ：２段曲線の下の段の最終ＤＯ値とすると、 DOsat ＝ lowDO＋β／ Kabs BODact＝ Kabs (highDO − lowDO） β＝ASact ＋ BODact の関係があり、さらに図５の点線をβが小（ＢＯＤがな
い時）の場合の上昇曲線とすれば、実線の測定曲線と点
線で囲まれた範囲の面積をＳとするとＳ× KabsがＢＯ
Ｄ物質の分解に要した酸素消費量になり、この値はすな
わち混合液のＢＯＤに相当する。Step３では単にサンプ
リング液を曝気するので、Step３で判明する事項は上記
のように処理水のＢＯＤが推定できることである。但し
Step２でβが小さい場合にはＤＯ３変化曲線はすぐにＤ
Ｏが上昇する図４のｂの曲線になるが、この原因が餌と
なる分解可能ＢＯＤがないためなのか、毒物等の流入で
汚泥の活性度が低下しているためかの判別がStep３では
できない。

【００１８】βが小さい場合、分解可能ＢＯＤがなくて
小さいのなら処理完了であるが、活性度が低下した結果
であれば運転管理上危険である。コンピュ−タがStep２
の結果がβが小さいと判断すると、通常のStep３でなく
Step３′に自動的に移行し、Step３の先頭で分解容易な
ＢＯＤ物質を規定量添加してから曝気を行う。ここで得
られるＤＯ変化曲線をＤＯ３′曲線と称し、ＤＯ３′曲
線はもし単に分解可能なＢＯＤがなく、活性度が良好で
あれば、（ 2・3 ）式の添加ＢＯＤ物質を分解し終わる
までは BODact が大きくなるため図６のｃの２段の曲線
となり計算で得られるＢＯＤ値は添加したＢＯＤ値と一
致するはずである。逆に図６のａの low１段の曲線であ
れば分解力が弱いことになり、ｂのhigh１段であれば相
当活性度が低下しており、危険な状態であると判断でき
る。Step３′で判明する事項はβが小さい場合、この原
因が分解可能ＢＯＤがないためなのか、毒物等の流入で
汚泥の活性度が低下しているためかの判断ができる。

【００１９】以上が３StepＤＯ制御法における基本的な
デ−タ採取法である。本発明は上記に加え、以下の手段
を追加して、さらに効率的なデ−タの採取を可能にする
ものである。その第１はStep２の測定において、Step２
の開始時点の溶存酸素の濃度がすでに低い場合において
である。（ 2・2 ）式で説明のように、概ねＤＯが0.５
mg/l以上であればStep２の減少曲線はほぼ直線状に減少
するため解析は容易であるが0.５mg/l以下になると減少
曲線はＤＯの関数となり、事実上解析は不可能となる。
このためStep２の開始時点のＤＯが低い場合は、Step２
の初期の段階の直線部分のみで解析をおこなうが、誤差
が大きくなる危険性がある。このため本発明ではStep２
の開始時点のＤＯが小さい場合には、Step２の開始時点
で予め短時間該混合液を曝気してＤＯを直線的な減少が
得られる程度まで高くしてから測定をおこなう手法であ
る。予め曝気をするか否かはコンピュ−タが予備曝気限
界値として記憶している数値と比較して自動的に判断す
る。予備曝気限界値は概ね１mg/l〜２mg/l程度である。
また曝気時間は長すぎると処理が進んでβの値が変化し
たり、Step３での測定誤差となるため、必要最小限とす
べきで、通常は２分程度以内が好ましく、ＤＯが測定で
きる値に高くなった時点でコンピュ−タが曝気を停止し
て、可能な限り短時間にすることが好ましい。図７は本
発明によるStep２で予め曝気した場合の３StepＤＯ制御
法の典型的なＤＯ変化を示す図である。

【００２０】本発明の第２は第３ステップのデ−タ採取
法に関するものである。従来はStep２のβの測定結果か
ら、βがＢＯＤ添加限界値より大きい場合は、通常のSt
ep３を実施して混合液のＢＯＤを測定する。またβがＢ
ＯＤ添加限界値より小さい場合はStep３′を実施して汚
泥の活性度をテストする。本発明はβがＢＯＤ添加限界
値からＢＯＤ添加限界値より少し大きい程度（以下後半
ＢＯＤ添加限界値と称す）の範囲にある場合に適用でき
るデ−タ採取法であり、Step３の前半でサンプリング液
中のＢＯＤを測定し、Step３の後半で分解容易な既知量
のＢＯＤを添加することで、後半で汚泥の活性度を判別
することができるようにしたものである。この曲線をＤ
Ｏ３″変化曲線と称し、ＤＯ３″変化曲線は例えば第３
ステップの検査時間を２２分とした場合、コンピュ−タ
がStep２の結果βがこの範囲と判断すると、前半の１５
分を単純な曝気で行いＤＯ上昇変化を測定し、１５分目
で分解容易なＢＯＤ物質を既知量添加し後半７分のＤＯ
変化を測定する。βはあまり大きな値ではないことから
ＤＯ３″変化曲線の上昇曲線は比較的短時間で高いレベ
ルに上昇することから、図８に示すようにサンプル液の
ＢＯＤは前半の実線とそれを外挿した点線から計算して
も誤差は少ない。また汚泥の活性度はＢＯＤ量を完全な
測定が時間不足でできないが、汚泥が正常であれば分解
可能なＢＯＤ物質に対応する正常な大きさのBODactが発
生するはずであるから（２・５）式から導かれる ｈ＝highDO−lowDO ＝BODact／Kabs に相当する大きさのＤＯ低下を示すことで判定できる。
ＤＯ３″変化曲線は混合液のＢＯＤと汚泥の活性度を同
時に判定可能であり、実際の活性汚泥処理装置の運転制
御においては、処理が正常な場合は後述のパタ−ン凡例
１のようにβはＢＯＤ添加限界値付近を前後するため、
本発明のＤＯ３″変化曲線のデ−タ採取法が追加されれ
ば、従来のＤＯ３変化曲線かＤＯ３′変化曲線の２デ−
タ採取法に比べ、ずっと多くの情報が採取可能になり、
コンピュ−タの判断上意義は大きい。図８は本発明のＤ
Ｏ３″変化曲線の典型ＤＯ変化図を示すものである。な
おβがＢＯＤ添加限界値より小さい場合はＤＯ３′変化
曲線を測定し、後半ＢＯＤ添加限界値より大きい場合は
ＤＯ３変化曲線を測定するのは従来どおりである。

【００２１】次に本発明のデ−タ採取法も追加して３St
epＤＯ制御法の判断の具体事例を示す。

【００２２】パタ−ン凡例１…適正な処理が行われてい
る場合の具体例である。標準活性汚泥処理装置の場合、
図９〜図１１に示すようにパタ−ン凡例１−１から１−
３が交互に出現する状態は処理がきわめて適正に行われ
ているとコンピュ−タは判断する。パタ−ン凡例１−
２、１−３ではそれぞれＤＯ３″変化曲線、ＤＯ３′変
化曲線から汚泥の活性は良好であると判断できるので、
βが小さいのは分解可能なＢＯＤが少ないため、即ち処
理良好であると判断できる。パタ−ン凡例１−１はＤＯ
３変化曲線からわずかなＢＯＤが残っていることを示し
ている。３StepＤＯ制御法のサンプリング位置は曝気槽
出口より少し手前であるから、曝気槽出口ではちょうど
処理完了となる程度で、過度な処理（過曝気につなが
る）でなく、エネルギ−上も無駄のない最適な状態であ
ることを示している。

【００２３】パタ−ン凡例２…オ−バ−ロ−ドで処理異
常の場合の具体例である。図１２のパタ−ン凡例２−１
に示すように曝気槽内ＤＯ値（Step１の最終値）が→
→へと急激に減少し、Step２の減少曲線の傾きが大
きくなり、Step３の曲線が→→へと変化する場合
は、分解しやすいＢＯＤ成分が３StepＤＯ制御法のサン
プリング位置まで未処理で残っていることを示し、汚泥
のＢＯＤ分解力はStep２のβの大きさから正常であるこ
とと判断されるため、曝気空気量が不足しているか原水
のＢＯＤ量が曝気槽での処理能力を超えていることを示
している。この時の曝気空気量がブロア−の能力上限で
あれば原因はオ−バ−ロ−ドであると特定できる。

【００２４】パタ−ン凡例３…過曝気の場合の具体例で
ある。過曝気の場合、図１３のパタ−ン凡例３−１で示
す正常なパタ−ン（は通常のＤＯ３変化曲線、はＤ
Ｏ３″変化曲線）から、処理が過剰で餌となるＢＯＤ物
質がない状態が続くため、微生物の呼吸量が小さくなる
とともに微生物量も徐々に少なくなるため酸素の消費速
度が小さくなり、図１４のパタ−ン凡例３−２で示すよ
うに曝気槽内ＤＯ値（Step１の最終値）が上昇し、βが
小さくなり、Step３の曲線はパタ−ン凡例３−２のよう
に変化していく。からはStep２での傾きが小さいた
めＤＯ３′変化曲線となり、はＢＯＤ添加に対して正
常に応答しているが、は分解速度が低下し２段曲線が
浅くなり、はさらに分解速度が低下していき、汚泥の
活性が低下していく。過曝気の場合この変化は、数日か
けての徐々の変化となる。

【００２５】パタ−ン凡例４…毒物流入で処理異常の場
合の具体例を示す。毒物の流入で汚泥がダメ−ジを受け
た場合は通常図１５のパタ−ン凡例４−１で示すように
曝気槽前半の処理速度が低下するためサンプリング地点
での処理水が悪化し、Step３でのＤＯ３変化曲線での測
定ＢＯＤが悪化したあと、微生物の基礎呼吸まで阻害を
受けるため、図１６のパタ−ン凡例４−２で示すように
曝気槽内ＤＯ値（Step１の最終値）が急速に上昇し、St
ep２の傾きが急激に小さくなり、Step３の曲線が図のよ
うに変化していく。Step３のはＤＯ３″変化曲線にな
るが、ＢＯＤ添加後の応答が鈍くなる。Step３のはＤ
Ｏ３′変化曲線であるが、曲線はＢＯＤ添加にほとんど
応答せず、かつ呼吸阻害のためＢＯＤがない場合の仮想
曲線より上になる。毒物流入の場合は過曝気の場合と異
なり数時間程度の急激な変化となる。

【００２６】図１７は本発明を具体化する装置例を示す
フロ−シ−トである。１４は溶存酸素計である。１５は
測定容器であり該容器のサンプリング液に溶存酸素計の
センサ−を浸析する。該容器の形状は液面から酸素が溶
解して測定誤差が生じないよう液の入口出口の配置や空
気溜まりが生じないようにする。１６はサンプリングポ
ンプである。１７は気液分離槽で粗大な気泡を分離する
ためのものである。１８は曝気循環ポンプ、１９はアス
ピレ−タ、２０は空気流量調節バルブ、２１は空気流量
計である。１８から２１は第３ステップで再曝気する際
使用する系統で１８の曝気循環ポンプによる水流で１９
のアスピレ−タから空気を吸引攪拌して酸素を溶解す
る。２２はＢＯＤ溶液タンク、２３はＢＯＤ添加ポンプ
である。２２から２３は第３ステップで既知量のＢＯＤ
物質を添加する際使用する。２４は攪拌ポンプであり、
溶存酸素計のセンサ−付近の流速を確保するために使用
する。２５はコンピュ−タである。本発明の検査操作の
動作、測定デ−タの解析、運転条件の指令、警報等はす
べてこのコンピュ−タが一元管理する。本発明で使用す
るコンピュ−タは通常のパ−ソナルコンピュ−タが使用
でき、本実施例においてはＩＢＭ（株）製Ａｐｔｉｖａ
を使用し、拡張１／Ｏスロットにアナログ→デジタル、
デジタル→アナログ変換ボ−ドとして（株）インタ−フ
ェ−ス製IBX-3133、IBX-3325を使用し、ポンプ等の駆動
指令用のデジタル出力ボ−ドとして（株）インタ−フェ
−ス製IBX-2727を使用した。２６はリレ−ボックスであ
る。１６、１８、２３、２４の駆動はコンピュ−タから
デジタル出力ボ−ドを経由しての信号でリレ−を作動さ
せ、第１ステップから第３（３′）ステップまで必要な
タイミングで機器類をＯＮ−ＯＦＦさせる。２７は溶存
酸素計の変換器である。１４の溶存酸素計の信号は２７
の変換器で４ｍＡ〜２０ｍＡのアナログ電流信号に変換
され２５のコンピュ−タのアナログ→デジタル変換ボ−
ドで変換されてコンピュ−タに取り込まれる。コンピュ
−タは演算の結果、曝気空気量や原水処理量や返送汚泥
量の制御操作信号、汚泥の活性度異常や処理異常や装置
異常等の警報信号をデジタル→アナログ変換ボ−ドやデ
ジタル出力ボ−ドを経由して２８の制御部端子盤から出
力する。本発明を実現するハ−ドは特願平8-205359「廃
水処理制御方法及び装置」で示したものを用いることが
でき、該ハ−ドを制御するコンピュ−タソフトで実現す
る。

【００２７】図１８は本発明のコンピュ−タソフトのフ
ロ−チャ−トである。図中の点線１で囲んだ部分と点線
２で囲んだ部分が本発明で追加した機能である。予備曝
気限界値及び予備曝気上昇値は本発明請求項１で使用す
る値で、予めコンピュ−タに入力し記憶している値であ
る。予備曝気限界値はStep２のスタ−ト時の値（図中の
ＤＯ１）がこの値以下であれば予備曝気を行い、予めＤ
Ｏ値をアップしてからＤＯの減少変化を測定し、その値
は１mg/lから２mg/lに設定される。予備曝気上昇値は予
備曝気時間を必要最小限にするためのもので、この値以
上にＤＯが上昇すれば予備曝気を停止し、ＤＯの減少変
化を測定する。通常予備曝気上昇値は予備曝気限界値よ
り0.５mg/lから１mg/l程度高い値に設定される。ＢＯＤ
添加限界値、後半ＢＯＤ添加限界値、後半添加時間は本
発明請求項２で使用する値で、予めコンピュ−タに入力
し記憶している値である。ＢＯＤ添加限界値は従来の３
StepＤＯ制御法でも使用しているが、βがこの値以下で
あれば既知量の分解容易なＢＯＤ物質を含む液を添加し
て曝気を行い、そのＤＯの変化を測定する。またβが後
半ＢＯＤ添加限界値より大きければ、単に曝気を行いそ
のＤＯの変化を測定する。βがＢＯＤ添加限界値より大
きく後半ＢＯＤ添加限界値より小さい場合が本発明請求
項２の測定法であり、Step３のスタ−トから後半添加時
間までは単に曝気のみ行いＤＯの上昇変化を測定し、後
半添加時間になると既知量の分解容易なＢＯＤ物質を含
む液を添加して曝気を行い、そのＤＯの変化を測定す
る。ＢＯＤ添加限界値、後半ＢＯＤ添加限界値の具体的
な値は制御対象となる活性汚泥処理装置のBODactやASac
t により異なる。具体的には汚泥の活性度、MLSS、原水
中の汚濁物の生分解性、温度等の種々の条件で異なる。
このためＢＯＤ添加限界値、後半ＢＯＤ添加限界値の決
定には対象となる活性汚泥処理における基準となる標準
的で正常な処理状態で運転中の３StepＤＯ測定部のサン
プリング位置の混合液をサンプリングし、該混合液を外
部からの酸素の供給を断ってＤＯの減少する速度を測定
する。この値はサンプリング地点の活性汚泥のBODact＋
ASact に相当する。また該混合液を十分曝気して該混合
液中の分解可能なＢＯＤを小さくしたのち、外部からの
酸素の供給を断ってＤＯの減少する速度を測定する。こ
の値はほぼASact に相当する。ＢＯＤ添加限界値はASac
t より少し大きい程度に設定するのが好ましい。また後
半ＢＯＤ添加限界値はＢＯＤ添加限界値とBODact＋ASac
t の間の値に設定する。標準活性汚泥処理装置の場合、
ＢＯＤ添加限界値は0.２から0.５mg/min程度、後半ＢＯ
Ｄ添加限界値は0.４〜0.９mg/min程度に設定することが
多い。

【００２８】

【発明の効果】本発明のもととなる３StepＤＯ制御法は
活性汚泥処理装置を代表とする好気性微生物処理の適用
ができ、３StepＤＯ制御法の測定、解析機能により従来
不明確であった曝気槽内の微生物の活動状態や処理水の
処理状態を３０分程度の短時間でコンピュ−タ画面に出
力できることにより、従来大まかな設定しかできなかっ
た活性汚泥処理の運転条件を適切に設定でき処理水質の
良化安定が可能となる。このことにより曝気空気量の適
性化による省エネ、異常廃水流入の早期発見処置、運転
管理業務の省力化など、大きな効果が得られる。本発明
はこの３StepＤＯ制御法のデ−タ採取法をより強力にす
るもので、本発明により３StepＤＯ制御法はより正確で
正確なアウトプットが可能になり、上記の３StepＤＯ制
御法の効果がアップする。

【図面の簡単な説明】

【図１】基本的な活性汚泥処理装置を示すフロ−シ−ト
である。

【図２】第１ステップ〜第３ステップにおける典型的な
ＤＯの変化を示す変化曲線図である。

【図３】第２ステップにおけるＤＯの減少する変化を示
す変化曲線図である。

【図４】第３ステップにおける分解容易なＢＯＤの量に
応ずる変化を示すＤＯ変化曲線図である。

【図５】ＢＯＤ物質の分解に要する酸素消費量を表わす
ＤＯ変化曲線図である。

【図６】ステップ３′におけるＤＯの変化を示す変化曲
線図である。

【図７】ステップ２で予め曝気した場合のＤＯの変化を
示す変化曲線図である。

【図８】ＤＯ３″変化曲線を示す図である。

【図９】適切な処理が行われている場合のＤＯ変化曲線
の推移の１状態を示す図で分解容易なＢＯＤが少し残っ
ていた状態を示すＤＯ変化曲線図である。

【図１０】適切な処理が行われている場合のＤＯ変化曲
線の推移の１状態を示す図でステップ３において後半に
ＢＯＤを添加した場合のＤＯの変化を示す変化曲線図で
ある。

【図１１】適切な処理が行われている場合のＤＯ変化曲
線の推移の１状態を示す図でステップ３においてＢＯＤ
添加した場合のＤＯの変化を示す変化曲線図である。

【図１２】オ−バ−ロ−ド状態の場合のＤＯ変化曲線図
の推移を表わす図である。

【図１３】過曝気状態になる前の正常なＤＯの変化を示
す変化曲線図である。

【図１４】過曝気状態の場合のＤＯ変化曲線図の推移を
表わす図である。

【図１５】毒物流入の場合のＤＯ変化曲線図の前半の推
移を示す図である。

【図１６】毒物流入の場合のＤＯ変化曲線図の後半の推
移を示す図である。

【図１７】本発明の装置を示すフロ−シ−トである。

【図１８】本発明のコンピュ−タソフトのフロ−チャ−
トである。

【符号の説明】

１４ 溶存酸素計 １５ 測定容器 １
８ 曝気循環ポンプ １９ アスピレ−タ ２２ ＢＯＤ溶液タンク ２
３ ＢＯＤ添加ポンプ ２５ コンピュ−タ ２６ リレ−ボックス ２
８ 制御部端子盤

【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】３StepＤＯ制御法におい
て、ＤＯ２変化曲線を測定する際、ＤＯ２変化曲線の測
定開始時点で廃液中の溶存酸素濃度が予め設定した予備
曝気限界値より低い場合、測定開始時点で短時間廃液を
曝気して予め開始時の溶存酸素濃度を直線的に減少する
程度まで高めておいたのちに、溶存酸素の減少を測定す
る。またＤＯ２変化曲線の減少速度がＢＯＤ添加限界値
より大きく、予め設定した後半ＢＯＤ添加限界値より小
さい範囲にある場合、スタ−トから前半部分は空気を曝
気して溶存酸素の上昇する変化を測定し、後半部分で該
廃水に既知量のＢＯＤ物質を含む液を添加しかつ空気を
曝気して溶存酸素のＤＯ３″変化曲線を測定し、ＤＯ２
変化曲線の減少速度が後半ＢＯＤ添加限界値より大きい
場合はＤＯ３変化曲線を測定する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 好気性微生物を利用する廃水処理におい
   て、曝気処理中の廃水をサンプリングし、該廃水中の溶
   存酸素（以下ＤＯ１と称す）を測定し、その後新たなサ
   ンプリング廃水の流入を停止した状態で溶存酸素の減少
   する変化（以下ＤＯ２変化曲線と称す）を測定し、その
   後該廃水に空気を曝気して溶存酸素の増加する変化（以
   下ＤＯ３変化曲線と称す）または該廃液に既知量のＢＯ
   Ｄ物質を含む液を添加し曝気して溶存酸素の増加する変
   化（以下ＤＯ３′変化曲線と称す）を測定し、ＤＯ１と
   ＤＯ２変化曲線とＤＯ３変化曲線またはＤＯ３′変化曲
   線の形状から少なくとも汚泥の活性度、未処理のＢＯＤ
   濃度、曝気空気量の過不足の情報を特定し、目標とする
   汚泥の活性度、未処理のＢＯＤ濃度及び目標とする検査
   ＤＯ曲線パタ−ンと比較して、少なくとも曝気空気量の
   増減を指示または制御する信号を発する廃水処理制御方
   法（以下３StepＤＯ制御法と称す）において、ＤＯ２変
   化曲線を測定する際、ＤＯ２変化曲線の測定開始時点で
   廃液中の溶存酸素濃度が低い場合、測定開始時点で短時
   間廃液を曝気して予め開始時の溶存酸素濃度を直線的に
   減少する程度まで高めたのちに、溶存酸素の減少速度を
   測定することを特徴とする廃水処理制御方法。
2. 【請求項２】 ３StepＤＯ制御法において、ＤＯ２変化
   曲線の減少速度が小さい場合、ＤＯ２変化曲線を測定
   後、該廃液に空気を曝気して溶存酸素の増加する変化を
   測定する過程において、該過程のスタ−トから前半部分
   は空気を曝気して溶存酸素の上昇する変化を測定し、後
   半部分で該廃水に既知量のＢＯＤ物質を含む液を添加し
   かつ空気を曝気して溶存酸素の変化を測定する（以下Ｄ
   Ｏ３″変化曲線と称す）ことを特徴とする廃水処理制御
   方法。