JPS5845318B2 - 活性汚泥法の沈澱池滞留汚泥量の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は活性汚泥法の沈殿池滞留汚泥量の制御方法に関
するものである。

活性汚泥法は都市下水および産業廃水の処理方法として
、広く利用されているが、運転管理方法の確立が重要な
課題となっている。

曝気槽（エアレーションタンク）と沈殿池の間を活性汚
泥は循環しているが、システム内を循環させる活性汚泥
量の制御を適性に行なうことが、運転管理上量も重要な
条件の一つである。

沈殿池において、重力沈降により活性汚泥と処理水は固
液分離され、活性汚泥は濃縮を受けて再び返送汚泥とし
て曝気槽に戻される。

従来の制御理論は（ａ）混合液濃度（ＭＬＳＳ）、返送
汚泥濃度および流入下水浮遊物濃度の情報より返送率を
計算する式や（ｂ）混合液を３０分間沈殿させて占める
活性汚泥沈殿率と返送率の関係を求める式に従った方法
であるが、いずれも沈殿池内に滞留させるべき最適な活
性汚泥量と混合液濃度、返送汚泥濃度、流入水量および
返送率との関係を求めることはできていない。

沈殿池内に滞留する活性汚泥量を必要以上に多くするこ
とは活性汚泥の嫌気的変質を引き起こし、また必要以下
に少なくすることは十分に濃縮を受けた返送汚泥を戻せ
ないことになる。

従来は経験的かつ試行錯誤的な運転で滞留活性汚泥量を
調節してきている。

本発明において最適滞留活性汚泥量を算定する原理をは
じめてあきらかにし、自動的連続的に活性汚泥の界面沈
降を測定し、かつ原理に従ったアルゴリズムでコンピュ
ータにより最適滞留活性汚泥量を計算させて運転制御指
標とすることができる。

すなわちまず本発明は曝気槽から送られる混合液を沈殿
池に導入し、沈殿池の滞留汚泥量を制御するものに於て
、前記曝気槽の混合液をたとえば間歇的に沈降管に採取
して界面沈降を行なわせ、界面高さと沈降時間の関係を
示す界面沈降値を演算装置に導入し、たとえばコンピュ
ータを利用した演算装置にて圧密沈降が開始する圧密点
を求めると共に界面沈降曲線を基に仮想的な界面高さ値
を求め、さらにこの仮想的な界面高さ値を修正するため
の補正係数αと前記沈殿池と沈降管とのスケールアップ
係数βとを前もって演算装置に記憶させると共に、演算
装置に検出された返送汚泥量、返送汚泥濃度を含む運転
条件値を導入し、演算装置にて運転条件値と前記係数α
、β値とをもとに演算させ、演算結果を運転制御指標と
して自動速度制御装置に印加し、この装置を介して沈殿
池の汚泥引抜き用の返送汚泥ポンプを制御するようにし
たことを特徴とする活性汚泥法の沈殿池滞留汚泥量の制
御方法を提供するものである。

また本発明は自動連続式界面沈降測定装置で曝気槽混合
液を連続的に沈降管に採取して界面沈降を行なわせ、界
面高さと沈降時間の関係を示す界面沈降値を自動連続的
に求め、以下コンピュータにより界面沈降曲線上に圧密
沈降が開始する圧密点を演算決定し、次ぎに圧密点を通
る接線を引くとともに返送汚泥量、返送汚泥濃度を含む
活性汚泥法の運転条件値を算入して前記接線と交わる点
から仮想的な界面高さを求め、さらにこの仮想的な界面
高さ値を修正するための補正係数αと沈殿池と沈降管と
のスケールアップ係数βと、検出された返送汚泥量、返
送汚泥濃度を含む運転条件値とをもとに沈殿池に滞留さ
せるべき最適活性汚泥量を演算させて、活性汚泥法の運
転制御指標とすることを特徴とする活性汚泥法の沈殿池
滞留汚泥量の制御方法を提供することにある。

活性汚泥法における曝気槽混合液は沈殿池に流入すると
、界面沈降を行ない、活性汚泥と処理水が固液分離され
ることになる。

沈降管（通常円筒型）により界面沈降を行なわせると、
界面高さと沈降時間の関係を示す界面沈降線は第１図に
示される。

この場合、沈降管の内径が小さければ、また沈降管の高
さが十分でなければ、壁効果によって界面沈降曲線が変
化し、実沈殿池の状況と相似性を得ることができなくな
る。

沈降管に間歇的（通常は約６０分毎、沈降性の悪い場合
はもう少し長くする）に、かつ自動的に混合液を注入し
、界面沈降を行なわせ界面を追従して沈降曲線を描く装
置が必要である。

この条件を満たす装置はすでに開発されているが、本発
明の重要な構成の一つは界面沈降曲線を求めた後に、圧
密点を求めるアルゴリズムを持ったコンピュータを具備
して圧密点を求めることである。

すなわちロバーツ（Ｒｏｂｅｒｔｓ ）によると、圧密
沈降ゾーンでは沈降曲線が１次反応式で近似できると実
験的に確めているが次のような式で表現される。

−ｄ′Ｈ７′ｄ ｔ ＝ Ｋ （Ｈ−Ｈ，：ｘ））
・””−・・・・・（１）ここで ｄＨ／ｄ ｔ ：界
面の沈降速度Ｈ：時間ｔにおける界面の高さ Ｈ（７）：時間ｔ＝■のときのＨの高 さ、 ロバーツ（Ｒｏｂｅｒｔｓ ）自身によると、圧密沈降
ゾーンの開始する圧密点を求める方法は（１）式の積分
値からＡｎ（Ｈ−Ｈ（１））と時間ｔの関係をプロット
して直線部分から離れる点を圧密点としている。

しかし、この場合Ｈ（１）を試行的に推定しなければな
らないという欠点をもつ。

またエツケンフエルダー（Ｅ ｃｋｅｎｆｅｌｄｅｒ）
は沈降曲線の等速沈降の部分と圧密沈降の部分とを直線
で延長し、両点線の作る角度の２等分線と交わる点を圧
密点だとしている（第２図参照）。

この方法は理論的根拠にとぼしく、また観測時間を長く
して圧密沈降の部分を長く観測すれば、圧密点が変わる
という欠点がある。

従って、圧密点を合理的かつすみやかに求める方法とし
て次のような原理を導いた。

適当な時間間隔△ｔ（実験により３分が実用的であるこ
とを確めた）を与えた場合、圧密ゾーンにおける界面高
さＨｔ−Ａｔ ＋Ｈｔ 、Ｈｔ＋Ｊｔの間に（１）式の
考えから、次式の関係があることが導ける。

（２）式の定数は、異なった界面沈降曲線には異なった
定数を与える。

そこで、自動連続界面測定装置でＪｔ時時間区ＨＪｔ
、ＨｚＪｔ 、−・・・、ＨｎＪｔを読み、コンピュー
タに記憶させる。

界面の測定紙１後（通常測定時間は４０分から５０分で
終了する）、（２）式を利用してＨｎＪｔから出発して
定数を求める。

Ｊｔのピッチで時間の進行と逆方向に（２）式の計算が
進行するが、圧密点に到達するまではＡの値ははシ一定
の値になる。

計算が圧密点を通過すると、（２）式の関係でＡの値が
急激に増加することになるので、圧密点Ｈ０を求めるこ
とができる（第３図参照）。

次に圧密点を通る接線を次のように導く。

接線は圧密点前後の測定点を用いて、沈降曲線を２次曲
線近似し、圧密点におけるその２次曲線に対する接線と
して求める。

実際には圧密点前後の沈降曲線勾配を−ｒｎ１ 、
ｒｎ２とすれば、接線の傾きは、 であり、（６）式を（５）式に代入してｂが求まる。

次に沈殿池滞留時間ｔｕの決定は、（５） 、 （６）
式から（４）式が決定して、これより であるので、（９） 、 （１０）式から次式の関係が
成立する。

０ Ａ−Ｈｕ−Ｑｏ−ｔｕ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・０υｕ ０９式から実沈殿池に滞留している流量を得るためには
、本発明の構成の二つ目として、第４図に示される仮想
界面高さの関係を調整する補正係数αを導入する必要が
ある。

次に本発明の構成の三つ目として、第４図で求められる
ｔｕは沈殿管で得たものであるから、実殿池での沈降時
間Ｔｕを得るためのスケールアップ係数βを導入する必
要がある。

この第１表かられかるように従来全く理論的に計算する
ことができなかった沈殿池滞留汚泥量が計算可能となっ
た。

また本発明の構成の五つ目として、自動速読式界面沈降
測定装置に加えて、上述の原理に従ったアルゴリズムを
もつコンピュータを加えることによって自動的に計算が
されて、活性汚泥法の運転制御において重要で有用な情
報を得ることができる。

以下、これについて第５図の制御ブロック図を用いて説
明する。

そのまえに０国式すなわち、■＝α・β・ ”’Ｑｏ・
１ｏにより、あらかじめ界面ｕ 沈降曲線より求めておいたα、β、ｔｌＪを用いれば任
意の■に対するＣｕが求まり、α、β、Ｃｕ。

ｔｕは各々ある１つの値をもって対応する。

よってＣｕあるいはｔｕを制御することにより所望の■
を得ることが可能となり、最終沈殿池汚泥量制御が行な
える。

以下にＣｕおよびｔｕを用いた制御方法について説明す
る。

第５図において１はエアレーションタンク、２はエアト
ーションタンク１内における汚泥容量Ｓ■を検出し演算
装置３であるコンピュータに供給する汚泥容量測定装置
（以下、Ｓｖ計という）、４は最終沈殿池、５はエアト
ーションタンク１内の混合液濃度（初期濃度）ｃｏをコ
ンピュータ３に供給するＭＬＳＳ計、６は最終沈殿池４
からの放流水量Ｑ。

を代用検出してこのＱ。信号をコンピュータ３に供給す
る最終沈殿池汚泥量計、７は返送汚泥ポンプ、８は返送
汚泥量Ｑｕを検出し、コンピュータ３に供給する返送汚
泥流量計、９は返送汚泥濃度Ｃｕを検出し、これをコン
ピュータ３に供給する返送汚泥濃度計である。

コンピュータ３は返送汚泥濃度制御および返送汚泥量制
御を行なうため、（イ）必要計測値（ｃｏ、Ｓ■、Ｑｏ
。

Ｑｕ、Ｑｕなど）の読み込み、（ロ）圧密点、接線、補
正係数の演算、（ハ）返送汚泥濃度制御又は返送汚泥量
制御の各機能を有する。

１０は自動速度制御装置で、コンピュータ３からの指令
信号にもとづいて返送汚泥ポンプ（可変速ポンプ）７を
制御し、最終沈殿池４からエアレーションタンク１への
返送汚泥量および返送汚泥濃度を制御している。

まずコンピュータ３による返送汚泥濃度制御については
、返送汚泥濃度計９の返送汚泥濃度信号Ｃｕをコンピュ
ータ３にて読み込み、所望の最終沈殿池汚泥量Ｖに対応
する汚泥濃度Ｃｕを０３）式より求め、この演算濃度と
実際の返送汚泥濃度との偏差に従って、自動速度制御装
置１０により返送汚泥ポンプ７（可変速ポンプ）の増減
速指令を与え、返送汚泥濃度制御を行なう。

即ち、汚泥沈降特性から予め実沈殿池の汚泥堆積量■に
対応するα、β、ｔｕのテーブルを演算装置３にて作成
しておき、この中から■が与えられたときそれに対応す
るＣｕを探し出す。

なお、α、β、ｔｕは任意の■に対応できるよう外挿法
にて希め、これを０３）式に代入してＣｕを求める。

次にコンピュータ３による返送汚泥量制御については、
０３）式にて、β・ｔｕは最終沈殿池４における必要濃
縮時間として与えられ、任意のＶを得■ るための単位時間当りの引抜量は としてコβｔｕ ンピュータ３において求まる。

よってコンピュータ３はこの演算返送汚泥流量と実際の
返送汚泥流量との偏差に従い自動速度制御装置１０を介
して返送汚泥ポンプ７（可変速ポンプ）の増減速指令を
与え、返送汚泥量制御を行なう。

なお、第５図の制御システムの中心計測器である汚泥容
量測定装置（Ｓｖ計）２の原理図を第６図に示す。

第６図において、エアレーションタンクにおける汚泥混
合液はエアリフトポンプから検水注入口２１を介して沈
降管（測定管）２２に検水として一定量送られる。

沈降管２２の大きさは沈降速度の特性が壁面効果などの
諸パラメータによって影響を受けないように管長が５５
０ｍｍ以上、管口径１５０ｍｍ以上とされている。

沈降管２２内に検水が一定量溜ると、沈降管２２の上部
両側方に沈降管２２を挾んで対向して配置されている投
光器２３と受光器２４が働き、投光器２３よりの透過光
によって汚泥界面のＳ■検出が行なわれる。

検水が沈降管２２に給入されると、パワーシリンダ２５
に連結したカム２６の凸部が排水弁と一体のポールキャ
スタ２７を押し上げるように当接することにより沈降管
２２の底部に設けられている排水弁が閉弁する。

２８は排水口である。

投受先部昇降モータ２９が作動すると、投光器２３およ
び受光器−２４を取付けたタイミングベルト３０がタイ
ミングプーリ３１の回転と共に移動し、投光器２３およ
び受光器２４を透過光量が一定値以下になるまで下降さ
せる。

投受先部昇降モータ２９が回転しただけの回転角度はポ
テンショメータ３２に伝えられ、このポテンショメーク
３２の出力はＳ■測定回路部４０でＳＶ測測定行なわれ
る。

また沈降管２２の上方に設けられている洗浄ブラシ３３
が洗浄ブラシ昇降モータ３４の回転により下降する。

このとき同時に洗浄ブラシ正逆回転モータ３５により、
洗浄ブラシ３３は正転する。

洗浄ブラシ３３はモータ３４と一体に回転する巻取ドラ
ム３６に一端が固定されたリーフチェーン３７によって
モータ３５と共に吊り下げられている。

３８は滑車である。洗浄ブラシ３３の下降および上昇に
より検水によって汚れた沈降管２２の内壁に付着する糸
状菌、藻類などをかき落し、洗浄される。

また３９はシーケース制御器、４０は界面検出変換回路
、４１は信号線である。

本発明と従来との比較を行なえば次のようである。

従来、沈殿池に滞留させるべき活性汚泥量を理論的に計
算することができず、沈殿池に必要以上に汚泥を滞留さ
せて運転する傾向が多かった。

このために活性汚泥の沈殿池における嫌気性化による変
質や沈殿池容積縮少にともなう水理条件の悪化など沈殿
池管理方法が確立しないために、活性汚泥法の運転制御
の困難性が問題となっていた。

これに対し本発明によって沈殿池と曝気槽を循環する活
性汚泥量を制御する理論が明らかになり、この理論にも
とづく測定装置と計算装置が作成できたことから、その
結果沈殿池から曝気槽への返送率の制御および余剰汚泥
を引き抜くための必要な情報が自動的に測定計算される
ことになる。

上述したように本発明による活性汚泥法の沈殿池滞留汚
泥量の制御方法によれば、たとえば自動的、連続的に活
性汚泥の界面沈降を測定し、かつはじめて明らかにされ
た最適滞留活性汚泥量を算定する原理に従ったアルゴリ
ズムで、コンピュータにより最適滞留活性汚泥量を計算
させて運転制御の指標とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は界面沈降曲線を示す特性図、第２図はエツケン
フエルダ（Ｅｃｈｅｎｆｅｌｄｅｒ）による圧密点の求
め方を示す説明図、第３図は圧密点の求め方を示す説明
図、第４図は補正係数αの求め方を示す説明図、第５図
は制御ブロック図、第６図は汚泥容量測定装置の原理図
であって、図中１はエアレーションタンク、２はＳ■計
、３はコンピュータ、４は最終沈殿池、５はＭＬＳＳ計
、６は最終沈殿池流入量計、７は返送汚泥ポンプ、８は
返送汚泥流量計、９は返送汚泥濃度計、１０は自動速度
制御装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 曝気槽から送られる混合液を沈殿池に導入し、沈殿
   池の滞留汚泥量を制御するものに於て、前記曝気槽の種
   混合を沈降管に採取して界面沈降を行なわせ、界面高さ
   と沈降時間の関係を示す界面沈降値を演算装置に導入し
   、演算装置にて圧密沈降が開始する圧密点を求めると共
   に界面沈降曲線を基に仮想的な界面高さ値を求め、さら
   にこの仮想的な界面高さ値を修正するための補正係数α
   と前記沈殿池と沈降管とのスケールアップ係数βとを前
   もって演算装置に記憶させると共に、演算装置に検出さ
   れた返送汚泥量、返送汚泥濃度を含む運転条件値を導入
   し、演算装置にて運転条件値と前記係数α、β値とをも
   とに演算させ、演算結果を運転制御指標として自動速度
   制御装置に印加し、この装置を介して沈殿池の汚泥引抜
   き用の返送汚泥ポンプを制御するようにしたことを特徴
   とする活性汚泥法の沈殿池滞留汚泥量の制御方法。 ２ 曝気槽混合液を間歇的に沈降管に採取することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の活性汚泥法の沈殿
   池滞留汚泥量の制御方法。 ３ 演算装置としてコンピュータを利用したことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の活性汚泥法の沈殿池
   滞留汚泥量の制御方法。 ４ 自動連続式界面沈降測定装置で曝気槽混合液を連続
   的に沈降管に採取して界面沈降を行なわせ、界面高さと
   沈降時間の関係を示す界面沈降値を自動連続的に求め、
   以下コンピュータにより界面沈降曲線上に圧密沈降が開
   始する圧密点を演算決定し、次ぎに圧密点を通る接線を
   引くとともに返送汚泥量、返送汚泥濃度を含む活性汚泥
   法の運転条件値を算入して前記接線と交わる点から仮想
   的な界面高さを求め、さらにこの仮想的な界面高さ値を
   修正するための補正係数αと沈殿池と沈降管とのスケー
   ルアップ係数βと、検出された返送汚泥量、返送汚泥濃
   度を含む運転条件値とをもとに沈殿池に滞留させるべき
   最適活性汚泥量を演算させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の活性汚泥法の沈殿池滞留汚泥量の制
   御方法。