JPS5879594A - 活性汚泥処理プロセスにおける曝気槽内溶存酸素濃度制御方法 - 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】 （−）　　技術分野の説明 本発明は下水、工場廃水等の汚濁水を、活性汚泥処理−
二よって処理するプロセス感＝おける曝気槽内の溶存酸
素濃度を制御する方法Ｉ：関する０（司　従来技術の説
明 活性汚泥処理プロセスでは、汚濁水が沈殿等の処理プロ
セスを経て、曝気槽内に流入する。曝気槽内では、汚濁
物が汚泥、す表わち、好気性微生物Ｃ二よって分解され
、沈殿しやすいフロックが形成される。曝気槽内のプロ
セスを経た汚濁水は、さらｇ二沈殿プロセスを経て、沈
殿物の−ｓ＃ｉ回収され活性汚泥として、曝気槽の入ロ
ｌ二返送される０残りの汚泥は余剰汚泥として、排除さ
れる。

このような活性汚泥処理プロセスでは、−気檜内の溶存
酸素濃度の制御が必資不可欠である。一般に、溶存酸素
濃度が過度に高くなるとフロックの形成が不完全となり
、その後の沈殿プロセスの効率低下を招き、逆５：溶存
酸素濃度が過度に低下すると、処理効率の低下や汚泥自
体への惑影替を招く。このため、各処理場では、それぞ
れの経験（二基づき、溶存＃索漉度の運転範囲を定め、
これＣ二従って運転がなされている。このとき、予め設
定され九滴存ａ＆素濃度の目標値と浴存酸素鎖度検出鰺
により検出された溶存＃水濃度検出値とを比較し、その
比較結果から曝気槽へ供給する空気量（？５ＪＬｔ　）
を制御して、拳気檜内の溶存ａｉ＊機度を制御する方法
が一般的である。

一般島＝、送風量と溶存ＩＩ　Ｉｇ　ＩＩｓ　ｆ　ｔ−
Ｆｉ（ｔ）式の関係があることが６かつている。

）て＝１・ｉ・（”（？）　　”　）　−Ｒｒ　　−−
−−−−−−−−−−−（１）ここで　ｘ：＠気槽内の
溶存酸素濃度　（ｐｐｍ）六：時間微分 ＃：送風量　〔め旬〕 ”（？）：水温テτ）ｔ＝に＆ｊる飽和溶存酸素濃度（
ｐｐｍ） Ｒｒ　：　ＩＩ素消費速度　［ｐｐｍ／時］−１ｎニブ
ラント園有の定数 浩存酸素錆３１＆１送風量絡、水温テは検出可能。

飽和溶存酸索饋度；（りは水温Ｔがわかれば既知な数値
、Ｒｊ自体は検出不可能なプ四セス量でａとｎはプラン
）向有な定数である。（１）式から、操作量である送風
童謡と皺制御量である溶存１１ｉ素濃度Ｘとの非線形な
関係Ｃ−よって、溶存酸素濃度の時間変化が決定するこ
とがわかる。

このような対象１対して、目標値と検出値の偏差、積分
および微分に対して、ある定数を乗じ、その和をもって
操作量の出力とするいわゆる比例積分微分（ＰＩＤ）制
御方法により溶存酸素濃度を制御する場合、従来は、こ
れらの演舞に使用する制御定数は固定として取り扱われ
てきた０ところが、この従来の固定制御パラメータを使
用したＰＩＤ制御を行なった場合（１）式で表わされる
よう直重対象が非紐形であるので常に望ましい制御応答
を得ることは不可能であった。

（−）　　発明の目的 本発明は上記の問題点を克服するため、送風量と溶存酸
素ｆＩ！度との非線形な関係を考慮し、制御定数をパラ
メータとして自動的シー調整して常Ｃ二望ましい制御応
答を得ることのできる活性汚泥処理プロセスにおける曝
気檜内溶存酸木瀝度制御方法を提供することを目的とし
ている０ （ｄ）　　発明の構成 以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。

第１図は対象制御系の構成を示す。

汚濁水は曝気槽ｌに流入し、ある滞留時間後に流出して
行く０この間、送風機２により送風された９気は空気吸
込み段３よね汚濁水に供給される。

曝気槽１内には溶存酸素濃度検出計４が設置されている
。温度計５は、曝気槽１に流入する前に設置されること
が多い。また、送風機２の吐出側の送風管には風量針６
が設けられている。これらの検出計４＋５．６＋”−よ
抄検出され友プロセス量は入力装置７を介し、電子計算
機８１＝情報が伝達される。ここで、予め内蔵されてい
るプログラム！二より演算が実施されその結果が出方装
置９を介し、操作入力信号として出力される。すなわち
、送風機２の台数制御指令は台数制御装置１ｏへ、送風
機の吸込弁１３の開度制御指令＃′ｉ吸込弁開度制御装
置１１へ、送風管の曝気槽１人目ｆ：設置されている曝
気風量制御弁１４のｇａ度指令Ｆｉ曝気風量制御弁開度
制御装置１２へそれぞれ出方され、各制御装置は各制御
対象を制御する。この結果、−気のための送風量が加減
され、結果として、溶存ｗ累濃度が制御される。

（番）発明の作用 以下、電子計算機に内蔵するプルグラムＣ二ついて述べ
る。

説明は大きく、２つ（二分かれる。Ｍｌｔｉ（１１式で
示される非線形モデルの微小変化内での線形化であり、
第２は、得られたモデルの特性値から制御パラメータを
決定するアルゴリズムである。

（１）　　線形溶存酸素濃度モデルの導出送風量と溶存
酸素濃度との関係は、既に（１）式Ｃ二示した通りであ
るが、（１）式によると送風量Ｕのｎ乗と溶存酸素濃度
Ｘの積の項が存在し、これらの変数に関して非線形な関
係となっていることがわかる。この対象；：古典制御理
論を適用しうるため≦二は線形化が必要である。

今、制御の対象範囲が、平衡点の近傍Ｉｎあるとすると
次式が成り立つ。

０　＝　ａ−ｕｏＥ＋　（”；；（、ｒ）−”ｏ　）　
　Ｒｒｏ　　−−−−−−−−−−−（１１１）−（Ｒ
ｒｏ＋ΔＲｒ　）−−−−−’　（ＩＩＩここで、ｘｏ
：プロセスがある平衡点Ｃ二あった時の溶存［１鎖度　
（ｐｐｍ） ΔＸ：プロセスがある平衡点ｉ二あった時の溶存酸素濃
度からの偏差［ｐｐｍ） μ。：プロセスがある平衡点Ｃ二あった時の送風量　Ｃ
Ｗｌ／時〕　□ ΔＵ：プロセスがある平衡点く−あった時の送風量から
の偏差　〔♂／時〕 Ｒｒｏ　：プロセスがある平衡点にあった時のｒＭ素消
費速度　（ｐｐｍ／時〕 Δに＝プロセスがある平衡点にあった時の酸素消費速度
からの偏差 ［ｐｐｍ／時〕 その他の記号は＜１）式と同様 （４式ｇ−おいてΔ語、ΔＸの項を無視し、（２）式を
代入すると、（４）式が得られる。

ｄ（ΔＸ） □　　ＯＳ＆　６　”　’　ΔＺ　＋　６−１］　’　
＃　。”　−”（Ｉｔ （；（Ｔ）−ｘｏ）＋Δμ−ΔＲｒ−−−−−・（４）
（４）式は、Δμ、Δｘ（型間して線形で、これをブロ
ック線図で懺現すると第２図の如くカる０但し、ｘｌ、
　Ｋ！＋　’は次の通りである。

Ｋｌ　　：（１−塾。ｎ　　　　　　　　　　−−一−
−−−−−（６）従って、このモデルは（−次遅れと外
乱）として費境されたことになる。このモデルのゲイン
と時定数は次の通りでおる。

結局、送風量”ｏ［ｗ？／時〕、溶存酸素濃度ｇｏ（ｐ
ｐｍ）および汚濁水の水温Ｔ（：”Ｃ：］がプロセス蓋
として得られれば、ａとｎは予め設定可能な定数なので
、線形な溶存酸素濃度モデルの特性値に、Ｔが得られる
ことになる。

（１）　　Ｐ！制御パラメータの自動調整方法−次遅れ
の対象Ｉ：ｐ）制御（微分制御は雑音に対して好ましく
ない影譬な及ばず場合があるので比例・積分制御を適用
する場合を考える０）を施したブロック線図を第３図に
示す。但し、Δ＃ｒは溶存酸素濃度偏差Ａｈａの目標値
（ｐｐｍ）＋　ＩＰ＋　’ｒｌはｐ１制御パラメータ、
８は（９）式Ｃ二おける２プラス変換パラメータである
。

ａ＋　　　−、。

’（ｓ）　”　（ｆ（ｔ）・　、１１．　　−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−　（９）ｆ（→：時間領
域の関数 ？（＠）：周波数領域の関数 この系は、２個の共役複素極と１個の零点を持つ系であ
り、閉ループ伝達関数は一式となる。

数 ―。　：固有周波数 ψ　　：減衰係数 ｚｌ　　　二零点 Ｚｌ＝　−−−−−−−−−−−−−一〇−Ｉ 本対象系の場合、対象プロセスの特性値Ｔ、Ｋが時間に
より変動するので、従来の交さ周波数を一定とするよう
な方法Ｉ：より制御パラメータＫＰｗＴ！を得ることは
不可能である。そこで、本発明では新たに次の指針を設
け、望ましい応答を得ることを可能とする。

方針１　減衰係数ψが一定（例えば０．８）となるよう
Ｉニする。

方針２　目標値Δｘｒのステップ変化に対応する応答Δ
Ｘの行き過ぎ時間ｔｐ　（ｔｉｍｅ　ｔ、。

ｐｅａｋ　）が、一定となるようＣニする。

方針３−巡伝達関数の周波数応答におけるゲイン特性が
望首しい特性となるように する。即ち、ゲイ／４Ｉ性の傾斜な交切周波数ω。付近
でＦｉ−２０６Ｂ／ｄｏ。とじ。

低周波ゲインを上ける九め１ユ、低周か域でｉｆ　　４
０／ＬＢ／６＠。とする。

これらの３つの方針を実現するための準備をする０ 今、次のように表記すれに Ｌなω、テ　　　　　　　　　　−山−−一−−−−−
−−−−−−−〜　Ｃｌ３）αｂ式より （２）式に代入して 従って、Ｌが決まれけ、ψが一定だから、βが決定し、
対象プロセスの特性Ｔ、ｘが得られているのでＰＩ制御
パラメータＫＰ　＋　’ｒｌが次式で決まる。

一方、叫弐で示される系のステップ応答の時間微分がＯ
Ｉユなる時刻の最小値であることがら、ω。ＴＦｉψ、
ωユ・ｔｐの関数として表わせる。例えば、ψ；０．８
の場合、回帰式で示すと、φ１１式となる。

ωｎ’ｒ＝２．１４・−＋０．５２　−−−−−−−−
−−−−−則ｐ 結局、第４図に示すようなアルゴリズム１二より。

Ｐ！制御パラメータを、前１ユ３つの方針を実現できる
よう（二、自動調整することが可能となる。

（１）　　他の実施例 本アルゴリズムでは比例・積分制御を採用し喪が、これ
１；フィルターを追加し、プロセス信号の雑音を減少さ
せたり、微分制御を追加することＣ：より、連応性を高
めたりするととも１本発明方法との併合により効果がさ
らｌ二高めることができる。

まえ、送風量の制御としては、送風機の吸込弁を制御す
る方法と曝気権前の風量調節する方法の他にも１台数制
御６二よる方法や送風機の吐出弁の制御１；よる方法も
実施できる。カお、水温の変動が大きくない場合ｃ二は
、飽和溶存ｌｌ！素ａｍを一定とすることもアルゴリズ
ムを簡単＆ニする有効な方法である。

（−発明の効果 本発ｆｌＡ＋−よれば、簡単なアルゴリズムによって系
の変動署二対して一自動的一二制御バッメータを調整し
、常時望ましい溶存酸素捩度の制御応答が得られるよう
（二することができる。アルゴリズムが簡単であること
は実用性が高いということを意味し。

制御パラメータを１動的−二調節できるということは、
製品の試験調整時間を短縮し、さらに常時望ましい応答
を得ることは処理水質に好ましい影譬な与えるばかりか
、無駄表送風を無くすことができ、下水処理場の大半の
電気代を占める送風機の違転費を削減することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すクロッ２１ｗ図、第２
図は線形化された溶存ＷＩ素績度モデルのブロック線図
、第３ＷＡＦｉ本発明の一実施例における制御ブロック
線図、第４図は本発明の一実施例において計算機Ｉ：内
蔵される制御パラメータの自動調整アルゴリズムの概略
流れ図である。 １・−曝気槽　　　　　２・・・送風機３・・・空気吸
込み段　４・・・溶存ａｌＰ票＃度検出計５°・・・温
度計　　　　　６・・・風量計７・・・入力装置　　　
　８・・・電子計算機９・・・出力装置　　　　１０・
・・台数制御鉄量１１・・・吸込弁開度制御装置 １２・・・曝気風量制御弁開度制御装置１３・・・送風
機の吸込弁　１４・・・曝気風量制御弁（７１１７）代
理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１図 ８９ 第２図 第３図 第ｔ］ ５０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性汚泥処理プロセスにおける曝気槽内の溶存１１１嵩
   ＃＆を検出し、予め設定され九溶存酸素濃度の目標値と
   比較し、その比較結果から曝気槽へ供給する送風量を制
   御して、曝気槽内の溶存ｆＩＩ素伽度を制御する方法Ｃ
   二おいて、さら（二速風量と曝気槽内の水温度を検出し
   、予め設定した送風量変化と溶存酸素濃度変化との関数
   関係を利用して、制御対象の動的特性を求め、望ましい
   制御応答となるようＣ二制御パラメータを自動的（二調
   ゛整する手段を設けたことを特長とする活性汚泥処理プ
   ロセスζ二おける曝気槽内溶存酸素ｌｌｌ−制御方法。