JPS60261593A - 下水処理システムの監視装置 - 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〕 本発明は都市下水や産業廃水のように有機物を含む汚水
を浄化する下水処理システムの監視装置に関するもので
ある。

〔背景技術〕

一般に都市下水の下水処理システムは、第１図に示すよ
うに有機物質を含む下水を管路１より曝気槽２に導入し
、曝気槽２には、沈殿池３から引抜いた返送汚泥が管路
４を介して返送されるとともに、散気管５より曝気槽内
にブロワ−６から圧送された空気が供給され、管路１か
らの流入下水と管路４からの返送汚泥は曝気槽内で撹拌
混合され、下水中の有機物質は活性汚泥により沈降性の
良い汚泥に変換して沈殿池３に導かれる。

（３） 沈殿池３においては処理水と汚泥に沈降分離され、清澄
水は管路７から放流され、沈殿池に沈殿した汚泥の大部
分は返送汚泥ポンプ８により引抜かれて管路４を介して
曝気槽内に返送され残りの汚泥は引抜汚泥ポンプ９によ
り排出される。

以」−述べた下水処理システムにおいて、各種水質デー
タを語測、収集し１表示することは公知である。

また、前記水質データをシステムの状態監視に利用する
ため、」二限値、下限値を計測値と共に表示したり、あ
らかじめ設定された値を越えたり。

下回ったりした場合に警報を発するようにした装置も公
用されている。

ところが、このような従来の監視装置では、処理水の水
質の悪化といったような事故に対しては。

オペレータが水質項目間の因果関係を経験等にも、、、
、ｊ　とづいて考えながら各水質項目を点検して行く必
要があり、未熟練オペレータでは正常に復旧させるのが
非常に困難であった。

〔先行出願の開示〕

そこで、水質項目間の因果関係をあらかじめ設定してお
き、ある水質項目を表示する際、その因果関係に従って
その水質項目に影響する項目を索引して表示させるよう
にすることを提案したものとして特開昭５６−１１１０
８７がある。

しかしながら該提案のように１個々の下水処理システム
ごとの特徴や、プロセスの季節的な変動を考えずに、そ
の因果間１系を画一的に設定しておくことは、危険であ
り、しかも因果間１系自体を把握することもきわめて困
難であると言わさるを得ない。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので２個
々の下水処理システムの特徴や季節変動が処理プロセス
に与える影響を考慮して、下水処理システムの異常を検
知し、その原因を表示する下水処理システムの監視装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため９本発明では、他の水（５） 質項目（以後、システム変数と称する）が、あるシステ
ム変数に影響を与える度合（以後、寄与率と称する）を
、自己回帰モデルから算出し、その寄与率の大きい順に
因果関係が強いとみなして。

該寄与率の大きなシステム変数の順に、そのシステム変
数の現在値が異常がないかどうかを検知して表示するよ
うな下水処理システムの表示装置を構成したことを特長
としている。

具体的には、流入下水量、流入水のｐＨ１流入流入水物
濃度、溶存酸素濃度、曝気槽出口の水温。

曝気槽内混合液浮遊物質濃度（以下、ＭＬＳＳという）
、放流水の懸濁物質濃度、放流水のｐＨ。

放流水有機物濃度、返送汚泥量、返送汚泥濃度。

余剰汚泥引抜量、曝気風量を測定する測定装置と。

これら測定装置の検出信号からプロセスの状態を表わす
統計的自己回帰モデルの係数を推定演算する係数演算装
置と、推定した自己回帰モデルから清澄水の有機物濃度
、懸濁物質濃度およびＭＬＳＳに影響を及ぼすシステム
変数を選別する選択装置（６） する標準偏差演算装置と、前記選択装置および前記標準
偏差演算装置の出力信号を記憶する記憶装置と、標準偏
差を用いて計測値の検定を行い計測値が異常であれば前
記選択装置によって選択されたシステム変数について点
検を実施する異常検出装置と、その点検結果を表示する
表示装置とを備えて、異常事態の発生と、その推定原因
の調査結果を知らしめようとするものである。

〔発明の原理〕

理解を容易にするため、自己回帰モデルについて説明す
る。

下水処理装置において、現在のプロセスの状態は過去の
プロセスの状態の線形結合によってその大部分を表現で
きる。いま時刻ｎにおけるプロセスの状態をに次元の全
変数ベクトルＸ（ｎ）で表わすと、その自己回帰表現は
次のようになる。

但しＸ（ｎ−ｍ）は時刻ｎよりｍ時点前の全変（７） 己回帰モデルの回帰係数５Ｍは自己回帰モデルの最適次
数である。

（１）式の回帰係数Ａ（ｍ）の要素　月（ｍｌは次の連
立−次方程式の解としてめられる。

（ｈ−］、２・・、に、’　ｌ　−１＋　２＋　・・・
・・・・Ｍ）ただし、　Ｒ１１１（］ｌはＸの１．ｈ行
の要素の相互相関関数である。また白色雑音ベクトルＵ
（ｎｌの要素を　１（ｎ）とすると、その分散Ｏ−２は
つぎのようにεｌ なる。

なおモデルの最適次数Ｍは予測誤差を示す（４）式のＭ
ＦＰＥＭを最小にする値である。

たたし、Ｎはデータ数、　ｌｌｄＭｌｌはＵ（ｎｌの分
数共分散行列推定値である。またＭＦＰＥは多次元最終
予測誤差Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｆｉｎａｌ　Ｐｒｅｄｉｃ
ｔｉｏｎ　Ｅｒｒｏｒの頭文字である。

このようにして自己回帰係数、モデル次数および白色雑
音の分散（固有ノイズ）がめられ、自己回帰モデルが作
成される。

つぎに、下水処理装置の被制御変数すなわち放流水有機
物濃度、放流水懸濁物質濃度、ＭＬＳＳを一定に保つた
めに、この自己回帰モデルを構成する多数のシステム変
数の中で、被制御変数に寄与するシステム変数を選別す
る必要がある。

いまに個のシステム変数が伝達要素によって結ばれた閉
ループにおいて、ｄｉｊ（ｆ）を変数χ１（ｆ）と変数
χ、Ｈｆ）とを結ぶ伝達要素のズＪ（ｆ）からＸ−１（
ｆ）への周波数応答関数とし、Ｕｉ（ｆｌをχ１（ｆ）
の内部雑音の周波数領域における表現とすると。

但し」＼１ かえられる。

ここで （９） ・・・・・・・・（６） とおけば ここでｂｉｊ（ｆ）は１番目の変数の固有ノイズＵｆｉ
ｆ）が、フィードバックループを通して１番目システム
変数χ１（ｆ）へ及ぼす影響を示す。

（７）式のパワースペクトル領域における表現式はただ
しＰ（Ｕｊ）（ｆ）は周波数Ｆにおける固有ノイズＵｊ
　のパワースペクトル密度である。さらに周波数ｆにお
けるχ１（ｆ）のパワースペクトル密度のうちＵｊ（ｆ
ｌに寄与する部分を＠１」ｔｒ＋とすると。

（１０） となる。

本出願では、この公１」（ｆ）を寄与率と称する。

つまり９例えばあるシステム変数Ａに対するシステム変
数Ｂ、　Ｃ，Ｄの寄与率が、それぞれ３５％、４０％、
２５％とまると、システム変数Ｃ２Ｂ、　Ｄの順で、シ
ステム変数Ａに影響を与えていることになる。

以」二が、自己回帰モデルの説明である。

また計測値の変動域は、標準偏差をめることによって容
易に推定できる。

すなわち標準偏差Ｓは００式で得られ。

計測値はＣ１１１式で得られる　１の範囲になると考え
て良い。

したがって、刻々得られる計測値が、０］）式の変（１
１） の判定を下すことが可能となる。

以」二が発明の原理である。

〔発明の実施例〕

第２図は、」二記した原理に基づいて成された本発明の
一実施例を示す構成図である。

第２図において１から９までは第１図の同一符号と同し
ものを意味し、１０は流入下水量測定計。

１１は流入水のｐＨ測定計、１２は流入水懸濁物質濃度
計、１３は流入水有機物濃度計、１４は溶存酸素濃度測
定計、１５はＭＬＳＳ濃度計、１６は水温計、１７は曝
気槽流出水有機物濃度計、１８は曝気槽流出水ＭＬＳＳ
計、１９は放流水懸濁物質濃度計、２０は放流水有機物
濃度計、２１は放流水のｐＨ測定計、２２は返送汚泥量
測定計、２３は返送汚泥濃度計、２４は余剰汚泥引抜量
測定計。

２５は余剰汚泥濃度計、２６は曝気風量測定計。

：；　２７は係数演算装置、２８は選択装置、２９は各
計測値の標準偏差を算出する標準偏差演算装置。

３０は前記選択装置によって選択された変数、および前
記標準偏差演算装置の出力を記憶しておく記憶装置、３
１は異常検出装置、３２は表示装置である。

本発明の最適な実施に当っては、まず当該処理場の統計
的モデルおよび計測値の標準偏差を得るために、適切な
期間（約１ケ月程度）、計測値を採取し、統計的モデル
、標準偏差を決定する。そしてこれ以降は、刻々、放流
水の水質に関わる重要な水質項目について１通常の変動
域内にあるか否かを監視し、それを逸脱した時には、記
憶装置に記憶されている因果関係に従って、その異常の
発生原因の調査を行う。

〔具体的動作〕

管路１より曝気槽２に流入する下水の水量、ｐＨ。

流入水懸濁物質濃度、および流入水有機物濃度は流入下
水量測定計ＩＱ、ｐｉ（測定計１１．懸濁物質濃度計１
２．有機物濃度計１３によりそれぞれ検出され、その検
出信号は、演算装置２７に与えられる。

また、曝気槽２内に流入した下水と沈殿槽３から返送さ
れた返送汚泥との混合水の溶存酸素濃度。

（１３） ＭＬＳＳおよび水温は溶存酸素濃度測定計１４゜ＭＬＳ
Ｓ計１５．水温計１６によりそれぞれ検出され、その検
出信号は係数演算装置２７に与えられる。また曝気槽２
内で混合水が活性汚泥処理された処理水の有機物濃度お
よびＭＬＳＳは、有機物濃度計１７およびＭＬＳＳ計１
８計上８それぞれ検出され、その検出信号は係数演算装
置２７に与えられる。また処理水が沈殿槽３で沈降分離
され清澄された放流水は管路７より装置外に放流され、
その放流水の懸濁物質濃度、有機物濃度およびｐＨが懸
濁物質濃度計１９．有機物濃度計２０およびｐＨ測定計
２１でそれぞれ検出され、係数演算装置２７に与えられ
る。

さらに、返送汚泥量、返送汚泥濃度、余剰汚泥量、余剰
汚泥濃度、および曝気風量が返送汚泥量測定計２２．返
送汚泥濃度計２３．余剰汚泥引抜量測定計２４．余剰汚
泥濃度計２５および風量計２６はよって検出され、係数
演算装置２７に与えられる。

（１４） モデル演算装置２８では、入力したそれぞれの時系列の
検出信号から、前記（２１，（３１，（４）式に基づい
たモデルの最適次数Ｍ、モデルの回帰係数Ａｒｍ＋及び
白色雑音の分散を演算すると共に、（１）式の自己回帰
モデルを演算し１選択装置２９では自己回帰モデル演算
装置２８からの出力により（９）式、（１０式に基づい
て、被制御変数すなわち放流水の有機物濃度、懸濁物質
濃度、および曝気槽内のＭＬＳＳ濃度に対するシステム
変数の影響度合を演算し。

その因果関係を記憶装置３０へ記憶させておく。

標準偏差演算装置２９は、前記係数演算装置２７に入力
した測定値信号より００式から標準偏差を算出し、記憶
装置３０へ出力し、記憶させておく。

このようにして、該処理場の自己回帰モデル及び標準偏
差が得られた後は、順次、計測される放流水質や処理場
の運転において重要な水質項目（放流水有機物濃度、放
流水懸濁物質濃度、放流水ｐＨおよびＭＬＳＳ等）につ
いて監視を実施できる。

（１５） に記憶させていた水質項目の標準偏差をα刀式に適用し
、該水質項目の計測値と比較することにより。

その正常、異常の判定を行う。「異常」の判定が出た場
合、記憶装置３０に記憶されている因果関係に基づき、
異常の発生原因となった水質項目の調査を実施し、その
結果を表示装置３２へ出し。

表示を行う。

第３図に、ある稼動中の下水処理場で実測したデータを
説明する。

第３図は、放流水有機物濃度に対する寄与率を周波数帯
ごとに表わしたもので、その平均値が右端の帯グラフに
示されている。

この例では、放流水有機物濃度の変動に対し。

影響の大きな順は、それ自身の２９．６９６は別として
、流入水有機物濃度１６９％、溶存酸素濃度１６８％、
流入水量１６４％の順でつづいている。

□１′　表示装置３２は、これらの順で表示されるよう
にしてもよいし、パーセントをともなって一挙に表示し
てもよい。

ここでは前記自己回帰モデルを作成して、そのモデルに
従って、一定期間１状態監視を行うようにしたが、一定
周期たとえば１ケ月ごとにデータを採取して自己回帰モ
デルおよび標準偏差を修正するようにしてもよい。

〔発明の効果］ 本発明は以」二述べたように、当該処理システムの特徴
、季節的な変動をも考慮した上で、下水処理システムの
異常発生を、すばやく検知し、その原因となった水質項
目の調査をも実施１表示することができるので、下水処
理システムの自動化。

省力化に大なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知の下水処理装置のブロック図。 第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は実測デ
ータの一例を示す図である。 ■・・・管路、２・・曝気槽、３・・・沈殿池、４・・
・管路。 ５・・・散気管、６・・ブロワ−１７・・・管路、８・
・・返送汚泥ポンプ、９・・・引抜汚泥ポンプ、１０・
・・流入下水量測定計、１１・・・流入水のｐＨ測定計
、１２・・・流入水懸濁物質濃度計、１３・・・流入水
有機物濃度（１７） 計、１４・・・溶存酸素計測定計、１５・・・ＭＬＳＳ
ａ＆計、］　６．　ｌ　７・水温計、１８−ＭＬＳＳ濃
度計、１９・・・放流水懸濁物質濃度計、２０・・・放
流水有機物濃度計、２１・・・放流水のｐＨ測定計、２
２・・・返送汚泥量測定計、２３・・・返送汚泥濃度計
、２４・・・余剰汚泥引抜量測定計、２５・・・余剰汚
泥濃度計。 ２６・・・曝気風量計、２７・・・係数演算装置、２８
・・・選択装置、２９・・・標準偏差演算装置、３０・
・・記憶装置、３１・・・異常検出装置、３２・・・表
示装置第　３　図 （＋／　Ｈｏｕ　ｒ　） ＳＵＭ（％） ６１５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 活性汚泥処理法による下水処理システムの処理状況を監
   視する装置において。 （ａ）　流入下水、曝気槽、沈殿池、放流水、返送汚泥
   および引抜汚泥の各プロセス状態の時系列計測値を入力
   し、それぞれのプロセスの状態を表わす自己回帰モデル
   の係数を算出する係数演算装置と。 （ｂ）　前記係数演算装置の出力を入力し、あるプロセ
   ス計測値に影響を及ぼす他のプロセス計測値を選別する
   選択装置と。 （Ｃ１前記計測値から標準偏差を算出する標準偏差演算
   装置と （ｄｌ　前記選択装置及び前記標準偏差記憶の出力を記
   憶する記憶装置と （ｅ）　前記プロセス計測値が、前記記憶装置に記憶さ
   れている前記標準偏差の範囲を外れたことを検出する異
   常検出装置と。 （２） （ｆ）　前記異常検出装置が前記標準偏差の範囲を外れ
   たことを検出したときに、前記記憶装置に記憶されてい
   た前記選択装置の出力を表示する表示器とを備えたこと
   を特徴とする下水処理システムの監視装置。