JPS6028560B2 - 活性汚泥水処理装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有機物を含む汚水（都市下水、産業廃水）を活
性汚泥法により処理する活性汚泥水処理装置の制御方法
に関する。

一般に、活性汚泥水処理装置が都市下水絡未処理場にお
いて２次処理のため広く採用されていることは良く知ら
れている。

第１図はこのような活性汚泥水処理装置の基本的構成図
である。

ただし、鰻気槽の前段に設けられる粗大な汚物を除去す
るための最初沈殿池は省略してある。第１図において、
有機物を含む汚水は管路１より曝気槽２に流入する。

膿気槽２には汝源袋池４から管路６を介して返送汚泥ポ
ンプ１ １によって引抜かれた汚泥が管路７を介して供
給されると共に、下部に設けた散気管１０より曝気空気
を与えられる。散気管１０‘こは送気ポンプ９より空気
が供給される。しかして、流入汚水と汚泥は礎浮浪合さ
れ、汚泥の微生物に汚水中の有機物を摂取させて増殖さ
せる。つまり、汚水中の有機物を沈降性の良い活性汚泥
に変換する。曝気槽２の混合液は流下し管路３を介して
沈殿池４に流出する。沈殿池４において清澄水と活性汚
泥とを沈降分離し清澄水を処理水として管路５から放出
する。沈殿池４に沈殿した汚泥の大部分は返送汚泥ポン
プ１１により引抜かれ管路７を介して爆気槽２に返送さ
れ、残りの汚泥は排出汚泥ポンプ１２により管路８を経
て排出される。ところで、このような活性汚泥水処理装
置では流入下水量の変動等の外乱がプロセス状態量およ
び処理水質に及ぼす影響は大である。

例えば、都市下水においては流入下水量は第２図の如く
変動する。この変動は日間変動と称されている。この日
間変動によりプロセス状態量である鰻気槽の混合液汚泥
濃度（以後、Ｍ山ＳＳと略称する）は第３図の実線のよ
うに、また沈殿池汚泥濃度は第３図の点線のように変化
する。これらの変動は当業者によって良く知られている
ことである。さらに、下水処理のプロセス系内に存在す
る活性汚泥は諸種類の外乱の影響を受け、その活性度、
沈降特性、微生物種混合比などの諸特性を刻々と変化さ
せながら、汚泥自身を新たに環境に適応させていくこと
が知られている。一方、活性汚泥水処理装置においては
曝気槽のＭ比ＳＳを水質に応じて目標値に維持すること
を運転指標とすることにより効果的な運用を行えること
が広く認められている。

ＭＢＳの調節方法としては返送汚泥量の制御が知られて
いる。これはＭ比ＳＳを目標値に維持するために返送汚
泥量を人為的に変化させるもので、濠気槽任意個所のＭ
山ＳＳを検出して返送汚泥量のフィードバック制御を行
なう方式である。ところで活性汚泥水処理装置において
曝気槽と沈殿他聞の汚泥の動きに着目すると、いわゆる
閉ループ構成となっている。

つまり、沈殿池から爆気槽へ返送された汚泥はある時間
経過後に再び沈殿池へ戻ることになる。したがって、Ｍ
ＢＳの値は曝気槽と沈殿池と含す系全体に存在する汚泥
量の大小によって制御可能な調整範囲を制限される。Ｍ
山ＳＳの調整範囲を大きくするには沈殿池内に汚泥を多
量に畜積すれば良いことになる。が、しかし、この方法
は汚泥自体の沈殿効果に大きく影響され、沈殿効果が悪
いと沈殿池から汚泥が流出することになる。その結果、
有機物が直接流出することになり、処理水質を悪化する
最大の原因となる。ところが、前述したＭＢＳのフィー
ドバック制御方式は沈殿池内の汚泥量について考慮され
ていない。そのため、流入下水量が急増した場合には汚
泥を多量に返送するために沈殿池の汚泥が大幅に減少す
る。この状態が長く続くと沈殿池内の汚泥が少なくなり
すぎ、これに伴ない沈殿池内の汚泥濃度が低下する。返
送汚泥濃度が低下すると、第３図に示すように６時から
８時の間にＭ山ＳＳにピークを生じる。また、逆に流入
下水量が急減した場合には沈殿池内に蓄積される汚泥量
が増し、長く継続すると汚泥の流出を生じることになる
。このように、流入下水量の変動によって沈殿池から汚
泥が流出したり、あるいは沈殿池の汚泥が不足し充分な
返送汚泥を確保できなくなる。

その結果、処理水質が悪化することになる本発明は上記
点に対処して成されたもので、その目的とするところは
流入下水量の変動によって沈殿池の蓄積汚泥量が過不足
となることがなく曝気槽の混合液汚泥濃度を目標値にで
きる活性汚泥水処理装置の制御方法を提供することにあ
る。

本発明の特徴とするところは、流入下水量の変化パター
ンと沈殿池の蓄積汚泥量の変化パターンとを一定時間毎
に増加、減少、変化なしの３種類のどの状態にあるかを
判定し、その変化パターンの組合せに応じて返送汚泥量
の修正要否を判定し、修正要の際には前記混合液汚泥濃
度の目標値にするために要求される返送汚泥量を修正要
と判定した時から次に変化パターンを判定するまでの一
定時間後まで増減修正するようにしたことにある。まず
、本発明の基本的な考え方を説明する。

活性汚泥水処理装置では汚泥の動きに着目すると濠気槽
と沈殿池とが閉ループ構成となっている。ある時刻に流
入下水量が急増したとすると、ＭＲＳを目標値に維持す
るために返送汚泥量を増加させなければならない。一方
、流入下水量が急減したときは逆に返送汚泥量を少なく
しなければならない。このため、単位時間内の汚泥量の
動きは流入下水量が増えるときは曝気槽内の汚泥量が増
加し、沈殿池内の汚泥量は減少する。また、流入下水量
が減ったときはその逆となる。曝気槽内の汚泥の流れは
流入下水量による押し出し流れであり、曝気槽内での汚
泥の滞留時間は流入下水量の大小により変化する。通常
、曝気槽に返送された汚泥は４〜８時間後に再び沈殿池
へ戻る。したがって、流入下水量の増減により一時期、
沈殿池内の汚泥量が増えすぎたり、減りすぎたりしてそ
れ以後のＭ止ＳＳ一定化が困難となる。このことを防止
するためには現在時刻より一定時間先の流入下水量の増
減傾向および沈殿池の汚泥量の増減傾向を予側し、両者
の増減傾向によりＭＬＳＳを目標値とするのに必要な返
送汚泥量を変えれば良いことになる。即ち、流入下水量
の増減に対する沈殿池内の蓄積汚泥量の操作可能範囲の
大小に応じて返送汚泥量を修正要と判定した時から次に
変化パターンを判定するまでの一定時間後までに修正す
るということである。第４図は流入下水量と沈殿池蓄積
汚泥量との増減傾向との組合せと返送汚泥量の変更の要
否との関係を示している。

第４図において、十は増加、一は減少および０は変化な
しを意味している。これらの関係は沈殿池の汚泥蓄積量
が流入下水量の変動に対して確保されるための条件を示
している。例えば、Ｎｏ．３の場合は流入下水量が増加
傾向であるため、返送すべき汚泥量を増やさなければな
らないのに沈殿池内の蓄積汚泥量が少なくなっている。
この状態で返送汚泥量を流入下水量の増加分に応じて増
やすことは、沈殿池内の汚泥量をさらに減少させ、ひい
ては返送汚泥の下足をきたすことになる。この対策とし
て、流入下水量増分に見合う返送汚泥量を沈殿池内の蓄
積汚泥量が増加傾向、あるいは平衡状態になるまで一時
的にあらかじめ定められた比率の返送汚泥量に変更する
。次にその変更式を示す。ＱＲｉ＝Ｋ，・ＱＲ。

……【１｝ここで ＱＲｉ：Ｎｏ．ｉのときの補正返送
汚泥量ＱＲ。

：返送汚泥量の目標値Ｋｉ：Ｎｏ．ｉのときの補正係数 返送汚泥量の変更を必要としない場合は補正係数Ｋ；は
１となる。

本発明はこのように流入下水量と沈殿池の蓄積汚泥量の
変化パターンに応じてＭＬＳＳを目標値にするための返
送汚泥量を修正要と判定した時から次に変化パターンを
判定するまでの一定時間後までに修正するようにしたも
のである。

以下、本発明の一実施例を第５図において説明する。

第５図において第１図と同一記号のものは相当物を示し
、１３，１４，１５，１６はそれぞれ流入下水量Ｑｏ、
曝気槽流出流量Ｑ、返送汚泥流量ＱＲおよび余剰汚泥流
量Ｑｗを測定する流量計、１７は曝気槽のＭはＳを測定
する汚泥濃度計、１８は返送汚泥濃度ＳＲを測定する汚
泥濃度計、１９は返送汚泥量の調節弁、２川ま一定のサ
ンプル時間ごとの流入下水量Ｑ。

の変化分を検出する変化率検出回路、２１は濠気槽出側
の流出汚泥量を求める乗算回路、２２は沈殿池４からの
引抜汚泥流量を求める加算回路、２３は沈殿池からの引
抜汚泥量を求める乗算回路、３１は沈殿池への流入汚泥
量とめ堺安池からの引抜汚泥量の差を求める減算回路、
２４，２５はそれぞれ一定時間ごとの流入下水量および
汝堺皮池内の蓄積汚泥量の増減傾向を得るための時系列
変化パターンの判定回路、２６はそれらの変化パターン
の組合せにより返送汚泥量の修正の要杏判定する疹正判
定回路、２７は返送汚泥量を補正するための補正係数を
選択する選択回路、２８はＭＢＳ設定値に対して返送汚
泥量を制御する既知のＭＬＳＳ制御回路、２９は返送汚
泥量の制御量と補正係数を乗算する乗算回路、３０‘ま
目標の返送汚泥量になるように調節弁１９を調整する調
節器である。以下、その動作について説明する。

汚泥濃度計１７，１８、流量計１３，１４，１５，１６
からの計測信号はタイマー（図示せず）にあらかじめ設
定された一定時間ごとに取り込まる。流入下水量の時系
列変化パターンは変化率検出回路２０と流入下水量時系
列変化パターンの水量判定回路２４によって第６図に示
す処理が実行されて、計測値により増加、減少、変化な
しの３種類のパターンのいずれかを判定する。すなわち
、第６図においてスタート指令（ＳＴＡＲＴ）が与えら
れるとステップＳ，ではｔ−１時刻の流入下水量Ｑ（ｔ
−１）とｔ時刻の流入下水量Ｑ（ｔ）が入力され、ステ
ップＳ２で次式のようにその差△Ｑｏ（ｔ）を求める。
△偽（ｔ）＝Ｑｏ（ｔ）−Ｑｏ（ｔ−１）・・・・・・
‘２’この流入下水量の差△Ｑ（ｔ）はステップＳ３に
おいて、予め設定された誤差許容値ご，と比較される。

△Ｑｏ（ｔ）の絶対値が誤差許容値ご，の範囲外にある
ときは、ステップＳ４にて、再度△Ｑ（ｔ）の正、負が
判定される。△偽（ｔ）が正の場合はステップＳ５で十
（増加傾向）パターンがセットされ、一方△Ｑｏ（ｔ）
が負の場合はステップＳ６で−（減少傾向）パターンが
セットされる。また、ステップ３にて△Ｑｏ（ｔ）の絶
対値が誤差許容値ご，の範囲内にあると判定されたとき
は、ステップＳ７で０（変化なし）パターンがセットさ
れる。このような判定を行処理を完了（ＮＥＤ）する。
一方、沈殿池内の蓄積汚泥量の時系列変化パターンは減
算回路３１からの入力値をもとに、沈殿池蓄積汚泥量の
時系列変化パターンを汚泥量判定回路２５によって第７
図の処理を実行し、流入下水量と同様に、増加、減少、
変化なしの３種類のパターンのいずれかを判定する。第
７図においてスタート指令（ＳＴＭＲＴ）が与えられる
とステップＳ，ではｔ−１時刻の沈殿池内の蓄積汚泥量
Ｕｓ（ｔ一１）とｔ時刻の蓄積汚泥量Ｕｓ（ｔ）を入力
する。なお、ここでＵｓ（ｔ）の計算式は次式で表わさ
れる。Ｕｓ（ｔ）ニＱ（ｔ）・Ｍ山ＳＳ（ｔ） −｛ＱＲ（ｔ）＋Ｑｗ（ｔ）｝・ＳＲ（ｔ）…Ｂ１ここ
で Ｕｓ（ｔ）：ｔ時刻の蓄積汚泥量Ｑ（ｔ）：ｔ時刻
の沈殿池への流入混 合液量 Ｍ比ＳＳ（ｔ）：ｔ時刻の曝気槽出側の Ｍ比ＳＳ ＱＲ（ｔ）：ｔ時刻の返送汚泥量 Ｑｗ（ｔ）：ｔ時刻の余剰汚泥量 ＳＲ（ｔ）：ｔ時刻の返送汚泥濃度 次にステップＳ２ではステップＳ，で入力された値の差
を次式に従って求める。

△Ｕｓ（ｔ）＝Ｕｓ（ｔ）−Ｕｓ（ｔ−１）…■ステッ
プＳ３ではステップＳ２で求められた蓄積汚泥量の差△
Ｕｓ（ｔ）が予め設定された許容誤差値ｚ２の範囲内に
あるかを判定する。

△Ｕｓ（ｔ）がご３の範囲外のときはステップＳ４にて
再度（ｔ）Ｕｓ（ｔ）の正負を判定する。△Ｕｓ（ｔ）
が正の場合はステップミで十（増加傾向）パターンがセ
ットされ、一方△Ｕｓ（ｔ）が負の場合はスタップＳ６
で−（減少傾向）パターンがセットされる。また、ステ
ップＳ３にて△Ｑｓ（ｔ）の絶対値が許容誤差値ご２
の範囲内にあると判定されたときは、ステップＳ７で０
（変化なし）パターンがセットされ処理を完了（ＥＮＤ
）する。水量判定回路２４と汚泥量判定回路２５の判定
結果は修正判定回路２６に与えられる。これにより、修
正判定回路２６と選択回路２７は第８図の処理を実行し
て、現在のプロセス運転状態の変化パターンに該当する
補正係数Ｋｉを抽出する。すなわち、スタート指令（Ｓ
ＴＡＲＴ）が与えられるとステップＳ．では水量判定回
路２４かち得られるｔ時刻の流入下水量Ｑの変化パター
ンを入力し、また、ステップＳ２では汚泥量判定回路２
５から得られるｔ時刻の蓄積汚泥量の変化パタ−ンを入
力する。これらの入力値によりステップＳ３において第
４図のＭ．１〜Ｍ．９の組合せパターンから該当するパ
ターンを１個抽出し、ステップＳ４にて肺．１〜Ｍ．９
にそれぞれあらかじめ設定されている補正係数Ｋｉを選
択して処理を完了（ＥＮＤ）する。Ｍ比ＳＳ制御回路２
８より出力される返送汚泥量の目標値ＱＲ。は補正係数
Ｋｉによって補正するため乗算回路２９で式｛１１の演
算を行ない、補正返送汚泥量ＱＲｉを求める。調節器３
０は補正返送汚泥量ＱＲｉが達成されるよう調節弁１９
を操作する。具体的には第４図のケー‐ス恥．３の場合
には返送汚泥量を減少させる。ケースＭ．３の場合に補
正係数ＫｉはＯＳＫｉく１となる。また、ケースＭ．４
と地．７の場合には返送汚泥量を増加させる。補正係数
ＫｉはＫｉ＞１となり、かつケースＭ．４のときの補正
係数Ｋｉが舷．７のときより大きくなる。以上のように
して、流入下水量の増減に対して沈殿池内の蓄積汚泥量
が一時的に不足したり、過剰になったりせず、また、Ｍ
ＬＳＳ値がＭＢＳ目標値に対して常に一定の範囲内にあ
る安定な返送汚泥量の制御が可能となる。以上説明した
ように、本発明によれば流入下水量の変化パターンと沈
殿池の蓄積汚泥量の変化パターンを判定し、その組合せ
によって混合液汚泥濃度を目標値とするための返送汚泥
量を修正するようにしている。

したがって、沈殿池の蓄積汚泥量が一時的に過不足状態
となるのを確実に防止できる。その結果、混合液汚泥濃
度を目標値に対し常に一定範囲内にでき、流入下水量の
変動による処理水質の悪化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は活性汚泥水処理装置の一例を示す構成図、第２
図は流入下水量の日間変動の一例を示す特性図、第３図
は混合液汚泥濃度と沈殿池汚泥濃度の日間変動特性図、
第４図は流入下水量と沈殿池蓄積汚泥量の増減傾向との
組合せによる返送汚泥量の変更の要否との関係を示す図
、第５図は本発明の一実施例を示す構成図、第６図は流
入下水の変化パターン判定回路の動作処理フロー図、第
７図は沈殿池蓄積汚泥量の変化パターン判定回路の動作
処理フロー図、第８図はパターン組合せによる修正判定
回路の動作処理フロー図である。 符号の説明、２・・・・・・蟻気槽、３・・・・・・沈
殿池、１１……返送汚泥ポンプ、１３……余剰汚泥ポン
プ、１３〜１６・・・…流量計、１９・・・・・・調節
弁、２０・・・・・・変化率検出回路、２４・・・・・
・水量判定回路、２５…・・・汚泥量判定回路、２６…
…修正判定回路、２７・・・・・・選択回路、３０・・
・・・・調節器。第１図多２図 多３図 多く図 努づ図 繁る図 多７図 努８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流入下水と曝気空気が供給される曝気槽と、該曝気
   槽から流出する混合液内の汚泥を沈降させて除去する沈
   殿池とを有し、該沈殿池の沈殿汚泥を引抜き前記曝気槽
   に返送する返送汚泥量を制御して前記曝気槽の混合液汚
   泥濃度を目標値にする活性汚泥水処理装置において、一
   定時間毎に前記流入下水量の変化パターンを判定する水
   量判定手段と、前記沈殿池の畜積汚泥量の変化パターン
   を一定時間毎に判定する汚泥量判定手段とを設け、これ
   らの両判定手段の判定結果の組合せに基づき前記返送汚
   泥量の修正の要否を判定し、修正要の際には前記混合液
   汚泥濃度の目標値にするために要求される返送汚泥量を
   修正要と判定した時から次に変化パターンを判定するま
   での一定時間後まで増減修正するようにしたことを特徴
   とする活性汚泥水処理装置の制御方法。