JPS6119320B2 - - Google Patents
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- JPS6119320B2 JPS6119320B2 JP52063561A JP6356177A JPS6119320B2 JP S6119320 B2 JPS6119320 B2 JP S6119320B2 JP 52063561 A JP52063561 A JP 52063561A JP 6356177 A JP6356177 A JP 6356177A JP S6119320 B2 JPS6119320 B2 JP S6119320B2
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
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- Activated Sludge Processes (AREA)
Description
本発明は、活性汚泥法により汚水を浄化処理す
るシステムのうち、曝気槽水面から放出される曝
気排ガス中の酸素分圧と曝気槽に供給される曝気
ガス中の酸素分圧との分圧差と曝気ガス量から得
られる補正係数との積を制御変数とし、この制御
変数を一定にするように曝気量を調節する方式の
溶存酸素制御方法に関し、特に前記制御変数と溶
存酸素濃度の比例定数を決定する方法に関するも
のである。 活性汚泥プロセスの溶存酸素制御を行なうにあ
たつては、溶存酸素測定電極を曝気槽水面下に挿
入して溶存酸素を直接測定することが先ず考えら
れるが、電極の保守が煩雑で劣化も早いことから
この方法はあまり普及していない。そこで保守の
容易な溶存酸素制御方法として、曝気排ガスを利
用する方法がすすめられている。 本発明はこの方法を発明の立脚点としているの
で、以下に上記溶存酸素制御方法の理論的説明を
行なつておく。 まず、曝気槽内の酸素移動に関して(1)式が成立
する。 ｄＣ／ｄｔ＝ＫLa（ＣM−Ｃ）−Qr・Ｘ (1) ここで、Ｃは曝気槽内の溶存酸素濃度、ＫLaは
総括酸素移動係数、ＣMは曝気槽の水深を考慮し
た溶存酸素の平均飽和濃度、Qrは活性汚泥の呼
吸活性度、Ｘは活性汚泥濃度であり、(1)式の右辺
第１項のＫLa（ＣM−Ｃ）は酸素溶解速度とみな
され、同第２項のQr・Ｘは呼吸速度、即ち酸素
消費速度とみなされるので、溶存酸素濃度変化は
酸素溶解速度と酸素消費速度との差に等しいとい
うことを(1)式は意味している。 一方、単位時間当りに曝気槽内で溶解した酸素
量は、曝気ガス量Ｆと酸素分圧差Ｐとの積Ｆ・Ｐ
にて表わされるから、曝気槽の容積をＶとすれ
ば、 Ｆ・Ｐ／Ｖ＝ＫLa（ＣM−Ｃ） (2) なる関係が成立する。 また、総括酸素移動係数ＫLaは、 ＫLa＝ｋＦ〓／Ｖ (3) で表わされるため、(3)を(2)に代入して整理するこ
とにより、 ｇ＝Ｆ1-〓・Ｐ＝ｋ（ＣM−Ｃ） (4) が成立する。従つてｇ＝Ｆ1-〓・Ｐを一定に制御
することにより、ＣM−Ｃ、従つて溶存酸素濃度
Ｃの一定制御が可能となる。以上が冒頭に述べた
溶存酸素制御方法の論理的説明であり、酸素分圧
差Ｐと補正係数Ｆ1-〓との積ｇを以下制御変数と
呼ぶことにする。 ところで(4)式のｋは定数ではあるが、(3)式にお
いて、曝気ガス量Ｆを一定とし、定数αを通常採
用される0.3≦α≦１の範囲内の一定値とした場
合に、この定数ｋは総括酸素移動係数ＫLaと比例
関係にあり、一方、総括酸素移動係数ＫLaは散気
管の性能の経時変化あるいは水質の変動に伴なつ
て変化するので、定数ｋもこれに伴なつて変化す
ることになり、これはそのまま前記溶存酸素制御
方法の制御誤差の原因に結びつく。この誤差を補
正するためには、一定時間毎に総括酸素移動係数
ＫLaを測定して定数ｋを求めるか、あるいは定数
ｋを直接測定してこの定数ｋと溶存酸素濃度の目
標値CMを(4)式に代入することにより、制御変数
ｇの設定値を一定時間毎に更新することが必要と
なる。しかるに従来から行なわれている総括酸素
移動係数ＫLaの測定法はいずれも曝気槽内の溶存
酸素を直接測定して行なうものであつて、溶存酸
素を直接測定しないことを特徴とする前記溶存酸
素制御法に適用することは意味がない。 そこで本発明は溶存酸素を直接測定することな
しに定数ｋの変化に伴なつて制御変数ｇの設定値
を更新することを可能ならしめることを目的とす
るものである。 本発明によれば、この目的は曝気槽水面から放
出される曝気排ガス中の酸素分圧と曝気ガスの酸
素分圧との酸素分圧差Ｐを測定し、これと曝気ガ
ス量Ｆの補正値Ｆ1-〓（αは定数）との積である
制御変数ｇが一定になるように曝気ガス量を制御
するものにおいて、曝気ガス量の変化に伴なう前
記酸素分圧差の経時変化を利用して、前記制御変
数ｇと溶存酸素濃度Ｃの関係式における比例定数
ｋを求め、該定数と目標溶存酸素濃度C0および
飽和溶存酸素濃度ＣMとから制御設定値g0を求め
て、前記制御変数ｇの設定値を修正するようにし
たことにより達成される。以下に実験結果に基づ
き本発明の原理および実施例について説明する。 １ ステツプ応答による方法 曝気槽内の溶存酸素濃度Ｃは曝気量Ｆの変化に
伴なつて変化するが、曝気量Ｆのステツプ変化に
対する溶存酸素濃度Ｃの応答は一次遅れであり、
その時定数τcと総括酸素移動係数ＫLaとの間に
は、 ＫLa＝１／τｃ (5) なる関係がある。 一方、(4)式で示すように、制御変数ｇと溶存酸
素濃度Ｃとの間には比例関係があるため、曝気量
Ｆの変化に伴なう溶存酸素濃度Ｃの経時変化を追
うかわりに、制御変数ｇの経時変化を追うことに
よつてその時定数τgを求めれば、τg＝τcとな
つて総括酸素移動係数ＫLaが決定できる。さらに
ステツプ応答の場合には曝気量Ｆは一定であるの
で、制御変数ｇのかわりに酸素分圧差Ｐの経時変
化を追えば良いことになる。これを式にて説明す
ると、(2)式でＦを一定として酸素分圧差Ｐと溶存
酸素濃度Ｃの時間微分をとると、 ｄＣ／ｄｔ＝−Ｆ／ＫＬａ・Ｖ・ｄｐ／ｄｔ (6) が得られる。また、時間ｔを無限大にした際の素
分圧差Ｐの定常値をＰ∞とすると、定常状態にお
いてはｄＣ／ｄｔ＝０であるため、(1)，(2)式より、 Qr・Ｘ＝Ｆ／ＶＰ∞ (7) が得られる。したがつて、(2)，(6)，(7)式を(1)式に
代入すると、 ｄｐ／ｄｔ＝ＫLa（Ｐ∞−Ｐ） (8) となり、さらに両辺を積分し、ｔ＝０における酸
素分圧差Ｐの初期値をP0とすると、 Ｐ∞−Ｐ（ｔ）＝Ｐ∞−Po）ｅ−ｔ／τｐ，τp＝１／
ＫＬａ (9) が得られ、総括酸素移動係数ＫLaが酸素分圧差Ｐ
のステツプ応答の時定数τpの逆数であることが
示される。 次に、本方法について実験結果に基づいて検討
する。第１図は酸素分圧差Ｐ及び溶存酸素濃度Ｃ
のステツプ応答について、ＰをＣに対してプロツ
トしたものである。曝気量F1における定常状態
をＡ、曝気量F2における定数状態をＢで示して
る。F1→F2のステツプ変化に伴い、Ｐ及びＣは
点Ａから経路を通つて点Ｂで変化した。逆に
F2→F1のステツプ変化に伴い、点Ｂから経路
を通て点Ａまで変化した。この現象をＰ−Ｃプロ
ツト上の予想経路を示す第２図を使つて説明する
と次のようになる。式(4)の中央辺および右辺をＦ
1-dで割ると、曝気量Ｆの変化に伴い、酸素分圧
差Ｐと溶存酸素濃度Ｃの比例定数が変化すること
が明らかになる。したがつて、曝気量F1の際直
線L1上の点Ａが定常状態を示すものとすると、
曝気量Ｆのステツプ変化（F1→F2）にい動作点は
直線L2上の点A′へまず移動し、L2を定常状態Ｂ
まで移動する。逆にF2→F1のステツプ変化に伴
い、点Ｂの状態からL1上の点B′へ移動し、点Ａ
に至る。 第１図の実験結果と第２図の予想図は、基本的
に一致しているが、第１図では直線L1かつL2あ
るいはL2からL1に移動するのに一定の時間を要
している点で両者は異なつている。これは曝気量
Ｆ変化後の一定時間、すなわち、Ｐ―Ｃプロツト
がL1或いはL2上にない領域では酸素分圧差Ｐと
溶存酸素濃度Ｃとの比例関係が成立していないこ
とを、すなわち式(4)が成立しないことを示してい
る。したがつて、ステツプ応答により総括酸素移
動係数ＫLaを求めるためには、曝気量Ｆの変化後
一定時間経過後の酸素分圧差Ｐ値を初期値Poと
し、それ以後酸素分圧差Ｐの経時変化から時定数
τPを測定する必要がある。 第３図は曝気量Ｆのステツプ変化後の溶存酸素
濃度Ｃ及び酸素分圧差Ｐの応答から時定数τc及
びτpを求め、τcをτpに対してプロツトしたも
のである。なおここでは曝気量Ｆの変化後５分後
の酸素分圧差Ｐ値をPoとし、次式の関係を用い
てτpを求めた。 τp＝１／Ｐ∞−Ｐｏ∫∞Ｐ∞−Ｐ（ｔ）ｄｔ ｐ(10
) この結果には良い相関が見られ、このプロツトを
最小二乗法で処理すると傾きは1.04となり、τｐ
＝τcが確認出来た。 以上の結果をもとに、排ガスによる溶存酸素制
御に本法を適用する具体例について述べる。排ガ
スによる溶存酸素制御を実施し、一定時間毎に制
御を中断し、曝気量Ｆのステツプ変化を与え、か
つ曝気量Ｆのステツプ変化後は、酸素分圧差Ｐが
定常値Ｐ∞に達するのに十分な時間だけ曝気量Ｆ
の値を固定する。曝気量Ｆの変化後一定時間（装
置により異なる）経過後の酸素分圧差ＰをPoと
し、式(10)により、τp＝１／ＫLaを計算する。更
に式(3)よりｋを求める。次に式(4)を利用して既知
量ＣMに対し、あらかじめ設定された目標溶存酸
素濃度Ｃpに基づき、制御変数ｇの修正設定値を
ｇpを ｇp＝ｋ（ＣM−Ｃp） により決定する。以上の操作及び計算は、制御系
に組み込まれたプログラムにしたがつて一高時間
毎にくり返され、制御変数ｇの設定値が更新され
る ２ 溶解酸素量Ｆ・Ｐおよび制御変数ｇの微少変
動を利用する方法 上述のステツプ応答による方法は、一定時間毎
に制御系に外乱（曝気量Ｆのステツプ変化）を与
える必要がある。しかし、このようなシステムは
複雑でありまた外乱を加える頻度にも制限がある
ため、制御変数ｇの設定値の変更回数にも限度が
ある。そこで本法は、上記ステツプ応答法の欠点
に鑑し、制御系に外乱を与えることなく、制御時
における溶解酸素量ＦP及び制御変数ｇの微少変
動から定数ｋを測定しようとするものである。 以下、本法について実験結果に基き詳細に説明
する。溶存酸素制御下では、式(1)に式(2)を代入
し、両辺の平均をとると、 となるため、 QrX＝１／Ｖ・ が得られる。又、式(4)を時間ｔで微分すると、 ｄＣ／ｄｔ＝−１／Ｋ ｄｇ／ｄｔ （13） となるため、式(2)，(3)を式(1)に代入することによ
り、 ｄｇ／ｄｔ＝ｋ／Ｖ（・−Ｆ・Ｐ） （14） が得られる。また、式（14）の二乗平均をとる
と、 となる。ここでＦ・Ｐの標準偏差をＤとすると、 であるため、Ｄを使つて式（15）を変形すると、 が求まる。 第４図は、排ガスによる溶存酸素制御を実施し
た例である。本実験では、制御変数ｇの設定値と
して上、下限を設け、曝気量は二段階ＦH，ＦL
（ＦH＞ＦL）に変化させた。すなわち、ＦLにて制
御変数ｇが上限に達した時、曝気量をＦHに変更
し、制御変数ｇが下限に達した時、曝気量をＦL
に変更した。第４図が示ように、制御変数ｇを一
定範囲に制御したにもかかわらず、白丸印で示す
溶存酸素Ｃは上昇している。これは水質の変化に
伴う定数ｋの変化を示唆している。ここで上限と
下限の幅を△ｇとし、制御変数ｇ値が設定幅を往
復した時間△ｔとすると、 したがつて、単位時間内に制御変数ｇが設定幅内
をｎ回往復したとすると、 となる。したがつて、△gnを使つて式（17）を
書き換えると、 ｋ＝2V△ｇ（ｎ／Ｄ） （20） が得られる。本実験では１時間を１単位とし、そ
の時間内のデータから溶解酸素量Ｆ・Ｐの標準偏
差Ｄを計算し、ｎ／Ｄを算出した。ｎ／Ｄをプロ
ツトしたのが第４図の三角印である。更にこの値
をもとに制御変数ｇの設定値を、１時間毎に変更
すると仮定した場合の溶存酸素濃度値を計算しプ
ロツトしたのが黒丸印であり、溶存酸素濃度値が
ほぼ一定に制御され得ることがわかる。この結果
が示すように、溶存酸素制御下のＦ・Ｐ及びｇの
変動を利用し、定数ｋを算出し、制御変数ｇの設
定値を更新することにより、定数ｋの変化による
誤差を補正出来ことが確認された。 次に、上述した制御方法を実施するために本発
明の制御装置の一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。第５図は本発明の一実施例のブロツク
図である。この第５図において、１は活性汚泥法
によつて汚水を浄化処理する活性汚泥プロセスに
おいて使用される曝気槽である。２はこの曝気槽
１に曝気ガスを放出するための散気関で、３はこ
の散気管２に曝気ガスを供給する曝気ガス供給配
管である。４はこの曝気ガス供給管配管３に設け
られ、曝気ガス量Ｆを検出する曝気ガス量検出器
で、５は同様に曝気ガス量供給配管３に設けられ
た、たとえば電動操作弁よりなる曝気ガス量操作
部で、６は曝気ガス量供給配管３が接続された曝
気ブロアである。 ７は曝気槽１の水面から放出された排ガスを捕
集する排ガス補集器で、たとえば釣錘状に構成さ
れた容器が用いられる。８はたとえば固体電解質
の両面に電極を取付け、一方の電極に基準ガスを
接触させ、かつ他方の電極に測定ガスを接触さ
せ、両電極間に生ずる起電力を測定するようにし
た固体電解質酸素分析計よりなるガス分析部で基
準ガスとして曝気ガス（この実施例においては空
気）が導入され、かつ測定ガスとして排ガス捕集
器７にて捕集された排ガスが導入され、曝気ガス
中の酸素分圧と排ガス中の酸素分圧の差すなわち
酸素分圧差Ｐを測定する。 ９は演算手段で、曝気ガス量Ｆが導かれ、散気
管２の形状、種類および散気の形式によつて決ま
る定数αが設定器１０によつて設定され、これと
曝気ガス量検出器４から与えられる曝気ガス量Ｆ
とから、演算式Ｆ1+〓によつて曝気ガス量補正値
を算出する。１１は演算装置で酸素分圧差Ｐと曝
気ガス量補正値Ｆ1-〓とから(4)式に基づく制御変
数ｇを算出し、これが制御変数設定値goと一致
するように曝気ガス量調節器１３に曝気ガス量目
標値信号を与える。調節器１３には別に曝気ガス
量検出器４の出力である曝気ガス量測定値Ｆが与
えられており、この偏差が０となるように電動弁
５が制御される。 １２は本発明により設けられる演算装置で、酸
素分圧差Ｐと曝気ガス量Ｆの他に演算装置１１よ
り制御変数ｇの供給を受け、あらかじめ設定され
た時間内の曝気量Ｆ、酸素分圧差Ｐ、制御変数ｇ
の値から溶解酸素量Ｆ・Ｐの標準偏差と
るシステムのうち、曝気槽水面から放出される曝
気排ガス中の酸素分圧と曝気槽に供給される曝気
ガス中の酸素分圧との分圧差と曝気ガス量から得
られる補正係数との積を制御変数とし、この制御
変数を一定にするように曝気量を調節する方式の
溶存酸素制御方法に関し、特に前記制御変数と溶
存酸素濃度の比例定数を決定する方法に関するも
のである。 活性汚泥プロセスの溶存酸素制御を行なうにあ
たつては、溶存酸素測定電極を曝気槽水面下に挿
入して溶存酸素を直接測定することが先ず考えら
れるが、電極の保守が煩雑で劣化も早いことから
この方法はあまり普及していない。そこで保守の
容易な溶存酸素制御方法として、曝気排ガスを利
用する方法がすすめられている。 本発明はこの方法を発明の立脚点としているの
で、以下に上記溶存酸素制御方法の理論的説明を
行なつておく。 まず、曝気槽内の酸素移動に関して(1)式が成立
する。 ｄＣ／ｄｔ＝ＫLa（ＣM−Ｃ）−Qr・Ｘ (1) ここで、Ｃは曝気槽内の溶存酸素濃度、ＫLaは
総括酸素移動係数、ＣMは曝気槽の水深を考慮し
た溶存酸素の平均飽和濃度、Qrは活性汚泥の呼
吸活性度、Ｘは活性汚泥濃度であり、(1)式の右辺
第１項のＫLa（ＣM−Ｃ）は酸素溶解速度とみな
され、同第２項のQr・Ｘは呼吸速度、即ち酸素
消費速度とみなされるので、溶存酸素濃度変化は
酸素溶解速度と酸素消費速度との差に等しいとい
うことを(1)式は意味している。 一方、単位時間当りに曝気槽内で溶解した酸素
量は、曝気ガス量Ｆと酸素分圧差Ｐとの積Ｆ・Ｐ
にて表わされるから、曝気槽の容積をＶとすれ
ば、 Ｆ・Ｐ／Ｖ＝ＫLa（ＣM−Ｃ） (2) なる関係が成立する。 また、総括酸素移動係数ＫLaは、 ＫLa＝ｋＦ〓／Ｖ (3) で表わされるため、(3)を(2)に代入して整理するこ
とにより、 ｇ＝Ｆ1-〓・Ｐ＝ｋ（ＣM−Ｃ） (4) が成立する。従つてｇ＝Ｆ1-〓・Ｐを一定に制御
することにより、ＣM−Ｃ、従つて溶存酸素濃度
Ｃの一定制御が可能となる。以上が冒頭に述べた
溶存酸素制御方法の論理的説明であり、酸素分圧
差Ｐと補正係数Ｆ1-〓との積ｇを以下制御変数と
呼ぶことにする。 ところで(4)式のｋは定数ではあるが、(3)式にお
いて、曝気ガス量Ｆを一定とし、定数αを通常採
用される0.3≦α≦１の範囲内の一定値とした場
合に、この定数ｋは総括酸素移動係数ＫLaと比例
関係にあり、一方、総括酸素移動係数ＫLaは散気
管の性能の経時変化あるいは水質の変動に伴なつ
て変化するので、定数ｋもこれに伴なつて変化す
ることになり、これはそのまま前記溶存酸素制御
方法の制御誤差の原因に結びつく。この誤差を補
正するためには、一定時間毎に総括酸素移動係数
ＫLaを測定して定数ｋを求めるか、あるいは定数
ｋを直接測定してこの定数ｋと溶存酸素濃度の目
標値CMを(4)式に代入することにより、制御変数
ｇの設定値を一定時間毎に更新することが必要と
なる。しかるに従来から行なわれている総括酸素
移動係数ＫLaの測定法はいずれも曝気槽内の溶存
酸素を直接測定して行なうものであつて、溶存酸
素を直接測定しないことを特徴とする前記溶存酸
素制御法に適用することは意味がない。 そこで本発明は溶存酸素を直接測定することな
しに定数ｋの変化に伴なつて制御変数ｇの設定値
を更新することを可能ならしめることを目的とす
るものである。 本発明によれば、この目的は曝気槽水面から放
出される曝気排ガス中の酸素分圧と曝気ガスの酸
素分圧との酸素分圧差Ｐを測定し、これと曝気ガ
ス量Ｆの補正値Ｆ1-〓（αは定数）との積である
制御変数ｇが一定になるように曝気ガス量を制御
するものにおいて、曝気ガス量の変化に伴なう前
記酸素分圧差の経時変化を利用して、前記制御変
数ｇと溶存酸素濃度Ｃの関係式における比例定数
ｋを求め、該定数と目標溶存酸素濃度C0および
飽和溶存酸素濃度ＣMとから制御設定値g0を求め
て、前記制御変数ｇの設定値を修正するようにし
たことにより達成される。以下に実験結果に基づ
き本発明の原理および実施例について説明する。 １ ステツプ応答による方法 曝気槽内の溶存酸素濃度Ｃは曝気量Ｆの変化に
伴なつて変化するが、曝気量Ｆのステツプ変化に
対する溶存酸素濃度Ｃの応答は一次遅れであり、
その時定数τcと総括酸素移動係数ＫLaとの間に
は、 ＫLa＝１／τｃ (5) なる関係がある。 一方、(4)式で示すように、制御変数ｇと溶存酸
素濃度Ｃとの間には比例関係があるため、曝気量
Ｆの変化に伴なう溶存酸素濃度Ｃの経時変化を追
うかわりに、制御変数ｇの経時変化を追うことに
よつてその時定数τgを求めれば、τg＝τcとな
つて総括酸素移動係数ＫLaが決定できる。さらに
ステツプ応答の場合には曝気量Ｆは一定であるの
で、制御変数ｇのかわりに酸素分圧差Ｐの経時変
化を追えば良いことになる。これを式にて説明す
ると、(2)式でＦを一定として酸素分圧差Ｐと溶存
酸素濃度Ｃの時間微分をとると、 ｄＣ／ｄｔ＝−Ｆ／ＫＬａ・Ｖ・ｄｐ／ｄｔ (6) が得られる。また、時間ｔを無限大にした際の素
分圧差Ｐの定常値をＰ∞とすると、定常状態にお
いてはｄＣ／ｄｔ＝０であるため、(1)，(2)式より、 Qr・Ｘ＝Ｆ／ＶＰ∞ (7) が得られる。したがつて、(2)，(6)，(7)式を(1)式に
代入すると、 ｄｐ／ｄｔ＝ＫLa（Ｐ∞−Ｐ） (8) となり、さらに両辺を積分し、ｔ＝０における酸
素分圧差Ｐの初期値をP0とすると、 Ｐ∞−Ｐ（ｔ）＝Ｐ∞−Po）ｅ−ｔ／τｐ，τp＝１／
ＫＬａ (9) が得られ、総括酸素移動係数ＫLaが酸素分圧差Ｐ
のステツプ応答の時定数τpの逆数であることが
示される。 次に、本方法について実験結果に基づいて検討
する。第１図は酸素分圧差Ｐ及び溶存酸素濃度Ｃ
のステツプ応答について、ＰをＣに対してプロツ
トしたものである。曝気量F1における定常状態
をＡ、曝気量F2における定数状態をＢで示して
る。F1→F2のステツプ変化に伴い、Ｐ及びＣは
点Ａから経路を通つて点Ｂで変化した。逆に
F2→F1のステツプ変化に伴い、点Ｂから経路
を通て点Ａまで変化した。この現象をＰ−Ｃプロ
ツト上の予想経路を示す第２図を使つて説明する
と次のようになる。式(4)の中央辺および右辺をＦ
1-dで割ると、曝気量Ｆの変化に伴い、酸素分圧
差Ｐと溶存酸素濃度Ｃの比例定数が変化すること
が明らかになる。したがつて、曝気量F1の際直
線L1上の点Ａが定常状態を示すものとすると、
曝気量Ｆのステツプ変化（F1→F2）にい動作点は
直線L2上の点A′へまず移動し、L2を定常状態Ｂ
まで移動する。逆にF2→F1のステツプ変化に伴
い、点Ｂの状態からL1上の点B′へ移動し、点Ａ
に至る。 第１図の実験結果と第２図の予想図は、基本的
に一致しているが、第１図では直線L1かつL2あ
るいはL2からL1に移動するのに一定の時間を要
している点で両者は異なつている。これは曝気量
Ｆ変化後の一定時間、すなわち、Ｐ―Ｃプロツト
がL1或いはL2上にない領域では酸素分圧差Ｐと
溶存酸素濃度Ｃとの比例関係が成立していないこ
とを、すなわち式(4)が成立しないことを示してい
る。したがつて、ステツプ応答により総括酸素移
動係数ＫLaを求めるためには、曝気量Ｆの変化後
一定時間経過後の酸素分圧差Ｐ値を初期値Poと
し、それ以後酸素分圧差Ｐの経時変化から時定数
τPを測定する必要がある。 第３図は曝気量Ｆのステツプ変化後の溶存酸素
濃度Ｃ及び酸素分圧差Ｐの応答から時定数τc及
びτpを求め、τcをτpに対してプロツトしたも
のである。なおここでは曝気量Ｆの変化後５分後
の酸素分圧差Ｐ値をPoとし、次式の関係を用い
てτpを求めた。 τp＝１／Ｐ∞−Ｐｏ∫∞Ｐ∞−Ｐ（ｔ）ｄｔ ｐ(10
) この結果には良い相関が見られ、このプロツトを
最小二乗法で処理すると傾きは1.04となり、τｐ
＝τcが確認出来た。 以上の結果をもとに、排ガスによる溶存酸素制
御に本法を適用する具体例について述べる。排ガ
スによる溶存酸素制御を実施し、一定時間毎に制
御を中断し、曝気量Ｆのステツプ変化を与え、か
つ曝気量Ｆのステツプ変化後は、酸素分圧差Ｐが
定常値Ｐ∞に達するのに十分な時間だけ曝気量Ｆ
の値を固定する。曝気量Ｆの変化後一定時間（装
置により異なる）経過後の酸素分圧差ＰをPoと
し、式(10)により、τp＝１／ＫLaを計算する。更
に式(3)よりｋを求める。次に式(4)を利用して既知
量ＣMに対し、あらかじめ設定された目標溶存酸
素濃度Ｃpに基づき、制御変数ｇの修正設定値を
ｇpを ｇp＝ｋ（ＣM−Ｃp） により決定する。以上の操作及び計算は、制御系
に組み込まれたプログラムにしたがつて一高時間
毎にくり返され、制御変数ｇの設定値が更新され
る ２ 溶解酸素量Ｆ・Ｐおよび制御変数ｇの微少変
動を利用する方法 上述のステツプ応答による方法は、一定時間毎
に制御系に外乱（曝気量Ｆのステツプ変化）を与
える必要がある。しかし、このようなシステムは
複雑でありまた外乱を加える頻度にも制限がある
ため、制御変数ｇの設定値の変更回数にも限度が
ある。そこで本法は、上記ステツプ応答法の欠点
に鑑し、制御系に外乱を与えることなく、制御時
における溶解酸素量ＦP及び制御変数ｇの微少変
動から定数ｋを測定しようとするものである。 以下、本法について実験結果に基き詳細に説明
する。溶存酸素制御下では、式(1)に式(2)を代入
し、両辺の平均をとると、 となるため、 QrX＝１／Ｖ・ が得られる。又、式(4)を時間ｔで微分すると、 ｄＣ／ｄｔ＝−１／Ｋ ｄｇ／ｄｔ （13） となるため、式(2)，(3)を式(1)に代入することによ
り、 ｄｇ／ｄｔ＝ｋ／Ｖ（・−Ｆ・Ｐ） （14） が得られる。また、式（14）の二乗平均をとる
と、 となる。ここでＦ・Ｐの標準偏差をＤとすると、 であるため、Ｄを使つて式（15）を変形すると、 が求まる。 第４図は、排ガスによる溶存酸素制御を実施し
た例である。本実験では、制御変数ｇの設定値と
して上、下限を設け、曝気量は二段階ＦH，ＦL
（ＦH＞ＦL）に変化させた。すなわち、ＦLにて制
御変数ｇが上限に達した時、曝気量をＦHに変更
し、制御変数ｇが下限に達した時、曝気量をＦL
に変更した。第４図が示ように、制御変数ｇを一
定範囲に制御したにもかかわらず、白丸印で示す
溶存酸素Ｃは上昇している。これは水質の変化に
伴う定数ｋの変化を示唆している。ここで上限と
下限の幅を△ｇとし、制御変数ｇ値が設定幅を往
復した時間△ｔとすると、 したがつて、単位時間内に制御変数ｇが設定幅内
をｎ回往復したとすると、 となる。したがつて、△gnを使つて式（17）を
書き換えると、 ｋ＝2V△ｇ（ｎ／Ｄ） （20） が得られる。本実験では１時間を１単位とし、そ
の時間内のデータから溶解酸素量Ｆ・Ｐの標準偏
差Ｄを計算し、ｎ／Ｄを算出した。ｎ／Ｄをプロ
ツトしたのが第４図の三角印である。更にこの値
をもとに制御変数ｇの設定値を、１時間毎に変更
すると仮定した場合の溶存酸素濃度値を計算しプ
ロツトしたのが黒丸印であり、溶存酸素濃度値が
ほぼ一定に制御され得ることがわかる。この結果
が示すように、溶存酸素制御下のＦ・Ｐ及びｇの
変動を利用し、定数ｋを算出し、制御変数ｇの設
定値を更新することにより、定数ｋの変化による
誤差を補正出来ことが確認された。 次に、上述した制御方法を実施するために本発
明の制御装置の一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。第５図は本発明の一実施例のブロツク
図である。この第５図において、１は活性汚泥法
によつて汚水を浄化処理する活性汚泥プロセスに
おいて使用される曝気槽である。２はこの曝気槽
１に曝気ガスを放出するための散気関で、３はこ
の散気管２に曝気ガスを供給する曝気ガス供給配
管である。４はこの曝気ガス供給管配管３に設け
られ、曝気ガス量Ｆを検出する曝気ガス量検出器
で、５は同様に曝気ガス量供給配管３に設けられ
た、たとえば電動操作弁よりなる曝気ガス量操作
部で、６は曝気ガス量供給配管３が接続された曝
気ブロアである。 ７は曝気槽１の水面から放出された排ガスを捕
集する排ガス補集器で、たとえば釣錘状に構成さ
れた容器が用いられる。８はたとえば固体電解質
の両面に電極を取付け、一方の電極に基準ガスを
接触させ、かつ他方の電極に測定ガスを接触さ
せ、両電極間に生ずる起電力を測定するようにし
た固体電解質酸素分析計よりなるガス分析部で基
準ガスとして曝気ガス（この実施例においては空
気）が導入され、かつ測定ガスとして排ガス捕集
器７にて捕集された排ガスが導入され、曝気ガス
中の酸素分圧と排ガス中の酸素分圧の差すなわち
酸素分圧差Ｐを測定する。 ９は演算手段で、曝気ガス量Ｆが導かれ、散気
管２の形状、種類および散気の形式によつて決ま
る定数αが設定器１０によつて設定され、これと
曝気ガス量検出器４から与えられる曝気ガス量Ｆ
とから、演算式Ｆ1+〓によつて曝気ガス量補正値
を算出する。１１は演算装置で酸素分圧差Ｐと曝
気ガス量補正値Ｆ1-〓とから(4)式に基づく制御変
数ｇを算出し、これが制御変数設定値goと一致
するように曝気ガス量調節器１３に曝気ガス量目
標値信号を与える。調節器１３には別に曝気ガス
量検出器４の出力である曝気ガス量測定値Ｆが与
えられており、この偏差が０となるように電動弁
５が制御される。 １２は本発明により設けられる演算装置で、酸
素分圧差Ｐと曝気ガス量Ｆの他に演算装置１１よ
り制御変数ｇの供給を受け、あらかじめ設定され
た時間内の曝気量Ｆ、酸素分圧差Ｐ、制御変数ｇ
の値から溶解酸素量Ｆ・Ｐの標準偏差と
【式】を計算し、（17）式によりｋを求
める。次にあらかじめ設定された溶存酸素Ｃの目
標値Ｃpに基づき制御変数ｇの設定値ｇpを(4)式を
利用してｇp＝ｋ（ＣM−Ｃp）により計算し、次
の更新時までそのｇpを出力する。この制御シス
テムにより制御変数ｇの設定値ｇpは一定時間毎
に定数ｋの変化に伴い更新され、遂次更新される
ｇpに制御変数ｇを制御するように曝気量が調節
される結果、所望の溶存酸素制御が達成される。
なお、演算装置９，１１，１２は１つの演算処理
装置として構成することができることはいうまで
もない。
標値Ｃpに基づき制御変数ｇの設定値ｇpを(4)式を
利用してｇp＝ｋ（ＣM−Ｃp）により計算し、次
の更新時までそのｇpを出力する。この制御シス
テムにより制御変数ｇの設定値ｇpは一定時間毎
に定数ｋの変化に伴い更新され、遂次更新される
ｇpに制御変数ｇを制御するように曝気量が調節
される結果、所望の溶存酸素制御が達成される。
なお、演算装置９，１１，１２は１つの演算処理
装置として構成することができることはいうまで
もない。
第１図は曝気ガス量に対する溶存酸素と酸素分
圧差との実験結果に基づく応答特性図、第２図は
曝気ガス量に対する溶存酸素と酸素分圧差との理
論上の応答特性図、第３図は曝気ガス量のステツ
プ変化に対する溶存酸素濃度の経時変化の時定数
τcと酸素分圧差の経時変化の時定数τpとの対応
関係を示す図、第４図は制御変数ｇが設定幅内を
単位時間内に往復した数ｎと溶解酸素量Ｆ・Ｐの
標準偏差Ｄとの比ｎ／Ｄによる溶存酸素濃度Ｃの
実測値と補正値との関係を示す図、第５図は本発
明の実施例のブロツク線図である。 １…曝気槽、２…散気管、４…流量計、５…電
動弁、６…曝気ブロア、７…排ガス捕収器、８…
酸素分析計、９，１１，１２…演算装置、１３…
流量調節計。
圧差との実験結果に基づく応答特性図、第２図は
曝気ガス量に対する溶存酸素と酸素分圧差との理
論上の応答特性図、第３図は曝気ガス量のステツ
プ変化に対する溶存酸素濃度の経時変化の時定数
τcと酸素分圧差の経時変化の時定数τpとの対応
関係を示す図、第４図は制御変数ｇが設定幅内を
単位時間内に往復した数ｎと溶解酸素量Ｆ・Ｐの
標準偏差Ｄとの比ｎ／Ｄによる溶存酸素濃度Ｃの
実測値と補正値との関係を示す図、第５図は本発
明の実施例のブロツク線図である。 １…曝気槽、２…散気管、４…流量計、５…電
動弁、６…曝気ブロア、７…排ガス捕収器、８…
酸素分析計、９，１１，１２…演算装置、１３…
流量調節計。
Claims (1)
- １ 曝気槽水面から放出される曝気排ガス中の酸
素分圧と曝気ガスの酸素分圧との酸素分圧差Ｐを
測定し、これと曝気ガス量Ｆの補正値Ｆ1-〓（α
は定数）との積である制御変数ｇが一定になるよ
うに曝気ガス量を制御するものにおいて、曝気ガ
ス量の変化に伴なう前記酸素分圧差の経時変化を
利用して、前記制御変数ｇと溶存酸素濃度Ｃの関
係式における比例定数ｋを求め、該定数と目標溶
存酸素濃度Coおよび飽和溶存酸素濃度ＣMとから
制御設定値g0を求めて、前記制御変数ｇの設定値
を修正するようにしたことを特徴とする曝気槽の
溶存酸素制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6356177A JPS53148155A (en) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | Method of controlling dissolved oxygen in aeration tank |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6356177A JPS53148155A (en) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | Method of controlling dissolved oxygen in aeration tank |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53148155A JPS53148155A (en) | 1978-12-23 |
| JPS6119320B2 true JPS6119320B2 (ja) | 1986-05-16 |
Family
ID=13232751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6356177A Granted JPS53148155A (en) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | Method of controlling dissolved oxygen in aeration tank |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS53148155A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10589709B2 (en) | 2008-09-30 | 2020-03-17 | Trw Airbag Systems Gmbh | Inflator, method of manufacturing the same and module including said inflator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60251994A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-12 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 溶存酸素濃度制御方法 |
-
1977
- 1977-05-31 JP JP6356177A patent/JPS53148155A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10589709B2 (en) | 2008-09-30 | 2020-03-17 | Trw Airbag Systems Gmbh | Inflator, method of manufacturing the same and module including said inflator |
| US10960846B2 (en) | 2008-09-30 | 2021-03-30 | Zf Airbag Germany Gmbh | Inflator, method of manufacturing the same and module including said inflator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53148155A (en) | 1978-12-23 |
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