JPWO2019039008A1 - 水処理制御システム - Google Patents
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Abstract
曝気に要するエネルギーコストの抑制と、分離膜の表面と孔中に付着・堆積した硝化細菌の増殖の抑制により、水処理制御システムの運転コストを低減する。好気性処理が行われる好気槽２と、好気槽２内の被処理水を曝気する好気槽曝気装置３と、好気槽２で処理された被処理水をろ過する分離膜５を有する膜ろ過槽４と、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値として計測する膜ろ過槽計測器９と、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき、好気槽曝気装置３の好気槽曝気風量を設定する好気槽曝気風量算出装置１０とを、備える。
Description
本発明は、微生物により被処理水を好気性処理する好気槽と、膜分離装置により被処理水を固液分離する膜ろ過槽とを備える水処理制御システムに関する。
生活排水などの下水を処理する方法として、排水と活性汚泥を混合して空気を吹き込み（曝気）、バクテリアによって被処理水中の有機物の吸着と生物分解する好気性生物処理技術が知られている。処理する有機物のひとつである尿素は、尿素分解酵素であるウレアーゼによりアンモニアへと分解される。さらに、アンモニアは硝化細菌によって亜硝酸イオンあるいは硝酸イオンに酸化される。これを硝化という。ウレアーゼや硝化細菌は汚泥を分解・硝化する際、酸素を消費するため、ブロワによる好気槽への曝気により必要な溶存酸素を供給する必要がある。
また、分離膜を利用して膜ろ過処理をすることにより、被処理水中の汚泥の固液分離を行う膜分離活性汚泥法が、下水処理方法の一つとして用いられている。膜分離活性汚泥法では、分離膜の継続的な使用に伴い、分離膜の表面と孔中に汚濁物質が付着して目詰まり（ファウリング）が生じた場合、ろ過性能が徐々に低下する。そのため、分離膜下部からブロワによる曝気をおこない、気泡及び被処理水の上昇流によって、分離膜表面の付着物を剥離させてファウリングを抑制する方法が用いられている。
上記好気槽へのブロワ及び分離膜下部のブロワによる曝気に要するエネルギーコストは全運転コストの約半分にも達すると算出されており、稼動エネルギーを削減するため、曝気量を抑制する技術が開発されている。また、分離膜の表面と孔中に付着・堆積する汚濁物質には、バクテリアや硝化細菌などの微生物も含まれている。これらの微生物はアンモニアなどを餌として増殖し、ファウリングの原因となる。ファウリングが進行すると曝気による分離膜の表面と孔中の付着物の剥離だけでなく、オゾン水による分離膜の洗浄などが必要となる場合がある。
上記特許文献１では、処理水のアンモニア濃度を下げた上で、好気槽及び分離膜への曝気の稼働エネルギーを削減する技術について検討されているものの、膜ろ過槽内の処理水のアンモニア濃度を目標値へと制御する技術と、分離膜への曝気の稼働エネルギー及び分離膜の洗浄によるエネルギーを削減する技術については、なんら考慮されていない。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、水処理制御システムにおける曝気に要するエネルギーの削減と、分離膜の表面と孔中に付着・堆積した硝化細菌の増殖の抑制を目的としている。
この発明に係る水処理制御システムは、好気性処理が行われる好気槽と、好気槽内の被処理水を曝気する好気槽曝気装置と、好気槽で処理された被処理水をろ過する分離膜を有する膜ろ過槽と、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値として計測する膜ろ過槽計測器と、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき、好気槽曝気装置の好気槽曝気風量を設定する好気槽曝気風量算出装置とを、備える。
この発明に係る水処理制御システムによれば、好気槽での過大な曝気風量を削減するとともに、膜ろ過槽のアンモニア濃度を抑制することで、分離膜の表面と孔中に付着・堆積した硝化細菌の増殖を抑止して、ファウリングの進行を抑制することができる。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００について、図１に示す水処理制御システム１００の構成図を用いて説明する。
実施の形態１に係る水処理制御システム１００は、図１に示すように、流入口１と、好気槽２と、好気槽曝気装置３と、膜ろ過槽４と、分離膜５と、膜ろ過装置６と、処理水排出装置７と、膜面曝気装置８と、膜ろ過槽計測器９と、好気槽曝気風量算出装置１０とで構成されている。
本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００について、図１に示す水処理制御システム１００の構成図を用いて説明する。
実施の形態１に係る水処理制御システム１００は、図１に示すように、流入口１と、好気槽２と、好気槽曝気装置３と、膜ろ過槽４と、分離膜５と、膜ろ過装置６と、処理水排出装置７と、膜面曝気装置８と、膜ろ過槽計測器９と、好気槽曝気風量算出装置１０とで構成されている。
流入口１から好気槽２へと汚泥水が流入する。好気槽２では、好気性処理が行われる。好気槽２へと流入した汚泥水は、被処理水として好気槽２内の硝化細菌によって硝化される。ここで硝化とは、アンモニアを亜硝酸イオンあるいは硝酸イオンなどの硝酸へ変換する作用を指す。好気槽２では、硝化細菌が好気槽２内の溶存酸素を消費して、硝化を行っている。
好気槽２には、好気槽曝気装置３が設けられている。好気槽曝気装置３は、好気槽２内の被処理水への曝気を行っている。好気槽２内の被処理水への曝気により、好気槽２内の被処理水の溶存酸素が高められる。好気槽曝気装置３が好気槽２内の被処理水へ行う曝気の風量（以下、「好気槽曝気風量」という。）は、後述する好気槽曝気風量算出装置１０から出力される好気槽曝気風量によって設定される。以下、好気槽曝気風量算出装置１０から出力される好気槽曝気風量の設定値を、好気槽曝気風量制御値Ｑと呼ぶ。したがって、好気槽２内の被処理水中の溶存酸素量は、好気槽曝気風量算出装置１０から出力される好気槽曝気風量制御値Ｑによって制御される。
好気槽２において硝化された被処理水は、膜ろ過槽４へと流入する。好気槽２と膜ろ過槽４との間は隔壁により仕切られており、オーバーフローにより好気槽２から膜ろ過槽４へと被処理水が流入する。あるいは、各々独立した反応槽として隔離し、両者を接続する配管によって被処理水の流入を行っても良い。
なお、図１の水処理制御システム１００の構成では、好気槽２内の硝化によって生じた硝酸の処理は行われないが、図２に示す水処理制御システム２００の構成図のように、好気槽２の前段に、曝気は行わず撹拌のみを行う無酸素槽１１と、膜ろ過槽４から無酸素槽１１へ汚泥を返送する汚泥返送装置１２とを設けて、無酸素槽１１内の嫌気性微生物が窒素に付いた酸素を奪って呼吸することによって、亜硝酸イオン及び硝酸イオンを窒素ガスとして大気へ放出する還元処理（脱窒処理）を行っても良い。
なお、図１の水処理制御システム１００の構成では、好気槽２内の硝化によって生じた硝酸の処理は行われないが、図２に示す水処理制御システム２００の構成図のように、好気槽２の前段に、曝気は行わず撹拌のみを行う無酸素槽１１と、膜ろ過槽４から無酸素槽１１へ汚泥を返送する汚泥返送装置１２とを設けて、無酸素槽１１内の嫌気性微生物が窒素に付いた酸素を奪って呼吸することによって、亜硝酸イオン及び硝酸イオンを窒素ガスとして大気へ放出する還元処理（脱窒処理）を行っても良い。
膜ろ過槽４では、好気槽２から流入してきた被処理水の固液分離を行う。固液分離とは、液体中に混在する固体を分ける処理を指す。膜ろ過槽４には、固液分離により有機物等を除去する分離膜５を備えた膜ろ過装置６と、処理水を次工程へと送る処理水排出装置７とが設けられている。膜ろ過槽４での固液分離は、膜ろ過装置６の分離膜５に向けて、ポンプ等を用いて被処理水を圧送して、汚濁物質を除去することで行われる。膜ろ過槽４では、好気槽２から流入してきた被処理水は、膜ろ過装置６によって汚濁物質が除去され処理水となり、処理水排出装置７によって次工程へと送られる。
分離膜５のファウリングは、分離膜５の表面と孔中に、固液分離により除去された汚濁物質が、付着・堆積することが原因である。さらに、分離膜５のファウリングは、汚濁物質の付着・堆積に加え、分離膜５の表面と孔中に付着・堆積している硝化細菌が、膜ろ過槽４内の被処理水中のアンモニアを餌として、分裂し増殖を繰り返すことによって生じる。ファウリングの進行を防ぐため、分離膜５の下部に設置された膜面曝気装置８によって膜ろ過槽４内の被処理水への膜面曝気を行い、気泡と膜ろ過槽４内の被処理水の上昇流によって、分離膜５の表面と孔中の付着物を剥離させる。ただし、分離膜５による固液分離を続けると、膜面曝気による付着物の剥離のみでは、分離膜５に付着・堆積した汚濁物質を除去しきれなくなるため、膜ろ過槽４の処理水排出装置側から分離膜５へ向けてオゾン水、次亜塩素酸等による逆洗を行う。逆洗によって、分離膜５の表面と孔中に付着・堆積した汚濁物質を排出し、分離膜５の表面と孔中に付着・堆積した硝化細菌を殺菌することで、分離膜５の洗浄を行う。また、分離膜５への逆洗は定期的に行う。なお、分離膜５への膜面曝気によって、膜ろ過槽４においても硝化が生じるため、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度は低下する。
膜ろ過槽計測器９は、膜ろ過槽４内に設けられ、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度である膜ろ過槽アンモニア濃度を計測する。以下、計測された膜ろ過槽アンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆという。
好気槽曝気風量算出装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の他、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ Ｐｏｒｔ）等を有している（いずれも図示せず）。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵが実行するプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体に保存されており、これらの記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータが一時的に記憶される。Ｉ／Ｆは、外部装置（例えば、好気槽曝気装置３、膜ろ過槽計測器９等）とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサの検出信号の入力／出力を行う。
好気槽曝気風量算出装置１０は、膜ろ過槽計測器９において計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆに基づき、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を目標値Ｔ（以下、「膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ」という。）へと制御するために必要な好気槽２での好気槽曝気風量を好気槽曝気風量制御値Ｑとして算出した上で、好気槽曝気装置３へと出力する。なお、好気槽曝気風量制御値Ｑの具体的な算出方法は、後で詳述する。
本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００の動作について説明する。実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、流入口１から好気槽２へと汚泥水が流入する。好気槽２へと流入した汚泥水は、好気槽２内の被処理水として好気槽曝気装置３による曝気によりアンモニアが硝化され、アンモニア濃度が低下する。好気槽２内の被処理水は、オーバーフローにより膜ろ過槽４へ流入する。膜ろ過槽４へと流入した膜ろ過槽４内の被処理水は、膜ろ過装置６の分離膜５による固液分離によって、汚濁物質が除去される。また、膜ろ過槽４内の被処理水は、膜面曝気装置８による分離膜５に対する膜面曝気により生じる硝化作用によりアンモニア濃度が低下し、処理水として処理水排出装置７によって、次工程へと送られる。
なお、好気槽曝気装置３による好気槽曝気風量は、好気槽曝気風量算出装置１０において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑによって設定される。
なお、好気槽曝気装置３による好気槽曝気風量は、好気槽曝気風量算出装置１０において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑによって設定される。
本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００の制御フローについて、図３の制御フロー図を用いて説明する。制御は、一定周期で行う。なお、ステップ１０１〜ステップ１０７の処理は、好気槽曝気風量算出装置１０にて実行される。
ステップ１０１では、予め決められた一定の時間（以下「制御周期」という。）が経過した場合に制御を開始する。
ステップ１０２では、膜ろ過槽計測器９にて膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆを計測して、計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆを好気槽曝気風量算出装置１０へと送信する。
好気槽曝気風量算出装置１０は、ＰＩ制御等のフィードバック制御により、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔに制御すべく、好気槽曝気装置３による好気槽曝気風量を設定するための好気槽曝気風量制御値Ｑを算出する。
ステップ１０３では、好気槽曝気風量算出装置１０は、以下の式（１）に示すように、膜ろ過槽計測器９にて計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆと、予め決められた膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとの差分に、比例項の係数Ｋｐを積算した値を比例成分Ｐ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）として算出する。
Ｐ ＝Ｋｐ×｛（膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆ）−（膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ）｝ ・・・（１）
Ｐ ＝Ｋｐ×｛（膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆ）−（膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ）｝ ・・・（１）
ステップ１０４では、好気槽曝気風量算出装置１０は、以下の式（２）に示すように、膜ろ過槽計測器９にて計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆと、予め決められた膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとの差分を積分した値に積分項の係数Ｋｉを積算した値を積分成分Ｉ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）として算出する。
Ｉ ＝Ｋｉ×∫｛（膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆ）−（膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ）｝ｄｔ ・・・（２）
実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、一例として、簡易な計算として、膜ろ過槽計測器９にて計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆと、予め決められた膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとの差分を制御周期毎の時間積分として算出する。
Ｉ ＝Ｋｉ×∫｛（膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆ）−（膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ）｝ｄｔ ・・・（２）
実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、一例として、簡易な計算として、膜ろ過槽計測器９にて計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆと、予め決められた膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとの差分を制御周期毎の時間積分として算出する。
係数ＫｐおよびＫｉは、槽構成、流入水質、曝気の気泡径等の環境要素に基づき、チューニングされる。実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、一例として、Ｋｐ＝４，０００、Ｋｉ＝１００とする。
ステップ１０５では、好気槽曝気風量算出装置１０は、以下の式（３）に示すように、算出された比例成分Ｐと積分成分Ｉとを加算することにより、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御するための好気槽曝気風量制御値Ｑを算出する。
（好気槽曝気風量制御値Ｑ）＝（比例成分Ｐ）＋（積分成分Ｉ） ・・・（３）
（好気槽曝気風量制御値Ｑ）＝（比例成分Ｐ）＋（積分成分Ｉ） ・・・（３）
ステップ１０６では、好気槽曝気風量算出装置１０は、発散した好気槽曝気風量制御値Ｑが算出されて好気槽曝気装置３の出力上限値を超過した場合に、好気槽曝気風量制御値Ｑを上限値へと丸め込む。下限値についても同様に、算出された好気槽曝気風量制御値Ｑが負値または好気槽曝気装置３の出力下限値を下回った場合は、好気槽曝気風量制御値Ｑを下限値へと丸め込む。実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、一例として、（上限値）＝１００，０００、（下限値）＝１００とする。
ステップ１０７では、好気槽曝気風量算出装置１０は、ステップ１０１〜ステップ１０６の処理により算出された好気槽曝気風量制御値Ｑを、好気槽曝気風量算出装置１０から好気槽曝気装置３へと送信する。好気槽曝気装置３は、受信した好気槽曝気風量制御値Ｑでの好気槽２内の被処理水への曝気を実行する。ステップ１０７の処理の後、また、ステップ１０１へ移行して、一定時間が経過するまでフローを待機する。
実施の形態１に係る水処理制御システム１００において、好気槽曝気風量算出装置１０が、膜ろ過槽計測器９によって計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆが膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔよりも高い場合、好気槽曝気風量算出装置１０において算出される好気槽曝気風量制御値Ｑは、膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔよりも高い膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆが計測された時点での好気槽曝気風量よりも大きい曝気風量に設定する。好気槽曝気風量制御値Ｑは、好気槽曝気装置３へと出力され、好気槽曝気装置３は、受信した好気槽曝気風量制御値Ｑでの好気槽２内の被処理水への曝気を実行する。好気槽曝気風量が増加すると、好気槽２内の被処理水中の溶存酸素量ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）が増加する。好気槽２内の被処理水中に存在する硝化細菌は、溶存酸素を消費してアンモニアを硝化して、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔまで近づける。また、膜ろ過槽計測器９により計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆが膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔよりも低い場合は、好気槽曝気風量算出装置１０において算出される好気槽曝気風量制御値Ｑは、膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔよりも低い膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆが計測された時点での好気槽曝気風量よりも小さい値に設定する。
実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、膜ろ過槽計測器９において膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆとして計測して、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆに基づいて、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔに保つため、好気槽２での曝気風量を制御している。好気槽２での曝気風量を制御して、膜ろ過槽４内のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔに保つことによって、分離膜５の表面と孔中に付着・堆積している硝化細菌が、分裂によって増殖するのを抑制できるため、分離膜５のファウリングの進行を抑止することができる結果、水処理制御システムの運転コストを低減することができる。
さらに、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度に基づき、好気槽２での曝気風量を最適に制御するため、好気槽２での過大な曝気を抑制することができる結果、曝気に要するエネルギーを削減することができ、水処理制御システムの運転コストを低減することができる。
さらに、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度に基づき、好気槽２での曝気風量を最適に制御するため、好気槽２での過大な曝気を抑制することができる結果、曝気に要するエネルギーを削減することができ、水処理制御システムの運転コストを低減することができる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００について、図４の構成図を用いて説明する。なお、図４中、図１と同一符号は、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略し、実施の形態１の水処理制御システム１００と構成の異なる部分のみを説明する。本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００は、実施の形態１に係る水処理制御システム１００の構成に加えて、好気槽計測器１３と、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４とで構成されている。なお、好気槽曝気装置３は、好気槽２における曝気風量である好気槽曝気風量を計測して、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４へと送信する機能を有する。以下、計測された好気槽曝気風量を好気槽曝気風量実測値Ｖｂという。
本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００について、図４の構成図を用いて説明する。なお、図４中、図１と同一符号は、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略し、実施の形態１の水処理制御システム１００と構成の異なる部分のみを説明する。本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００は、実施の形態１に係る水処理制御システム１００の構成に加えて、好気槽計測器１３と、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４とで構成されている。なお、好気槽曝気装置３は、好気槽２における曝気風量である好気槽曝気風量を計測して、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４へと送信する機能を有する。以下、計測された好気槽曝気風量を好気槽曝気風量実測値Ｖｂという。
好気槽計測器１３は、好気槽２内に設けられ、好気槽２内の被処理水のアンモニア濃度である好気槽アンモニア濃度を計測する。以下、計測された好気槽アンモニア濃度を好気槽アンモニア濃度実測値Ａａという。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の他、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ Ｐｏｒｔ）等を有している（いずれも図示せず）。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵが実行するプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体に保存されており、これらの記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータが一時的に記憶される。Ｉ／Ｆは、外部装置（例えば、好気槽曝気装置３及び好気槽計測器１３）とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサの検出信号の入力／出力を行う。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｂと、好気槽計測器１３において計測された好気槽アンモニア濃度実測値Ａａとに基づき、好気槽２内の被処理水のアンモニア濃度に対する好気槽曝気風量のオフセット値Ｏａ（以下、「好気槽曝気風量オフセット値Ｏａ」という。）を算出した上で、好気槽曝気風量算出装置１０へと出力する。なお、好気槽曝気風量オフセット値Ｏａの具体的な算出方法は、後で詳述する。
好気槽曝気風量算出装置１０は、以下の式（４）に示すように、実施の形態１の制御フロー（図３のステップ１０２〜ステップ１０５）と同様の制御によって算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏａを減算し、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御するために必要な好気槽２での好気槽曝気風量Ｘａ（以下、「好気槽曝気風量制御補正値Ｘａ」という。）を算出した上で、好気槽曝気装置３へと出力する。
（好気槽曝気風量制御補正値Ｘａ）＝（好気槽曝気風量制御値Ｑ）−（好気槽曝気風量オフセット値Ｏａ） ・・・（４）
（好気槽曝気風量制御補正値Ｘａ）＝（好気槽曝気風量制御値Ｑ）−（好気槽曝気風量オフセット値Ｏａ） ・・・（４）
本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００の動作を説明する。本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００と同一である動作の説明は省略し、動作の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００では、好気槽曝気装置３による好気槽曝気風量は、好気槽曝気風量算出装置１０において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏａを減算した好気槽曝気風量制御補正値Ｘａによって設定される。
本発明の実施の形態２に係る水処理制御システム３００の制御フローについて、図５の制御フロー図を用いて説明する。なお、実施の形態１の水処理制御システム１００と制御フローの異なる部分のみを説明する。制御は、一定周期で行う。ステップ１０１〜ステップ１０５は、実施の形態１の制御フロー（図３のステップ１０１〜ステップ１０５）と同様に、好気槽曝気風量算出装置１０において好気槽曝気風量制御値Ｑを算出する。なお、ステップ１０１〜ステップ１０５の処理は、好気槽曝気風量算出装置１０にて実行される。
ステップ２０２〜ステップ２０４の処理は、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４にて実行される。ステップ２０２では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、好気槽計測器１３において計測された好気槽アンモニア濃度実測値Ａａと、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｂを取得する。
ステップ２０３では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、好気槽計測器１３において計測された好気槽アンモニア濃度実測値Ａａに対応する好気槽曝気風量算出値Ｖａを、図６に示す好気槽曝気風量で硝化できる好気槽アンモニア濃度との関係を測定した実測値データによる関係に基づき算出する。図６に示す関係は、事前の計測により求めても良い。事前の計測により求める場合、図４の構成において好気槽曝気風量と好気槽２内の被処理水のアンモニア濃度とを計測することで、図６の関係を算出する。膜ろ過槽４の曝気風量は任意の値で固定とするが、可能な限り実際の運転時の値に近いことが望ましい。流入口１から流入した汚泥水のアンモニア濃度を運転時の範囲で任意の刻み幅（ステップ）で走査させ、各ステップで膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとなるよう好気槽曝気風量を調整する。各ステップで計測した好気槽２内のアンモニア濃度と調整した好気槽曝気風量により、図６の関係を求めることができる。
ステップ２０４では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、以下の式（５）に示すように、ステップ２０３において算出された好気槽曝気風量算出値Ｖａと、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｂとの差分をとることにより、好気槽２内の被処理水のアンモニア濃度に対する好気槽曝気風量オフセット値Ｏａを算出する。
（好気槽曝気風量オフセット値Ｏａ）＝（好気槽曝気風量実測値Ｖｂ）−（好気槽曝気風量算出値Ｖａ） ・・・（５）
図６で示す場合は、好気槽計測器１３において計測された好気槽アンモニア濃度実測値Ａａに対して、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｂが大きい状態である。したがって、好気槽曝気風量オフセット値Ｏａは正となる。
（好気槽曝気風量オフセット値Ｏａ）＝（好気槽曝気風量実測値Ｖｂ）−（好気槽曝気風量算出値Ｖａ） ・・・（５）
図６で示す場合は、好気槽計測器１３において計測された好気槽アンモニア濃度実測値Ａａに対して、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｂが大きい状態である。したがって、好気槽曝気風量オフセット値Ｏａは正となる。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４は、ステップ２０４において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏａを好気槽曝気風量算出装置１０へと送信する。
ステップ２０５では、好気槽曝気風量算出装置１０は、式（４）に示すように、ステップ１０２〜ステップ１０５において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ａ１４において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏａを減算し、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御するための好気槽２での好気槽曝気風量制御値Ｘａを算出する。
ステップ２０６では、好気槽曝気風量算出装置１０は、算出された好気槽曝気風量制御値Ｘａを実施の形態１と同様に上下限値へと丸め込む。実施の形態２に係る水処理制御システム３００では、一例として（上限値）＝１００，０００、（下限値）＝１００とする。
ステップ２０７では、好気槽曝気風量算出装置１０は、丸め込みを行った好気槽曝気風量制御値Ｘａを最終的な制御値として、好気槽曝気装置３へと送信する。好気槽曝気装置３は、受信した好気槽曝気風量制御値Ｘａでの好気槽２内の被処理水への曝気を実行する。ステップ２０７の処理の後、またステップ１０１へ移行して、一定時間が経過するまでフローを待機する。
実施の形態２に係る水処理制御システム３００では、好気槽曝気風量と好気槽アンモニア濃度との関係を測定した実測値データに基づき、好気槽アンモニア濃度実測値に対応する好気槽曝気風量を好気槽曝気風量算出値として算出し、好気槽曝気風量実測値から好気槽曝気風量算出値を減算することにより好気槽曝気風量オフセット値を算出し、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を目標値に制御すべく、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき好気槽曝気風量制御値を算出し、好気槽曝気風量制御値から前記好気槽曝気風量オフセット値を減算することにより好気槽曝気風量制御補正値を算出し、好気槽曝気風量制御補正値を前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量として設定するので、流入口１から好気槽２へと流入する汚泥水の水質が変化した場合、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度が変化する前に、好気槽２内の被処理水のアンモニア濃度に対する好気槽曝気風量のオフセット値を考慮して、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔに保つための好気槽２での好気槽曝気風量を算出して、制御することができる。そのため、実施の形態１に係る水処理制御システム１００よりも膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと素早く制御することができ、好気槽曝気風量のオフセット値を考慮することで、好気槽２での過大な曝気を抑制できるため、曝気に要するエネルギーを実施の形態１に係る水処理制御システム１００よりもさらに削減できる。
また、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を素早く膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御できるため、分離膜５での硝化細菌の増殖によるファウリングの進行を、実施の形態１に係る水処理制御システム１００よりもさらに抑制することができ、水処理制御システムの運転コストを低減することができる。
また、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を素早く膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御できるため、分離膜５での硝化細菌の増殖によるファウリングの進行を、実施の形態１に係る水処理制御システム１００よりもさらに抑制することができ、水処理制御システムの運転コストを低減することができる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００について、図７の構成図を用いて説明する。なお、図７中、図１と同一符号は、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略し、実施の形態１の水処理制御システム１００と構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００について、図７の構成図を用いて説明する。なお、図７中、図１と同一符号は、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略し、実施の形態１の水処理制御システム１００と構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００は、実施の形態１に係る水処理制御システム１００に加えて、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５で構成されている。なお、好気槽曝気装置３は、好気槽２における曝気風量である好気槽曝気風量を計測して、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５へと送信する機能を有する。以下、計測された好気槽曝気風量を好気槽曝気風量実測値Ｖｃという。さらに、膜面曝気装置８は、膜ろ過槽４における曝気風量である膜面曝気風量を計測して、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５へと送信する機能を有する。以下、計測された膜面曝気風量を膜面曝気風量実測値Ｗａという。また、膜ろ過槽計測器９は、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度である膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆを計測する。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の他、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ Ｐｏｒｔ）等を有している（いずれも図示せず）。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵが実行するプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体に保存されており、これらの記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータが一時的に記憶される。Ｉ／Ｆは、外部装置（例えば、好気槽曝気装置３、膜面曝気装置８、膜ろ過槽計測器９等）とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサの検出信号の入力／出力を行う。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、膜ろ過槽計測器９において計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆから、好気槽曝気風量と膜面曝気風量との関係を設定し、膜面曝気装置８において計測された膜面曝気風量実測値Ｗａに対応する好気槽曝気風量算出値Ｖｄを算出し、さらに、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｃと好気槽曝気風量算出値Ｖｄとの差分から好気槽曝気風量のオフセット値Ｏｂ（以下、「好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂ」という。）を算出した上で、好気槽曝気風量算出装置１０へと出力する。なお、好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂの具体的な算出方法は、後で詳述する。
好気槽曝気風量算出装置１０は、以下の式（６）に示すように、実施の形態１の制御フロー（図３のステップ１０２〜ステップ１０５）と同様の制御によって、算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂを減算し、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御するために必要な好気槽２での好気槽曝気風量Ｘｂ（以下、「好気槽曝気風量制御値Ｘｂ」という。）を算出した上で、好気槽曝気装置３へと出力する。
（好気槽曝気風量制御値Ｘｂ）＝（好気槽曝気風量制御値Ｑ）−（好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂ） ・・・（６）
（好気槽曝気風量制御値Ｘｂ）＝（好気槽曝気風量制御値Ｑ）−（好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂ） ・・・（６）
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００の動作を説明する。本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００と同一である動作の説明を省略し、動作の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００では、好気槽曝気装置３による曝気風量は、好気槽曝気風量算出装置１０において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂを減算した好気槽曝気風量制御値Ｘｂによって設定される。
本発明の実施の形態３に係る水処理制御システム４００の制御フローについて、図８の制御フロー図を用いて説明する。なお、実施の形態１の水処理制御システム１００と制御フローの異なる部分のみを説明する。制御は、一定周期で行う。ステップ１０１から、ステップ１０５は、実施の形態１の制御フロー（図３のステップ１０１〜ステップ１０５）と同様であり、好気槽曝気風量算出装置１０において好気槽曝気風量制御値Ｑを算出する。なお、ステップ１０１〜ステップ１０５の処理は、好気槽曝気風量算出装置１０にて実行される。
ステップ３０２〜ステップ３０５の処理は、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５にて実行される。ステップ３０２では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、好気槽曝気装置３において計測された好気槽曝気風量実測値Ｖｃと、膜面曝気装置８において計測された膜面曝気風量実測値Ｗａと、膜ろ過槽計測器９において計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆとを取得する。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度毎の膜面曝気風量と好気槽曝気風量の関係を記憶している。図９に示す膜面曝気風量と好気槽曝気風量の関係は、事前の計測により求める。事前の計測により求める場合、図７の構成において好気槽曝気風量と膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度と膜面曝気風量とを計測することで、図９の関係を算出する。流入口１から流入した汚泥水のアンモニア濃度は任意の値で固定とするが、可能な限り実際の運転時の値に近いことが望ましい。予め決められた膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度に対して、膜面曝気風量を運転時の範囲で任意の刻み幅（ステップ）で走査させ、各ステップで処理水のアンモニア濃度が目標値となるよう好気槽曝気風量を調整する。膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を、可能な限り実際の運転時の範囲で任意の刻み幅（ステップ）で走査させ、各ステップにおいて膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔとなるような、図９に示す好気槽曝気風量と膜面曝気風量との関係を求めることができる。
ステップ３０３では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、図９に示すように、膜面曝気装置８において計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆの場合における膜面曝気風量と好気槽曝気風量の関係を、好気槽曝気風量−膜面曝気風量の関係式Ｙａとして実測値によって設定する。
ステップ３０３では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、図９に示すように、膜面曝気装置８において計測された膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆの場合における膜面曝気風量と好気槽曝気風量の関係を、好気槽曝気風量−膜面曝気風量の関係式Ｙａとして実測値によって設定する。
ステップ３０４では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、膜面曝気装置８において計測された膜面曝気風量実測値Ｗａに対応する好気槽曝気風量算出値Ｖｄを、ステップ３０３において設定された図９に示す実測値データによる好気槽曝気風量−膜面曝気風量の関係式Ｙａに基づき算出する。
ステップ３０５では、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、以下の式（７）に示すように、ステップ３０３において計測された好気槽曝気風量算出値Ｖｃと、ステップ３０４において算出された好気槽曝気風量算出値Ｖｄとの差分をとることにより、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆの場合における膜面曝気風量実測値Ｗａに対応する好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂを算出する。
（好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂ）＝（好気槽曝気風量実測値Ｖｃ）−（好気槽曝気風量算出値Ｖｄ） ・・・（７）
図９で示す場合では、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆの場合における膜面曝気風量実測値Ｗａに対応する好気槽曝気風量算出値Ｖｄに対して好気槽曝気風量実測値Ｖｃが大きい状態である。よって、図９の場合では好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂは正の値である。
（好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂ）＝（好気槽曝気風量実測値Ｖｃ）−（好気槽曝気風量算出値Ｖｄ） ・・・（７）
図９で示す場合では、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値Ｆの場合における膜面曝気風量実測値Ｗａに対応する好気槽曝気風量算出値Ｖｄに対して好気槽曝気風量実測値Ｖｃが大きい状態である。よって、図９の場合では好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂは正の値である。
好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５は、ステップ３０５において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂを好気槽曝気風量算出装置１０へ送信する。
ステップ３０６では、好気槽曝気風量算出装置１０は、式（６）に示すように、ステップ１０２〜ステップ１０５において算出された好気槽曝気風量制御値Ｑから、好気槽曝気風量オフセット算出装置Ｂ１５において算出された好気槽曝気風量オフセット値Ｏｂを減算し、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔへと制御するための好気槽２での好気槽曝気風量制御補正値Ｘｂを算出する。
ステップ３０７では、好気槽曝気風量算出装置１０は、算出された好気槽曝気風量制御値Ｘｂを実施の形態１と同様に上下限値へと丸め込む。実施の形態３に係る水処理制御システム４００では、一例として（上限値）＝１００，０００、（下限値）＝１００とする。
ステップ３０８では、好気槽曝気風量算出装置１０は、丸め込みを行った好気槽曝気風量制御値Ｘｂを最終的な制御値として好気槽曝気装置３へ送信する。好気槽曝気装置３は、受信した好気槽曝気風量制御補正値Ｘｂでの好気槽２内の被処理水への曝気を実行する。ステップ３０８の処理の後、また、ステップ１０１へ移行して、一定時間が経過するまでフローを待機する。
膜面曝気装置８による膜面曝気による膜ろ過槽４内の被処理水の硝化作用は副次的な効果であり、膜面曝気装置８による膜面曝気は、分離膜５のファウリングを抑制するために行われている。したがって、膜ろ過槽４内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値Ｔ以下の値の場合、膜面曝気によるエネルギーコストを削減するために、膜面曝気風量を減少させると、分離膜５のファウリングが進行して、分離膜５の洗浄が必要になってしまう。
実施の形態３に係る水処理制御システム４００では、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値から、好気槽曝気風量と膜面曝気風量との関係式を設定し、関係式に基づき、膜面曝気風量実測値に対応する好気槽曝気風量算出値を算出し、さらに、好気槽曝気風量実測値と好気槽曝気風量算出値との差分から好気槽曝気風量オフセット値を算出し好気槽曝気風量オフセット値を算出し、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を目標値に制御すべく、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき算出された好気槽曝気風量制御値から好気槽曝気風量オフセット値を減算することにより好気槽曝気風量制御補正値を算出して、好気槽曝気風量制御補正値を前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量として設定するので、膜面曝気風量実測値による消化作用を考慮した最適な曝気を実行することができる。曝気に要するエネルギーを実施の形態１に係る水処理制御システム１００よりもさらに削減できる。
なお、実施の形態１から３に係る水処理制御システムの制御フローのステップ１０２〜ステップ１０５における好気槽曝気風量制御値の算出には、ＰＩ制御を用いた例を示したが、制御方法はＰＩ制御に限られるものではなく、ＩＷＡによって提唱されているＡＳＭ（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ Ｍｏｄｅｌ）によって、アンモニア濃度および硝化細菌の濃度を予測し、予測された値に応じて好気槽２および分離膜５への曝気風量を制御しても良い。
なお、本発明は、実施の形態１から３で説明した水処理制御システムに限定されるものでなく、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に制約されるものではない。
（実施例１）
従来方式と同様の好気槽内の被処理水のアンモニア濃度に基づき曝気風量を制御する水処理制御システムと、図１に示した実施の形態１に係る水処理制御システム１００とのシミュレーションによる運転結果の比較を行った。シミュレーションには、国際水協会（ＩＷＡ）が提案する活性汚泥モデル（ＡＳＭ）を適用した。
（実施例１）
従来方式と同様の好気槽内の被処理水のアンモニア濃度に基づき曝気風量を制御する水処理制御システムと、図１に示した実施の形態１に係る水処理制御システム１００とのシミュレーションによる運転結果の比較を行った。シミュレーションには、国際水協会（ＩＷＡ）が提案する活性汚泥モデル（ＡＳＭ）を適用した。
シミュレーションを行った従来方式の水処理制御システム及び実施の形態１に係る水処理制御システム１００は、好気槽および膜ろ過槽の２槽構成である。好気槽の槽容量を１２，３８０ｍ３、膜ろ過槽の槽容量を６，１６３ｍ３とし、流入水は２，２００ｍ３／Ｈｒで固定とする。流入水のアンモニア濃度は、８．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３であり、好気槽へと流入する。好気槽内の被処理水および膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度の初期値は０．５ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３である。
従来方式の水処理制御システムでは好気槽内の被処理水のアンモニア濃度が好気槽アンモニア濃度目標値となるように好気槽の曝気風量制御を行うが、本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値となるように好気槽の曝気風量制御を行う。従来方式の水処理制御システムでは、好気槽内の被処理水のアンモニア濃度が好気槽アンモニア濃度目標値である１．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３となるように制御を行い、本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値である１．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３となるように制御を行った。
従来方式の水処理制御システムおよび本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００による１０日間の運転シミュレーションによる結果を図１０、図１１に示す。従来方式の水処理制御システムのシミュレーションの結果を点線、本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００のシミュレーション結果を実線で示す。
図１０中の縦軸は、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を示している。本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００では、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値である１．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３へと制御している。これに対して、従来方式の水処理制御システムでは、好気槽内のアンモニア濃度を好気槽アンモニア濃度目標値である１．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３へと制御している。好気槽から被処理水が膜ろ過槽へと流れ込み、膜ろ過槽での膜面曝気によって硝化が行われるため、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度は、０．２ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３へとなっている。実施例１のシミュレーション条件では、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度は、１．０ｇＮＨ３−Ｎ／ｍ３であれば充分許容され、従来方式の水処理制御システムでは好気槽での曝気風量が大きすぎることを示している。
図１１は、好気槽での好気槽曝気風量を示している。従来方式の水処理制御システムでの好気槽曝気風量は、およそ１４，０００ｍ３／Ｈｒで収束している。これに対して、本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００での好気槽曝気風量は、およそ８，０００ｍ３／Ｈｒで収束している。したがって、本発明の実施の形態１に係る水処理制御システム１００を用いた場合は、従来方式の水処理制御システムを用いた場合に対して、好気槽曝気風量を約４０％低減することができる。
１ 流入口
２ 好気槽
３ 好気槽曝気装置
４ 膜ろ過槽
５ 分離膜
６ 膜ろ過装置
７ 処理水排出装置
８ 膜面曝気装置
９ 膜ろ過槽計測器
１０ 好気槽曝気風量算出装置
１３ 好気槽計測器
１４ 好気槽曝器風量オフセット算出装置Ａ
１５ 好気槽曝器風量オフセット算出装置Ｂ
１００、２００、３００、４００ 水処理制御システム
２ 好気槽
３ 好気槽曝気装置
４ 膜ろ過槽
５ 分離膜
６ 膜ろ過装置
７ 処理水排出装置
８ 膜面曝気装置
９ 膜ろ過槽計測器
１０ 好気槽曝気風量算出装置
１３ 好気槽計測器
１４ 好気槽曝器風量オフセット算出装置Ａ
１５ 好気槽曝器風量オフセット算出装置Ｂ
１００、２００、３００、４００ 水処理制御システム
この発明に係る水処理制御システムは、好気性処理が行われる好気槽と、好気槽内の被処理水を曝気する好気槽曝気装置と、好気槽で処理された被処理水をろ過する分離膜を有する膜ろ過槽と、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値として計測する膜ろ過槽計測器と、膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度が膜ろ過槽アンモニア濃度目標値に保たれるように、膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき、好気槽曝気装置の好気槽曝気風量を設定する好気槽曝気風量算出装置とを、備える。
Claims (6)
- 好気性処理が行われる好気槽と、
前記好気槽内の被処理水を曝気する好気槽曝気装置と、
前記好気槽で処理された被処理水をろ過する分離膜を有する膜ろ過槽と、
前記膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度実測値として計測する膜ろ過槽計測器と、
前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき、前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量を 設定する好気槽曝気風量算出装置とを、
備える水処理制御システム。 - 前記好気槽曝気風量算出装置は、前記膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を膜ろ過槽アンモニア濃度目標値に制御すべく、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき好気槽曝気風量制御値を算出し、前記好気槽曝気風量制御値を前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量として設定する請求項１に記載の水処理制御システム。
- 前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値が前記膜ろ過槽アンモニア濃度目標値よりも高い場合は、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値を計測した時点での好気槽曝気風量よりも大きい好気槽曝気風量制御値を算出し、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値が前記膜ろ過槽アンモニア濃度目標値よりも低い場合は、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値を計測した時点での好気槽曝気風量よりも小さい好気槽曝気風量制御値を算出する請求項２に記載の水処理制御システム。
- 前記好気槽曝気装置は、前記好気槽内での好気槽曝気風量を好気槽曝気風量実測値として計測する機能をさらに有し、
前記好気槽内の被処理水のアンモニア濃度を好気槽アンモニア濃度実測値として計測する好気槽計測器と、
前記好気槽アンモニア濃度実測値と前記好気槽曝気風量実測値とに基づき、好気槽曝気風量オフセット値を算出する好気槽曝気風量オフセット算出装置とを、
さらに備え、
前記膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を目標値に制御すべく、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき好気槽曝気風量制御値を算出し、前記好気槽曝気風量制御値から前記好気槽曝気風量オフセット値を減算することにより好気槽曝気風量制御補正値を算出し、前記好気槽曝気風量制御補正値を前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量として設定する請求項１に記載の水処理制御システム。 - 前記好気槽における好気槽曝気風量と好気槽アンモニア濃度との関係を測定した実測値データに基づき、前記好気槽アンモニア濃度実測値に対応する好気槽曝気風量を、好気槽曝気風量算出値として算出し、前記好気槽曝気風量実測値から前記好気槽曝気風量算出値を減算することにより前記好気槽曝気風量オフセット値を算出する請求項４に記載の水処理制御システム。
- 前記好気槽曝気装置は、前記好気槽内での好気槽曝気風量を好気槽曝気風量実測値として計測する機能をさらに有し、
前記分離膜に対する膜面曝気を行い、前記膜ろ過槽での曝気風量を膜面曝気風量実測値として取得する膜面曝気装置と、
前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値の場合における膜面曝気風量に対する好気槽曝気風量の関係を実測値データに基づき、好気槽曝気風量−膜面曝気風量の関係式として設定し、前記関係式に基づき、前記膜面曝気風量実測値に対応する好気槽曝気風量を、好気槽曝気風量算出値として算出し、前記好気槽曝気風量実測値から前記好気槽曝気風量算出値を減算することにより好気槽曝気風量オフセット値を算出する好気槽曝気風量オフセット算出装置とを、
さらに備え、
前記膜ろ過槽内の被処理水のアンモニア濃度を目標値に制御すべく、前記膜ろ過槽アンモニア濃度実測値に基づき算出された好気槽曝気風量制御値から前記好気槽曝気風量オフセット値を減算することにより好気槽曝気風量制御補正値を算出して、前記好気槽曝気風量制御補正値を前記好気槽曝気装置の好気槽曝気風量として設定する請求項１に記載の水処理制御システム。
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