JP7190397B2 - 汚水処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、汚水処理装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の汚水処理装置では、流入汚水量に応じた運転パターンに従って好気状態と無酸素状態とを切り替えている。好気状態（曝気状態ともいう。）とは、汚水に空気が供給されている状態である。無酸素状態（嫌気状態ともいう。）は、汚水に空気が供給されていない状態をいう。なお、空気の供給は送風装置により実行される。

特開２００３－３２０３９１号公報

本開示は、送風装置の消費動力を低減しながら、必要な汚水処理能力を確保可能な汚水処理装置の一例を開示する。

汚水処理装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。
すなわち、当該構成要件は、汚水に空気を供給する曝気用の送風装置（４）と、汚水に含まれる予め決められた物質の濃度に関するパラメータを検出する水質分析装置（７）と、送風装置（４）を稼働させる予定、及び当該送風装置（４）の最小稼働時間が記憶された記憶装置（８１）と、記憶装置（８１）に記憶された予定及び最小稼働時間、並びに水質分析装置（７）により検出されたパラメータ（以下、検出パラメータという。）を利用して送風装置（４）の稼働及び停止を制御する制御装置（６、８）であって、送風装置（４）の稼働時間を最小稼働時間以上とした状態で、検出パラメータを利用して当該送風装置（４）の稼働開始タイミング及び稼働停止タイミングのうち少なくとも一方のタイミングを制御可能な制御装置（６、８）とである。

当該汚水処理装置では、少なくとも最小稼働時間は汚水に空気が供給されるので、必要な汚水処理能力を確保可能となり得る。換言すれば、最小稼働時間は、必要な汚水処理能力を確保可能な空気を送風するに必要な時間である。

さらに、検出パラメータに応じて送風装置（４）の稼働開始タイミング及び稼働停止タイミングのうち少なくとも一方のタイミングが制御されるので、送風装置（４）にて無駄な動力が消費されることが抑制される。したがって、当該汚水処理装置によれば、送風装置（４）の消費動力を低減しながら、必要な汚水処理能力を確保可能となり得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

第１実施形態に係る汚水処理装置を示す図である。 第１実施形態に係る送風装置の制御作動を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る送風装置の制御作動を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る送風装置の制御作動を示すフローチャートである。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された汚水処理装置は、少なくとも符号が付されて説明された機能又は構成を備える。

（第１実施形態）
＜１．汚水処理装置の概要＞
本実施形態は、オキシデーションディッチ方式の下水処理装置に本開示に係る汚水処理装置の一例が適用されたものである。当該汚水処理装置１は、図１に示されるように、汚水槽２、撹拌装置３及び送風装置４等を少なくとも備える。

＜汚水槽＞
汚水槽２は、処理対象となる汚水（下水）が流入する。当該汚水槽２は、略楕円状又は長円状の水路２Ａを構成する。汚水は当該水路２Ａ内を循環する。図１に示される汚水槽２では、汚水は左回りに循環する。

＜撹拌装置＞
撹拌装置３は、汚水槽２の汚水を撹拌させるとともに、当該汚水の撹拌流速を調整する。本実施形態では、複数の撹拌装置３が設けられている。各撹拌装置３は、軸流ファン状のプロペラ、電動モータ（図示せず。）、及び駆動用インバータ（図示せず。）等を有して構成されている。

電動モータは、プロペラ毎に設けられて当該プロペラを回転させる。駆動用インバータは、各電動モータを駆動させる駆動回路である。当該駆動用インバータは、駆動電流周波数を予め決められた範囲内において連続的に変化させることにより、プロペラの回転数を連続的に変更させる。

＜送風装置＞
送風装置４は、汚水槽２の汚水に曝気用の空気を供給する。当該送風装置４はブロワ４Ａ及び散気装置４Ｂ等を有して構成される。ブロワ４Ａは、大気中の空気を吸引して汚水槽２に送風する。散気装置４Ｂは、ブロワ４Ａにより送風された空気を微粒化して汚水への酸素の溶け込みを促進させる。

駆動用インバータ４Ｃ（以下、ブロワインバータ４Ｃという）は、ブロワ４Ａを回転させる電動モータ（図示せず。）を駆動する。ブロワインバータ４Ｃは、駆動電流周波数を予め決められた範囲内において連続的に変化させることにより、ブロワ４Ａの回転数、つまり汚水に供給する供給空気量を連続的に変更させる。

汚水処理装置１は、第１酸素量検出器５１、第２酸素量検出器５２及び水質分析装置７等を少なくとも備える。
＜第１酸素量検出器＞
第１酸素量検出器５１は、送風装置４により空気が供給された後の汚水に溶存する酸素量を検出する。つまり、第１酸素量検出器５１は、水路２Ａのうち送風装置４により空気（酸素）が供給されるゾーン、つまり散気装置４Ｂより汚水流れ下流側にて溶存酸素量を検出する。

＜第２酸素量検出器＞
第２酸素量検出器５２は、送風装置４により空気が供給される前の汚水に溶存する酸素量を検出する。つまり、第２酸素量検出器５２は散気装置４Ｂより汚水流れ上流側にて溶存酸素量を検出する。

＜水質分析装置＞
水質分析装置７は、汚水に含まれる予め決められた物質の濃度を検出する。当該水質分析装置７は、散気装置４Ｂより汚水流れ下流側に設けられている。当該「物質」とは、「水の汚れ度合い」を示すパラメータを成す物質である。

なお、本実施形態に係る水質分析装置７は、アンモニア態窒素の濃度を検出する。アンモニア態窒素の濃度が大きくなるほど、汚れ度合いの大きい水、つまり汚れた水となる。以下、水質分析装置７により検出されたパラメータ、つまりアンモニア態窒素の濃度を「検出パラメータ」ともいう。

＜制御装置＞
第１制御装置６は、第２酸素量検出器５２により検出された溶存酸素量を利用して、撹拌装置３及び送風装置４の作動、つまり撹拌流速及び供給空気量を制御する。第２制御装置８は、第１制御装置６と協働して撹拌流速及び供給空気量を制御する。

つまり、本実施形態に係る汚水処理装置１は、第２酸素量検出器５２及び第１酸素量検出器５１により検出された溶存酸素量、並びに検出パラメータを利用して撹拌流速及び供給空気量を制御する。

なお、第１制御装置６及び第２制御装置８（以下、制御装置と略す。）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有して構成されたコンピュータにて構成されている。撹拌装置３及び送風装置４の作動を制御するためのソフトウェア（プログラム）は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。

＜記憶装置＞
制御装置（本実施形態では、第２制御装置８）内には、記憶装置８１が設けられている。記憶装置８１は、送風装置４を稼働させる予定、及び当該送風装置４の最小稼働時間等が少なくとも予め記憶されている。

送風装置４を稼働させる予定とは、曝気（送風）開始タイミング及び曝気（送風）停止タイミングのうち少なくとも１つのタイミング（本実施形態では、送風開始タイミング）を含む曝気スケジュールである。

送風装置４の最小稼働時間とは、必要な汚水処理能力を確保可能な空気を送風するに必要な時間である。最小稼働時間は、汚水処理装置１の過去の実績等を参考に適宜決定される時間である。

このため、最小稼働時間は、汚水処理装置１の規模、設置環境及び流入する汚水の状況等の影響を受けて変化し得る時間である。なお、当該記憶装置８１は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶装置にて構成されている。

＜２．最小稼働時間を考慮した曝気制御＞
本実施形態に係る制御装置は、「送風開始タイミング」となった時に送風装置４を起動する。当該「送風開始タイミング」は記憶装置８１に記憶されている。制御装置は、送風装置４の起動後、最小稼働時間が経過したときに、検出パラメータ（アンモニア態窒素の濃度）が予め決められた値以下となったときに、送風装置４を停止させる。

なお、図２は、上記制御作動を示すフローチャートの一例である。当該フローチャートに示される制御は、制御装置にて実行される。当該制御を実行するためのプログラムは、制御装置に設けられた不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。

当該制御は、汚水処理装置１の運転開始と同時に起動される。制御装置は、先ず、「送風開始タイミング」となったか否かを判断する（Ｓ１）。当該判断は、制御装置が有するタイマー及びカレンダーに基づいて判断される。

そして、制御装置は、「送風開始タイミング」となったと判断した場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、送風装置４を起動して送風（曝気）を開始する（Ｓ３）。次に、制御装置は、送風装置４が起動した時から最小稼働時間が経過したか否かを判断する（Ｓ５）。

制御装置は、最小稼働時間が経過していないと判断した場合には（Ｓ５：ＮＯ）、送風を継続する。制御装置は、最小稼働時間が経過したと判断した場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、検出パラメータ（アンモニア態窒素の濃度）が予め決められた値以下となったか否かを判断する（Ｓ７）。

制御装置は、アンモニア態窒素の濃度が予め決められた値より大きいと判断した場合には（Ｓ７：ＮＯ）、送風を継続する。制御装置は、アンモニア態窒素の濃度が予め決められた値以下になったと判断した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、送風装置４を停止させた後（Ｓ９）、再び、Ｓ１を実行する。

＜３．本実施形態に係る汚水処理装置の特徴＞
本実施形態に係る汚水処理装置１では、少なくとも最小稼働時間は汚水に空気が供給される。これにより、汚水処理装置１は、必要な汚水処理能力を発揮でき得る。

汚水処理装置１は、アンモニア態窒素の濃度が予め決められた値以下となったときに、送風装置４を停止させる。これにより、送風装置４にて無駄な動力が消費されることが抑制される。したがって、当該汚水処理装置１によれば、送風装置４の消費動力を低減しながら、必要な汚水処理能力を確保可能となり得る。

（第２実施形態）
本実施形態に係る汚水処理装置１は、検出されたアンモニア態窒素の濃度（以下、検出濃度という。）に基づいて当該濃度の変化を予測するとともに、当該予測された濃度（以下、予測濃度という。）を利用して送風装置４の稼働及び停止のうちいずれか一方を制御する。以下の説明は、上述の実施形態に係る汚水処理装置１との相違点に関する説明である。

すなわち、水質分析装置７と制御装置とは、協働して検出されたアンモニア態窒素の濃度を回帰分析して予測濃度を算出する。本実施形態係る制御装置は、検出濃度が予め決められた濃度（以下、曝気停止濃度という。）以下になったとき（以下、予測時という。）に予測濃度を算出する。

具体的には、図３に示されるように、制御装置は、予測時より過去の検出濃度を回帰分析して、次回の「送風開始タイミング」時における予測濃度（以下、判断濃度という。）を算出する（Ｓ８Ａ）。次に、制御装置は、判断濃度が予め決められた濃度（以下、曝気開始濃度という。）未満であるか否かを判断する（Ｓ８Ｂ）。

曝気開始濃度は、曝気停止濃度より大きい値である。つまり、曝気開始濃度は、曝気停止濃度より水の汚れ度合いが大きい。曝気停止濃度は、例えば、第１実施形態において、制御装置が送風装置４を停止させると判断するときの濃度と同じである。

本実施形態に係る制御装置は、少なくとも「曝気（送風）を開始した時から予測時までの検出濃度」を利用して回帰分析を実行する。なお、回帰分析の具体的な手法は、線形回帰及び非線形回帰等も含めて不問である。

そして、制御装置は、判断濃度が曝気開始濃度未満である場合には（Ｓ８Ｂ：ＹＥＳ）、送風装置４を停止させる（Ｓ９）。制御装置は、判断濃度が曝気開始濃度以上である場合には（Ｓ８Ｂ：ＮＯ）、送風を継続するとともに、再び、判断濃度が曝気濃度以上であるか否かを判断する。

つまり、本実施形態に係る汚水処理装置１は、最小稼働時間が経過後、検出濃度が曝気停止濃度以下となった場合であっても、判断濃度が曝気開始濃度未満となるまで送風を継続する。これにより、次回の「送風開始タイミング」時及び嫌気状態において、アンモニア態窒素の濃度が過度に上昇してしまうことが抑制される。

したがって、本実施形態に係る汚水処理装置１は、予め決められた予定に従って送風装置４が稼働する汚水処理装置に適用されると、特に効果的である。つまり、決められたタイミングで曝気が開始される汚水処理装置１において、汚水槽２に流入する汚水量が増大すると、嫌気状態において、アンモニア態窒素の濃度が過度に上昇するからである。

なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。
（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例である。以下の説明は、第２実施形態に係る汚水処理装置１との相違点に関する説明である。

すなわち、第２実施形態に係る汚水処理装置１は、決められた予定タイミングで曝気が開始される構成であった。このため、第２実施形態では、判断濃度が曝気開始濃度未満となるまで送風を継続することにより、次回、曝気を開始する際に、アンモニア態窒素の濃度が過度に上昇することを抑制した。

これに対して、本実施形態に係る汚水処理装置１は、図４に示されるように、最小稼働時間が経過後（Ｓ５：ＹＥＳ）、検出濃度が曝気停止濃度以下となったときに送風装置４を停止させて曝気を停止させるとともに（Ｓ９）、判断濃度が曝気開始濃度以上の場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、次回の「送風開始タイミング（曝気開始）」を予め決められた予定より早くする。

具体的には、制御装置は、予測時又は予測時以降のタイミングにおいて、予測濃度が曝気開始濃度以上となるタイミング（以下、予測曝気開始時という。）を算出する（Ｓ１５）。制御装置は、予測曝気開始時になったときに、送風装置４を稼働させて曝気を開始する。

制御装置は、判断濃度が曝気開始濃度未満の場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、次回の「送風開始タイミング（曝気開始）」を変更することなく、予定されたタイミングで送風を開始する。

なお、図４では、送風装置４が停止した後に判断濃度が算出されている（Ｓ１１）。しかし、送風装置４が停止する前に判断濃度が算出される構成であってもよい。上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、検出パラメータとして、アンモニア態窒素濃度を利用した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、当該開示は、例えば、汚水の水温、亜硝酸態窒素濃度又は硝酸態窒素濃度、全窒素濃度、りん濃度、溶存酸素量濃度、ＣＯＤ濃度、ＭＬＳＳ濃度、又は酸素消費速度等を検出パラメータとしてもよい。

上述の実施形態では、送風装置４の稼働開始タイミング又は稼働停止タイミングを制御した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、当該開示は、例えば、稼働開始タイミング及び稼働停止タイミングを共に制御する汚水処理装置であってもよい。

上述の実施形態に係る汚水処理装置１は、１つの汚水槽２を備える構成であった。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、当該開示は、複数の汚水槽２を備える構成であってもよい。因みに、複数の汚水槽２を備える構成においては、第２実施形態に係る汚水処理装置１が好適である。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成でもよい。

１… 汚水処理装置
２… 汚水槽
３… 撹拌装置
４… 送風装置
６… 第１制御装置
７… 水質分析装置
８… 第２制御装置
５１… 第１酸素量検出器
５２… 第２酸素量検出器
８１… 記憶装置

Claims (4)

1. 汚水に空気を供給する曝気用の送風装置と、
   汚水に含まれる予め決められた物質の濃度に関するパラメータを検出する水質分析装置と、
   前記送風装置を稼働させる予定、及び当該送風装置の最小稼働時間が記憶された記憶装置と、
   前記記憶装置に記憶された予定及び最小稼働時間、並びに前記水質分析装置により検出されたパラメータ（以下、検出パラメータという。）を利用して前記送風装置の稼働及び停止を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記送風装置の稼働時間を前記最小稼働時間以上とした状態で、前記検出パラメータを利用して当該送風装置の稼働開始タイミング及び稼働停止タイミングのうち少なくとも一方のタイミングを制御可能である汚水処理装置。
2. 前記制御装置は、前記検出パラメータに基づいて前記パラメータの変化を予測し、当該予測されたパラメータを利用して前記送風装置の稼働開始タイミング及び稼働停止タイミングのうち少なくとも一方のタイミングを制御する請求項１に記載の汚水処理装置。
3. 前記制御装置は、前記予定に従って前記送風装置を稼働開始し、
   さらに、前記制御装置は、前記最小稼働時間が経過後、前記予測されたパラメータが予め決められた値未満となるまで前記送風装置を継続稼働させる請求項２に記載の汚水処理装置。
4. 前記物質は、「水の汚れ度合い」を示す物質である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の汚水処理装置。

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