JPH0147238B2

JPH0147238B2 -

Info

Publication number: JPH0147238B2
Application number: JP56041768A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakayama
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-03-24
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1989-10-12
Also published as: JPS57156087A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は活性汚泥法による下水処理システムの
運転方法に係り、ばつ気槽MLSSの濃度、及び返
送汚泥の濃度が、目標値からできるだけ小さい偏
差幅で運転される返送汚泥と余剰汚泥の流量値を
決定して運転制御を行なう、下水処理システムの
運転方法に関する。

第１図は、活性汚泥法による下水処理システム
の基本構成を示すものである。すなわち、下水流
入管１から有機物を含む下水がばつ気槽２に混入
し、このばつ気槽２内の微生物、即ち、混合浮遊
固形物（以下MLSSと称する）と充分撹拌、混
合・曝気された後、その混合液は最終沈殿池３へ
流入する。ここで沈殿による固液分離が行なわ
れ、その上澄液は上澄水放流管４より放流され
る。

また最終沈沈殿池３の底部に沈降した固形物
（汚泥）の大部分は、沈殿池３の底部より引抜か
れた後、返送汚泥ポンプ５により返送汚泥流入管
６を介してばつ気槽２に返送され、残りは余剰汚
泥ポンプ７により系外に排出される。また、８は
前記返送汚泥流入管６に設けられた返送汚泥流量
調節用の調節弁、９は前記余剰汚泥ポンプ７の排
出側に設けられた余剰汚泥流量調節用の調節弁で
ある。

この種の下水処理場において、安定な運転管理
を行なうための一つの方法は、MLSS濃度をある
目標値に保持することである。即ち、下水処理場
では流入下水特性が１日単位、或いは１週間単位
で大幅に変動し、他方、処理水とし放流する水質
は所定の指標値以下としなければならない。その
ため、上述の下水処理場において、かかる条件を
満足すべく安定な運転管理を行なう一方法とし
て、MLSS濃度をある目標値に保持することがあ
げられる。

しかしながら、MLSSを一定に保持することの
みを念頭においた運転方法には、次のような問題
点がある。即ち、最終沈殿池の容量に限度がある
ため、最終沈殿池の汚泥蓄積重量には制限が付
く。流入下水流量の変動は大きく、流量が大きい
ときはばつ気槽MLSSの濃度が低められるため、
これを一定に保つには、返送汚泥の流量を増やさ
なければならないが、その結果、最終沈殿池底部
の汚泥濃度（即ち返送汚泥濃度）を低め、次の時
点ではより多くの返送汚泥流量を必要とするとい
う悪循環を来す。したがつて、ばつ気槽と同時に
最終沈殿池の汚泥量についても配慮を加えて行な
う必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされ、ばつ気槽
MLSSを一定値に保つと同時に、最終沈殿池の適
切な汚泥量確保のため、底部より引抜かれるとき
の濃度（返送汚泥濃度）を指標としてこれを一定
値に保つ、前記欠点のない下水処理システムの運
転方法を提供することにある。

以下、本発明の一実施例について、第１図及び
第２図を参照しながら説明する。本発明の対象シ
ステムは第１図に示す構成であり、操作量は沈殿
池引抜流量、返送汚泥流量、余剰汚泥流量の３流
量である。この３流量は、沈殿池引抜流量と返送
汚泥流量が決定すれば、残りの１流量は自動的に
決定される。流量調節はポンプ５，７、または調
節弁８，９によつて行なわれる。流量を決定する
ために各部分の汚泥濃度を計算するが、このため
に曝気槽と最終沈殿池の数学モデルを用いる。

第２図は、本発明の下水処理施設の運転方法に
用いられるアルゴリズムの構成を示すものであ
る。このアルゴリズムは流入下水流量と基質濃
度、返送汚泥流量と濃度からばつ気槽出口側の
MLSS濃度を算出するばつ気槽モデルと、ばつ気
槽出口側のMLSS濃度、下水流量、沈殿池引抜汚
泥流量から返送汚泥濃度を算出する沈殿池モデル
とから成り、これら両モデルを用いて予測流入下
水特性に対し、単位時間区間毎の最適な汚泥流量
を決定する。

上記流入下水特性とは、流入下水の流量
（Q_I）、流入下水中のSS（X_I）、流入下水中の基質
濃度（C_I）の１日の変動パターンである。その予
測は過去の実績データを用い、たとえば同一の曜
日、同一の時刻で、前日の天気予報が同一の場合
を１つの共通の状態と見て、そのときのQ_I、X_I、
C_Iの平均値を第３図のように求めておく。する
と、各曜日の各時刻の値が天気が晴か雨かである
かによつて、一とおりにきまるため、翌日の各時
刻のQ_I、X_I、C_Iが、１つの変動パターンとして
予測できる。

ここに用いるばつ気槽モデルは、例えば槽内を
完全混合とすれば次式を用いることになる。

∂x／dt＝１／Ｔ（Ａ−Ｘ）＋dx／dt ……(1) ∂s／∂t＝１／Ｔ（Ｂ−Ｓ）＋ds／dt ……(2) ここに∂x／∂t…ばつ気槽汚泥濃度増加速度、∂s／
∂t …ばつ気槽基質濃度増加速度、Ｔ…ばつ気槽滞留
時間、Ａ…ばつ気槽入口側SS濃度（ばつ気槽入
口側浮遊物濃度）、Ｂ…ばつ気槽入口側基質濃度。

また、沈殿池モデルは例えば統計的に構成した
次式を用いて引抜汚泥濃度（返送汚泥濃度X_R）
を計算する。

X_R＝aX＋ｂ（Q_I＋Q_R）＋cX（Q_I＋Q_R）＋dQw ……(3) ここで係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは例えば最小２乗法
により定められる。

ここで、操作変数としての余剰汚泥流量、及び
返送汚泥流量を最適に決定するアルゴリズムは以
下の如くになる。まず、返送汚泥流量値Q_Rと余
剰汚泥流量Qwの和である沈殿池引抜汚泥流量
Qwdを決定する。その方法は、初回の値をQwd
（min）とし、△Qwd刻みで最大Qwd（max）ま
での場合についてシミユレーシヨンを行なう。得
られたｎ個の結果から沈殿池引抜汚泥濃度（返送
汚泥濃度）に関する指標値、例えば目標値からの
偏差幅（偏差絶対値）が最小となる場合を選定
し、その時刻の沈殿池引抜汚泥の操作流量とす
る。

前記返送汚泥濃度は次のようにして求める。ま
ずばつ気槽モデルで、ばつ気槽出口MLSS濃度
（X_A）を求める。第４図のように４槽型のばつ気
槽の場合を例にとると、次の関係となる。

dX_o／dt＝Q_I＋Q_R／Ｖ（X_o-1−X_o）＋R_xo ……(4) （ｎ＝１、２、３、４） dC_o／dt＝Q_I＋Q_R／Ｖ（C_o-1−C_o）−Rc_o ……(5) ただし、R_xoは汚泥の増殖速度、R_coは有機物の
除去速度で、下式となる。

R_xo＝μ^ X_o・C_o／K_s＋C_o−K_dX_o ……(6) R_co＝１／Ｙμ^ X_o・C_o／K_s＋C_o ……(7) ここに、Ｙ、K_d、K_s、μ^はプロセス定数、C_oは
ばつ気槽中基質濃度である。

また、第４図の第１槽目に流入するときの濃度
は次のように求める。

X_O＝X_IQ_I＋X_RQ_R／Q_I＋Q_R ……(8) C_O＝C_IQ_I／Q_I＋Q_R ……(9) ただし、初期時点のX_RとQ_Rだけは測つた値を
入れておく。またX_I、Q_I、C_Iはそれぞれ予測値
である。

次に前記沈殿池モデル、すなわち、前記(3)式に
上述のようにして求めたMLSS計算値X_Aを代入
し、以下の計算式（統計モデル）で返送汚泥濃度
（X_R）を計算する。

X_R＝ａ・X_A＋ｂ（Q_I＋Q_R）＋Ｃ・X_A・（Q_I＋Q_R）＋ｄ・Qw ……(3)′ また、返送汚泥流量Q_Rは、ばつ気槽における
MLSS値が目標値MLSS値X_Oにおいて一定値と
なり、物質収支的平衡が保たれるように、次式か
ら計算される。

Q_R＝Q_I（X_O−X_I）−（dx／dt）・Ｖ／X_R−X_O ……(10) ここに、Q_I…流入下水流量、X_I…流入下水中
SS濃度（流入下水中浮遊物濃度）、X_R…返送汚泥
濃度、（dx／dt）…汚泥増殖速度（ばつ気槽中）、Ｖ …ばつ気槽容積、Q_R…返送汚泥流量、ただし、汚泥増殖速度（dx／dt）は小さな値の場合は省略しても良いし、或いはある定数と置いて
もよく、また、微生物化学反応式、例えば
Monod式などを用いてもよい。Monod式を用い
る場合は次のように表わすことができる。

dx／dt＝μ^ Ｘ・Ｓ／K_s＋Ｓ−KdX ……(11) ds／dt＝１／Ｙμ^ Ｘ・Ｓ／K_s＋Ｓ ……(12) ここにds／dt…ばつ気槽中基質（除去）速度、Ｙ、 K_d、K_s、μ^…プロセス定数、Ｓ…ばつ気槽中基質
濃度、Ｘ…ぱつ気槽中汚泥濃度 (10)式で求められた返送汚泥流量値Q_Rについて
はこれが先に求められた沈殿池引抜流量値Qwd
以上の値となるときはQ_R＝Qwd、すなわちその
上限値を沈殿池引抜流量とし、それ以外の場合は
(10)式で求められた値をそのまま使用する。また、
そのとき、余剰汚泥流量Qwは次式 Qw＝Qwd−Q_R ……（13）により計算される。

以上のようにして決定した沈殿池引抜流量を含
む３流量値を、その時刻の最適操作流量とする。

以上のように本対象システムのMLSS、および
返送汚泥濃度に目標値を与え、この値からの偏差
幅を小さくする運転法として、本発明のアルゴリ
ズムを用いれば、流入下水特性を蓄積された運転
実績データから予測し、MLSS、返送汚泥濃度の
目標値を指定することにより操作量としての返
送・余剰の両流量が得られる。また、そこで得ら
れる返送汚泥流量の値は、最終沈殿池引抜汚泥濃
度（返送汚泥濃度）を低下させない範囲に保たれ
た値で得られる。そして同時に、MLSSと返送汚
泥濃度の時係列も得られるので、事前に運転状態
の検討が可能となり、この結果として、対象シス
テムの安定な運転を確実にすることができる。

なお、以上の説明において本発明は、(イ)返送汚
泥流量件算式に、前記(1)式以外たとえば流入下水
流量に比例するとした式を用いたもの。(ロ)ばつ気
槽数学モデルに、汚泥増殖項を加えないもの。あ
るいはMonod以外の増殖式を用いたもの。その
流動モデルを完全混合モデルと押出しモデルの中
間として扱つたもの。あるいは又、(ハ)沈殿池モデ
ルとして、他の統計的モデルを用いたもの。もし
くはその構造から物理現象を記述したモデルを用
いたもの。によつても、前記同様の結果を得るこ
とができる。

このようにして本発明によれば、ばつ気槽及び
最終沈殿池の汚泥量の安定な運転管理を行ない、
所定の水質の処理水を放流することのできる効果
的な、下水処理システムの運転方法が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は活性汚泥法下水処理システムの基本的
構成図、第２図は本発明のアルゴリズムを示すフ
ローチヤート、第３図は本発明に用いる流入下水
特性を説明するための特性図、第４図は本発明で
用いるばつ気槽モデルを説明するための図であ
る。１……下水流入管、２……曝気槽、３……最終
沈殿池、４……上澄水放流管、５，７……ポン
プ、８，９……調節弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１最終沈殿池からばつ気槽への返送汚泥調節装
置と、最終沈殿池からの余剰汚泥引抜装置とを備
え、ばつ気槽及び最終沈殿池に含まれる汚泥量の
調節を行なう活性汚泥法下水処理システムの運転
方法において、実績データに基づいて流入下水流
量、流入下水中浮遊物濃度、流入下水中基質濃度
の変動パターンである流入下水特性を予測し、こ
の予測された流入下水特性を基にばつ気槽モデル
で、ばつ気槽出口のMLSSを求め、このMLSSを
最終沈殿池モデルに代入して返送汚泥濃度値を計
算し、返送汚泥と余剰汚泥の流量和の値を順次変
化させてシミユレーシヨンすることにより、前記
計算された返送汚泥濃度値とその設定目標値との
偏差幅が最小となる値を探索し、これを最適沈殿
池引抜汚泥流量値とし、ばつ気槽のMLSS値を、
設定したMLSS目標値ならしめる返送汚泥の流量
値を、前記予測された流入特性による流入下水流
量および流入下水中浮遊物濃度と、前記各モデル
により求められた汚泥増殖速度および返送汚泥濃
度とから、ばつ気槽の物質収支式を基に計算し、
かつ、この値が前記最適沈殿池引抜汚泥流量値以
上となるときは、返送汚泥流量値をこの最適沈殿
値引抜汚泥流量値に等しくし、さらに余剰汚泥流
量値を最適沈殿池引抜汚泥流量値から返送汚泥流
量値をさし引いたものとして、求められた返送汚
泥と余剰汚泥の両流量値をその時点における最適
操作量とする活性汚泥法下水処理システムの運転
方法。