JPH06149301A - 送風機器の運転台数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、送風機器の起動停止頻度を少な
くし、運転台数の追加時、ＤＯ制御における運転台数を
少なめに選択し、省エネ化，省資源化を図ることにあ
る。 【構成】 比率制御手段１１およびＤＯ制御手段１４を
用いて要求風量を求め、この要求風量に基づいてエアレ
ーションタンク３内に送風する送風機器の運転台数を制
御する送風機器の運転台数制御装置において、要求風量
と各運転台数の上・下限しきい値とから要求運転台数を
判定する運転台数判定手段３１と、この要求運転台数が
送風機器の現在運転台数よりも大きいとき、エアレーシ
ョンタンクのＤＯ値の減少傾向の有無と比率制御のみに
よって得られる要求風量とを判断し、送風機器の運転台
数の追加判定を行う送風機器増減判定手段３２とを設け
た送風機器の運転台数制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性汚泥法を用いた下
水処理場のエアレーションタンク内に送風すべき曝気風
量を制御する送風機器の運転台数制御装置に係わり、特
にエアレーションタンクの適切な溶存酸素量（以下、Ｄ
Ｏ値と指称する）を確保するための曝気風量を送風する
送風機器の運転台数制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性汚泥法による下水処理場において
は、流入下水が沈砂池を経由して砂，砂利，木片等のご
とき大きな含入物を除去した後、最初沈殿池に導入さ
れ、ここで浮遊物の沈殿除去を行い、その結果得られる
上澄水をエアレーションタンク（曝気槽）に導入する。
このエアレーションタンクは活性汚泥による生物化学反
応によって汚水に混入する汚泥分を固形化した後、最終
沈殿池に導き、ここで沈殿処理が行われる。このように
して下水処理プロセスで浄化された水は河川に放流され
る。

【０００３】ところで、エアレーションタンクでは、最
初沈殿池からの流入汚水と最終沈殿池で沈殿した汚泥の
一部である返送汚泥（活性汚泥）とを混ぜ合わせ、活性
汚泥に含まれる微生物による分解作用を促進して汚水に
含まれる汚れを固形化するために、適当な空気の送風，
つまり曝気風量の制御を行っている。つまり、この曝気
風量の制御は、エアレーションタンク内に適宜な量の空
気を送風することによりエアレーションタンク内の活性
汚泥の死滅するのを防止し、ひいては微生物活動の活発
化を助長する観点から、適宜な量の空気，つまり曝気風
量の制御を行うことにある。このとき、エアレーション
タンク内の活性化の指標はエアレーションタンク内のＤ
Ｏ値が用いられる。ゆえに、この種の曝気風量の制御
は、エアレーションタンク内のＤＯ値を計測し、このＤ
Ｏ計測値が活性汚泥の死滅しないで安定な生物化学反応
を継続できる範囲とするように、曝気送風機にてエアレ
ーションタンク内に送風すべき空気量を制御する。

【０００４】以下、従来の一般的な送風機器の運転台数
制御装置について図４を参照して説明する。同図は下水
処理プロセスと曝気風量制御とを組合わせた構成を示す
図である。

【０００５】先ず、下水処理プロセスは、沈砂池を通っ
てきた流入下水１が最初沈殿池２に導かれ、ここで沈殿
処理された後、エアレーションタンク３に導入される。
このとき、最初沈殿池２の上流側に設置する流入流量計
測センサ４で流入流量を測定する。

【０００６】このエアレーションタンク３では、最終沈
殿池５から返送されてくる返送汚泥とともにエアレーシ
ョンタンク３内に設置される空気配管６から噴出する空
気の送風により、微生物による分解作用を促進して汚水
に含まれる汚れを固形化することにある。ここで、エア
レーションタンク３内への送風は、送風機７を用いて大
気を取り込み、さらに風量センサ８ａおよび曝気風量調
節弁８ｂによって風量制御を行った後、空気配管６を通
して行われる。一方、曝気風量制御は、曝気風量制御装
置１０と送風機運転台数制御装置２０とからなってい
る。

【０００７】この曝気風量制御装置１０は、流入流量計
測センサ４からの流入流量と比率（風量倍率）設定値と
を乗算する比率制御手段１１と、ＤＯ値センサ９からの
エアレーションタンク３内のＤＯ計測値に基づいて所定
のＤＯ値となるような目標風量補正量を出力するＤＯ制
御部１２と、前記比例制御手段１１によって得られた乗
算値にＤＯ制御部１２による目標風量補正量を加算して
目標風量として曝気風量調節計１３に供給する加算手段
１４とによって構成され、この曝気風量調節計１３にて
目標風量と風量センサ８ａの計測風量との偏差が零とな
るように調節演算を実行し、得られた調節演算信号を曝
気風量調節弁８ｂに与えて曝気風量を調節する。

【０００８】前記曝気送風機運転台数制御装置２０は、
一般的にプロセスコントローラを用いて実現するが、具
体的には下水処理場内の全てのエアレーションタンク
３，…に対応する加算手段１４，…の出力である目標風
量を合計して目標総風量を求める送風量合計演算部２１
と、この演算部２１からの目標総風量を受け取り、１台
の曝気送風機７の送風能力および現在の運転中の送風機
台数に基づいて当該目標総送風量を供給するのに必要な
曝気送風機７の運転台数を演算し、現在の運転中台数と
比較することにより、送風機運転台数の増・減を決定す
る送風機運転台数判定部２２と、この送風機運転台数判
定部２２からの増・減指令によって曝気送風機７の追加
起動・停止を制御する送風機起動停止制御部２３とによ
って構成されている。ここで、送風機の運転台数制御の
前提となる流入流量計測センサ４による流入流量と目標
風量との関係について図５を参照して説明する。

【０００９】今、図５（ａ）に示すように流入流量計測
センサ４の流入流量が変化すると、ＤＯ制御部１２によ
る補正量を介在しない比率制御のみによる目標風量は同
図（ｂ）の実線（イ）のような特性となる。これは比率
制御手段１１のみの出力を意味する。しかし、実際に下
水流入流量の増加後に目標風量を増加させてエアレーシ
ョンタンク３内に空気を送風しても、ＤＯ値の応答が遅
れるので、結果としてエアレーションタンク３内のＤＯ
値が下がってしまう。そこで、流入流量が変化したと
き、ＤＯ制御部１２から目標風量補正量を出力してＤＯ
補正を行うことにより、図５（ｂ）の（ロ）に示すＤＯ
補正有時の目標風量のように変化させることにより、エ
アレーションタンク３内のＤＯ値を一定に保っている。
これが、従来の比率送風量制御である。次に、送風機運
転台数判定部２２における従来の一般的な台数決定方法
について図６を参照して具体的に説明する。

【００１０】通常、エアレーションタンク３内の流入流
量を直接計測できない場合が一般的であるが、最初沈殿
池２の流入路に流入流量計測センサ４を設置し、この流
入流量計測センサ４の計測値により最初沈殿池２への流
入流量を取得する。そして、この流入流量計測センサ４
によって計測された流入流量にある比率（風量倍率）を
乗じるとともに、この乗算値にＤＯ制御部１２にてＰＩ
またはＰＩＤ演算を行って得られた目標風量補正量を加
えることにより目標風量を得る。

【００１１】さらに、下水処理場内の全てのエアレーシ
ョンタンク３に対応する加算手段１４の出力である目標
風量を送風機運転台数制御装置２０に送出する。この送
風機運転台数制御装置２０では、送風量合計演算部２１
にて各目標風量を合計して目標総送風量，つまり要求風
量Ｑを得た後、送風機運転台数判定部２２に供給する。

【００１２】この送風機運転台数判定部２２では、送風
量合計演算部２１から要求風量Ｑを受けるが、このとき
例えば要求風量Ｑ₁ で運転している状態から要求風量が
Ｑ_２に変化したとき、その要求運転台数は１台運転の上
限値Ｑ_２１を越えているので、２台運転要求に変化す
る。また、逆に要求風量Ｑ₂ で運転している状態から要
求風量がＱ₁ に変更されたとき、２台運転の下限値Ｑ₂₂
より下回るので、１台運転要求へと変化する。ここで、
各運転台数の上限値と下限値は、送風機７の運転範囲と
して予め設定されている値である。

【００１３】さらに、以上のようにして求めた要求運転
台数Ａに対し、当該要求運転台数Ａと現在の運転台数Ｂ
とを比較し、台数増または台数減を判定する。その判定
結果に基づいて運転台数増・減指令を出力し、送風機起
動停止制御部２３に送出する。ここで、送風機起動停止
制御部２３は、判定結果の運転台数増・減指令を受ける
と送風機７の追加運転または停止の制御を行うものであ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような送風機器の運転台数制御装置においては、次のよ
うな問題が指摘されている。

【００１５】すなわち、この制御装置においては、送風
機運転台数判定部２２を用いて、要求風量Ｑに基づいて
送風機７の要求運転台数Ａを決定しているが、要求風量
の変化時には送風機７の運転台数は図７に示すように変
化する。例えばｎ台の送風機を運転している時にＤＯ目
標値を設定変更したとき、図５（ｂ）の（ロ）のように
目標風量補正量を増加させると、それに伴って要求風量
も増加する。その結果、１台追加のしきい値Ｑ_n1を越え
た場合、送風機運転台数はｎ＋１台となる。ここで、空
気配管６からの送風量増加でＤＯ値が応答し、それに伴
って要求風量が徐々に下がってくるが、ｎ＋１台運転領
域の下限しきい値Ｑ_n2を下回らない場合にはそのままｎ
＋１台運転が継続されるが、ｎ＋１台運転下限しきい値
Ｑ_n2を下回れば再度ｎ台運転の要求となる。

【００１６】従って、以上のようにＤＯ目標値の変更に
際し、送風機７の運転状態が台数切換のしきい値近傍で
運転していると、当該切換しきい値を越えるごとに運転
台数の切換えが発生し、実際には少ない運転台数の送風
機７で運転可能であるにも拘らず、常に大きな運転台数
の運転状態となってしまう。また、送風機７の運転台数
が最終的に同じでよいにも拘らず、目標風量のオーバシ
ュートのために起動停止を行うことになる。

【００１７】このように従来の制御装置は、流入流量が
急激に変化したとき、切換しきい値を境に暖気送風機の
運転台数の切換動作が頻繁に発生しやすく、また切換発
生時には実際に必要な運転台数よりも大きな運転台数を
判定してしまう。

【００１８】その結果、下水処理場の最大負荷である暖
気送風機の起動停止頻度が増大し、機器のライフサイク
ルに影響を与えるばかりでなく、省エネ化、省資源化を
実現するための運転管理に悪影響を与え、さらにオペレ
ータによるプロセスの運転維持管理が複雑になり、オペ
レータの負担を増大させる結果となる。

【００１９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、送風機器の運転台数増を適切に抑制し、これにより
運転台数の平滑化、省エネ化および省資源化を実現し、
オペレータの負担軽減を図る送風機器の運転台数制御装
置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、流入流量に比率設定値
を乗算する比率制御と、この比率制御の出力にエアレー
ションタンクのＤＯ値（溶存酸素量）に基づく目標風量
補正値を与えて風量補正を行うＤＯ制御とを用いて要求
風量を求め、この要求風量に基づいて前記エアレーショ
ンタンク内に送風する送風機器の運転台数を制御する運
転台数制御装置において、

【００２１】前記要求風量と予め設定された各運転台数
の上・下限しきい値とから要求運転台数を判定する運転
台数判定手段と、この運転台数判定手段によって得られ
た要求運転台数が前記送風機器の現在運転台数よりも大
きいとき、前記ＤＯ値の減少傾向の有無と前記比率制御
のみによって得られる要求風量とを判断しながら、前記
送風機器運転台数の追加の判定を行う送風機器増減判定
手段とを設けた送風機器の運転台数制御装置である。

【００２２】

【作用】従って、請求項１の発明は以上のような手段を
講じたことにより、運転台数判定手段から要求運転台数
を受けると、送風機器増減判定手段では、要求運転台数
と現在運転台数とを比較し、要求運転台数が現在運転台
数よりも大きいとき、ＤＯ今回値とＤＯ前回値とからＤ
Ｏ値減少傾向を判断し、ＤＯ値減少傾向にあるときには
運転台数増指令を出力するが、ＤＯ値減少傾向にないと
きには比率制御のみによる要求風量が追加しきい値を越
えているか否かを判断し、越えていない場合には現状の
運転台数で運転を継続するので、運転台数の頻繁な切換
えがなくなり、また常に少ない運転台数で運転を行うこ
とができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。この送風機器の運転台数制御装置は、基本
的には図４と同様な下水処理プロセスおよび制御構成を
採用するものとする。

【００２４】本発明装置において従来装置と比較して特
に異にする部分は、ＤＯ値センサ９の出力をＤＯ制御部
１２および送風機運転台数判定部２２に供給し、また比
例制御手段１１の出力を加算手段１４および送風機運転
台数判定部２２にも導入し、運転台数増・減指令の判定
に用いること。

【００２５】また、送風機運転台数判定部２２として
は、台数切換しきい値近傍での目標ＤＯ値変更等のと
き、台数切換え発生を制限し、かつ、現状の運転台数を
有効に利用する制御機能をもたせたことにある。図１は
かかる送風機運転台数判定部２２の機能ブロックであっ
て、運転台数判定手段３１と送風機増減判定手段３２と
からなっている。

【００２６】この運転台数判定手段３１は、予め運転台
数ごとに風量制御範囲が設定され、従来と同様に比例制
御およびＤＯ制御によって得られる要求風量Ｑを受ける
と、その要求風量Ｑと各運転台数の上・下限しきい値と
から要求運転台数Ａを判定するものである。

【００２７】前記送風機増減判定手段３２は、送風機要
求運転台数Ａと現在運転台数Ｂとを比較し、台数追加要
求時、ＤＯ値センサ９からのＤＯ計測値DOによるＤＯ値
の傾向およびＤＯ制御を伴わない比率制御のみによる要
求風量の状況を判断しながら、不用意な運転台数増指令
を抑制する機能を有し、具体的には図２に示すような処
理フローによって実現する。

【００２８】さらに、送風機増減判定手段３２で得られ
た送風機７の増指令または減指令は送風機起動停止制御
部２３に送られ、実際の送風機の起動運転および停止制
御が行われる。次に、本発明装置の要部となるべき送風
機運転台数判定部２２の動作について説明する。

【００２９】流入流量計測センサ４から取り込んだ下水
流入流量に比率設定値を乗算する比率制御を実施した
後、この比率制御出力にエアレーションタンク３のＤＯ
値とＤＯ目標値とに基づいて得られる目標風量補正量を
加算するＤＯ制御を実施して目標送風量を求める。そし
て、下水処理場内の全てのエアレーションタンク３，…
に対応する目標送風量を送風量合計演算部２１に導き、
ここで合計して目標総送風量，つまり要求風量Ｑを求め
た後、送風機運転台数判定部２２に供給する。

【００３０】この送風機運転台数判定部２２では、運転
台数判定手段３１が比例制御およびＤＯ制御によって得
られた要求風量Ｑを受けると、その要求風量Ｑと各運転
台数の上・下限しきい値とから要求運転台数Ａを判定
し、前記送風機増減判定手段３２に送出する。

【００３１】この送風機増減判定手段３２では、要求運
転台数Ａを受けたとき、或いは所定の周期ごとに図２に
示すごとく、要求運転台数Ａと現在運転台数Ｂとを比較
し（ＳＴ１）、要求運転台数Ａが現在運転台数Ｂよりも
小さいとき，すなわちＡ＜Ｂなる関係のときには省エネ
化および省資源化の観点から送風機運転台数減指令を出
力する（ＳＴ２）。

【００３２】一方、ステップＳＴ１において要求運転台
数Ａが現在運転台数Ｂよりも大きいとき，すなわちＡ＞
Ｂなる関係のときにはＤＯ計測値の今回値とＤＯ計測値
の前回値とを比較し（ＳＴ３）、ＤＯ値が増加傾向にあ
るか否かを判断する。

【００３３】ここで、ＤＯ計測値の今回値が前回値より
も小さいとき、エアレーションタンク３のＤＯ値が下降
傾向にあると判断し、ＤＯ制御からのＤＯ値の減少を補
償するべく風量増要求を優先する。換言すれば、ＤＯ値
が減少傾向にある場合、つまりＤＯ今回値＜ＤＯ前回値
の場合には送風機運転台数増指令を出力する（ＳＴ
４）。

【００３４】しかし、ＤＯ値の比較結果、ＤＯ今回値＞
ＤＯ前回値の場合，つまりエアレーションタンク３のＤ
Ｏ値が下降傾向にない場合には、流入流量のみに依存す
る比率制御のみの目標送風量を取り込み、当該比率制御
目標送風量が１台追加のしきい値Ｑ_n1を越えたか否かを
判断する（ＳＴ５）。これは、将来の目標送風量が１台
追加のレベルにあるか否かを判断していることになる。
ここで、もし比率制御目標送風量が１台追加のしきい値
Ｑ_n1を越えていない場合には現状維持とし、一方、比率
制御目標送風量が１台追加のしきい値Ｑ_n1を越えている
場合には送風機運転台数増指令を出力する（ＳＴ４）。

【００３５】そして、減指令、現状維持および増指令の
何れにおいても、ＤＯ計測値のＤＯ今回値を前回値とし
て保存し（ＳＴ６）、次のＤＯ値の比較に備えた後、終
了する。

【００３６】従って、例えば流入流量の増加に伴って送
風機７の運転台数の切換えが発生したとき、従来装置と
本発明装置との運転台数は例えば図３に示すような台数
判定結果が得られる。すなわち、ｎ台運転中に要求風量
が運転台数しきい値Ｑ_n1を越えた場合、従来装置では、
当然送風機７の追加要求が発生する。これに対し、本発
明装置では、図２に示すステップＳＴ１の判断後、ステ
ップＳＴ２においてＤＯ値が減少傾向にある場合には速
やかに運転台数の増指令を出力するが、ＤＯ値が減少傾
向にない場合には比率制御のみの目標送風量が１台追加
しきい値Ｑ_n1を越えたか否かを判断し、越えない場合に
は現状の運転台数を用いて要求風量を供給する制御す
る。その結果、図３に示すごとく比率制御のみによる目
標送風量が１台追加しきい値Ｑ_n1を越えない限り、ｎ台
の送風機７で運転を継続し、ＤＯ値が追従してくるのを
待つことになる。

【００３７】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、目標ＤＯ値の変更等に伴って発生する送風機の運転
台数の追加に対し、ＤＯ値の傾向を見ながらＤＯ値が減
少傾向にないとき、比例制御のみの目標送風量から台数
を増加すべきか否かを判断するので、ＤＯ制御による要
求風量のオーバシュートおよびハンチングによる送風機
の追加起動・停止の発生頻度を抑制でき、また不用意な
送風機の追加を抑えることができ、これによって少ない
運転台数でＤＯ値の制御を行うことができ、省エネ化お
よび省資源化に大きく貢献する。さらに、運転台数の減
要求に対しては、直接減指令を出力することにより、少
ない運転台数方向に速やかに動作させることができる。

【００３８】なお、上記実施例では、比例制御およびＤ
Ｏ制御を適用し、運転台数の判定を行うものであれば、
特に図４に示すような下水処理場のプロセスである必要
がない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種種変形して実施できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
風機器運転台数の増加を抑制し、かつ、不用な送風機器
の起動・停止を抑制することにより、送風機器の起動停
止頻度を少なくでき、また運転台数の切換え領域近傍で
の運転台数追加時、ＤＯ制御における運転台数を少なめ
に選択することにより、省エネ化，省資源化および高効
率化運転を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の要部構成を示す送風機運転台数
判定部の機能ブロック図。

【図２】 図１に示す送風機運転台数判定部のうち、送
風機増減判定手段の処理フロー図。

【図３】 要求風量の急増に対する従来装置と本発明装
置との運転台数判定結果を説明する図。

【図４】 従来の一般的な下水処理プロセスおよび風量
制御の構成を示す図。

【図５】 ＤＯ制御による補正処理を行うことの説明
図。

【図６】 従来の比率制御およびＤＯ制御による要求風
量と運転台数との関係を説明する図。

【図７】 従来の運転台数切換え領域近傍での運転台数
の変化を説明する図。

【符号の説明】

１…流入下水、２…最初沈殿池、３…エアレーションタ
ンク、４…流入流量計測センサ、５…最終沈殿池、６…
空気配管、７…送風機、９…ＤＯ値センサ、１０…曝気
風量制御装置、１１…比例制御手段、１２…ＤＯ制御
部、１４…加算手段（ＤＯ制御）、２０…送風機運転台
数制御装置、２１…送風量合計演算部、２２…送風機運
転台数判定部、２３…送風機起動停止制御部、３１…運
転台数判定手段、３２…送風機増減判定手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入流量に比率設定値を乗算する比率制
   御と、この比率制御の出力にエアレーションタンクのＤ
   Ｏ値（溶存酸素量）に基づく目標風量補正値を与えて風
   量補正を行うＤＯ制御とを用いて要求風量を求め、この
   要求風量に基づいて前記エアレーションタンク内に送風
   する送風機器の運転台数を制御する送風機器の運転台数
   制御装置において、 前記要求風量と予め設定された各運転台数の上・下限し
   きい値とから要求運転台数を判定する運転台数判定手段
   と、 この運転台数判定手段によって得られた要求運転台数が
   前記送風機器の現在運転台数よりも大きいとき、前記Ｄ
   Ｏ値の減少傾向の有無と前記比率制御のみによって得ら
   れる要求風量とを判断しながら、前記送風機器運転台数
   の追加の判定を行う送風機器増減判定手段とを備え、運
   転台数の追加時に不要な台数増を抑制することを特徴と
   する送風機器の運転台数制御装置。