JPH0798192B2 - 曝気槽の空気吹込み装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に普及している
活性汚泥法により汚水処理を行なう曝気槽の空気吹込み
装置に係り、特に、曝気槽内に空気を供給しているブロ
アの送風量をインバータ制御することにより可変にする
曝気槽の空気吹込み装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、活性汚泥法による汚水処理は曝
気槽と呼ばれる槽で行なう。この槽内では活性汚泥に含
まれている好気性微生物による有機物質の分解活動が行
なわれており、ここには充分な酸素が常時供給されてい
なければならない。一般に、この曝気槽内に、純粋酸素
を供給するのでは運転費用が嵩むので、空気吹込み装置
により空気を送り込む方法が一般的に行なわれている。

【０００３】従来、この種の曝気槽の空気吹込み装置と
しては、例えば、図９に示すようなものが知られている
（特開昭５３−１２２２４８号公報掲載）。これは曝気
槽１に空気ブロア２から散気管３を介して空気を吹き込
むようにし、空気ブロア２の駆動に可変速モータ４を使
用しその回転速度を変化させて、散気管３から吹き込む
空気量を制御することにより溶存酸素量を一定範囲内に
制御するものである。即ち、この従来の空気吹込み装置
は、予め、溶存酸素量の上限値、下限値を設定してお
き、曝気槽の溶存酸素量をＤＯセンサ５で検出し、ＤＯ
変換器６により溶存酸素量を示す出力値（以下「ＤＯメ
ータ値」と呼ぶ）に変換する。溶存酸素量が上限設定値
に達すると、ＤＯメータ値と上限設定部の設定値が一致
する。これにより、比較器７が可変速モータ４に減速信
号を発して空気ブロア２の回転を落とし、散気管３から
の曝気量を減少させる。これにより、溶存酸素量が低下
し始め下限設定値に達する。一方、ＤＯメータ値と下限
設定部の設定値が一致すると、比較器７が可変速モータ
４に増速信号を発して空気ブロア２の回転を上昇させ、
散気管３からの曝気量を増加させる。このようにして、
汚水処理装置へ供給される汚水量、汚水中に含まれてい
る有機物質の濃度が時々刻々変化する曝気槽内に空気を
供給して、曝気槽内の溶存酸素量を上限設定値と下限設
定値の範囲内にするものである。

【０００４】このようにモータの回転速度を変化させて
溶存酸素量を一定範囲内に制御するのは、連続して常時
空気ブロアを動作させると、汚水処理装置の運転費の大
半が空気ブロアの電力料金で占められ、運転費が嵩むか
らである。また、曝気槽内に常に最大負荷に相当する空
気量が供給されると、過剰な曝気により槽内の汚泥が解
体しこれが沈殿せず放流されるため放流水の濁度が悪化
するからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の曝気槽の空気吹込み装置にあっては、可変速モータ
４の回転速度を変化させて溶存酸素量が一定範囲内にな
るように制御しているが、溶存酸素量の上限値、下限値
を制御のための設定値として与えているので、幅があ
り、しかも、水温による飽和溶存酸素量の変化を考慮す
ると、その幅も大きく設定しなければならないことか
ら、それだけ、モータの動作時間が長くなって、電力量
に無駄が生じるという問題があった。

【０００６】また、曝気槽内の溶存酸素量が上限値と下
限値の間を往復する動作になるため、これらの設定によ
っては制御系が不安定になり処理能力が低下する場合が
あり、また制御の応答性も悪くなり、急激な曝気槽の水
質変化に追従できないという問題がある。更に、設定値
も上限値、下限値、モータに対する減速量や増速量を設
定しなければならないので、設定操作が煩雑になってい
るという問題もある。

【０００７】本発明は上記の問題点に鑑みて為されたも
ので、水温による飽和溶存酸素量変化にかかわらず、一
定の溶存酸素飽和率を目標としてブロアのモータを駆動
できるようにし、無駄なモータの駆動を抑制して、より
一層の省力化を図るとともに、曝気槽内を常に一定の飽
和率に保持して制御系を安定化し、処理能力の低下を防
止する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の手段は、汚水が入れられた曝気槽に空
気を供給する空気ブロアと、この空気ブロアを駆動する
モータと、制御値に基づいてモータの運転条件を変え空
気ブロアの吹込み空気量を制御するインバータと、曝気
槽の汚水の温度を検知する温度センサと、曝気槽の汚水
の溶存酸素量を検知する溶存酸素センサと、汚水の溶存
酸素飽和率の目標飽和率を設定する目標飽和率設定手段
と、設定された目標飽和率になるように上記温度センサ
の検知結果及び溶存酸素センサの検知結果に基づいて上
記インバータの制御値を決定する制御部とを備えたもの
である。

【０００９】そして、上記制御部は、温度センサの検知
結果から当該温度における水中の飽和溶存酸素量を算出
する飽和溶存酸素量算出手段と、溶存酸素センサの検知
結果及び飽和溶存酸素量算出手段の算出結果から溶存酸
素飽和率の実際飽和率を算出する実際飽和率算出手段
と、目標飽和率設定手段に設定された目標飽和率と実際
飽和率算出手段が算出した実際飽和率とを比較する比較
手段と、比較手段の比較結果に基づいて実際飽和率を目
標飽和率に一致させるようにインバータの制御値を決定
する制御値決定手段とを備えた構成としている。

【００１０】

【００１１】また、上記制御部は、上記空気ブロアから
の空気を曝気槽に至る径路から分岐させて他の目的で使
用するとき、上記決定した制御値とは無関係に、空気ブ
ロアの回転数を設計値にて運転させる他の制御値をイン
バータに与える他使用制御値付与手段を備えた構成とし
ている。

【００１２】更に、上記制御部は、上記空気ブロアの停
止時間が一定時間を越えたとき、上記決定した制御値と
は無関係に、空気ブロアを強制的に運転させる別の制御
値をインバータに与える強制運転制御値付与手段を備え
た構成としている。

【００１３】また、上記制御部は、上記実際飽和率と、
インバータの制御値とを表示する表示手段を備えた構成
としている。

【００１４】

【作用】上記のように構成された曝気槽の空気吹込み装
置によれば、予め、目標飽和率設定手段に汚水の溶存酸
素飽和率の目標飽和率を設定しておけば、空気ブロアを
駆動して活性汚泥法による汚水処理を行なうと、曝気槽
内に設置された溶存酸素センサ及び温度センサからの信
号により曝気槽内の溶存酸素飽和率が設定された目標飽
和率になるように空気ブロアの回転数がインバータ制御
され、曝気槽への空気の吐出量が調整される。

【００１５】

【実施例】以下添付図面に基づいて、本発明の実施例に
係る曝気槽の空気吹込み装置について詳細に説明する。
図１に示すように、実施例に係る曝気槽の空気吹込み装
置において、１０は汚水が入れられる曝気槽１に空気を
供給する空気ブロア、１１は空気ブロア１０から供給さ
れる空気を曝気槽１内に吹き出す散気管である。空気ブ
ロア１０から散気管１１に至る空気径路は、分岐されて
おり、この分岐路１２は、他の目的、実施例では、汚泥
を返送する汚泥返送装置が所定時間毎に使用するときに
用いられる。

【００１６】１３は空気ブロア１０を駆動する汎用三相
交流モータであって、その回転数の下限値はその特性よ
り空気ブロア１０の出力ワット数に関係なく定格周波数
の２０％としている。１４は制御値に基づいてモータ１
３の運転条件を変え空気ブロア１０の吹込み空気量を制
御するインバータである。インバータ１４は後述の制御
部２０から送出される制御値としてのアナログ信号に応
じた周波数によりモータ１３を駆動するものである。ま
た、インバータ１４は後述の制御部２０から送出される
制御値としての停止信号及び運転信号によってモータ１
３を停止及び運転させる。更に、曝気槽１の空気吹込み
装置の制御アルゴリズム上で汎用インバータ１４への運
転周波数の下限値を２０％に設定してある。

【００１７】また、空気吹込み装置において、１５は曝
気槽１の汚水の温度を検知する温度センサ、１６は曝気
槽１の汚水の溶存酸素量を検知する溶存酸素センサであ
る。溶存酸素センサ１６としては、例えば、周知の隔膜
形ガルバニ電池式のものや、隔膜形ポーラログラフ式の
ものが用いられる。更に、１７は汚水の溶存酸素飽和率
の目標飽和率Ｍを設定する目標飽和率設定手段である。

【００１８】２０は制御部であって、設定された溶存酸
素飽和率になるように上記温度センサ１５の検知結果及
び溶存酸素センサ１６の検知結果に基づいて上記インバ
ータ１４の制御値を決定するものである。詳しくは、図
２に示すように、制御部２０は、温度センサ１５の検知
結果から当該温度における水中の飽和溶存酸素量を算出
する飽和溶存酸素量算出手段２１を備えている。飽和溶
存酸素量算出手段２１は、図４に示すように、水温と水
中の飽和溶存酸素量との関係線から、検知温度における
飽和溶存酸素量を算出するものである。

【００１９】また、制御部２０は、溶存酸素センサ１６
の検知結果及び飽和溶存酸素量算出手段２１の算出結果
から溶存酸素飽和率の実際飽和率Ｓを算出する実際飽和
率算出手段２２と、目標飽和率設定手段１７に設定され
た目標飽和率Ｍと実際飽和率算出手段２２が算出した実
際飽和率Ｓとを比較する比較手段２３と、比較手段２３
の比較結果に基づいて実際飽和率Ｓを目標飽和率Ｍに一
致させるようにインバータ１４の制御値を決定する制御
値決定手段２４とを備えている。

【００２０】更に、上記制御部２０は、上記空気ブロア
１０からの空気を曝気槽１に至る径路から分岐させて汚
泥返送装置で使用するとき、汚泥返送運転信号を受けて
上記決定した制御値とは無関係に、空気ブロア１０の回
転数を設計値にて運転させる他の制御値をインバータ１
４に与える他使用制御値付与手段２５を備えている。

【００２１】更にまた、上記制御部２０は、上記空気ブ
ロア１０の停止時間が一定時間を越えたとき、上記決定
した制御値とは無関係に、空気ブロア１０を強制的に運
転させる別の制御値をインバータ１４に与える強制運転
制御値付与手段２６を備えている。２７は上記実際飽和
率と、インバータの制御値とを表示する表示手段であ
る。

【００２２】上記制御部２０の機能は、図３に示すマイ
クロコンピュータシステムによって実現される。図３に
おいて、３４ａ，３４ｂは温度センサ１５及び溶存酸素
センサ１６からの二つのアナログ信号をそれぞれディジ
タル量に変換するＡ／Ｄ変換器、３２はこの変換された
ディジタル量を蓄えるＲＡＭ、３３は溶存酸素飽和率の
目標飽和率Ｍを設定するための上記目標飽和率設定手段
１７としての設定スイッチ３３である。３２はＲＯＭ３
０に蓄えられたプログラムにより作動するＭＰＵであっ
て、上記二つのディジタル量をノイズの影響を除くため
ディジタルフィルタ処理が施された後に演算により温度
の補正をした溶存酸素飽和率の実際飽和率Ｓに変換し、
温度補正をした実際飽和率Ｓと目標飽和率Ｍを比較し、
この結果からディジタルＰＩＤ演算により汎用インバー
タ１４に対する制御値を求める。この場合、制御値とは
モータ１３の回転数をパーセントで表示したものであ
る。３９は信号のやり取りのためのＩ／Ｏポートであ
る。

【００２３】３７はインバータ１４へ対する制御値をア
ナログ信号に変換し、インバータ１４へ出力するＤ／Ａ
変換器である。３８は実際飽和率Ｓと目標飽和率Ｍとの
比較結果から、溶存酸素が十二分にある場合に、インバ
ータ１４に停止信号を送り空気ブロア１０の運転を停止
させ、溶存酸素飽和率が低下したときインバータ１４に
運転信号を送り空気ブロア１０の運転を再開させるリレ
ーである。

【００２４】また、３６は温度補正した溶存酸素飽和
率、水温、インバータ１４への制御値、実際飽和率Ｓを
数字で表示する表示手段としての液晶表示器、３５は上
記汚泥返送運転信号を入力する入力スイッチである。

【００２５】従って、この実施例に係る曝気槽１の空気
吹込み装置によれば、予め、目標値設定スイッチ３３に
溶存酸素飽和率の目標飽和率Ｍを設定しておく。この場
合、スイッチによる操作だけで良いので、従来のように
溶存酸素量の上限値、下限値、モータに対する減速量、
増速量の４つを制御のための設定値として与える煩雑さ
がなく、操作性が極めて良いものとなる。

【００２６】装置の稼動時においては、図５に示すよう
に、制御部２０は、溶存酸素センサ１６から曝気槽１１
の汚水の溶存酸素量をアナログ信号として受け取る。ま
た、温度センサ１５から汚水の水温をアナログ信号とし
て受け取る。

【００２７】制御部２０では、動作はすべてＲＯＭ３０
に蓄えられたプログラムによりＭＰＵ３２が作用するこ
とにより行なわれる。前述の二つのアナログ信号はそれ
ぞれＡ／Ｄ変換器３４ａ，３４ｂでディジタル量に変換
されＲＡＭ３２上に蓄えられる。この二つのディジタル
量はノイズの影響を除くためディジタルフィルタ処理を
施された後に演算により温度の補正をした溶存酸素飽和
率の実際飽和率Ｓに変換される。

【００２８】一方、溶存酸素飽和率の目標飽和率Ｍの設
定スイッチ３３の値が読み取られると、上記温度補正さ
れた実際飽和率Ｓと目標飽和率Ｍが比較され、ディジタ
ルＰＩＤ演算によりインバータ１４に対する制御値が求
められる。このインバータ１４へ対する制御値は、Ｄ／
Ａ変換器３７でアナログ信号に変換されインバータ１４
へ出力される。インバータ１４は、入力されたアナログ
信号に応じた周波数によりモータ１３を駆動する。これ
により空気ブロア１０が回転し散気管１１により曝気槽
１中に空気が供給される。

【００２９】また、上記の比較結果により、溶存酸素が
十二分にある場合は、リレー３８が作用して、インバー
タ１４に停止信号が送られ、空気ブロア１０の運転が停
止させられる。また、上記の比較結果により、溶存酸素
飽和率が低下した場合には、リレー３８が作用して、イ
ンバータ１４に運転信号が送られ、空気ブロア１０の運
転が再開させられる。

【００３０】この場合、昼夜の温度変化や、夏冬の温度
変化があっても、本実施例では、水温の変化に応じてマ
イコンで演算することにより、どの水温でも設定値であ
る一定の目標飽和率Ｍ（％）を目標としてモータ１３の
回転数をインバータ１４制御するので、従来のように一
定値（ｍｇ／ｌ）を目標とした場合と違い、水温が上昇
したときには結果的に目標とする値（ｍｇ／ｌ）が下が
るので、その分回転数を下げることができ、電力量の節
約が可能になる。特に、温度変化により飽和溶存酸素量
が変わっても、目標飽和率Ｍは変化しないので、冬期等
の気温が低いとき等、好気性微生物の呼吸量が小さい場
合は、モータ１３の使用電力が大幅に低減される。

【００３１】空気ブロア１０の運転の省電力について、
実証運転では次の結果を得た。 一日あたりの空気ブロア１０（定格電力２．２ｋＷｈ）
の平均電力使用量 １．制御を行なわない場合 ４０．５ｋＷｈ／日 ２．実施例に係る制御の場合 ３１．２ｋＷｈ／日

【００３２】更に、この場合、ソフトウエアによるディ
ジタルＰＩＤ制御演算によりインバータ１４に対しての
制御値を求め、これを制御信号に変換してインバータ１
４に送るので、より微細かつ、無段階な調節ができるこ
とになり、変動や応答遅れの少ない制御が可能になる。
また、曝気槽１内が常に一定の飽和率に保持されること
になるので、制御系が安定化し、処理能力の低下が防止
される。

【００３３】更にまた、モータ１３は、三相交流モータ
１３なので、高価な可変モータ１３に比較して安価にな
る。また、汎用三相交流モータ１３で空気ブロア１０を
駆動する場合その回転数の下限値はその特性より空気ブ
ロア１０の出力ワット数に関係なく定格周波数の２０％
である。これ以下ではサージングと呼ばれる異常振動が
生じ正常な運転ができなくなる。曝気槽１の空気吹込み
装置の制御アルゴリズム上でインバータ１４への運転周
波数の下限値を２０％にしているので、これによりサー
ジングが防止される。

【００３４】尚、吐出圧力の上限時のインバータ１４の
動作周波数を周波数の上限値として、吐出圧力の下限時
のインバータ１４の動作周波数を下限値として設定すれ
ば、吐出圧力を汚水処理装置設計時の範囲に調整するこ
とができる。これらの設定は装置設置時に一度おこなえ
ばインバータ１４内に保存されインバータ１４の電源を
切っても消失しない。

【００３５】また、一定時間以上連続して空気ブロア１
０が停止状態にある場合は溶存酸素飽和率とは無関係に
空気ブロア１０が運転させられる。空気ブロア１０の停
止時には曝気槽１内の汚泥の沈殿が始まるが、これによ
り、長時間の停止による汚泥の沈殿が防止される。

【００３６】また、汚泥返送運転信号が入力された場合
は入力スイッチ３５が作用し溶存酸素飽和率とは関係な
くインバータ１４へ設計値の回転数で運転するよう回転
数信号及び運転信号が出力される。そのため、曝気空気
量の減少による浄化水質の低下が防止される。

【００３７】図６及び図７は、制御を行なわず連続して
空気ブロア１０を運転した場合と本実施例により空気ブ
ロア１０の制御を行なった場合との曝気槽１内溶存酸素
飽和率についての実験値をそれぞれ示したグラフであ
る。これによると本実施例により、目標とした一定の溶
存酸素飽和率が得られていることが分かるとともに、空
気ブロア１０の制御を行なっても溶存酸素は不足しない
といえる。

【００３８】図８には、本発明の開発段階で考えられた
制御部の別の構成例が示されており、参考のために説明
する。この例に係る制御部４０は、温度センサ１５の検
知結果から水中の飽和溶存酸素量を算出する上記と同様
の飽和溶存酸素量算出手段４１と、飽和溶存酸素量算出
手段４１が算出した飽和溶存酸素量及び目標飽和率設定
手段１７に設定された目標飽和率Ｍから当該温度におけ
る溶存酸素量の目標酸素量Ｎを算出する目標酸素量算出
手段４２と、目標酸素量算出手段４２が算出した目標酸
素量Ｎと溶存酸素センサ１６が検知した溶存酸素量の実
際酸素量Ｔとを比較する比較手段４３と、比較手段４３
の比較結果に基づいて実際酸素量Ｔを目標酸素量Ｎに一
致させるようにインバータ１４の制御値を決定する制御
値決定手段４４とを備えている。４７は上記実際酸素量
Ｔと、インバータの制御値とを表示する表示手段であ
る。

【００３９】この制御部４０によっても、どの水温でも
設定値である一定の目標飽和率Ｍ（％）から算出された
目標酸素量Ｎを目標としてモータ１３の回転数をインバ
ータ１４制御するので、上記と同様に、電力量の節約が
可能になる。

【００４０】尚、上記実施例において、目標飽和率はど
のように設定しても差し支えない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る曝気
槽の空気吹込み装置によれば、どの水温でも設定値であ
る一定の溶存酸素飽和率を目標としてモータの回転数を
インバータ制御することができ、そのため、従来のよう
に一定の溶存酸素量を目標とした場合と違い、水温が上
昇したときには結果的に目標とする溶存酸素量が下がる
ので、その分回転数を下げることができ、無駄なモータ
の駆動を抑制して、より一層の省力化を図ることができ
る。

【００４２】また、曝気槽内を常に一定の飽和率に保持
できるので、制御系を安定化でき、処理能力の低下を防
止することができる。そのため、過曝気による汚泥解体
に起因する放流水の水質低下を防止でき、溶存酸素量の
変動を少なくして応答遅れの少ない制御による放流水質
の水質安定を実現させることができる。更に、設定値も
目標飽和率のみ設定するだけで良いので、設定操作が容
易になるという効果がある。

【００４３】そして、他使用制御値付与手段を備えてい
るので、他使用による曝気空気量の減少による浄化水質
の低下を防止することができる。

【００４４】そしてまた、強制運転制御値付与手段を備
えているので、長時間の停止による汚泥の沈殿を防止す
ることができるという効果がある。

【００４５】また、実際飽和率とインバータの制御値と
を表示する表示手段を設けているので、目標に対しての
状況を視覚で知ることができ、装置の運転状態を把握で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る曝気槽の空気吹込み装置
の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例に係る曝気槽の空気吹込み装置
の制御部の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施例に係る曝気槽の空気吹込み装置
の具体的構成を示す図である。

【図４】水中の飽和溶存酸素量を水温との関係で示すグ
ラフである。

【図５】本発明の実施例に係る曝気槽の空気吹込み装置
の作用を示すフローチャートである。

【図６】空気ブロアの制御を行なわない場合の曝気槽内
溶存酸素飽和率のグラフである。

【図７】本実施例により制御した場合の曝気槽内溶存酸
素飽和率のグラフである。

【図８】本発明の開発段階で考えられた制御部の別の構
成を示すブロック図である。

【図９】従来の曝気槽の空気吹込み装置の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ 曝気槽 １０ 空気ブロア １３ モータ １４ インバータ １５ 温度センサ １６ 溶存酸素センサ １７ 目標飽和率設定手段 ２０ 制御部 Ｍ 目標飽和率 Ｓ 実際飽和率 ２１ 飽和溶存酸素量算出手段 ２２ 実際飽和率算出手段 ２３ 比較手段 ２４ 制御値決定手段 ２５ 他使用制御値付与手段 ２６ 強制運転制御値付与手段 ２７ 表示手段 ４０ 制御部 Ｔ 実際酸素量 Ｎ 目標酸素量 ４１ 飽和溶存酸素量算出手段 ４２ 目標酸素量算出手段 ４３ 比較手段 ４４ 制御値決定手段 ４７ 表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萱場 浩二 岩手県花巻市西宮野目第11地割１番地 株 式会社エス・ブレイン東陽内 (56)参考文献 特開 昭63−77593（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚水が入れられた曝気槽に空気を供給す
   る空気ブロアと、この空気ブロアを駆動するモータと、
   制御値に基づいてモータの運転条件を変え空気ブロアの
   吹込み空気量を制御するインバータと、曝気槽の汚水の
   温度を検知する温度センサと、曝気槽の汚水の溶存酸素
   量を検知する溶存酸素センサと、汚水の溶存酸素飽和率
   の目標飽和率を設定する目標飽和率設定手段と、設定さ
   れた目標飽和率になるように上記温度センサの検知結果
   及び溶存酸素センサの検知結果に基づいて上記インバー
   タの制御値を決定する制御部とを備え、 上記制御部は、温度センサの検知結果から当該温度にお
   ける水中の飽和溶存酸素量を算出する飽和溶存酸素量算
   出手段と、溶存酸素センサの検知結果及び飽和溶存酸素
   量算出手段の算出結果から溶存酸素飽和率の実際飽和率
   を算出する実際飽和率算出手段と、目標飽和率設定手段
   に設定された目標飽和率と実際飽和率算出手段が算出し
   た実際飽和率とを比較する比較手段と、比較手段の比較
   結果に基づいて実際飽和率を目標飽和率に一致させるよ
   うにインバータの制御値を決定する制御値決定手段とを
   備え、 上記制御部は、上記空気ブロアからの空気を曝気槽に至
   る径路から分岐させて他の目的で使用するとき、上記決
   定した制御値とは無関係に、空気ブロアの回転数を設計
   値にて運転させる他の制御値をインバータに与える他使
   用制御値付与手段を備え、 上記制御部は、上記空気ブロアの停止時間が一定時間を
   越えたとき、上記決定した制御値とは無関係に、空気ブ
   ロアを強制的に運転させる別の制御値をインバータに与
   える強制運転制御値付与手段を備え、 上記制御部は、上記実際飽和率と、インバータの制御値
   とを表示する表示手段を備えた ことを特徴とする曝気槽
   の空気吹込み装置。