JPS6064698A - 活性汚泥プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は廃水を生物学的に処理する活性汚泥プロセス
制御装置に関する。

この種制御装置の従来例を第１図により述べる。

第１図は溶存酸素制御方式（以下ＤＯ制岬方式と称す）
や汚泥滞留時間制御方式（以下ｓ　＋ｔ　’ｒ制御方式
と称す）を採用したもので、図において１は廃水等の流
入水が導入されるエアレーションタンクで、このタンク
１の流出口近辺には溶存改木計（Ｄｏ計）２と混合浮遊
物濃度計（Ｍ　Ｌ　Ｓ　Ｓ　ｉ士）６が配設され、タン
クの底部には後述のブロアから酸素が供給されるバイブ
１ａが配置される。前記エアレーションタンク１の流出
水は最社沈殿池４に導入される。前記ＤＯ計２の出力は
Ｄｏ制御部５内のＤ　Ｏｉ１４節計５ａに入力される。

ＤＯ調節計５ａの出力はＪＲ鰯−調節計５ｂに与えられ
る。この風景調節計５ｂはＤｏ調節計５ａの出力値によ
って酸素供給通路６に介挿された弁５Ｃの開閉度が制御
される。なお、５ｄはプロア、５ｅは流−計である。前
記最終沈殿池４内には汚泥界面計（ＳＬ計）７（あるい
は汚泥濃度分布計（ＳＣＤ計））が配設される。この汚
泥界面計７の出力と前記混合浮遊物濃度計３の出力は５
）ｔＴ制御部８のコントローラ８ａに人力される。コン
トローラ８ａには返送汚泥濃度計（Ｃａ計）９の出力も
入力される。ｃｚ十９は返送汚泥路１０に設けられる。

返送汚泥路１０は最終沈殿池４に一端が接続され、途中
に返送汚泥ポンプ８ｂを有して他端かエアレーションタ
ンクＩＫ接続される。８Ｃは余剰汚泥ポンプで、このポ
ンプ８Ｃは最７に沈殿池４内の汚泥を余剰汚泥として引
き出すものである。前記返送汚泥ポンプ８ｂと余剰汚泥
ポンプ８Ｃはコントローラ８ａにより制御される。

上記のように構成された制御装置を用いて廃水等を処理
すると、ｌ）　Ｏ制御ｑ　Ｓ　ＲＴ制御を行わない時に
比較して処理水質の安定化、プロア消費電力量の削減を
計ることかでざる。しかし、浄化の主役をなす活性汚泥
の微生物活性度は水温、ｐｌ（、流入狛荷、毒物等の因
子によって変化するために、ＤＯやＳ　ＲＴ　ｌｔｉ制
御を同−設定値のもとで長時間運転すると、処理水質、
汚泥状態の恋化や過！Ａ曝気状態を呈する場合がある。

例えば、水温が１０℃上昇すると活性汚泥微生物の生化
学反応は２倍になることが知られている。従って、同一
のＤＯ１ＳＲＴ値で運転を続けるとエアレーションタン
ク１内の反応が進み過ぎてしまう。特に押し出し流れ型
のエアレーションタンクを使用した場合には、エアし−
７ヨンタンク中間付近で基質の分解が終了し、それ以降
から出口までは自己酸化による汚泥の減少と過剰曝気に
よる電力の無駄が生することになる。以上のようなエア
レーションタンク内の基質濃度分布状態説明を第２図に
示す。第２図におい−（、入口とはエアレーションタン
クの流入水が導入される側、出口とは流出水側であり、
曲線（’１＋Ｉ　ＩＪ　）　”Ｃとは前述したように水
温がｌθ℃上昇したとざの反応曲線であり、過剰曝気エ
リアとは１０℃水温が上昇したときの場合である。

なお′ｒ℃曲線は理想制御の場合のものである。

上記のように従来は水温が１０℃−上昇しただけエアレ
ーションタンク内の生化学反応過程に不都合が発生する
のはタンク内の上記反応過程を連続的に、しかも安定か
つ積度よ（計測することができなかったことと、＋３０
　Ｄ　ｒＷ化、硝化などの水質因子とＤＯ１ＳＲＴ制御
設定値との関連が明確でなかったからである。

この発明は上記の事情にｉみてなされたもので、エアレ
ーションタ′ンク内の生化学反応の指腺として硝化率を
採用し、１）０制何１へ、−Ｓ　Ｉｔ　’ｌ’制御の谷
部定値を目標硝化率となるように時系的に修止ｄ唱−１
するようにした活性汚泥プロセスｉｆｉ制御装面１を滉
ｌＪ（することを目的とする。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明するに第
１図と同一部分は同一符号を付して説明する。

第３図において、エアレーションタンク１内の所定個所
に酸化還元電位針（ＯＲＰ針）６１を配設スる。このＯ
ＲＰ計６１はエアレーションタンク１が完全混合型の場
合には流入水や返送汚泥等の導入口付近は赴けて均一に
混合されている場所に配置する。また、タンク１が押し
出し流れ型の場合には流出口付近に配置する。前記ＯＲ
Ｐ計６１の出力は硝化率変換器６２に入力されて、出力
に硝化率が得られる。この硝化率は偏差検出回路６６に
入力され、設定硝化率との偏差出力がこの回路６６かも
送出される。偏差検出回路６６の出力に得られた１′（
ｉ差出力値はＤｏ制御部５に入力される。

また、ｓ　ｉｔ　’ｒ制御ｌ１１部８は硝化率変換器６
２の出力が人力され、両割（Ｉｌｌｌｍの設定値は前記
偏差出力値と硝化率で変更される構成になっている。

第４図は第３図における実施例の挟部の縦路構成を示す
システム構成図で、この第４図を用いて第３図の動作を
述べるに、前述した偏差出力値であるＯＲＰ計による硝
化率演算出力■は最適１）　０、ＳＲＴ設定値が決定さ
れる設定値決定部４０にＵ（給される。この決定部４０
で決定されたＤＯ設定値（ＤＯｓｇｔ）■はＤＯ制御部
５に与えられ、またＳＲＴ設定値（’Ｓ　ＲＴ　ＳＥＴ
　）　（りはＳ　Ｒ’ｌ’　ｉｔ制御郡８に与えられる
。１）　０　制御＋＋１部５は硝化単によって決定され
たＤ　ＯＳＥＴにより升５Ｃの一度を制御１ｉ１１　Ｌ
。

て、エアレーションタンク１への送風量＠を−」御する
。なお、ＤＯｉ＋ｉ１１？１１４１部５には処理プロセ
ス郡４１からＤＯＯ２０よるＤ　Ｏ、良度や送風量の計
測１１σ■が供給される。この処理プロセス、μ４１か
ラバ、Ｍ　Ｌ　Ｓ　Ｓ計６によるＭＬＳＳ、ＣＲ計９に
よる返送汚泥広場度、ＳＬ計７による汚泥＃度等の計測
値ｆが５ＩＬＴ制御部８に供給される。ＳＲＴ制御部８
は前記Ｓ　Ｒ′「ＳＥＴと処理プロセス部４１からの各
１１６から処理プロセス部４１に余剰汚泥量、余剰汚泥
ポンプ８Ｃ０）起動、停止等の値ｇを与える。

第５図は上記動作説明のさらに詳細な動作を述べるため
のフロチャートで、第５図において、まずＯＩｔ　Ｐ計
測ｌ１ｌＪ、読み込みを行う（ＯＲＰで示す）。

その後、ｏｔｔｐを硝化率（ρＭ）に変換し、設定硝化
率（ρＳ）とρつとの偏差（Δρ）をとる。その後、Δ
ρから１）０設定値（Ｄ　ＯＳ　）を得る。図中、０Ｒ
ＰＣはサンプリング型ｏ　ｉｔ　ｐ　、Ｊ！４節計を示
す。Ｄｏｓは最大値［）ＯＸと最小値Ｄ　ＯＮで上下限
値がチェックされた後、Ｉ）　Ｏｓ値の変更がなされる
。Ｄｏｓ値がＤｏ設定範囲Ｄ　ＯＮ　（Ｄ　Ｏｓ　（１
’）　Ｑｘ　１７）ｌｉｉｌ　ＬＣ、Ｉ）るときはＩ）
　Ｏ計測値が読み込まれる　（１）　Ｏｒ、（）。

そして、その範囲が逸脱したときは後述の処理に移る。

前記ＤＯＭはＤｏｓ値と偏差（Δ１）０）が取られて送
風蝙設定イ直Ｇｓ）が設定される。この（ｉｓは最大値
Ｇｓｘ　と最小値ＧＳＮ　で上下限１１ηがチェックさ
れる。チェック後、送風上ｉか設定される。その後、送
風量が読み込まれる　（Ｇｓｖ）。この０８　Ｍは設定
値と偏差（ΔＧｓ）が取られ、このΔＧｓにより風蓋調
節計（Ｇ　ｓ　Ｃ）の弁開度（Ｍ　Ｖ）が制御される。

前記ＤＯ設定範囲が逸脱した処理は１）Ｏ３＝Ｉ）ＯＮ
あるいはＤＯｓ＝ＤＯｘ比較部で１．ｂ　ｔｉｆされ、
Ｄ　Ｏ上下限逸脱積算時間（ｔｓ）をイ４る。なお、１
）ｒはＤＯ上下限逸脱経過時間である。このｔｓが設定
時間（Ｔｓ）以上になったとき、ｓｌじ１゛副イ、１１
１郡により、ＳＩＬＴ設定ｆ＋＆を修正する動作に移る
。その変更幅ΔＳＲＴは偏差（Δψ）のＰ［演１１等に
より決定される。決定されたＳ　ｌ’ｔ　Ｔ設定値（Ｓ
ｉ’ＬＴｓ）は最大値５ＲＴｘと最小値５ｒｔＴＮで上
下限値がチェックされた後、Ｓ　ＲＴ　ｓが設定されて
ＳＲＴ制御部８にその５ＦＬＴ８が供給される。

以上のように１）０、ＳＲＴ制御が行われるが、Ｄｏ設
定値の変更周期は普通３０分〜６０分程度であるのに対
して５ＩＦＴ設定値の変更周期は現在のＳｌｔ’ｒ設定
値と同じかそれ以上である。このことを考ＩＪシて１ｌ
ｉｌｌ　（ｍ１部は硝化率偏差に基づ＜Ｄｏ制御のみと
し、Ｓ　ＲＴ設定値は手動により修正するようにしても
よい。このよ５１ヨ場合には第４図の構成は第６図に示
才よ５になる。

次に、（Ｊ　Ｉｔ　Ｐ　ｉｌによる硝化率を上述のよう
に制御指標とした理由について、・１ミベる。

（Ａｌ　通常の都市下水処ｊＴｆｊ場ではｔ］ｉε人！
４質のＢ　０１．）：窒素Ｎ　：Ｌ＠Ｐの比率が適正な
比率と言われている１００：５：１に比較してＮとＰが
過多となっテイル。コノタメ、最小律の法則（Ｌｉｅｌ
＞ｉｇ、　１８４３）にしたがってＢＯＤ成分如ついて
は生物処理の限界付近まで除去される。しかし、ＮとＰ
は除去されないで処理水とともに流出してしまう。この
うちＮは主としてエアレーションタンク内でｊ’ｉ”ｚ
　７　図および第８図のように変化１−ろ。第７１ビ１
は硝化と脱窒の模式説明で、図において、７１は有哉住
￥＝ｄ素、７２は無機性音素である。有機性窒素７１は
り／バク賀７１ａとアミノ１１１７１１）からなり、タ
ンパク質分解菌７６によりタンパク−ｇ７１ａがアミノ
酸７１ｂに分〃トされる。１ｊｆｌ　；己ン！失慎性室
、裡７２はＮＨ４７２ａ、　Ｎ０２７２　ｂ、　Ｎ０ａ
７２　ｃからなる。

７５はニトロンモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）、
７６はニトロバクタ−（Ｎ１ｔｒｏｂａｃｔｅｒ　）、
７７は窒素ガスである。

第８図は（朶ｆ￥活注汚泥法エアレーションタンク内の
１３　（：）　Ｉ）酸化と硝化過程の分布特性模式説明
図で、ｌ；＜ｌ中、トッド部分は有様窒−７：を示し、
斜線部分はアンモニア、縦線部分はＢＯＤを示し、図示
左側がエアレーションタンク入口で、図示右側がエアレ
ーションタンク出口である。

上記第７１２；ｌおよび第８図に示したように窒素Ｎハ
’ｊ　化８　レル。−成１ｃ　、　ＮＨ４−Ｎ　カラＮ
Ｏ２−Ｎ、Ｎ０Ｔ−Ｎへの反応を硝化といい、その変換
割合を硝化ＡＳρと赤し、それを次式で定義している。

一般的にはＮ成分過多のため、エアレーションタンク出
口（あるいは処理水）のρは１０〜１００％である。こ
のため、充分除去の行われている１３０１）成分に対し
て、未硝化のまま処理水としてＪｋｉｉｉｉ：されるこ
とが多い。また、Ｎｏ”−ＮはＣＯＤとして検出される
ため、見かけ上Ｃ０１）成分があまり除去されていない
結果を呈するとともある。

（Ｂ）　前記硝化率ρは活性汚泥プロセスの最も−１１
（侠な操作せである送／！Ｉ！ＬｈＬと宗刺汚泥＋＋ｔ
　Ｓ　ｉｔ　ｉ”に密接な関係がある。

第９図Ａ−ＤはＶＯ設短足１１αヤ鋼化率応谷特１イｊ
ユ寺示したもので、第９図ＡはＤ　Ｌ）　’＋ｉｒｌ側
１設定値として１，３．５（Ｉ）ｌノ／ｌ）に設短ｌ−
だ場合の各水質指標の経時変化を示１−たもので、この
図から、設定値苓・太幅に変ヂしたにもかかわらず、Ｃ
ＯＩ）成分の変化はム″Ｓ９図１３に示すようにほとん
どない。

これに対して硝化率ρは第９図りに示すように２５〜７
５（％］と人ｌｉｄ、！に変化している。また、ＤＯ設
定値変更に対する硝化率ρの連応性、再現性も極めて漬
れ−（（ることが実験により確認した。なお、第９図Ｃ
はＮＨ，ｑ　−Ｎ　、　ＮＯａ　−ＮとＮとの関係を示
″ｆ〜（’ｌ　１ｓ４１である。

第１０図は８１１　’Ｉ’と硝化率の関係を示す特性図
で、この図は（１１“ｊ化菌が他栄養細菌に比べ、その
世代時間が長いため、ｓａ’ｔ”がイＩｎ化反応の律速
因子となっていることを示すものである。

これらのことから硝化率ρを１ｉＩｌＩＩＩＩＩＩする
方式として短時間のａｉｌｌ　４ｄｌｌには１）　０設
定値の修正（または送風量の変更）を、長期的にはＳＲ
，Ｔ設定値の修正が有効である。

（ｑ　硝化反応はＢ　ＯＤ　１４ｉ化反応に比べ、＋、
ＩＱ位−１位負１りの必要酸素を迂が３〜４倍大きい。

第１１１ｉ＜１は硝化率ρをそれぞれ３０？ａ、７０ゾ
ｂで制御した場合の必要空気薩の経時変化な示したもの
である。

この第１１図から明らかのように必要以上の硝化率で運
転することは省エネルギーのｑ場からも好ましくない。

（Ｄ）　硝化率が他端に低い場合（例えば１０％以下）
ＢＯＤ除去率も低下することか知られている。また、逆
に極端に問い場合（例えば９０％以」二）、第７図に示
ｌ−た脱窒現象が最終沈殿池で発生し、活性汚泥が浮上
し易くなる。

（１２）　硝化反応は第７図からすＪ［っかのように−
独の酸化嫂元反応である。従って変換割合である硝化率
ρはＯＲ，Ｐと′ｌ＋：接な関係にある。第１２図はそ
の関係を示した特性図である。この第８図は実処理／Ａ
ｉ　ｅのエアレーションタンク内で測定したＯＲＰと硝
化率の関係を示した特性図である。この特性図から明ら
かのようにＯＩｔ　Ｐと硝化率の関係は硝化率が２０〜
８０％まではほぼ直線的に変化する。

ただし、処理施設によっては直線範囲や傾斜が多少異な
る。従って、前６己式で示した硝化率ρは、各形感の窒
素Ｎを連続的に測音することかできれば、そのρをめる
ことが可能であるが、このためには最低３本の検出セン
サーが必要となる。しかし、採寸の面から３本のセンサ
ーを用いるのは好ましくない。ここで前記０１（Ｐ計を
用いればρを１本の検出センサーで測定できる利点があ
り、保守の面で極めて有利となる。

以上のよ５な理由によってこの光間ではＯＲＰ計による
硝化率を用いている。

最後に、第３図の実施例によってＳ　１１　Ｔを５日か
ら１０日にステップ状の変更を与えた場合の各種指標の
経口変化を第１３１ＡＦに示す。第１３図Ａは流入水特
性図、第１３図１３は５ｋＬＴ設定値特性図、第１３図
ＣはＭ　Ｌ　Ｓ　Ｓ４度の経口変化特性図、第１３図り
はＤ　Ｏ（，５Ｊ度の経口変化特注図、第１３図Ｅは送
風量の経口変化特性図、第１３１ＡＦは硝化率の経口変
化特性図である。

上記各特性図はＳ　Ｉｔ　’Ｉ’を夕ｌ乱因子と考えて
、（ａ）定風皿運転（Ｇｓ　＝　６０００＋ｆ／ｂｒ　
）　、（ｂ）Ｄ　０一定制御（ＤＯｓ値＝＝　２．５　
ＩＬ）／ｌり、（Ｃ）硝化率一定制御（ρ８−５０％）
のそれぞれにおけるｈｉ　ｌ、ＳＳ濃度、Ｄｏ濃度、送
風量、硝化率の経日変化を示したものである。

上記の結果から、ＳＲＴが２倍になったため、Ｍｌ、Ｓ
ＳＳ変度増加し、（ａ）定風量運転では内生呼吸の増加
によりｌ）　０　濃度が徐々に低下し、（ｂ）　Ｄ　０
５ｊＡ　１ｉｒｌｌ　呻では硝化弔が徐々に増加してい
ることが判る。このことは定風量運転では汚泥増加に伴
う反応速度の増大よりも、むしろＤＯ値の低下による反
応速度の低下の方が犬ぎいため、硝化率は徐々に低下１
．−（：　＜るものである。これに対して、硝化率一定
１ｔｌＪ御では、汚泥増加による除去速度の増加分だけ
、１）０値ケ低下させているので、硝化率は変更前と回
じ５０±５％の範囲に維持されている。以上のように、
ｆｒｅ米、実施されていた定風量運転やＩ）０−ｆ制御
では外乱（ここでは５ＩＬＴ）により、処理水質、特に
窒素成分を一定に維持することができなかった。しかし
、硝化率をフィードバックして適正な１）０匝に７ｃる
ように時系列的に修正することにより、上記のことが可
能にｌ仁っだ。

以上述べたように、この発明によれば、反１６過程を把
握する水質指標として硝化率を採用し、これを一定に維
持するための１）　０設定値、８１じｒ設定値を適正な
値に時系列的に静止するようにしたので以下のような効
果が生じる。

（１）硝化反応過程そのものを指標としていることから
、希望する処理水質を長期間安定に維持することが町り
しである。

（２）　処理プロセスの環境因子である１）　（Ｊ義度
￥Ｆ／Ｍ比を一定に維持する従来の方法に加えて、他の
因子である水温、流入負荷等の変化にも充分対応でき、
令望する処理水質に維持できる。

（３）硝化反応に１゛卜つ消費酸素縫はＢＯＤ除去反応
のそれに比べ−Ｃ１１４ｉ位除去基質当り３〜４倍必賛
である。このことは硝化反応、１７４程を監視制御する
ことがブロアＩＢ力量の節約ができる利点となる。

（４）硝化はバルキングと密接な関係があり、良好ｌ、
【処理状ｊ漂を維持するため（（は硝化の監視をＯＲＰ
、壜１を用いれば保守点検が容易となる。

（５）硝化反応は一抽の配化還元反応であるから硝化の
指１票としてＯｒｔ　ｐ計を用いれば上述と同様の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の活性汚泥プロセス制御装置の構成説明図
、第２図はエアレーノヨンタンク内の基質濃度分布特性
図、第３図はこの発明の一実ｈ１１Ｉ例を示す構成説明
図、第４図はこの発明の要部のシステム構成図、第５図
は第３図の動作説明のためのフロチャート、第６図は第
４図におけるシステム構成のＤＯ制御のみのブロック図
、第７図は硝化と脱窒の模式説明図、第８図は標準活性
汚泥法エアレーションタンク内の８０１）　ｄ化と硝化
過程の分布特性図、第９図Ａから１）は１〕０設定＋＋
ｉのステップ応答特性図、第１０図はｓｉｔ’ｒと硝化
率の関係を示す特性図、第１１図は硝化４設定値と送風
量との特性図、第１２図はエアレーションタンク内のｏ
　ａ　ｐと硝化率の関係るでボす特性ＩＸ＋、・麻１３
図Ａからｌ−はＳＲＴを５日から１０日にステップ状の
変更を与えた場合の各独指襟の経日変化を示す特性図で
ある。 １・・・エアレーションタンク、４・・・最終沈殿池、
５・・・ＤＯｉ＋ＩＩＩ御部、８・・・Ｓｌ’ｔＴ制御
部、３１・・・ＯＲＰ計、６２・・・硝化率変換器、３
３・・・偏差検出回路。 第６図 第７１狽 第８回 ＢＯＤ　徊綿乏化４−スイ１イヒＪ 入口　エアレー吟シノンク　少、口 第ｉ３図 ＭＬＳＳ；ｔＪｌ＝＝ＩＥ＆４Ｌ−ｄａｙ第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）廃水が導入されるエアレーションタンク内の溶存
   酸素を検出してそのタンク内の溶存酸素を制御する溶存
   酸素制御部を有するとともに前記タンク内の混合浮遊物
   濃度の検出値と最終沈殿池の汚泥濃度分布値および最終
   沈殿池からエアレーションタンクに返送する返送汚泥濃
   度値を制御する汚泥滞留時間制御部を有する生物化学的
   反応プロ七ス制御装置において、前記エアレーションタ
   ンク内に配設された酸化趙元電位目」と、この電位計の
   出力を硝化率に変換する変換器と、この変換器の出力と
   予め設定された値との偏差を得、この偏差値を前記制御
   部に与える偏差検出回路とを備えてなる活性汚泥プロセ
   ス制御装置。