(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少数世帯の集落に設置され、各世帯から排出される汚水を流入させて、好気性処理と嫌気性処理とを交互に施す生物処理設備と、この生物処理設備で処理された汚水から汚泥を沈殿させて、その上澄み液を処理済液として排出する汚泥沈殿設備と、この汚泥沈殿設備に沈殿する汚泥を前記生物処理設備に活性汚泥として供給する手段とを備えた小規模汚水処理施設の運転を、コントローラにより制御する制御装置において、前記生物処理設備における好気性処理と嫌気性処理の時間配分を決定する前記流入汚水の特性パラメータとして、その水温と水量負荷率とを選定し、これらの選定した各特性パラメータをそれぞれ所定の数値範囲に区分分けし、この区分分けした各特性パラメータの数値範囲の組み合わせに対応させて、前記好気性処理と嫌気性処理の時間配分の標準パターンを予め記憶装置に記憶しておき、前記生物処理設備で処理される流入汚水についての前記選定した各特性パラメータの数値範囲の該当区分を前記コントローラに入力し、この入力された該当区分の各特性パラメータの数値範囲の組み合わせにに応じて、前記記憶装置に記憶された標準時間配分パターンを選択し、選択された標準時間配分パターンに基づいて、前記好気性処理と嫌気性処理とを交互に施すようにしたことを特徴とする小規模汚水処理施設の制御装置。
【請求項２】
前記標準時間配分パターンを、前記集落の立地条件と実時間生活者の年齢構成を含む地域特性を反映するパラメータで補正するようにした請求項１に記載の小規模汚水処理施設の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置に手動介入機能を設け、前記記憶装置に記憶された標準時間配分パターンを手動介入により修正したときに、この修正で得られた修正時間配分パターンを前記制御装置に別途記憶し、これらの記憶された修正時間配分パターンを随時読み出して、この読み出した任意の修正時間配分パターンを選択可能とした請求項１または２に記載の小規模汚水処理施設の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、農村、漁村、山村等の少数世帯の集落に設置される小規模汚水処理施設の運転を制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人口密度の低い農漁村等においても、衛生面向上の観点から汚水処理施設が設置されつつある。このような地域では、世帯が少数世帯ずつ集落として散在することが多く、多数世帯から排出される汚水を纏めて処理するように大規模な汚水処理施設を設置すると、下水配管が長くなって建設費用が非常に高くなるので、少数世帯の集落毎に小規模な汚水処理施設が設置されている。このような小規模汚水処理施設には生物化学的処理法が採用されることが多い。
【０００３】
上記生物化学的処理法は、好気性や嫌気性の微生物の代謝作用を利用して、流入汚水に好気性処理と嫌気性処理とを施し、その上澄み液を放流するものであり、生物膜法と浮遊生物法とに大別される。
【０００４】
生物膜法は、別々の生物処理槽で好気性処理と嫌気性処理を行うものであり、通常は消化槽と呼ばれる生物処理槽で嫌気性処理を行ったのち、曝気槽と呼ばれる生物処理槽で好気性処理を行う。曝気槽では接触曝気方式を採用することが多い。接触曝気方式は、機器類の操作をあまり必要とせず運転管理が容易なため、従来から幅広く採用されてきたが、処理槽に広い敷地面積を必要とし、かつ、処理槽にろ材を充填する必要があるので、建設費用が高くなる難点がある。
【０００５】
浮遊生物法は、同じ生物処理槽で好気性処理と嫌気性処理を交互に行うものであり、好気性処理としての曝気には、攪拌曝気方式が採用される。浮遊生物法の汚水処理施設は、狭い敷地に比較的安価な費用で建設できるので、小規模汚水処理施設に多く採用されるようになってきている。ただし、浮遊生物法の汚水処理施設は、攪拌装置や曝気のためのブロア等の機器類が多いので、これらの適正な運転操作には、それなりの知識や経験を修得する必要がある。
【０００６】
上記集落の小規模汚水処理施設では、汚水を排出する母集団としての人の数が少ないので、集落への人の出入りによって、流入汚水の水量負荷率が大きく変動する。例えば、出稼ぎや民宿等が多い集落では、流入汚水の水量負荷率が設計計画水量に対して１０％〜１００％にも変動することがある。また、人の出入りによって、母集団の人の年齢構成が変化し、流入汚水の油脂含有率等の水質が大きく変動することもある。
【０００７】
浮遊生物法の小規模汚水処理施設では、このような流入汚水の水量負荷率や水質の変動に対して、攪拌装置やブロア等の機器類を運転操作し、好気性処理と嫌気性処理との時間配分を適切に設定する必要がある。従来、この設定は人の知識と経験に頼っているのが実情である。
【０００８】
一方、従来から普及している都市型の大規模汚水処理施設では、汚水を排出する母集団の人の数が多いので、多少の人の出入りがあっても、流入汚水の水量負荷率や水質はそれほど変化しない。このため、このような大規模汚水処理施設では、いずれの処理方法のものでも自動運転化が進んでおり、流入汚水の水温や水質を検出するセンサを設け、これらのセンサの検出出力に基づいて、各処理設備における機器類の運転をフィードバック制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、浮遊生物法の小規模汚水処理施設では、その運転に知識と経験を必要とするので、運転を安定して立ち上げるまでに時間がかかり、かつ、立ち上げた後も熟練者を確保して、その運転状態を適正に管理する必要がある。
【００１０】
上記流入汚水の水量負荷率や水質の変動が大きい小規模汚水処理施設では、これらの変動要因と攪拌装置やブロア等の機器類の適正操作量との間の関係が必ずしも線形特性を有しないので、上記都市型の大規模汚水処理施設で採用されるようなフィードバック制御による自動運転は適用できない。
【００１１】
また、浮遊生物法の小規模汚水処理施設では、水量負荷率や水質等の流入汚水の特性パラメータと、好気性処理や嫌気性処理の最適な時間配分との関係を、上記広い変動範囲について精度よく定量化する制御モデルを構築することも困難である。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、浮遊生物法の小規模汚水処理施設の運転を、早く立ち上げて適正に管理できる制御装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、少数世帯の集落に設置され、各世帯から排出される汚水を流入させて、好気性処理と嫌気性処理とを交互に施す生物処理設備と、この生物処理設備で処理された汚水から汚泥を沈殿させて、その上澄み液を処理済液として排出する汚泥沈殿設備と、この汚泥沈殿設備に沈殿する汚泥を前記生物処理設備に活性汚泥として供給する手段とを備えた小規模汚水処理施設の運転を、コントローラにより制御する制御装置において、前記生物処理設備における好気性処理と嫌気性処理の時間配分を決定する前記流入汚水の特性パラメータとして、その水温と水量負荷率とを選定し、これらの選定した各特性パラメータをそれぞれ所定の数値範囲に区分分けし、この区分分けした各特性パラメータの数値範囲の組み合わせに対応させて、前記好気性処理と嫌気性処理の時間配分の標準パターンを予め記憶装置に記憶しておき、前記生物処理設備で処理される流入汚水についての前記選定した各特性パラメータの数値範囲の該当区分を前記コントローラに入力し、この入力された該当区分の各特性パラメータの数値範囲の組み合わせにに応じて、前記記憶装置に記憶された標準時間配分パターンを選択し、選択された標準時間配分パターンに基づいて、前記好気性処理と嫌気性処理とを交互に施す構成を採用した。
【００１４】
すなわち、好気性処理と嫌気性処理の時間配分を決定する流入汚水の特性パラメータとして、その水温と水量負荷率とを選定するとともに、これらを所定の数値範囲に区分分けして、この区分分けした各特性パラメータの数値範囲の組み合わせに対応させて、好気性処理と嫌気性処理の時間配分の標準パターンを予め記憶し、処理される流入汚水の該当する各特性パラメータの数値範囲の組み合わせから、対応する標準時間配分パターンを選択することにより、好気性処理と嫌気性処理を適正な配分で交互に施すようにし、浮遊生物法の小規模汚水処理施設の運転を、早く立ち上げて適正に管理できるようにした。
【００１５】
前記流入汚水の特性パラメータとして水温を選定したのは、水温が生物化学的処理における好気性や嫌気性の微生物の代謝作用に大きく影響することはよく知られているからである。また、水量負荷率を選定したのは、前記集落の小規模汚水処理施設ではその変動範囲が非常に広く、前記微生物の単位時間当たりの代謝能力に大きく影響するからである。
【００１６】
前記記憶する標準時間配分パターンは、他の汚水処理施設での経験等に基づいて初期値を設定することができ、当該汚水処理施設での運転経験にしたがって、より最適な値に更新することができる。
【００１７】
前記標準時間配分パターンを、前記集落の立地条件と実時間生活者の年齢構成を含む地域特性を反映するパラメータで補正することにより、集落の立地条件や実時間生活者の年齢構成により大きく変化する流入汚水の油脂含有率等の水質の違いに応じて、汚水処理施設の管理精度をより向上させることができる。
【００１８】
前記制御装置に手動介入機能を設け、前記記憶装置に記憶された標準時間配分パターンを手動介入により修正したときに、この修正で得られた修正時間配分パターンを前記記憶装置に別途記憶し、これらの記憶された修正時間配分パターンを随時読み出して、この読み出した任意の修正時間配分パターンを選択可能とすることにより、過去に手動介入で修正した修正時間配分パターンを、繰り返し手動介入することなく、必要に応じて容易に設定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１１に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１乃至図９は、第１の実施形態である。図１は、本発明に係る小規模汚水処理施設の制御装置のシステム構成を示す。この制御装置は、プログラマブルコントローラ１と、記憶装置２と、タッチパネル３を備えたディスプレイ装置４とで基本的に構成されている。コントローラ１は、汚水処理施設の各設備に設けられた機器類５に接続されており、タッチパネル３から入力される各設備の運転条件に基づいて、ポンプ類やブロア類等の各機器類５の作動を制御する。
【００２０】
記憶装置２には、後述する生物処理設備９における好気性処理と嫌気性処理の標準時間配分パターンや、過去にタッチパネル３からの手動介入で修正された修正時間配分パターン等が記憶されている。なお、図中に一点鎖線で示すように、コントローラ１をモデム６で通信回線と接続することにより、各設備の運転条件を遠隔操作で入力することもできる。
【００２１】
図２は、前記制御装置を備えた小規模汚水処理施設の設備構成と処理フローを、前記ディスプレイ装置４のタッチパネル画面３ａに表示したものである。この小規模汚水処理施設は浮遊生物法を採用したものであり、集落から排出される汚水が流入する順に、上工程から前処理設備７、流量調整設備８、生物処理設備９、汚泥沈殿設備１０および放流ポンプ設備１１が設置されている。生物化学処理は生物処理設備９で行われ、汚泥沈殿設備１０に沈殿する汚泥は、活性汚泥として生物処理設備９に供給され、その上澄み液は放流ポンプ設備１１で水質をサンプリングチェックされたのち放流される。また、汚泥沈殿設備１０に溜まる余剰の汚泥は汚泥濃縮設備１２で濃縮され、その脱離液は脱離液設備１３を介して流量調整設備８に戻され、濃縮された汚泥は汚泥貯留設備１４に貯留される。
【００２２】
なお、前記タッチパネル画面３ａにおける、前記各設備や各設備の機器類５の名称、および処理メニュー等を表示する矩形の表示枠１５は、いずれもコントローラ１への入力端になっており、これらの表示枠１５にタッチすることにより、それぞれの各設備の詳細画面や各機器類５の一覧画面の表示、および処理メニュー等の表示や実施が行われるようになっている。
【００２３】
図３は、生物処理設備９の詳細画面３ｂを示す。生物処理設備９は２つの生物処理槽１６を備えており、各生物処理槽１６の中には攪拌装置１７が設置され、曝気ブロア１８に接続された空気配管１９が各生物処理槽１６の中に挿入されている。ブロア１８からの空気は、空気切替弁２０の切替により、いずれか一方、または両方の生物処理槽１６に選択供給される。好気性処理のときは攪拌装置１７とブロア１８が作動され、嫌気性処理のときは攪拌装置１７のみが作動される。なお、画面３ｂの右側部分には、タッチパネル３から入力された各生物処理槽１６の運転条件が表示されている。
【００２４】
図４は、汚泥沈殿設備１０の詳細画面３ｃを示す。生物処理設備９で処理された汚水は、汚泥沈殿設備１０の沈殿槽２１に溜められ、その上澄み液が放流ポンプ設備１１に送られる。沈殿槽２１に沈殿した汚泥は、その底部に開口する汚泥引抜管２２から汚泥引抜ポンプ２３により引き抜かれ、タッチパネル３からの入力タイミングで生物処理槽１６に連通する電磁弁２４ａが開けられ、活性汚泥として生物処理槽１６に供給される。余剰の汚泥は、適宜電磁弁２４ｂが開けられ、汚泥濃縮設備１２に送られる。なお、沈殿槽２１には汚泥掻寄機２５が設けられている。
【００２５】
図５は、生物処理設備９の運転条件設定画面３ｄを示す。この画面３ｄは第１の生物処理槽１６のものであり、中央部から左側の部分に、好気性処理と嫌気性処理のサイクル時間を指定する表示枠１５ａと、流入汚水の特性パラメータとしての水温と水量負荷率の数値範囲をそれぞれ指定する表示枠１５ｂ、１５ｃとが配列されている。処理される流入汚水の状態に応じて、各表示枠１５ｂ、１５ｃの数値範囲を指定することにより、予め記憶装置２に記憶された好気性処理と嫌気性処理の標準時間配分パターンが選択されて各処理が交互に行われ、画面３ｄにも、その右側部分に選択された標準時間配分パターンが表示される。なお、表示枠１５ａのサイクル時間は、その集落の特徴や季節に応じて任意に指定できる。図示は省略するが、第２の生物処理槽１６の運転条件設定画面も同じ構成である。
【００２６】
前記設定画面３ｄの下部に配置された「自由設定」の表示枠１５ｄと、「自由履歴」の表示枠１５ｅは、それぞれ手動介入で修正時間配分パターンを設定するためと、過去に修正されて記憶装置２に記憶された修正時間配分パターンを読みだすためのものである。「設定」の表示枠１５ｆは、後の図８に示すように、数値入力のためのテンキー２７を表示するためのものであり、修正時間配分パターンを設定する際は、このテンキー２７を用いて、画面３ｄの右側部分に表示された標準時間配分パターンの数値を変更し、「自由設定」の表示枠１５ｄにタッチすることにより、時間配分パターンが修正されるとともに、修正された修正時間配分パターンが記憶装置２に記憶される。
【００２７】
図６は、上記選択された標準時間配分パターンに基づく運転状況の表示画面３ｅである。画面３ｅの上半分に、選択された標準時間配分パターンに基づく各処理の設定時間と、現時点での各処理開始までの待機時間および残運転時間が数値表示され、下半分にはこれらがグラフ表示されている。なお、画面中の攪拌工程は攪拌装置１７が作動されていることを意味し、嫌気工程ではブロア１８が停止、好気工程ではブロア１８が作動されていることを意味する。
【００２８】
図７は、記憶装置２に記憶された標準時間配分パターンの一例を表示する画面３ｆであり、表示された標準時間配分パターンの数値テーブル２６は、流入汚水の水温が１５〜２０℃のものである。なお、画面３ｆの上部に配置された「設定」の表示枠１５ｆにタッチすると、図８に示すように、テンキー２７が画面３ｆに表示される。このテンキー２７から数値を入力することにより、数値テーブル２６の数値が変更され、記憶装置２に記憶された標準時間配分パターンの数値も設定変更される。
【００２９】
図９は、図５に示した生物処理設備９の運転条件設定画面３ｄの「自由履歴」の表示枠１５ｅにタッチしたときに表示される自由設定履歴画面３ｇである。この画面３ｇには、過去にタッチパネル３からの手動介入で修正された修正時間配分パターンが、その修正年月日とともに新しいものから順に表示され、それぞれの修正時間配分パターンの右側に配置された「設定値流用」の表示枠１５ｇにタッチすることにより、タッチされた表示枠１５ｇに該当する修正時間配分パターンが選択され、設定される。
【００３０】
図１０は、第２の実施形態の制御装置における生物処理設備９の運転条件設定画面３ｈを示す。制御装置のシステム構成と、制御対象とする小規模汚水処理施設の設備構成は、第１の実施形態と同じである。この制御装置では、集落の地域特性の違いによる流入汚水の水質の変動を、前記標準時間配分パターンに反映可能となっており、画面３ｈの中央下部に配置された「地域特性」の表示枠１５ｈにタッチすることにより、図１１に示すような地域特性選択画面３ｉが表示される。なお、画面３ｈにおける流入汚水の水温と水量負荷率の数値範囲をそれぞれ指定する表示枠１５ｂ、１５ｃは、図５の設定画面３ｄと同じである。
【００３１】
図１１に示す地域特性選択画面３ｉには、集落の地域特性として、気候風土別に地域を指定する立地条件の表示枠１５ｉと、実時間生活者の年齢構成について、各年齢層の構成率を数値入力する入力枠２８が配列されている。各入力枠２８への数値入力は、画面３ｉの下部に配置された「設定」の表示枠１５ｆにタッチして、図８と同様にテンキー２７を表示することにより、行うことができる。なお、集落の立地条件は、例えば、農村、漁村、山村、リゾート地のように生活様式別に区分してもよく、上記気候風土別の区分と併用してもよい。
【００３２】
前記コントローラ１には、前記入力された立地条件と年齢構成を反映するパラメータが設定されており、このパラメータにより流入汚水の水温と水量負荷率の組み合わせに応じて選択される標準時間配分パターンが、前記好気性処理と嫌気性処理のサイクル時間も含めて補正される。この選択補正された時間配分パターンは、図５の設定画面３ｄと同様に、画面３ｈの右側部分に表示される。なお、この制御装置では、好気性処理と嫌気性処理のサイクル時間も自動的に選択されるので、画面３ｈにはサイクル時間を指定する表示枠１５ａが表示されていない。
【００３３】
上述した各実施形態では、処理される流入汚水の水温を、タッチパネルから手入力するようにしたが、生物処理槽に設置した水温計から直接コントローラに入力してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の小規模汚水処理施設の制御装置は、好気性処理と嫌気性処理の時間配分を決定する流入汚水の特性パラメータとして、その水温と水量負荷率とを選定するとともに、これらを所定の数値範囲に区分分けして、この区分分けした各特性パラメータの数値範囲の組み合わせに対応させて、好気性処理と嫌気性処理の時間配分の標準パターンを予め記憶し、処理される流入汚水の該当する各特性パラメータの数値範囲の組み合わせから、対応する標準時間配分パターンを選択することにより、好気性処理と嫌気性処理を適正な配分で交互に施すようにしたので、浮遊生物法の小規模汚水処理施設の運転を、早く立ち上げて適正に管理することができる。
【００３５】
また、前記標準時間配分パターンを、前記集落の立地条件と実時間生活者の年齢構成を含む地域特性を反映するパラメータで補正することにより、集落の立地条件や実時間生活者の年齢構成により大きく変化する流入汚水の油脂含有率等の水質の違いに応じて、汚水処理施設の管理精度をより向上させることができる。
【００３６】
さらに、前記制御装置に手動介入機能を設け、記憶装置に記憶された標準時間配分パターンを手動介入により修正したときに、この修正で得られた修正時間配分パターンを記憶装置に別途記憶し、これらの記憶された修正時間配分パターンを随時読み出して、この読み出した任意の修正時間配分パターンを選択可能とすることにより、過去に手動介入で修正した修正時間配分パターンを、繰り返し手動介入することなく、必要に応じて容易に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の制御装置のシステム構成を示すブロック図
【図２】図１のディスプレイ装置に表示される汚水処理設備の全体画面を示す図
【図３】図１のディスプレイ装置に表示される生物処理設備の詳細画面を示す図
【図４】図１のディスプレイ装置に表示される汚泥沈殿設備の詳細画面を示す図
【図５】図３に示す生物処理設備の運転条件設定画面を示す図
【図６】図５の運転条件設定画面で設定された運転状況の表示画面を示す図
【図７】図１の記憶装置に記憶された標準時間配分パターンの例を表示する画面を示す図
【図８】図７の画面にテンキーを表示した画面を示す図
【図９】図１の記憶装置に記憶された修正時間配分パターンを表示する画面を示す図
【図１０】第２の実施形態の制御装置におけるディスプレイ装置に表示される生物処理設備の運転条件設定画面を示す図
【図１１】図１０の画面で指定された地域特性選択画面を示す図
【符号の説明】
１  コントローラ
２  記憶装置
３  タッチパネル
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ  画面
４  ディスプレイ装置
５  機器類
６  モデム
７  前処理設備
８  流量調節設備
９  生物処理設備
１０  汚泥沈殿設備
１１  放流ポンプ設備
１２  汚泥濃縮設備
１３  脱離液設備
１４  汚泥貯留設備
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ  表示枠
１６  生物処理槽
１７  攪拌装置
１８  ブロア
１９  空気配管
２０  切替弁
２１  沈殿槽
２２  汚泥引抜管
２３  ポンプ
２４ａ、２４ｂ  電磁弁
２５  汚泥掻寄機
２６  数値テーブル
２７  テンキー
２８  入力枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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