(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率と前記リン濃度計測値に基づいて凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項２】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率、及び前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値に基づいて凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項３】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位リン量を除去するのに必要な凝集剤量（以下、注入係数）を求め、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値から除去リン濃度を求め、該除去リン濃度と前記注入係数から凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項４】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位凝集剤量が除去できるリン量（以下、リン除去係数）を求め、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値から除去リン濃度を求め、該除去リン濃度と前記除去係数から凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項５】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位凝集剤量が除去するアルカリ成分量（以下、アルカリ除去係数）と、凝集剤とアルカリ成分の反応で生成される物質に除去されるリン量（以下、リン過剰取込係数）を求め、該リン過剰取込係数と前記アルカリ除去係数からリン除去係数を演算し、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値から除去リン濃度を求め、該除去リン濃度と前記リン除去係数から凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つにおいて
前記処理水中のリン濃度計測値で前記リン注入係数、あるいは前記リン除去係数、あるいは前記リン過剰取込係数を補正演算し、該補正演算値に基づいて前記処理水中のリン目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項７】
被処理水に凝集剤を注入する設備を有する水処理プロセスにおいて、
前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて前記リン濃度計測値、あるいは前記リン濃度計測値と予め設定した前記処理水中のリン濃度目標値との偏差量をゼロとするのに必要な凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項８】
生物反応槽と沈殿池、及び前記沈殿池で沈殿した生物を引抜いて濃縮する設備を有し、前記濃縮設備の前段あるいは前記濃縮設備あるいは前記濃縮設備の後段に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、
被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて前記リン濃度計測値、あるいは前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏差量をゼロとするのに必要な凝集剤注入濃度を演算し、該注入濃度と前記処理水流量の積により凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項９】
凝集反応槽と沈殿池、及び前記凝集反応槽に凝集剤を注入する設備を具備し、前記凝集反応槽の被処理水中の水質に基づいて凝集剤注入量を設定する水処理プロセスにおいて、
前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率あるいは前記リン濃度計測値で前記凝集剤注入量を補正し、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項１０】
請求項３から９のいずれか１つにおいて、
被処理水中のｐＨ計測値からアルカリ度を予測し、該アルカリ度予測値を前記アルカリ度計測値として前記リン濃度計測値との比率を求め、該比率に基づいて前記凝集剤注入量を演算し、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項１１】
請求項２から１０のいずれか１つにおいて、
前記被処理水中のリン濃度計測値が予め設定されている目標値を越えた場合に前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤注入量を求め、前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項１２】
請求項１から６のいずれか１つにおいて、
前記被処理水中のリン濃度計測値Ｐｉとアルカリ度計測値ＡＬｉの比率と前記凝集剤注入濃度に基づいて凝集剤中の金属塩で形成される懸濁物濃度ΔＳａと、前記沈殿池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送汚泥（以下、返送汚泥）と前記水処理プロセス外に排出する余剰汚泥（以下、余剰汚泥）の流量から返送比率αを求め、該返送比率αと前記懸濁物濃度ΔＳａにより前記水処理プロセス内を循環する懸濁物濃度Ｓａを演算し、該懸濁物濃度Ｓａで前記生物反応槽の混合液、あるいは前記沈殿池引抜き汚泥中の懸濁物濃度ＴＳＳを補正した微生物濃度を用いて前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする水処理監視制御方法。
【請求項１３】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備において、
前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位リン量を除去するのに必要な凝集剤量（以下、リン注入係数）あるいは単位凝集剤量が除去できるリン量(以下、リン除去係数)を求める第１演算手段と、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏差量を出力し、さらに該偏差量から前記生物反応槽のリン除去能力を判定する判定手段と、前記演算手段の注入係数あるいは除去係数と、前記判定手段からの前記偏差量に基づいて前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求める第２演算手段を設け、
前記判定手段でリン除去能力が不良と判定されたときに、前記第２演算手段からの凝集剤注入量の出力信号に対応して前記凝集剤注入設備を操作する制御手段を備えたことを特徴とする水処理監視制御装置。
【請求項１４】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備において、
前記凝集剤注入前の被処理水（以下、被処理水）中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位凝集剤量が除去できるリン量（以下、リン除去係数）とアルカリ成分量（以下、アルカリ除去係数）を求める第１演算手段と、前記凝集剤注入設備から供給される被処理水流量当たりの凝集剤注入量と前記第１演算手段からの出力信号と前記リン及びアルカリ度計測値から凝集剤によって生成される懸濁物濃度を求める第２演算手段と、前記沈殿池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送汚泥（以下、返送汚泥）と前記水処理プロセス外に排出する余剰汚泥（以下、余剰汚泥）の流量から返送比率を求め、該返送比率と前記第２演算手段からの懸濁物濃度により前記水処理設備内を循環する懸濁物濃度を求める第３演算手段とを設け、
該第３演算手段からの循環懸濁物濃度で前記生物反応槽、あるいは前記返送汚泥中の微生物濃度を補正して前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方を制御する制御手段を備えたことを特徴とする水処理監視制御装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４において、
被処理水中のｐＨ計測値からアルカリ度を予測し、該アルカリ度予測値を前記アルカリ度計測値として前記リン濃度計測値との比率を求める演算手段を設け、
該演算手段からの前記比率に基づいて求めた前記凝集剤注入量に対応して前記凝集剤注入設備を操作する制御手段を備えたことを特徴とする水処理監視制御装置。
【請求項１６】
生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備において、
前記被処理水中のリン濃度とアルカリ度を計測する計測手段と、該計測手段より出力されたリン濃度計測値とアルカリ度計測値から両者の比率と、該比率に基づいてリン除去係数とアルカリ除去係数を求め、該除去係数と該除去係数を用いて求めた凝集剤注入量から処理水中のリン濃度とアルカリ度及び懸濁物濃度を算出する演算手段を設け、
該演算手段からの出力信号に対応して前記凝集剤注入設備を操作するとともに、前記演算手段の演算結果を出力する表示手段を設けたことを特徴とする水処理監視制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市下水や産業排水，湖沼水あるいはダム湖水の有機物や窒素，リンを生物学的処理あるいは物理化学凝集で除去する水処理方法に関し、特に、物理化学凝集の目的で注入する凝集剤を適正に調節し、処理水中のリン濃度を目標値に維持する水処理監視制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場では、生活排水や工場排水などを活性汚泥法と呼ばれる微生物で主に有機物を除去している。下水中には有機物の他に窒素やリンが含まれており、リンはオルトリン酸（ＰＯ4 −Ｐ），窒素はアンモニア性窒素として下水処理場に流入する。これらのリンや窒素を除去せずに放流すると、放流水域では富栄養が進み、藻類の異常繁殖によりさらに水質が悪化する。したがって、下水処理場では有機物に加えてリンや窒素の除去も要求されている。流入下水中のリンや窒素を除去するために、活性汚泥プロセスの一施設である曝気槽を好気領域と嫌気領域に分けた微生物反応槽を使用している。微生物反応槽の方式には嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法），嫌気−好気法（ＡＯ法），活性汚泥循環変法などがあり、少なくとも嫌気槽を前段に、好気槽を後段に配置している。これらの方式のうち、Ａ２Ｏ法は窒素とリン、ＡＯ法はリン，活性汚泥循環変法は窒素の除去率の向上が期待できる。Ａ２Ｏ法やＡＯ法は嫌気槽を前段に、好気槽を後段に配置することによって活性汚泥（複合微生物の総称）のリン過剰摂取機能を利用し、活性汚泥は嫌気槽でリンを放出し、好気槽で放出した以上にリンを摂取することで、流入水中のリンを生物学的に除去する。しかし、活性汚泥のリン過剰摂取機能は流入水の水質状態やプラント操作条件、あるいは活性汚泥の管理状態によって変化し、放出不良や摂取不良などを生じて処理水中のリン濃度を増加させることがある。
【０００３】
このため、下水処理場では金属塩などの凝集剤を注入し、物理化学的に除去する方法を併用している。凝集剤の注入量が不足するとリン除去が不十分となり、処理水中のリン濃度を高める。一方、過剰注入は運転コストや汚泥発生量の増加、さらに微生物の活性にも影響を与える。したがって、凝集剤の注入量は必要最小限にする必要がある。
【０００４】
下水処理場において、物理化学凝集によりリンを除去する場合、アルミニウム系や鉄系の金属塩、あるいは消石灰が凝集剤として用いられる。液中でのリンはオルトリン酸や縮合リン酸の形態で存在し、凝集剤の注入により難溶性の塩を形成する。また、凝集剤は重炭酸塩と反応し、水酸化物のフロックを形成してさらにリンを吸着除去する。アルミニウム系の凝集剤を用いた場合の反応式は（１）式及び（２）式により表される。
【０００５】
Ａｌ3+ ＋ＰＯ43- → ＡｌＰＯ4  …（１）
Ａｌ3+ ＋３ＨＣＯ3- → Ａｌ(ＯＨ)3 ＋３ＣＯ2 …（２）
（１）式から、液中のリンを難溶性塩にするには理論的に１モル比のアルミニウム（以下、Ａｌと称す）を注入すればよいが、（２）式のように他の物質にも消費されるのでモル比を１より大きくする必要がある。また、凝集剤を注入すると、不溶解性の懸濁物が生成される。Ａｌ塩の凝集剤では、（１）式及び（２）式から、１ｍｇのＡｌに対してリン酸アルミニウムが約４.５ｍｇ ，水酸化アルミニウムが約２.９ｍｇ生成される。２ｍｇのＡｌが(１）式と（２）式に等量利用されたとすると、全懸濁物は７.４ｍｇ 増加し、１ｍｇのＡｌで換算すると平均３.７ｍｇ のＡｌ化合物である懸濁物を生成する。なお、鉄系の凝集剤を用いた場合、Ｆｅ１ｍｇ当り平均２.３ｍｇ の懸濁物を生成する。懸濁物生成量の実測例ではＡｌ添加量の３〜５倍との結果もある（先行技術１：村田恒雄編著；「下水の高度処理技術」，理工図書，平成４年５月）。
【０００６】
リン除去を目的とした凝集剤注入量制御方法として、現在の処理水のリン濃度Ｐｉと一定時間ｂ前の処理水のリン濃度Ｐｏから変化率ｄ(＝(Ｐｉ−Ｐｏ)／ｂ)を求め、この変化率で将来も推移するとしてｃ時間後の処理水のリン濃度変化ΔＰｃ(＝ｄ・ｃ)予測し、目標値との偏差で注入量を設定する提案がある（先行技術２：特開平3−89993号）。あるいは、好気槽から採水した活性汚泥混合水を固液分離した液部分のリン濃度と好気槽から流出する処理水流量からリン成分物量を求め、化学的当量関係を利用してリン成分物量から凝集剤所要量を算出して凝集剤量を制御する方式（先行技術３：特開平9−174086 号），処理水のリン濃度に対して凝集剤をモル比換算で一定に制御し、リン含有フロックを砂ろ過で分離する方式（先行技術４：特開昭63−242392号），流入水のリン濃度と処理水リン濃度設定値の偏差に一定のモル比で凝集剤を制御する方式（先行技術５：第３３回下水道研究発表会講演集，Ｐ４９２−４９４，平成８年），脱水ろ液のリン濃度に当量換算係数を乗じて凝集剤注入量を設定する方式（先行技術６：特開平7−88497号）などの提案がある。
【０００７】
凝集剤の注入に伴い生成される汚泥量の制御に関しては、Ａｌ塩を用いた場合、添加Ａｌ量の５倍程度の懸濁物が新たに発生するものとして余剰汚泥量（沈殿地からプロセス外へ排出する汚泥量）を算出する方式（先行技術７：高度処理施設設計マニュアル（案），日本下水道協会，Ｐ２６６），返送比（生物反応槽へ流入する下水流量に対する沈殿池から生物反応槽へ返送する汚泥量の比）に加えてＭＬＳＳ濃度（生物反応槽の汚泥濃度）や凝集剤添加量の運転条件を考慮して制御する方式（先行技術８：特開平10−43788号）などの提案がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した先行技術２〜６の凝集剤注入量制御は、（１）式及び（２）式に基づいて、モル比あるいはＡｌとリンの濃度比を予め設定し、凝集剤を制御する比率一定制御方式を採用している。
【０００９】
例えば、先行技術２でその試験結果（第１表）によれば、流入水のリン濃度に対してＡｌ注入率がほぼ比例関係にあり、モル比換算で約１.３ と推算できる。しかし、先行技術２の第２図からも明らかなように、下水処理場などの流入水中のリン濃度は人間の生活周期によって大きく変化する。したがって、将来の処理水のリン濃度が過去と同じ変化率で推移するとした予測法では、凝集剤の適正な制御は困難となる。さらに、流入水リン濃度に比例して凝集剤注入量を制御しているが、嫌気槽と好気槽からなる微生物反応槽のように、流入水のリン濃度より反応槽のリン濃度が高くなるような処理プロセスではモル比を一定とした方式を適用できない。先行技術３〜５は凝集剤注入位置に近い上流部のリン濃度を計測し、このリン濃度あるいは凝集剤注入後のリン濃度目標値との偏差に一定値を乗算して凝集剤注入量を設定している。しかし、本発明者らの試験結果によれば、Ａｌとリンの濃度比を一定とする先行技術に記載のような凝集剤制御方式では、処理水のリン濃度を目標値以下に維持することができなかった。
【００１０】
生物反応槽は活性汚泥の生物状態が正常なとき、リン過剰摂取により流入下水の通常範囲のリン濃度を目標値以下に維持することは可能である。しかし、活性汚泥のリン過剰摂取機能は流入水の水質状態やプラントの操作条件等によって大きく変化する。リン濃度を目標値以下に管理するには、結果的に凝集剤の過剰注入を招き、ランニングコストの上昇のみならず、活性汚泥にも悪影響を及ぼす。したがって、生物反応槽のリン過剰摂取機能、すなわちリン除去能力が低下し、目標値を維持できない場合に、過剰注入とならないで目標値を維持できる凝集剤を注入する必要がある。
【００１１】
上記した先行技術７において、添加Ａｌ量に対して５倍程度の汚泥量が新たに生成されるのは、注入したＡｌの殆どがリンと反応する（１）式で消費されると仮定した結果によるものと推測される。しかし、本発明者らの試験結果によれば、汚泥発生量は添加Ａｌ量に対して一定倍率にならず、被処理水の水質に対応して大きく変化した。したがって、添加Ａｌ量に一定倍率を乗算して余剰汚泥量を管理する方式では、引抜き不足や過剰引抜きとなり、プロセス系内の汚泥量が安定せず、処理に悪影響する。先行技術８は、凝集剤添加量の運転条件を考慮して制御するとあるが、具体的な手段の明記がない。先行技術８の図１０によれば、余剰汚泥量は好気槽のＭＬＳＳ濃度計の出力信号を直接用いて設定値となるように制御している。この制御方式では、凝集剤を添加した場合、生物反応槽の汚泥濃度にはＡｌとの反応で生成された懸濁物質も含まれる。Ａｌ起因の懸濁物質は微生物反応に関与しない無機物質であり、ＭＬＳＳ濃度として一括で取扱うと本来管理すべき微生物濃度が低下し、処理が悪化する。
【００１２】
本発明の目的は、上記した従来技術の状況に鑑み、生物反応槽でのリン除去効率が悪化した場合にも適正量の凝集剤を注入して、処理水のリン濃度を目標値以下に維持し、さらに凝集剤の注入時に生物反応槽へ環流される無機懸濁量を予測して汚泥量を管理し、生物反応槽の処理効率の低下を抑制する、水処理監視制御方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の水処理監視制御方法は、生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理プロセスにおいて、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて単位リン量を除去するのに必要な凝集剤量で定義する凝集剤注入係数、あるいは単位凝集剤量が除去できるリン量で定義するリン除去係数を求め、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏差量から前記生物反応槽のリン除去能力を判定するとともに、前記注入係数あるいは除去係数と前記偏差量に基づいて前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求め、リン除去能力が不良と判定されたときに、前記凝集剤注入量に対応して前記凝集剤注入設備を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の水処理監視制御方法は、前記水処理プロセスにおいて、リン除去能力が不良と判定され、凝集剤が注入されたときに、前記被処理水中のリン濃度計測値Ｐｉとアルカリ度計測値ＡＬｉの比率と前記凝集剤注入量に基づいて凝集剤中の金属塩で形成される懸濁物濃度ΔＳａと、前記沈殿池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送汚泥と前記水処理プロセス外に排出する余剰汚泥の流量から返送比率αを求め、該返送比率αと前記懸濁物濃度ΔＳａにより前記水処理プロセス内を循環する懸濁物濃度Ｓａを演算し、該懸濁物濃度Ｓａで前記生物反応槽の混合液、あるいは前記沈殿池引抜き汚泥中の懸濁物濃度ＴＳＳを補正した微生物濃度を用いて前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の水処理監視制御方法は、前記水処理プロセスにおいて、前記被処理水中のリン濃度とアルカリ度を計測し、これらの計測値の比率と、該比率からリン除去係数とアルカリ除去係数を求め、該除去係数と該除去係数を用いて求めた凝集剤注入量から処理水中のリン濃度とアルカリ度及び懸濁物濃度を算出し、前記凝集剤注入量に対応して前記凝集剤注入設備を制御するとともに、算出結果を出力し表示することを特徴とする。
【００１６】
上記の本発明において、リン除去能力の判定は前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏差量εｐが０より大のときに不良とする。０以下のときは、正常と判定し、前記凝集剤注入設備の稼動を停止することを特徴とする。
【００１７】
また、被処理水中のアルカリ度はｐＨ計測値から予測し、該予測値を前記アルカリ度計測値として前記リン濃度計測値との比率を求め、前記凝集剤注入量を演算することができる。
【００１８】
さらに、前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤注入量を演算する方式は、前記水処理プロセスの余剰汚泥を濃縮処理する汚泥処理プロセスや、生物反応槽を持たない凝集沈殿プロセス及び膜分離プロセスに利用できる。
【００１９】
本発明の水処理監視制御装置は、生物反応槽と沈殿池を有し、前記生物反応槽あるいは前記沈殿池あるいは前記生物反応槽と沈殿池の間に凝集剤注入設備を具備する水処理設備において、前記被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいて凝集剤注入係数あるいはリン除去係数を求める第１演算手段と、前記リン濃度計測値と予め設定した処理水中のリン濃度目標値との偏差量を出力し、さらに該偏差量から前記生物反応槽のリン除去能力を判定する判定手段と、前記演算手段の注入係数あるいは除去係数と、前記判定手段からの前記偏差量に基づいて前記目標値を維持するのに必要な凝集剤注入量を求める第２演算手段を設け、前記判定手段でリン除去能力が不良と判定されたときに、前記第２演算手段からの凝集剤注入量の出力信号に対応して前記凝集剤注入設備を操作することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の水処理監視制御装置は、前記水処理設備において、被処理水中のリン濃度計測値とアルカリ度計測値の比率に基づいてリン除去係数とアルカリ除去係数を求める第１演算手段と、前記凝集剤注入設備から供給される被処理水流量当たりの凝集剤注入量と前記第１演算手段からの出力信号と前記リン及びアルカリ度計測値から凝集剤によって生成される懸濁物濃度を求める第２演算手段と、前記沈殿池から微生物を前記生物反応槽へ戻す返送汚泥と前記水処理プロセス外に排出する余剰汚泥の流量から返送比率を求め、該返送比率と前記第２演算手段からの懸濁物濃度により前記水処理設備内を循環する懸濁物濃度を求める第３演算手段とを設け、該第３演算手段からの循環懸濁物濃度で前記生物反応槽、あるいは前記返送汚泥中の微生物濃度を補正して前記返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の水処理監視制御装置は、前記水処理設備において、前記被処理水中のリン濃度とアルカリ度を計測する計測手段と、該計測手段より出力されたリン濃度計測値とアルカリ度計測値から両者の比率と、該比率に基づいてリン除去係数とアルカリ除去係数を求め、該除去係数と該除去係数を用いて求めた凝集剤注入量から前記処理水中のリン濃度とアルカリ度及び懸濁物濃度を算出する演算手段を設け、該演算手段からの出力信号に対応して前記凝集剤注入設備を操作するとともに、前記演算手段の演算結果を出力表示する手段を設けていることを特徴とする。
【００２２】
上記した本発明の作用を説明する。本発明は、（１）凝集剤単位重量当たりのリン及びアルカリ除去量は、凝集剤を注入する前の被処理水リン濃度とアルカリ度の初期条件に依存し、定式化できる、（２）被処理水リン濃度とアルカリ度の初期条件で凝集剤中の金属塩消費内訳が変化するのに伴い、凝集剤と反応して生成される懸濁物量も変化する、（３）アルカリ度は、生物反応槽の運転条件が変化しても、ｐＨとの相関が高く予測できる、という実験的知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の凝集剤注入による反応特性と、生物処理特性を説明する。
【００２３】
図２は、凝集剤注入前の被処理水中リン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比と凝集剤単位重量当たりのリン及びアルカリ除去量の関係を示したものである。凝集剤単位重量当たりのリン除去量はリン除去係数Υｐ、アルカリ除去量はアルカリ除去係数Υａで表している。これらの除去係数は、基準化した値(特定値で除算)で示しているが、初期条件であるリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比で大きく変化する。その変化は、Ｐｉ／ＡＬｉ比が大きくなる、すなわち、アルカリ度に対してリン濃度が増加すると、アルカリ除去係数Υａが低下する反面、リン除去係数Υｐが大きくなる。言い換えれば、凝集剤の消費内訳はＰｉ／ＡＬｉ比で変化し、リン濃度が増加するとリンとの反応に消費される割合が増し、アルカリ成分の消費割合が減る方向に向かうことを見いだした。
【００２４】
図３は、下水処理場の流入下水（黒色）と生物反応槽流出水（白色）のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの変化の一例で、基準化した値で示している。このように、水質に加えて水量も時々刻々変化するため、生物反応時間や処理条件も変化し、処理過程のリン濃度やアルカリ度が影響を受ける。流入下水と処理水で異なるが、都市下水の場合、リン濃度は５ｍｇ／Ｌ以下、アルカリ度は数十〜200ｍｇ／Ｌの範囲で変化する。これをＰｉ／ＡＬｉ比で表すと、０〜０.１ となる。図２において、Ｐｉ／ＡＬｉ比が０〜０.１ の範囲は、リン除去係数Υｐ及びアルカリ除去係数Υａが急激に変化する領域である。したがって、リンを目標通りに除去するには、アルカリ成分に消費される分を考慮した凝集剤の注入操作が必要である。
【００２５】
被処理水中のリン濃度Ｐｉを目標値Ｐｍ以下とするのに必要な凝集剤注入濃度Ｃａは、図２の結果に基づいて、以下のように定式化するに至った。図２から、リン除去係数Υｐとアルカリ除去係数Υａは(３）式及び(４）式で求められる。ただし、Ａｐ，Ｂｐ，ＫL，ＡL，ＢL は係数、ＲはＰｉ／ＡＬｉ比である。(３)
0003707305.tif 000002
【００２６】
0003707305.tif 000003
【００２７】
式及び（４）式は、被処理水の初期条件であるＰｉ／ＡＬｉ比：Ｒが決まると、凝集剤の使われ方も定まることを示す。なお、Υｐ，Υａは凝集剤に含まれる金属塩の単位重量当たりに除去されるリン量とアルカリ量(ＣａＣＯ3 換算)で、係数の値は金属塩の種類で変化する。
【００２８】
ところで、凝集剤にポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣと称す）を用いた本発明者らの実験によれば、除去されたアルカリとリンの総和量は、（１）式及び（２）式の理論式で注入したＡｌ量から求めらた除去量より多い結果を得た。これは、前記したように、（２）式で生成された水酸化物がリンを吸着除去（以下、過剰取込と称す）したことによる。この過剰取込量は、これまで定量化されていなかった。本発明者らは、過剰取込量が生成された水酸化物量、すなわち、アルカリ度の除去量に依存し、定式化できることを明らかにした。。単位アルカリ度当たりのリン過剰取込量ＰAL（以下、リン過剰取込係数と称す）もまた、Ｒを用いた（５）式で表現できる。ここで、Ｐａ、Ｐｂは係数である。（５）式を用いたリン除去係数Υｐ′は、アルカリ除去係数Υａを導入した（６）式で表せる。ここで、ｋａ，ｋｐは定数である。リンの過剰取込を考慮したリン除去係数
ＰAL＝Ｐａ・ＲPb …（５）
Υｐ′＝ＰAL・Υａ＋(１−ｋｐ・Υａ)／ｋａ                  …（６）
Υｐ′は、（５）及び（６）式から求まるが、（３）式で直接表示できる。図２の関係はリンの過剰取込も含めた結果である。
【００２９】
被処理水中のリン濃度Ｐｉを目標値Ｐｍ以下とする凝集剤注入濃度Ｃａは、  （３）式、あるいは（６）式のリン除去係数を用いて次式で演算できる。Ｃａは被処理水単位容積当たりの凝集剤量で、被処理水流量を積算すれば必要な凝集剤量Ｑａを算出できる。
【００３０】
Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)／Υｐ  または  Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)／Υｐ′…（７）
（７）式は、リン除去係数ΥｐあるいはΥｐ′の変化に対応して凝集剤注入濃度Ｃａを変化させる操作が必要であることを意味する。さらに、（３）式あるいは（６）式から、単位リン量当たりのＡｌ必要量ＣAl（以下、Ａｌ注入係数と称す）、及びモル比換算の注入係数ＭAlを導出できる。注入係数ＣAlはΥｐあるいはΥｐ′の逆数で、モル注入係数ＭAlはＣAlにリンとＡｌの分子量の比率ｍを考慮して求められる。図４は、（３）式に基づいてＲ(Ｐｉ／ＡＬｉ比)とモル注入係数ＭAlの関係を求めた結果で、Ｒ＝０.５ で基準化してある。注入係数ＭAlはＲ値が高いと低下し、リン濃度が高くなるほど注入モル比を低減させて良い。この場合の凝集剤注入濃度Ｃａは（７）′式で算出できる。
【００３１】
Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)・ＭAl／ｍ または Ｃａ＝(Ｐｉ−Ｐｍ)・ＣAl …（７)′
次に、凝集剤と反応して生成される懸濁物量の実験的知見を以下説明する。凝集剤注入濃度Ｃａ，リン過剰取込係数ＰAL，リン除去係数Υｐ′、及びアルカリ除去係数Υａから各除去濃度を算出し、これらを用いて生成懸濁物濃度ｄＳａを定式化できることを見いだした。（８）式は金属塩との直接反応で除去されたアルカリ度ＣL とリン濃度Ｃｐ１、及び生成水酸化物に吸着されたリン濃度Ｃｐ２である。生成懸濁物濃度ｄＳａは、これらの除去濃度に生成物質と除去物質の分子量比である係数ｋｓ１，ｋｓ２，ｋｓ３を掛け、その総和とした（９）式とな
ＣL ＝Υａ・Ｃａ，Ｃｐ１＝(Ｐｉ−Ｐｍ−Ｃｐ２)・Ｃａ，Ｃｐ２＝ＰAL・ＣL・Ｃａ                                             …（８）
ｄＳａ＝ｋｓ１・Ｃｐ１＋ｋｓ２・Ｃｐ２＋ｋｓ３・ＣL  …（９）
る。（９）式で求めた計算値と実測値の一例を図５に示す。両者はほぼ一致しており、懸濁物生成量は凝集剤注入濃度Ｃａと被処理水のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉから精度良く演算できる。
【００３２】
ところで、生物反応を利用した水処理プラントでは、処理効率や処理水質に直接影響するため、プロセス系内の微生物量を適正に管理することが重要で、生物反応槽や沈殿池から生物反応槽に戻される返送汚泥中の微生物濃度を計測し、管理している。リン除去を目的とした場合、凝集剤は微生物反応槽あるいは後段の沈殿池、あるいは反応槽と沈殿池の間に注入し、微生物と一緒に生成懸濁物も沈殿池で沈殿回収する。このため、返送汚泥中には生成懸濁物も含まれ、生物反応槽に環流する。生成懸濁物は無機質で、微生物反応に関与しないため、懸濁物濃度を考慮した微生物管理が必要となる。凝集剤を反応槽と沈殿池間に注入させた場合、返送汚泥を介して生物反応槽１に戻された時の反応槽入り口の懸濁物濃度Ｓａは、（９）式で求めた生成濃度ｄＳａと、返送汚泥流量Ｑｒ及び系外に排出される余剰汚泥流量Ｑｗで定義した汚泥環流比αにより（１０）式で演算できる。ここで、Ｓａ-1は単位時間前の生成濃度で、凝集剤注入直前は０となる。また、微生物濃度比率Υｓは（１１）式で算出できる。ここで、Ｓｔは生物反応槽の全浮遊物質濃度で、例えば、汚泥濃度計で計測される濃度である。この微生物濃Ｓａ＝α・(Ｓａ-1＋ｄＳａ)  但し  α＝Ｑｒ／(Ｑｒ＋Ｑｗ)  …（１０）
Υｓ＝(Ｓｔ−Ｓａ-1)／（Ｓｔ＋ｄＳａ）                    …（１１）
度比率Υｓを考慮して、生物反応槽の微生物管理や返送汚泥流量あるいは余剰汚泥流量を操作することにより、プラントの処理性能を低下させることなく、適正な運転管理ができる。なお、（８）式において、リン除去量を金属塩との反応と水酸化物への吸着の２種類に分けて生成懸濁物濃度を求めたが、過剰取込も考慮した（３）式の除去係数で演算することもできる。
【００３３】
本発明によれば、被処理水のリン濃度とアルカリ度から凝集剤の消費内訳を定量化し、単位リン量を除去するための金属塩量変化に見合って必要な凝集剤量を求めることができ、この演算値に基づいて凝集剤注入量を制御することで、必要最小限の凝集剤量で処理水のリン濃度を目標値以下に維持することができ、懸濁物生成量も抑制できるため、良好な処理水質と低コストの運転管理を実現できる。本発明による被処理水のＰｉ／ＡＬｉ比に対応した注入モル比変動方式と、従来の注入濃度及び注入モル比一定方式による凝集剤制御の処理水リン濃度をシミュレーション計算で比較した結果を図６から図８に示す。図６は注入モル比変動方式、図７は注入濃度一定方式、図８は注入モル比一定方式で、初期リン濃度Ｐｉを０.７５ 〜１０ｍｇ／Ｌ、アルカリ度ＡＬｉを２５〜２００ｍｇ／Ｌで変化させ、処理水リン濃度目標値Ｐｍを０.５ｍｇ／Ｌ の条件とした。図７と図８において、初期リン濃度に対して処理水リン濃度が幅をもって変化しているのは初期アルカリ度の影響である。このように、注入濃度及び注入モル比一定方式では、被処理水の変動に対して目標値（一点鎖線）を常時維持することができず、凝集剤を過剰に注入しておく必要がある。これに対して、図６の注入モル比変動方式では処理水リン濃度を目標値に維持でき、安定した処理水を提供することができる。
【００３４】
また、本発明によれば、被処理水のＰｉ／ＡＬｉ比に対応して単位金属塩量が除去できるリン量及びアルカリ量が決まり、これらの値と凝集剤注入量に基づいて生成される懸濁物量を精度良く演算でき、懸濁物量を考慮した微生物管理を実現でき、処理効率を低下させることのない適正な運転管理を提供できる。
【００３５】
なお、図１１は、嫌気−無酸素−好気法のプラントでｐＨとアルカリ度の関係を求めたものである。この図は生物反応槽の各槽と処理水の結果を符号変えして纏めている。両者は正の相関関係があり、処理過程に影響されずｐＨでアルカリ度を予測できることを示す。ｐＨはオンライン計測ができ、被処理水の変化を迅速に把握できるため、信頼性の高い制御の実現に有効である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を図面に沿って詳細に説明する。なお、各図を通して同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００３７】
〔実施例１〕
図１は嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）による下水処理設備の構成図で、処理水のリン濃度を目標値以下に管理する凝集剤制御装置を設けている。実施例１の下水処理設備は嫌気槽１Ａ，無酸素槽１Ｂ、と好気槽１Ｃから成る生物反応槽１，最終沈殿池２，凝集剤注入槽３，水中撹拌機５，汚泥返送設備７，汚泥排出設備８，送風機９，循環設備１０，凝集剤タンク１１，凝集剤注入設備１２から構成されている。
【００３８】
家庭や工場から排出された流入下水は最初沈殿池（図示せず）で粗大な狭雑物が沈殿除去され、生物反応槽１に流入する。流入下水１３の導かれる嫌気槽１Ａには最終沈殿池２から汚泥返送設備７を介して活性汚泥と呼ばれる微生物群である返送汚泥１４が供給され、流入下水１３と返送汚泥１４が水中撹拌機５Ａで撹拌混合される。嫌気状態下の嫌気槽１Ａにおいて、活性汚泥は細胞内に蓄積していたポリリン酸を加水分解してオルトリン酸（ＰＯ4 −Ｐ）として液中に放出する。また、活性汚泥はリン放出時に有機物を吸着し、細胞内に蓄積する。このため、嫌気槽１Ａではリン濃度が増加し、有機物が減少する。
【００３９】
嫌気槽１Ａの混合液は隔壁４Ａを介して無酸素槽１Ｂに導かれる。無酸素槽１Ｂには、循環設備１０により好気槽１Ｃから好気槽混合液が循環液１８として環流する。無酸素槽１Ｂでは、嫌気槽１Ａからの混合液と循環液１８が水中撹拌機５Ｂで撹拌混合される。無酸素槽１Ｂは溶存酸素を含む循環液１８が流入するが、殆ど酸素のない状態となり、好気槽１Ｃで生成された硝酸性あるいは亜硝酸性窒素を、嫌気槽１Ａから導かれた混合液中の有機物、あるいは活性汚泥が細胞内に蓄積した有機物を利用して窒素ガスに還元する脱窒機能を有する。このため、無酸素槽１Ｂでは硝酸性あるいは亜硝酸性窒素、及び有機物が減少する。
【００４０】
無酸素槽１Ｂの混合液は隔壁４Ｂを介して好気槽１Ｃに導かれる。好気槽１Ｃの底部には散気管６が設置されており、送風機９からの空気１８を散気し、混合液を撹拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給する。好気槽１Ｃにおいて、活性汚泥は吸着した有機物及び混合液中の有機物を酸素存在下のもと水と炭酸ガスに分解する。また、アンモニア性窒素を硝酸性あるいは亜硝酸性窒素に酸化する。さらに、液中のオルトリン酸をポリリン酸として細胞内に摂取する。この摂取量は、通常、嫌気槽１Ａで放出した以上の過剰摂取となるため、プロセス全体ではリンが減少して、除去されたことになる。
【００４１】
好気槽１Ｃの流出水１５は最終沈殿池２に導かれ、混合液中の活性汚泥が重力沈降する。上澄み液は処理水１６として塩素殺菌後河川や海洋に放流される。一方、沈殿した高濃度の活性汚泥は、その大部分が汚泥返送設備７により返送汚泥１４として生物反応槽１に返送され、増殖分に相当する一部を余剰汚泥１７として汚泥排出設備８を介して系外に排出する。余剰汚泥１７には生物反応槽１で除去されたリンも含まれている。
【００４２】
このように生物学的にリンを除去するプロセスでは、嫌気槽１Ａでの嫌気状態を維持してリンを良好に放出させる必要がある。リン放出が不十分である場合、好気槽１Ｃでのリンの摂取も悪く、過剰摂取をしなくなる。リン放出・摂取状態の悪化は、プロセス全体でのリン除去率の低下を招き、さらに処理水１６のリン濃度が流入下水１３より高くなることもある。
【００４３】
リン放出・摂取状態が悪化した場合、生物処理による急激な回復は困難なので、悪化現象を正確に検知し、速やかに処理水１６のリン濃度を目標値以下に維持するために金属塩などの凝集剤を注入する化学凝集処理を併用する。このため、本実施例の下水処理設備は凝集剤タンク１１と凝集剤注入設備１２を配設し、さらに、生物反応槽１の後段に凝集剤注入槽３を設け、計算機５０により演算制御される必要量の凝集剤２０を注入する。なお、凝集剤注入槽３には好気槽１Ｃの流出水１５と凝集剤２０を混合撹拌するため、送風機９からの空気１８の一部を散気している。流出水１５の流れを渦流あるいは乱流とする凝集剤注入槽３の構造にすれば、新たな混合撹拌機構は必要がない。
【００４４】
以下、計算機５０によって実現される凝集剤注入制御装置の構成と動作について説明する。好気槽１Ｃに採水設備２１を設置し、リン濃度計４１とアルカリ度計４２に送水する。リン濃度計４１及びアルカリ度計４２では、送水された好気槽１Ｃの混合液の活性汚泥を分離し、液中の溶解性リン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉを計測し、計算機５０のデータベース５５に入力、記憶される。採水設備２１の設置位置は少なくとも凝集剤２０の注入位置より上流側とし、凝集剤注入前（本例では好気槽の混合液）の被処理水のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉを測定する。好気槽１Ｃ混合液の活性汚泥分離は平膜や中空膜などの膜ろ過方式が適用でき、採水設備２１に設置してもよい。流量計３１，３２及び３３で計測された流入下水流量Ｑｉと返送汚泥流量Ｑｒ及び余剰汚泥流量Ｑｗ，汚泥濃度計４４及び４３で計測された好気槽１Ｃの汚泥濃度計測値Ｓｔ及び返送汚泥濃度Ｓｒも計算機５０のデータベース５５に入力される。
【００４５】
これらの入力値に基づいて、計算機５０はリンの除去が不良か否かを判定し、除去不良の場合、必要な凝集剤注入量を演算し、凝集剤注入設備１２を制御するとともに、汚泥濃度中の活性汚泥比率を演算し、汚泥返送設備７及び汚泥排出設備８を制御する。計算機５０は、係数演算部６０と凝集剤量演算部７０及び汚泥量演算部８０を有し、データベース５５からの計測情報に基づいて必要な凝集剤注入量を凝集剤量演算部７０で、返送及び余剰汚泥量を汚泥量演算部８０で演算し、夫々の制御装置へ出力する。
【００４６】
係数演算部６０では、まず、比率演算部６２で好気槽１Ｃのリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比率Ｒを演算し、除去係数演算部６３に出力する。除去係数演算部６３は、比率Ｒに基づいてリン除去係数Υｐとアルカリ度除去係数Υａを  （３）式と（４）式から演算する。凝集剤がＰＡＣの場合、係数ＡｐとＡL は０.４〜２.０、ＢｐとＢL は０.１〜１.０、ＫL は１.０〜５.０の範囲で設定される。注入係数演算部６４は、除去係数演算部６３から出力されたリン除去係数Υｐの逆数である単位リン量を除去するのに必要な金属量である注入係数ＣAlを演算する。この注入係数ＣAlをモル比換算して表してもよい。モル注入係数ＭAlは、リンと凝集剤に含有する金属の分子量比率ｍを用いて計算できる。含有金属がＡｌの場合、ｍ≒１.１５となる。演算式を（１２）式に示す。除去係数ΥｐとΥａは汚泥量演算部８０に、注入係数ＣAlあるいはＭAlは凝集剤量演算部７０に出力される。
【００４７】
ＣAl＝Ａｐ-1・Ｒ-Bp ，  ＭAl＝ｍ・ＣAl   …（１２）
凝集剤量演算部７０では、判定部７１でリン濃度Ｐｉと凝集剤注入後のリン濃度目標値Ｐｍの偏差量εｐを求め、凝集剤注入の要否を判定する。判定は、εｐ≦０の場合に注入不要とし、εｐ＞０の場合に注入要とする。注入要と判定された場合、注入濃度演算部７３は（７）′式あるいは（７）′式の（Ｐｉ−Ｐｍ）をεｐとして、金属換算の注入濃度Ｃａを演算する。
【００４８】
注入量演算部７４は、注入濃度Ｃａと被処理水流量から金属注入量Ｍを、金属注入量Ｍが含まれる凝集剤注入量Ｇを（１３）式より演算する。被処理水流量は、処理方式や凝集剤の注入位置で異なるが、図１の方式の場合、流入下水流量Ｑｉと返送汚泥流量Ｑｒの和となる。また、凝集剤に含有する金属濃度Ｃｍは凝集剤の種類や溶解条件で異なるため、金属量Ｍを含む凝集剤量に換算する必要がある。
【００４９】
Ｍ＝Ｃａ・(Ｑｉ＋Ｑｒ)  ，  Ｇ＝Ｍ／Ｃｍ                  …（１３）
凝集剤量制御装置２３は凝集剤注入設備１２を調節し、凝集剤注入槽３への凝集剤量が凝集剤量演算部７０の出力値Ｇとなるように制御する。この例の凝集剤注入設備１２はポンプであり、凝集剤量制御装置２３は流量計２４の計測値が凝集剤量Ｇの流量値となるようにポンプ回転数、あるいはストローク長を設定する。なお、偏差量εｐ≦０となれば、処理水のリン濃度は目標値を満たしていると判定し、凝集剤を停止する。この間欠操作により、余分な凝集剤の注入を抑制して運転コストを低減し、かつ、活性汚泥への悪影響を回避する。
【００５０】
汚泥量演算部８０では、係数演算部６０からのリン除去係数Υｐとアルカリ除去係数Υａ、及び凝集剤量演算部７０からの金属注入濃度Ｃａが入力され、生物反応槽１を循環する浮遊物質中の凝集剤起因の懸濁物と本来の活性汚泥濃度あるいは濃度比率を演求め、返送汚泥流量あるいは余剰汚泥流量の操作量を演算し、汚泥返送設備７及び汚泥排出設備８を制御する。除去濃度演算部８２は、除去係数ΥｐとΥａ及び注入濃度Ｃａからリン除去量Ｃｐとアルカリ除去量ＣL を    （１４）式より求める。懸濁生成濃度演算部８３は除去量ＣｐとＣL より生成懸濁物濃度ｄＳａを（１５）式より求める。凝集剤の金属塩がＡｌの場合、係数ｋｓ１は３.９４、ｋｓ３は０.５〜１.５の範囲で設定される。
【００５１】
Ｃｐ＝Ｃａ・Υｐ  ，  ＣL ＝Ｃａ・Υａ                    …（１４）
ｄＳａ＝ｋｓ１・Ｃｐ＋ｋｓ３・ＣL  …（１５）
環流懸濁物濃度演算部８４は、凝集剤を注入し、最終沈殿池２から返送汚泥１４を介して生物反応槽１に環流されたときの反応槽１における懸濁物濃度Ｓａを（１０）式により演算する。演算に必要な汚泥環流比αは、環流比率演算部８５で同様に（１０）式により求め、環流懸濁物濃度演算部８４へ出力する。活性汚泥比率演算部８６は、環流時の活性汚泥比率Υｓを汚泥濃度計４４で計測された全浮遊物濃度Ｓｔに基づいて（１１）式により予測演算する。流量演算部８７は目標値記憶部８８に予め入力されている汚泥管理項目の目標値となるように返送汚泥流量あるいは余剰汚泥流量を演算する。本実施例では、生物反応槽１の活性汚泥濃度と汚泥滞留時間（以下、ＳＲＴと称す）を管理項目とし、それらの目標値Ｓｍ及びＴｍを設定している。返送汚泥流量Ｑｒは、生物反応槽１の活性汚泥濃度を目標値Ｓｍに維持する方式の場合、（１６）式により演算できる。余剰汚泥流量Ｑｗは、ＳＲＴを目標値Ｔｍに維持する管理条件とした場合、    （１７）式により演算できる。ここで、Ｓｒは返送汚泥濃度計測値、Ｖは生物反応槽１の容積である。
【００５２】
Ｑｒ＝Ｓｍ・Ｑｉ／(Υｓ・Ｓｒ−Ｓｍ)                      …（１６）
Ｑｗ＝(Ｓｔ−Ｓａ-1)・Ｖ／(Υｓ・Ｓｒ・Ｔｍ)              …（１７）
返送量制御装置２４は汚泥返送設備７を調節し、返送汚泥流量が汚泥量演算部８０の出力値Ｑｒとなるように制御する。また、余剰量制御装置２７は汚泥排出設備８を調節し、余剰汚泥流量が汚泥量演算部８０の出力値Ｑｗとなるように制御する。この例の汚泥返送設備７及び汚泥排出設備８はポンプであり、制御装置２４は流量計３２の計測値、余剰量制御装置２７は流量計３３の計測値が出力流量値となるようにポンプ回転数、あるいはストローク長、あるいはポンプ台数を設定する。なお、ＳＲＴ目標値Ｔｍは、生物反応槽１全体での汚泥滞留時間としたが、好気槽のみを考慮したＡ−ＳＲＴを用いて設定することができる。このように、凝集剤で生成された懸濁物を除いた真の活性汚泥濃度を対象に汚泥管理することにより、安定した微生物処理を実現でき、良質の処理水を提供できる。
【００５３】
表示部９０を設け、上記した計算機５０の判定結果や演算情報を表示することもできる。また、計算機５０の演算結果による制御や制御量の実行可否、及び各種目標値や演算係数の設定変更などを入力，指示する機能を持たせることもできる。さらに、凝集剤の注入に対して、必要に応じて警報音を発生させてもよい。
〔実施例２〕
図９は、嫌気−無酸素−好気法による下水処理設備の構成図で、図１の構成との相違は、凝集剤量演算部７０における注入濃度の演算方式にある。除去係数演算部６３で求められたリン除去係数Υｐを係数演算部６０から凝集剤量演算部７０に出力する。注入濃度演算部７３は、（７）式により注入濃度Ｃａを演算する。金属注入量Ｍと凝集剤注入量Ｇの演算、及び凝集剤注入設備１２の操作方法は実施例１と同様である。
【００５４】
実施例２の方式は実施例１に比べて、演算部を少なくでき、演算誤差を低減させる凝集剤制御が可能である。
【００５５】
〔実施例３〕
図１０は、嫌気−無酸素−好気法による下水処理設備の構成図で、図１の構成との相違は、係数演算部６０の演算方式と、演算結果に基づいた凝集剤注入量及び汚泥量の演算方式にある。係数演算部６０において、第１除去係数演算部６５では（４）式によりアルカリ除去係数Υａを演算する。取込係数演算部６６は、（５）式により、アルカリ成分と凝集剤の反応で生成された水酸化物に吸着されるリン量であるリン過剰取込係数ＰALを求める。第２除去係数演算部６７では、取込係数ＰALを考慮したリン除去係数Υｐ′を（６）式により演算し、凝集剤量演算部７０に出力する。凝集剤量演算部７０の注入濃度演算部７３は、(７)式の第２式により注入濃度Ｃａを演算する。(５)式におけるＰａは０.２〜０.５，Ｐｂは０.１〜１.０の範囲で設定できる。
【００５６】
汚泥量演算部８０の除去濃度演算部８２では、凝集剤量演算部７０からの注入濃度Ｃａ、係数演算部６０からのアルカリ除去係数Υａとリン過剰取込係数ＰALに基づいて（８）式からアルカリとリンの除去濃度を演算する。懸濁生成濃度演算部８３は、（９）式により懸濁生成物濃度ｄＳａを求める。凝集剤の金属塩がＡｌの場合、（９）式中の係数ｋｓ２は３.０〜３.１に設定される。
【００５７】
注入濃度Ｃａ演算後の金属注入量Ｍと凝集剤注入量Ｇの演算、及び凝集剤注入設備１２の操作方法、さらに、懸濁生成物濃度ｄＳａ演算後の返送汚泥流量及び余剰汚泥流量の演算方法、及び汚泥返送設備７，汚泥排出設備８の操作方法は実施例１と同様である。
【００５８】
実施例３の方式は実施例１及び２に比べて、懸濁生成物濃度ｄＳａを精度良く演算でき、正確な活性汚泥比率に基づいた返送汚泥や余剰汚泥流量制御を実現でき、安定した微生物処理が可能である。
【００５９】
〔実施例４〕
図１２は、嫌気−無酸素−好気法による下水処理設備の構成図で、被処理水のｐＨ計測値を用いる係数演算部を設けている。図１の構成との相違は、好気槽１Ｃを対象にｐＨ計４５を設置し、計算機５０に被処理水のｐＨ計測値ｐＨｉを入力し、アルカリ度の演算方式にある。
【００６０】
係数演算部６０での濃度演算部６１は、被処理水ｐＨ計測値ｐＨｉに基づいて被処理水のアルカリ度ＡＬｉを予測演算する。演算式は、ｐＨとアルカリ度の間に図１１に示す特性があることから、その相関式から（１８）式で表せる。ここで、ｋａ及びｋｂは係数で、各々８０〜１８０，５０〜２２０の範囲で設定できる。（１８）式は、ｐＨ７を基準にｐＨｉからＡＬｉを求める方式であるが、ｐＨｉの値で直接演算する方式でもよい。
【００６１】
ＡＬｉ＝ｋａ＋ｋｂ(ｐＨｉ−７)                            …（１８）
比率演算部６２は、濃度演算部６１からのアルカリ度ＡＬｉとリン濃度計４１の計測値Ｐｉにより比率Ｒを演算する。演算結果に基づく各係数演算、及び凝集剤注入量，返送汚泥流量，余剰汚泥流量の演算方法は図１と同様である。
【００６２】
実施例４によれば、下水処理プロセスでこれまでオンライン計測項目に入っていないアルカリ度ＡＬｉを、信頼性の高いｐＨ計で予測できるため、監視制御装置の信頼性を向上できる。また、本実施例は、図１のみならず、図９，図１０、さらに後述する図１３にも適用可能である。
【００６３】
〔実施例５〕
図１３は、嫌気−無酸素−好気法による下水処理設備の構成図で、処理水リン濃度の計測値を用いる凝集剤制御装置を設けている。図１の構成との相違は、処理水１６を対象にリン濃度計４６を設置し、計算機５０にリン濃度計測値Ｐｏを入力する点と、凝集剤注入濃度Ｃａの演算方式にある。
【００６４】
判定部７１では、偏差量εｐで凝集剤注入の要否を判定するとともに、処理水リン濃度計測値Ｐｏと目標値Ｐｍの偏差量εｐ′を求め、｜εｐ′｜＞βの場合、補正濃度演算部７５で補正注入濃度ΔＣａを演算する。βは係数で、β＞０とする。演算式は、例えば、注入係数ＣAlを用いた（１９）式が適用できる。ＣAlの代わりにＭAlを用いることもでき、また、Υｐ，Υｐ′でεｐ′を除算する方式でもよい。
【００６５】
ΔＣａ＝ＣAl・εｐ′                                      …（１９）
必要濃度演算部７６は、注入濃度演算部７３の注入濃度Ｃａと補正濃度演算部７５の補正注入濃度ΔＣａを加算し、必要濃度Ｃを演算する。注入量演算部７４は、（１３）式のＣａをＣに置き換えて、金属注入量Ｍ及び凝集剤注入量Ｇを求め、凝集剤注入槽３への凝集剤量が凝集剤量演算部７０の出力値Ｇとなるように、凝集剤注入設備１２を制御する。
【００６６】
アルカリ成分の組成は日あるいは季節、さらには一時的な原因で変動し、除去係数を変化させる可能性がある。本実施例によれば、リン除去係数Υｐ，Υｐ′あるいはアルカリ除去係数Υａが流入下水の水質条件等で変化する場合も、適正な注入量に基づいた安定した凝集剤制御を可能とする。
【００６７】
なお、上記実施例では、補正注入濃度ΔＣａを演算する方式としたが、注入係数を補正することでもできる。補正注入係数ＣAl′は補正前の注入濃度Ｃａを偏差量εｐで除算することで求まる。
【００６８】
〔実施例６〕
図１４は、生物処理法による下水処理設備の後段を対象とした実施例の構成図で、処理水１６を被処理水とする凝集剤制御装置を設けている。本凝集剤制御装置は最終沈殿池２の後段に凝集剤注入槽３を設け、計算機５０により演算制御される必要量の凝集剤２０を注入する。凝集剤注入槽３の上流となる処理水１６中のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉを計測するリン濃度計４１とアルカリ度計４２、さらに、処理水１６の流量Ｑｏを計測できる流量計３１Ａを設置し、それらの計測値は計算機５０に入力される。凝集剤注入槽３の下流に懸濁物回収装置２Ａを設け、回収懸濁物は排泥装置８Ａで余剰汚泥１７と一緒にプロセス系外に排出し、懸濁物を回収した処理水１６Ａは殺菌後河川や海洋へ放流される。懸濁物回収装置２Ａは重力沈降式、あるいは膜及び遠心分離などの機械式固液分離方法を用いることができる。
【００６９】
実施例６における凝集剤注入制御方式は、注入量演算部７４の演算を除いて図１と同じである。注入量演算部７４では、流量計３１Ａからの処理水流量Ｑｏを用いて（１３）式で金属注入量Ｍを演算する。
【００７０】
本実施例は、リン及びアルカリ除去係数が活性汚泥が存在する場合と存在しない場合とで変化がなく、汚泥の有無に係わらず、同じ特性式で表現された試験結果に基づいている。本実施例では活性汚泥が殆ど存在しない最終沈殿池処理水を対象としたもので、前記実施例に比べて注入対象となる被処理水流量が低くなり、凝集剤量を低減できる効果がある。
【００７１】
また、図示しないが、下水処理設備から排出される汚泥を濃縮処理する汚泥処理設備にも本実施例を適用できる。
【００７２】
〔実施例７〕
図１５は、浄水処理設備の構成例で、沈殿上澄水（処理水）の濁度成分を目標値以下に管理する凝集剤制御装置を設けている。実施例７の浄水処理設備は流入原水中の微小な濁質粒子を凝集剤で凝集沈殿して除去するもので、着水井１０１，混和池１０２，フロック形成池１０３，沈殿池１０４，凝集剤タンク１１，凝集剤注入設備１２から構成されている。河川や湖沼から取水した流入原水１１１は沈砂池（図示せず）などで土砂や狭雑物が除去された後、着水井１０１に流入する。着水井１０１では他の原水や後段設備からの返送水と混合され、水質の安定化が図れる。混和池１０２では、凝集剤２０が注入され、撹拌機１０６で凝集剤を被処理水に均一に拡散させる。フロック形成池１０３は、撹拌機１０７を緩やかに回転させ、微小濁質粒子を凝集剤の作用で粗大な凝集塊（以下、フロックと称す）とし、沈降しやすい状態にする。沈殿池１０４では、粗大化したフロックを沈殿除去し、清澄な上澄液を形成させる。澄液は砂ろ過，殺菌処理などの工程を経て、水道水となる。
【００７３】
以下、計算機５０で実現される凝集剤制御装置の構成と動作について説明する。着水井１０１に水質計測器１２１を設置して濁度，ｐＨ，水温，アルカリ度を計測し、それらの計測値Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉを計算機５０に入力する。また、リン濃度計４１を設置し、溶解性リン濃度計測値ｐｉを計算機５０に入力する。浄水処理の場合、流入原水１１１中の濁質粒子はリンを殆ど含まない物質であるため、図１で説明した濁質の前処理機能を持つ採水設備２１を設置しなくてもよい。しかし、取水源に生物が繁殖している、あるいは、浄水処理の前段に生物処理を導入している場合は採水設備２１を設置すれば、より正確な溶解性リン濃度を計測できる。着水井１０１の流出水の流量Ｑｉを計測する流量計１２３を設け、その出力値Ｑｉを計算機５０に入力する。
【００７４】
これらの入力値に基づいて、計算機５０ではリンによる凝集剤消費の影響を考慮するか否かを判定し、考慮要と判定した場合に凝集剤注入量の補正量を演算し、凝集剤注入設備１２を制御する。係数演算部６０の比率演算部６２の演算機能は上記実施例と同じである。消費比率演算部６７は、リン成分による凝集剤中の金属塩消費割合ηｐを（２０）式から求める。
【００７５】
ηｐ＝Ｒｐ・ＲPc …（２０）
ここで、Ｒｐ及びＰｃは係数で、各々０.２〜０.８，０.１〜１.０の範囲で設定される。
【００７６】
凝集剤量演算部７０では、まず、判定部７１でリンによる凝集剤補正の可否を判定する。可否の判定は、例えばηｐが設定値ηｍより大きい場合に補正要とする。注入濃度演算部７３は、凝集剤補正否の場合、Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉに基づいて予め設定された注入モデル：ｆ（Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉ）で注入濃度Ｃａを演算する。補正要の場合は、リン成分による凝集剤中の金属塩消費割合ηｐを考慮した（２１）式で演算する。注入量演算部７４の演算機能は上記実施例と同じである。凝集剤量制御装置２３は流量計３４の計測値が演算出力値Ｇとなるように、凝集剤注入設備１２を制御する。
【００７７】
Ｃａ＝(１＋ηｐ)・ｆ(Ｔｕｉ，ｐＨｉ，Ｔｍｉ，ＡＬｉ)      …（２１）
本実施例によれば、浄水処理において、凝集剤を消費する成分であるリンが流入しても、濁質粒子を適正に除去する凝集剤注入制御が可能である。
【００７８】
なお、本発明の実施例１〜５では嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）を対象としたが、嫌気−好気法（ＡＯ法），嫌気−好気−無酸素−好気法（ＡＯＡＯ法）などの高度処理方式だけでなく、標準活性汚泥法や活性汚泥循環変法にも適用可能である。また、膜処理を利用した方式にも適用できる。凝集剤の注入位置は、生物反応槽と沈殿池の間としているが、生物反応槽あるいは沈殿池に注入しても同様の効果が期待できる。さらに、リン及びアルカリ除去係数やリンの金属塩消費率は指数式で表現したが、Ｒの２次式で表現することもできる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理水のリン濃度Ｐｉとアルカリ度ＡＬｉの比から凝集剤の消費内訳を定量化し、単位リン量を除去するための金属塩量変化に見合って必要な凝集剤量を求めることができ、この演算値に基づいて凝集剤注入量を制御することで、必要最小限の凝集剤量で処理水のリン濃度を目標値以下に維持することができ、懸濁物生成量も抑制できるため、良好な処理水質の運転管理を実現できる。また、本発明によれば、被処理水のＰｉ／ＡＬｉ比に対応して単位金属塩量が除去できるリン量及びアルカリ量が決まり、これらの値と凝集剤注入量に基づいて生成される懸濁物量を精度良く演算でき、懸濁物量を考慮した微生物管理を実現でき、処理効率を低下させることのない適正な運転管理を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による凝集剤制御装置と汚泥量制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図２】単位凝集剤量当たりの除去変化特性の試験結果の一例を示すグラフ。
【図３】リン濃度とアルカリ度の試験結果の一例を示すグラフ。
【図４】凝集剤注入量をモル比で表した試験結果の一例を示すグラフ。
【図５】懸濁物生成量の計算値と実測値の試験結果の一例を示すグラフ。
【図６】本発明による凝集剤注入制御方式の試験結果の一例を示すグラフ。
【図７】注入濃度一定による凝集剤注入制御方式の試験結果の一例を示すグラフ。
【図８】注入モル比一定による凝集剤注入制御方式の試験結果の一例を示すグラフ。
【図９】実施例２による凝集剤制御装置と汚泥量制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図１０】実施例３による凝集剤制御装置と汚泥量制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図１１】ｐＨとアルカリ度の試験結果の一例を示すグラフ。
【図１２】実施例４による凝集剤制御装置と汚泥量制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図１３】実施例５による凝集剤制御装置と汚泥量制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図１４】実施例６による凝集剤制御装置を含む下水処理設備の構成図。
【図１５】実施例７による凝集剤制御装置を含む浄水処理設備の構成図。
【符号の説明】
１…生物反応槽、１Ａ…嫌気槽、１Ｂ…無酸素槽、１Ｃ…好気槽、２…最終沈殿池、３…凝集剤注入槽、７…汚泥返送設備、８…汚泥排出設備、９…送風機、１０…循環設備、１１…凝集剤タンク、１２…凝集剤注入設備、２１…採水設備、２３…凝集剤量制御装置、２５…返送量制御装置、２７…余剰量制御装置、３１，３２，３３，３４…流量計、３９Ａ…空気量制御部、３９Ｂ…返送量制御部、３９Ｃ…循環量制御部、４１…リン濃度計、４２…アルカリ度計、４３，４４…汚泥濃度計、４５…ｐＨ計、５０…計算機、５５…データベース、６０…係数演算部、６１…濃度演算部、６２…比率演算部、６３…除去係数演算部、６４…注入係数演算部、７０…凝集剤量演算部、７１…判定部、７３…注入濃度演算部、７４…注入量演算部、８０…汚泥量演算部、８２…除去濃度演算部、８３…懸濁生成濃度演算部、８４…環流懸濁物濃度演算部、８５…環流比率演算部、８６…活性汚泥比率演算部、８７…流量演算部、８８…目標値記憶部，９０…表示部、１０１…着水井、１０２…混和池、１０３…フロック形成池、１０４…沈殿池、１２１…水質計測器、１２３…流量計。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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