(57)【要約】【課題】  専門的な知識、膨大な計算負荷、物理試験を必要とせずに、装置内の混合分布状態を考慮した排水処理挙動を予測する。【解決手段】  入力部１は、処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件などを入力する。槽内旋回流量算出部５は、槽内に発生する旋回流量を、気泡スリップ速度と圧力バランスの２式をモンテカルロ法で解き、得られた解の平均値を旋回流量とする。槽内組成変化算出部６は、槽内を数個の領域に仮想分割して上記旋回流により循環が行われるとした部分槽列モデルを使用し槽内組成変化を計算する。流出組成算出部７は、エアリフト旋回流計算を行う場合に、該処理槽の流出組成を算出する。【選択図】    図１
2006021168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力学的操作条件と微生物数学モデルを用いて処理槽内の組成を計算する排水処理シミュレーションシステムにおいて、
処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件を入力する入力手段と、
エアリフトによる槽内旋回流量Ｑ１を、乱数発生手段を用いて算出する槽内旋回流量仮定手段と、
Ｑ１を利用して、ライザーのガスホールドアップを算出するガスホールドアップ算出手段と、
ライザーのガスホールドアップ、前記入力された値より求まる槽内旋回流の流路抵抗から槽内旋回流量Ｑ２を算出する槽内旋回流量算出手段と、
あらかじめ設定された誤差ｅと｜Ｑ１−Ｑ２｜との大小を比較し、ｅ＞｜Ｑ１−Ｑ２｜の場合にはＱ１、Ｑ２の少なくともいずれか一方を格納し、槽内旋回流量Ｑ１の仮定、槽内旋回流量Ｑ２の算出、大小比較結果を繰り返すことにより格納された少なくとも１つ以上の槽内旋回流量の平均値を、旋回流量とする旋回流量決定手段と、
槽内を数個の領域に仮想分割して、前記旋回流量決定手段により決定した旋回流量により循環が行われるとした部分槽列モデルを使用して槽内組成変化を計算する槽内組成変化算出手段と
を具備することを特徴とする排水処理シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記排水処理シミュレーションシステムは、
ユーザが任意の処理槽に対して完全混合計算を行うかエアリフト旋回流計算を行うかを選択する処理槽選択手段をさらに備え、
前記旋回流量算出手段および前記槽内組成変化算出手段は、前記処理槽選択手段によりエアリフト旋回流計算を行うことが選択された場合に、それぞれの演算を実行することにより、該処理槽の流出組成を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の排水処理シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記旋回流量決定手段は、代表旋回流量を計算する過程において、設定誤差範囲ｅを徐々に減算する
ことを特徴とする請求項１記載の排水処理シミュレーションシステム。
【請求項４】
前記槽内組成変化算出手段は、
槽内組成変化を計算するための微分方程式を積分する際、各槽の各演算対象パラメータに対してΔ＝現在値×所定変化率／反応速度を参照し、最も小さいΔを積分刻み幅として採用する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排水処理シミュレーションシステム。
【請求項５】
水力学的操作条件と微生物数学モデルを用いて処理槽内の組成を計算する手段を備え、
前記手段は、
槽内組成変化を計算するための微分方程式を積分する際、各槽の各演算対象パラメータに対してΔ＝現在値×所定変化率／反応速度を参照し、最も小さいΔを積分刻み幅として採用する
ことを特徴とする排水処理シミュレーションシステム。
【請求項６】
前記処理槽内の微生物反応を表現する前記モデルがＩＷＡのＡＳＭ１、ＡＳＭ２、ＡＳＭ２ｄ、ＡＳＭ３、及びそれらの有機物蓄積プロセスとリン蓄積菌作用プロセスを修正したモデルである
ことを特徴とする請求項１〜５記載の排水処理シミュレーションシステム。
【請求項７】
水力学的操作条件と微生物数学モデルを用いて処理槽内の組成を計算する排水処理シミュレーションシステムにおいて、
槽間の流体についてそれぞれ固形分移送ブロック率αを入力、記憶する手段と、
各槽間マスバランス微分方程式中の固形成分の移送項に、固形分移送ブロック率αを係数として与える手段と、
与えられたブロック率αを微分方程式に代入して積分操作を行う手段と
を備えたことを特徴とする排水処理シミュレーションシステム。
【請求項８】
前記排水処理シミュレーションシステムは、
槽間の流体についてそれぞれ固形分移送ブロック率αを入力、記憶する手段をさらに備え、
槽内組成変化算出手段は、
各槽間マスバランス微分方程式中の固形成分の移送項に、固形分移送ブロック率αを
係数として与える手段を備え、与えられたブロック率αを微分方程式に代入して積分操作を行う
ことを特徴とする請求項１〜６記載の排水処理シミュレーションシステム。
【請求項９】
コンピュータを用いて水力学的操作条件と微生物数学モデルを用いて処理槽内の組成を計算する排水処理シミュレーション方法において、
処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件をコンピュータに入力し、
エアリフトによる槽内旋回流量Ｑ１を、乱数発生手段を用いて算出し、
Ｑ１を利用して、ライザーのガスホールドアップを算出し、
前記ライザーのガスホールドアップ、前記入力された値より求まる槽内旋回流の流路抵抗から槽内旋回流量Ｑ２を算出し、
あらかじめ設定された誤差ｅと｜Ｑ１−Ｑ２｜との大小を比較し、ｅ＞｜Ｑ１−Ｑ２｜の場合にはＱ１、Ｑ２の少なくともいずれか一方を格納し、槽内旋回流量Ｑ１の仮定、槽内旋回流量Ｑ２の算出、大小比較結果を繰り返すことにより格納された少なくとも１つ以上の槽内旋回流量の平均値を、旋回流量とし、
槽内を数個の領域に仮想分割して、前記決定した旋回流量により循環が行われるとした部分槽列モデルを使用して槽内組成変化を計算する
ことを特徴とする排水処理シミュレーション方法。
【請求項１０】
コンピュータを用いて水力学的操作条件と微生物数学モデルを用いて処理槽内の組成を計算するために、
処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件を入力し、
エアリフトによる槽内旋回流量Ｑ１を、乱数発生手段を用いて算出し、
Ｑ１を利用して、ライザーのガスホールドアップを算出し、
前記ライザーのガスホールドアップ、前記入力された値より求まる槽内旋回流の流路抵抗から槽内旋回流量Ｑ２を算出し、
あらかじめ設定された誤差ｅと｜Ｑ１−Ｑ２｜との大小を比較し、ｅ＞｜Ｑ１−Ｑ２｜の場合にはＱ１、Ｑ２の少なくともいずれか一方を格納し、槽内旋回流量Ｑ１の仮定、槽内旋回流量Ｑ２の算出、大小比較結果を繰り返すことにより格納された少なくとも１つ以上の槽内旋回流量の平均値を、旋回流量とし、
槽内を数個の領域に仮想分割して、前記決定した旋回流量により循環が行われるとした部分槽列モデルを使用して槽内組成変化を計算する
ことをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理設備の処理挙動予測、解析、制御、設備設計、運転計画策定に用いられる排水処理シミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、閉鎖域の環境富養化防止のために排水基準が厳しくなりつつある。排水中のＢＯＤを安価に除去する方法としては、活性汚泥法があり、さらに窒素、リンを生物学的に除去する方法として、嫌気好気循環により汚泥中の菌相を変化させるＡＯ、Ａ２Ｏ法が良く知られている。
【０００３】
窒素除去については、好気環境における絶対好気性硝化細菌によるアンモニアの硝化、嫌気環境における脱窒細菌による脱窒と、作用細菌種が異なり機構が明確である為に、その運転管理については、ランニングコストとの兼ね合い以外には大きな問題は生じない。
【０００４】
しかしながら、リン除去については、リン除去を司るリン蓄積菌の作用機構が複雑である為、その装置設計、運転条件決定、安定運転に非常に多くの労力を要する。一般には、リン蓄積菌は、嫌気環境で体内のポリリン酸を分解するエネルギーを用いて嫌気環境で他細菌に対し優先的に栄養源を摂取し、好気環境では体内の有機物をエネルギー源として増殖活動及び液中のオルトリンを吸収し、体内にポリリン酸の形として貯蔵すると言われるが、その作用は完全には解明されてはいない。
【０００５】
生物学的な脱窒・脱リンを定量化するために、国際水環境学会により活性汚泥中の微生物活動を数学モデルで表現した「活性汚泥モデル」ＡＳＭ１が発表されている。その後バージョンアップが重ねられ、現時点では、ＡＳＭ３（例えば非特許文献１参照）が最新の数学モデルとなる。ただし、このうち、生物学的リン除去が計算可能であるのは、ＡＳＭ２（例えば非特許文献２参照）、ＡＳＭ２ｄ（例えば非特許文献３参照）であり、最新のＡＳＭ３で生物学的リン除去を計算する為には、ＥＡＷＡＧから発表されたＢｉｏ−Ｐモジュール（例えば非特許文献４参照）等のリン蓄積菌モデルオプションを用いなければならない。
【０００６】
活性汚泥モデルの普及により、生物学的排水処理の定量化が大きく前進し、それを用いた運転管理や装置設計などを行う動きが活発化している。ただし、活性汚泥モデル自体は、多数のパラメータ及び微分方程式を含むため、その使用方法を熟知しないと扱いづらい欠点があった。そこで、専門的な知識が無くとも、活性汚泥モデルを用いて処理設備の定量予測・解析を行う手段として、専門的な部分は、ブラックボックスとしてシミュレーションソフト化されつつあり（例えば、ＷＥＳＴ：登録商標、ＡＱＵＡＳＩＭ：登録商標、ＧＰＳ-Ｘ：登録商標、ＡｑｕａＮａｖｉ：登録商標）、その利用機会は急速に増大傾向にある。
【非特許文献１】Ｗ．Ｇｕｊｅｒ  Ｗａｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．３９（１）１８３〜１９３（１９９９）
【非特許文献２】Ｗａｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．３１（２）、１−１１（１９９５）
【非特許文献３】Ｈｅｎｚｅ  Ｗａｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｖｏｌ３９，Ｎｏ．１，ｐｐ１６５−１８２（１９９９）
【非特許文献４】Ｌ．ＲＩＥＧＥＲ  Ｗａｔ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１６、ｐｐ３８８７−３９０３（２００１）
【非特許文献５】東京都下水道局  第４０回下水道研究発表会講演集ｐ１９２
【非特許文献６】日立プラント建設  第３７回下水道研究発表会講演集Ｐ．４３１
【非特許文献７】古屋  水環境学会誌Ｖｏｌ.２３  Ｎｏ．５（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術によるシミュレーションシステムでは、装置構造特有の混合分布を表現できないという問題がある。装置内の混合分布は特に溶存酸素濃度分布に顕著に表れ、それにより嫌気・好気環境を利用する脱窒・脱リンの挙動が大きく異なることが知られている（特願２００２−２９８６０３、特願２００４−０２１２４６；出願人  三菱レイヨン）。その影響による計算誤差を微生物反応速度のパラメータの調整で回避することは本質的な対策でなく、物理的な因子をモデリングしなければ、そのシミュレーションモデルの汎用性はない。
【０００８】
混合分布を簡易的に表現する方法として、好気槽内に無酸素領域を所定割合設定する手法（例えば非特許文献５参照）や、直接ＣＦＤ等と連結して膨大な計算を行う手法（例えば非特許文献６参照）があるが、前者は本質的でなく、後者は気液二相流を計算しなければならないため、計算負荷が甚大で迅速な出力が不可能である。
【０００９】
前記手法を用いずに槽内分布を表現する手法としては、利用者が槽内の混合状態を槽列モデル化することにより表すしかないが（非特許文献７参照）、槽列間での物質移動を推測することが困難であることが問題となる。
【００１０】
また、第２の問題点としては、専門的な部分をブラックボックス化しすぎるために、その汎用性が低下することにある。特に、活性汚泥法を用いる場合は完全混合状態を前提とすることが主であるため、溶解成分と浮遊成分は、均一に移送されるものとして扱われるが、槽内混合分布、沈降、ろ過を表現する場合には、溶解成分と浮遊成分は任意の割合で移送できるように設定可能でなければならない。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、専門的な知識、膨大な計算負荷、物理試験を必要とせずに、装置内の混合分布状態を考慮した排水処理挙動を予測することができる排水処理シミュレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは鋭意検討の結果、処理水槽内のエアリフト旋回流を、化学工学分野における多数の気泡塔相関式のうち２式を連立させ、かつモンテカルロ法でその解を得ることにより、迅速に実際の旋回流量と同程度の流量を概算できることを見つけ、さらにその手法を排水処理シミュレーションシステム内に任意で使用する手法を構築することにより、排水処理シミュレーションシステムの汎用性を高め、本発明に至った。
即ち、本発明における排水処理シミュレーションシステムは、処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件を入力することにより、槽内に発生する旋回流量を、気泡スリップ速度と圧力バランスの２式をモンテカルロ法で解き、得られた解の平均値を旋回流量とするサブルーチン（１）と、槽内を数個の領域に仮想分割して前記旋回流により循環が行われるとした部分槽列モデルを使用し槽内組成変化を計算するサブルーチン（２）を有し、ユーザが任意の処理槽に対して完全混合計算を行うかエアリフト旋回流計算を行うかを選択可能として、エアリフト旋回流計算を行う場合はサブルーチン（１）、（２）を実行することにより、該処理槽の流出組成を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、上記旋回流算出における乱数探索時に、仮定した旋回流量値を解として認識させるための誤差判定値eを徐々に小さくしていくことが好ましい。これにより、分散を抑えた精度の高い解を得ることができるようになる。
【００１４】
さらに、エアリフト旋回流計算を実行する処理槽については、ＧＵＩにて当該槽への流入位置及び当該槽からの流出位置を選択できるようにし、サブルーチン（２）内の部分槽列モデルにおける各領域の物質収支を数式化した微分方程式中に、他槽からの流入項、他槽への流出項に係数を乗じたものを加えておき、選択した接続位置によってその係数値を変更することが好ましい。これにより、あらゆる接続位置に対して対応可能な形態にしておくことができるようになる。
【００１５】
さらに、微分方程式を積分する際には、各槽（領域含む）の各演算対象パラメータに対してΔ＝現在値×所定変化率／反応速度を参照し、最も小さいΔを積分刻み幅として採用することが好ましい。これにより、演算対象パラメータの異常変化（負値、発散）を回避可能にしておくことができるようになる。
【００１６】
さらに、これらの排水処理シミュレーションシステムでは、微生物反応速度の算出にＩＷＡの活性汚泥モデルＡＳＭ１、ＡＳＭ２、ＡＳＭ２ｄ、ＡＳＭ３及びこれらのリン蓄積菌作用プロセスと有機物蓄積プロセスを変更した独自活性汚泥モデルのうちいずれかを用いることが好ましい。
【００１７】
さらに、これらの排水処理シミュレーションシステムでは、処理槽Ａと処理槽Ｂの間を流体が移動することを設定する際に、その流量に加えて固形分と溶解成分の移送比率を設定できるようにしておくことが好ましい。これにより、活性汚泥法を用いる場合は完全混合状態を前提としないシミュレーションが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、本発明の形式による排水処理シミュレーションにより、化学工学的な専門的な知識や、流動解析などの膨大な計算負荷、物理試験を必要とせずに、エアリフト旋回流を伴う装置内の混合分布状態を考慮した排水処理挙動を簡易予測することが可能となり、また一方でユーザが様々な装置形態のモデリングが可能となる。さらに、複雑な装置形態モデリングにおいても計算値が異常値（負値など）となり難いため計算値の信頼性がより高くなり、所望の排水水質基準を満たすための試行錯誤を行うことなくプラント運転条件変更方針が明確となり、環境への悪影響（富栄養化）を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態による排水処理シミュレーションシステムを図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態による排水処理シミュレーションシステムを示す概略ブロック図である。図において、入力部１は、処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法（処理槽の底面積、処理槽の液深、処理槽内部上昇流領域（ライザー）の底面積、処理槽底部からライザー下端までの距離、液面からライザー上端までの距離、ライザー下部の周長、散気管の設置位置と曝気条件（曝気風量）を入力する。
なお、処理槽内部上昇流領域（ライザー）は、下降流領域との間で、物理的な仕切りによって区画されている必要は必ずしもない。仕切りを設けない場合は、処理槽底部からライザー下端までの距離、液面からライザー上端までの距離については、これらに相当する値を、散気管の設置位置と曝気条件を基に、計算により求める。
【００２１】
気泡スリップ速度算出部２は、ガス・液比から気泡スリップ速度を算出する。ガスホールドアップ算出部３は、気泡スリップ速度からライザーのガスホールドアップを算出する。流路抵抗算出部４は、処理槽とライザーとの幾何学比から槽内旋回流の流路抵抗を算出する。槽内旋回流量算出部５は、気泡スリップ速度と圧力バランスの２式をモンテカルロ法で解き、得られた解の平均値を旋回流量として算出する。より具体的には、エアリフトによる槽内旋回流量Ｑ１を、設定された値に基づき、乱数発生手段を用いて算出する。そして、ガス・液比から気泡スリップ速度を算出し、ライザーのガスホールドアップを算出する。続いて、ライザーのガスホールドアップ、設定された値に基づき処理槽とライザーの幾何学比から演算される槽内旋回流の流路抵抗から、槽内旋回流Ｑ２を算出して記憶する。そして、あらかじめ設定された誤差ｅと｜Ｑ１−Ｑ２｜との大小を比較し、ｅ＞｜Ｑ１−Ｑ２｜の場合にはＱ１、Ｑ２の少なくともいずれか一方を格納する。以上の、槽内旋回流量Ｑ１の仮定、槽内旋回流量Ｑ２の算出、大小比較結果を繰り返すことにより格納された少なくとも１つ以上の槽内旋回流量の平均値を代表値とする。また、上記代表旋回流量を計算する過程において、設定誤差範囲ｅを徐々に減算することにより、格納される旋回流量値の精度を向上させるようにしてもよい。
【００２２】
槽内組成変化算出部６は、少なくとも完全混合型、エアリフト旋回流発生型の２種から選択された混合状態が、エアリフト旋回流発生型、もしくはそれに類するものである場合に、槽内を数個の領域（少なくとも曝気部、非曝気部の２領域以上）に仮想分割して前記旋回流で内液が循環するとした部分槽列モデル（微分方程式：微分方程式群ｑ：ｄＳｉ，ｊ／ｄｔ＝｛Σ（Ｆｋ，ｊ＊Ｓｉ，ｋ）−Ｓｉ，ｊ＊ΣＦｊ，ｍ＋Ｒｉ，ｊ＊Ｖｊ｝／Ｖｊ  ：Ｓｉ，ｊ：領域ｊ第ｉ成分濃度、Ｆｋ，ｊ：領域ｋから領域ｊへの流量、Ｒｉ，ｊ：微生物数学モデルにより算出される領域ｊ第ｉ成分反応速度、Ｖｊ：領域ｊ体積）を使用し、該処理槽への流入組成、流入量を引数として代入することによりｑを解いて槽内組成変化を計算する。流出組成算出部７は、槽内組成変化算出部６の一部として、処理槽への流入組成、流入量に基づいて、該処理槽の流出組成を算出する。記憶部８は、処理槽及び処理槽内の上昇流発生部の諸寸法と曝気条件や、槽内旋回流量Ｑ１、槽内旋回流量Ｑ２、槽内旋回流量平均値などを記憶する。表示部９は、各種メニュー画面や、データ入力画面などを表示する。
【００２３】
なお、上述した各部は、コンピュータのソフトウエアにより実現され、市販の排水処理シミュレーションソフトウエアを改造したものでも、また新たに独自で作成したシミュレーションソフトウエアでもよい。ここでは、汎用プログラミングソフトウエアを用いて作成した排水処理シミュレーションソフトウエアを例に説明する。
【００２４】
次に、上述した排水処理シミュレーションシステムの動作について説明する。ここで、図２ないし図５は、排水処理シミュレーションシステムの動作を説明するためのフローチャートである。また、図６ないし図１５は、排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【００２５】
まず、図６に示すメイン画面を表示する（Ｓ１）。そして、図６に示すメイン画面のメインメニューＡから「槽の設定」が選択されると（Ｓ２の「槽の設定」）、図７に示す槽設定フォームが展開される（Ｓ３）。図７に示す槽設定フォームには、槽容積、液温、曝気条件を設定する（Ｓ４）他に、槽の形態を設定する為のボタンＢが存在する。ボタンＢ上には、現在の槽形態が表示される。デフォルトでは、槽形態は「完全混合槽」となっている。
【００２６】
次に、ボタンＢが押されると、図８に示す槽形態の詳細設定フォームが展開される（Ｓ５）。詳細設定フォームには、現在選択している槽の番号の他に、槽形態をリストＣから選択できる。リストＣにおいて、「ドラフトチューブ付ＭＢＲ」を選択すると（Ｓ６）、図９に示すパネルＤが表示される（Ｓ７）。
【００２７】
パネルＤでは、エアリフト旋回流を計算するために必要な入力項目が設定される（Ｓ８）。より詳細には、図９に示すフィールドＤ１では曝気槽の幾何学形状を入力する。図１０に示すフィールドＤ２では、曝気条件を入力する。また、図１１に示すフィールドＤ３では、旋回流量を手入力するか計算で求めるかを選択できる。そして、図１２に示すフィールドＤ４では、他槽からの流入位置と他槽への流出位置を選択するリストＥにより、流入・流出位置を設定する。
【００２８】
このように、ＧＵＩにて当該槽への流入位置及び当該槽からの流出位置を選択できるようにし、後述する旋回流量を算出する際に、部分槽列モデルにおける各領域の物質収支を数式化した微分方程式中に、他槽からの流入項、他槽への流出項に係数を乗じたものを加えておき、選択した接続位置によってその係数値を変更することにより、あらゆる接続位置に対して対応可能にできる。
【００２９】
より具体的には、上記微分方程式について他槽からの流入項、他槽への流出項を記述し、それら流入項、流出項にある係数ａを乗算しておき、演算上分割された処理槽への他槽からの流入位置、及び他槽への流出位置の組み合わせに認識番号ｎを与え、認識番号ｎを選択することにより該認識番号に該当する流入位置、流出位置を記入した処理槽を、図１２に示すように図表示する。そして、認識番号ｎを槽内分割数Ｎで除算した商ｎ１と剰余ｎ２を算出し、ｎ１、ｎ２が領域ｎを表すｑ内微分方程式認識番号ｎと等しい場合にａ＝１、等しくない場合にａ＝０を返すようにし、ｎの値に基づきｑ内各微分方程式の流入項、流出項のオンオフを行うことによりあらゆる流入位置、流出位置に対応可能とする。
【００３０】
次に、これらの設定が終了した後、図１２に示すボタンＦが押されると、フィールドＤ３で手入力が選択されたか否かを判断する（Ｓ９）。そして、フィールドＤ３で手入力が選択された場合には、入力値をそのまま旋回流量とし（Ｓ１０）、部分槽列を内部に生成する（Ｓ１２）。一方、フィールドＤ３で計算で求めることが選択された場合には、旋回流算出サブルーチンを起動して旋回流量を算出し（Ｓ１１）、部分槽列を内部に生成する（Ｓ１２）。
【００３１】
ここで、上記旋回流算出サブルーチンについて詳細に説明する。旋回流算出サブルーチンでは、まず、ダウンカマー部の液相線流速ｕ１を乱数を用いて仮定する（Ｓ２０）。次に、ダウンカマー部の液相線流速ｕ１からＲｏｕｈａｎｉ式（化学工学便覧改訂五版  ｐ．２７５）を用いてライザー部のガスホールドアップεＧＲを算出する（Ｓ２１）。
【００３２】
次に、得られたガスホールドアップεＧＲおよび槽内旋回流の流路抵抗ら、ドラフトチューブ内外の圧力バランス式としてＣｈｉｓｔｉ式（下式）を用いて、ダウンカマー部の液相線流速ｕ２を算出する（Ｓ２２）。
【００３３】
【数１】
2006021168.tif 000003
【００３４】
ここで、ＵＬＲ：上昇線流速、ｇ：重力加速度、Ｚ：液深、εＧＲ：上昇流部ガスホールドアップ、εＧＤ：下降流部ガスホールドアップ、ＫＴ：塔頂抵抗、ＫＢ：塔底抵抗、ＡＲ：上昇部面積、ＡＤ：下降部面積である。
【００３５】
次に、液相線流速ｕ１と液相線流速ｕ２との偏差が内部設定値よりも小さい場合には、液相線流速ｕ１をメモリ上に蓄積する（Ｓ２３）。次に、得られた液相線流速ｕ１の個数が所定量以上となった時に、得られた全ての液相線流速ｕ１の平均値をダウンカマーの下降線流速として旋回流量を算出する（Ｓ２４）。この時、図７に示す槽設定フォームのボタンＢのテキストプロパティをエアリフト旋回流れ発生型の一種である「ドラフトチューブ付ＭＢＲ」に変更する（Ｓ２５）。以降、プログラム上でドラフトチューブ付ＭＢＲとして認識される（図１３）。
【００３６】
次に、図２に説明を戻すと、図６に示すメイン画面のメインメニューＡから「流量の設定」が選択されると（Ｓ２の「流量の設定」）、図１４に示す水力学的条件を入力する為のフォームを展開する（図４のＳ３０）。ここでは、原水流入量、濾過水流量、余剰汚泥量、凝集剤注入量、循環流量の設定（Ｓ３１）の他に、循環（オーバーフロー含）の固形分輸送ブロック率αを入力することが可能である（Ｓ３２）。具体的には、循環の吸引側と吐出側の各槽をリストＧ、Ｈから選択すると、現在選択している循環パスの流量がテキストボックスＩに表示され、かつ固形分ブロック率αの設定ボタンＪが表示される。ボタンＪを押すと、αが入力可能となる。αは実際の演算上では固形成分の移送項にのみ乗じられる。
【００３７】
また、図６に示すメイン画面のメインメニューＡ中の「計算のコントロール」から「積分計算」（図示せず）が選択されると（Ｓ２の「積分計算」）、図１５に示すように、積分の最大刻み、最小刻みの他に、演算対象変数Φの最大変化幅ｄΦ／Φを入力する部分Ｋを持つフォームを展開する（Ｓ４０）。ここでは、積分の最大刻み、最小刻みの他に、演算対象変数Φの最大変化幅ｄΦ／Φが設定される（Ｓ４１）。入力した値はメモリ上に保持され、シミュレーション実行時に使用される（後述）。
【００３８】
そして、微生物モデルの設定、初期値の設定、計算の設定、出力の設定を行った後、メイン画面上のボタンＬが押されると（Ｓ２の「シミュレーションの実行」）、必要入力項目の入力が完了されているかを判断し（Ｓ１５）、必要入力項目が全て入力されている場合には、シミュレーションが開始される（Ｓ１６）。計算過程で、「ドラフトチューブ付ＭＢＲ」として登録されている処理槽は、通常積分ルーチン（完全混合槽槽列計算）を経由せず、旋回流による循環を行う部分槽列計算サブルーチンを経由し、フィールドＤ４で設定した流出位置の組成を通常積分ルーチンへ返す操作を行う。
【００３９】
また、これらの積分過程において、全槽（ドラフトチューブ付ＭＢＲとして登録されている場合には全領域）について、全演算対象パラメータΦのｄΦ/Φが設定値となる積分刻み幅ｄｈを算出する。全ｄｈの中で最も小さい値が積分幅として採用され、積分が進行する。
【００４０】
より具体的には、各槽の微生物反応を表す微分方程式を積分する際に、変数の最大変化幅ｄＸｍａｘ、積分最大刻み幅Δｍａｘを設定し、第ｉ槽、第ｊ成分Ｓｊ，ｉの反応速度Ｒｊ，ｉを格納し、Δｉｊ＝ｄＸｍａｘ×Ｓｊ，ｉ／Ｒｊ，ｉと、Δｍａｘとを比較し、Δｍａｘ＞Δｉｊの場合にΔｍａｘ＝Δｉｊとする操作を全てのｉ，ｊについて行い、一連の操作から得られたΔｍａｘを積分刻み幅として積分を行うことにより、変数値の異常変化、すなわち負値や発散を回避する。
【００４１】
以上の通り排水処理シミュレーションシステムにおいて、演算が行われ、処理槽内の組成が計算される。なお、この廃水処理シミュレーションシステムを、廃水処理の運転支援システムに適用することも可能である。
【００４２】
なお、上述の排水処理シミュレーションシステムは内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した排水処理シミュレーションシステムの処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４３】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態による排水処理シミュレーションシステムを示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図７】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図８】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図９】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１０】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１１】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１２】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１３】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１４】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【図１５】同実施形態における排水処理シミュレーションシステムの画面例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  入力部
２  気泡スリップ速度算出部
３  ガスホールドアップ算出部
４  流路抵抗算出部
５  槽内旋回流量算出部
６  槽内組成変化算出部
７  流出組成算出部
８  記憶部
９  表示部
【図１】
2006021168.tif 000004
【図２】
2006021168.tif 000005
【図３】
2006021168.tif 000006
【図４】
2006021168.tif 000007
【図５】
2006021168.tif 000008
【図６】
2006021168.tif 000009
【図７】
2006021168.tif 000010
【図８】
2006021168.tif 000011
【図９】
2006021168.tif 000012
【図１０】
2006021168.tif 000013
【図１１】
2006021168.tif 000014
【図１２】
2006021168.tif 000015
【図１３】
2006021168.tif 000016
【図１４】
2006021168.tif 000017
【図１５】
2006021168.tif 000018