(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の水処理制御装置では好気槽末端の溶存酸素計に加え高価なアンモニア計を設置して制御を行っていたため改良した制御装置を提供する。【解決手段】上流側好気槽１１と生物反応槽１０として下流側に位置する下流側好気槽１２と流入水水質を推定する流入水質推定部と上流側好気槽の水質を推定する上流側好気槽水質推定部と下流側好気槽の水質を推定する下流側好気槽水質推定部と上流側好気槽への風量を流入水質推定部と上流側好気槽水質測定部での推定結果に基づき演算する上流側好気槽風量演算部３２と下流側好気槽への風量を上流側好気槽水質測定部と下流側好気槽水質測定での推定結果に基づき演算する下流側好気槽風量演算部３４とを備えた水処理制御装置において，下流側好気槽推定部で推定する水質が溶存酸素濃度で流入水質推定部と上流側好気槽水質推定部で推定する水質が酸素による酸化により値が変動する物質であることを特徴とする。【選択図】図１
2015051389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水である流入水と，
前記流入水が流入する生物反応槽と，
前記生物反応槽の一部として上流側に位置する上流側好気槽と，
前記生物反応槽の一部として下流側に位置する下流側好気槽と，
前記流入水の水質を推定する流入水質推定部と，
前記上流側好気槽の水質を推定する上流側好気槽水質推定部と，
前記下流側好気槽の水質を推定する下流側好気槽水質推定部と，
前記上流側好気槽への風量を前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質測定部での推定結果に基づき演算する上流側好気槽風量演算部と，
前記下流側好気槽への風量を前記上流側好気槽水質測定部と前記下流側好気槽水質測定での推定結果に基づき演算する下流側好気槽風量演算部とを備えた水処理制御装置において，
前記下流側好気槽推定部で推定する水質が溶存酸素濃度で，
前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質推定部で推定する水質が酸素による酸化により値が変動する物質であることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項２】
請求項１の水処理制御装置において、
前記流入水を含まない１つまたは複数の流入水群と，
前記流入水群のそれぞれが流入する生物反応槽群と，
前記生物反応槽群のそれぞれの上流側に位置する上流側好気槽群と，
前記生物反応槽群のそれぞれの下流側に位置する下流側好気槽群と，
前記流入水群と前記流入水の流量の合計である全流量を推定する流入水群流量推定部と，
前記上流側好気槽群と前期上流側好気槽への全上流側好気槽風量を演算する上流側好気槽群風量演算部と，
前記下流側好気槽群と前期下流側好気槽への全下流側好気槽風量を演算する下流側好気槽群風量演算部と，
前記流入水の流量を推定する流入水流量推定部と，を備えた水処理設備で，
前記上流側好気槽群風量演算部で演算される前記全上流側好気槽風量の目標値が，
前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記上流側好気槽風量との積であり，
前記下流側好気槽群風量演算部で演算される前記全下流側好気槽風量の目標値が，
前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記下流側好気槽風量との積であることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項３】
請求項１又は、請求項２の水処理制御装置において、
前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質推定部で推定する水質がアンモニア性窒素であることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちの１つの水処理制御装置において、
前記上流側好気槽水質推定部の水質の目標値を，前記流入水質推定部により推定された前記流入水の水質に基づいて演算する上流側好気槽水質目標値演算部と，を備えたことを特徴とする水処理制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちの１つの水処理制御装置において、
前記上流側好気槽風量演算部により演算した上流側好気槽風量と，前記下流側好気槽風量演算部により演算した下流側好気槽風量に基づいて，前記生物反応槽への生物反応槽風量を演算する生物反応槽風量演算部と，を備えたことを特徴とする水処理制御装置。
【請求項６】
請求項５の水処理制御装置において、
前記流入水を含まない１つまたは複数の流入水群と，
前記流入水群のそれぞれが流入する生物反応槽群と，
前記流入水群と前記流入水の流量の合計である全流量を推定する流入水群流量推定部と，
前記生物反応槽群への全生物反応槽群風量を演算する全生物反応槽群風量演算部と，
前記流入水の流量を推定する流入水流量推定部と，
を備えた水処理設備で，
前記生物反応槽群風量演算部で演算される全生物反応槽群風量の目標値が，
前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記生物反応槽風量演算部で演算される前記生物反応槽風量との積であることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちの１つの水処理制御装置において、
前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値を，前記上流側好気槽水質推定部により推定された水質に基づいて演算する下流側好気槽水質目標値演算部を備えたことを特徴とする水処理制御装置。
【請求項８】
請求項７の水処理制御装置において、
前記下流側好気槽水質目標値演算部で演算される前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値が，
下流側差分水質−下流側目標水質関係に基づいて演算されるもので，前記下流側差分水質−下流側目標水質関係が，前記上流側好気槽の水質と処理水目標水質との差分と，前記下流側好気槽の水質の目標値との関係であり，
前記下流側好気槽水質推定部で推定された水質と前記処理水目標水質との差分から，前記下流側好気槽推定部の水質の目標値を演算することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項９】
請求項７、又は請求項８水処理制御装置において、
前記下流側風量演算部は，下流側好気槽水質推定部の水質の目標値に基づき，前記下流側好気槽風量を演算することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうちの１つの水処理制御装置において、
前記上流側風量演算部は，風量−上流側差分水質関係に基づいて演算されるもので，
前記風量−上流側差分水質関係が，前記上流側好気槽風量と，前記流入水の水質と前記上流側好気槽の水質との差分との関係であり，
前記流入水質推定部で推定された水質と前記上流側好気槽水質推定部で推定された水質との差分から，前記上流側好気槽風量を演算することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちの１つの水処理制御装置において、
前記上流側好気槽水質推定部の水質の目標値と前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値を表示する演算結果表示部を備えたことを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１２】
請求項１１の水処理制御装置において、
前記演算結果表示部が，
前記上流側風量演算部で演算した前記上流側好気槽風量と，
前記下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量を表示することを特徴とする水処理制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，主として下水処理場の処理水の水質を制御する水処理制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題への対応が必須となった昨今，下水処理場においても，公共水域へ放流する処理水の水質向上に加え，さらなる省エネ化が求められている。
【０００３】
下水処理場では，活性汚泥と呼ばれる微生物縣濁液により，下水中の有機物や窒素などを除去する。ブロワにより活性汚泥に空気を吹き込む反応槽を好気槽と呼ぶが，好気槽では有機物は微生物による同化・異化反応により摂取・消費され，除去される。流入下水中の窒素の多くはアンモニア性窒素の形で含まれるが，これは酸素の存在下で硝化菌により硝酸性窒素に酸化される。この硝酸性窒素の一部は返送汚泥中に残留し，上流側に返送される。その際，窒素ガスへと還元する脱窒反応が生じて，窒素成分が除去される。一方，硝化不足により放流水中にアンモニア性窒素が残留すると，放流水域の水生生物への影響や溶存酸素（ＤＯ）の消費が懸念されることから，放流先の環境維持には硝化反応の適切な管理が要求される。そのためには電力を多く消費するブロワによる風量供給を適正に制御する必要がある。風量供給量が十分でない場合は，硝化不足による環境への悪影響を引きおこす。あるいは，風量供給量が過剰な場合，硝化完了後も風量が無駄に供給されるため消費電力が増大する。
【０００４】
下水処理の制御には，好気槽の下流側の末端に設置したＤＯ計のＤＯを制御指標として用いるＤＯ制御がある。好気槽の下流側の末端ＤＯを一定に保つようにブロワ風量を制御することで，微生物の活性を維持し，有機物除去や硝化反応を制御する（例えば，非特許文献１）。
【０００５】
近年，活性汚泥中のアンモニア性窒素濃度を計測するアンモニア計の精度の向上や，個別の生物反応槽に適した小容量のブロワの制御性が向上したことから，単系列の生物反応槽へのブロワ風量の制御に，アンモニア計を用いた制御方式が検討されている（非特許文献２）。好気槽を上流側と下流側の二つに概念的に分割して考えた場合，上流側の好気槽末端にアンモニア計を設置し，下流側の好気槽の末端にＤＯ計を設置する。上流側のアンモニア濃度の計測値が目標値を上回った場合，下流側のＤＯの目標値を増加し，ブロワ風量を制御する。下回った場合は，ＤＯの目標値を低減する。また，流入流量により空気との接触時間が変化するため，流入流量が増減に合わせてＤＯの目標値も増減させる。この制御方法は，基本的にはＤＯ制御であるが，ＤＯの目標値を上流側のアンモニア濃度に応じて可変とすることで，目標とするアンモニア濃度を達成することを狙う。
【０００６】
（特許文献１）の方法では，生物反応槽へ流入する下水の流量，各好気槽への風量，およびそれぞれの好気槽に設置したアンモニア計の測定値から，あらかじめ設定した各好気槽間の硝化量に必要な各好気槽への風量を演算し，過不足ない風量で硝化を進行させる。
【０００７】
（非特許文献１）「下水道施設計画・設計指針と解説」２００９年版，発行所日本下水道協会
（非特許文献２）遠藤和広: アンモニア計とDO計を用いた送風量制御システムの開発, 第47回下水道研究発表会講演集, pp.918-920 (2010)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１７０８８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
（非特許文献１）の方法において，ＤＯは微生物の反応活性に関係するパラメータであるが，硝化反応で考慮すべきアンモニア性窒素そのものではない。そのため，流入流量や流入水質の変動により，風量不足あるいは過剰風量となる場合があった。
【００１０】
（非特許文献２）の方法は，上流側の好気槽末端のアンモニア濃度から，全好気槽への風量を決定するため，アンモニア計より下流側に到達した流入下水の流入時のアンモニア負荷が，上流側の流入アンモニア負荷よりも大きい場合，全体として風量は過剰となり，消費エネルギーが大きくなることがあった。逆に，アンモニア計より下流側に到達した流入下水の流入時のアンモニア負荷が，上流側の流入アンモニア負荷よりも小さい場合，アンモニア負荷が大きい上流側での風量が小さくなるため，下流側に到達した時点で処理可能負荷よりも大きくなり，放流水質が悪化する課題があった。
【００１１】
（特許文献１）の方法は，好気各槽にアンモニア計を設置することで精緻な制御を実施するが，（非特許文献１）で通常の処理場での設置が推奨される好気槽末端のＤＯ計に加えて，同じく好気槽末端に高価なアンモニア計を設置することは，コスト的な課題があった。
【００１２】
また，（非特許文献１），（非特許文献２），（特許文献１）における制御方法は，単一の生物反応槽に関わるものであり，通常，複数系列の生物反応槽で処理する下水処理において，それぞれの生物反応槽に制御に必要な計測器やブロワなどの制御機器をそれぞれ設置するのはコスト的な面から実用的でない。これらの制御方法では，複数系列での制御方式について明示されていないといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を達成するために、本発明は被処理水である流入水と，前記流入水が流入する生物反応槽と，
前記生物反応槽の一部として上流側に位置する上流側好気槽と，前記生物反応槽の一部として下流側に位置する下流側好気槽と，前記流入水の水質を推定する流入水質推定部と，前記上流側好気槽の水質を推定する上流側好気槽水質推定部と，前記下流側好気槽の水質を推定する下流側好気槽水質推定部と，前記上流側好気槽への風量を前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質測定部での推定結果に基づき演算する上流側好気槽風量演算部と，前記下流側好気槽への風量を前記上流側好気槽水質測定部と前記下流側好気槽水質測定での推定結果に基づき演算する下流側好気槽風量演算部とを備えた水処理制御装置において，前記下流側好気槽推定部で推定する水質が溶存酸素濃度で，前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質推定部で推定する水質が酸素による酸化により値が変動する物質であることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記流入水を含まない１つまたは複数の流入水群と，前記流入水群のそれぞれが流入する生物反応槽群と，前記生物反応槽群のそれぞれの上流側に位置する上流側好気槽群と，前記生物反応槽群のそれぞれの下流側に位置する下流側好気槽群と，前記流入水群と前記流入水の流量の合計である全流量を推定する流入水群流量推定部と，前記上流側好気槽群と前期上流側好気槽への全上流側好気槽風量を演算する上流側好気槽群風量演算部と，前記下流側好気槽群と前期下流側好気槽への全下流側好気槽風量を演算する下流側好気槽群風量演算部と，前記流入水の流量を推定する流入水流量推定部と，を備えた水処理設備で，前記上流側好気槽群風量演算部で演算される前記全上流側好気槽風量の目標値が，前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記上流側好気槽風量との積であり，前記下流側好気槽群風量演算部で演算される前記全下流側好気槽風量の目標値が，前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記下流側好気槽風量との積であることを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記流入水質推定部と前記上流側好気槽水質推定部で推定する水質がアンモニア性窒素であることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記上流側好気槽水質推定部の水質の目標値を，前記流入水質推定部により推定された前記流入水の水質に基づいて演算する上流側好気槽水質目標値演算部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記上流側好気槽風量演算部により演算した上流側好気槽風量と，前記下流側好気槽風量演算部により演算した下流側好気槽風量に基づいて，前記生物反応槽への生物反応槽風量を演算する生物反応槽風量演算部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記流入水を含まない１つまたは複数の流入水群と，前記流入水群のそれぞれが流入する生物反応槽群と，前記流入水群と前記流入水の流量の合計である全流量を推定する流入水群流量推定部と，前記生物反応槽群への全生物反応槽群風量を演算する全生物反応槽群風量演算部と，前記流入水の流量を推定する流入水流量推定部と，を備えた水処理設備で，前記生物反応槽群風量演算部で演算される全生物反応槽群風量の目標値が，前記流入水群流量推定部により推定される全流量と前記流入水流量推定部により推定される前記流入水の流量の比と前記生物反応槽風量演算部で演算される前記生物反応槽風量との積であることを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値を，前記上流側好気槽水質推定部により推定された水質に基づいて演算する下流側好気槽水質目標値演算部を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記下流側好気槽水質目標値演算部で演算される前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値が，下流側差分水質−下流側目標水質関係に基づいて演算されるもので，前記下流側差分水質−下流側目標水質関係が，前記上流側好気槽の水質と処理水目標水質との差分と，前記下流側好気槽の水質の目標値との関係であり，前記下流側好気槽水質推定部で推定された水質と前記処理水目標水質との差分から，前記下流側好気槽推定部の水質の目標値を演算することを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記下流側風量演算部は，下流側好気槽水質推定部の水質の目標値に基づき，前記下流側好気槽風量を演算することを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記上流側風量演算部は，風量−上流側差分水質関係に基づいて演算されるもので，前記風量−上流側差分水質関係が，前記上流側好気槽風量と，前記流入水の水質と前記上流側好気槽の水質との差分との関係であり，前記流入水質推定部で推定された水質と前記上流側好気槽水質推定部で推定された水質との差分から，前記上流側好気槽風量を演算することを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記上流側好気槽水質推定部の水質の目標値と前記下流側好気槽水質推定部の水質の目標値を表示する演算結果表示部を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明は水処理制御装置において，前記演算結果表示部が，前記上流側風量演算部で演算した前記上流側好気槽風量と，前記下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量を表示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば，下水処理の水質を適切に制御しつつ消費エネルギーを抑制できる。また，複数系列の処理に関して，制御機器を備えた系列と同程度の制御効果が発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１の水処理制御装置の構成図
【図２】複数の流入アンモニア性窒素濃度に対する適正な硝化処理過程を表すグラフ
【図３】流入アンモニア性窒素濃度に対する目標アンモニア性窒素濃度を表すグラフ
【図４】積算風量に対する処理アンモニア性窒素濃度を表すグラフ
【図５】下流側好気槽のアンモニア性窒素負荷に対する目標ＤＯを表すグラフ
【図６】実施例１の制御フローチャート
【図７】流体塊の移流を表す図と計算式
【図８】風量配分関数を表すグラフ
【図９】時刻tnの各流体塊のパラメータ
【図１０】画面表示部の例
【図１１】実施例２の水処理制御装置の構成図
【図１２】実施例３の水処理制御装置の構成図
【図１３】実施例４の水処理制御装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の各実施例を図面により説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明の実施例１の構成図である。
【００２９】
本実施例は標準活性汚泥法に本水処理プロセス制御装置を適用した例で，活性汚泥により下水を処理する生物反応槽１０の処理を制御する。活性汚泥で満たされた生物反応槽１０は，上流側好気槽１１と下流側好気槽１２に分割されている。風量制御部３６から空気が生物反応槽１０全体，すなわち上流側好気槽１１と下流側好気槽１２に送り込まれる。流入水１は，まず上流側好気槽１１に流入し，風量制御部３６からの空気と活性汚泥により処理される。処理された流入水は下流側好気槽１２に流入し，風量制御部３６からの空気と活性汚泥によりさらに処理され，処理水２として系外に放流される。
【００３０】
流入水質推定部であるアンモニア計（流入）２１では，流入水１中のアンモニア性窒素濃度を計測する。計測されたアンモニア性窒素濃度に基づき，上流側好気槽水質目標値演算部３１で，上流側好気槽のアンモニア性窒素濃度の目標値を演算する。上流側好気槽１１の末端に設置された上流側好気槽水質推定部であるアンモニア計２２での測定値と，前述した上流側好気槽のアンモニア性窒素濃度の目標値に基づき，上流側好気槽風量演算部３２で，上流側好気槽１１へ吹き込む最適な風量を演算する。下流側好気槽水質目標演算部３３では，流量計２０で計測された処理水１の流量とアンモニア計２２での測定値に基づいて，下流側好気槽水質推定部の水質の目標値として下流側好気槽の溶存酸素濃度（ＤＯ）の目標値を演算する。演算したＤＯの目標値と下流側好気槽の末端に設置された下流側好気槽水質推定部である溶存酸素濃度計２３での計測値に基づき，下流側好気槽風量演算部３４で，下流側好気槽１２へ吹き込む最適な風量を演算する。
【００３１】
本実施例では，制御できる風量は，風量制御部３６から生物反応槽１０に吹き込まれる全風量のみとし，上流側好気槽風量および下流側好気槽風量は個別に制御できないものとした。すなわち，それぞれの演算結果に基づき生物反応槽風量演算部３５で生物反応槽１０に吹き込む全風量を演算する。
【００３２】
まず，制御対象とする下水処理場固有のパラメータとして，運転条件と水質等の関係を取得する。本実施例では，国際水協会（ＩＷＡ）の活性汚泥モデル（ＡＳＭ）に代表される微生物反応モデルと，下水処理場のプロセスを表す流れモデルを組み合わせて下水水質シミュレータを用いた。この下水水質シミュレータで処理対象とする処理場の処理過程を再現した後，運転条件と水質等の関係を演算していいる。
【００３３】
図２はアンモニア性窒素濃度の流下方向への変化例であり，異なる流入アンモニア濃度に対して，処理水アンモニア性窒素濃度を目標値1mgN/Lとなる風量で運転したと想定した場合の結果である。様々な条件に対して，処理水アンモニア性窒素濃度が目標値となる結果から，制御に用いる近似曲線の関係式を構築する。図３は，流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係である。好気１槽から好気４槽を上流側好気槽１１として，アンモニア計２２を上流側好気槽１１の末端である好気４槽に設置した。この図から，あらかじめ設定した目標値に対して，流入水の水質が変動する場合，中間の目標値を変化させることで，安定した処理となることが示唆される。図４は風量−上流側差分水質関係で，流入水の水質と上流側好気槽の水質の差分である，上流側好気槽１１で処理されたアンモニア性窒素濃度（流入値−アンモニア計位置の値）と，上流側好気槽への風量である，処理に要した積算風量の関係を表す。積算風量が増加するにつれて処理されたアンモニア性窒素濃度が大きくなることが分かる。図５は下流側差分水質―下流側目標水質関係であり，上流側好気槽の水質と処理水目標水質の差分から導出した，下流側好気槽１２に流入したアンモニア性窒素濃度の負荷（濃度×流量）に対する，下流側好気槽の水質の目標値である目標ＤＯとの関係である。目標ＤＯは目標水質を達成するために必要なＤＯ値である。これより，負荷が大きくなると目標ＤＯを大きく取る必要があることが分かる。
【００３４】
以上の関係を用いて，必要な風量を決定する。図６は演算プロセスのフローチャートを示す。時刻t=tnでは，まず流量計２０で流入流量Q(tn) [m3/h]を取得する（ステップ１：以下、Ｓ１と称す）。次に現時刻の曝気風量QB(tn) [m3/h]を取得する（Ｓ２）。本実施例での計算手法の特徴は，単位時間Δt（=tn-tn-1）あたりに生物反応槽１に流入した流体塊それぞれの位置，曝露風量，アンモニア処理量を計算することである。計算の概念図を図７に示す。時刻t0で体積Q(t0)Δtの流体塊t0が生物反応槽１１に流入したとすると，この流体塊t0の時刻tの位置x(t0,t)は，各時刻での流下長さQ(t)/S・Δt（S [m2]：流下方向に対する生物反応槽１１の断面積）の合計値となる（Ｓ３）。この合計値が上流側好気槽１１の末端に設置したアンモニア計２２の位置x=xNH4以上となった場合，説明は逆となったが，時刻tnでのアンモニア計位置到達流体塊流入時刻はt0となる（Ｓ４）。時刻t0で流入した流体塊に対する積算風量VB(t0,t) [m3]は，生物反応槽１１の容量V [m3]に対する単位時間Δtあたりの風量QB(t)Δtが，流体塊の位置xにおける平均値１の風量配分関数D(x)（図８に示す）に応じて，流体塊の容量Q(t0)Δtに作用するため，各時刻での作用風量QB(t)Δt・Q(t0)Δt/V・D(x)の積算値となる（Ｓ５）。次に上流側好気槽１１の末端に設置したアンモニア計２２によりアンモニア性窒素濃度NH4(tn)を計測する（Ｓ６）。
【００３５】
下流側好気槽風量の演算では，まず，下流側好気槽水質目標演算部３３で，アンモニア性窒素濃度と図３の関係から目標溶存酸素濃度DOtg(tn)を演算する（Ｓ７）。下流側好気槽風量演算部３４では，溶存酸素濃度計２３で計測した溶存酸素濃度DO(tn)（Ｓ８）が目標溶存酸素濃度DOtg(tn)となるように，下流側好気槽風量QBd(tn+1)を演算する（Ｓ９）。演算方法としてはPID制御方式などがあり，比例項Pだけで考えると例えば（数式１）のようになる。
【００３６】
【数１】
2015051389.tif 000003
ここで，Vd [m3]は下流側好気槽の容量，Ｋ [m3/hr・L/mg]は比例定数，α [mg/L]は補正係数である。処理水を手分析等で計測した際，想定している水質（アンモニア濃度等）からずれた場合，補正係数αを増減させることを考える。本実施例では，後述するように下流側好気槽風量QBdと上流側好気槽風量QBuから全風量QBを算出するため，時刻tnの下流側好気槽風量はQB(tn)Vd/Vである。
【００３７】
上流側好気槽風量の演算では，まず時刻tの流入水のアンモニア性窒素濃度NH4in(t)を計測する（Ｓ１０）。水質目標値演算部３１では，時刻t0で流入して時刻tnにアンモニア計２２の位置に達した流体塊t0に関するアンモニア性窒素濃度処理量ΔNH4(tn) = NH4in(t0) - NH4(tn)を演算する（Ｓ１１）。上流側好気槽風量演算部３２では，図４に示した風量−上流側差分水質関係について，積算流量VB(t0,tn)とΔNH4(tn)は，流体塊t0への風量−上流側差分水質関係の実測値となることから，この実測値を用いて風量−上流側差分水質関係を修正する（Ｓ１２）。修正には新たな実測点を加えた上で近似曲線を再演算しても良いし，その際に，追加時刻に応じて重み係数を変化させても良い。次に，図３に示した流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係を参照して（Ｓ１３），NH4in(tn)に対応する上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度NH4tg(tn)を演算する（Ｓ１４）。このNH4tg(tn)からアンモニア性窒素濃度処理量の目標値ΔNH4tg(tn) = NH4in(tn) - NH4tg(tn)を算出し，Ｓ１２で修正した風量−上流側差分水質関係のグラフを参照して，流体塊tnに対する目標積算風量VBtg(tn)を演算する（Ｓ１６）。
【００３８】
図９は時刻tnにおける上流側好気槽１１のそれぞれの流体塊に対するパラメータで，0 < i < n（i, nは整数）である。目標積算風量VBtg(t)と積算風量VB(t,tn)の差分は流体塊tがxNH4に到達するまでに必要な風量となる。この差分をxNH4に到達するまでの時間で割った値が時刻tnでの流体塊必要風量ΔQB(t,tn) [m3/hr]とすると，ΔQB(t,tn)は（数式２）で表される（Ｓ１７）。
【００３９】
【数２】
2015051389.tif 000004
これより上流側好気槽風量QBu(tn+1)は（数式３）で表される（Ｓ１９）。
【００４０】
【数３】
2015051389.tif 000005
【００４１】
風量演算部３５では，上流側好気槽風量QBu(tn+1)，下流側好気槽風量QBd(tn+1)から生物反応槽風量QB(tn+1)（数式４）を演算する（Ｓ１９）。
【００４２】
【数４】
2015051389.tif 000006
これにより，時刻tn+1の生物反応槽風量QB(tn+1)が導出でき，これに基づき風量を制御する。
【００４３】
以上の制御方式により，上流側での水質制御と下流側での水質制御を同時に考慮することができる。また，制御方式で用いる風量，水質などの関係グラフは，実測値に基づき毎周期更新されるため，常に処理場の最新の活性汚泥の性状を反映できる。また，下流側は従来のDO制御と同様にDO計のみの設置でとなり，過剰な計測器なしで水質を制御できる。
【００４４】
図１０は，上流側好気槽水質推定部の水質であるアンモニア性窒素濃度の目標値と下流側好気槽水質推定部の水質である溶存酸素濃度の目標値を表示する演算結果表示部であるモニター画面である。また，上流側風量演算部で演算した上流側好気槽風量と下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量をそれぞれ上流側・下流側の風量計算値として表示した。これにより，常に運転状況を把握しながらの適切な運転管理が実施できる。
【００４５】
本実施例では，（数式４）で生物反応槽風量QB(tn+1)を演算したが，QBu(tn+1)，QBd(tn+1)それぞれの重み付け係数を可変としても良い。流入変動に対する対応性および処理水水質の目標追従性を向上させる場合は，QBd(tn+1)の重み付け係数に対してQBu(tn+1)の重み付け変数を大きくしても良い。処理水水質の目標値を出来るだけ遵守させる場合は，QBu(tn+1)の重み付け係数に対してQBd(tn+1)の重み付け係数を大きくしても良い。また，流入アンモニア性窒素濃度が大きい場合は，流入変動に対する対応性を高め，小さい場合は，処理水水質の目標値の遵守性を高めるなど，それぞれの重み係数を可変とすることも可能である。
【００４６】
本実施例では，（数式３）でΔQB(t,tn)を等しい重み付けで加算したが，下流側で重み付けを大きくするなど，可変とすることも可である。また，実績に応じて重み付けを変更することも可能である。
【００４７】
本実施例では流体塊の概念を上流側好気槽１１のみに適用したが，下流側好気槽１２に適用することも可能である。
【００４８】
本実施例では，流入水質推定部２１でアンモニア計を用いて流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定したが，UV計による有機物濃度の測定値に基づいてアンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。また，流入流量や季節，時間，降雨情報等に基づいてあらかじめ作成したデータベースに基づいて，アンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。
【００４９】
本実施例では，流入水の水質と上流側好気槽の水質をアンモニア性窒素濃度としたが，前記の二つの水質が同一で酸化により変動する水質であれば，有機物，全窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。また，下流側好気槽の水質を溶存酸素濃度としたが，酸化により変動する水質であれば，酸化還元電位やアンモニア性窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。
【００５０】
本実施例では流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係を常に同一として扱ったが，処理実績に基づいてこの関係を補正することも可能である。
【００５１】
本実施例では，生物反応槽１０を上流側好気槽１１と上流側好気槽１２に分割したが，生物反応槽にはこれら以外の好気槽，無酸素槽，嫌気槽などの処理槽を設けることも可能である。
【実施例２】
【００５２】
図１１は本発明の実施例２の構成図である。
【００５３】
本実施例は前述の実施例１の構成から生物反応槽風量演算部３５を風量制御部３６と取り除き，上流側風量制御部３７および下流側風量制御部３８を備えた。上流側好気槽風量演算部３２は上流側風量制御部３７と，下流側好気槽風量演算部３４は下流側風量制御部３８とそれぞれ連通している。
【００５４】
実施例１では，制御できる風量は，風量制御部３６から生物反応槽１０に吹き込まれる全風量のみとし，上流側好気槽風量および下流側好気槽風量は個別に制御できないものとした。すなわち，それぞれの演算結果に基づき風量演算部３５で生物反応槽１０に吹き込む全風量を演算する。一方，本実施例では，複数のブロワや風量弁により個別に制御できる場合であり，上流側好気槽風量演算部３２および下流側好気槽風量演算部３４で演算した結果を上流側好気槽１１および下流側好気槽１２に吹き込む風量としてそのまま適用する。この場合，下流側好気槽風量QBd(tn+1)を表す（数式１）は，以下の（数式５）となる。
【００５５】
【数５】
2015051389.tif 000007
すなわち，上流側好気槽風量と下流側好気槽風量を個別に制御できるため，時刻tnの下流側好気槽風量としてQBd(tn)を用いればよい。これにより，時刻tn+1の生物反応槽風量QB(tn+1)が導出でき，これに基づき風量を制御する。
【００５６】
以上の制御方式により，上流側での水質制御と下流側での水質制御を同時に考慮することができる。また，制御方式で用いる風量，水質などの関係グラフは，実測値に基づき毎周期更新されるため，常に処理場の最新の活性汚泥の性状を反映できる。また，下流側は従来のDO制御と同様にDO計のみの設置でとなり，過剰な計測器なしで水質を制御できる。
【００５７】
前述の図１０のモニター表示例を本実施例にも適用可能である。このモニター画面では、上流側好気槽水質推定部の水質であるアンモニア性窒素濃度の目標値と下流側好気槽水質推定部の水質である溶存酸素濃度の目標値を表示する演算結果表示部を示している。また，上流側風量演算部で演算した上流側好気槽風量と下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量をそれぞれ上流側・下流側の風量計算値として表示した。これにより，常に運転状況を把握しながらの適切な運転管理が実施できる。
【００５８】
本実施例では，（数式４）で生物反応槽風量QB(tn+1)を演算したが，QBu(tn+1)，QBd(tn+1)それぞれの重み付け係数を可変としても良い。流入変動に対する対応性および処理水水質の目標追従性を向上させる場合は，QBd(tn+1)の重み付け係数に対してQBu(tn+1)の重み付け変数を大きくしても良い。処理水水質の目標値を出来るだけ遵守させる場合は，QBu(tn+1)の重み付け係数に対してQBd(tn+1)の重み付け係数を大きくしても良い。また，流入アンモニア性窒素濃度が大きい場合は，流入変動に対する対応性を高め，小さい場合は，処理水水質の目標値の遵守性を高めるなど，それぞれの重み係数を可変とすることも可能である。
【００５９】
本実施例では，（数式３）でΔQB(t,tn)を等しい重み付けで加算したが，下流側で重み付けを大きくするなど，可変としてもよい。また，実績に応じて重み付けを変更することも可能である。
【００６０】
本実施例では流体塊の概念を上流側好気槽１１のみに適用したが，下流側好気槽１２に適用することも可能である。
【００６１】
本実施例では，流入水質推定部２１でアンモニア計を用いて流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定したが，UV計による有機物濃度の測定値に基づいてアンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。また，流入流量や季節，時間，降雨情報等に基づいてあらかじめ作成したデータベースに基づいて，アンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。
【００６２】
本実施例では，流入水の水質と上流側好気槽の水質をアンモニア性窒素濃度としたが，前記の二つの水質が同一で酸化により変動する水質であれば，有機物，全窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。また，下流側好気槽の水質を溶存酸素濃度としたが，酸化により変動する水質であれば，酸化還元電位やアンモニア性窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。
【００６３】
本実施例では流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係を常に同一として扱ったが，処理実績に基づいてこの関係を補正することも可能である。
【００６４】
本実施例では，生物反応槽１０を上流側好気槽１１と上流側好気槽１２に分割したが，生物反応槽にはこれら以外の好気槽，無酸素槽，嫌気槽などの処理槽を設けることも可能である。
【実施例３】
【００６５】
図１２は本発明の実施例３の構成図である。
【００６６】
本実施例は前述の実施例１の構成を複数系列に拡張している。複数系列への拡張にともない生物反応槽１０と並列な生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３が設置されている。それぞれの生物反応槽群１０−１〜１０−３は，生物反応槽１０と同様に上流側に上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３および下流側に下流側好気槽群１２−１，１２−２，１２−３の構成となっている。全流入水１−０は，流入水１および流入水群１−１，１−２．１−３に分割し，それぞれ生物反応槽１０の上流側好気槽１１，生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３の上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３に流入する。上流側風量制御部３７は，生物反応槽１０に加えて，生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３に連通している。全流入水１−０の全流量は全流量計５１で計測される。全風量演算部５４では，全流量計５１の計測値と風量演算部３７の演算結果に基づき，生物反応槽１０への風量と，生物反応槽１０，生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３全体への全風量を演算する。
【００６７】
本実施例では，単一の系列を対象に風量を演算した実施例１の結果を，複数系列に拡張する技術を提供する。この技術では，単一の系列での指標として生物反応槽空気倍率（＝生物反応槽１０への風量／流入流量）を，制御目標値とする。すなわち，全風量演算部５４では，全空気倍率（＝全風量／全流入流量）が，生物反応槽空気倍率になるように，全風量を演算する。これに基づき，全風量制御部５５では，全体の全上流側好気槽風量と上流側好気槽風量を制御する。以上の構成により，処理場に流入する全流入下水に対して，制御用の計測器を十分に備えた生物反応槽１０と同程度の空気倍率を吹き込むことができる。流入流量の配分と空気風量の配分については，手動であらかじめ可能な限り均等に分配しておくことで，全流入下水に対して，生物反応槽１０と同程度の制御効果が期待できる。以上より，計測器と制御部を過剰に増加することなく，全流入水全体を適切に制御することが実現できる。
【００６８】
以上の制御技術により，上流側での水質制御と下流側での水質制御を同時に考慮することができる。また，制御技術で用いる風量，水質などの関係グラフは，実測値に基づき毎周期更新されるため，常に処理場の最新の活性汚泥の性状を反映できる。
【００６９】
前述の図１０のモニター表示例を本実施例にも適用可能である。このモニター画面では、上流側好気槽水質推定部の水質であるアンモニア性窒素濃度の目標値と下流側好気槽水質推定部の水質である溶存酸素濃度の目標値を表示する演算結果表示部を示している。また，上流側風量演算部で演算した上流側好気槽風量と下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量をそれぞれ上流側・下流側の風量計算値として表示した。これにより，常に運転状況を把握しながらの適切な運転管理が実施できる。
【００７０】
本実施例では，（数式４）で生物反応槽風量QB(tn+1)を演算したが，QBu(tn+1)，QBd(tn+1)それぞれの重み付け係数を可変としても良い。流入変動に対する対応性および処理水水質の目標追従性を向上させる場合は，QBd(tn+1)の重み付け係数に対してQBu(tn+1)の重み付け変数を大きくしても良い。処理水水質の目標値を出来るだけ遵守させる場合は，QBu(tn+1)の重み付け係数に対してQBd(tn+1)の重み付け係数を大きくしても良い。また，流入アンモニア性窒素濃度が大きい場合は，流入変動に対する対応性を高め，小さい場合は，処理水水質の目標値の遵守性を高めるなど，それぞれの重み係数を可変とすることも可能である。
【００７１】
本実施例では，（数式３）でΔQB(t,tn)を等しい重み付けで加算したが，下流側で重み付けを大きくするなど，可変としてもよい。また，実績に応じて重み付けを変更することも可能である。
【００７２】
本実施例では流体塊の概念を上流側好気槽１１のみに適用したが，下流側好気槽１２に適用することも可能である。
【００７３】
本実施例では，流入水質推定部２１でアンモニア計を用いて流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定したが，UV計による有機物濃度の測定値に基づいてアンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。また，流入流量や季節，時間，降雨情報等に基づいてあらかじめ作成したデータベースに基づいて，アンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。
【００７４】
本実施例では，流入水の水質と上流側好気槽の水質をアンモニア性窒素濃度としたが，前記の二つの水質が同一で酸化により変動する水質であれば，有機物，全窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。また，下流側好気槽の水質を溶存酸素濃度としたが，酸化により変動する水質であれば，酸化還元電位やアンモニア性窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。
【００７５】
本実施例では流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係を常に同一として扱ったが，処理実績に基づいてこの関係を補正することも可能である。
【００７６】
本実施例では，生物反応槽１０を上流側好気槽１１と上流側好気槽１２に分割したが，生物反応槽にはこれら以外の好気槽，無酸素槽，嫌気槽などの処理槽を設けることも可能である。
【実施例４】
【００７７】
図１３は本発明の実施例３の構成図である。
【００７８】
本実施例は前述の実施例２の構成を複数系列に拡張している。複数系列への拡張にとものない生物反応槽１０と並列な生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３が設置されている。それぞれの生物反応槽群１０−１〜１０−３は，生物反応槽１０と同様に上流側に上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３および下流側に下流側好気槽群１２−１，１２−２，１２−３の構成となっている。全流入水１−０は，流入水１および流入水群１−１，１−２．１−３に分割し，それぞれ生物反応槽１０の上流側好気槽１１，生物反応槽群１０−１，１０−２，１０−３の上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３に流入する。上流側風量制御部３７は，上流側好気槽１１に加えて，上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３に連通している。上流側風量制御部３８は，下流側好気槽１２に加えて，下流側好気槽群１２−１，１２−２，１２−３に連通している。全流入水１−０の全流量は全流量計５１で計測される。全上流側好気槽風量演算部５２では，全流量計５１の計測値と上流側好気槽風量演算部３２の演算結果に基づき，上流側好気槽１１への風量と，上流側好気槽群１１，上流側好気槽群１１−１，１１−２，１１−３全体への全風量を演算する。全下流側好気槽風量演算部５３では，全流量計５１の計測値と下流側好気槽風量演算部３４の演算結果に基づき，下流側好気槽１２への風量と，下流側好気槽群１２，下流側好気槽群１２−１，１２−２，１２−３全体への全風量を演算する。
【００７９】
本実施例では，単一の系列を対象に風量を演算した前述の実施例２の結果を，複数系列に拡張する技術を提供する。この技術では，単一の系列での指標として上流側空気倍率（＝上流側好気槽風量／流入流量）と下流側空気倍率（＝上流側好気槽風量／流入流量）を，制御目標値とする。すなわち，全上流側好気槽風量演算部５２では，全上流側空気倍率（＝全上流側好気槽風量／全流入流量）が，上流側空気倍率になるように，全上流側好気槽風量を演算する。これに基づき，上流側風量制御部３７では，全体の全上流側好気槽風量と上流側好気槽風量を制御する。また，全下流側好気槽風量演算部５３では，全下流側空気倍率（＝全下流側好気槽風量／全流入流量）が，下流側空気倍率になるように，全下流側好気槽風量を演算する。これに基づき，下流側風量制御部３８では，全体の全下流側好気槽風量と下流側好気槽風量を制御する。以上の構成により，処理場に流入する全流入下水に対して，制御用の計測器を十分に備えた生物反応槽１０と同程度の空気倍率を吹き込むことができる。流入流量の配分と空気風量の配分については，手動であらかじめ可能な限り均等に分配しておくことで，全流入下水に対して，生物反応槽１０と同程度の制御効果が期待できる。以上より，計測器と制御部を過剰に増加することなく，全流入水全体を適切に制御することが期待できる。
【００８０】
前述の図１０のモニター表示例を本実施例にも適用可能である。このモニター画面では、上流側好気槽水質推定部の水質であるアンモニア性窒素濃度の目標値と下流側好気槽水質推定部の水質である溶存酸素濃度の目標値を表示する演算結果表示部を示している。また，上流側風量演算部で演算した上流側好気槽風量と下流側好気槽風量演算部で演算した前記下流側風量をそれぞれ上流側・下流側の風量計算値として表示した。これにより，常に運転状況を把握しながらの適切な運転管理が実施できる。
【００８１】
本実施例では，（数式４）で生物反応槽風量QB(tn+1)を演算したが，QBu(tn+1)，QBd(tn+1)それぞれの重み付け係数を可変としても良い。流入変動に対する対応性および処理水水質の目標追従性を向上させる場合は，QBd(tn+1)の重み付け係数に対してQBu(tn+1)の重み付け変数を大きくしても良い。処理水水質の目標値を出来るだけ遵守させる場合は，QBu(tn+1)の重み付け係数に対してQBd(tn+1)の重み付け係数を大きくしても良い。また，流入アンモニア性窒素濃度が大きい場合は，流入変動に対する対応性を高め，小さい場合は，処理水水質の目標値の遵守性を高めるなど，それぞれの重み係数を可変とすることも可能である。
【００８２】
本実施例では，（数式３）でΔQB(t,tn)を等しい重み付けで加算したが，下流側で重み付けを大きくするなど，可変としてもよい。また，実績に応じて重み付けを変更することも可能である。
【００８３】
本実施例では流体塊の概念を上流側好気槽１１のみに適用したが，下流側好気槽１２に適用することも可能である。
【００８４】
本実施例では，流入水質推定部２１でアンモニア計を用いて流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定したが，UV計による有機物濃度の測定値に基づいてアンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。また，流入流量や季節，時間，降雨情報等に基づいてあらかじめ作成したデータベースに基づいて，アンモニア性窒素濃度を推定することも可能である。
【００８５】
本実施例では，流入水の水質と上流側好気槽の水質をアンモニア性窒素濃度としたが，前記の二つの水質が同一で酸化により変動する水質であれば，有機物，全窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。また，下流側好気槽の水質を溶存酸素濃度としたが，酸化により変動する水質であれば，酸化還元電位やアンモニア性窒素，硝酸性窒素，NADHなどの他の水質指標を用いることも可能である。
【００８６】
本実施例では流入水の水質である流入アンモニア濃度と，上流側好気槽の水質の目標値である目標アンモニア性窒素濃度との関係を常に同一として扱ったが，処理実績に基づいてこの関係を補正することも可能である。
【００８７】
本実施例では，生物反応槽１０を上流側好気槽１１と上流側好気槽１２に分割したが，生物反応槽にはこれら以外の好気槽，無酸素槽，嫌気槽などの処理槽を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１．流入水 
１−０．全流入水 
１−１〜１−３．流入水群 
２．処理水 
１０．生物反応槽 
１０−１〜１０ー３．生物反応槽群 
１１．上流側好気槽 
１１−１〜１１ー３．上流側好気槽群 
１２．下流側好気槽 
１２−１〜１２ー３．上流側好気槽群 
２０．流量計 
２１．アンモニア計（流入） 
２２．アンモニア計 
２３．溶存酸素濃度計 
３１．上流側好気槽水質目標値演算部 
３２．上流側好気槽風量演算部 
３３．下流側好気槽水質目標演算部 
３４．下流側好気槽風量演算部 
３５．風量演算部 
３６．風量制御部
３７．上流側風量制御部 
３８．下流側風量制御部 
５１．全流量計 
５２．全上流側好気槽風量演算部 
５３．全下流側好気槽風量演算部 
５４．全風量演算部 
５５．全風量制御部 
【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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