(57)【要約】【課題】排水処理条件を良好に維持することができる排水処理の制御システム及び制御方法を提供する。【解決手段】排水処理の制御システム１は、反応槽３に導入した排水を汚泥により処理するための処理条件を制御する排水処理の制御システムである。システム１は、反応槽３内の汚泥の状態を検出するために、流量計１９及び汚泥レベル測定装置２１を備えている。また、システム１は、反応槽内の汚泥の状態を改善するために、温度調整装置１１と栄養源投入装置１５とを備えており、更に、流量計１９及び汚泥レベル測定装置２１から得た情報に基づいて温度調整装置１１と栄養源投入装置１５とを制御する制御装置９を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽に導入した排水を汚泥により処理するための処理条件を制御する排水処理の制御システムにおいて、
前記反応槽内の汚泥の状態を検出する汚泥状態検出手段と、
前記反応槽内の汚泥の状態を改善する汚泥改善手段と、
前記汚泥状態検出手段により検出された情報に基づき、前記汚泥改善手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする排水処理の制御システム。
【請求項２】
前記汚泥状態検出手段は、前記反応槽内の汚泥の量を検出する汚泥量検出部と、前記反応槽内の汚泥の活性を検出する活性検出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排水処理の制御システム。
【請求項３】
前記活性検出部は、前記反応槽から排出されるメタンガスの流量を検出するガス量測定器を備えることを特徴とする請求項２に記載の排水処理の制御システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記汚泥量検出部により検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、前記活性検出部のガス量測定器により検出されたメタンガスの流量が所定値よりも小さい場合に、
前記汚泥改善手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の排水処理の制御システム。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記汚泥量検出部により検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、前記活性検出部のガス量測定器により検出されたメタンガスの流量の減少率が所定値よりも大きい場合に、
前記汚泥改善手段を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の排水処理の制御システム。
【請求項６】
前記汚泥改善手段は、前記反応槽内の温度を調整する温度調整部と、反応槽内に投入される汚泥の栄養源の投入量を調整する投入量調整部と、のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の排水処理の制御システム。
【請求項７】
反応槽に導入した排水を汚泥により処理するための処理条件を制御する排水処理の制御方法において、
前記反応槽内の汚泥の状態を検出する汚泥状態検出ステップと、
前記反応槽内の汚泥の状態を汚泥改善手段によって改善する汚泥改善ステップと、
前記汚泥状態検出ステップにより検出された情報に基づき、前記汚泥改善手段を制御する制御ステップと、を備えたことを特徴とする排水処理の制御方法。
【請求項８】
前記汚泥状態検出ステップは、前記反応槽内の汚泥の量を検出する汚泥量検出ステップと、前記反応槽内の汚泥の活性を検出する活性検出ステップと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の排水処理の制御方法。
【請求項９】
前記活性検出ステップは、前記反応槽から排出されるメタンガスの流量を検出するガス量測定ステップを備えることを特徴とする請求項８に記載の排水処理の制御方法。
【請求項１０】
前記制御ステップでは、
前記汚泥量検出ステップにより検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、前記活性検出ステップのガス量測定ステップにより検出されたメタンガスの流量が所定値よりも小さい場合に、
前記汚泥改善手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の排水処理の制御方法。
【請求項１１】
前記制御ステップでは、
前記汚泥量検出ステップにより検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、前記活性検出ステップのガス量測定ステップにより検出されたメタンガスの流量の減少率が所定値よりも大きい場合に、
前記汚泥改善手段を制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載の排水処理の制御方法。
【請求項１２】
前記汚泥改善手段は、前記反応槽内の温度を調整する温度調整部と、反応槽内に投入される汚泥の栄養源の投入量を調整する投入量調整部と、のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項７〜１１の何れか１項に記載の排水処理の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応槽に導入した排水を汚泥中の嫌気性菌で嫌気的に処理するための処理条件を制御する排水処理の制御システム及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の反応槽が知られている。この反応槽には、グラニュール汚泥が保有され、処理対象の排水が導入されている。この反応槽には撮像カメラが設けられており、この撮像カメラを反応槽内で昇降させながら、槽内の画像を撮影し画像処理することで汚泥界面の位置を検知している。そして、汚泥界面の位置から反応槽のグラニュール汚泥の保有量を算出し、この汚泥保有量に基づいて、反応槽における処理条件の管理を行うことが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−７２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、排水の嫌気性処理の効率を左右する要因としては、汚泥保有量の他にも様々なものがある。従って、反応槽内を良好な処理条件に維持し効率のよい排水処理を行うためには、反応槽の汚泥保有量を検知して反映させるのみでは不十分である。よって、上記の反応槽においては、排水処理のための良好な条件の維持を十分に行うことが出来なかった。
【０００４】
そこで、本発明は、排水処理条件を良好に維持することができる排水処理の制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る排水処理の制御システムは、反応槽に導入した排水を汚泥により処理するための処理条件を制御する排水処理の制御システムにおいて、反応槽内の汚泥の状態を検出する汚泥状態検出手段と、反応槽内の汚泥の状態を改善する汚泥改善手段と、汚泥状態検出手段により検出された情報に基づき、汚泥改善手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
この排水処理の制御システムでは、汚泥状態検出手段により反応槽内の汚泥の状態が検出され、その情報に基づいて汚泥改善手段が制御されることで、反応槽内の汚泥の状態が改善される。このように、汚泥の状態が良好に維持されるので、反応槽内の排水処理条件を良好に維持することができる。
【０００７】
また、汚泥状態検出手段は、反応槽内の汚泥の量を検出する汚泥量検出部と、反応槽内の汚泥の活性を検出する活性検出部と、を備えてもよい。
【０００８】
この排水処理の制御システムでは、反応槽内の汚泥の量と、汚泥の活性と、に基づいて汚泥改善手段が制御され、反応槽内の汚泥の状態が改善される。このように、汚泥の量ばかりではなく、汚泥の活性も反映させた制御によって、汚泥の状態が改善されるので、反応槽内の排水処理条件を良好に維持することができる。
【０００９】
また、活性検出部は、反応槽から排出されるメタンガスの流量を検出するガス量測定器を備えてもよい。この活性検出部は、メタンガスの流量を検出することによって、汚泥の活性を検出することができる。
【００１０】
また、制御手段は、汚泥量検出部により検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、活性検出部のガス量測定器により検出されたメタンガスの流量が所定値よりも小さい場合に、汚泥改善手段を制御することとしてもよい。
【００１１】
このような排水処理においては、反応槽内の汚泥の量が十分であったとしても、汚泥の活性が十分でない場合には、メタンガスの流量が小さくなる。そこで、制御手段の上記の構成によれば、メタンガスの流量が所定値よりも小さい場合には、たとえ汚泥の量が所定値よりも大きい場合であっても、汚泥改善手段が制御されるので、反応槽内における汚泥の状態が向上され、槽内の排水処理条件が良好に維持される。
【００１２】
また、制御手段は、汚泥量検出部により検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、活性検出部のガス量測定器により検出されたメタンガスの流量の減少率が所定値よりも大きい場合に、汚泥改善手段を制御することとしてもよい。
【００１３】
このような排水処理においては、反応槽内の汚泥の量が十分であったとしても、汚泥の活性が十分でない場合には、メタンガスの流量の減少率が大きくなる。そこで、制御手段の上記の構成によれば、メタンガスの流量の減少率が所定値よりも小さい場合には、たとえ汚泥の量が所定値よりも大きい場合であっても、汚泥改善手段が制御されるので、反応槽内における汚泥の状態が向上され、槽内の排水処理条件が良好に維持される。
【００１４】
また、汚泥改善手段は、反応槽内の温度を調整する温度調整部と、反応槽内に投入される汚泥の栄養源の投入量を調整する投入量調整部と、のうち少なくとも１つを備えることとしてもよい。このような構成によれば、反応槽内の温度及び栄養源の投入量の調整により汚泥の状態が改善される。
【００１５】
本発明に係る排水処理の制御方法は、反応槽に導入した排水を汚泥により処理するための処理条件を制御する排水処理の制御方法において、反応槽内の汚泥の状態を検出する汚泥状態検出ステップと、反応槽内の汚泥の状態を汚泥改善手段によって改善する汚泥改善ステップと、汚泥状態検出ステップにより検出された情報に基づき、汚泥改善手段を制御する制御ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この排水処理の制御方法では、汚泥状態検出ステップにおいて反応槽内の汚泥の状態が検出され、その情報に基づいて汚泥改善手段が制御されることで、反応槽内の汚泥の状態が改善される。このように、汚泥の状態が良好に維持されるので、反応槽内の排水処理条件を良好に維持することができる。
【００１７】
また、汚泥状態検出ステップは、反応槽内の汚泥の量を検出する汚泥量検出ステップと、反応槽内の汚泥の活性を検出する活性検出ステップと、を備えてもよい。
【００１８】
この排水処理の制御方法では、反応槽内の汚泥の量と、汚泥の活性と、に基づいて汚泥改善手段が制御され、反応槽内の汚泥の状態が改善される。このように、汚泥の量ばかりではなく、汚泥の活性も反映させた制御によって、汚泥の状態が改善されるので、反応槽内の排水処理条件を良好に維持することができる。
【００１９】
また、活性検出ステップは、反応槽から排出されるメタンガスの流量を検出するガス量測定ステップを備えてもよい。この活性検出ステップでは、メタンガスの流量を検出することによって、汚泥の活性を検出することができる。
【００２０】
また、制御ステップでは、汚泥量検出ステップにより検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、活性検出ステップのガス量測定ステップにより検出されたメタンガスの流量が所定値よりも小さい場合に、汚泥改善手段を制御することとしてもよい。
【００２１】
このような排水処理においては、反応槽内の汚泥の量が十分であったとしても、汚泥の活性が十分でない場合には、メタンガスの流量が小さくなる。そこで、制御ステップの上記の構成によれば、メタンガスの流量が所定値よりも小さい場合には、たとえ汚泥の量が所定値よりも大きい場合であっても、汚泥改善手段が制御されるので、反応槽内における汚泥の状態が向上され、槽内の排水処理条件が良好に維持される。
【００２２】
また、制御ステップでは、汚泥量検出ステップにより検出された汚泥の量が所定値よりも大きく、活性検出ステップのガス量測定ステップにより検出されたメタンガスの流量の減少率が所定値よりも大きい場合に、汚泥改善手段を制御することとしてもよい。
【００２３】
このような排水処理においては、反応槽内の汚泥の量が十分であったとしても、汚泥の活性が十分でない場合には、メタンガスの流量の減少率が大きくなる。そこで、制御ステップの上記の構成によれば、メタンガスの流量の減少率が所定値よりも小さい場合には、たとえ汚泥の量が所定値よりも大きい場合であっても、活性改善ステップが制御されるので、反応槽内における汚泥の状態が向上され、槽内の排水処理条件が良好に維持される。
【００２４】
汚泥改善手段は、反応槽内の温度を調整する温度調整部と、反応槽内に投入される汚泥の栄養源の投入量を調整する投入量調整部と、のうち少なくとも１つを備えることとしてもよい。このような構成によれば、反応槽内の温度及び栄養源の投入量の調整により汚泥の状態が改善される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の排水処理の制御システム及び制御方法によれば、排水処理条件を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る排水処理の制御システム及び制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１に示すように、制御システム１は、排水処理装置１００における排水処理の制御に用いられる。排水処理装置１００は、反応槽３を備えており、この反応槽３には、酸生成槽（図示せず）で前処理済みの排水が、ラインＬ１を通じて導入される。反応槽３内には、嫌気性菌を含むグラニュール状の汚泥が格納されており、反応槽３の下部には、この汚泥が沈殿してなる汚泥床Ｓが形成されている。反応槽３の下部から導入された排水は、汚泥床Ｓにおいて汚泥と混合されながら反応槽３内で流動する。そして、排水に含まれる有機物が汚泥中の嫌気性菌により嫌気性処理されることで、排水中の有機物が低減される。そして、反応槽３上部の樋部５からオーバーフローした処理後の排水が、処理水としてラインＬ２から取り出される。この嫌気性処理においては、有機物の分解により反応槽３内でメタンガスが発生し、気泡として排水の液面まで上昇する。このメタンガスは、反応槽３の上部空間を経て、ラインＬ３を通じて排出される。
【００２８】
このような排水処理においては、反応槽３内の温度、ｐＨ及び反応槽３への栄養源の投入量、といった処理条件を適切に管理する必要がある。そこで、この装置１００の制御システム１は、信号変換器やＰＬＣを含んで構成される制御装置９（制御手段）と、ラインＬ１に設けられ制御装置９により制御される温度調整装置（温度調整部）１１、ｐＨ調整装置１３、及び栄養源投入装置（投入量調整部）１５とを有している。これらの温度調整装置（温度調整部）１１、ｐＨ調整装置１３、及び栄養源投入装置（投入量調整部）１５は、汚泥の状態を改善する汚泥改善手段として機能する。また、制御装置９には、ラインＬ３上に設けられた流量計（ガス量測定器）１９、及び反応槽３に設けられた汚泥レベル測定装置（汚泥量検出部）２１が接続されている。また、制御装置９は、作業者による操作を受け付けたり、各種の情報の表示を行ったりする操作部９ａを有している。この操作部９ａとしては、例えば、タッチパネルを用いた入出力装置を用いることができる。
【００２９】
上記汚泥レベル測定装置２１は、汚泥床Ｓを検出するための光学センサ２１ａと、この光学センサ２１ａを昇降させる駆動部２１ｂとを備えている。光学センサ２１ａは、受光部と投光部とを有しており、投光部からの光が汚泥に遮られ受光部に検出されないことをもって、汚泥床Ｓを検出する。そして、汚泥レベル測定装置２１は、光学センサ２１ａを反応槽３内で昇降させながら汚泥床Ｓを検出することで、汚泥床Ｓの最上部（汚泥界面）の高さを検知することができる。汚泥レベル測定装置２１は、汚泥界面の高さの情報を電気信号として制御装置９に送信し、制御装置９は、汚泥界面の高さに基づいて反応槽３内に格納された汚泥の量を認識することができる。このように、汚泥レベル測定装置２１は、反応槽３内に格納された汚泥の量（以下、「汚泥保有量」とも称する）を得る汚泥量検出部として機能する。
【００３０】
また、流量計１９は、反応槽３から排出されラインＬ３に流動するメタンガスの流量（以下、「メタン流量」とも称する）を計測し、その流量の情報を電気信号として制御装置９に送信する。また、制御装置９は、流量計１９からの電気信号に基づいてメタンガスの流量の変化率を算出する変化率算出部９ｂを有している。この変化率算出部９ｂは、流量計１９と協働して、上記メタンガスの流量の変化率（以下、「流量変化率」とも称する）を得る変化率取得手段として機能する。なお、ここで、反応槽３内の嫌気性菌の活性が低下すると排水中の有機物の分解反応が低下するので、発生するメタンガスが減少し、上記メタン流量も低下する。このように、メタン流量及び流量変化率は、嫌気性菌の活性と関連しており、嫌気性菌の活性の指標として用いることができる。
【００３１】
上記の温度調整装置１１は、ラインＬ１の排水を加熱又は冷却する機能を有しており、この温度調整装置１１によりラインＬ１の排水温度が調整されることで、反応槽３内の排水の温度が調整される。この温度調整装置１１は、例えば、ラインＬ１に設けられる温度センサ（図示せず）を有し、ラインＬ１の排水の温度をフィードバック制御してもよい。なお、反応槽３内の排水の温度が上昇すると、汚泥中の嫌気性菌の活性が向上する。また、ｐＨ調整装置１３は、ラインＬ１の排水に酸性剤又はアルカリ剤を添加する機能を有しており、このｐＨ調整装置１３によりラインＬ１の排水のｐＨが調整され、反応槽３内の排水のｐＨが調整される。このｐＨ調整装置１３は、例えば、ラインＬ１に設けられるｐＨセンサ（図示せず）を有し、ラインＬ１の排水のｐＨをフィードバック制御してもよい。
【００３２】
また、栄養源投入装置１５は、嫌気性菌の栄養源（例えば、アミノ酸）を、ラインＬ１の排水に定期的に所定量投入する機能を有している。これにより、汚泥中の嫌気性菌に対する栄養源がラインＬ１を通じて反応槽３内に投入される。また、この栄養源投入装置１５が１回当たりに投入する栄養源の量は、制御装置９の制御により増減される。なお、反応槽３への栄養源の投入量が増加すると、汚泥中の嫌気性菌の活性が向上する。
【００３３】
このような構成に基づき、制御装置９による反応槽３内の排水処理条件の管理は以下のように行われる。まず、制御装置９は、上述のように流量計９からメタン流量を取得し、変化率算出部９ａにおいて流量変化率を取得し、汚泥レベル測定装置２１から汚泥保有量を取得する。そして、制御装置９は、予め記憶されたプログラムに従い、取得した上記３つのパラメータ（メタン流量、流量変化率、及び汚泥保有量）に基づいて、多入力多出力系のファジー理論に基づく演算を行う。そして、その演算の結果として、反応槽３内を適切な排水処理条件にするために必要な、反応槽３内の温度、反応槽３内のｐＨ、及び反応槽３への栄養源の投入量の各操作量を算出する。この場合、上記演算に用いられるメンバーシップ関数等は、種々の実験により予め定められ、制御装置９に記憶されている。
【００３４】
そして制御装置９は、算出した上記３つの操作量に応じた電気信号を送信することで、温度調整装置１１、ｐＨ調整装置１３及び栄養源投入装置１５を動作させる。この動作によって、温度調整装置１１によりラインＬ１の排水の温度が調整され、ｐＨ調整装置１３がラインＬ１に酸性剤又はアルカリ剤を投入することで、ラインＬ１の排水のｐＨが調整される。更に、栄養源投入装置１５から１回当たりにラインＬ１に投入される栄養源の量が増減される。以上の結果として、反応槽３内の温度、反応槽３内のｐＨ、及び反応槽３への栄養源の投入量が、それぞれ適切な値になるように間接的に操作され、反応槽３内における嫌気性菌の活性が改善される。このように、排水処理条件に関連する上記３つの値が、メタン流量、流量変化率、及び汚泥保有量に基づいてファジー制御され、反応槽３内は適切な処理条件に維持される。
【００３５】
なお、このとき、取得したメタン流量、流量変化率、及び汚泥保有量の関係が異常なものである場合には、反応槽３内の状態が異常であるとみなし、制御装置９は、操作部９ａに警報を表示させることで作業者に異常を通報する。
【００３６】
以上のような制御によれば、反応槽３内の汚泥保有量が正常範囲の下限値（所定値）よりも大きい場合であっても、メタン流量が正常範囲の下限値（所定値）よりも小さい場合には、上述したような処理条件の調整が行われる。すなわち、たとえ汚泥保有量が正常であっても、汚泥中の嫌気性菌の活性が異常に低いと判断できるときには、反応槽３内の温度、反応槽３内のｐＨ、及び反応槽３への栄養源の投入量のうち少なくとも１つが操作されて、嫌気性菌の活性を高めるように処理条件が調整される。
【００３７】
また、反応槽３内の汚泥保有量が正常範囲の下限値（所定値）よりも大きい場合であっても、メタン流量の減少率が正常範囲の上限値（所定値）よりも大きい場合には、上述したような処理条件の調整が行われる。すなわち、たとえ汚泥保有量が正常であっても、汚泥中の嫌気性菌の活性の低下率が異常に大きいと判断できるときには、反応槽３内の温度、反応槽３内のｐＨ、及び反応槽３への栄養源の投入量のうち少なくとも１つが操作されて、嫌気性菌の活性を高めるように処理条件が調整される。
【００３８】
このように、この制御システム１によれば、反応槽３内の汚泥保有量だけでなく、その汚泥中の嫌気性菌の活性も反映されながら反応槽３内における嫌気性菌の状態が改善されながら、排水処理条件が調整されるので、排水処理条件が良好に維持され、処理効率を向上することができる。
【００３９】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、温度調整装置１１、ｐＨ調整装置１３、及び栄養源投入装置１５は、ラインＬ１上に設けられることで反応槽３内の各条件を調整しているが、これらの装置は、反応槽３に直接設けられてもよく、ラインＬ１よりも上流の槽（図示せず）に設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る制御システムが用いられる排水処理装置の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…制御システム、３…反応槽、９…制御装置、１１…温度調整装置（温度調整部、汚泥改善手段）、１３…ｐＨ調整装置（汚泥改善手段）、１５…栄養源投入装置（投入量調整部、汚泥改善手段）、１９…流量計（ガス量測定器、汚泥状態検出手段）、２１…汚泥レベル測定装置（汚泥量検出部、汚泥状態検出手段）、Ｓ…汚泥床。
【図１】
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