(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気槽と好気槽とを含む曝気槽を備えた下水処理場から放流される処理水の水質を制御する下水処理場水質制御装置において、
前記下水処理場に流入する流入水のリン成分濃度を計測するリン成分濃度計測手段と、
前記下水処理場に流入する流入水の有機物成分濃度を計測する有機物成分濃度計測手段と、
前記リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測されたリン成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、前記下水処理場に流入する流入水のリン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）を演算するＣ／Ｐ比演算手段と、
基準となる基準Ｃ／Ｐ比を設定するＣ／Ｐ比設定手段と、
前記Ｃ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比と前記Ｃ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、最終沈殿池から前記曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から前記曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力する制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする下水処理場水質制御装置。
【請求項２】
嫌気槽と好気槽、もしくは嫌気槽と無酸素槽と好気槽との組み合わせから構成される曝気槽を備えた下水処理場から放流される処理水の水質を制御する下水処理場水質制御装置において、
前記嫌気槽中のリン成分濃度を計測するリン成分濃度計測手段と、
前記嫌気槽に流入する流入水の有機物成分濃度と計測する有機物成分濃度計測手段と、
前記リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測されたリン成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、リン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）を演算するＣ／Ｐ比演算手段と、
基準となる基準Ｃ／Ｐ比を設定するＣ／Ｐ比設定手段と、
前記Ｃ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比と前記Ｃ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、最終沈殿池から前記曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から前記曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力する制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする下水処理場水質制御装置。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の下水処理場水質制御装置において、
前記リン成分濃度計測手段として、リン酸性リン濃度、全リン濃度のいずれかを計測する濃度計を用い、また、前記有機物成分濃度計測手段として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ、ＣＯＤｃｒ）、全有機炭素量（ＴＯＣ）のいずれかを計測する濃度計を用いるようにした
ことを特徴とする下水処理場水質制御装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の下水処理場水質制御装置において、
前記下水処理場に流入する流入水の流量、リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段による水質成分の計測値、および手分析による水質試験結果の各時系列データを蓄える流入水質データベースと、
前記流入水質データベースに蓄えられた時系列データに基づいて、前記下水処理場に流入する流入水のリン成分濃度、及び有機物成分濃度を予測する流入水質予測手段と
を備え、
前記流入水質予測手段により予測されたリン成分濃度、有機物成分濃度を使用して、前記Ｃ／Ｐ比を演算するようにした
ことを特徴とする下水処理場水質制御装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の下水処理場水質制御装置において、
前記下水処理場に流入する流入水の窒素成分濃度を計測する窒素成分濃度計測手段と、
前記下水処理場に流入する流入水の有機物成分濃度を計測する有機物成分濃度計測手段と、
前記窒素成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測された窒素成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、前記下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）を演算するＣ／Ｎ比演算手段と、
基準となる基準Ｃ／Ｎ比を設定する基準Ｃ／Ｎ比設定手段と、
前記下水処理場に流入する流入水の流量を計測する流量計測手段と
をさらに備え、
前記制御手段としては、前記流量計測手段により計測された流量値、前記基準Ｃ／Ｎ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｎ比と前記Ｃ／Ｎ比演算手段により演算されたＣ／Ｎ比との差分、および前記Ｃ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比と前記Ｃ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、前記曝気槽内で循環される非処理水の循環流量、最終沈殿池から前記曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から前記曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力するようにした
ことを特徴とする下水処理場水質制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曝気槽を備えた下水処理場から放流される処理水の水質を制御する下水処理場水質制御装置に係り、特に下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）、リン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）等の水質バランスが悪化したような場合においても、下水処理場から放流される処理水の窒素、リンの水質を常に良好に維持できるようにした下水処理場水質制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、湖沼、湾等の閉鎖性水域では、富栄養化が進行してきており、これらの原因物質である窒素、リンの下水処理場から閉鎖性水域への流出を抑制する必要がある。
【０００３】
このため、従来の下水処理場においては、活性汚泥法と呼ばれるプロセスにより、有機物除去を行なうようにしてきているが、最近では、湖沼、湾等の閉鎖性水域における富栄養化の進行から、窒素、リンの除去も行なう高度処理の要求が増大してきている。
【０００４】
そして、かかる要求に応えるための下水処理場として、生物学的硝化脱窒反応、生物学的脱リン反応、凝集剤添加による脱リン反応等を利用して、下水処理場に流入する流入水の窒素またはリンを除去する、曝気槽を備えた下水処理場が実現されてきている。
【０００５】
図７は、上記各種水処理プロセスのうち、脱窒素・脱リンを行なう高度処理プロセスの一つである、凝集剤注入型嫌気−無酸素−好気法（凝集剤注入Ａ2 Ｏ法）と呼ばれるプロセスから構成される曝気槽を備えた下水処理場の構成例を示すフロー図である。
【０００６】
図７において、下水処理場に流入する流入水１は、一つは、水配管５０、弁２４を介して最初沈殿池２に流入し、水配管５１を介して、嫌気槽１０と無酸素槽１１と曝気装置９を備えた好気槽１２との組み合わせから構成される曝気槽の嫌気槽１０に流入する。
【０００７】
また、もう一つは、水配管５０、水配管５９、初沈バイパス弁２３を介して嫌気槽１０に流入し、曝気槽により処理した後に、水配管５２、最終沈殿池１３、水配管６０を介して、処理水３として放流される。
【０００８】
一方、炭素源貯留槽２１からは、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽１０に炭素源が注入される。
【０００９】
また、凝集剤貯留槽２２からは、ＰＡＣ注入ポンプ１６、水配管５６を介して、好気槽１２に凝集剤が注入される。
【００１０】
一方、好気槽１２の非処理水は、水配管５３、循環ポンプ１４を介して、無酸素槽１１に返流される。
【００１１】
また、最終沈殿池１３の沈殿水は、水配管５４、返送ポンプ１５を介して、嫌気槽１０に返流される。
【００１２】
さらに、最終沈殿池１３の最終汚泥水は、水配管５５、余剰ポンプ１７を介して、汚泥貯留槽２０に放流される。
【００１３】
さらにまた、最初沈殿池２の初沈汚泥水は、初沈引抜ポンプ１８、水配管５８を介して、汚泥貯留槽２０に放流される。
【００１４】
以上のような曝気槽を備えた下水処理場において、まず、窒素除去は、次のようにして行なわれる。
【００１５】
好気槽１２において、アンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）は硝化菌の働きにより、亜硝酸性窒素（ＮＯ2 −Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ3 −Ｎ）に酸化される。
【００１６】
循環ポンプ１４により、無酸素槽１１に送り込まれた亜硝酸性窒素（ＮＯ2 −Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ3 −Ｎ）は、無酸素条件下で有機物を栄養源とする脱窒細菌による硝酸性呼吸あるいは亜硝酸性呼吸により、窒素ガス（Ｎ2 ）へと還元され、系外に除去される。
【００１７】
この際、脱窒反応に必要な有機物が十分でなければ良好な窒素除去は行われない。
【００１８】
この有機物を補填するための手段として、初沈バイパス弁２３を開き、弁２４を閉じることによって、最初沈殿池２をバイパスして有機物を確保する方法、炭素源貯留槽２１に蓄えられたメタノール、エタノール、酢酸、廃酢酸、グルコース等の炭素源を注入する方法、最初沈殿池２で発生した引抜汚泥を曝気槽に投入する方法等がある。
【００１９】
次に、リン除去は、次のような機構で行なわれる。
【００２０】
曝気槽の前段に配置された嫌気槽１０で、活性汚泥中のリン蓄積細菌は、酢酸等の有機酸を体内に蓄積し、リン酸（ＰＯ4 ）が放出される。
【００２１】
この過剰放出したリン酸態のリンは、曝気槽の後段に配置された好気槽１２において、リン蓄積細菌のリン過剰摂取作用を利用して、嫌気槽１０で放出された以上のリン酸態のリンを活性汚泥に吸収させることにより、リン除去が行なわれる。
【００２２】
すなわち、このような反応を進行させるためには、酢酸等の有機酸が水素供与体として必要となる。
【００２３】
雨水流入時には、有機酸濃度が薄くなり、リン蓄積菌が利用できる有機物が減少することから、十分なリンの吐き出し反応が十分に行なわれなくなるため、後に続くリンの過剰摂取反応も不十分となる。
【００２４】
そこで、これを補填するために、窒素除去の場合と同様な手段で、リン除去に必要な炭素源を確保するか、もしくは凝集剤貯留槽２２に蓄えられたポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸鉄等の凝集剤を注入して、リン酸アルミニウムやリン酸鉄の形でリン成分を沈殿させることによって、リンを除去するようにしている。
【００２５】
図８は、従来の下水処理場水質制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【００２６】
図８において、下水処理場に流入する流入水１は、水配管１２０を介して、無酸素槽１００と曝気装置１０３を備えた好気槽１０１との組み合わせから構成される曝気槽の無酸素槽１００に流入し、曝気槽により処理した後に、水配管１２１、最終沈殿池１０２、水配管１２２を介して、処理水３として放流される。
【００２７】
一方、好気槽１０１の非処理水は、循環ポンプ１０４を介して、無酸素槽１００に返流される。
【００２８】
また、最終沈殿池１０２の沈殿水は、水配管１２３、返送ポンプ１０５を介して、無酸素槽１００に返流される。
【００２９】
一方、好気槽１０１には、アンモニア性窒素濃度を計測するアンモニア性窒素濃度計１０６が設置され、その計測値１０６ａが出力される。
【００３０】
また、制御目標値設定器１０８では、制御目標値１０８ａが設定される。
【００３１】
さらに、制御部１０７では、アンモニア性窒素濃度計１０６からの計測値１０６ａと、制御部１０７により設定された制御目標値１０８ａとの偏差に基づいて、曝気装置１０３を調節するための操作量１０７ａが得られ、曝気装置１０３に与えられる。
【００３２】
これにより、曝気槽内のアンモニア濃度を一定に保つように、制御が行なわれる。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
（ａ）しかしながら、図８に示すような、好気槽１０１で硝化処理後のアンモニア性窒素濃度を基に、曝気装置１０３の曝気風量をフィードバック（ＦＢ）制御により調節を行なうような制御では、下水処理場に流入する流入水量の変動が大きいにもかかわらず、曝気槽における微生物による水質反応が比較的遅いことから、このようなフィードバック制御のみでは、操作量１０７ａの変化に対する水質反応の応答が遅く、処理水の水質を良好に保つことが困難であるという問題がある。
【００３４】
（ｂ）また、硝化反応の制御のみでは、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が残存し、放流水のｐＨの低下および最終沈殿池において、脱窒反応に起因するＮ2 ガス発生に伴なう汚泥浮上の問題がある。
【００３５】
脱窒は、循環ポンプ１０４を用いて、無酸素槽１００に硝化液を循環させて脱窒を行なうが、従来では、この循環流量は、一定量もしくは流入流量に対する比率制御で運転されているケースがほとんどであり、より脱窒を良好に行なうための制御が必要とされている。
【００３６】
一方、脱窒を良好に行なうためには、炭素源の確保が必要であり、流入水の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）が減少したような場合には、脱窒能が低下するという問題がある。
【００３７】
（ｃ）さらに、下水処理場に設置されたアンモニア性窒素濃度計、硝酸性窒素濃度計、全窒素濃度計等の窒素成分濃度計、およびリン酸濃度計、全リン計等のリン成分濃度計は、下水中の浮遊成分によって汚れ等が付着し易く、異常値を示すことが多いため、制御用のセンサとしては不安定、低精度で、利用が困難である。
【００３８】
また、上記濃度計がサンプリングしてろ過する方式であっても、サンプリング管が詰まる等のメンテナンス上の問題もある。
【００３９】
（ｄ）リン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）がある程度確保されている場合は、生物学的脱リンのみでもある程度のリン除去が可能であるが、Ｃ／Ｐ比が小さくリン蓄積性細菌の利用できる有機物量が流入のリンに対して小さくなると、炭素源の確保を何らかの手段で行なうか、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤の注入するかを行なわなければ、リン除去が難しくなっている。
【００４０】
この際、炭素源をどの程度注入するのかは経験的に行なわれていること、また凝集剤の過注入によるコスト、および処理水へのポリ塩化アルミニウムの流出等が、問題となっている。
【００４１】
本発明の目的は、下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）、リン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）等の水質バランスが悪化したような場合においても、下水処理場から放流される処理水の窒素、リンの水質を常に良好に維持することが可能な下水処理場水質制御装置を提供することにある。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を講じる。
【００４４】
請求項１に対応する発明は、嫌気槽と好気槽とを含む曝気槽を備えた下水処理場から放流される処理水の水質を制御する下水処理場水質制御装置において、下水処理場に流入する流入水のリン成分濃度を計測するリン成分濃度計測手段と、下水処理場に流入する流入水の有機物成分濃度を計測する有機物成分濃度計測手段と、リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測されたリン成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、下水処理場に流入する流入水のリン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）を演算するＣ／Ｐ比演算手段と、基準となる基準Ｃ／Ｐ比を設定するＣ／Ｐ比設定手段と、Ｃ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比とＣ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、最終沈殿池から前記曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から前記曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力する制御手段とを備えている。
【００４５】
従って、請求項１に対応する発明の下水処理場水質制御装置においては、下水処理場に流入する流入水のＣ／Ｐ比を演算し、基準Ｃ／Ｐ比との差分に基づいて、下水処理場における返送流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御することにより、下水処理場に流入する流入水のＣ／Ｐ比の水質バランスが悪化したような場合においても、下水処理場から放流される処理水のリンの水質を常に良好に維持して、リン除去を行なうことができる。
【００５０】
また、請求項２に対応する発明は、嫌気槽と好気槽、もしくは嫌気槽と無酸素槽と好気槽との組み合わせから構成される曝気槽を備えた下水処理場から放流される処理水の水質を制御する下水処理場水質制御装置において、嫌気槽中のリン成分濃度を計測するリン成分濃度計測手段と、嫌気槽に流入する流入水の有機物成分濃度と計測する有機物成分濃度計測手段と、リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測されたリン成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、リン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）を演算するＣ／Ｐ比演算手段と、基準となる基準Ｃ／Ｐ比を設定するＣ／Ｐ比設定手段と、Ｃ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比と前記Ｃ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、最終沈殿池から前記曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から前記曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力する制御手段とを備えている。
【００５１】
従って、請求項２に対応する発明の下水処理場水質制御装置においては、嫌気槽中のリン成分濃度と嫌気槽に流入する流入水の有機物成分濃度とに基づいて、リン成分と有機物成分とのＣ／Ｐ比を演算し、基準Ｃ／Ｐ比との差分に基づいて、下水処理場における返送流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御することにより、下水処理場に流入する流入水のＣ／Ｐ比の水質バランスが悪化したような場合においても、下水処理場から放流される処理水のリンの水質を常に良好に維持して、リン除去を行なうことができる。また、リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段を下水処理場の流入部分に設置しないような場合にも適用することができ、さらに曝気槽部分での濃度を計測することにより、制御性をより一層良好とすることができる。
【００５６】
また、請求項３に対応する発明は、上記請求項１または請求項２のいずれか１項に対応する発明の下水処理場水質制御装置において、リン成分濃度計測手段として、リン酸性リン濃度、全リン濃度のいずれかを計測する濃度計を用い、また有機物成分濃度計測手段として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ、ＣＯＤｃｒ）、全有機炭素量（ＴＯＣ）のいずれかを計測する濃度計を用いるようにしている。
【００５７】
従って、請求項３に対応する発明の下水処理場水質制御装置においては、リン成分濃度計測手段として、リン酸性リン濃度、全リン濃度を計測する濃度計を用い、また有機物成分濃度計測手段として、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ、ＣＯＤｃｒ）、全有機炭素量（ＴＯＣ）を計測する濃度計を用いることにより、正味のＣ／Ｐ比を演算することができる。
【００６０】
一方、請求項４に対応する発明では、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の下水処理場水質制御装置において、下水処理場に流入する流入水の流量、リン成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段による水質成分の計測値、および手分析による水質試験結果の各時系列データを蓄える流入水質データベースと、流入水質データベースに蓄えられた時系列データに基づいて、下水処理場に流入する流入水のリン成分濃度、及び有機物成分濃度を予測する流入水質予測手段とを備え、流入水質予測手段により予測されたリン成分濃度、有機物成分濃度を使用して、Ｃ／Ｐ比を演算するようにしている。
【００６１】
従って、請求項４に対応する発明の下水処理場水質制御装置においては、下水処理場に流入する流入水の流量、水質成分の計測値、および手分析による水質試験結果の各時系列データに基づいて、下水処理場に流入する流入水のリン成分濃度、及び有機物成分濃度を予測し、当該予測値を使用して、Ｃ／Ｐ比を演算することにより、リン成分濃度計測手段、有機物成分濃度計測手段の設置が困難な場合、あるいはリン成分濃度計測手段、有機物成分濃度計測手段が故障したような場合においても、十分に制御を行なうことができる。
【００６２】
また、請求項５に対応する発明では、上記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発明の下水処理場水質制御装置において、下水処理場に流入する流入水の窒素成分濃度を計測する窒素成分濃度計測手段と、下水処理場に流入する流入水の有機物成分濃度を計測する有機物成分濃度計測手段と、窒素成分濃度計測手段および有機物成分濃度計測手段により計測された窒素成分濃度および有機物成分濃度に基づいて、下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）を演算するＣ／Ｎ比演算手段と、基準となる基準Ｃ／Ｎ比を設定する基準Ｃ／Ｎ比設定手段と、下水処理場に流入する流入水の流量を計測する流量計測手段とをさらに備え、制御手段としては、流量計測手段により計測された流量値、基準Ｃ／Ｎ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｎ比とＣ／Ｎ比演算手段により演算されたＣ／Ｎ比との差分、およびＣ／Ｐ比設定手段により設定された基準Ｃ／Ｐ比とＣ／Ｐ比演算手段により演算されたＣ／Ｐ比との差分に基づいて、曝気槽内で循環される非処理水の循環流量、最終沈殿池から曝気槽へ返送される沈殿水の返送流量、汚泥貯留槽から曝気槽に返流される返流水の返流水流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御する操作量を出力するようにしている。
【００６３】
従って、請求項５に対応する発明の下水処理場水質制御装置においては、下水処理場に流入する流入水の流量を計測する流量計測手段を用い、当該流量計測手段による流量計測値、基準Ｃ／Ｎ比とＣ／Ｎ比との差分、および基準Ｃ／Ｐ比とＣ／Ｐ比との差分に基づいて、下水処理場における循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御することにより、下水処理場に流入する流入水の流量の大小によって処理水の流量が水質が変化したような場合においても、制御性を常に良好に維持することができる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００６７】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による下水処理場水質制御装置の構成例を示すブロック図であり、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６８】
すなわち、本実施の形態による下水処理場水質制御装置は、図１に示すように、前記図７に、有機物成分濃度計測手段であるＴＯＣ計４と、窒素成分濃度計測手段であるアンモニア濃度計５と、Ｃ／Ｎ比演算部６と、基準Ｃ／Ｎ比設定器７と、制御部８とを付加した構成としている。
【００６９】
なお、前記図７における弁２４、水配管５９、初沈バイパス弁２３については、図１ではその図示を省略している。
【００７０】
ＴＯＣ計４は、前記水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度である全有機炭素量（ＴＯＣ）４ａを計測する。
【００７１】
アンモニア濃度計５は、同水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１の窒素成分濃度である全窒素濃度５ａを計測する。
【００７２】
Ｃ／Ｎ比演算部６は、ＴＯＣ計４およびアンモニア濃度計５により計測された全有機炭素量４ａおよび全窒素濃度５ａに基づいて、下水処理場に流入する流入水１の窒素成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｎ比）６ａを演算する。
【００７３】
基準Ｃ／Ｎ比設定器７は、基準となる基準Ｃ／Ｎ比７ａを設定する。
【００７４】
制御部８は、基準Ｃ／Ｎ比設定器７により設定された基準Ｃ／Ｎ比７ａとＣ／Ｎ比演算部６により演算されたＣ／Ｎ比６ａとの差分に基づいて、下水処理場における炭素注入ポンプ１９の流量を調節する操作量８ａを出力する。
【００７５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による下水処理場水質制御装置の作用について説明する。
【００７６】
図１において、最初沈殿池２から曝気槽に流入する水配管５１上に取り付られたＴＯＣ計４の計測値である全有機炭素量（ＴＯＣ）４ａと、全窒素計５の計測値である全窒素濃度５ａは、信号線４ａ，５ａを介して、Ｃ／Ｎ比演算部６に入力され、これらを基にＣ／Ｎ比が演算される。
【００７７】
この場合の演算式としては、例えば下記のような式（１．１）で表わされる。
【００７８】
【数１】
0003961835.tif 000002
【００７９】
ＰCN：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＣTOC：流入水ＴＯＣ濃度、ＣTN：流入水全窒素濃度
上記式（１．１）により演算されたＣ／Ｎ比は、信号線６ａを介して制御部８へ入力される。
【００８０】
一方、基準Ｃ／Ｎ比設定器７によって、基準Ｃ／Ｎ比が設定される。
【００８１】
制御部８では、Ｃ／Ｎ比演算部６により演算されたＣ／Ｎ比と基準Ｃ／Ｎ比との偏差に基づき、炭素源注入量目標値が、例えば下記の式（１．２）式に示すような式によって演算され、炭素源注入量目標値となるように、炭素源注入量が調整される。
【００８２】
【数２】
0003961835.tif 000003
【００８３】
ＳＶＱcarbon,t：時刻ｔにおける炭素源注入量目標値
ＰCN,t：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＰCnbase：効率的窒素除去を行なうための基準Ｃ／Ｎ比
Ｑin：下水処理場流入流量
ＣcarbonTOC：炭素源のＴＯＣ濃度
ＣT-Nin,t：流入水のＴ−Ｎ濃度
一方、基準Ｃ／Ｎ比設定器７によって設定される基準Ｃ／Ｎ比ＰCnbaseの値は、対象となる下水処理場によって異なるが、効率的な窒素除去を行なうためには、ＢＯＤ／ｔ−Ｎ比として３〜４を確保することが必要であるということから、ＢＯＤ／ＴＯＣ比を加味して、４〜６程度の値を設定することが好ましい。
【００８４】
炭素源のＴＯＣ濃度ＣcarbonTOCは、使用する炭素源（メタノール、エタノール、酢酸、廃酢酸、グルコースｅｔｃ）と溶液の濃度が既知であれば、容易に求めることができる。
【００８５】
上記式（１．２）式により演算された炭素源注入量目標値に応じて、炭素源注入量が調整される。
【００８６】
本下水処理場水質制御装置によって、Ｃ／Ｎ比が低下した場合、すなわち効率的窒素除去に必要とされる有機物量が不足した時にのみ、必要量の炭素源を注入することができ、炭素源の過剰注入のない効率的な窒素除去を行なうことができる。
【００８７】
上述したように、本実施の形態による下水処理場水質制御装置では、以下のような効果を得ることができる。
【００８８】
（ａ）制御対象として、炭素源注入ポンプ１９を使用するようにしているため、注入量に応じたＣ／Ｎ比を容易に演算することができ、過剰な炭素源の注入を行なうことなく、効率的窒素除去を行なうために必要とされるＣ／Ｎ比以上の値に保つことが可能となる。
【００８９】
（ｂ）有機物成分を計測するセンサとしてＴＯＣ計４を、窒素成分を計測するセンサとして全窒素計５を使用するようにしているため、正味の有機物、窒素比を演算することが可能となる。
【００９０】
（ｃ）基準Ｃ／Ｎ比設定器７により、基準Ｃ／Ｎ比ＰCnbaseを設定しさえすれば、全てのパラメータを演算することが可能であるため、パラメータ調整の必要がない。
【００９１】
（ｄ）全窒素計５、ＴＯＣ計４を最初沈殿池２通過後の水配管５１に配しているため、水配管５０に配した場合に比べて、汚れによるセンサ値異常の可能性が少なくなり、また曝気槽に流入する正味のＣ／Ｎ比を演算することが可能となる。
【００９２】
（変形例１）
図１の窒素成分濃度計５、および有機物成分濃度計４の取付位置としては、水配管５０に取り付けるようにしてもよい。
【００９３】
また、最初沈殿池２や流入渠、沈砂池、ポンプ井等、曝気槽の前段部であれば、いずれの位置でも使用することができる。
【００９４】
（変形例２）
図１の有機物成分濃度計４としては、ＴＯＣ計でなくても、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計のいずれを使用するようにしてもよい。
【００９５】
また、窒素成分濃度計５としては、全窒素計でなくても、下水処理場に流入する流入水１の窒素成分のほとんどはアンモニア性窒素であることから、アンモニア性窒素濃度計を使用するようにしてもよい。
【００９６】
（変形例３）
図１の窒素成分濃度計５としては、無酸素槽１１内に取り付けられた硝酸性窒素計を使用するようにしてもよい。
【００９７】
（変形例４）
炭素源としては、メタノール、エタノール、酢酸、廃酢酸、グルコース等がある。
【００９８】
また、図１の最初沈殿池２の引抜汚泥、およびそれを発酵させたものを使用するようにしてもよい。
【００９９】
（変形例５）
図１の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、炭素源注入量以外に、循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のいずれであってもよい。
【０１００】
例えば、制御部８によって演算される操作量８ａが循環流量である場合には、例えば下記の式（１．３）に示されるような演算式によって、目標値が演算される。
【０１０１】
【数３】
0003961835.tif 000004
【０１０２】
ＳＶＱcir,t：時刻ｔにおける炭素源注入量目標値
ＰCN,t：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＰCnbase：効率的窒素除去を行なうためのＣ／Ｎ比
Ｑ０：定数
Ｋ：比例定数
Ｑ０の定数は、一定流量、もしくは流入流量に対する比率制御の目標値であってもよい。
【０１０３】
これにより、Ｃ／Ｎ比が不足している時には循環流量が増加する方向に、Ｃ／Ｎ比が十分な時には循環流量が減少する方向にそれぞれ制御され、窒素除去を効率的に行なうことができる。
【０１０４】
（変形例６）
図１の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、上記記載のもの一つだけを制御するものでなく、複数のものを制御するようにしてもよい。
【０１０５】
例えば、制御部８によって演算される操作量８ａとして、上記炭素源注入量および返流水流量を選択した場合には、Ｃ／Ｎ比が基準Ｃ／Ｎ比設定器７によって設定された値よりも大きい場合には、下記の式（１．４）に示すような形で返流水流量が制御され、またＣ／Ｎ比が基準Ｃ／Ｎ比設定器７によって設定された値よりも小さい場合には、炭素源注入量が前記式（１．２）に示されるような形で制御される。
【０１０６】
このように組み合わせて、切り替え制御するようにしてもよい。
【０１０７】
すなわち、汚泥貯留槽２０から返流される返流水は、下水管から流れてくる流入水に比べて、窒素負荷が高くＣ／Ｎ比が小さいため、返流水量を増加させると、Ｃ／Ｎ比を下げる方向に作用する。
【０１０８】
Ｃ／Ｎ比が大きい場合には、返流水量が多くなる方に制御目標値の演算が行なわれる。
【０１０９】
また、Ｃ／Ｎ比が小さくなってくると、返流水量が少なくなる方に制御目標値の演算を行なう。
【０１１０】
【数４】
0003961835.tif 000005
【０１１１】
ＳＶＱcir,t：時刻ｔにおける炭素源注入量目標値
ＰCN：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＰCnbase：基準Ｃ／Ｎ比
ＴI ：積分時間
Ｑ０：定数
Ｋ：比例定数
Ｃ／Ｎ比が、基準Ｃ／Ｎ比設定器７によって設定された値よりも小さく、炭素源が不足した場合には、返流水量はゼロの方向に向かい、ＰCN,t＜ＰCnbaseではゼロとなる。
【０１１２】
一方で、ＰCN,t＜ＰCnbaseの時は、炭素源注入量は上記のように増加の方向に向かう。
【０１１３】
また、上記のような切り替え制御でなく、同時に二つ以上の操作量を制御するものでもよい。
【０１１４】
（変形例７）
対象プロセスとしては、以下に示すような水処理プロセスのいずれに適用するようにしてもよい。
【０１１５】
標準活性汚泥法
Ａ2 Ｏ法（嫌気−無酸素−好気法）
ＡＯ法（嫌気−好気法）
硝化内生脱窒法
循環式硝化脱窒法
ＯＤ法
ステップ注入法
回分式活性汚泥法
間欠曝気法
担体投入型活性汚泥法
担体投入Ａ2 Ｏ法
担体投入ＡＯ法
担体投入硝化内生脱窒法
担体投入循環式硝化脱窒法
担体投入ＯＤ法
担体投入ステップ注入法
担体投入回分式活性汚泥法
担体投入間欠曝気法
凝集剤注入型活性汚泥法
凝集剤注入Ａ2 Ｏ法
凝集剤注入ＡＯ法
凝集剤注入硝化内生脱窒法
凝集剤注入循環式硝化脱窒法
凝集剤注入ＯＤ法
凝集剤注入ステップ注入法
凝集剤注入回分式活性汚泥法
凝集剤注入間欠曝気法
膜分離型活性汚泥法
膜分離型Ａ2 Ｏ法
膜分離型ＡＯ法
膜分離型硝化内生脱窒法
膜分離型循環式硝化脱窒法
膜分離型ＯＤ法
膜分離型ステップ注入法
膜分離型回分式活性汚泥法
膜分離型間欠曝気法
なお、上記の他に、担体投入、凝集剤併用型のプロセス、またはＡＯＡＯ法等、各種Ａ2 Ｏ法の変法のいずれに用いるようにしてもよい。
【０１１６】
（変形例８）
図１の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、下水処理場に流入する流入水１のＣ／Ｎ比が演算される時点と曝気槽に流入するまでのタイムラグを考慮した、下記の式（１．５）に示すようなものとしてもよい。
【０１１７】
【数５】
0003961835.tif 000006
【０１１８】
ＳＶＱcarbon,t：時刻ｔにおける炭素源注入量目標値
ＰCN：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＰCnbase：基準Ｃ／Ｎ比
Ｑin,t-Δt：時刻ｔ−Δｔにおける下水処理場流入流量
ＣcarbonTOC：炭素源のＴＯＣ濃度
ＣT-Nin,t：時刻ｔ−Δｔにおける流入水全窒素濃度
（変形例９）
下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度を直接計測したものでなくても、紫外線（ＵＶ）強度を計測するＵＶ計により計測された紫外線（ＵＶ）強度と有機物成分濃度との相関関係から、下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度を求めた換算値を使用するようにしてもよい。
【０１１９】
例えば、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）値は、ＵＶ値と一般に高い相関関係にあると言われており、下記の式（１．６）に示すような式によって、ＣＯＤ値を推定することができる。
【０１２０】
【数６】
0003961835.tif 000007
【０１２１】
ＣCOD：ＣＯＤ推定値
ＣUV：ＵＶ計測値
ａ，ｂ：定数
これにより、ＣＯＤ計等の有機物成分濃度計が設置されていないような下水処理場においても、処理対象水の汚れ等の影響を受け難い、より安定的なセンサであるＵＶ計の計測値を利用して、制御を行なうことができる。
【０１２２】
（変形例１０）
図１の制御部８によって演算される操作量８ａ出力としては、偏差（ＰCN,t−ＰCNbase）に一次比例するものでなくとも、偏差に基づいたものであればどのようなものでもよい。
【０１２３】
例えば、偏差の対数ｌｏｇ（ＰCN,t−ＰCNbase）に比例したもの、指数関数ｅｘｐ（ＰCN,t−ＰCNbase）、べき乗（ＰCN,t−ＰCNbase）n に比例したもの等や、それらを複合したものでもよい。
【０１２４】
（変形例１１）
Ｃ／Ｎ比としては、有機物成分濃度計４および窒素成分濃度計５の各計測値から演算されたものでなくとも、過去の流入水質パターンを利用して予測された予測値を用いて演算されたものであってもよい。
【０１２５】
（変形例１２）
下水処理場に流入する流入水１の流入流量に対する流量比率制御の比率を補正するものや、ＤＯ制御の制御目標値を補正するものであってもよい。
【０１２６】
（変形例１３）
図１のＣ／Ｎ比演算部６に加えて、Ｃ／Ｐ比演算部を備え、これらによって演算されたＣ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比に基づいて、循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、返流水流量のうちの少なくとも一つのものを調節するようにしてもよい。
【０１２７】
（変形例１４）
図１の好気槽１２の後段部、水配管５２、最終沈殿池１３、水配管６０等、生物学的水処理がほぼ完了している部分に取り付けられた水質センサを用いたフィードバック（ＦＢ）制御により、制御量を補正するようにしてもよい。
【０１２８】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による下水処理場水質制御装置の構成例を示すブロック図であり、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２９】
すなわち、本実施の形態による下水処理場水質制御装置は、図２に示すように、前記図７に、有機物成分濃度計測手段であるＴＯＣ計４と、リン成分濃度計測手段である全リン濃度計２５と、Ｃ／Ｐ比演算部６′と、基準Ｃ／Ｐ比設定器７′と、制御部８とを付加した構成としている。
【０１３０】
なお、前記図７における弁２４、水配管５９、初沈バイパス弁２３については、図２ではその図示を省略している。
【０１３１】
ＴＯＣ計４は、前記水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度である全有機炭素量（ＴＯＣ）４ａを計測する。
【０１３２】
全リン濃度計２５は、同水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１のリン成分濃度である全リン濃度２５ａを計測する。
【０１３３】
Ｃ／Ｐ比演算部６′は、ＴＯＣ計４および全リン濃度計２５により計測された全有機炭素量４ａおよび全リン濃度２５ａに基づいて、下水処理場に流入する流入水１のリン成分と有機物成分との比（Ｃ／Ｐ比）６′ａを演算する。
【０１３４】
基準Ｃ／Ｐ比設定器７′は、基準となる基準Ｃ／Ｐ比７′ａを設定する。
【０１３５】
制御部８は、基準Ｃ／Ｐ比設定器７′により設定された基準Ｃ／Ｐ比７′ａとＣ／Ｐ比演算部６′により演算されたＣ／Ｐ比６′ａとの差分に基づいて、下水処理場におけるＰＡＣ注入ポンプ１６の流量を調節する操作量８ａを出力する。
【０１３６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による下水処理場水質制御装置の作用について説明する。
【０１３７】
図２において、最初沈殿池２から曝気槽に流入する水配管５１上に取り付けられたＴＯＣ計４の計測値である全有機炭素量（ＴＯＣ）４ａと、全リン計２５の計測値である全リン濃度２５ａは、信号線４ａ，２５ａを介して、Ｃ／Ｐ比演算部６′に入力され、これらを基にＣ／Ｐ比が演算される。
【０１３８】
この場合の演算式としては、例えば下記のような式（２．１）で表わされる。
【０１３９】
【数７】
0003961835.tif 000008
【０１４０】
ＰCP,t：時刻ｔにおけるＣ／Ｐ比
ＣTOC：流入水ＴＯＣ濃度、
ＣTP：流入水全リン濃度
上記式（２．１）により演算されたＣ／Ｐ比は、信号線６ａ′を介して制御部８へ入力される。
【０１４１】
一方、基準Ｃ／Ｐ比設定器７′によって、基準Ｃ／Ｐ比が設定される。
【０１４２】
制御部８では、Ｃ／Ｐ比演算部６′により演算されたＣ／Ｐ比と基準Ｃ／Ｐ比との偏差に基づき、ＰＡＣ注入量目標値が、例えば下記の式（２．２）式に示すような式によって演算され、ＰＡＣ注入量目標値となるように、ＰＡＣ流量が調整される。
【０１４３】
【数８】
0003961835.tif 000009
【０１４４】
ＳＶＱPAC,t：時刻ｔにおけるＰＡＣ注入量目標値
ＰCP：時刻ｔにおけるＣ／Ｐ比
ＰCnbase：基準Ｃ／Ｐ比
Ｑ０：定数
Ｋ：比例定数
なお、Ｑ０の定数は、一定流量、もしくは流入流量に対する比率制御の目標値でもよい。
【０１４５】
基準Ｃ／Ｐ比設定器７′によって設定される基準Ｃ／Ｐ比ＰCPbaseの値は、対象となる下水処理場によって異なるが、効率的なリン窒素の同時除去を行なうためには、ＢＯＤ／Ｔ−Ｐ比として２５程度を確保することが必要であるということから、ＢＯＤ／ＴＯＣ比を加味して、３０〜４５程度の値を設定することが好ましい。
【０１４６】
本下水処理場水質制御装置によって、Ｃ／Ｐ比が小さい場合には、生物学的リン除去の効率が低下するため、ＰＡＣの注入量が増大する方向に向かい、逆にＣ／Ｐ比が大きい場合には、ＰＡＣの注入量が減少する方向に向かう。
【０１４７】
上述したように、本実施の形態による下水処理場水質制御装置では、以下のような効果を得ることができる。
【０１４８】
（ａ）制御対象として、ＰＡＣ注入ポンプ１６を使用するようにしているため、Ｃ／Ｐ比が低く生物学的リン除去が困難な場合でも、放流水質のリン濃度を悪化させることなくリン除去を行なうことが可能となる。
【０１４９】
（ｂ）有機物成分を計測するセンサとしてＴＯＣ計４を、リン成分を計測するセンサとして全リン計２５を使用するようにしているため、正味の有機物、リン比を演算することが可能となる。
【０１５０】
（ｃ）基準Ｃ／Ｐ比設定器７′により基準Ｃ／Ｐ比ＰCPbaseを設定しさえすれば、パラメータはＫとＱ０の二つと少なく、パラメータ調整を比較的容易に行なうことが可能となる。
【０１５１】
（ｄ）全リン計２５、ＴＯＣ計４を最初沈殿池２通過後の水配管５１に配しているため、水配管５０に配した場合に比べて、汚れによるセンサ値異常の可能性が少なくなり、また曝気槽に流入する正味のＣ／Ｐ比を演算することが可能となる。
【０１５２】
（変形例１）
図２のリン成分濃度計２５、および有機物成分濃度計４の取付位置としては、水配管５０に取り付けるようにしてもよい。
【０１５３】
また、最初沈殿池２や流入渠、沈砂池、ポンプ井等、曝気槽の前段部であれば、いずれの位置でも使用することができる。
【０１５４】
（変形例２）
図２の有機物成分濃度計４としては、ＴＯＣ計でなくても、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計のいずれを使用するようにしてもよい。
【０１５５】
また、リン成分濃度計２５としては、全リン計でなくても、下水処理場に流入する流入水１のリン成分のほとんどはリン酸性リンであることから、リン酸性リン濃度計を使用するようにしてもよい。
【０１５６】
（変形例３）
図２の全リン計２５としては、嫌気槽１０内に取り付けられたリン酸性リン計を使用するようにしてもよい。
【０１５７】
（変形例４）
図２の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、ＰＡＣ（凝集剤）注入量以外に、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量のいずれであってもよい。
【０１５８】
（変形例５）
図２の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、上記記載のもの一つだけを制御するものでなく、複数のものを制御するようにしてもよい。
【０１５９】
（変形例６）
対象プロセスとしては、前述したような水処理プロセスのいずれに適用するようにしてもよい。
【０１６０】
また、担体投入、凝集剤併用型のプロセス、またはＡＯＡＯ法等、各種Ａ2 Ｏ法の変法のいずれに用いるようにしてもよい。
【０１６１】
（変形例７）
図２の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、下水処理場に流入する流入水１のＣ／Ｐ比が演算される時点と曝気槽に流入するまでのタイムラグを考慮したものとしてもよい。
【０１６２】
（変形例８）
下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度を直接計測したものでなくても、紫外線（ＵＶ）強度を計測するＵＶ計により計測された紫外線（ＵＶ）強度と有機物成分濃度との相関関係から、下水処理場に流入する流入水１の有機物成分濃度を求めた換算値を使用するようにしてもよい。
【０１６３】
（変形例９）
Ｃ／Ｐ比は、有機物成分濃度計と窒素成分濃度計の計測値から演算されたものでなくとも、後述するような手法で予測された予測値を用いたものであっても良い。（請求項１０の発明）
（変形例１０）
図２の制御部８によって演算される操作量８ａ出力としては、偏差（ＰCN,t−ＰCNbase））に一次比例するものでなくとも、偏差に基づいたものであればどのようなものでもよい。
【０１６４】
例えば、偏差の対数ｌｏｇ（ＰCN,t−ＰCNbase）に比例したもの、指数関数ｅｘｐ（ＰCN,t−ＰCNbase）、べき乗（ＰCN,t−ＰCNbase）n に比例したもの等や、それらを複合したものでもよい。
【０１６５】
（変形例１１）
Ｃ／Ｐ比としては、有機物成分濃度計４およびリン成分濃度計２５の各計測値から演算されたものでなくとも、過去の流入水質パターン等を利用して予測された予測値を用いて演算されたものであっても良い。
【０１６６】
（変形例１２）
下水処理場に流入する流入水１の流入流量に対する流量比率制御の比率を補正するものや、ＤＯ制御の制御目標値を補正するものであってもよい。
【０１６７】
（変形例１３）
図２のＣ／Ｐ比演算部６′に加えて、Ｃ／Ｎ比演算部を備え、これらによって演算されたＣ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比に基づいて、循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、返流水流量のうちの少なくとも一つのものを調節するようにしてもよい。
【０１６８】
（変形例１４）
図２の好気槽１２の後段部、水配管５２、最終沈殿池１３、水配管６０等、生物学的水処理がほぼ完了している部分にとりつけられた水質センサを用いたフィードバック（ＦＢ）制御により、制御量を補正するようにしてもよい。
【０１６９】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態による下水処理場水質制御装置の構成例を示すブロック図であり、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１７０】
すなわち、本実施の形態による下水処理場水質制御装置は、図３に示すように、前記図４に、紫外線計測手段であるＵＶ計３０と、流量計測手段である流量計３１と、ＮＨ4 計３２と、窒素成分濃度計測手段であるＴ−Ｎ計３３と、リン成分濃度計測手段であるＴ−Ｐ計３４と、流入水質データベース２６と、気象情報予測部２７と、流入水質パターンデータベース２８と、流入水質予測部２９と、基準Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比設定器７″と、ＵＶ→ＢＯＤ換算器３７と、Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″と、流入比率設定器３８と、制御部８と、処理水質判定部３６と、制御補正部３５とを付加した構成としている。
【０１７１】
なお、前記図７における弁２４、水配管５９、初沈バイパス弁２３、炭素源貯留槽２１、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７については、図３ではその図示を省略している。
【０１７２】
ＵＶ計３０は、前記水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１の紫外線（ＵＶ）強度を計測する。
【０１７３】
流量計３１は、同水配管５１に設置しており、下水処理場に流入する流入水１の流量を計測する。
【０１７４】
ＮＨ4 計３２は、前記好気槽１２に設置しており、好気槽１２内のアンモニア濃度を計測する。
【０１７５】
Ｔ−Ｎ計３３は、前記水配管６１に設置しており、処理水３の全窒素濃度を計測する。
【０１７６】
Ｔ−Ｐ計３４は、同水配管６１に設置しており、処理水３の全リン濃度を計測する。
【０１７７】
流入水質データベース２６は、ＵＶ計３０により計測された紫外線（ＵＶ）強度、ＮＨ4 計３２により計測されたアンモニア濃度、Ｔ−Ｎ計３３により計測された全窒素濃度、Ｔ−Ｐ計３４により計測された全リン濃度、流量計３１により計測された流量、および日常の水質試験である手分析による水質試験結果の各時系列データを蓄える。
【０１７８】
気象情報予測部２７は、気象情報を予測する。
【０１７９】
流入水質パターンデータベース２８は、流入水質データベース２６に蓄積されたデータに基づいて、流入水質パターンを作成し記憶する。
【０１８０】
流入水質予測部２９は、流入水質パターンデータベース２８に蓄えられたＴ−Ｎの水質パターンと、気象情報予測部２７二より予測された気象情報とに基づいて、下水処理場に流入する流入水の窒素成分濃度、リン成分濃度、有機物成分濃度のうちの少なくとも一つを予測する。
【０１８１】
基準Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比設定器７″は、基準Ｃ／Ｎ比、および基準Ｃ／Ｐ比を設定する。
【０１８２】
ＵＶ→ＢＯＤ換算器３７は、ＵＶ計３０により計測された紫外線（ＵＶ）強度を、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）に換算する。
【０１８３】
Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″は、流入水質予測部２９により予測された窒素成分濃度、リン成分濃度、有機物成分濃度と、Ｎ比Ｃ／Ｐ比基準設定器７″により設定された基準Ｃ／Ｎ比、基準Ｃ／Ｐ比と、ＵＶ→ＢＯＤ換算器３７により換算されたＢＯＤとに基づいて、Ｃ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比を演算する。
【０１８４】
流入比率設定器３８は、下水処理場に流入する流入水１の流量に対する曝気風量、循環流量、ＰＡＣ注入流量の比率を設定する。
【０１８５】
制御部８は、Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″により演算されたＣ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比とＣ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比基準設定器７″により設定された基準Ｃ／Ｎ比、基準Ｃ／Ｐ比それぞれの偏差に基づいて、曝気装置９、循環ポンプ１４、ＰＡＣ注入ポンプ１６を調節するの操作量を出力する。
【０１８６】
処理水質判定部３６は、ＮＨ4 計３２により計測されたアンモニア濃度と、Ｔ−Ｎ計３３により計測された全窒素濃度と、Ｔ−Ｐ計３４により計測された全リン濃度とに基づいて、処理水３の水質状態を判定する。
【０１８７】
制御補正部３５は、処理水質判定部３６により判定された処理水３の水質状態と、あらかじめ設定された水質成分の目標値との差分に基づいて、制御部８から出力される曝気装置９、循環ポンプ１４、ＰＡＣ注入ポンプ１６に対する操作量を補正する。
【０１８８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による下水処理場水質制御装置の作用について、図４乃至図６に示す関係図を用いて説明する。
【０１８９】
図３において、最初沈殿池２から嫌気槽１０に接続される水配管５１上に取り付けられたＵＶ計３０の計測値である紫外線強度が、ＵＶ→ＢＯＤ換算器３７によってＢＯＤ値に換算され、信号線を介して、Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″に入力される。
【０１９０】
下水処理場に流入する流入水１の流入水質である窒素成分濃度、およびリン成分濃度は、下記に示すような方法で予測される。
【０１９１】
流入水質データベース２６には、日常の水質試験により測定された水質の時系列データと流量計３１による流量計測値、およびＵＶ計３０によるＵＶ計測値の時系列データが保持されている。
【０１９２】
【表１】
0003961835.tif 000010
【０１９３】
流入水質パターンデータベース２８には、天候、降雨量、降雨継続時間、降雨強度、気温等の気象情報、季節、平日、日曜等、日イベント毎に流入水質パターンが記憶されている。
【０１９４】
これは、流入水質データベース２６に蓄積されたデータより作成されるものであるが、この流入水質パターンは、下水処理場のオペレータが自由に変更することができる。
【０１９５】
例えば、図４は、平日、夏、晴れの日の流入Ｔ−Ｎ変動パターンを示す図である。
【０１９６】
Ｔ−Ｎの水質パターンは、図４に示すように午前中にピークがある。
【０１９７】
Ｔ−Ｐの水質パターンも、同様に午前中にピークがある。
【０１９８】
なお、図４中、○印は、流入水質データベース２６に蓄えられたデータである。
【０１９９】
流入水質予測部２９では、その日の日イベントと気象情報予測部２７によって予測された気象情報を基に類似日を選び出し、その日のＴ−Ｎの水質パターンが水質パターンデータベース２８から選び出される。
【０２００】
この場合、もし、その日のある時刻にＴ−Ｎが測定され、その値が流入水質データベース２６に入力されれば、そのデータを基に、例えば図５に示すように、異なるＴ−Ｎの水質パターンが選定され、日変動パターンが補正される。
【０２０１】
また、流量計３１の計測値、ＵＶ計３０による計測値等、流入水質データベース２６に蓄積されてくるデータにより、類似日を再検索して、日変動パターンが随時更新される。
【０２０２】
この流入水質予測部２９で予測されたＴ−Ｎ濃度、Ｔ−Ｐ濃度は、信号線を介してＣ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″に入力される。
【０２０３】
Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″では、下記の式（３．１）、式（３．２）に基づき、Ｃ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比が、それぞれ演算される。
【０２０４】
【数９】
0003961835.tif 000011
【０２０５】
ＰCN,t：時刻ｔにおけるＣ／Ｎ比
ＣBOD：流入水ＢＯＤ濃度換算値、
ＣTN：流入水全窒素濃度予測値
【数１０】
0003961835.tif 000012
【０２０６】
ＰCP,t：時刻ｔにおけるＣ／Ｐ比
ＣBOD：流入水ＢＯＤ濃度換算値、
ＣTP：流入水全リン濃度予測値
一方、流入比率設定部３８によって、流入流量に対する曝気風量、循環流量、ＰＡＣ注入流量の比率Ｒblow，Ｒcir，Ｒpacが、それぞれ設定される。
【０２０７】
そして、このＣ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比演算部６″により演算されたＣ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比と、基準Ｃ／Ｎ比Ｃ／Ｐ比設定器７″により設定された基準Ｃ／Ｎ比、基準Ｃ／Ｐ比とのそれぞれの偏差に基づいて、循環流量とＰＡＣ注入量の流入流量に対する比率が補正される。
【０２０８】
【数１１】
0003961835.tif 000013
【０２０９】
ＳＶＱblow,t：曝気風量目標値
ＳＶＱcir,t：循環流量目標値
ＳＶＱpac,t：ＰＡＣ流量目標値
Ｑin,t：時刻ｔにおける流入流量
ＰCNbase：基準Ｃ／Ｎ比
ＰCPbase：基準Ｃ／Ｐ比
Ｓblow，Ｓcir，Ｓpac：制御補正量
Ｋ１，Ｋ２：定数
【０２１０】
【数１２】
0003961835.tif 000014
【０２１１】
ＣNH4,t：時刻ｔにおけるアンモニア性窒素濃度
ＣT-N,t：時刻ｔにおける全窒素濃度
ＣT-P,t：時刻ｔにおける全リン濃度
Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５：定数
上記式（３．３）〜式（３．５）により、Ｃ／Ｎ比が不足した場合には、循環流量が増加し、Ｃ／Ｐ比が不足した場合には、ＰＡＣ注入量が増加する。
【０２１２】
制御補正量（Ｓblow，Ｓcir，Ｓpac）は、下記の式（３．６）〜式（３．８）によって、それぞれ演算される。
【０２１３】
最終沈殿池１３通過後の配管６０に取り付けられたＴ−Ｎ計３３の計数値、Ｔ−Ｐ計３４の計数値、およびＮＨ4 計３２の計数値を基に、処理水３の水質状態を判定する処理水質判定部３６により、Ｔ−Ｎ，Ｔ−Ｐの処理が悪化傾向にあると判定された場合に、補正がかけられる。
【０２１４】
すなわち、例えば図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、（１）Ｔ−Ｎ計３３，Ｔ−Ｐ計３４の計測値が連続的に上昇している場合（図６（ａ））、（２）Ｔ−Ｎ計３３，Ｔ−Ｐ計３４の計測値が処理悪化判定値以上になり一定時間経った場合（図６（ｂ））、（３）Ｔ−Ｎ計３３，Ｔ−Ｐ計３４の計測値がある一定の時間幅の中で急激な濃度上昇があった場合（図６（ｃ））等に、処理水３の水質が悪化したと判定される。
【０２１５】
このようなことから、処理水質判定部３６で処理水の悪化が判定された場合には、次のようなロジックによって制御量が補正される。
【０２１６】
（１）処理水Ｔ−Ｎが悪化し、好気槽１２内のＮＨ4 計３２による計測値が、ある一定の基準値よりも高い場合には、例えば上記式（３．６）によって曝気風量に補正がかけられる。
【０２１７】
（２）処理水Ｔ−Ｎが悪化し、処理水Ｔ−Ｎ計３３の計測値と好気槽１２内のＮＨ4 計３２による計測値との差がある一定以上である場合には、脱窒処理が不良と判定し、例えば上記式（３．７）によって循環流量に補正がかけられる。
【０２１８】
（３）処理水Ｔ−Ｐが悪化した場合には、例えば上記式（３．８）によってＰＡＣ流量に補正がかけられる。
【０２１９】
上述したように、本実施の形態による下水処理場水質制御装置では、以下のような効果を得ることができる。
【０２２０】
（ａ）下水処理場に流入する流入水１の窒素成分濃度、リン成分濃度としては、予測値を用いるようにしているため、窒素成分濃度計、リン成分濃度計が取り付けられないような機場でも、適用することが可能となる。
【０２２１】
（ｂ）有機物成分濃度計の代わりに、比較的高精度で連続測定が可能なＵＶ計３０を利用して、有機物成分濃度を測定するようにしているため、より一層効果的な制御を実施することが可能となる。
【０２２２】
（ｃ）放流水質の全窒素、全リン計の計測値を用いて、フィードバック（ＦＢ）制御により操作量を補正するようにしているため、処理水３の水質を悪化させることがなく制御を行なうことが可能となる。
【０２２３】
（ｄ）好気槽１２に取り付けられたアンモニア計３２によって、処理水３の全窒素の悪化が硝化不良によるものなのか脱窒不良によるものなのかを判定して、曝気風量、循環流量を制御するようにしているため、より一層効率的な窒素除去を行なうことが可能となる。
【０２２４】
（変形例１）
図３の流量計３１、およびＵＶ計３０の取付位置としては、水配管５０に取り付けるようにしてもよい。
【０２２５】
また、最初沈殿池２や流入渠、沈砂池、ポンプ井等、曝気槽の前段部であれば、いずれの位置でも使用することができる。
【０２２６】
さらに、流量計３１の代わりに、ポンプ井に設置される水位計の計測値から、Ｑ−Ｈカーブで流量を演算したものを使用することもできる。
【０２２７】
（変形例２）
紫外線（ＵＶ）強度ではなく、有機物成分を直接測定する濃度計の計測値を有機物成分濃度として用いるようにしてもよい。
【０２２８】
（変形例３）
下水処理場に流入する流入水１のリン成分濃度および窒素成分濃度としては、水配管５０，５１、最初沈殿池２や流入渠、沈砂池、ポンプ井等、曝気槽の前段部に取り付けられたＴ−Ｐ計、ＰＯ4 計およびＴ−Ｎ計、ＮＨ4 計の計測値を利用するようにしてもよい。
【０２２９】
（変形例４）
水配管５０，５１、最初沈殿池２や流入渠、沈砂池、ポンプ井等、曝気槽の前段部にＴ−Ｐ計、ＰＯ4 計およびＴ−Ｎ計、ＮＨ4 計が取り付けられているような下水処理場においても、流入水質パターン予測により予測された値を用いて、制御を行なうようにしてもよい。
【０２３０】
（変形例５）
図１の制御部８によって演算される操作量８ａとしては、循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、凝集剤注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくともいずれか一つであってもよい。
【０２３１】
（変形例６）
図３の処理水３のＴ−Ｎ計３３、およびＴ−Ｐ計３４の取付位置としては、水配管６０の位置でなくとも、好気槽１２の後段部、水配管５２、最終沈殿池１３等、生物学的水処理がほぼ完了している部分であればいずれの位置であってもよい。
【０２３２】
（変形例７）
制御補正用に処理水３の窒素成分を計測する窒素成分濃度計５としては、Ｔ−Ｎ計３３でなくとも、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度のうちいずれであってもよく、また一つでなく複数を用いて補正を行なうようにしてもよい。
【０２３３】
（変形例８）
制御補正用に処理水３のリン成分を計測するリン成分濃度計としては、Ｔ−Ｐ計３４でなくとも、リン酸性リン濃度であってもよく、また一つでなく複数を用いて補正を行なうようにしてもよい。
【０２３４】
（変形例９）
制御補正は、好気槽１２の後段部、水配管５２、最終沈殿池１３、水配管６０等、生物学的水処理がほぼ完了している部分に取り付けられたＤＯ計、ＯＲＰ計、ｐＨ計、ＳＳ計、ＭＬＳＳ計、ＵＶ計等の水質センサ等、いずれを用いて行なうようにしてもよい。
【０２３５】
（変形例１０）
図３の制御部８によって演算される操作量出力としては、上記に示すような偏差に一次比例するものでなくとも、偏差に基づいたものであればどのようなものでもよい。
【０２３６】
例えば、偏差の対数に比例したもの、指数関数、べき乗に比例したもの等や、それらを複合したものでもよい。
【０２３７】
（変形例１１）
制御補正部３５よる出力としては、偏差に一次比例するものでなくとも、偏差に基づいたものであればどのようなものでもよい。
【０２３８】
例えば、偏差の対数に比例したもの、指数関数、べき乗に比例したもの等や、それらを複合したものでもよい。
【０２３９】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
例えば、上記各実施の形態では、嫌気槽と無酸素槽と好気槽との組み合わせから構成される曝気槽を備えた下水処理場に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、無酸素槽と好気槽との組み合わせから構成される曝気槽を備えた下水処理場についても、本発明を前述と同様に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【０２４０】
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０２４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の下水処理場水質制御装置によれば、流入水の窒素成分と有機物成分とのＣ／Ｎ比、または／およびリン成分と有機物成分とのＣ／Ｐ比を用いて、下水処理場における循環流量、返送流量、曝気風量、炭素源注入量、余剰汚泥流量、返流水流量、初沈バイパス弁のうちの少なくとも一つを制御するようにしているので、下水処理場に流入する流入水の窒素成分と有機物成分とのＣ／Ｎ比、リン成分と有機物成分とのＣ／Ｐ比等の水質バランスが悪化したような場合においても、下水処理場から放流される処理水の窒素、リンの水質を常に良好に維持して、窒素、リン除去を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による下水処理場水質制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明による下水処理場水質制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図３】本発明による下水処理場水質制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図４】同第３の実施の形態による下水処理場水質制御装置における作用を説明するための関係図。
【図５】同第３の実施の形態による下水処理場水質制御装置における作用を説明するための関係図。
【図６】同第３の実施の形態による下水処理場水質制御装置における作用を説明するための関係図。
【図７】凝集剤注入型嫌気−無酸素−好気法（凝集剤注入Ａ2 Ｏ法）のプロセスから構成される曝気槽を備えた下水処理場の構成例を示すフロー図。
【図８】従来の下水処理場水質制御装置の一構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…流入水
２…最初沈殿池
３…処理水
４…ＴＯＣ計
５…Ｔ−Ｎ計
６…Ｃ／Ｎ比演算部
６′…Ｃ／Ｐ比演算部
６″…Ｃ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比演算部
７…基準Ｃ／Ｎ比設定器
７′…基準Ｃ／Ｐ比設定器
７″…基準Ｃ／Ｎ比、Ｃ／Ｐ比設定器
８…制御部
９…曝気装置
１０…嫌気槽
１１…無酸素槽
１２…好気槽
１３…最終沈殿池
１４…循環ポンプ
１５…返送ポンプ
１６…ＰＡＣ注入ポンプ
１７…余剰ポンプ
１８…初沈引抜ポンプ
１９…炭素源注入ポンプ
２０…汚泥貯留槽
２１…炭素源貯留槽
２２…凝集剤貯留槽
２３…初沈バイパス弁
２４…弁
２５…Ｔ−Ｐ計
２６…流入水質データベース
２７…気象情報予測部
２８…水質パターンデータベース
２９…流入水質予測部
３０…ＵＶ計
３１…流量計
３２…ＮＨ4 計
３３…Ｔ−Ｎ計
３４…Ｔ−Ｐ計
３５…制御補正部
３６…処理水質判定部
３７…ＵＶ→ＢＯＤ換算器
３８…流入比率設定器
５０〜６０…水配管。
【図１】
0003961835.tif 000015
【図２】
0003961835.tif 000016
【図３】
0003961835.tif 000017
【図４】
0003961835.tif 000018
【図５】
0003961835.tif 000019
【図６】
0003961835.tif 000020
【図７】
0003961835.tif 000021
【図８】
0003961835.tif 000022