(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理場の水質データを蓄積するデータ蓄積装置と、土木構造などの処理場仕様を設定する処理場仕様設定装置と、運転条件を設定する運転条件設定装置と、水質モデルパラメータを設定するモデルパラメータ設定装置と、日変動データを算出するための係数を設定する係数設定部と、前記係数設定部からの係数と日代表値との積から日変動データを計算する日変動データ計算部と、前記各装置からのデータを受け取り処理場の水質を予測するシミュレーション計算装置とを備えたシミュレーション装置において、
前記データ蓄積装置と前記係数設定部との間に、１日の特定時刻の計測データに対する各測定時刻の計測データの比率を計算し基本係数とする基本係数演算部と、前記基本係数演算部の係数Ｃiから各測定時刻間Ｔの計測データＣi-1の傾きａiをａi ＝（Ｃi −Ｃi-1 ）／Ｔにより計算して補間を行い、分単位の日変動係数を計算する補間係数演算部とを備え、前記傾きａiを前記係数設定部に出力する係数演算部と、
前記データ蓄積部からのデータに基づき、ＷＱｄｉｆｆを雨天日と晴天日の水質データの差、Ｒａｉｎを雨量（ｍｍ／ｈ）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，αを雨天日係数としたとき、ＷＲｄｉｆｆ＝ａ・Ｒａｉｎ２＋ｂ・Ｒａｉｎ＋ｃ＋ｄ／（Ｒａｉｎ＋α）の式により雨天日の係数を作成する雨天日係数作成部と、ＷＱＲを雨天日データ、ＷＱＣＷを晴天日データとしたとき、雨天日データＷＱＲは、晴天日の水質データＷＱＣＷに、前記雨天日係数作成部で計算した水質データの差ＷＱｄｉｆｆを加算する雨天日データ計算部とからなり、この雨天日の水質データを前記シミュレーション計算部に送る雨天日データ作成部とを設けたことを特徴とする水質シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市下水や産業廃水のように、汚水を浄化する活性汚泥法、嫌気・好気汚泥処理法などの汚水廃水処理装置における水質シミュレーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市下水処理、工場廃水などの処理プロセスは、微生物の状況、気候などから運転方法を決定する必要がある。図２は従来の水質シミュレーション装置とその周辺との接続状況を示すブロック図である。図において、１０は最初沈殿池、１１は反応槽、１２は最終沈殿池である。先ず、下水処理プラントの概要について述べる。下水処理プラントでは、流入した下水は、最初沈殿池１０、反応槽１１、最終沈殿池１２の順に流れて処理される。汚濁物質を含む下水は、最初沈殿池１０に導入され、汚濁物質の中の沈降しやすいものを沈降分離して上澄水を反応槽１１に流出する。反応槽１１には最終沈殿池１２の汚泥の一部が返送汚泥ポンプによって返送されており、反応槽１１はその返送汚泥と最初沈殿池１０の上澄水を処理する。反応槽１１では、ブロワー( 図示せず) から圧送された空気が曝気槽内の散気管によって放出されており、汚濁物質は活性汚泥により吸着、分解されて最終沈殿池１２に導かれる。最終沈殿池１２では活性汚泥を沈降分離し、沈降汚泥は余剰汚泥ポンプ（図示せず）により汚泥処理系（図示せず）に排出され、清澄水は処理水として滅菌槽（図示せず）を経て放流される。
つぎに、水質シミュレーション装置の動作について述べる。図２において、１はデータ蓄積装置、２は処理場仕様設定装置、３は運転条件設定装置、４はモデルパラメータ設定装置、７は係数設定部、８は日変動データ計算部、９はシミュレーション計算装置である。
(1) 水質分析データをデータ蓄積装置１に蓄積する。データ蓄積装置１は、ａ、ｂ、ｃ、ｄのサンプリング地点から水質をシミュレーションする上で必要な情報、たとえば、リン酸態リン濃度や、硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、Total-COD 、溶解性COD など水質が分析されたデータを蓄積する。
(2) 反応槽の体積、管路などの処理場土木構造を、処理場仕様設定装置２により設定する。
(3) 返送率、SRT 、DO濃度など、処理場を運転する上で必要な条件について、各処理場に最も適した値を、運転条件設定装置３により設定する。
(4) シミュレーションに用いる水質モデルのパラメータ( 増殖速度、分解速度など) を、モデルパラメータ設定装置４により設定する。
(5) 日変動データを算出するための係数を係数設定部７により人が入力し設定する。
(6) 係数設定部７の係数と日代表値との積から日変動データを日変動データ計算部８により計算する。日変動データは、特定した時刻の日代表値に係数設定部７で求めた各時刻の係数を乗じて各時刻の変動を求める。
(7) 予測計算をシミュレーション装置９により行う。蓄積装置１に蓄積された分析データのうち下水処理プラントの入口に流入する水質と、処理場仕様設定装置２に入力された値と、運転条件設定装置３で設定された値と、モデルパラメータ設定装置４によって設定された値とを入力し、反応槽、処理水の水質の予測を行う。その予測計算に用いる式は１０数個あり、その一つを例示すると、例えば発酵生成物濃度の計算は、式(1) を用いて行われる。
【０００３】
【数１】
0003985180.tif 000002
【０００４】
だだし、各記号の意味はつぎのとおりである。
SA (i)：i 時点の対象タンクの発酵生成物濃度(gCOD/m3)
SA(i)R：i 時点の対象タンクの化学反応による変化量を考慮に入れた発酵生成物濃度(gN/m3)
SA(i)in ：i 時点の対象タンクに流入する発酵生成物濃度(gCOD/m3)
SA(i)out：i 時点の対象タンクから流出する発酵生成物濃度(gCOD/m3)
V ：対象タンクの体積(m3)
Qin ：対象タンクへ流入する量(m3/h)
Qout：対象タンクから流出する量(m3/h)
T ：対象タンクから流入・流出するステップ時間(h)
i ：シミュレーションステップ(h)
但し各変数は式(2) 〜(9) を用いて計算される。
【０００５】
【数２】
0003985180.tif 000003
【０００６】
但し、各記号の意味はつぎのとおりである。
SA(i) ：i 時点の対象タンクで増殖・減少した発酵生成物(gCOD/m3)
ρ5 ：SAによる好気的増殖(gCOD/d)
ρ7 ：SAによる無酸素的増殖と脱窒(gCOD/d)
ρ8 ：発酵(gCOD/d)
ρ10：ポリヒドロキシアルカノエートの蓄積(gCOD/d)
ρ15：ポリヒドロキシアルカノエートの分解(gCOD/d)
１のデータ蓄積装置から入力される分析データ
SO2 ：溶存酸素濃度(gO2/m3)
SNH4：溶解性のアンモニア濃度(gN/m3)
SNO3：溶解性の硝酸性窒素濃度(gN/m3)
SPO4：無機溶解性リン酸性リン濃度(gP/m3)
SALK：アルカリ度(mole HCO3/m3)
SF：易分解性有機物濃度(gCOD/m3)
SA：発酵生成物濃度(gCOD/m3)
XAUT：硝化菌濃度(gCOD/m3)
XH：従属栄養微生物(gCOD/m3)
XPHA：ポリヒドロキシアルカノエート(gCOD/m3)
XPP ：ポリリン酸(gP/m3)
XPAO：リン酸蓄積細菌(gCOD/m3)
モデルパラメータ設定装置４から設定されるパラメータは、つぎのとおりである。
uH：基質の最大増殖速度(1/d)
ηNO3 ：硝酸性窒素濃度の無酸素状態の加水分解による減少係数(-)
KA：発酵生成物濃度飽和係数(gO2/m3)
KO2 ：酸素飽和係数(gO2/m3)
KF：易分解性基質増殖飽和係数(gCOD/m3)
KNO3：硝酸性窒素飽和係数(gN/m3) 注) このシミュレーションでは亜硝酸性窒素と硝酸性窒素を同じ物質として扱う。
KNH4：アンモニア飽和係数(gN/m3)
KP：リン酸性リン酸飽和係数(gP/m3)
KALK：アルカリ度飽和係数(mole HCO3/m3)
Kfe ：SFの発酵飽和濃度(gCOD/m3)
qfe ：発酵の最大速度(1/d)
KPP ：ポリリン酸の飽和濃度(gPP/gPAO)
qPHA：ポリヒドロキシアルカノエート蓄積速度(gCOD/(gPAO ・d)
bPHA：ポリヒドロキシアルカノエート分解速度(1/d)
シミュレーション計算装置５では、上記のように硝酸性窒素だけでなく、リン酸性リン濃度、アルカリ度、アンモニア性窒素濃度なども同時に計算される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来の水質シミュレーション装置では、日変動水質データなどは通常の手分析では、データの入力に時間を要し、直ぐにはシミュレーションできないという問題があった。また、雨天日には、晴天日に比べて下水の流入量が多いので、このような場合に晴天日のモデルを用いても、水質の予測結果の精度が悪くなるという問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、過去の日変動のパターンデータおよび雨天日のパターンデータを参照することにより、種々の条件のシミュレーションが高精度にできる水質シミュレーション装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
下水処理場の水質データを蓄積するデータ蓄積装置と、土木構造などの処理場仕様を設定する処理場仕様設定装置と、運転条件を設定する運転条件設定装置と、水質モデルパラメータを設定するモデルパラメータ設定装置と、日変動データを算出するための係数を設定する係数設定部と、前記係数設定部からの係数と日代表値との積から日変動データを計算する日変動データ計算部と、前記各装置からのデータを受け取り処理場の水質を予測するシミュレーション計算装置とを備えたシミュレーション装置において、
前記データ蓄積装置と前記係数設定部との間に、１日の特定時刻の計測データに対する各測定時刻の計測データの比率を計算し基本係数とする基本係数演算部と、前記基本係数演算部の係数Ｃiから各測定時刻間Ｔの計測データＣi-1の傾きａiをａi ＝（Ｃi −Ｃi-1 ）／Ｔにより計算して補間を行い、分単位の日変動係数を計算する補間係数演算部とを備え、前記傾きａiを前記係数設定部に出力する係数演算部と、
前記データ蓄積部からのデータに基づき、ＷＱｄｉｆｆを雨天日と晴天日の水質データの差、Ｒａｉｎを雨量（ｍｍ／ｈ）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，αを雨天日係数としたとき、ＷＲｄｉｆｆ＝ａ・Ｒａｉｎ２＋ｂ・Ｒａｉｎ＋ｃ＋ｄ／（Ｒａｉｎ＋α）の式により雨天日の係数を作成する雨天日係数作成部と、ＷＱＲを雨天日データ、ＷＱＣＷを晴天日データとしたとき、雨天日データＷＱＲは、晴天日の水質データＷＱＣＷに、前記雨天日係数作成部で計算した水質データの差ＷＱｄｉｆｆを加算する雨天日データ計算部とからなり、この雨天日の水質データを前記シミュレーション計算部に送る雨天日データ作成部とを設けた構成である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の水質シミュレーション装置の構成とその周辺との接続状況を示すブロック図である。図において、５は係数演算部、６は雨天日データ作成部である。その他の符号およびサンプリング地点を示すａ、ｂ、ｃ、ｄは、従来の技術の項で述べたものと同一であるため説明を省略する。係数演算部５は、基本係数演算部５１と補間係数演算部５２で構成されている。基本係数演算部５１は、蓄積されている分析データから日変動のパターン係数を計算する。
補間係数演算部５２は、基本係数演算部５１で計算した各時刻の係数と１日１点(9:00)の分析データから補間係数を計算する。雨天日データ作成部６は、雨天日係数作成部６１と雨天日データ計算部６２で構成されている。雨天日係数作成部６１は、蓄積されている分析データから雨天日の雨量によってパターン係数を計算する。雨天日データ計算部６２は、雨天日係数作成部６１で計算した雨天係数、雨量と分析値から雨天日データを計算する。
【００１０】
つぎに、水質シミュレーション装置の動作について述べる。
(1) 水質分析データをデータ蓄積装置１に蓄積する（従来技術に同じ）。
(2) 処理場土木構造を処理場仕様設定装置２により設定する（従来技術に同じ）。
(3) 返送率、SRT 、DO濃度など処理場に最も適した値を運転条件設定装置３により設定する（従来技術に同じ）。
(4) 増殖速度、分解速度などの水質モデルのパラメータをモデルパラメータ設定装置４により設定する（従来技術に同じ）。
(5) 日変動のパターンの基本係数を計算する。
データ蓄積部１に蓄積されている分析データから基本係数演算部５１により日変動のパターンの基本係数を計算する。すなわち、１日の特定時刻の計測データに対する各測定時刻の計測データの比率を計算する。ここでは、9:00のデータを基準値と考え係数を計算している。変動係数は式(10)で表すことができる。
Ｃｉ＝Ｘｉ／Ｘ9:00                           (10)
i ：時刻
Ci：日変動係数
Xi：24時間分析値
X9:00 ：9:00の分析データ
(6) 補間係数を計算する。基本係数演算部５１で計算した各時刻の係数から補間係数演算部５２により式 (11) を用いて補間係数を計算する。すなわち、各測定時刻間の計測データの全傾きを計算する。
ａi ＝（Ｃi −Ｃi-1 ）／Ｔ                   (11)
ａi ：各時刻間の傾き
Ｔ  ：計測間隔（分）
(7) 係数演算部５により演算した係数を、係数設定部７により設定する。
(8) 日変動データを計算する（従来技術に同じ）。日変動データは、係数設定部７で設定した係数とデータ蓄積装置１に蓄積されている分析データから計算される。計算は、式(12)を日変動データ計算部を用いて実行される。
Ｙｉ＝Ｃｉ×Ｙ9:00                           (12)
i ：時刻
Ci：日変動係数
Yi：日変動データ
Y9:00 ：9:00の分析データ
(9) 雨天日のパターン係数を計算する。
雨天日係数作成部６１は、蓄積されている分析データから雨天日の雨量によってパターン係数を計算する。雨天日係数は式(13) で計算することができる。
【００１１】
【数３】
0003985180.tif 000004
【００１２】
ＷＱｄｉｆｆ：雨天日と晴天日の水質データの差、Ｒａｉｎ：雨量（ｍｍ／ｈ）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，α：雨天日係数
上記計算式の各係数は、一般的に最適パラメータを設定する手法として用いられている遺伝的アルゴリズム、シンプレックス法、線形計画法、最大傾斜法などで算出する。
(10) 雨天日データを計算する。
雨天日データ計算部６２は、雨天日係数作成部６１で計算した雨天係数、雨量と分析値から雨天日データを計算する。雨天日データは式(14)で計算することができる。すなわち、晴天日の水質データＷＱＣＷに、式(13)で計算した水質データの差ＷＱｄｉｆｆを加算することにより雨天日データＷＱＲを計算する。
【００１３】
【数４】
0003985180.tif 000005
【００１４】
ＷＱＲ  ：雨天日データ
ＷＱＣＷ：晴天日データ
(11) シミュレーション装置９により、予測計算を行う（従来技術に同じ）。
このように、水質シミュレーション装置では、日変動データ作成部、日変動データを作成することができる。また、雨天日データ作成部によって雨天日データを作成することができる。このような装置の追加により、種々の状況に対応したシミュレーションを行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、日変動のパターン係数を計算する基本係数演算部と補間係数を計算する補間係数演算部と雨天日の雨量によってパターン係数を計算する雨天日係数作成部および雨天日データを計算する雨天日データ計算部とを設けたので、日変動のデータおよび雨天日のデータを数分単位で作成することができ、種々の状況に対応したシミュレーションを極めて高精度に行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水質シミュレーション装置とその周辺との接続状況を示すブロック図である。
【図２】従来の水質シミュレーション装置とその周辺との接続状況を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ データ蓄積装置
２ 処理場仕様設定装置
３ 運転条件設定装置
４ モデルパラメータ設定装置
５ 係数演算部
５１ 基本係数演算部
５２ 補間係数演算部
６ 雨天日データ作成部
６１ 雨天日係数作成部
６２ 雨天日データ計算部
７ 係数設定部
８ 日変動データ計算部
９ シミュレーション計算装置
１０ 最初沈殿池
１１ 反応槽
１２ 最終沈殿池
【図１】
0003985180.tif 000006
【図２】
0003985180.tif 000007