(57)【要約】  本発明は処理施設および廃水の処理に適切なそのような処理施設を制御するための方法に関する。処理施設は、液体を収容するように適合される循環路（２）と、液体に酸素を含む気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備（５）と、循環路（２）に配置され、かつ循環路（２）に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機（１０）と、制御ユニット（１１）とを備える。方法は、曝気設備（５）を用いて液体に気体流Ｑを提供するステップと、流れ発生機（１０）を動作速度ｆで動作させて液体流を発生させるステップと、直接的または間接的に処理施設（１）における液体への酸素移動速度の指標を提供する少なくとも１つの工程パラメータを測定するステップと、上記工程パラメータの測定値を設定値と比較するステップと、工程パラメータの測定値と設定値との間の差が認められたとき処理施設（１）における液体への酸素移動速度を調節するステップであって、処理施設（１）の酸素移動速度が、上記工程パラメータの値を上記設定値の方へ誘導するために、曝気設備（５）によって提供される気体流Ｑを調節することの他に、流れ発生機（１０）の動作速度ｆを調節することによって調節されるステップとを特徴とする。【選択図】図１
2017507021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水などの液体の処理に適切な処理施設（１）を制御するための方法であって、前記処理施設（１）は、
−  液体を収容するように適合される循環路（２）と、
−  前記液体に酸素を含む気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備（５）と、
−  前記循環路（２）に配置され、かつ前記循環路（２）に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機（１０）と、を備えており、
前記方法は、
−  前記曝気設備（５）を用いて前記液体に気体流Ｑを提供するステップと、
−  前記流れ発生機（１０）を動作速度ｆで動作させて前記循環路（２）に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるステップと、
−  前記循環路（２）における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するステップであって、前記工程パラメータが直接的または間接的に前記処理施設（１）における前記液体への酸素移動速度の指標を提供するステップと、
−  前記少なくとも１つの工程パラメータの測定値を設定値と比較するステップと、
−  前記工程パラメータの前記測定値と前記設定値との間の差が認められたとき前記処理施設（１）における前記液体への前記酸素移動速度を調節するステップであって、前記少なくとも１つの工程パラメータの前記値を前記設定値の方へ誘導するために、前記処理施設（１）の前記酸素移動速度が、前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑの調節と、前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆ及びそれによる前記液体流の前記流量ｖの調節とによって、調節されるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記方法が、
−  前記液体に前記気体流Ｑを提供するための前記曝気設備（５）の電力消費量ＰＣＡを測定するステップと、
−  前記動作速度ｆにおける前記流れ発生機（１０）の電力消費量ＰＣＭを測定するステップと、
−  前記少なくとも１つの工程パラメータの前記値が前記設定値の方へ誘導されるのと同時に、前記曝気設備（５）の前記電力消費量ＰＣＡと前記流れ発生機（１０）の前記電力消費量ＰＣＭとの和を最小にするために、前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑおよび前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆを調節するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの工程パラメータの前記値が前記設定値に等しいときの、前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆと前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑとの間の関係が式：
【数１】
2017507021.tif 000005
によって決定され、
式中、Ｑ０は最大気体流に等しく、
ｆ０は最大気体流Ｑ０における前記流れ発生機（５）の前記動作速度に等しく、かつ、
ａおよびｂは、前記循環路（２）の設計、前記循環路（２）における意図される充填高さ／液位、前記曝気設備（５）の設計および前記循環路（２）におけるその場所、前記流れ発生機（１０）の能力および前記循環路（２）におけるその場所、前記曝気設備（５）の効率、前記流れ発生機（１０）の効率、前記液体中の溶存酸素レベルの必要とされる範囲のうちの１つまたは複数等の、前記処理施設（１）の前提条件によって決まる定数である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆが、関係：
ｆ／ｆ０＝ｄｉ、但しｃｉ−１＜Ｑ／Ｑ０＜ｃｉの場合であり、
ｃｉ＜１かつｃｉ＞ｃｉ−１とする、
を使用して、所定の対の指数Ｃｉおよびｄｉを有するテーブルを用いて、かつ前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑに基づいて決定され、
ここで、Ｑ０は最大気体流に等しく、
ｆ０は最大気体流Ｑ０における前記流れ発生機（５）の前記動作速度に等しく、
ｉは正の整数であり、かつ、
Ｃｉおよびｄｉは、前記循環路（２）の設計、前記循環路（２）における意図される充填高さ／液位、前記曝気設備（５）の設計および前記循環路（２）におけるその場所、前記流れ発生機（１０）の能力および前記循環路（２）におけるその場所、前記曝気設備（５）の効率、前記流れ発生機（１０）の効率、前記液体中の溶存酸素レベルの必要とされる範囲のうちの１つまたは複数等の、前記処理施設（１）の前提条件に依存する指数である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの工程パラメータが前記液体中の溶存酸素レベルによって構成される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記処理施設（１）が前記液体中の前記溶存酸素レベルを測定するためのセンサ（１２）を備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記曝気設備（５）が前記循環路（２）に配置される少なくとも１つの曝気セクタ（６）を備え、前記酸素センサ（１２）が前記循環路（２）に沿って前記液体流の流れ方向（４）に見た前記曝気セクタ（６）の終端に関連して設けられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆが常に所定の最低許容動作速度ｆｍｉｎより高い、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆが常に所定の最高許容動作速度ｆｍａｘより低い、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記曝気設備（５）が前記循環路（２）に配置される少なくとも１つの曝気セクタ（６）を備える、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記曝気設備（５）が、前記曝気セクタ（６）に接続されかつ前記曝気セクタ（６）に加圧気体を提供する少なくとも１つの送風機（８）を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記気体流Ｑが、前記送風機（８）の動作速度を調節することによって調節される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記曝気セクタ（６）と前記流れ発生機（１０）との間の距離が、前記循環路（２）に沿って前記液体流の流れ方向（４）に見た前記流れ発生機（１０）と前記曝気セクタ（６）との間の距離に少なくとも等しい、請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記処理施設（１）が前記液体流の前記流量ｖを測定するためのセンサ（１３）を備える、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記速度センサ（１３）が前記液体流の流れ方向（４）に見た前記流れ発生機（１０）の上流に設けられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
−  液体を収容するように適合される循環路（２）と、
−  前記液体に酸素を含む気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備（５）と、
−  前記循環路（２）に配置され、かつ前記循環路（２）に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機（１０）と、
−  制御ユニット（１１）と、を備える、廃水などの液体の処理に適した処理施設であって、
前記流れ発生機（１０）が調節可能な動作速度ｆで駆動されて前記循環路（２）に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるように適合され、
前記処理施設（１）が前記循環路（２）における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するための手段を備え、前記工程パラメータが直接的または間接的に前記処理施設（１）における前記液体への酸素移動速度の指標を提供し、
前記少なくとも１つの工程パラメータの値を設定値の方へ誘導するために、前記制御ユニット（１１）が、前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑの調節と、前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆ及びそれによる前記液体流の前記流量ｖの調節とによって、前記処理施設（１）の前記酸素移動速度を調節するように適合される、処理施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に処理施設および廃水などの液体の生物処理に適切な処理施設を制御するための方法に関する。特に本発明は処理施設、および廃水などの液体の処理に適切な処理施設であって、液体を収容するように適合される循環路と、液体に酸素を備える気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備と、循環路に配置され、かつ循環路に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機とを備える処理施設を制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
循環路、またはレーストラックは通常、とりわけ廃水の生物処理、または酸化のために使用される上方に開いた無端池である。廃水は循環路に沿って流れるようにされ、そしてそれによって循環路における異なる区域を通るようにされる。
【０００３】
そのような生物清浄の間に、廃水は通常、微生物に生物物質を二酸化炭素と水に分解させることによって、かつ細菌に水結合窒素を空中窒素に変換させることによって、窒素および生物物質が浄化される。浄化した廃水は自然界に放出され、そして水結合窒素が除去されない場合には、自然の水流に富栄養化の危険性があり、かつ生物物質が相当量の酸素を消費しているという事実のために、不十分に浄化した水が放出されれば、酸素が欠乏した水流が発生される。生物物質を分解することは、１つまたは複数の曝気セクタを用いて廃水に大量の酸素を添加することによって促進され、そして水結合窒素の除去は、循環路において添加酸素のない範囲でもしくは添加酸素のない別々の池で、および／または溶存酸素レベルが十分に低い範囲／池で行われる。循環路に沿って、少なくとも１つのいわゆる曝気区域が見られ、また少なくとも１つのいわゆる非曝気区域も見られる。したがって、上述した曝気セクタは曝気区域に配置される。
【０００４】
循環路に沿った１つまたは少数の曝気区域で、酸素は、循環路の底に配置される曝気セクタを用いて廃水に供給される、大量の気泡の形態の気体流を用いて廃水に供給される。気体から液体への酸素の移動を促進する液体での気体の滞留時間を最大にするために、できる限り循環路の底の近くに気体流を提供することが有利である。いわゆる活性汚泥中の微生物は、廃水に存在する生物物質を分解するための他に、おそらくとりわけ硝酸アンモニウムの硝化のために酸素を消費する。
【０００５】
したがって、液体の処理のために、特定の処理施設における限定された場所で見て、浄化されるべき液体中に一定量の酸素が必要とされ、かつ／または一定の酸素移動速度が必要とされ、その酸素レベルは、活性汚泥が生物物質を分解するのに可能な限り最善の条件を提供するために選択される。生物物質の量が多いときには、大量の移動する酸素が必要とされ、かつ処理施設は最高レベルで動作しており、そして生物物質の量がより少ないときには、より少ない量の移動する酸素が必要とされ、かつ処理施設は平均レベルで動作しており、すなわち移動する酸素の必要性、または液体への酸素移動速度は液体中の酸素消費生物物質の量が異なるにつれ変動する。
【０００６】
できる限り均相の液体混合物を得るために液体／廃水を撹拌して、生物物質を懸濁させておく他に、循環路に沿って循環する／流れる液体流を発生させるために、循環路において流れ発生機／撹拌機が使用される。
【０００７】
そのような処理施設を動作させるための電力消費量およびそれによって費用は実に高く、そしてとりわけ曝気設備および流れ発生機の動作は共に廃水処理で最も顕著な電力消費物である。既知の処理施設において、曝気設備の電力消費量は流れ発生機の電力消費量より約１０倍大きい。
【０００８】
先行技術に係る曝気設備がたとえば液体中の溶存酸素レベルに基づいて直接制御されたという事実のために、処理施設の電力消費量は、曝気設備によって液体に供給される気体流／気体量、すなわち酸素量ができる限り少ないように調節される、すなわち気体流最小化のときに最小にされた。これは、曝気設備の送風機／圧縮機の動作速度／毎分回転数を最小にすることによって、または曝気設備に延在する気体導管内の弁を用いて気体流を絞り、そしてその代わりに気体流を別の曝気セクタ／池で使用することによって達成される。
【０００９】
それにもかかわらず大きい電力消費量のために、液体処理のための電力消費量／費用のあらゆる追加の削減が経済的観点からの他に環境的観点から依然として大きな関心事である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、処理施設の動作のための費用を低減させる目的で処理施設を制御するための既知の方法を改善し、そしてそれによって処理施設を制御するための改善された方法を提供しようと意図する。本発明の基本的な目的は冒頭に定義した種類の改善された方法を提供することであり、それは、必要とされる液体への酸素移動速度または液体中の溶存酸素レベルが達成／維持されるのと同時に、総電力消費量およびそれによって費用が処理施設を制御するための既知の方法に対して低減されることを伴う。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、少なくとも基本的な目的は冒頭に定義した方法を用いて達せられ、その特徴は独立請求項に定義される。本発明の好適な実施形態が従属請求項にさらに定義される。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、冒頭に定義した種類の方法が提供され、その方法は、曝気設備を用いて液体に気体流Ｑを提供するステップと、流れ発生機を動作速度ｆで動作させて循環路に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるステップと、循環路における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するステップであって、その工程パラメータが直接的または間接的に処理施設における液体への酸素移動速度の指標を提供するステップと、上記少なくとも１つの工程パラメータの測定値を設定値と比較するステップと、工程パラメータの測定値と設定値との間の差が認められたとき処理施設における液体への酸素移動速度を調節するステップであって、上記少なくとも１つの工程パラメータの値を上記設定値の方へ誘導するために、処理施設の酸素移動速度が、曝気設備によって提供される気体流Ｑの調節と、流れ発生機の動作速度ｆおよびそれによる液体流の流量ｖの調節とによって、調節されるステップとを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、冒頭に定義した種類の処理施設が提供され、その処理施設は、流れ発生機が調節可能な動作速度ｆで駆動されて循環路に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるように適合されることと、処理施設が循環路における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するための手段を備えることであって、その工程パラメータが直接的または間接的に処理施設における液体への酸素移動速度の指標を提供することと、上記少なくとも１つの工程パラメータの値を設定値の方へ誘導するために、制御ユニットが、曝気設備によって提供される気体流Ｑの調節と、流れ発生機の動作速度ｆおよびそれによる液体流の流量ｖの調節とによって、処理施設の酸素移動速度を調節するように適合されることとを特徴とする。
【００１４】
したがって、本発明は、流れ発生機の動作速度を調節すること、すなわち最高動作速度で連続的に動かさないことによって、曝気設備からの気体流が調節されさえすれば、必要とされる液体への酸素移動速度または液体中の溶存酸素レベルを達成するための電力消費量はさらに最小限に抑えられるという理解に基づく。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、方法は、液体に上記気体流Ｑを提供するための曝気設備の電力消費量ＰＣＡを測定するステップと、上記動作速度ｆにおける流れ発生機の電力消費量ＰＣＭを測定するステップと、上記少なくとも１つの工程パラメータの値が設定値の方へ誘導されるのと同時に、曝気設備の電力消費量ＰＣＡと流れ発生機の電力消費量ＰＣＭとの和を最小にするために、曝気設備によって提供される気体流Ｑおよび流れ発生機の動作速度ｆを調節するステップとを備える。
【００１６】
好適な実施形態によれば、上記少なくとも１つの工程パラメータの値が設定値に等しいときの、流れ発生機の動作速度ｆと曝気設備によって提供される気体流Ｑとの間の関係は式：
【００１７】
【数１】
2017507021.tif 000003
【００１８】
によって決定され、式中、Ｑ０は最大気体流に等しく、ｆ０は最大気体流Ｑ０における流れ発生機の動作速度に等しく、かつａおよびｂは処理施設の前提条件によって決まる定数である。
【００１９】
代替の実施形態によれば、流れ発生機の動作速度ｆは、関係：
ｆ／ｆ０＝ｄｉ、但しｃｉ−１＜Ｑ／Ｑ０＜ｃｉの場合であり、
ｃｉ＜１かつｃｉ＞ｃｉ−１とする、
を使用して、所定の対の指数Ｃｉおよびｄｉを有するテーブルを用いて、かつ曝気設備によって提供される気体流Ｑに基づいて決定され、ここで、Ｑ０は最大気体流に等しく、ｆ０は最大気体流Ｑ０における流れ発生機の動作速度に等しく、ｉは正の整数であり、かつＣｉおよびｄｉは処理施設の前提条件に依存する指数である。
【００２０】
好適な実施形態によれば、上記少なくとも１つの工程パラメータは液体中の溶存酸素レベルによって構成される。
好適な実施形態によれば、流れ発生機の動作速度ｆは、たとえば生物物質を液体中に懸濁させておくために、かつ循環路に沿って液体流を維持するために、常に所定の最低許容動作速度ｆｍｉｎより高い。
【００２１】
本発明に関する他の利点およびその特徴は、その他の従属請求項からの他に以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかだろう。
本発明の上述のおよび他の特徴および利点のより完全な理解は、添付の図面を参照して以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法に従って制御される本発明の処理施設の概略図である。
【図２】代替の実施形態に係る処理施設の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
最初に図１に参照がなされる。本発明は、生物質を備える廃水などの液体の処理に適切な、全体的に１で表わされる処理施設に関する。
処理施設１は、処理されるべき液体を収容するように適合される無端の循環路２またはレーストラックを備える。開示した実施形態において、循環路２は、湾曲した端部を有し、かつ中央に設けられる長手仕切り３ａを備える長楕円形の池（換言すれば、ます（basin））によって構成され、循環路２は２つの方向転換／半円流路区間を用いて互いに接続される２つの平行な直線流路区間を得る。方向転換流路区間は開示した実施形態において液体流の方向転換を容易にする案内壁３ｂを備える。循環路が任意の他の考えられる形状、たとえば円環形状または蛇行形状を呈してもよく、そしてしたがって循環路がそれぞれいくつかの直線および方向転換流路区間を備えてもよいか、または完全に円形／楕円形のトラック形状を呈してもよいことが指摘されるべきである。
【００２４】
循環路２は所定の充填高さ／液位まで液体／廃水を収容するように適合されるとはいえ、動作中の実際の液位は本発明が影響を受けることなく上記充填高さの下でも上でもよい。廃水は本発明の処理施設１において連続式かまたはバッチ式かで浄化され、そして廃水体積を上記所定の充填高さまで到達するようにさせることによって、処理施設１の最適利用が得られる。典型的な充填高さは約３〜８メートルである。連続処理の間、液体が循環路２から連続的に除去されるのと同時に、液体が循環路２に連続的に供給される。連続処理の間の入力および出力は循環流の一部分、通常循環流の約１／３０〜１／２０である。循環路２は、液体が流れるものと意図される、矢印４を用いて概略的に図示される所定の流れ方向を有するように配置される。
【００２５】
その他に、本発明の処理施設１は、液体に酸素を含む気体流Ｑを提供するように適合される、全体的に５で表わされる曝気設備を備える。曝気設備５は好ましくは少なくとも１つの曝気セクタ６を備え、それは循環路２の曝気区域に配置される。曝気セクタを備えない循環路２の部分はいわゆる非曝気区域である。曝気セクタ６は開示した実施形態において直線流路区間の中央に配置されるが、しかしながら、好ましくは直線流路区間の最初にもしくは直線流路区間の全長に沿って、および／または方向転換流路区間になど、他の場所も考えられる。
【００２６】
上記少なくとも１つの曝気セクタ６は好ましくは循環路２の底に配置され、かつ気体から廃水／液体に酸素（Ｏ２）を移動するために、曝気設備５から液体に気体流Ｑを提供するように適合される。気体流Ｑは空気などの酸素含有気体、他の酸素含有気体混合物または純酸素によって構成される。曝気セクタ６はたとえば、全体として循環路２の幅の全体または主要部に及ぶ多数の散気装置または曝気装置部材７、好ましくはいわゆる微細気泡曝気装置によって構成される。循環路２に沿った曝気セクタ６の長さは通常、循環路２の全長の約５〜２５％を占めるが、しかしながら曝気セクタ６の長さは循環路２の全長の５０％以上まで構成してもよい。好ましくは、曝気設備５は２つ以上の曝気セクタ６を備え、それらは好ましくは循環路２に沿って相互に等距離に配置されており、図２を参照されたい。
【００２７】
曝気設備５はその他に、配管システム９を介して曝気セクタ６に気体を提供する少なくとも１つの送風機８を備える。処理施設１は、自らが１つまたは複数の循環路２の１つまたは複数の曝気セクタに延在する配管システムに共同で対応する一組の送風機８を備えてもよい。いくつかの送風機およびいくつかの曝気セクタを有するそのような設備において、各曝気セクタ６への気体供給は弁および／または送風機の動作速度／毎分回転数の調節を用いて制御される。
【００２８】
その他に、本発明の処理施設１は循環路２に配置される少なくとも１つの流れ発生機１０を備え、流れ発生機の場所は本明細書では上記少なくとも１つの曝気セクタ６の上流であると定められる。流れ発生機１０は上記循環路２に沿って流れる液体流を発生させるように適合され、かつ１つまたは複数の水中撹拌機、しばしば１００ｒｐｍ未満の範囲の、通常は２０〜５０ｒｐｍ範囲の毎分回転数で回転するプロペラを有するいわゆる低速動作撹拌機によって構成されてもよい。他の適切な流れ発生機は、軸流ポンプまたはいわゆるフィッシュテール撹拌機などの圧送撹拌機などである。好ましくは、処理施設１は２つ以上の場所で流れ発生機１０を備え、それらは好ましくは循環路２に沿って相互に等距離に配置されており、図２を参照されたい。好ましくは、曝気セクタ６と流れ発生機１０との間の距離は少なくとも、流れ方向４に見た流れ発生機１０と曝気セクタ６との間の距離と同程度大きく、その結果曝気セクタ６の動作が流れ発生機１０の動作によって悪影響を受けることはない。最適な実施形態において、均相かつ均一の液体流が曝気セクタ６に到達し、そして流れ発生機１０に到達する液体流には気泡および気体流誘導流がない。循環路２の壁から、流れ発生機１０に対して作用しかつ液体流の生成への悪影響を有する反力が生じないように、流れ発生機１０は好ましくは循環路２の方向転換流路区間からある距離をおいて設けられるべきである。
【００２９】
曝気設備５の形態、すなわち曝気部材７の種類、曝気セクタ６、管路などの長さおよび幅、ならびに曝気セクタ６の場所は液体流およびそれによって酸素移動能力に大いに影響を及ぼす。その他に、気泡または大量の溶存酸素が処理施設１における次の工程ステップに運ばれることを防止するために、曝気セクタ６が循環路２の出口の近くには設けられないことが好ましい。
【００３０】
処理施設１を制御するための方法が、曝気設備５を用いて液体に気体流Ｑを提供するステップと、流れ発生機１０を動作速度ｆで動作させて循環路２に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるステップと、循環路２における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するステップであって、その工程パラメータが直接的または間接的に処理施設１における液体への酸素移動速度の指標を提供するステップと、上記少なくとも１つの工程パラメータの測定値を設定値と比較するステップと、工程パラメータの測定値と設定値との間の差が認められたとき処理施設１における液体への酸素移動速度を調節するステップであって、上記少なくとも１つの工程パラメータの値を上記設定値の方へ誘導するために、処理施設１の酸素移動速度が、曝気設備５によって提供される気体流Ｑの調節と、流れ発生機１０の動作速度ｆおよびそれによる液体流の流量ｖの調節とによって、調節されるステップとを備えることが本発明にとって不可欠である。
【００３１】
処理施設は、工程パラメータおよびそれによって液体への酸素移動速度を設定値の方へ制御するように適合される制御ユニット１１も備える。制御ユニット１１は曝気設備５および流れ発生機１０に作動的に接続される。
【００３２】
好ましくは、流れ発生機１０の動作速度ｆは常に所定の最低許容動作速度ｆｍｉｎより高い。最低許容動作速度ｆｍｉｎより低い動作速度では、特定の処理施設１の必要とされる工程結果が到達されるには液体流の流量ｖがあまりに低い恐れがあるのと同時に、液体流が十分に均相でない恐れがあり、固形物が循環路２の底に沈殿する。その他に、流れ発生機１０に過負荷をかける危険を冒さないために、流れ発生機１０の動作速度ｆが常に所定の最高許容動作速度ｆｍａｘより低いことが好ましい。
【００３３】
好ましくは、方法はまた、液体に上記気体流Ｑを提供するための曝気設備５の電力消費量ＰＣＡを測定するステップと、上記動作速度ｆにおける流れ発生機１０の電力消費量ＰＣＭを測定するステップと、上記少なくとも１つの工程パラメータの値が設定値の方へ誘導され、そしてそれによって液体への酸素移動速度が変更されるのと同時に、曝気設備５の電力消費量ＰＣＡと流れ発生機１０の電力消費量ＰＣＭとの和を最小にするために、曝気設備５によって提供される気体流Ｑおよび流れ発生機１０の動作速度ｆを調節するステップとを備える。
【００３４】
曝気設備５によって提供される気体流Ｑを調節するために、送風機８の動作速度／毎分回転数が好ましくは変更され、代替的に送風機８から曝気セクタ６に通過するのを許容される気体量が、配管システム９に配置される弁（図示せず）を用いて変更される。
【００３５】
測定した上記少なくとも１つの工程パラメータが、直接的または間接的に、液体への酸素移動速度および／または液体中の溶存酸素レベルの指標、ならびにそれによって酸素移動速度が増加または減少される必要があるかどうかの指標である／当該指標を提供することが不可欠である。最も好適な実施形態によれば、溶存酸素レベルは直接測定され、そして代替の実施形態において、溶存酸素レベルはたとえば、酸素移動速度を増加／減少させる必要があるかどうかを示す工程の酸化還元電位を測定することによって、または酸素移動速度を増加／減少させる必要があるかどうかを示す工程の状態／状況を診断することによって間接的に測定される。液体中の溶存酸素レベルがあまりに低いときには、酸素移動速度の増加が当面の問題となり、そして液体中の溶存酸素レベルがあまりに高いときには、酸素移動速度の減少が当面の問題となる。いくつかの工程パラメータが測定され、そしてそれぞれの設定値の方へ誘導されることができ、この工程パラメータが共同でまたは別々に、直接的または間接的に液体への酸素移動速度および／または液体中の溶存酸素レベルの指標である／当該指標を提供することが実現されるべきである。たとえば、液体への顕著な酸素移動という事実にもかかわらず、すべての移動した酸素の即時の総消費が行われる、すなわち酸素レベルが測定不能／約ゼロであるシステムが指摘されるべきである。そのような場合、溶存酸素レベルは直接測定されることができず、酸素移動速度が調節される必要があるかどうかを判定するために工程の診断が行われなければならない。
【００３６】
液体中の溶存酸素レベルを測定／判定するために、処理施設１は好ましくは循環路２における所定の場所に設けられる酸素センサ１２を備える。他に何も示されなければ、酸素センサの場所の説明は他の工程パラメータセンサに対しても有効である。酸素センサ１２は制御ユニット１１に作動的に接続される。酸素センサ１２は、好ましくは循環路２に沿って流れ方向４に見た曝気セクタ６の端に関連して、代替的には曝気セクタ６の直接下流の範囲に設けられる。酸素センサ１２の他の考えられる場所は曝気セクタ６の直接上流のどこかである。たとえば、酸素センサは、液体中の溶存酸素レベルが最も低い場所から情報を得るために、曝気セクタの直接上流の範囲に設けられてもよい。その他に、いくつかの酸素センサが、流れ方向４に沿って液体中の有機物質を分解する工程についての情報を得るために、曝気セクタ６の下流に、比較的大きな距離をおいて配置されてもよい。
【００３７】
各処理施設１はそれ自体の前提条件／要件、たとえば処理されるべき入力液体の状況および内容、循環路を出る液体の所望の状況などを有し、そしてそれによって、たとえば溶存酸素レベルおよび循環路２に沿ったそのプロファイルの異なる条件を有する。いくつかの工程では、液体が次の曝気セクタに到達する前にすべてのまたはほとんどすべての酸素が消費されることが望ましく、そしていくつかの工程では、全液体体積において比較的に高い溶存酸素レベルが望ましい。曝気セクタ６の端に関連した溶存酸素レベルの典型的な値はリットル液体当たり１〜３ｍｇ酸素（Ｏ２）であるが、しかしながら酸素レベルはいくつかの施設ではリットル液体当たり６ｍｇ酸素に達してもよい。ほとんどの場合、処理における他の工程が行われるべく、溶存酸素レベルがリットル液体当たり０，５ｍｇ酸素を経験する非曝気区域を有することが望ましい。
【００３８】
循環路に沿って、溶存酸素レベルが、酸素が提供されるために曝気区域で曝気セクタ上流で増加し、そして酸素が消費されるために非曝気区域で減少することが簡潔に説明されることができる。循環路に沿った流量は、一定量の有機物質を想定すれば、溶存酸素レベルが非曝気区域で減少する速度の他に溶存酸素レベルが曝気区域で増加する速度に影響を及ぼす。曝気セクタ上流の範囲でのより高い流量は気泡がより小さいことを伴い、そしてそれによって気体と液体との間の接触面積が増加され、これが酸素移動速度を促進し（毎時ｋｇ酸素）、またその他により大きい乱流が発生され、これも酸素移動速度を促進する。より高い流量は液体での気泡の滞留時間が増加することも伴い、これが酸素移動速度を促進する。
【００３９】
溶存酸素レベルは曝気セクタ６の端に関連して最高であり、かつ曝気セクタ６の直接上流の範囲で最低である。他の工程パラメータに対しても有効である、液体中の溶存酸素レベルの所定のまたは工程依存の設定値の値はしたがって、循環路におけるどの場所で測定が行われるかによって決まる。その他に、設定値は、たとえば流入液体の変更される状況および内容、流出液体の変更される必要とされる状況などに応じて時間とともに調節されることができる。設定値は手動でまたは自動で設定／調節されることができる。
【００４０】
さらにまた、処理施設１は、酸素センサ１２とともにまたはその代わりに、液体中の溶存酸素レベルおよび／または別の工程パラメータの正しい値を維持するために酸素移動速度が増加または減少されなければならないかどうかに影響を及ぼす又はこれを示す、他のセンサ／プローブを備えることができる。たとえば、全く開示されていないアンモニアセンサが使用されてもよく、その値は液体中の酸素消費速度を示し、その結果制御ユニット１１は、アンモニアセンサ値に基づいて液体中の溶存酸素レベルの設定値を調節し、そして次いで液体中の溶存酸素レベルの測定値と合わさる工程パラメータ、または別の工程パラメータに関して、曝気設備５の気体流Ｑおよび／または流れ発生機１０の動作速度ｆが調節されるべきであるかどうかを判定する。さらに別の代替例は、液体から離れる気体中の酸素レベルを測定し、そしてそれを液体に提供される気体中の酸素レベルと比較するシステム、いわゆる「オフガス」メータである。時間とともに継続する「オフガス」測定は処理施設の酸素移動速度の直接測定を提供する。「オフガス」測定は、センサが液体中に設けられず、かつそれによって液体によって影響を受ける／破壊されることができないという利点も有する。送風機の調節はオン／オフ制御を含むこともできる。
【００４１】
処理施設１は好ましくは液体流の流量ｖを測定するための少なくとも１つのセンサ１３を備える。速度センサ１３は制御ユニット１１に作動的に接続される。速度センサ１３は一実施形態によれば循環路２における液体中に沈められて設けられ、そして好ましくは、気泡が速度センサ１３に影響を及ぼし又はこれを妨害し、その結果それが流量に関する偽値を与える恐れがあるので、速度センサ１３は液体流に曝気セクタ６からの気泡がない循環路２における位置に設けられるべきである。代替の実施形態において、液体中の固形物が速度センサ１３を破壊／妨害する危険を冒さないために、速度センサは液体上方に設けられ、かつ無接触測定を使用して液体流の流量を測定する。
【００４２】
速度センサは好ましくは最大に発達した流れを有する循環路２における位置に設けられるべきである。換言すれば、設備、曝気セクタ６、流れ発生機１０などが液体流の流れプロファイルに影響を及ぼさない循環路２における場所である。流れ発生機１０の下流でおよび曝気セクタ６で、液体流は不安定かつ乱流であり、そしてこれらの場所での流量の測定は流量の偽値を与える恐れがある。したがって、速度センサ１３は好ましくは流れ発生機１０の上流で循環路２の直線流路区間に、最も好ましくは流れ発生機１０の直接上流の範囲に設けられるべきである。流量は特定の処理施設１のための承認された間隔内に保たれるべきであり、その間隔は液体流が十分に均相であること、および処理工程の要件が到達されることを確実にするべきである。
【００４３】
上記少なくとも１つの工程パラメータの値が設定値に等しいときの、流れ発生機１０の動作速度ｆと曝気設備５によって提供される気体流Ｑとの間の関係は、好ましくは以下の２つの方法のいずれかによって決定される。
【００４４】
第１の方法によれば、関係は式：
【００４５】
【数２】
2017507021.tif 000004
【００４６】
によって決定され、式中、Ｑ０は最大気体流に等しく、ｆ０は最大気体流Ｑ０における流れ発生機５の動作速度に等しく、かつａおよびｂは、循環路２の設計、循環路２における意図される充填高さ／液位、曝気設備５の設計および循環路２におけるその場所、流れ発生機１０の能力および循環路２におけるその場所、曝気設備５の効率、流れ発生機１０の効率、液体中の溶存酸素レベルの必要とされる範囲のうちの１つまたは複数といった処理施設１の前提条件によって決まる定数である。
【００４７】
定数ａおよびｂの値は典型的にではあるが必ずではなく、特定の処理施設１の初期調整の間に決定される。代替的に、定数ａおよびｂは、処理施設１が本発明の方法に従って動作される前にデータシミュレーションによって決定されることができる。
【００４８】
実際には、いくつかの実行が流れ発生機１０の異なる動作速度ｆでなされ、その結果曝気設備５からの対応する気体流Ｑが得られる。いくつかの組のｆおよびＱから、定数ａおよびｂが特定の処理施設１のために決定されることができる。
【００４９】
他方の方法によれば、関係は所定の値のテーブルに基づいて決定される。より正確には、流れ発生機１０の動作速度ｆは、所定の対の指数Ｃｉおよびｄｉを有するテーブルを用いて、かつ曝気設備５によって提供される気体流Ｑに基づいて決定され、すなわちＱ／Ｑ０の各値に対してｆ／ｆ０の所定の値がある。［ｃｉ−１＜Ｑ／Ｑ０＜ｃｉ］の場合［ｆ／ｆ０＝ｄｉ］であり、但し［ｃｉ＜１］かつ［ｃｉ＞ｃｉ−１］とし、ここで、ｉ＝１，２，３…、Ｑ０は最大気体流に等しく、ｆ０は最大気体流Ｑ０での流れ発生機５の動作速度に等しく、かつＣｉおよびｄｉは処理施設１の前提条件に依存する指数である。
【００５０】
ｃｉおよびｄｉの値は、典型的にではあるが必ずではなく、特定の処理施設１の初期調整の間に決定される。代替的に、ｃｉおよびｄｉは、処理施設１が本発明の方法に従って動作される前にデータシミュレーションによって決定されることができる。
【００５１】
ｃｉおよびｄｉは、循環路２の設計、循環路２における意図される充填高さ／液位、曝気設備５の設計および循環路２におけるその場所、流れ発生機１０の能力および循環路２におけるその場所、曝気設備５の効率、流れ発生機１０の効率、液体中の溶存酸素レベルの必要とされる範囲のうちの１つまたは複数といった処理施設１の前提条件に依存する。
【００５２】
流れ発生機１０の動作速度が、代替の完全に等価な仕方で、本発明に影響を及ぼすことのなく、流れ発生機１０の動作ｒｐｍ（毎分回転数）または動作電気周波数として表されることができることが指摘されるべきである。他に何も示されなければ、これは文書全体に当てはまる。
【００５３】
ここで図２に参照がなされる。本実施形態において、処理施設１は曝気セクタ６と少なくとも１つの流れ発生機１０の組を２つ備え、ここでそれらの組は各々１つの直線流路区間に設けられる。その他に、処理施設は２つの酸素センサ１２または他の工程パラメータセンサを、各曝気セクタ６に１つずつ備える。処理施設１は速度センサ１３を備える。しかしながら、処理施設１が１つまたは複数の速度センサ１３および１つまたは複数の酸素センサ１２を備えることが考えられる。制御ユニット１１は各酸素センサ１２、各速度センサ１３、各流れ発生機１０および曝気設備５に作動的に接続される。曝気セクタ６は相互に異なる気体流を提供するように適合されることができる。図１および２に開示した実施形態の組合せが考えられ、ここで曝気セクタ６および流れ発生機１０は同じ直線流路区間に設けられることも指摘されるべきである。
本発明の実行可能な変更
本発明は上述しかつ図面に図示した実施形態のみに限定されず、それらは主に例示的かつ例証する目的を有する。本特許出願は本明細書に説明した好適な実施形態のすべての修正および変形を包含するものと意図され、したがって本発明は添付の請求項の文言によって定められ、そしてしたがって機器は添付の請求項の範囲内の各種の仕方で変更されてもよい。
【００５４】
上に、下に、上の、下のなどといった用語についての／関するすべての情報が、機器を図に従って方向付け、参照箇所が適切に読まれることができるように図面を方向付けて解釈される／読まれるべきであることも指摘されるべきである。したがって、そのような用語は図示した実施形態における相関関係を示すのみであり、本発明の機器に別の構造／設計が設けられれば、それらの関係は変更されてもよい。
【００５５】
特定の実施形態からの特徴が別の実施形態からの特徴と組み合わせられてもよいことが明示的に述べられずとも、組合せが可能であれば、組合せは明らかであると考えられるべきであることも指摘されるべきである。
【図１】
2017507021.tif 000006
【図２】
2017507021.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月22日(2016.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
廃水などの液体の処理に適切な処理施設（１）を制御するための方法であって、前記処理施設（１）は、
−  液体を収容するように適合される循環路（２）と、
−  前記液体に酸素を含む気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備（５）と、
−  前記循環路（２）に配置され、かつ前記循環路（２）に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機（１０）であって、水中攪拌機によって構成される、少なくとも１つの流れ発生機（１０）と、を備えており、
前記方法は、
−  前記曝気設備（５）を用いて前記液体に気体流Ｑを提供するステップと、
−  前記流れ発生機（１０）を動作速度ｆで動作させて前記循環路（２）に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるステップと、
−  前記循環路（２）における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するステップであって、前記工程パラメータが直接的または間接的に前記処理施設（１）における前記液体への酸素移動速度の指標を提供するステップと、
−  前記少なくとも１つの工程パラメータの測定値を設定値と比較するステップと、
−  前記工程パラメータの前記測定値と前記設定値との間の差が認められたとき前記処理施設（１）における前記液体への前記酸素移動速度を調節するステップであって、前記少なくとも１つの工程パラメータの前記値を前記設定値の方へ誘導するために、前記処理施設（１）の前記酸素移動速度が、前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑの調節と、前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆ及びそれによる前記液体流の前記流量ｖの調節とによって、調節されるステップと、
を備える方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
−  液体を収容するように適合される循環路（２）と、
−  前記液体に酸素を含む気体流Ｑを供給するように適合される曝気設備（５）と、
−  前記循環路（２）に配置され、かつ前記循環路（２）に沿って液体流を発生させるように適合される少なくとも１つの流れ発生機（１０）であって、水中攪拌機によって構成される、少なくとも１つの流れ発生機（１０）と、
−  制御ユニット（１１）と、を備える、廃水などの液体の処理に適した処理施設であって、
前記流れ発生機（１０）が調節可能な動作速度ｆで駆動されて前記循環路（２）に沿って流量ｖを有する液体流を発生させるように適合され、
前記処理施設（１）が前記循環路（２）における少なくとも１つの場所で少なくとも１つの工程パラメータを測定するための手段を備え、前記工程パラメータが直接的または間接的に前記処理施設（１）における前記液体への酸素移動速度の指標を提供し、
前記少なくとも１つの工程パラメータの値を設定値の方へ誘導するために、前記制御ユニット（１１）が、前記曝気設備（５）によって提供される前記気体流Ｑの調節と、前記流れ発生機（１０）の前記動作速度ｆ及びそれによる前記液体流の前記流量ｖの調節とによって、前記処理施設（１）の前記酸素移動速度を調節するように適合される、処理施設。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
それにもかかわらず大きい電力消費量のために、液体処理のための電力消費量／費用のあらゆる追加の削減が経済的観点からの他に環境的観点から依然として大きな関心事である。
米国特許出願公開第２０１３／０２５６２２５号明細書は、廃水を収容するように適合されたレーストラックとレーストラックの底部に配置されて加圧された空気を廃水中に供給するように構成されたディフューザー組立体とを備える軌道型廃水処理システムを開示する。加えて、廃水処理システムは、曝気インペラにより構成される表面型曝気装置を備える。曝気インペラの回転速度および水没の程度は調整可能であり、曝気インペラの曝気速度を変化させる。ディフューザー組立体は、その様な変化をバランスさせまたは補償するように調整可能である。
【国際調査報告】
2017507021.tif 000008
2017507021.tif 000009
2017507021.tif 000010