(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物反応槽と、
生物反応槽の後段に設けられた最終沈殿池と、
生物反応槽内にリン酸と反応する凝集剤を注入する凝集剤注入機とを備え、
生物反応槽の入口に流量計を設けるとともに、最終沈殿池にリン酸計を設け、
流量計からの信号と設定された注入率とに基づいて凝集剤の注入量を求めるとともに、この注入量を、リン酸計の計測値と設定されたリン酸量の目標値との差により求められた補正係数を用いて補正し、補正された凝集剤の注入量を求めて凝集剤注入機を制御する制御装置を設けたことを特徴とする下水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理システムおよびこの下水処理システムに用いられる計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の下水処理システムについて図９を用いて説明する。下水処理システム１０は、最初沈殿池１１と、生物反応槽１２と、最終沈殿池１３とを備え、最初沈殿池１１内に流入する下水は、微細な浮遊物が沈殿除去される。生物反応槽１２内では、下水が活性汚泥と混合して曝気装置１５から散気装置１６を介して送られる空気によって曝気され、活性汚泥にふくまれる微生物の代謝作用を利用して有機物を除去する。活性汚泥混合液は最終沈殿池１３にて、活性汚泥を沈降分離することにより浄化される。
【０００３】
下水の窒素除去のため、生物反応槽１２は曝気を行う部分１２ａと行わない部分１２ｂとに分けられ、曝気する部分１２ａでは下水中のアンモニア等の窒素化合物が酸化し硝酸となる。曝気を行う部分１２ａから行わない部分１２ｂへと混合液を循環させるため循環ポンプ２１が設けられ、曝気を行わない部分１２ｂでは硝酸が窒素ガスへと還元される。
【０００４】
下水のリン除去のため、生物反応槽１２に凝集剤を凝集剤注入機２２により注入し、生物反応槽１２内のリン酸と凝集剤を化学反応させ凝集沈殿させる。凝集沈殿したリン化合物は最終沈殿池１３から余剰汚泥ポンプ１９により余剰汚泥の一部として水処理系外方へと排出され、処理水のリンが除去される。
【０００５】
図９に示すように、下水処理場システム１０は制御装置３０を有している。下水の有機物、窒素、リンなどを除去するため、窒素酸化物を窒素ガスへ還元するように制御装置３０は生物反応槽１２の曝気を行っている部分１２ａと行っていない部分１２ｂとの混合液を循環させる循環ポンプ２１の循環ポンプ流量を求める。また制御装置３０は生物反応槽１２のリン酸と反応して凝集沈殿させる凝集剤の注入量と、有機物・窒素化合物を酸化させるための曝気風量とを各々求めるる。このため制御装置３０は循環ポンプ流量演算部３１と、凝集剤注入量演算部３２と、曝気風量演算部３３とを有している。これら循環ポンプ流量演算部３１、凝集剤注入量演算部３２および曝気風量演算部３３は、流入負荷である下水の有機物量、窒素量、リン量が流入下水量と比例すると仮定し、オペレータが設定した比率・倍率に基づいて流量計３５からの流入量に比例して循環ポンプ流量、凝集剤注入量、曝気風量を各々演算し、制御装置３０はこの演算値に基づいて循環ポンプ２１、凝集剤注入機２２および曝気装置１５を各々制御している。
【０００６】
図９において、最終沈殿池１３と生物反応槽１２との間に、直送ポンプ１８を有する直送ライン１７が設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記下水処理システムにおいては、負荷変動を流入水量のみと仮定しており、水質変動に基づく負荷変動に対して適切に対応できず、窒素およびリンを効果的に除去することができない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、下水処理システムにおける、処理水の窒素、リンをより効率的に除去することができる下水処理システムおよびこの下水処理システムに用いる計測システムを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、生物反応槽と、生物反応槽の後段に設けられた最終沈殿池と、生物反応槽内にリン酸と反応する凝集剤を注入する凝集剤注入機とを備え、生物反応槽の入口に流量計を設けるとともに、最終沈殿池にリン酸計を設け、流量計からの信号と設定された注入率とに基づいて凝集剤の注入量を求めるとともに、この注入量を、リン酸計の計測値と設定されたリン酸量の目標値との差により求められた補正係数を用いて補正し、補正された凝集剤注入量を求めて凝集剤注入機を制御する制御装置を設けたことを特徴とする下水処理システムである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、下水処理システム１０は下水が流入する最初沈殿池１１と、生物反応槽１２と、最終沈殿池１３とを備え、生物反応槽１２内には散気装置１６が設置されるとともに、散気装置１６には曝気装置１５が接続されている。
【００１９】
生物反応槽１２内にはアンモニア計４５が設置され、また生物反応槽１２の入口には流量計３５が設けられている。
【００２０】
また曝気装置１５には、流量計３５からの信号に基づいて曝気風量を求める曝気風量演算部４１が接続され、曝気風量演算部４１の曝気風量はアンモニア計４５の計測値により補正係数を求める補正係数演算部４２により補正される。
【００２１】
図１において、曝気風量演算部４１と補正係数演算部４２とにより制御装置４０が構成され、制御装置４０で求められ補正された曝気風量に基づいて曝気装置１５が制御される。
【００２２】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２３】
最初沈殿池１１内に流入する下水は、微細な浮遊物が沈殿除去される。生物反応槽１２内では下水が活性汚泥と混合して、曝気装置１５から散気装置１６を介して取出される空気により曝気される。この間生物反応槽１２内では活性汚泥に含まれる微生物の代謝作用により有機物が除去される。活性汚泥混合液は、最終沈殿池にて活性汚泥が沈降分離されて浄化される。
【００２４】
この間、曝気装置１５が制御装置４０により制御される。すなわち制御装置４０の曝気風量演算部４１において、流量計３５からの下水の流入量信号と、予め設定された風量倍率設定値とに基づいて曝気風量が求められ、この曝気風量は補正係数演算部４２で求めた補正係数により補正される。
【００２５】
制御装置４０の作用について更に述べる。
【００２６】
補正係数演算部４２ではこのアンモニア計４５の計数値ＳＮＨ４と設定されたアンモニア量目標値ＳＶＮＨ４とをもとに曝気風量の補正係数ｍｂｌｏｗを算出し、この補正係数ｍｂｌｏｗ を用いて流入量Ｑと設定された風量倍率Ｒｂｌｏｗとをもとに曝気風量演算部４１で計算された曝気風量を補正する。
【００２７】
具体的には、曝気風量演算部４１において、ステップｎにおける曝気風量の指示値
【数１】
0004365512.tif 000002
として与える。
【００２８】
ここで、ｔは時間、ａ，Ｋｐ，Ｋｉ、Ｋｄは定数。添え字のｎ、ｎ−ａ、ｎ−１はステップ数を示し、自由に設定可能とする。
【００２９】
図１において、下水処理システムに対する外乱要素のうち、下水の流入量の変動に対しては、設定された風量倍率によって曝気風量を増減することによってその負荷変動に対応する。下水の流入水質の変動に対しては、設定されたアンモニア量目標値をもとに補正係数を増減し、この補正係数を曝気風量に乗ずることによってその負荷変動に対応する。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、下水処理システムに対する主要な外乱要素である下水の流入量の変動に起因する負荷変動と、下水の流入水質の変動に起因する負荷変動とに同時に対応することができ、処理水の窒素をより効率的に除去できる。
【００３１】
なお、補正係数ｍｂｌｏｗは上記の値に限ることなく、例えば補正係数ｍｂｌｏｗとして、
【数２】
0004365512.tif 000003
または、
【数３】
0004365512.tif 000004
を用いてもよい。
【００３２】
第２の実施の形態
次に図２により本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３３】
図２に示す第２の実施の形態は、アンモニア計４５の代わりに硝酸計４６を設置したものであり、他は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３４】
図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
図２において、生物反応槽１２に硝酸計４６が設置され、この硝酸計４６の計測値ＳＮＯ３と設定された硝酸量目標値ＳＶＮＯ３とをもとに補正係数演算部４２において曝気風量の補正係数ｍｂｉｏｗが算出される。この補正係数ｍｂｉｏｗを用いて曝気風量演算部４１で流入量Ｑと、設定された風量倍率Ｒｂｌｏｗとをもとに計算された曝気風量を補正する。
【００３６】
具体的には、曝気風量演算部４１において、ステップｎにおける曝気風量の指示値
【数４】
0004365512.tif 000005
として与える。
【００３７】
ここでｔは時間、ａ，Ｋｐ，Ｋｉ、Ｋｄは定数。添え字のｎ、ｎ−ａ、ｎ−１はステップ数を示し、自由に設定可能とする。
【００３８】
図２において、下水処理システムに対する外乱要素のうち、下水の流入量の変動に対しては、設定された風量倍率によって曝気風量を増減することによってその負荷変動に対応する。下水の流入水質の変動に対しては、設定された硝酸量目標値をもとに補正係数を増減し、この補正係数を曝気風量に乗ずることによってその負荷変動に対応する。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、下水処理システムに対する主要な外乱要素である下水の流入量の変動に起因する負荷変動と、下水の流入水質の変動に起因する負荷変動とに同時に対応することができ、処理水の窒素をより効率的に除去できる。
【００４０】
なお、補正係数ｍｂｌｏｗは上記の値に限ることなく、例えば補正係数ｍｂｌｏｗとして、
【数５】
0004365512.tif 000006
または、
【数６】
0004365512.tif 000007
を用いてもよい。
【００４１】
第３の実施の形態
次に図３により本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００４２】
図３に示す第３の実施の形態は、散気装置１６および曝気装置１５を設ける代わりに、生物反応槽１２に凝集剤注入機２２を接続し、生物反応槽１２と最終沈殿池１３にリン酸計４７を設置したものである。
【００４３】
凝集剤注入機２２には、制御装置５０が接続され、この制御装置５０は流量計３５からの信号に基づいて凝集剤注入量を求める凝集剤注入量演算部５１と、リン酸計４７の計測値に基づいて凝集剤注入量の補正を行うために補正係数を求める補正係数演算部５２とを有している。
【００４４】
図３において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図３において、下水のリン除去のため、生物反応槽１２に凝集剤が凝集剤注入機２２により注入され、生物反応槽１２内のリン酸と凝集剤が化学反応をおこして凝集沈殿する。凝集沈殿したリン化合物は、最終沈殿池１３から水処理系外方へと放出される。
【００４６】
上述のように、生物反応槽１２および最終沈殿池１３にリン酸計４７が設置され、このリン酸計の計測値ＳＰＯ４と設定されたリン酸量目標値ＳＶＰＯ４とをもとに、制御装置５０の補正係数演算部５２において凝集剤注入量の補正係数ｍＰＡＣが算出される。この補正係数ｍＰＡＣを用いて流入量Ｑと設定された注入率ＲＰＡＣとをもとに凝集剤注入量演算部５１で計算された凝集剤注入量が補正される。
【００４７】
具体的には、凝集剤注入量演算部５１において、ステップｎにおける凝集剤注入量の指示値
【数７】
0004365512.tif 000008
として与える。
【００４８】
ここでｔは時間、ａ，Ｋｐ，Ｋｉ、Ｋｄは定数。添え字のｎ、ｎ−ａ、ｎ−１はステップ数を示し、自由に設定可能とする。
【００４９】
図３において、下水処理システムに対する外乱要素のうち、下水の流入量の変動に対しては、設定された注入率によって凝集剤注入量を増減することによってその負荷変動に対応する。下水の流入水質の変動に対しては、設定されたリン酸量目標値をもとに補正係数を増減し、この補正係数を凝集剤注入量に乗ずることによってその負荷変動に対応する。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、下水処理システムに対する主要な外乱要素である下水の流入量の変動に起因する負荷変動と、下水の流入水質の変動に起因する負荷変動とに同時に対応することができ、処理水のリンをより効率的に除去できる。
【００５１】
なお、補正係数ｍＰＡＣは上記の値に限ることなく、例えば補正係数ｍＰＡＣとして、
【数８】
0004365512.tif 000009
または、
【数９】
0004365512.tif 000010
を用いてもよい。
【００５２】
第４の実施の形態
次に図４により本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００５３】
図４に示す第４の実施の形態は、生物反応槽１２を散気装置１６が配置された一側（曝気を行う部分）１２ａと、散気装置１６が配置されない他側（曝気を行わない部分）１２ｂとに区画し、一側１２ａと他側１２ｂとの間を循環ポンプ２１で連結したものである。また生物反応槽１２の一側１２ａ内にアンモニア計４５と硝酸計４６が設置されている。
【００５４】
循環ポンプ２１には制御装置６０が接続されている。この制御装置６０は流量計３５からの信号に基づいて循環ポンプ流量を求める循環ポンプ流量演算部６１と、アンモニア計４５および硝酸計４６の計測値により生物反応槽１２内の状態を判定する状態判定部６３と、状態判定部６３の判定結果に基づいて循環ポンプ流量演算部６１の循環ポンプ流量を補正する補正係数を求めて補正係数演算部６２とを有している。
【００５５】
図４において、生物反応槽１２の曝気を行う一側１２ａでは下水中のアンモニア等の窒化化合物が酸化して硝酸となり、曝気を行う一側１２ａから曝気を行わない他側１２ｂへと循環ポンプ２１により混合液が循環する。生物反応槽１２の他側１２ｂでは、硝酸が窒素ガスへと還元される。
【００５６】
上述のように、生物反応槽１２の一側１２ａ内に、アンモニア計４５および硝酸計４６が設置され、このアンモニア計４５と硝酸計４６の計測値ＳＮＨ４，ＳＮＯ３と設定されたアンモニア量および硝酸量目標値ＳＶＮＨ４，ＳＶＮＯ３とをもとに状態判定部６３において生物反応槽１２内の状態が判定される。次に補正係数演算部６２で生物反応槽１２の曝気を行っている一側１２ａと、曝気を行っていない他側１２ｂとの間で混合液を循環させる循環ポンプ２１の流量の補正係数ｍＲＥＣを算出する。循環ポンプ流量演算部６１では、流入量Ｑと設定された比率ＲＲＥＣとをもとに循環ポンプ流量を求めるとともに、この循環ポンプ流量を補正係数ｍＲＥＣにより補正する。
【００５７】
具体的には、循環ポンプ流量演算部６１において、ステップｎにおける循環ポンプ流量の指示値
【数１０】
0004365512.tif 000011
として与える。
【００５８】
ここでｔは時間、
【数１１】
0004365512.tif 000012
は定数。添え字のｎ、ｎ−ａ、ｎ−１はステップ数を示し、自由に設定可能とする。
【００５９】
図４において、下水処理システムに対する外乱要素のうち、下水の流入量の変動に対しては、設定された比率によって循環ポンプ流量を増減することによってその負荷変動に対応する。下水の流入水質の変動に対しては、設定されたアンモニア量および硝酸量目標値をもとに補正係数を増減し、この補正係数を循環ポンプ流量に乗ずることによってその負荷変動に対応する。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、下水処理システムに対する主要な外乱要素である下水の流入量の変動に起因する負荷変動と、下水の流入水質の変動に起因する負荷変動とに同時に対応することができ、処理水の窒素をより効率的に除去できる。
【００６１】
なお、補正係数ｍＲＥＣは上記の値に限ることなく、例えば補正係数ｍＲＥＣとして、
【数１２】
0004365512.tif 000013
または、
【数１３】
0004365512.tif 000014
を用いてもよい。
【００６２】
第５の実施の形態
次に図５および図６により本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００６３】
図５および図６に示す第５の実施の形態は、生物反応槽１２にアンモニア計４５を設置するとともに、アンモニア計４５を設置した生物反応槽１２において、アンモニア量の手分析を行い、アンモニア手分析計測手段４５ａによりアンモニア量手分析値を求めるものである。次にアンモニア計測補正部４５ｂにおいて、過去３ヶ月分のアンモニア計計測値ＳＮＨ４とアンモニア量手分析値ＡＮＨ４とから、相関式ＡＮＨ４＝ａ＊ＳＮＨ４＋ｂ（ａ，ｂは定数）を作成し、この相関式を用いてアンモニア計計測値ＳＮＨ４を補正する。このアンモニア計計測補正値と設定されたアンモニア量目標値とをもとに補正係数演算部４２において曝気風量の補正係数を算出し、この補正係数を用いて曝気風量演算部４１において、流入量と設定された風量倍率とをもとに計算された曝気風量を補正する。
【００６４】
図５および図６において、アンモニア計４５は第１計測手段となり、アンモニア手分析計測手段４５ａはアンモニア計４５より信頼性が高くかつ計測点数が少ない第２計測手段となる。またアンモニア計４５と、アンモニア手分析計測手段４５ａと、アンモニア計測補正部４５ｂとにより計測システムが構成される。
【００６５】
図５および図６において他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６６】
本実施の形態によれば、アンモニア量の計測において、簡便で計測点数の多いアンモニア計４５による計測値を、計測結果の信頼性が高く計測点数が少ないアンモニア量手分析値との相関性を利用して補正することで、計測点数が多いアンモニア計計測値の絶対値の信頼性が向上する。
【００６７】
またこの補正されたアンモニア計計測値をもって曝気風量の補正係数を算出することで、より精度の高い効率的な曝気風量の補正を行うことができる。
【００６８】
第６の実施の形態
次に図７により本発明の第６の実施の形態について説明する。
【００６９】
図７に示す第６の実施の形態は、生物反応槽１２に硝酸計４６を設置するとともに、硝酸計４６を設置した生物反応槽１２において、硝酸量の手分析を行い、硝酸手分析計測手段４６ａにより硝酸量手分析値を求める。次に硝酸計測補正部４６ｂにおいて、過去３ヶ月分の硝酸計計測値ＳＮＯ３と硝酸量手分析値ＡＮＯ３とから相関式ＡＮＯ３＝ａ＊ＳＮＯ３＋ｂ（ａ，ｂは定数）を作成し、この相関式を用いて硝酸計計測値ＳＮＯ３を補正する。この硝酸計計測値と設定された硝酸量目標値とをもとに補正係数演算部４２において、曝気風量の補正係数を算出し、この補正係数を用いて曝気風量演算部４１において、流入量と設定された風量倍率とをもとに計算された曝気風量を補正する。
【００７０】
図７において、硝酸計４６は第１計測手段となり、硝酸手分析計測手段４６ａは硝酸計４６より信頼性が高くかつ計測点数が少ない第２計測手段となる。また硝酸計４６と、硝酸手分析計測手段４６ａと、硝酸補正部４６ｂとにより計測システムが構成される。
【００７１】
図７において、他の構成は図５および図６に示す実施の形態と略同一である。
【００７２】
本実施の形態によれば、硝酸量の計測において、簡便で計測点数の多い硝酸計４６による計測値を、計測結果の信頼性が高く計測点数が少ない硝酸量手分析値との相関性を利用して補正することで、計測点数が多い硝酸計計測値の絶対値の信頼性が向上する。
【００７３】
またこの補正された硝酸計計測値をもって曝気風量の補正係数を算出することで、より精度の高い効率的な曝気風量の補正を行うことができる。
【００７４】
第７の実施の形態
次に図８により本発明の第７の実施の形態について説明する。
【００７５】
図８に示す第７の実施の形態は、生物反応槽１２および最終沈殿池１３にリン酸計４７を設置すると共に、リン酸計４７を設置した生物反応槽１２および最終沈殿池１３において、リン酸量の手分析を行い、リン酸手分析計測手段４７ａによりリン酸量手分析値を求める。次にリン酸計測補正部４７ｂにおいて、過去３ヶ月分のリン酸計計測値ＳＰＯ４とリン酸量手分析値ＡＰＯ４とから相関式ＡＰＯ４＝ａ＊ＳＰＯ４＋ｂ（ａ，ｂは定数）を作成し、この相関式を用いてリン酸計計測値ＳＰＯ４を補正する。このリン酸計計測補正値と設定されたリン酸量目標値をもとに補正係数演算部５２において凝集剤注入量の補正係数を算出し、この補正係数を用いて凝集剤注入演算部５１において流入量と設定された注入率とをもとに計算された凝集剤注入量を補正する。
【００７６】
図８において、リン酸計４７は第１計測手段となり、リン酸手分析計測手段４７ａはリン酸計４７より信頼性が高くかつ計測点数が少ない第２計測手段となる。またリン酸計４７とリン酸手分析計測手段４７ａと、リン酸計測補正部４７ｂとにより計測システムが構成される。
【００７７】
図８において、他の構成は図３に示す実施の形態と略同一である。
【００７８】
本実施の形態によれば、リン酸量の計測において、簡便で計測点数の多いリン酸計４７による計測値を、計測結果の信頼性が高く計測点数が少ないリン酸量手分析値との相関性を利用して補正することで、計測点数が多いリン酸計計測値の絶対値の信頼性が向上する。
【００７９】
また、この補正されたリン酸計計測値をもって凝集剤注入量の補正係数を算出することで、より精度の高い効率的な凝集剤注入量の補正を行うことができる。
【００８０】
なお、図５および図６と、図７と、図８とに各々示すアンモニア計４５、硝酸計４６、リン酸計４７の代わりに、それぞれの計測地点における水質シミュレータを用いてアンモニア量、硝酸量、リン酸量の計測予測値を求める計測予測手段を用いてもよい。
【００８１】
この場合はアンモニア量、硝酸量、リン酸量の計測において、センサの設置が不要となり、シミュレータを用いてアンモニア量、硝酸量およびリン酸量の計測予測値を計測予測手段により求め、これらの計測予測値を計測結果の信頼性が高く計測点数が少ないアンモニア量手分析値、硝酸量手分析値およびリン酸量手分析値により補正する。このことにより計測点数が多いシミュレータを用いた計測予測値の絶対値の信頼性が向上する。
【００８２】
また計測点数が多いシミュレータを用いた計測予測値の信頼性が向上するため、より精度の高い効率的な制御を行うことが可能となる。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、下水の負荷変動要素として、流入量とアンモニア、硝酸およびリン酸等の水質を考慮した下水処理制御を行うことができ、下水の窒素、リンをより効率的に除去することが可能となる。また計測システムを簡便で計測点数の多い第１計測手段と、信頼性が高く計測点数が少ない第２計測手段と、計測補正部とから構成したので、簡便でかつ高精度に水質の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における下水処理システムを示す概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態における下水処理システムを示す概略図。
【図３】本発明の第３の実施の形態における下水処理システムを示す概略図。
【図４】本発明の第４の実施の形態における下水処理システムを示す概略図。
【図５】本発明の第５の実施の形態における下水処理システムを示す概略図。
【図６】アンモニア計計測値の補正方法を示す図。
【図７】本発明の第６の実施の形態における下水処理システムの概略図。
【図８】本発明の第７の実施の形態における下水処理システムの概略図。
【図９】従来の下水処理システムを示す図。
【符号の説明】
１０  下水処理システム
１１  最初沈殿池
１２  生物反応槽
１３  最終沈殿池
１５  曝気装置
１６  散気装置
２１  循環ポンプ
２２  凝集剤注入機
４０，５０，６０  制御装置
４５  アンモニア計
４６  硝酸計
４７  リン酸計
【図１】
0004365512.tif 000015
【図２】
0004365512.tif 000016
【図３】
0004365512.tif 000017
【図４】
0004365512.tif 000018
【図５】
0004365512.tif 000019
【図６】
0004365512.tif 000020
【図７】
0004365512.tif 000021
【図８】
0004365512.tif 000022
【図９】
0004365512.tif 000023