(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、上記汚泥を上記脱窒処理槽に返送させる手段と、上記汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けた生物学的窒素除去装置において、上記硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、上記計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去装置。
【請求項２】
硝化処理槽からの流出水量に基づき、曝気量を調節する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝化菌もしくは脱窒菌の生物学的作用により被処理水中の窒素を除去する生物学的窒素除去装置に係るもので、特にその制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
およそ、下水中に含まれるりんが湖沼や閉鎖性の強い湾内に流入し続けると、やがて濃度が過剰となり、アオコや赤潮などの有害な植物性プランクトンが発生する。これを富栄養化現象といい、近年、深刻な社会問題となっていることは周知の事実である。
ところで、「高度処理施設設計マニュアル（案）」（社団法人日本下水道協会、平成６年）にも記載されているように、下水中の窒素は、硝化菌と脱窒菌の機能を応用した生物学的窒素除去法によって処理することができる。
【０００３】
そしてこの生物学的窒素除去法による水処理装置は、硝化処理槽と脱窒処理槽の２つの生物反応槽を備えている。すなわち、硝化処理槽では、好気性条件下で独立栄養細菌である亜硝酸細菌（主としてNitrosomomas）および硝化細菌（主としてNitrobacter）が無機性窒素を酸化し、増殖のためのエネルギーを得る。これらの反応を化学反応式で表すと、次のようになる。
【化１】
0004229999.tif 000002
したがって、硝化細菌による硝化反応は、上記式を組み合わせて総括的には次のように表すことができる。
【化２】
0004229999.tif 000003
【０００４】
硝化反応にて硝化された被処理水が脱窒処理槽に送り込まれると、無酸素条件下で通性嫌気性細菌である脱窒細菌による硝酸性呼吸あるいは亜硝酸性呼吸が行なわれる。無酸素状態における呼吸反応は次の式で表される。
【化３】
0004229999.tif 000004
この結果、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は窒素ガスに還元され、下水中に含まれる窒素が除去される。
【０００５】
図１０は従来の生物学的窒素除去装置の一例を示す構成図である。図１０において、生物学的窒素除去装置は、処理の対象とする流入水が流入する脱窒処理槽４１と、この脱窒処理槽４１を通過後の被処理水が流入する硝化処理槽４２と、曝気処理された被処理水から活性汚泥を沈降分離して処理水として流出させる最終沈澱池４３と、硝化処理槽４２に空気を送る曝気装置４４と、汚泥を返送するための返送汚泥ポンプ４５と、余剰汚泥を抜き出すための余剰汚泥ポンプ４６により構成されている。
ａは系外から脱窒処理槽４１へ被処理水が導かれる配管、ｂは硝化処理槽４２と最終沈澱池４３とを結合する配管、ｃは最終沈澱池から系外へ処理水を流出させるための配管である。ｄは最終沈澱池４３に沈澱した汚泥を引抜くための配管であり、途中で配管ｅならびに配管ｆに分岐し、配管ｅは系外へ、配管ｆは脱窒処理槽４１へと接続される。
【０００６】
次に動作について説明する。流入下水中の窒素は、大部分がアンモニア性窒素として含まれている。このアンモニア性窒素を含む流入水が、配管ａを介して脱窒処理槽４１を経て硝化処理槽４２に流れ込むと、曝気装置４４による酸素の供給が行われ、硝化細菌により硝酸性窒素、亜硝酸性窒素に酸化される。次に硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を含む活性汚泥は、配管ｂを介して最終沈澱池４３に流入し、ここで汚泥が重力沈降で分離されて、処理水が得られ、この処理水は配管ｃを介して系外へ放流される。分離された汚泥は、配管ｄを介して引抜かれた後、大部分が返送汚泥ポンプ４５により返送汚泥として配管ｆを介して脱窒処理槽４１に返送されるが、その一部は余剰汚泥ポンプ４６により、余剰汚泥として、配管ｅを介して系外へ引き抜かれる。返送汚泥として脱窒処理槽４１へ返送された被処理水に含まれる硝酸性窒素、亜硝酸性窒素は、脱窒処理槽４１にて脱窒細菌による脱窒が行われることで、窒素ガスとして除去される。
【０００７】
ところで、特開昭６２−２６２７９７号公報には、生物学的窒素除去プロセスのうちの硝化プロセスにかかる制御装置の一例が示されている。図１１はその構成図を示すものであり、図１１において、図１０と同一符号は同一または相当部分を示している。ここで曝気槽４７は上記硝化処理槽４２に相当する。４８は曝気槽４７の末端付近に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、４９は曝気槽４７に取り付けられた溶存酸素濃度計、５０はアンモニア性窒素濃度計４８及び溶存酸素濃度計４９の信号に基づいて曝気装置４４の出力を制御するコントローラであり、信号線４８ａを介してアンモニア性窒素濃度計４８と、信号線４９ａを介して溶存酸素濃度計４９と、信号線４４ａを介して曝気装置４４と接続されている。
【０００８】
次に動作について説明する。曝気槽４７末端でのアンモニア性窒素濃度はアンモニア性窒素濃度計４８で計測され、信号線４８ａを介してコントローラ５０に送られる。また、曝気槽４７内の溶存酸素濃度は溶存酸素濃度計４９で計測され、信号線４９ａを介してコントローラ５０に送られる。コントローラ５０では、上記アンモニア性窒素濃度の計測値が予め定めた目標値となるように、溶存酸素濃度の設定値を演算する。さらに、上記溶存酸素濃度の計測値が、上記溶存酸素濃度の設定値となるように、曝気槽４７への曝気量を調節する。コントローラ５０からの出力は信号線４４ａを介して曝気装置４４に伝えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の生物学的窒素除去装置の制御装置は以上のように構成されているので、硝化処理後のアンモニア性窒素濃度をもとに硝化処理槽への曝気量を調節していた。しかし、硝化反応は有機物除去反応などに比べて速度が遅く、また家庭排水を主とする一般下水は流量が著しく変動する。すなわち、アンモニア性窒素濃度の値だけを用いて曝気量を決定するのでは、流量が多いときは曝気量が不足がちになり、逆に流量が少ないときは曝気量が過剰がちになるため、アンモニア性窒素濃度を所定の値に保つことは難しいという問題点があった。
【００１０】
また、従来の生物学的窒素除去装置の制御装置においては、硝化処理後のアンモニア性窒素濃度を一定に保つことを目的としていた。しかし、降雨などの影響により流量が著しく増大した場合は、処理水のアンモニア性窒素濃度を通常流量時の値に保てたとしても、河川などに放流される窒素の絶対量が増大するので、環境へのダメージを防止できないという問題点があった。
【００１１】
また、硝化処理を経て脱窒処理した後の硝酸性窒素を低いレベルに維持しなければ、真に良質な水質が得られたとは言えず、硝化プロセスだけでなく脱窒プロセスの制御装置も必要であるという問題点があった。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、生物学的窒素除去装置における硝化処理ならびに脱窒処理を適切に制御することにより、汚濁物中の窒素成分を常に良好に除去し、良好な水質を確保することのできる、生物学的窒素除去装置の制御装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る生物学的窒素除去装置は、処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、汚泥を脱窒処理槽に返送させる手段と、汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けたものであって、更に硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態を図について説明する。
図１は実施の形態１による生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図であり、図において、生物学的窒素除去装置は処理の対象とする流入水が流入する脱窒処理槽１と、この脱窒処理槽１を通過後の被処理水が流入する硝化処理槽２と、曝気処理された被処理水から活性汚泥を沈降分離して処理水として流出させる最終沈澱池３と、硝化処理槽２に空気を送る曝気装置４と、汚泥を返送するための返送汚泥ポンプ５と、余剰汚泥を抜き出すための余剰汚泥ポンプ６により構成されている。
ａは系外から脱窒処理槽１へ被処理水が導かれる配管、ｂは硝化処理槽２と最終沈澱池３とを結合する配管、ｃは最終沈澱池３から系外へ処理水を流出させるための配管である。ｄは最終沈澱池３に沈澱した汚泥を引抜くための配管であり、途中で配管ｅならびに配管ｆに分岐し、配管ｅは系外へ、配管ｆは脱窒処理槽１へと接続される。
なお、以上は図２５に示した従来装置と同様である。
【００１６】
本実施形態においては、更に、硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量を、放流水中のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、７は配管ｃに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、８は同じく配管ｃに取り付けられた流量計である。９は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、１０は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線７ａを介してアンモニア性窒素濃度計７と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線９ａを介して設定器９と、また信号線４ａを介して曝気装置４と接続されている。
【００１７】
なお、本実施形態において、流量計８とアンモニア性窒素濃度計７との位置関係について何ら限定するものではなく、同図と反対に、アンモニア性窒素濃度計７が上流側に、流量計８が下流側に配置されても全く問題はない。更に、アンモニア性窒素濃度濃度計７を別の場所に配置し、配管ｃから採水するようにしてもよい。同様に、流量計８を配管ａに設置し、流入水量を計測するようにしてもよい。
【００１８】
次に動作について説明する。硝化処理槽２からの放流水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計７で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線７ａならびに信号線８ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器９に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線９ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、硝化処理槽２からの放流水中のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水の流量から放流アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【００１９】
放流アンモニア性窒素量は、例えば式（１．１）に従って演算する。
ＮＨ４out＝Ｑout×Ｃ1                          （１．１）
ここに、
ＮＨ４out：放流アンモニア性窒素量
Ｑout    ：放流水量
Ｃ1      ：放流水中のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば式（１．２）に従って演算する。
Ｑair＝Ｑair0＋Ｋ1（ＮＨ４out−ＮＨ４out1）      （１．２）
ここに、
Ｑair      ：曝気量
Ｑair0     ：定数
Ｋ1        ：定数
ＮＨ４out1 ：放流アンモニア性窒素量の目標値
【００２０】
コントローラ１０の出力は信号線４ａを介して曝気装置４に伝えられる。
これにより、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも大きい場合は、曝気量を増大させ、硝化が促進される。逆に、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００２１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図２は実施の形態２に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量を、硝化処理槽２末端のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
【００２２】
図において、１３は硝化処理槽２末端に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、８は同じく配管ｃに取り付けられた流量計である。９は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、１０は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線１３ａを介してアンモニア性窒素濃度計１３と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線９ａを介して設定器９と、また信号線４ａを介して曝気装置４と接続されている。
本実施形態においては、流量計８とアンモニア性窒素濃度計１３の位置について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計１３を別の場所に設置し、硝化処理槽２もしくは配管ｂから採水するようにしてもよい。更に流量計８を配管ａに設置し、流入水量を計測してもよい。
【００２３】
次に動作について説明する。硝化処理槽２からの放流水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計１３で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線１３ａならびに信号線８ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器９に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線９ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、硝化処理槽２末端のアンモニア性窒素濃度ならびに放流水の流量からアンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【００２４】
放流アンモニア性窒素量は、例えば式（２．１）に従って演算する。
ＮＨ４out＝Ｑout×Ｃ2                    （２．１）
ここに、
ＮＨ４out ：放流アンモニア性窒素量
Ｑout     ：放流水量
Ｃ2       ：硝化処理槽末端のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態１における式（１．２）に従って演算する。
コントローラ１０の出力は信号線４ａを介して曝気装置４に伝えられる。
これにより、放流アンモニア性窒素量が目標値よりも大きい場合は、曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に放流アンモニア性窒素量が目標値よりも小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００２５】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を図に基づいて説明する。図３は実施の形態３に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量を、流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、１４は配管ａに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、１５は同じく配管ａに取り付けられた流量計である。
【００２６】
９は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、１０は硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線１４ａを介してアンモニア性窒素濃度計１４と、信号線１５ａを介して流量計１５と、信号線９ａを介して設定器９と、また信号線４ａを介して曝気装置４と接続されている。
なお、本実施形態において、流量計１５とアンモニア性窒素濃度計１４との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計１４が上流側、流量計１５が下流側でも全く問題はない。又アンモニア性窒素濃度計１４を別の場所に設置し、配管ａから採水するようにしてもよく、更に、流量計１５を配管ｃに設置し、放流水量を計測してもよい。
【００２７】
次に動作について説明する。硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計１４で、流入水の流量は流量計１５で計測され、それぞれ信号線１４ａならびに信号線１５ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器９に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線９ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【００２８】
流入アンモニア性窒素量は、例えば式（３．１）に従って演算する。
ＮＨ４in＝Ｑin×Ｃ3                          （３．１）
ここに、
ＮＨ４in ：流入アンモニア性窒素量
Ｑin     ：流入水量
Ｃ3      ：流入水中のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば式（３．２）に従って演算する。
Ｑair＝Ｑair0＋Ｋ3（ＮＨ４in−ＮＨ４out1）    （３．２）
ここに、
Ｑair      ：曝気量
Ｑair0     ：定数
Ｋ3        ：定数
ＮＨ４out1 ：放流アンモニア性窒素量の目標値
【００２９】
コントローラ１０の出力は信号線４ａを介して曝気装置４に伝えられる。
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００３０】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４を図に基づいて説明する。図４は実施の形態４に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量を、脱窒処理槽１前段のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節するように装置を構成したものである。
図において、１６は脱窒処理槽１前段に取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、１５は配管ａに取り付けられた流量計である。
【００３１】
９は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器である。１０は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線１６ａを介してアンモニア性窒素濃度計１６と、信号線１５ａを介して流量計１５と、信号線９ａを介して設定器９と、また信号線４ａを介して曝気装置４と接続されている。
なお、本実施形態において、流量計１５とアンモニア性窒素濃度計１６との位置について何ら限定するものではない。アンモニア性窒素濃度計１６を別の場所に設置し、脱窒処理槽１から採水するようにしてもよい。又、流量計１５を配管ｃに設置し、放流水量を計測してもよい。
【００３２】
次に動作について説明する。硝化処理槽２へ流入する流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計１６で、流入水の流量は流量計１５で計測され、それぞれ信号線１６ａならびに信号線１５ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器９に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線９ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、脱窒処理槽１前段のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
流入アンモニア性窒素量は、例えば式（４．１）に従って演算する。
ＮＨ４in＝Ｑin×Ｃ4                          （４．１）
ここに、
ＮＨ４in ：流入アンモニア性窒素量
Ｑin     ：流入水量
Ｃ4      ：脱窒処理槽前段のアンモニア性窒素濃度
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態３における式（３．２）に従って演算する。
【００３３】
コントローラ１０の出力は信号線４ａを介して曝気装置４に伝えられる。
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００３４】
実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５を図に基づいて説明する。図５は実施の形態５に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量を、処理水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、２０は配管ｃに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、８は同じく配管ｃに取り付けられた流量計である。
【００３５】
１８は脱窒処理槽１から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器で、２１は脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線２０ａを介して硝酸性窒素濃度計２０と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線１８ａを介して設定器１８と、また信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計８と硝酸性窒素濃度計２０の位置について何ら限定するものではなく、硝酸性窒素濃度計２０が上流側、流量計８が下流側でも全く問題はない。また、硝酸性窒素濃度計２０を別の場所に設置し、配管ｃから採水するようにしてもよく、更に、流量計８を配管ａに設置し、流入水量を計測してもよい。
【００３６】
次に動作について説明する。脱窒処理槽１への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計２０で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線２０ａならびに信号線８ａを介してコントローラ２１に伝えられる。設定器１８に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は、信号線１８ａを介してコントローラ２１に伝えられる。コントローラ２１では、放流水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【００３７】
流入硝酸性窒素量は、例えば式（５．１）に従って演算する。
ＮＯ３in＝Ｑout×Ｃ6                    （５．１）
ここに、
ＮＯ３in  ：流入硝酸性窒素量
Ｑout     ：放流水量
Ｃ6       ：放流水中の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば式（５．２）に従って演算する。
ＱRe＝ＱRe0＋Ｋ6（ＮＯ３in−ＮＯ３out1）      （５．２）
ここに、
ＱRe       ：返送汚泥量
ＱRe0      ：定数
Ｋ6        ：定数（＞０）
ＮＯ３out1 ：放流硝酸性窒素量の目標値
コントローラ２１の出力は信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５に伝えられる。
【００３８】
これにより、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００３９】
実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６を図に基づいて説明する。図６は実施の形態６に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量を、返送汚泥中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、２４は配管ｆに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、８は配管ｃに取り付けられた流量計である。
【００４０】
１８は脱窒処理槽１から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器、２５は脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線２４ａを介して硝酸性窒素濃度計２４と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線１８ａを介して設定器１８と、また信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計８ならびに硝酸性窒素濃度計２４の位置について何ら限定するものではなく、流量計８を配管ａに設置し流入水量を計測してもよい。
【００４１】
次に動作について説明する。脱窒処理槽１への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計２４で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線２４ａならびに信号線８ａを介してコントローラ２５に伝えられる。設定器１８に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は信号線１８ａを介してコントローラ２５に伝えられる。コントローラ２５では、返送汚泥中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【００４２】
流入硝酸性窒素量は、例えば式（６．１）に従って演算する。
ＮＯ３in＝Ｑout×Ｃ7                    （６．１）
ここに、
ＮＯ３in  ：流入硝酸性窒素量
Ｑout     ：放流水量
Ｃ7       ：返送汚泥中の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態５における式（５．２）に従って演算する。コントローラ２５の出力は信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５に伝えられる。
【００４３】
これにより、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００４４】
実施の形態７．
以下、本発明の実施の形態７を図に基づいて説明する。図７は実施の形態７に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量を、硝化処理槽２末端の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
図において、２８は硝化処理槽２末端に取り付けられた硝酸性窒素濃度計、８は配管ｃに取り付けられた流量計である。
【００４５】
１８は脱窒処理槽１から放流される硝酸性窒素量の目標値を設定するための設定器、２９は脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線２８ａを介して硝酸性窒素濃度計２８と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線１８ａを介して設定器１８と、また信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５と接続されている。
なお、本実施形態においては、流量計８と硝酸性窒素濃度計２８の位置について何ら限定するものではない。硝酸性窒素濃度計２８を別の場所に設置し、硝化処理槽２もしくは配管ｂから採水するようにしてもよい。又、流量計８を配管ａに設置し流入水量を計測してもよい。
【００４６】
次に動作について説明する。脱窒処理槽１への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計２８で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線２８ａならびに信号線８ａを介してコントローラ２９に伝えられる。設定器１８に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は、信号線１８ａを介してコントローラ２９に伝えられる。コントローラ２９では、硝化処理槽２末端の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
【００４７】
流入硝酸性窒素量は、例えば式（７．１）に従って演算する。
ＮＯ３in＝Ｑout×Ｃ8                    （７．１）
ここに、
ＮＯ３in  ：流入硝酸性窒素量
Ｑout     ：放流水量
Ｃ8       ：硝化処理槽末端の硝酸性窒素濃度
また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態５における式（５．２）に従って演算する。コントローラ２９の出力は信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５に伝えられる。
【００４８】
これにより、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し、脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
【００４９】
実施の形態８．
以下、本発明の実施の形態８を図に基づいて説明する。図８は実施の形態８に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量を、流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水量から検知し、これと放流アンモニア性窒素量の目標値との差から曝気量を調節し、加えて脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量を、処理水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水量から検知し、これと放流硝酸性窒素量の目標値との差から返送汚泥量を調節するように装置を構成したものである。
【００５０】
図において、１４は配管ａに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、１５は同じく配管ａに取り付けられた流量計である。３２は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、１０は硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線１４ａを介してアンモニア性窒素濃度計１４と、信号線１５ａを介して流量計１５と、信号線３２ａを介して設定器３２と、また信号線４ａを介して曝気装置４と接続されている。
【００５１】
また、２０は配管ｃに取り付けられた硝酸性窒素濃度計、８は同じく配管ｃに取り付けられた流量計であり、設定器３２は脱窒処理槽１から放流される硝酸性窒素量の目標値も設定するように構成されている。２１は脱窒処理槽１へ流入する硝酸性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて返送汚泥量を調節するためのコントローラであり、信号線２０ａを介して硝酸性窒素濃度計２０と、信号線８ａを介して流量計８と、信号線３２ｂを介して設定器３２と、また信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５と接続されている。
【００５２】
なお、本実施形態においては、流量計１５とアンモニア性窒素濃度計１４との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計１４が上流側、流量計１５が下流側でも全く問題はない。又、アンモニア性窒素濃度計１４を別の場所に設置し、配管ａから採水するようにしてもよい。更に、流量計８と硝酸性窒素濃度計２０との位置関係について何ら限定するものではなく、硝酸性窒素濃度計２０が上流側、流量計８が下流側でも全く問題はない。又、硝酸性窒素濃度計２０を別の場所に設置し、配管ｃから採水するようにしてもよい。また、流量の測定を行うのに、流量計８、流量計１５のいずれか一方のみとしてもよい。
【００５３】
次に動作について説明する。硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計１４で、流入水の流量は流量計１５で計測され、それぞれ信号線１４ａならびに信号線１５ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器３２に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線３２ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差に応じて、曝気量の設定値を出力する。
流入アンモニア性窒素量は、例えば実施の形態３における式（３．１）に従って演算する。
また、曝気量の設定値は、例えば実施の形態３における式（３．２）に従って演算する。コントローラ１０の出力は信号線４ａを介して曝気装置４に伝えられる。
【００５４】
一方、脱窒処理槽１への流入水中の硝酸性窒素濃度は、硝酸性窒素濃度計２０で、放流水の流量は流量計８で計測され、それぞれ信号線２０ａならびに信号線８ａを介してコントローラ２１に伝えられる。設定器３２に設定された放流硝酸性窒素量の目標値は、信号線３２ｂを介してコントローラ２１に伝えられる。コントローラ２１では、放流水中の硝酸性窒素濃度ならびに放流水の流量から流入硝酸性窒素濃度量を演算し、この値と上記放流硝酸性窒素量の目標値との差に応じて、返送汚泥量の設定値を出力する。
流入硝酸性窒素量は、例えば実施の形態５における式（５．１）に従って演算する。また、返送汚泥量の設定値は、例えば実施の形態１４における式（５．２）に従って演算する。
コントローラ２１の出力は信号線５ａを介して返送汚泥ポンプ５に伝えられる。
【００５５】
これにより、流入アンモニア性窒素量が大きい場合は、それに応じて曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入アンモニア性窒素量が小さい場合は、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量をいち早く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できる。さらに、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が大きい場合は、それに応じて返送汚泥量が増大し、脱窒処理に供される硝酸性窒素量が増える。逆に、脱窒処理槽１に流入する硝酸性窒素量が小さい場合は、返送汚泥量がしぼられる。すなわち、これにより、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、硝化量に応じて返送汚泥量をいち早く調節することができ、放流硝酸性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
なお、本実施の形態は、実施の形態３と実施の形態５の組み合わせによるものであったが、実施の形態３の代わりに実施の形態４を、実施の形態５の代わりに実施の形態６あるいは実施の形態７を組み合わせる構成とすることも可能である。
【００５６】
実施の形態９．
以下、本発明の実施の形態９を図に基づいて説明する。図９は実施の形態９に係る生物学的窒素除去装置の制御装置を示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施形態は、流入水量の変化傾向を流入水量から検知し、コントローラの出力を補正するように装置を構成したものである。
図において、１４は配管ａに取り付けられたアンモニア性窒素濃度計、１５は同じく配管ａに取り付けられた流量計である。
【００５７】
９は硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値を設定するための設定器、１０は硝化処理槽２へ流入するアンモニア性窒素量の測定値と予め設定した目標値との差に応じて硝化処理槽２への曝気量を調節するためのコントローラであり、信号線１４ａを介してアンモニア性窒素濃度計１４と、信号線１５ａを介して流量計１５と、信号線９ａを介して設定器９と接続されている。また、３３は、コントローラ１０からの出力を補正するための補正器であり、信号線３３ａを介してコントローラ１０と、信号線１５ｃを介して流量計１５と、信号線３３ｂを介して曝気装置４と接続されている。
【００５８】
なお、本実施形態においては、流量計１５とアンモニア性窒素濃度計１４との位置関係について何ら限定するものではなく、アンモニア性窒素濃度計１４が上流側、流量計１５が下流側でも全く問題はない。又、アンモニア性窒素濃度計１４を別の場所に設置し、配管ａから採水するようにしてもよく、更に、流量計１５を配管ｃに設置し放流水量を計測してもよい。
【００５９】
次に動作について説明する。硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素濃度計１４で、流入水の流量は流量計１５で計測され、それぞれ信号線１４ａならびに信号線１５ａを介してコントローラ１０に伝えられる。設定器９に設定された放流アンモニア性窒素量の目標値は信号線９ａを介してコントローラ１０に伝えられる。コントローラ１０では、硝化処理槽２への流入水中のアンモニア性窒素濃度ならびに流入水の流量から流入アンモニア性窒素量を演算し、この値と上記放流アンモニア性窒素量の目標値との差ならびに補正器で演算された補正値に応じて、曝気量の設定値を出力する。
【００６０】
流入アンモニア性窒素量は、例えば実施の形態３における式（３．１）に従って演算する。また、曝気量の設定値は、例えば式（３．２）に従って演算する。また同時に流入水の流量は、流量計１５で測定され、信号線１５ｃを介して補正器３３に伝えられる。補正器３３では流入水量の変化傾向に応じて、コントローラ１０の出力を補正する演算値を算出し、例えば式（９．１）に従って演算する。
ＨＯ＝Ｈ0＋Ｋhosei（Ｑin−Ｑin-1）      （９．１）
ここに、
ＨＯ       ：補正値
Ｈ0        ：定数
Ｋhosei    ：定数
Ｑin       ：現在の流入水量
Ｑin-1     ：１ステップ前の流入水量
ここで、１ステップ前とは約３０分〜２、３時間前を指す。
コントローラ１０からの出力は補正器３３において、例えば式（９．２）に従って補正される。
ＱairＨ＝Ｑair×ＨＯ                  （９．２）
補正器３３からの出力は信号線３３ｂを介して曝気装置４に伝えられる。
【００６１】
これにより、流入水量が増加する場合には、曝気量が増大し、硝化が促進される。逆に、流入水量が減少する場合には、曝気量がしぼられる。すなわち、生物学的窒素除去装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、流入水の流量の変化傾向を考慮することにより、必要な曝気量を過不足無くさらにいち早く硝化処理槽２に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持できるという効果を奏する。
なお、本実施の形態は、流入水の流量の変化傾向をもとに補正値の演算を行ったが、流入水量の代わりに、硝化処理槽２の酸化還元電位値、溶存酸素値、ＭＬＳＳ値あるいは脱窒処理槽１の酸化還元電位値、溶存酸素値、ＭＬＳＳ値等により補正値を算出するようにした構成とすることも可能である。
又、図９においては、図３の装置に補正器を設けた場合について説明したが、図１、図２及び図４〜図８の各装置における流量計及びコントローラに補正器を設け出力量を補正してもよい。
【００６２】
実施の形態１０．
上記各実施の形態において、生物学的窒素除去装置への流入水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、流入水中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、流入水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【００６３】
実施の形態１１．
上記各実施の形態において、硝化処理槽２中もしくは硝化処理槽２からの放流水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、アンモニア性窒素濃度の代わりに硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成することもできる。すなわち、硝化処理槽２に流入するアンモニア性窒素量を既知とし、流入アンモニア性窒素量から放流される硝酸性窒素量を減じるように装置を構成することにより、放流されるアンモニア性窒素量を検知する。これにより各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
実施の形態１２．
上記各実施の形態において、硝化処理槽２中もしくは硝化処理槽２からの放流水中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝化処理槽２もしくは放流水中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、硝化処理槽２もしくは放流水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【００６５】
実施の形態１３．
上記各実施の形態において、硝化処理槽２中もしくは硝化処理槽２からの放流水中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝酸性窒素濃度の代わりにアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成することもできる。すなわち、硝化処理槽２に流入するアンモニア性窒素量を既知とし、流入アンモニア性窒素量から放流されるアンモニア性窒素量を減じるように装置を構成することにより、放流される硝酸性窒素量を検知する。これにより各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
実施の形態１４．
上記各実施の形態において、硝化処理槽２中もしくは硝化処理槽２からの放流水中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、硝化処理槽２もしくは放流水中のアンモニア性窒素濃度が無視できる程度の場合、硝化処理槽２もしくは放流水中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【００６７】
実施の形態１５．
上記各実施の形態において、脱窒処理槽１中のアンモニア性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、脱窒処理槽１中の硝酸性窒素濃度が無視できる程度の場合、脱窒処理槽１中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【００６８】
実施の形態１６．
上記各実施の形態において、脱窒処理槽１中の硝酸性窒素濃度を測定するように装置を構成した部分については、脱窒処理槽１中のアンモニア性窒素濃度が無視できる程度の場合、脱窒処理槽１中の全窒素濃度を測定するように装置を構成しても、ほぼ同様の効果を奏する。
【００６９】
実施の形態１７．
上記実施の形態１〜９においては、流量計を備えて流入水量もしくは放流水量を計測するように構成したが、流入下水量の変動が小さい場合は、これを省略し、所定の流量を設定して必要な演算に用いるように装置を構成することもできる。
【００７０】
実施の形態１８．
上記各実施の形態においては、硝化処理槽２から放流されるアンモニア性窒素量の目標値もしくは硝酸性窒素量の目標値を設定するように装置を構成したが、基準となる放流水量ならびに目標とする放流水中のアンモニア性窒素濃度もしくは硝酸性窒素濃度を設定し、これらから上記放流アンモニア性窒素量を求めるように構成することもできる。
【００７１】
実施の形態１９．
上記各実施の形態においては、脱窒処理槽１ならびに硝化処理槽２から構成される生物学的窒素除去装置を対象とした制御装置について述べたが、脱窒処理槽１単独あるいは硝化処理槽２単独あるいは複数の脱窒処理槽１ならびに硝化処理槽２から構成される生物学的窒素除去装置についても、同様に制御装置を構成することができる。
【００７２】
実施の形態２０．
上記各実施の形態においては、曝気量、返送汚泥量を調節する生物学的窒素除去装置の制御装置について述べたが、脱窒処理の効果を高めるための炭素源を注入する装置を備え、この炭素源注入量を調節するように構成した生物学的窒素除去装置についても、また、硝化処理槽２から脱窒処理槽１へ循環する水路を備え、この循環水量を調節するように構成した生物学的窒素除去装置についても、同様に制御装置を構成することができる。
【００７３】
実施の形態２１．
上記各実施の形態においては、時間連続のアナログ式で構成したが、時間不連続のアナログ式（サンプル値式）やデジタル式で構成しても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００７４】
実施の形態２２．
上記各実施の形態においては、制御回路構成を示したが、これを計算機内にプログラム化して実装しても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００７５】
実施の形態２３．
上記各実施の形態においては、制御回路を閉ループで構成したが、制御目標値をオペレータに提示する運転支援システムとして構成することもできる。
【００７６】
【発明の効果】
この発明による生物学的窒素除去装置によれば、処理水が流入する脱窒処理槽と、この脱窒処理槽通過後の被処理水が流入する硝化処理槽と、この硝化処理槽に空気を送る曝気装置と、曝気処理された被処理水から汚泥を沈降分離させ処理水として流出させる沈澱池と、汚泥を脱窒処理槽に返送させる手段と、汚泥のうち余剰汚泥を引き出す手段とを設けたものであって、更に硝化処理槽から放流されるアンモニア性窒素量を計測する手段と、放流アンモニア性窒素量の目標値を設定する手段と、計測された値と目標値との差に応じて曝気量を調節する手段とを設けたので、装置に流入する下水の量や濃度が変動した場合も、必要な曝気量を過不足無く硝化処理槽に与えることができ、放流アンモニア性窒素量を所定の値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態３による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態４による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態５による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態６による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態７による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態８による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態９による生物学的窒素除去装置を示す全体構成図である。
【図１０】  従来の生物学的窒素除去装置を示す構成図である。
【図１１】  従来の生物学的窒素除去装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  脱窒処理槽、２  硝化処理槽、３  沈澱池、４  曝気装置、５  返送汚泥ポンプ、６  余剰汚泥ポンプ、７，１３  アンモニア性窒素濃度計、８  流量計、９  設定器、１０  コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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