(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内に設置された曝気装置により、硝化反応と脱窒反応を交互に行う間欠汚水処理における制御方法であって、
前記曝気装置の運転を開始してから一旦運転を停止し、次に運転を再開するまでを１運転サイクルとしたときに、各運転サイクルを所定の間隔で実施するととともに、各運転サイクルにおける設定好気時間と実際に前記水槽内の所定の位置で測定された溶存酸素量が所定値以上である時間（実好気時間）との偏差（前記実好気時間が前記設定好気時間より短い場合に正、長い場合に負の値をとる。）に応じて次回の運転サイクルにおける前記曝気装置の運転時間を直前の運転サイクルにおける運転時間より前記偏差が正の場合には前記偏差に比例した時間分長く、前記偏差が負の場合には前記偏差に比例した時間分短く設定する制御を行うことを特徴とする間欠汚水処理における制御方法。
【請求項２】
前記曝気装置の運転時間の増減は、前記偏差に０より大きく１未満の定数を乗じた時間とすることを特徴とする請求項１記載の間欠汚水処理における制御方法。
【請求項３】
各運転サイクルの設定好気時間中、水槽内の所定の位置で測定された溶存酸素量を所定範囲に維持するよう制御することを特徴とする請求項１または２に記載の間欠汚水処理における制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は間欠汚水処理における制御方法に関し、特に、汚水中の窒素成分を活性汚泥を用いて分解除去する間欠汚水処理の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水中の窒素分を除去する処理方法として、活性汚泥を保持する処理槽内で間欠的に曝気を行うことにより、好気性状態と嫌気性状態とを交互に作り出すことにより、硝化反応と脱窒反応とを交互に行う間欠汚水処理が知られている。こうした間欠汚水処理方法においては、好気時間と嫌気時間の制御が重要となる。
【０００３】
この種の制御技術としては、特開平４−１９７４９７号公報、特開平１１−１２８９７６号公報に開示されている技術が知られている。前者は１サイクルにおける所定以上の好気レベルの継続時間と所定以下の嫌気レベルの継続時間との比を一定になるよう制御するものであり、後者は曝気装置停止直後からのＤＯ値（溶存酸素量）の降下の傾きを各曝気サイクルごとに計測し、計測した傾きから次の１サイクルの時間と曝気装置の停止時間とを自動設定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのいずれの技術においても１サイクルの運転時間が汚水の負荷や他の運転条件によって変動してしまう。各サイクルの運転時間が変動すると、前処理や後処理も影響を受けるため、処理場の管理が難しくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、各サイクルの運転時間を固定することが可能で、安定した運転の可能な間欠汚水処理における制御方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る間欠汚水処理における制御方法は、水槽内に設置された曝気装置により、硝化反応と脱窒反応を交互に行う間欠汚水処理における制御方法であって、曝気装置の運転を開始してから一旦運転を停止し、次に運転を再開するまでを１運転サイクルとしたときに、所定の間隔で各運転サイクルを実施するととともに、各運転サイクルにおける設定好気時間と実際に水槽内の所定の位置で測定された溶存酸素量が所定値以上である時間（実好気時間）との偏差（実好気時間が設定好気時間より短い場合に正、長い場合に負の値をとる。）に応じて次回の運転サイクルにおける曝気装置の運転時間を直前の運転サイクルにおける運転時間より偏差が正の場合には偏差に比例した時間分長く、偏差が負の場合には偏差に比例した時間分短く設定する制御を行うことを特徴とする。この曝気装置の運転時間の増減は、前記偏差に０より大きく１未満の定数を乗じた時間とすることが好ましい。
【０００７】
このように好気性状態と嫌気性状態からなる運転サイクルを所定の間隔で実施することで各サイクルの運転時間は固定される。一方、溶存酸素量が所定値以上である実際の好気時間と設定された好気時間との偏差に応じて上記のように次回の運転サイクルにおける曝気時間を調整することにより、実際の好気時間を設定した好気時間に近づけることができる。この結果、嫌気時間も同時に設定時間に近づくから安定した処理が行われる。
【０００８】
各運転サイクルの設定好気時間中、水槽内の所定の位置で測定された溶存酸素量を所定範囲に維持するよう制御することが好ましい。溶存酸素量をこのように制御することで、好気時間中の硝化反応を安定して行うことが可能となる。また、曝気停止後に溶存酸素量が低下するまでに時間がかかり、後続の脱窒反応を阻害する要因となる過曝気を確実に防止できる。
【０００９】
この水槽は無終端式の循環水路であり、曝気装置の停止時にも循環装置により水槽内に循環流を形成することが好ましい。無終端式の循環水路を用いた間欠式のオキシデーションディッチ（Oxidation Ditch :ＯＤ）法においては、循環水路の流れ方向に溶存酸素量の濃度差が発生するため、貯水式の水槽に比べて溶存酸素量の制御が難しい。本発明に係る運転方法はこのようなＯＤ法においても好適に適用可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は本発明に係る間欠汚水処理における制御方法を実施する処理施設を示す概略構成図である。この処理施設は間欠式のオキシデーションディッチ（ＯＤ：Oxidation Ditch）法により汚水中の有機物を分解し、窒素分を除去する処理施設である。
【００１２】
図１に示されるように、水槽１内は、区画壁１０によって仕切られて無終端式水路を形成している。直線状の水路部分の一方には上流側から循環流を形成するための水中式の推進装置１１、水中へ散気することで曝気を行う散気装置１２、水中の溶存酸素量（ＤＯ値）を測定するＤＯ計３がそれぞれ配置されている。
【００１３】
散気装置１２には、ブロワー２０が接続され、ブロワー２０は、インバーター２１によって回転数を制御することでその吐出風量が制御される。インバーター２１によるブロワー２０の吐出風量の制御は、通常５０〜１００％の範囲であるため、ブロワー２０と散気板１２との間に分岐路を設け、この分岐路の先を流量調整バルブ２３を介して大気中に開放することで、散気装置１２へ送られる風量を減少させることにより風量０から最大風量まで無段階の風量調整を可能とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、ＤＯ計３の出力を基にして制御装置４によりインバーター２１、流量調整バルブ２３を制御することでＤＯ値のフィードバック制御が可能な構成となっている。散気装置１２付近でＤＯ値が１ｍｇ／リットルの場合でも、推進装置１１付近のＤＯ値は０．１ｍｇまで低下するため、ＤＯ計３は、散気装置１２から下流側に水深／槽内流速×（２〜４）離れた位置に配置することが好ましい。このように配置すると、槽内のほぼ最大のＤＯ値を把握することが可能となる。
【００１５】
図２は、この汚水処理施設において間欠式の処理運転を行う際の運転サイクルを示すタイムチャートである。間欠式処理においては、散気装置１２からの曝気によって水槽１内のＤＯ値を所定の閾値以上に保ち、好気性状態とすることで、硝化反応を行う好気時間と、散気装置１２からの曝気を停止し、水槽１内のＤＯ値を所定の閾値未満に維持して嫌気性状態とすることで、脱窒反応を行う嫌気時間とを交互に繰り返す。ここで、好気時間とこれに続く嫌気時間とで１運転サイクルを構成するものとすると、ｎ番目の運転サイクルの継続時間Ｔnは、好気時間Ｃnと嫌気時間Ｄnとの和として表せる。また、散気装置１２からの曝気停止後、実際に水槽１内のＤＯ値が所定の閾値以下に達するまでのＤＯ値の降下時間Ｂnは０ではないため、曝気時間Ａnは、好気時間Ｃnより短くなる。
【００１６】
次に、本発明に係る制御方法について具体的に説明する。図３は、この制御方法を説明するフローチャートであり、図４は、ＤＯ計３による測定値の時間変化を示すグラフである。この制御は、制御装置４によって行われるものであり、正常時は、処理フローの１パスが１運転サイクルに相当する。
【００１７】
ここでは、ｎ回目とその直後のｎ＋１回目の運転サイクルを例に説明する。まず、ステップＳ１（図４（ａ）（ｂ）の時点ａ）では、インバーター２１を制御してブロワー２０を駆動することで、散気装置１２に空気を送り、水槽１内の曝気を開始する。ここで、水槽１内には、推進装置１１により所定の循環流が形成されている。そして、タイマーによる曝気時間Ａnおよびサイクル時間Ｔnの計測を開始する。
【００１８】
ステップＳ２では、ＤＯ計３が正常か否かを判定する。正常でないと判定した場合には、ステップＳ１１へと移行し、ＤＯ計３の異常を警報等により警告した後、処理を終了する。
【００１９】
ＤＯ計３が正常な場合には、ステップＳ３へと進み、ＤＯ計３の出力を基にして、ＤＯ値が目標値で維持されるようＰＩＤ制御などを用いたフィードバック制御を行う。そして、ステップＳ４で曝気開始（時点ａ）から予め設定されたＡn時間経過したか否かを判定し、経過していない場合には、ステップＳ３へと戻りループ処理を行うことで、時刻ｂ〜時刻ｃにおいてＤＯ値を目標値に維持する。この目標値は１〜３ｍｇ／リットルとすることが好ましい。ＤＯ値をこれより高くしすぎると、ＯＤにおける活性汚泥の酸素呼吸速度が遅いために、ＤＯの低下が遅くなり、結果として十分な脱窒時間が確保できないことになるからである。これにより、水槽１内はＤＯ値の高い好気性状態に保たれるので、水槽１内の微生物による有機物の分解と硝化反応を進行させることができる。
【００２０】
ステップＳ４で曝気開始から予め設定されたＡn時間経過した（時点ｃ）と判定された場合には、ステップＳ５へと移行し、インバーター２１を制御してブロワー２０の作動を停止し、散気装置１２からの曝気を停止する。時点ｃ以降は、溶存酸素が硝化反応等により消費されるのに伴い、ＤＯ値は徐々に減少していく。
【００２１】
続く、ステップＳ６では、ＤＯ値が閾値未満となる時点を監視するループ処理を行う。時刻ｄでＤＯ値が閾値未満となった時点でステップＳ７へと移行する。ステップＳ７では、目標としていた好気時間Ｃｔn（時点ａ〜ｄ’間）と実際にＤＯ値が閾値以上となっていた時間である実好気時間Ｃａn（時点ａ〜ｄ間）の差ΔＣnを求める。ここで、ΔＣnは、図４（ａ）に示されるように実好気時間Ｃａnが目標好気時間Ｃｔnより短い場合には正、図４（ｂ）に示されるように長い場合には負の値を取るものとする。
【００２２】
続く、ステップＳ８では、次の運転サイクルの曝気時間Ａn+1を設定する。具体的には、現在の運転サイクルの曝気時間Ａnを実好気時間Ｃａnと目標好気時間Ｃｔnとの偏差ΔＣnにより補正してＡn+1＝Ａn＋ｋ×ΔＣnとして設定する。ここで、ｋは所定の定数値であり、例えば、０より大きく１未満の定数とすることが好ましい。すなわち、現在の運転サイクルにおいて実好気時間Ｃａnが目標好気時間Ｃｔnより短い場合（ΔＣnが正の場合）には次回の曝気時間Ａn+1は現在の曝気時間Ａｎより長めに設定される（図４（ａ）の時点ｅ〜ｇ間）。一方、現在の運転サイクルにおいて実好気時間Ｃａnが目標好気時間Ｃｔnより長い場合（ΔＣnが負の場合）には次回の曝気時間Ａn+1は現在の曝気時間Ａｎより短めに設定される（図４（ｂ）の時点ｅ〜ｇ間）。このように設定することで、次回の偏差ΔＣn+1を短くして実好気時間Ｃａn+1を目標好気時間Ｃｔn+1に近づけることができる。
【００２３】
このあと、ステップＳ９で曝気開始からＴｎ経過したと判定するまでループ処理を行うことにより、曝気停止状態を継続し、水槽１内をＤＯ値が閾値未満の嫌気性状態に維持することで、脱窒反応を行い、汚水中の窒素分を分解、除去する。
【００２４】
曝気開始からＴｎ経過した時刻ｅの時点で、ステップＳ１０へ移行し、運転サイクルのカウンタを更新して処理を終了し、再度、ステップＳ１へと戻り、ｎ＋１回目の運転サイクルを開始することで、間欠式の処理運転を継続する。
【００２５】
このように、運転サイクルの開始時点（曝気開始の間隔）を予め定めた所定のサイクルで行うことができるので、サイクル時間を固定でき、運転やメンテナンスの管理が容易になる。また、曝気時間を前回の運転サイクルの実好気時間と目標好気時間の偏差により補正することで、好気時間（硝化時間）、嫌気時間（脱窒時間）のそれぞれを目標値に近づける制御を行うことができ、安定した処理が可能となる。
【００２６】
以上の説明では、無終端水路を用いたＯＤ法へ適用した場合を例に説明してきたが、本発明は、ＯＤ法以外の間欠処理方式の汚水処理に対して幅広く適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、運転サイクルの開始時間を固定することができ、また、簡単な構成で好気時間（硝化時間）、嫌気時間（脱窒時間）のそれぞれを目標値に近づけることができるため、安定した汚水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る間欠汚水処理における制御方法を実施する処理施設の概略構成図である。
【図２】図１の処理施設における硝化時間と脱窒時間の関係を説明する図である。
【図３】本発明に係る間欠汚水処理における制御方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】図３の処理における処理槽内のＤＯ濃度の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１…水槽、３…ＤＯ計、４…制御装置、１０…区画壁、１１…水中式推進装置、１２…散気装置、２０…ブロワー、２１…インバーター、２３…流量調整バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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