(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を貯える貯留槽と、この貯留槽から導かれる汚水を浄化する処理手段と、前記貯留槽から処理手段への汚水の投入量を制御する投入管理装置とを備え、
前記投入管理装置は、前記貯留槽が過去に受け入れた所定の処理単位時間毎の汚水の受入量に関する受入実績に基づいて今後の所定期間に亘る前記処理単位時間毎の汚水の搬入量を予測する受入予測手段と、前記貯留槽の設備仕様と前記処理手段での汚水浄化能力とに基づいて前記受入予測手段にて予測された前記処理単位時間毎の汚水の搬入量の全てを前記貯留槽に受け入れながら、前記処理手段での前記処理単位時間毎の汚水処理量の負荷変動が所定の制約条件内に収まるように前記貯留槽から前記処理手段への処理単位時間毎の汚水投入量を決定する汚水の投入計画を立案する計画立案手段と、上記投入計画に従って前記処理単位時間毎の前記貯留槽から前記処理手段への汚水の投入量を制御する投入量制御手段とを具備したことを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記受入実績は、前記所定の処理単位時間毎に求められた現時点までの汚水の受入量とその処理単位時間を特定する情報とからなるデータベースとして与えられるものであって、
汚水の搬入量の予測は、上記データベースから求められる現時点から所定期間に亘って遡った期間における受入実績と、前記データベースから求められる現時点と類似した時期における過去の所定期間に亘る受入実績と、今後の所定期間において予約された汚水の搬入情報とに基づいて、前記今後の所定期間に亘って前記処理単位時間毎に搬入されると見込まれる汚水の量を求めるものである請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項３】
前記汚水の投入計画は、前記処理単位時間毎に搬入が見込まれる汚水の最大搬入量の全てを受入可能な余裕を見込んだ前記貯留槽での貯留レベルと、前記処理槽での負荷変動を所定の制限範囲内に納め得る条件で前記貯留槽から前記処理槽に汚水を供給し得る前記貯留槽での貯留レベルとに基づいて立案されることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、し尿、工場排水等の汚水を貯留槽に一旦貯えた後、活性汚泥や蒸発濃縮、脱水、濾過、膜分離、触媒酸化、凝縮処理等の処理手段にて浄化するに際し、前記貯留槽に対する汚水の搬入予測量に応じて前記処理手段への汚水投入量を効果的に制御することのできる汚水処理装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
水処理施設、例えばし尿を浄化するし尿処理施設では、所謂バキュームカーにより持ち込まれるし尿の全てを受け入れ、これを処理する必要がある。しかし上記の如く持ち込まれるし尿の量が、定常的に略一定であるとは言い難い。これ故、処理手段である活性汚泥処理槽等による処理量を定常的に維持することが困難である。そこで従来では処理槽よりも大きめの容量を有し、搬入されたし尿を一時的に貯える貯留槽を設けることで、搬入量の多寡に拘わることなく処理槽への投入量を均一化し、これによって処理槽での処理負担を定常化しながら処理することが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、貯留槽を設けるといえどもその容量には限度があり、日々変化する搬入量のばらつきの全てを吸収しながら、処理槽での処理量を定常化することは甚だ困難である。特に搬入量が急激に増えると、貯留槽から溢れる（オーバーフローする）虞が生じる。また休日等に搬入が途絶えて貯留槽に残された量が少なくなると、処理槽を効率的に、且つ安定に稼働させ得るだけの投入量を確保できなくなることがある。すると処理槽における活性汚泥の処理能力（例えばアンモニア性窒素の酸化能力）が低下すると言う不具合が生じる。
【０００４】
そこで従来では、オペレータの経験と判断に基づいて、現在の搬入状況と貯留槽における残留量とから少し先の処理状況を予測し、その予測結果に従って処理槽に対する投入量を調整している。特に貯留槽において溢れが生じたり、逆に空にならないように管理しながら、処理が安定に行われるようにしている。しかしながら上記調整は、専らオペレータの経験・判断の下で手動で行われるので、活性汚泥に対する窒素負荷を均一化して、常に安定な運転状態（処理状況）を確保することが非常に困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、オペレータの経験や判断に委ねることなしに汚水の搬入量を効果的に予測し、この予測結果に従って処理手段に対する投入量を効率的に制御して、その安定な運転を確保することのできる汚水処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本発明に係る汚水処理装置は、汚水を貯える貯留槽と、この貯留槽から導かれる汚水を浄化する処理手段と、前記貯留槽から処理手段への汚水の投入量を制御する投入管理装置とを備えたものであって、
特に前記投入管理装置においては、前記貯留槽が過去に受け入れた所定の処理単位時間毎の汚水の受入量に関する受入実績に基づいて今後の所定期間に亘る前記処理単位時間毎の汚水の搬入量を予測し（受入予測手段）、貯留槽の設備仕様と前記処理手段での汚水浄化能力とに基づいて前記受入予測手段にて予測された前記処理単位時間毎の汚水の搬入量の全てを前記貯留槽に受け入れながら、前記処理手段での前記処理単位時間毎の汚水処理量の負荷変動が所定の制約条件内に収まるように前記貯留槽から前記処理手段への処理単位時間毎の汚水投入量を決定する前記貯留槽から処理手段への汚水の投入計画を立案して（計画立案手段）、この投入計画に従って所定の処理単位時間における前記貯留槽から前記処理手段への汚水の投入量を制御する（投入量制御手段）ようにしたことを特徴としている。
【０００７】
特に請求項２に記載するように、所定の処理単位時間（例えば１日）毎に求められた汚水の受入量とその処理単位時間を特定する情報とを蓄積したデータベースを参照して、現時点から所定期間に亘って遡った期間における、例えば過去１ヶ月からなる最近の受入実績と、例えば１年前の同じ時期のような、現時点と類似した時期における過去の所定期間に亘る受入実績とに従い、更に今後の所定期間において予約された汚水の搬入情報とに基づいて、前記今後の所定期間に亘って前記処理単位時間毎に搬入されると見込まれる汚水量を予測することを特徴としている。
【０００８】
更には請求項３に記載するように、前記処理単位時間毎に搬入が見込まれる汚水の最大搬入量の全てを受入可能な余裕を見込んだ前記貯留槽での貯留レベルと、前記処理槽での負荷変動を所定の制限範囲内に納め得る条件で前記貯留槽から前記処理槽に汚水を供給し得る前記貯留槽での貯留レベルとに基づいて、受入予測された汚水の搬入量の全てを略定常化して処理し得るように、その投入計画を立案することを特徴としている。
即ち、本発明はデータベースとして蓄積された現在までの汚水の受入実績に従って、現時点から少し先までにおける汚水の搬入状況を予測処理し、現時点での汚水処理状況を踏まえながら上記予測結果に基づいて処理手段に対する汚水の投入計画を自動的に立案することを特徴としている。そして投入量制御に対するオペレータの処理負担をなくし、貯留槽での汚水の溢れやその貯留量の極端な減少を防止しながら、処理手段の負荷変動を押さえるように汚水投入量を最適化し、これによって処理手段での活性汚泥による処理効率の安定化を図るようにしたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る汚水処理装置について、し尿の活性汚泥処理を例にとり説明する。
図１は汚水処理装置の概略的な構成を示すブロック図で、１は搬入されたし尿を受け入れて一時的に貯える貯留槽、２は上記貯留槽１から投入されるし尿を活性汚泥処理して浄化する処理槽である。また３は貯留槽１へのし尿の受入を管理すると共に、処理槽２での汚水処理状況を監視しながら、前記貯留槽１から処理槽２への投入量を制御する投入管理装置である。尚、上記処理槽２は、例えば活性汚泥によりし尿中に含まれる有機質成分を分解して浄化するものである。
【００１０】
さて投入管理装置３は、マイクロプロセッサを主体として構成されるされるもので、概略的にはバキュームカー等を介して貯留槽１に搬入されるし尿の搬入量を予測する受入予測手段１１と、処理槽２での活性汚泥処理の状況を監視する処理監視手段１２と、貯留槽１における貯留状況や処理槽２における活性汚泥処理に対する制約条件等の下で、前記受入予測手段１１にて求められた予測結果に従って貯留槽１から処理槽２へのし尿の投入計画を立案する投入計画立案手段１３と、立案された投入計画に従って処理槽２に対する投入量を調整する投入量制御手段１４とを備えている。
【００１１】
特に処理槽２へのし尿の投入計画の立案は、後述するように所定の期間（投入計画の立案期間）に亘って予測される搬入量の全てを貯留槽１に受け入れると共に、貯留槽１において溢れが生じることなく、且つその貯留量が大幅に減少することがないようにしながら、しかも処理槽２での処理量を略一定化し、その負荷変動が所定の制約条件内に収まるように、上記期間内における所定の処理単位時間毎の投入量、具体的には毎日の投入量を決定することによってなされる。
【００１２】
この投入計画の立案について今少し詳しく説明すると、この処理は図２にその処理概念をダイヤグラムとして示すように、先ず受入予測手段１１を用いて、例えば今後１ヶ月間の搬入量を予測することが開始される。
この受入予測処理は、具体的には、例えばデータベースとして蓄積されている過去の受入実績データをオンライン入力して過去１ヶ月の受入実績を求める［処理ａ］と共に、前年度の同じ時期における受入実績データから、その増減傾向を示す対前月受入比を求め［処理ｂ］、更にこれらの実績情報に加えて業者から通知された受入予定の情報を参酌することで［処理ｃ］、今後１ヶ月の受入量を求めることによってなされる［処理ｄ］。具体的には日曜・休日にはバキュームカーによる搬入がないこと、また日々の定常的な搬入量がどの程度であるか、また搬入量が増加・減少する特定の時期であるか、更には業者からの通知により、大量の搬入が予定されている日が存在するかが調べられる。そしてこれらの情報に従って、今後１ヶ月間における日々の搬入量、換言すれば貯留槽１における受入量が予測される。
【００１３】
さて処理槽２に対する投入計画の立案処理は、先ず上述した如く求められた予測結果に対して、例えばオンラインデータとして入力される希釈情報に基づいて、希釈水による希釈倍率を設定し［処理ｅ］、浄化処理に適した濃度条件における、今後１ヶ月において処理すべき総投入量を求める［処理ｆ］ことから開始される。即ち、処理槽２での処理負荷は、
[負荷] ＝ [濃度] × [投入量]
として決定されることから、該処理槽２での負荷を把握して１日当たりの処理負荷の変動を押さえながら、処理槽２に対する投入量を制御するべく上述した如く総投入量が求められる。
【００１４】
一方、貯留槽１における設備仕様に基づいて、該貯留槽１における望ましい貯留レベルを求める［処理ｇ］と共に、貯留に関する制約条件等を求める［処理ｈ］。具体的には１日当たりに搬入が見込まれる最大搬入量に対して、その全てを受け入れ可能な余裕を見込んで設定される貯留槽１での貯留レベルが求められる。また搬入がない日が続く場合であっても、処理槽２に対して或る程度安定に供給し得る量のし尿を貯え、貯留槽１の機能を有効に発揮させ得る貯留レベルが求められる。
【００１５】
また同時に処理槽２での現在の処理状況や、処理槽２の設備仕様によって規定される処理能力に従って、該処理槽２における負荷が安定するような運転条件が求められる［処理ｉ］。即ち、処理槽２での負荷変動を低減し、その負荷変動が所定の制限範囲内に納まるような運転条件（投入条件）を求める。また処理槽２に対する投入関連スケジュール、例えば投入窒素負荷の情報を、オペレータからの入力情報に基づいて設定する［処理ｊ］。
【００１６】
しかして貯留槽１から処理槽２への投入計画は、例えば総投入量をベースとして求められる１日当たりの投入量の平均値を、貯留槽１および処理槽２における上述した制約条件や、搬入予測結果に従って修正し、逐次調整しながら立案される［処理ｋ］。即ち、今後１ヶ月に処理すべきし尿量として予測された総投入量をベースとして、その平均値を１日当たりに処理槽２に投入すべき投入量として求める。そしてこの平均値（１日当たりの汚水投入量）を、前述した搬入予測結果や、処理槽２での処理負荷に関する制約条件等に従って処理槽２での処理負荷が所定の変動範囲内に収まるように、また貯留槽１での貯留レベルが所定の変動範囲内に収まるように、その予測期間の各処理日毎に逐次的に修正することで、その投入計画を立案する。
【００１７】
尚、この投入計画の立案に際しては、貯留槽１での貯留量と、処理槽２の運転条件（例えば処理能力）とを関連付けるニューラルネットワークを用い、その処理状況を予測しながら実行するようにしても良い。また予め設定した予測モデルに従って搬入状況や処理状況をシミュレートしながら、その運転状況が前述した制約条件を満たすように日々の投入量を調整して、その投入計画を立案するようにしても良い。
【００１８】
従って上述した処理手続きによれば、例えば前年度の同じ時期における受入実績から求められる増減の傾向に基づいて過去１ヶ月間の受入実績を補正し、これに業者から予約された搬入予定を加えることで、今後１ヶ月における搬入量を効果的に予測することができる。そしてこの予測結果に従って、処理槽２に対する投入量を計画立案することができるので、オペレータの経験と判断に頼ることなしに、処理槽２への投入量を調整して効率的に処理を実行することができる。しかも処理槽２における活性汚泥の処理能力を略一定に保ち得る適正な処理量を投入しながら、予測された総投入量の全てを効率的に、且つ安定に処理することが可能となる。
【００１９】
例えば図３(ａ)に示すように、日曜・休日における搬入を零(０)として１ヶ月間の受入予測がなされたとき、この予測結果に基づいて１ヶ月間に搬入される全てを活性汚泥処理し得るように、例えば図３(ｂ)に示すように処理槽２に毎日投入する投入量を決定する為の投入計画が立案される。この際、上記投入計画の下で貯留槽１に貯められたし尿を処理しながら、前述した図３(ａ)に示す受入予測結果に応じて搬入されたときの、該貯留槽１に残される量（残留量）が図３(ｃ)に示すように予測される。この予測残量に従って、その残留レベルに対する制約条件が満たされているか否かが判断され、例えば溢れる虞がある場合や、貯留量が大幅に少なくなるような場合、前記投入計画の修正が行われる。
【００２０】
同様にして前記投入計画の下で処理槽２に対して投入した場合における該処理槽２での処理能力（例えばアンモニア性窒素の酸化能力）が、例えば図３(ｄ)に示すように予測される。そしてこの処理槽２の負荷変動予測結果から、その負荷変動が所定の制約条件の範囲内にあるか否かの判断が行われる。そして、例えば処理負荷が処理槽２の処理能力を越えるような場合や、処理負荷が大幅に少なく、活性汚泥に含まれる微生物が大幅に死滅することが見込まれるような場合には、前記投入計画の修正処理が実行される。
【００２１】
このようにして貯留槽１および処理槽２に対する制約条件（運転条件）が満たされるように、日々の投入量を修正しながら貯留槽１から処理槽２への投入計画を立案処理することにより、オペレータの経験に頼ることなしに処理装置の安定した効率的な運転を実現する投入量制御が可能となる。特に一時的に大量の搬入が見込まれる日が存在する場合であっても、これを見込んで投入計画を立案することができるので、処理槽２における処理負荷を均一化しながら効率の良い処理が可能となる。しかも予測された搬入量の全てを貯留槽１に受け入れると言う前提条件の下で、貯留槽１での溢れや貯留量の極端な減少を招くことなく、予測された受入量の全てを処理することが可能となる等の効果が奏せられる。
【００２２】
尚、本発明の上述した実施形態は、バキュームカーによりし尿を搬入する場合を例に、その処理単位を１日として説明したが、例えば下水を活性汚泥処理する場合にも同様に適用することができる。この場合も同様に、日毎等、所定の処理単位毎の貯留量を求めて処理槽に対する投入計画を立案すれば良い。要は本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、搬入された汚水を貯える貯留槽と、この貯留槽から導かれる汚水の処理手段とを備えた汚水処理装置において、貯留槽が過去に受け入れた汚水の受入量に関する受入実績に基づいて汚水の搬入量を予測処理すると共に、貯留槽および処理手段に関する種々の条件を参照しながら上記の予測結果に基づいて貯留槽から処理手段への汚水の投入計画を立案し、この投入計画に従って処理手段への汚水の投入量を制御するので、オペレータを煩わすことなく、その実績データに基づく安定した汚水の投入制御を実行することが可能となる。
【００２４】
特に請求項２に示すように最近の受入実績と、現時点と類似する時期的条件での受入実績とに従ってこれから搬入が見込まれる汚水量を予測し、更には請求項３に示すように処理手段の処理能力に応じて求められる該処理手段での汚水の処理量と、前記貯留槽における汚水の残留量とを予測しながら、受入予測された汚水搬入量の全てを略定常化して処理し得るように、その投入計画を立案するので、貯留槽での汚水の溢れやその貯留量の極端な減少を防止しながら、処理手段の負荷変動を押さえるように汚水投入量を最適化することができるので、処理手段での、例えば活性汚泥による処理効率の安定化を図ることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る汚水処理装置の概略的なブロック構成図。
【図２】本発明の実施形態における特徴的な処理で或る汚水の受入予測と、汚水投入計画の立案処理の概念を示すブロックダイヤグラム。
【図３】本発明に係る汚水処理装置で予測された貯留槽における汚水の受入計画、処理槽に対する汚水の投入計画、貯留槽における汚水の残留量予測、処理槽での負荷変動予測の結果をそれぞれ対比して示す図。
【符号の説明】
１  貯留槽
２  処理槽
３  投入管理装置
１１  受入予測手段
１２  処理監視手段
１３  投入計画手段
１４  投入量制御手段
【図１】
0004324986.tif 000002
【図２】
0004324986.tif 000003
【図３】
0004324986.tif 000004