(57)【要約】【課題】被処理水である排水と汚泥との混合水中の有機物を微生物により酸化分解する生物処理槽内において、前記生物処理槽の処理状況を判断し、排水処理水施設を良好に制御することができる排水処理の制御システムを提供することを目的とする。【解決手段】生物処理槽内の流れ方向に沿って複数箇所の酸素消費速度を測定し、前記複数箇所で測定した酸素消費速度のうち前記生物処理槽内の最も下流側にて測定した酸素消費速度と各測定箇所での酸素消費速度の差から生物処理槽の処理状況を判断する処理状況判断装置２５を有し、処理状況判断装置２５の判断結果を基にして生物処理槽４の微生物の活性度および数量、生物処理槽４に流入する排水の負荷量を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水である排水と汚泥との混合水中の有機物を微生物により酸化分解する生物処理槽内において、流れ方向に沿って複数箇所の酸素消費速度を測定し、前記複数箇所で測定した酸素消費速度のうち前記生物処理槽内の最も下流側にて測定した酸素消費速度と各測定箇所での酸素消費速度の差から前記生物処理槽の処理状況を判断する生物処理槽の処理状況判断方法。
【請求項２】
最も下流側は生物処理槽の出口近傍であることを特徴とする請求項１記載の生物処理槽の処理状況判断方法。
【請求項３】
生物処理槽内の流れ方向に沿って生物処理槽内の中央より下流側２箇所の酸素消費速度を測定し、その値を前記生物処理槽内の下流側からＲ１、Ｒ２とした時、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より大きい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が不足」と判断し、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が過剰」と判断することを特徴とする請求項２記載の生物処理槽の処理状況判断方法。
【請求項４】
Ｒ２より上流側で測定した酸素消費速度の値をＲ３とした時、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さく、Ｒ３−Ｒ１があらかじめ設定した値より大きい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が適性」と判断し、Ｒ３−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が過剰」と判断することを特徴とする請求項３記載の生物処理槽の処理状況判断方法。
【請求項５】
生物処理槽内の流れ方向に沿って生物処理槽内の中央より上流側と下流側２箇所の酸素消費速度を測定し、その値を前記生物処理槽内の下流側からＲ１、Ｒ４とすると、Ｒ４−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、生物処理槽が「無負荷状態」と判断することを特徴とする請求項２記載の生物処理槽の処理状況判断方法。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて、前記生物処理槽の微生物の活性度を調整する活性度調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システム。
【請求項７】
活性度調整手段は、多数の噴出孔を有した散気管と前記散気管に空気を供給するブロアで構成されたことを特徴とする請求項６に記載の排水処理の制御システム。
【請求項８】
散気管は生物処理槽内における流れ方向に沿って複数箇所設置され、前記複数の散気管の風量はそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項７に記載の排水処理の制御システム。
【請求項９】
活性度調整手段は、微生物の活性度を促進させる活性剤を生物処理槽に流入させる活性剤流入手段であることを特徴とする請求項６に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１０】
活性剤流入手段の活性剤流入口は生物処理槽内における流れ方向に沿って複数箇所設置され、前記活性剤流入口から流入させる活性剤の量はそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項９に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１１】
前記生物処理槽で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水に分離する沈殿槽を有し、請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて前記沈殿槽から前記生物処理槽に返送する汚泥量を調整する返送汚泥量調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システム。
【請求項１２】
返送汚泥量調整手段は生物処理槽と沈殿槽を接続したと配管と、配管に取り付けられた弁で構成され、前記弁の開度を調整することを特徴とする請求項１１に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１３】
返送汚泥量調整手段は生物処理槽と沈殿槽を接続したと配管と、配管に取り付けられたポンプで構成され、ポンプの運転を調整することを特徴とする請求項１１に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１４】
請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて前記生物処理槽に流入させる排水の負荷量を調整する流入負荷量調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システム。
【請求項１５】
流入負荷量調整手段は、排水の流入口に設置された弁であり、前記弁の開度を調整することを特徴とする請求項１４に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１６】
流入負荷量調整手段は、排水の流入口に設置されたポンプであり、前記ポンプの運転を調整することを特徴とする請求項１４に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１７】
流入負荷量調整手段は、排水の油分を除去する加圧浮上装置であり、前記加圧浮上装置の運転を調整することを特徴とする請求項１４に記載の排水処理の制御システム。
【請求項１８】
排水を一時的に溜めておく調整槽を有し、流入負荷量調整手段は、前記調整槽に溜められた排水の負荷を低減させる薬剤を前記調整槽に流入させる薬剤流入手段であり、前記調整槽への薬剤の流入量を調整することを特徴とする請求項１４に記載の排水処理の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設において、下水道や工場などから排出される有機物を含んだ被処理水である排水を微生物によって酸化分解処理する主要処理工程である生物処理槽の処理状況を判断する方法とそれを用いた排水処理の制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や事業所等の排水処理施設での有機性排水処理は、活性汚泥法による微生物の酸化分解処理によりなされている。
【０００３】
この工程において、活性汚泥中の微生物（細菌、原生動物など）は排水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として体内に取り込んで浄化し、取り込まれた有機物は酸素を消費しながら主に二酸化炭素と水に分解される。
【０００４】
微生物は様々な要因により有機物の分解特性が変化するため、連続かつ安定に処理を行うには適正な運転管理を行う必要がある。
【０００５】
排水処理施設における制御としては、生物処理槽の微生物の活性を生物処理槽に供給する空気の量（以下曝気風量）を調整して行うのが一般的である。
【０００６】
最も基本的な曝気風量の制御方法は、生物処理槽内の溶存酸素濃度を一定に保持するように曝気風量を制御する方法である。
【０００７】
生物処理槽内の溶存酸素濃度は、生物処理槽への酸素供給量と生物処理槽内の微生物の酸素消費速度から求められ、酸素供給量が一定であれば、酸素消費速度により増減する。
【０００８】
すなわち、最も基本的な曝気風量の制御方法は、この溶存酸素濃度を常に一定量になるように（通常１〜２ｍｇ／Ｌに）制御するもので、例えば流入負荷が低く溶存酸素濃度が高いときは曝気風量を絞り、逆に流入負荷が増大し、溶存酸素濃度が低いときは曝気風量を増やして、常に必要最低限の曝気風量となるように制御する方法である。
【０００９】
しかし、このような最も基本的な溶存酸素濃度による生物処理槽槽の制御は、生物処理槽への酸素供給量が常に一定であるという仮定に基づいており、この仮定が成り立たないと正しく生物処理槽の状態を制御できなくなる。
【００１０】
生物処理槽の酸素供給能力は総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）で表されるが、この値は汚泥の性状や散気管の目詰まり等の影響により変化するうえ、測定自体もかなりの手間と労力を要するため、生物処理槽が稼動中に総括酸素移動容量係数を正確に測定することは困難である。
【００１１】
このような理由により、生物処理槽内の溶存酸素濃度の値で曝気風量の制御を行うことは信頼性が低いとみなされ、生物処理槽の運転状況を表す目安として使用されるにとどまり、結局は管理者が溶存酸素濃度、その他の計測項目を頼りに経験と勘で運転しているケースが多いのが実情である。
【００１２】
このような、生物処理槽内の溶存酸素濃度を用いた制御に対し、生物処理槽に流入する負荷を測定し、負荷の大小に応じて制御を行う方法が提案されている。
【００１３】
生物処理槽に流入する負荷の大小を測定する方法としては、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器を用いて流入原水の負荷を直接測定する方法も存在するが、ＢＯＤ計測器やＣＯＤ計測器は高価かつ複雑で、現場設置で使用するには耐久性が低いうえ、負荷とＢＯＤ、ＣＯＤの相関が必ずしも一致しないなどの問題もあって現在のところ実用化は困難な状況である。
【００１４】
また別の制御方法として、生物処理槽の状態を直接測定し、最適な状態に制御する考え方がある。
【００１５】
負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の活性汚泥法の場合、生物処理槽へ流入した負荷により、最上流部では高い酸素消費速度が測定されるが、その値は流れ方向に対して急激に減少した後、徐々に減少し最終的には負荷の消費を伴わない内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００１６】
理想的には、負荷の吸収、消費に伴う呼吸が内生呼吸になる位置（内生呼吸遷移点）が生物処理槽の最下流部となるようにするのがよく、この位置より手前に内生呼吸遷移点がある場合は処理が過剰と判断でき、逆に内生呼吸遷移点が生物処理槽内部に無い場合は処理が不足していると判断できる。
【００１７】
この考え方を採用し、生物処理槽内の内生呼吸遷移点を、常に適正な位置になるよう制御する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１８】
この方法は、生物処理槽内の流れ方向に対し複数の酸素消費速度を測定し、その傾きが変化する変曲点を特定して、この点を内生呼吸遷移点と判断し、この内生呼吸遷移点が適正な位置にくるように曝気風量を調整し生物処理槽を制御する方法である。
【００１９】
この方法によれば、負荷の大小、負荷の種類や汚泥の活性度によらず、また負荷の変動に対しても応答の遅れを生じさせること無く、適切な生物処理槽の制御方法が得られる。
【特許文献１】特開昭５６−１３０２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の特許文献１に記載のものは、内生呼吸遷移点を特定するのに、生物処理槽内の流れ方向に対する酸素消費速度の分布の傾きから判断する方法であり、適正な状態の酸素消費速度の分布を事前の調査測定により決定して測定値と比較するが、実際には汚泥の活性度等の変化により適正な酸素消費速度の分布が変化するため、この方法では内生呼吸遷移点が適正な位置かどうかの判断を誤るために、その判断に基づいて曝気風量を調整しても排水処理施設の制御を適切に行えないという課題があった。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、汚泥の活性度等が変化しても生物処理槽の処理状況を正確に判断できる方法と、その判断結果に基づいて排水処理施設を最適に制御できる排水処理の制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するために、被処理水である排水と汚泥との混合水中の有機物を微生物により酸化分解する生物処理槽内において、流れ方向に沿って複数箇所の酸素消費速度を測定し、前記複数箇所で測定した酸素消費速度のうち前記生物処理槽内の最も下流側にて測定した酸素消費速度と各測定箇所での酸素消費速度の差から前記生物処理槽の処理状況を判断する生物処理槽の処理状況判断方法としたものである。
【００２３】
また、この生物処理槽の処理状況判断方法により判断した結果に基づいて排水処理施設を最適に制御できる排水処理システムとしたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、汚泥の活性度等の変化の影響を受けず、生物処理槽の処理状況を正確に判断できる生物処理槽の処理状況判断方法と、この判断結果に基づいた最適な排水処理が行える排水処理の制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、
１．生物処理槽内において、流れ方向に沿って複数箇所で測定した酸素消費速度は下流側ほど小さくなるが内生呼吸酸素消費速度に達した後はほぼ同一値となる。
２．生物処理槽内において流れ方向に沿って複数箇所で測定した酸素消費速度のうち最も下流側にて測定した酸素消費速度と各測定箇所での酸素消費速度の差を求め、どの地点でその差がなくなったかで内生呼酸素消費速度に達した位置が特定できる。
３．内生呼酸素消費速度に達した位置が特定できれば、それにより生物処理槽の処理状況を正確に判断できる。
４．生物処理槽の処理状況を正確に判断できれば排水処理施設における制御対象を適切に制御できる。
５．排水処理施設における制御対象としては、生物処理槽内の微生物の活性度、生物処理槽内の微生物の数量、生物処理槽に流入させる負荷量がある。
６．生物処理槽は負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の場合、生物処理槽内の微生物の活性度は均一でないので微生物の活性度はきめ細かく制御した方がより最適に排水処理施設を制御できる。
という点に着目して、発明を完成させた。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態による生物処理槽の処理状況判断方法は、被処理水である排水と汚泥との混合水中の有機物を微生物により酸化分解する生物処理槽内において、流れ方向に沿って複数箇所の酸素消費速度を測定し、前記複数箇所で測定した酸素消費速度のうち前記生物処理槽内の最も下流側にて測定した酸素消費速度と各測定箇所での酸素消費速度の差から前記生物処理槽の処理状況を判断することを特徴としたものである。
【００２７】
本実施の形態によれば生物処理槽内の複数箇所で測定した酸素消費速度の差からの生物処理槽の処理状況を正確に把握することができる。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による生物処理槽の処理状況判断方法において、最も下流側は生物処理槽の出口近傍であることを特徴としたものである。
【００２９】
本実施の形態によれば、生物処理槽の出口近傍の酸素消費速度を基準値として生物処理槽の処理状況を判断することができる。
【００３０】
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による生物処理槽の処理状況判断方法において、生物処理槽内の流れ方向に沿って生物処理槽内の中央より下流側２箇所の酸素消費速度を測定し、その値を前記生物処理槽内の下流側からＲ１、Ｒ２とした時、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より大きい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が不足」と判断し、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が過剰」と判断することを特徴としたものである。
【００３１】
本実施の形態によれば、生物処理槽内の下流側２箇所の酸素消費速度の差から生物処理槽の処理状況を判断することができる。
【００３２】
本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による生物処理槽の処理状況判断方法において、Ｒ２より上流側で測定した酸素消費速度の値をＲ３とした時、Ｒ２−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さく、Ｒ３−Ｒ１があらかじめ設定した値より大きい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が適性」と判断し、Ｒ３−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、前記生物処理槽の処理状況が「処理が過剰」と判断することを特徴としたものである。
【００３３】
本実施の形態によれば、生物処理槽内の３箇所の酸素消費速度の差から生物処理槽の処理状況を判断することができる。
【００３４】
本発明の第５の実施の形態は、第２の実施の形態による生物処理槽の処理状況判断方法において、生物処理槽内の流れ方向に沿って生物処理槽内の中央より上流側と下流側２箇所の酸素消費速度を測定し、その値を前記生物処理槽内の下流側からＲ１、Ｒ４とすると、Ｒ４−Ｒ１があらかじめ設定した値より小さい場合は、生物処理槽が「無負荷状態」と判断することを特徴としたものである。
【００３５】
本実施の形態によれば、生物処理槽内の２箇所の酸素消費速度の差から生物処理槽が「無負荷」であることを判断することができる。
【００３６】
本発明の第６の実施の形態による排水処理の制御システムは請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて、前記生物処理槽の微生物の活性度を調整する活性度調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００３７】
本実施の形態によれば、生物処理槽の処理状況を正確に把握し、処理状況に応じて生物処理槽の微生物の活性状態を調整し、有機物の分解量を調整することができる。
【００３８】
本発明の第７の実施の形態は、第６の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、活性度調整手段は、多数の噴出孔を有した散気管と前記散気管に空気を供給するブロアで構成されたことを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００３９】
本実施の形態によれば、生物処理槽への曝気風量を調整することで微生物の活性度を調整することができる。
【００４０】
本発明の第８の実施の形態は、第７の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、散気管は生物処理槽内における流れ方向に沿って複数箇所設置され、前記複数の散気管の風量はそれぞれ個別に調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００４１】
本実施の形態によれば、生物処理槽への曝気風量を流れ方向に沿ってきめ細かく調整することができる。
【００４２】
本発明の第９の実施の形態は、第６の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、活性度調整手段は、微生物の活性度を促進させる活性剤を生物処理槽に流入させる活性剤流入手段であることを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００４３】
本実施の形態によれば、生物処理槽に投入する活性剤の量を調整することで微生物の活性度を調整することができる。
【００４４】
本発明の第１０の実施の形態は、第９の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、活性剤流入手段の活性剤流入口は生物処理槽内における流れ方向に沿って複数箇所設置され、前記活性剤流入口から流入させる活性剤の量はそれぞれ個別に調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００４５】
本実施の形態によれば、生物処理槽内の微生物の活性度を流れ方向に沿ってきめ細かく調整することができる。
【００４６】
本発明の第１１の実施の形態は前記生物処理槽で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水に分離する沈殿槽を有し、請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて前記沈殿槽から前記生物処理槽に返送する汚泥量を調整する返送汚泥量調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００４７】
本実施の形態によれば、生物処理槽の処理状況を正確に把握し、処理状況に応じて微生物の数量を調整することで有機物の分解量を調整することができる。
【００４８】
本発明の第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、返送汚泥量調整手段は生物処理槽と沈殿槽を接続したと配管と、配管に取り付けられた弁で構成され、前記弁の開度を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００４９】
本実施の形態によれば、沈殿槽に存在する微生物を生物処理槽に戻すことで生物処理槽内の微生物の数量を調整することができる。
【００５０】
本発明の第１３の実施の形態は、第１１の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、返送汚泥量調整手段は生物処理槽と沈殿槽を接続したと配管と、配管に取り付けられたポンプで構成され、ポンプの運転を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００５１】
本実施の形態によれば、本実施の形態によれば、沈殿槽に存在する微生物を生物処理槽に戻すことで生物処理槽内の微生物の数量を調整することができる。
【００５２】
本発明の第１４の実施の形態は、請求項１から５いずれか１項に記載の生物処理槽の処理状況判断方法を用いて判断した前記生物処理槽の処理状況に応じて前記生物処理槽に流入させる排水の負荷量を調整する流入負荷量調整手段を有することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００５３】
本実施の形態によれば、生物処理槽に流入する排水の負荷量を調整することができる。
【００５４】
本発明の第１５の実施の形態は、第１４の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、流入負荷量調整手段は、排水の流入口に設置された弁であり、前記弁の開度を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００５５】
本実施の形態によれば、生物処理槽に流入する排水の流量を調整することで生物処理槽に流入する排水の負荷量を調整することができる。
【００５６】
本発明の第１６の実施の形態は、第１４の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、流入負荷量調整手段は、排水の流入口に設置されたポンプであり、前記ポンプの運転を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００５７】
本実施の形態によれば、生物処理槽に流入する排水の流量を調整することで生物処理槽に流入する排水の負荷量を調整することができる。
【００５８】
本発明の第１７の実施の形態は、第１４の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、流入負荷量調整手段は、排水の油分を除去する加圧浮上装置であり、前記加圧浮上装置の運転を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００５９】
本実施の形態によれば、排水の油分の除去量を調整することで生物処理槽に流入する排水の負荷量を調整することができる。
【００６０】
本発明の第１８の実施の形態は、第１４の実施の形態による排水処理の制御システムにおいて、排水を一時的に溜めておく調整槽を有し、流入負荷量調整手段は、前記調整槽に溜められた排水の負荷を低減させる薬剤を前記調整槽に流入させる薬剤流入手段であり、前記調整槽への薬剤の流入量を調整することを特徴とする排水処理の制御システムとしたものである。
【００６１】
本実施の形態によれば、調整槽で排水の負荷量を調整することで生物処理槽に流入する排水の負荷量を調整することができる。
【００６２】
以下、本発明による実施例の生物処理槽の処理状況判断方法とそれを用いた排水処理の制御システムについて、図面を参照して説明する。
【００６３】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における排水処理の制御システムの１例を示すシステム図で、制御対象を含んだ排水処理部１と計測制御部２を示している。
【００６４】
排水処理部１は排水を貯留する調整槽３と、排水と汚泥との混合液を曝気することにより有機物を微生物によって酸化・分解する生物処理槽４と、生物処理槽４で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿槽５で構成されている。
【００６５】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００６６】
また、処理対象の排水が流入する調整槽３は排水内の油分を気泡により浮上させて除去する加圧浮上装置６および流量調整弁７を介して生物処理槽４に接続されている。
【００６７】
さらに、調整槽３には調整槽３に溜められた排水の負荷を低減させる薬剤を調整槽３に流入させる薬剤注入装置８が接続されている。ここで薬剤とは例えば凝集剤・ｐＨ調整剤・栄養剤である。
【００６８】
生物処理槽４の底部には有酸素気泡が発生する散気管９が流れ方向に沿って複数配置されており、各散気管９はそれぞれ散気管制御弁１０を介して生物処理槽４の外部に接続された曝気ブロア１１と空気配管によって接続されている。
【００６９】
また、生物処理槽４の最下流部は沈殿槽５と接続されている。
【００７０】
尚、沈殿槽５で沈降した汚泥は排出管１２、返送弁１３を介して排出し、活性汚泥として生物処理槽４の流入口へ戻され再利用される（図示なし）。
【００７１】
次に計測制御部２について説明する。
【００７２】
計測槽１４内には溶存酸素濃度計１５が配置されており、計測槽１４の底部には計測槽散気管１６が配置されており、計測槽散気管１６は計測槽１４の外部に設置された計測槽曝気ブロア１７と空気配管によって接続されている。
【００７３】
また、計測槽１４の底部には混合液を攪拌する攪拌機１８が配置されている。
【００７４】
また、生物処理槽４には混合液採取ポンプ１９が流れ方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所に配置されおり、各混合液採取ポンプ１９は混合液採取弁２０および液体配管２１を介して計測槽１４の流入口２２と接続されている。
【００７５】
また、計測槽１４の底部には流出口２３があり、流出口２３は液体配管２４によって生物処理槽４の最上流部近傍と接続されている。
【００７６】
また、特に図示していないが流出口２４の下方には排出用弁があり制御装置から開閉できるようになっている。
【００７７】
図２は排水処理の制御システムにおいて生物処理槽４の処理状態を判断する処理状況判断装置２５と処理状況判断装置２５での判断結果から各種機器を制御する制御装置２６の構成を示すブロック図である。処理状況判断装置２５は溶存酸素濃度計１５の計測値を入力とし、計測槽曝気ブロア１７への運転／停止指令、攪拌機１８への運転／停止指令、混合液採取ポンプ１９への運転／停止指令、混合液採取弁２０の開／閉指令を随時出力して酸素消費速度を演算し、その演算結果から生物処理槽４の処理状況を判断し、判断結果を制御装置２６に出力している。
【００７８】
制御装置２６は処理状況判断装置２５にて判断された生物処理槽４の処理状況を入力とし、加圧浮上装置６への運転／停止指令、流量調整弁７への開度指令、薬剤注入装置８への運転／停止指令、散気管制御弁１０への開度指令、曝気ブロア１１への風量指令、返送弁１３への開度指令を出力制御している。
【００７９】
次に、生物処理槽４の内部での処理状況について図３を用いて説明する。
【００８０】
生物処理槽４内部に流入した有機物は生物処理槽４の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥の中の微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。
【００８１】
この時、微生物は多量に酸素を消費するため酸素消費速度は最上流部で最も高い値を示したあと急激に低下する（図３中のＡ部）。
【００８２】
混合液は生物処理槽４を下流に向かって進みつつ微生物は体内に取り込んだ有機物を少しずつ酸素を消費しながら酸化分解していき、酸素消費速度は下流に行くに従い徐々に低下していく。
【００８３】
微生物が体内に取り込んだ有機物が全て消費されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない呼吸、いわゆる内生呼吸状態となり、内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００８４】
ここで、図３のグラフａにあるように有機物を分解する呼吸が内生呼吸に遷移する位置（内生呼吸遷移点）が生物処理槽４の最下流部（処理水の出口：Ｐ1）と一致する場合が最も効率が良い処理といえる。
【００８５】
もし、図３のグラフｂのように内生呼吸遷移点が生物処理槽４の最下流部より前にあった場合は、内生呼吸遷移点より後ろの位置の汚泥は酸化分解の処理をしていないことになり、この部分の処理は無駄となり、これは負荷に対して処理が過剰であることを意味している。
【００８６】
一方、図３のグラフｃのように内生呼吸遷移点が生物処理槽４の最下流部より後ろ、すなわち生物処理槽４内で内生呼吸遷移点に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残留している事になり、処理が不足していることを示している。
【００８７】
処理過剰が進行すると菌体外物質の生産不足による汚泥の沈降性の悪化などが生じる恐れがあり、逆に処理不足が進行しても、菌体内に有機物が残存して蓄積し、微生物の有機物の吸収能力が低下し、いずれにせよ処理水の性状が悪化する。
【００８８】
つまり、排水処理施設を良好な状態に保つためには図３のグラフａに示すように、生物処理槽４内の微生物の内生呼吸遷移点が生物処理槽４の最下流部に位置するように制御することが最善である。
【００８９】
しかし、微生物が有機物の酸化分解処理を完了するには数時間以上かかるので内生呼吸遷移点を生物処理槽４の最下流部に常に位置するように制御することは非常に困難で、図３のグラフｃのように生物処理槽４内で内生呼吸遷移点に到達しない状態になってしまった場合には内生呼吸遷移点を生物処理槽４の最下流部の位置までに戻すのにかなりの時間を費やし、その間に処理水の性状が悪化してしまう。
【００９０】
従って、実用上は図３のグラフｂ、ｄ内で、内生呼吸遷移点が図３のＰ2からＰ3の範囲内に来るように制御することとなる。
【００９１】
つまり、内生呼吸遷移点がＰ2より下流の位置にある時は生物処理槽４の「処理が不足」、Ｐ2〜Ｐ3の範囲内にある時は「処理が適正」、Ｐ3より上流の位置にある時は生物処理槽４の「処理が過剰」と判断する。
【００９２】
さらに、最上流部（Ｐ4）の位置においても内生呼吸状態である時は生物処理槽４内に有機物が存在しないことであるので「無負荷」と判断する。
【００９３】
そして、この判断に基づいて排水処理施設の制御を行なう。
【００９４】
次に図３のＰ1からＰ4に示す位置の酸素消費速を得る手順について説明する。本実施の形態の排水処理の制御システムでは、処理状況判断装置２５が生物処理槽４のＰ1・Ｐ2・Ｐ3・Ｐ4の各地点に配置された混合液採取ポンプ１９で、生物処理槽４の混合水を計測槽１４に採取し、酸素消費速度を測定し、生物処理槽４の処理状況を判断するようになっている。
【００９５】
まず、混合液採取ポンプ１９を動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁２０を開いて、その近傍だけの混合液を流入口２２から計測槽１４へ流入させる。
【００９６】
混合液は計測槽１４に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１７を作動させ計測槽散気管１６より有酸素気泡が計測槽１４内に送り込まれると同時に攪拌機１８を作動させ、計測槽１４内の混合液を攪拌させ、溶存酸素濃度計１５による測定も開始する。
【００９７】
この時、処理状況判断装置２５では溶存酸素濃度計１５の測定値が一定時間ごとに逐次記録され、計測槽１４内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇し、安定したところで攪拌を続けたまま計測槽曝気ブロア１７の運転を停止することにより、計測槽１４内の混合液の酸素消費速度を溶存酸素濃度の減少曲線から算出する。
【００９８】
溶存酸素濃度がほぼ０になったら酸素消費速度の計測を停止し、計測槽１４内部の混合液を流出口２３より生物処理槽４に返送する。
【００９９】
ここで、生物処理槽４に返送する位置は処理水への影響を考慮し生物処理槽４の最上流部であることが望ましい。
【０１００】
次に処理状況判断装置２５での生物処理槽４の処理状況判断方法について図４を用いて説明する。
【０１０１】
図４においてＲ1からＲ4は計測槽１４で測定された生物処理槽４におけるＰ1からＰ4に示す位置での酸素消費速度を表す。
【０１０２】
まず、Ｒ1とＲ4の値を比較し、Ｒ4−Ｒ1＝０であれば、生物処理槽４全体が「無負荷状態」と判断する（理論上はＲ4−Ｒ1＜０となることはないが、計測誤差によりなることもあるのでこの場合も「無負荷状態」と判断する）。
【０１０３】
次にＲ1とＲ3の値を比較し、Ｒ3−Ｒ1＝０であれば、生物処理槽４が「処理が過剰」と判断する（理論上はＲ3−Ｒ1＜０となることはないが、計測誤差によりなることもあるのでこの場合も「処理が過剰」と判断する）。
【０１０４】
次にＲ1とＲ2の値を比較し、Ｒ2−Ｒ1＝０であれば、生物処理槽４が「処理が適正」と判断する（理論上はＲ2−Ｒ1＜０となることはないが、計測誤差によりなることもあるのでこの場合も「処理が適正」と判断する）。
【０１０５】
最後に、Ｒ2−Ｒ1＞０であれば、生物処理槽４が「処理が不足」と判断する。
【０１０６】
本実施の形態では内生呼吸遷移点の位置を特定することで生物処理槽４の処理状況を判断している。
【０１０７】
内生呼吸酸素消費速度は、微生物の活性度が変化した場合変化してしまうので、内生呼吸酸素消費速度を特定することは非常に困難であるが、「生物処理槽４内において流れ方向に沿って複数箇所で測定した酸素消費速度は下流側ほど小さくなるが内生呼吸酸素消費速度に達した後はほぼ同一値となる」ということを利用すれば、活性度が変化した場合でも内生呼吸遷移点を特定できる。
【０１０８】
つまり、内生呼吸遷移点の位置は生物処理槽４の複数箇所で測定した酸素消費速度のうち最も下流側にて測定した酸素消費速度（Ｒ1）と各測定箇所での酸素消費速度（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4）を比較し、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4のどの測定箇所での酸素消費速度がＲ1と等しくなるかを求めることで、生物処理槽４内の微生物の活性度が変化した場合でも内生呼吸遷移点を特定できる。
【０１０９】
尚、Ｐ1〜Ｐ4位置であるがＰ1は生物処理槽４の出口近傍に、Ｐ4は生物処理槽４の入口近傍とし、Ｐ2およびＰ3の位置はＰ1に近づけた方が排水処理施設のランニングコストを低減できるが処理水が悪化するリスクが高くなるので、Ｐ3は生物処理槽４の中央付近とし、Ｐ2はＰ1とＰ3との中間点付近とした方が望ましい。
【０１１０】
次に制御装置２６の動作について説明する。制御装置２６は処理状況判断装置２５にて判断された生物処理槽４の処理状況判断結果が「処理が適正」となるように、加圧浮上装置６への運転／停止指令、流量調整弁７への開度指令、薬剤注入装置８への運転／停止指令、散気管制御弁１０への開度指令、曝気ブロア１１への風量指令、返送弁１３への開度指令を出力制御しているが、各機器は以下の判断に基づいて運転制御されている。
【０１１１】
１．加圧浮上装置を運転すると、排水の油分が取り除かれ排水の負荷が減少する。
２．流量調整弁を閉じることで排水の生物処理槽への流入を遮断できる。
３．薬剤注入装置を運転すると排水の有機物が沈降し、排水の負荷が減少する。
４．散気管制御弁、曝気ブロアで生物処理槽への曝気風量を増やすと微生物の活性が増加する。
５．生物処理槽への曝気風量は計測位置Ｒ1からＲ4に対応する散気管制御弁を個別に制御することで生物処理槽内の各位置での微生物の活性度を別個に制御できる。
６．返送弁を開いて汚泥を返送すると生物処理槽の微生物量が増加し、生物処理槽の処理能力が増加する。
【０１１２】
実際の機器の運転制御は表１に示すように１から１１の運転モード（運転モードが増えるほど排水の負荷が増加した時の運転方法になっている）に対する各機器の運転方法を定義し、処理状況判断装置２５で生物処理槽４の処理状況判断が行なわれる毎に、以下の判断に基づいて運転モードの変更が行なわれている。
【０１１３】
【表１】
2009160524.tif 000003
【０１１４】
１．判断結果が「無負荷状態」の時：運転モードを１にする。
２．判断結果が「処理が過剰」の時：運転モードを１減ずる。
３．判断結果が「処理が適正」の時：運転モードは変更しない。
４．判断結果が「処理が不足」の時：運転モードを１増やす。
【０１１５】
尚、曝気ブロア１１はインバータを使用して散気管制御弁１０の開閉状態に応じて常に適切な風量を供給するように制御されている。
【０１１６】
尚、表１では、機器は運転／停止の２状態、弁は全開／半開／全閉の３状態で制御しているが、機器を連続運転／５０％間欠運転／停止の３状態、弁は全開／７５％開／５０％開／２５％開／全閉の５状態とすれば運転モードをさらに増やして、きめ細かく制御できる。
【０１１７】
尚、本実施例では、「返送弁」「散気管制御弁と曝気ブロア」「加圧浮上装置」「薬剤注入装置」「流量調整弁」の順番で運転制御をしているが運転制御の順番は変更してもよい。
【０１１８】
また、本実施例では複数の散気管９と散気管制御弁１０に対して、１台の曝気ブロア１１の曝気風量の調整をすることで生物処理槽４内の微生物の活性を調整しているが、一つの散気管９、散気管制御弁１０に対してそれぞれ別個の曝気ブロア１１を設置して曝気風量の調整を行なっても同様の効果が得られる。
【０１１９】
また、本実施例では散気管制御弁１０、曝気ブロア１１で生物処理槽４内の微生物の活性を調整しているが、図５に示すように散気管制御弁１０を取り除き生物処理槽４への曝気風量はどの位置でも同じにしておき、微生物の活性度を促進させる活性剤を貯蔵タンク２７に蓄えておき、活性剤流入管２８を生物処理槽４内における流れ方向に沿って複数箇所設置し、複数の活性剤流入管２８から生物処理槽４内に流入させる活性剤の量を活性剤流入弁２９にてそれぞれ個別に調整することでも同様の効果が得られる。ここで活性剤とは例えばサポニンである。
【０１２０】
また、沈殿槽５から生物処理槽４への汚泥の返送は返送弁１３の開度調整をすることで行なったが、返送ポンプを用いて行なってもよい。特に生物処理槽４に設けられた汚泥返送口が沈殿槽５の汚泥返送口より上方にある場合は返送ポンプを用いる必要がある。
【０１２１】
また、排水の生物処理槽４への流入には流量調整弁７の開度調整をすることで行なったが、流入ポンプを用いて行なってもよい。特に生物処理槽４に設けられた排水流入口が加圧浮上装置６の排水流出口より上方にある場合は流入ポンプを用いる必要がある。
【０１２２】
尚、測定ポイントが２点（Ｐ1およびＰ3）であっても生物処理槽４の処理状況を判断し、排水処理を行なう排水処理の制御システムを実現することができる。
【０１２３】
Ｐ1およびＰ3の２点での処理状況判断方法を図６を用いて説明する。
【０１２４】
図６において、Ｒ1とＲ3の値を比較し、Ｒ3−Ｒ1＝０であれば、生物処理槽４が「処理が過剰」と判断する（理論上はＲ3−Ｒ1＜０となることはないが、計測誤差によりなることもあるのでこの場合も「処理が過剰」と判断する）。
【０１２５】
また、０≦Ｒ3−Ｒ1≦ａであれば、生物処理槽４が「処理が適正」と判断する。
【０１２６】
また、Ｒ3−Ｒ1＞ａであれば、生物処理槽４が「処理が不足」と判断する。
【０１２７】
但し、ａは排水処理施設の運転管理者があらかじめ設定する正の定数である。
【０１２８】
なお、生物処理槽４内の微生物の活性度の変化度合いによってはａの値を変更する必要がある。しかし、ａの値を最適値にチューニングすることは非常に困難であるのでａの値を変更する必要がある排水処理施設では３点測定で処理状況判断を行なうのが現実的である。
【０１２９】
尚、本実施の形態では酸素消費速度の分布で内生呼吸遷移点を特定する方法で説明したが、通常、曝気槽は汚泥濃度を一定に保つように運転されているのでこの方法で問題は無い。
【０１３０】
しかし、より正確な検知を行うには計測槽に汚泥濃度計を設置し、酸素消費速度を汚泥濃度で除した単位汚泥重量あたりの酸素消費速度いわゆる酸素利用速度係数（Ｋｒ）を用いる方がより正確に内生呼吸遷移点を特定できる。
【０１３１】
尚、本実施の形態では「返送弁」「散気管制御弁と曝気ブロア」「加圧浮上装置」「薬剤注入装置」「流量調整弁」の各機器の制御を制御装置２６にて自動制御したが、処理状況判断装置２５の判断結果から表１に示す運転方法に従って管理者が手動で各機器の操作を行なってもいい。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態によれば、生物処理槽の処理状況を正確に把握し、最適な排水処理が行える排水処理の制御システムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明による生物処理槽の処理状況判断方法とそれを用いた排水処理の制御システムは、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態１の排水処理施設と排水処理の制御システムを示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の排水処理の制御システムの入出力を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１の曝気槽内における酸素消費速度の分布を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の処理状況判断装置の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１の排水処理施設と排水処理の制御システムを示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態１の処理状況判断装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１３５】
１    排水処理部
２    計測制御部
３    調整槽
４    生物処理槽
５    沈殿槽
６    加圧浮上装置
７    流量調整弁
８    薬剤注入装置
９    散気管
１０  散気管制御弁
１１  曝気ブロア
１３  返送弁
２５  処理状況判断装置
２６  制御装置
２７  貯蔵タンク
２８  活性剤流入管
２９  活性剤流入弁
【図１】
2009160524.tif 000004
【図２】
2009160524.tif 000005
【図３】
2009160524.tif 000006
【図４】
2009160524.tif 000007
【図５】
2009160524.tif 000008
【図６】
2009160524.tif 000009