(57)【要約】      （修正有）【課題】曝気槽の状態の良否を判断する重要な管理項目である汚泥容量を、低コスト、省メンテで算出できる方法を提供する。【解決手段】曝気槽４の流下方向に沿って、複数箇所の混合液の酸素利用速度を測定し、測定した複数の酸素利用速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素利用速度の値を基礎活性の酸素利用速度の値として記憶し、この記憶した基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つから汚泥容量を算出する。【選択図】図１
2009226234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の混合液の酸素利用速度を測定し、測定した複数の酸素利用速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素利用速度の値を基礎活性の酸素利用速度の値として記憶し、この記憶した基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つから汚泥容量を算出する汚泥容量算出方法。
【請求項２】
汚泥容量は基礎活性の酸素利用速度の値から算出することを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項３】
汚泥容量は、曝気槽の最下流側の酸素利用速度の値と基礎活性の酸素利用速度の値の差分から算出することを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項４】
汚泥容量を算出する式は、予め測定した複数の汚泥容量の値と、その時の基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つを回帰分析することによって得ることを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項５】
回帰分析に用いるデータは、予め測定した汚泥容量とそれより１０〜２０日だけ過去に遡った時間の基礎活性の酸素利用速度あるいは曝気槽の最下流側の酸素利用速度と基礎活性の酸素利用速度の差分のデータを用いることを特徴とした請求項４記載の汚泥容量算出方法。
【請求項６】
汚泥容量は、１０〜２０日だけ過去に遡った基礎活性の酸素利用速度を用いて算出することを特徴とした請求項５記載の汚泥容量算出方法。
【請求項７】
汚泥容量は、直前までの任意の数の汚泥容量の算出値を含んだ移動平均により算出することを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項８】
酸素利用速度と同時に汚泥濃度を測定し、酸素利用速度の代わりに酸素利用速度係数を用いることを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項９】
汚泥容量の代わりに汚泥容量指標を算出することを特徴とした請求項１記載の汚泥容量算出方法。
【請求項１０】
請求項１から９に記載の汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量を外部に表示する曝気槽の監視方法。
【請求項１１】
請求項１から９に記載の汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量から沈降性を判断して曝気槽を制御する曝気槽の制御方法。
【請求項１２】
沈降性の判断は、汚泥容量の変化傾向を用いることを特徴とした請求項１１記載の曝気槽の制御方法。
【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曝気槽の監視方法、制御方法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、活性汚泥法を用いた微生物の酸化分解処理によりなされている。
【０００３】
この処理において、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、酸素を消費しながら取り込んだ有機物を二酸化炭素と水に分解する。
【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曝気槽の運転管理を行う必要がある。
【０００５】
排水処理における管理対象の項目としては、溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が代表的であり、これら以外に、水温、流入水量、汚泥容量（ＳＶ）、汚泥容量指標（ＳＶＩ）なども測定さる。管理者はこれらの変化を監視しながら適正値になるよう曝気風量や汚泥濃度、流入負荷量、薬剤注入量などを調整し曝気槽を運転管理している。
【０００６】
ところで、近年の社会的背景により、排水処理分野において環境負荷低減・コスト低減の両立のさらなる追及が求められており、公共下水処理分野では複数の管理項目を同時に測定して最適な運転条件をシミュレーションし曝気槽を自動管理する高度な計測制御技術や、情報インフラによって遠隔地の処理場を一箇所で集中管理する遠方監視技術の導入が進みつつある。しかし、このような曝気槽の計測制御技術は食品工場などの事業系排水処理分野に適用されている例は少ない。その理由として、事業系排水処理施設ではこのような高度な技術を導入する為のコストが捻出できない為と、公共下水処理に比べ操業状況により流入負荷量の変動差が大きく、上記の計測制御技術をもってしても適用が困難なことである。さらに、事業系の排水処理施設の管理者は長年培ってきたノウハウがあり、過去に開発された計測制御技術が不完全であった経験により、排水処理の自動化に対して抵抗感がある場合があり、このことが導入が進まない遠因ともなっている。よって、事業系の排水処理施設ではほとんどの処理場において管理者を常時配置して手動により管理しており、常時配置できない場合は安全をみて曝気風量を多めに設定するか、流入負荷を低めに設定して運転効率が低い状況となっている。
【０００７】
このような状況に対して、事業系の排水処理分野では排水処理の完全自動化を行うのではなく、計測と制御を切り離し、まず、管理者が曝気槽内の状態を判断しやすいように視覚化して表示する方法や、さらに曝気槽の状態の判断まで行って管理に不慣れな管理者を支援できる方法など曝気槽の監視技術の高度化が求められている。
【０００８】
曝気槽の処理状態を判断する指標としては、第一に汚泥が有機物を処理している程度を示す負荷状態があり、第二に曝気槽の後段に設置されている沈殿槽で、混合液が処理水と汚泥に明瞭に分離できるかどうかを判断する指標である汚泥容量や汚泥容量指標がある。特に活性汚泥法の場合は、汚泥の沈降性の悪化によってバルキングや処理水の白濁が生じるため、管理者が汚泥の沈降性に非常に注意を払っており、汚泥容量や汚泥容量指標は曝気槽の処理状態を把握するための極めて重要な管理項目となっている。
【０００９】
ここで、曝気槽の状態を表示する方法の一つとして、汚泥の酸素利用速度（Ｒｒ）を測定する方法がある。この方法は、汚泥の酸素利用速度と負荷量に相関があることを利用しており、酸素利用速度の計測値から負荷量を算出して表示するものである。この方法によれば曝気槽に流入する負荷量の変動を把握することができる。
【００１０】
しかし、この方法では酸素利用速度の良否を判断する基準が明確でない為、相対的な負荷の大小を知るに留まり、曝気槽の負荷状態の良否を判断することまではできない。そこで、酸素利用速度から曝気槽の負荷状態を判断する方法として、流下方向に沿って複数箇所の酸素利用速度から曝気槽の負荷状態を判断して表示する曝気槽の監視方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【００１１】
この方法では、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において、酸素利用速度は上流から下流にかけて減少していく分布を示すことを利用し、曝気槽における流下方向の酸素利用速度の分布を測定し、予め設定した標準の酸素利用速度の分布と計測した酸素利用速度の分布を表示して比較することにより曝気槽の負荷理状態の良否を判断することができる。
【特許文献１】特開昭６１−８６６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の特許文献１及び２に記載の方法は、予め設定した標準の酸素利用速度の分布と比較して曝気槽の負荷状態を判断しているにとどまり、重要な管理項目である汚泥の沈降性に関する情報を管理者が得ることができないという課題があった。
【００１３】
また、沈降性を把握するため別途汚泥容量計を設置した場合、コストが上昇するとともに汚泥容量計のメンテも必要となり、メンテナンス性が悪化するという課題があった。
【００１４】
そこで本発明は、低コスト、省メンテで汚泥容量を算出できる汚泥容量算出方法を実現することを目的とする。
【００１５】
また、曝気槽の負荷状態だけでなく、汚泥の沈降性に関する情報を管理者が把握できる曝気槽の監視方法を実現することを目的とする。
【００１６】
さらに、沈降性の変化から適切に曝気槽を運転管理できる曝気槽の制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するため、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の混合液の酸素利用速度を測定し、測定した複数の酸素利用速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素利用速度の値を基礎活性の酸素利用速度の値として記憶し、この記憶した基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つから汚泥容量を算出するものである。
【００１８】
また、汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量を外部に表示するものである。
【００１９】
また、汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量の値から汚泥の状態を予測して曝気槽を制御するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低コスト、省メンテで曝気槽の負荷状態、沈降性を表示でき、適切に曝気槽を制御できる汚泥容量算出方法、曝気槽の監視方法及び曝気槽の制御方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の実施の形態による曝気槽の監視方法は、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の混合液の酸素利用速度を測定し、測定した複数の酸素利用速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素利用速度の値を基礎活性の酸素利用速度の値として記憶し、この記憶した基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つから汚泥容量を算出するものである。
【００２２】
本実施の形態によれば、低コスト、省メンテで汚泥容量を算出することができる。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態は、汚泥容量は基礎活性の酸素利用速度の値から算出するものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、実測値との誤差が少なく汚泥容量を算出することができる。
【００２５】
本発明の第３の実施の形態は、汚泥容量は、曝気槽の最下流側の酸素利用速度の値と基礎活性の酸素利用速度の値の差分から算出するものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、実測値との誤差が少なく汚泥容量を算出することができる。
【００２７】
本発明の第４の実施の形態は、汚泥容量を算出する式は、予め測定した複数の汚泥容量の値と、その時の基礎活性の酸素利用速度の値および、又は複数箇所で測定した酸素利用速度の値の中の一つを回帰分析することによって得るものである。
【００２８】
本実施の形態によれば、基礎活性の酸素利用速度から汚泥容量を算出する式を導出することができる。
【００２９】
本発明の第５の実施の形態は、回帰分析に用いるデータは、予め測定した汚泥容量とそれより１０〜２０日だけ過去に遡った時間の基礎活性の酸素利用速度あるいは曝気槽の最下流側の酸素利用速度と基礎活性の酸素利用速度の差分のデータを用いるものである。
【００３０】
本実施の形態によれば、より相関性の高い汚泥容量を算出する式を得ることができる。
【００３１】
本発明の第６の実施の形態は、汚泥容量は、１０〜２０日だけ過去に遡った基礎活性の酸素利用速度を用いて算出するものである。
【００３２】
本実施の形態によれば、汚泥容量の算出値をより実際の測定値の値に近づけることができる。
【００３３】
本発明の第７実施の形態は、汚泥容量は、直前までの任意の数の汚泥容量の算出値を含んだ移動平均により算出するものである。
【００３４】
本実施の形態によれば、長期的な汚泥容量の変化の傾向を把握しやすいようにすることができる。
【００３５】
本発明の第８の実施の形態は、酸素利用速度と同時に汚泥濃度を測定し、酸素利用速度の代わりに酸素利用速度係数を用いるものである。
【００３６】
本実施の形態によれば、汚泥の濃度変化が大きい排水処理施設においても本発明を適用でき、装置を簡略化して低コスト化することができる。
【００３７】
本発明の第９の実施の形態は、汚泥容量の代わりに汚泥容量指標を算出するものである。
【００３８】
本実施の形態によれば、汚泥の濃度変化が大きい排水処理施設においても本発明を適用することができ、汚泥の膨化の程度を把握することができる。
【００３９】
本発明の第１０の実施の形態は、請求項１から９に記載の汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量を外部に表示するものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、曝気槽の負荷状態だけでなく、汚泥の沈降性に関する情報を管理者が把握することができる。
【００４１】
本発明の第１１の実施の形態は、請求項１から９に記載の汚泥容量算出方法で算出した汚泥容量から沈降性を判断して曝気槽を制御するものである。
【００４２】
本実施の形態によれば、適切に曝気槽を運転管理することができる。
【００４３】
本発明の第１２の実施の形態は、沈降性の判断は、汚泥容量の変化傾向を用いるものである。
【００４４】
本実施の形態によれば、適切に曝気槽を運転管理することができる。
【００４５】
以下、本発明による曝気槽の監視方法について、図面を参照して説明する。
【００４６】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の１例である曝気槽の監視・制御システムを示すブロック図で、排水処理系１と監視制御装置２を示している。
【００４７】
排水処理系１は排水を貯留する調整槽３と、排水を汚泥と混合した混合液を曝気することにより微生物によって排水中の有機物を酸化・分解する曝気槽４と、曝気槽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。
【００４８】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００４９】
処理対象の排水が流入する調整槽３は押し出し流れ型の曝気槽４に接続されている。
【００５０】
曝気槽４の底部には有酸素気泡が発生する散気管６が流下方向に沿って複数配置されており、各散気管６は曝気槽４の外部に接続された曝気ブロア７と空気配管によって接続されている。
【００５１】
また、曝気槽４の最下流部は沈殿槽５と接続されている。
【００５２】
沈殿槽５は処理系外へと接続されると共に、沈殿槽５の下部は曝気槽４の上流部に汚泥返送配管（図示せず）で接続されている。
【００５３】
次に監視制御装置２について説明する。監視制御装置２は曝気槽４に近接して設置されており、内部に計測槽８と制御部９を有している。
【００５４】
計測槽８内には溶存酸素濃度計１０、汚泥濃度計１１が配置されており、それぞれの測定信号線（図中、破線）が制御部９に接続されている。
【００５５】
計測槽８の底部には計測槽散気管１２が配置されており、計測槽散気管１２は計測槽８の外部に設置された計測槽曝気ブロア１３と空気配管によって接続されている。
【００５６】
また、計測槽８には混合液を攪拌する攪拌機１４が配置されている。また、計測槽曝気ブロア１３は制御部９と電気的に接続されている。また、表示部１５が制御部９と電気的に接続されている。
【００５７】
また、曝気槽４には混合液採取ポンプ１６が流下方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所（ここでは３箇所）に配置されおり、各混合液採取ポンプ１６は混合液採取弁１７を介して計測槽８の流入口１８と接続されている。
【００５８】
また、計測槽８の底部には流出口１９があり、流出口１９は液体配管によって曝気槽４の最上流部と接続されている。
【００５９】
制御部９は曝気ブロア７、計測槽曝気ブロア１３、混合液採取ポンプ１６、混合液採取弁１７および攪拌機１４と電気的に接続されており、制御部９から各機器を動作できるようになっている。
【００６０】
また、特に図示していないが流出口１９の下方には排出用の弁があり制御部９から開閉できるようになっている。
【００６１】
尚、図１において、説明上混合液採取ポンプ１６、混合液採取弁１７の信号線は１本で表示してあるが、全て制御部９から各機器を個別に動作できるようになっている。
【００６２】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【００６３】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽３に流入して一旦貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化されほぼ一定の流量となって曝気槽４へと送られる。
【００６４】
曝気槽４では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア７から空気が散気管６を介して送り込まれ、散気管６から発生した有酸素気泡は曝気槽４の内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【００６５】
曝気槽４の内部では、汚泥を構成している微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【００６６】
曝気槽４は流入位置から流出位置までの距離がある押し出し流れ型であり、微生物による有機物の酸化分解は曝気槽４の最上流部から最下流部に流れるに従い進行し、最下流部から流出した混合液は沈殿槽５へと送り込まれる。
【００６７】
沈殿槽５に送り込まれた混合液は静置され、重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【００６８】
下層の汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽４の最上流部へ戻され生物処理に再利用される。
【００６９】
尚、特に図示していないが、残りの汚泥は余剰汚泥として処理系外へと排出されて別途処理される。
【００７０】
以上が排水処理の基本的な流れである。次に、計測槽８において酸素利用速度係数（Ｋｒ）を測定する動作について説明する。まず、混合液採取ポンプ１６のうち任意の一つを動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁１７を開いて、その近傍の混合液を流入口１８から計測槽８へ流入させる。
【００７１】
混合液は計測槽８に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１３を作動させ計測槽散気管１２より有酸素気泡が計測槽８内に送り込まれると同時に攪拌機１４を作動させ、計測槽８内の混合液を攪拌し、溶存酸素濃度計１０、汚泥濃度計１１による測定を開始する。
【００７２】
この時、制御部９には溶存酸素濃度計１０、汚泥濃度計１１の測定値が一定時間ごとに逐次記憶され、計測槽８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１３の運転を停止する。ここで、計測槽８内の混合液では汚泥の内部に存在する微生物が酸素を消費するため溶存酸素濃度は一定の勾配で減少し、この勾配を酸素利用速度として算出する。次に、測定中の汚泥濃度を汚泥濃度計で計測し、この計測値（ＭＬＳＳ）と酸素利用速度の算出値（Ｒｒ）を用いて下記式（１）により酸素利用速度係数（Ｋｒ）を算出する。
【００７３】
Ｋｒ＝Ｒｒ／ＭＬＳＳ・・・（１）
次に、酸素利用速度及び汚泥濃度の計測を停止し、計測槽８内の混合液を流出口１９より曝気槽４に排出する。ここで、曝気槽４に測定後の混合液を排出する位置は処理水への影響を考慮し曝気槽４の最上流部であることが望ましい。
【００７４】
上記のようにして酸素利用速度係数を算出するが、この一連の測定動作を曝気槽４の最上流部から最下流部まで順次に測定していくことにより、曝気槽４内の酸素利用速度係数の分布が得られる。
【００７５】
次に、曝気槽４内の負荷状態と酸素利用速度係数の関係についてさらに詳しく説明する。酸素利用速度係数は単位汚泥濃度あたりの酸素利用速度を表しており、この値が高いほど汚泥内部での微生物による酸化反応が活発に行われていることを示している。図２は１５℃、２５℃、３５℃におけるＢＯＤ−汚泥負荷と酸素利用速度係数の関係を示している。図２にあるように、酸素利用速度係数は負荷の増加に比例して上昇する。また、酸素利用速度係数は温度にも依存し、図２のように同一の負荷であっても温度により増減する。
【００７６】
図３は曝気槽４における流下方向の位置と酸素利用速度係数の関係を示す模式図である。押し出し流れ型の曝気槽４に流入した有機物を含んだ排水は曝気槽４の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥を構成する微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。と同時に、微生物は易分解性の有機物を優先的に分解して多量に酸素を消費するため酸素利用速度係数は最上流部で最も高い値を示す（図中のＡ部）。
【００７７】
押し出し流れのため混合液は曝気槽４を下流に向かって進みつつ、微生物は体内に残存した難分解性の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、酸素利用速度係数は下流に行くに従い徐々に低下していく。
【００７８】
微生物が体内に取り込んだ有機物が全て分解されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない生命活動を維持できる最低限度の呼吸となり、酸素利用速度係数の勾配は低下し、殆ど水平となりそれ以上減少しなくなる。この状態を以下では基礎活性状態と定義する。
【００７９】
すなわち、基礎活性状態への遷移は有機物の生物処理の完了を意味するものであり、図３の実線ａにあるように基礎活性状態への遷移の位置が曝気槽４の最下流部と一致する場合が最も効率が良い処理と定義することができる。
【００８０】
もし、図３の点線ｂのように基礎活性状態への遷移の位置が曝気槽４の最下流部より前にあった場合は、基礎活性状態への遷移の位置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曝気槽４の処理が過剰であることを意味している。
【００８１】
一方、図３の点線ｃのように基礎活性状態への遷移の位置が曝気槽４の最下流部より後ろ、すなわち曝気槽４内で基礎活性状態への遷移の位置に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残存している事になり、生物処理が不足していることを示している。
【００８２】
もし、過曝気等の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。
【００８３】
つまり、基礎活性の酸素利用速度係数への遷移の位置を特定することにより、曝気槽４の負荷状態の良否を判断することができる。
【００８４】
ところで、基礎活性状態への遷移の位置を特定するには基準となる基礎活性の酸素利用速度係数を定義しなければならない。ここで、図３の線Ｂで示すように、曝気槽４に流入する負荷が無いとき、すなわち無負荷状態の時は酸素利用速度係数の分布は水平になる。この状態が基礎活性の状態である。つまり測定した複数の酸素利用速度係数の値を比較して一致する場合は曝気槽４が無負荷状態と判断できる。この無負荷状態のときの一致した酸素利用速度係数を基礎活性の酸素利用速度係数として制御部９に記憶する。そして、この値を基準として用いることにより基礎活性への遷移の位置を特定することができる。
【００８５】
ここで、基礎活性の酸素利用速度係数は温度によって変化するため、固定した値を基準として定義した場合、酸素利用速度係数の分布を測定したときの温度と、基準となる基礎活性の酸素利用速度係数を更新したときの温度が異なる場合、正しく基礎活性状態の遷移の位置を特定することができない。しかし、無負荷状態となったときの酸素利用速度係数の値を基礎活性の酸素利用速度係数として記憶し、これを基準とすることにより、曝気槽４が無負荷状態となる毎に基礎活性の酸素利用速度係数がその時の温度の影響を反映しているため、季節変動などによる温度変化による影響を除外して基礎活性への遷移の位置を正しく特定することができる。また、酸素利用速度係数は温度以外にも有害物質の混入や流入負荷の性状など汚泥の活性状態によっても変化するが、上記のように、都度更新され、最新の活性状態の変化を反映した基礎活性の酸素利用速係数度を基準とすることにより基礎活性状態への遷移の位置を正しく特定することができる。
【００８６】
次に、以上で説明した酸素利用速度係数から基礎活性の酸素利用速度係数を決定する方法について具体的に説明する。
【００８７】
図４は基礎活性の酸素利用速度係数を決定する方法を示すフローチャートである。図４においてＫｒ1からＫｒ3は計測槽８で測定された曝気槽４における酸素利用速度係数の測定値を表し、Ｋｒ1が最上流部を、Ｋｒ3が最下流部を表す。ＫｒSは現在の基礎活性の酸素利用速度係数を表す。Ｔは酸素利用速度係数の一致を判断するための許容誤差である。
【００８８】
まず、Ｋｒ1、Ｋｒ2およびＫｒ3を順次測定する。次にＫｒ1とＫｒ3の値を比較し、Ｋｒ1−Ｋｒ3≦Ｔであれば、曝気槽４に流入する負荷が無いと判断する。逆にＫｒ1−Ｋｒ3＞Ｔであれば流入する負荷が有る状態と判断する。ここで、許容誤差Ｔを設定するのは、実際の測定において測定上の誤差やバラツキより完全に数値が一致して０になることは稀であり、許容誤差を設定することにより、負荷の有無の判断を適切に行うためである。
【００８９】
次に負荷が無いと判断された場合は、基礎活性の酸素利用速度係数ＫｒSをＫｒ3の値に更新して制御部９に記憶する。無負荷の場合はＫｒ1からＫｒ3のうち、どの値を採用してもよいことになるが、許容誤差を設定した場合においては、より基礎活性に近い最下流部のＫｒ3を採用することにより適切に基礎活性の酸素利用速度係数を決定できる。
【００９０】
また、通常の測定においては、無負荷状態になり酸素利用速度係数が一致した後、無負荷状態が続くとさらに残存した負荷が消費され、Ｋｒ1からＫｒ3は一致したまま若干低下して安定する。基礎活性の酸素利用速度係数ＫｒSは無負荷状態を検知する毎に更新されるので、この低下にも追随して更新され、より適正な基礎活性の酸素利用速度係数を決定することができる。
【００９１】
また、押し出し流れ型の曝気槽４は前段から後段へと処理が進むのに時間的な遅れがある。例えば、無負荷状態の曝気槽４に負荷が流入したとき、後段にその影響が出るのは数時間遅れる。すなわち、休日などで一度無負荷状態となり稼働日に再び負荷が流入するような場合、最上流部の酸素利用速度係数が上昇しても、最下流部は無負荷常態が続いており酸素利用速度係数は減少している場合などが発生することがある。このような場合は、負荷の有無に関係なく最も低い値を基礎活性の酸素利用速度係数とすべきであり、本実施の形態では図４にあるように、負荷が有る場合でもＫｒ3＜ＫｒSであれば基礎活性の酸素利用速度係数ＫｒSをＫｒ3の値に更新する。
【００９２】
尚、許容誤差Ｔについては、実際の機器の測定精度やバラツキ、期待する判定感度を考慮して任意に決定すればよいが、おおよそ０．３〜０．５の範囲で設定すれば適切に無負荷の判定を行うことができる。
【００９３】
ここで、流下方向における３箇所の酸素利用速度係数及び基礎活性の酸素利用速度係数が得られたので、表示部１５にこの結果を表示する。表示方法の一例として、図５のように横軸に経過日時、縦軸に各酸素利用速度係数の測定値および基礎活性の酸素利用速度係数を表示すれば、管理者は基礎活性の酸素利用速度係数という基準を目安に、曝気槽４の負荷の有無や基礎活性の酸素利用速度係数の変化を視覚的に捉えることができ、曝気槽の負荷状態の良否を判断することができる。
【００９４】
次に、記憶した基礎活性の酸素利用速度係数から汚泥容量指標を算出する方法について説明する。
【００９５】
図６は食品工場の排水処理施設の汚泥容量指標と基礎活性の酸素利用速度係数の変化を１年間にわたり測定したときのデータを示している。図６のように、基礎活性の酸素利用速度係数の変化は汚泥容量指標の変化とよい一致を示している。基礎活性の酸素利用速度係数はその時の温度や負荷、処理状態に応じた汚泥の状態を表しており、この値が汚泥容量指標に相関があるのは明白である。図７は図６の同一時間における基礎活性の酸素利用速度係数と汚泥容量指標の値をプロットし、回帰分析を行い回帰直線と相関係数、決定係数をグラフに示している。相関係数はＲ＝０．６２０と高い相関を示している。すなわち、この回帰直線を用いれば、基礎活性の酸素利用速度係数から汚泥容量指標を算出することができる。このことが、本発明を考案するに至った基本原理である。ここで、図７より基礎活性の汚泥容量指標（ＳＶＩ）を算出する式（２）が導出される。
【００９６】
ＳＶＩ＝３４．０４×ＫｒS＋５０．１８・・・（２）
この式を図６の基礎活性の酸素利用速度係数に適用し、算出した汚泥容量指標と実測した汚泥要領指標を比較したのが図８である。図８のように汚泥容量指標の算出値は実測した汚泥容量指標と良好な一致を示している。汚泥容量指標は市販されている汚泥容量指標計測器でも計測することができるが、この機器を別途設置する場合コストが大幅に増加するだけでなく、汚泥容量指標計測器は頻繁なメンテナンスを要するという課題がある。しかし、本発明によれば、低コスト、省メンテで汚泥容量指標を算出することができる。
【００９７】
汚泥容量指標は通常５０ｍＬ／ｇ〜１５０ｍＬ／ｇの範囲で変化し、３００ｍＬ／ｇを超える場合は汚泥が膨化して沈降性が悪化し、汚泥の流出が発生する。基礎活性の酸素利用速度係数から算出した汚泥容量指標を表示することにより管理者は現在の汚泥容量指標の値を把握して沈降性の良否を判断することができる。また、図９（ａ）のように汚泥容量指標の算出値の径日変化を表示部１５に表示すれば、管理者は汚泥の膨化の程度の変化を視覚的に把握することができ、例えば沈降性が悪化する傾向が認められた場合は早期に負荷や曝気風量の調整などの対策を実施することができる。このように、本発明によれば曝気槽の負荷状態だけでなく、汚泥の沈降性に関する情報を管理者が把握できる曝気槽の監視方法が得られる。
【００９８】
ここで、図９（ａ）を見ると各汚泥容量指標の算出値は小刻みに上下動しながら変化しており、長期的な傾向を把握しにくい。そこで、算出値の移動平均をとることによって長期的な汚泥容量指標の変化の傾向を把握しやすいようにする。図９（ｂ）は図９（ａ）における汚泥容量指標の算出値に過去２回分の算出値を加算して３で除し、移動平均値として表示した例である。図９（ｂ）のように算出値の小刻みな上下動が緩和され、移動平均処理前と比較して長期的な変化の傾向を把握しやすくなっていることがわかる。移動平均を行う為の遡るデータの数は、基礎活性の酸素利用速度係数の更新頻度や上下動の頻度により適切な値を設定するが、データ数としては３〜５個の移動平均とするとよい。
【００９９】
ところで、式（２）の汚泥容量指標を算出する式は、食品工場の排水処理施設において１年間にわたり基礎活性の酸素利用速度係数と汚泥容量指標を実測し、そのデータを回帰分析して導出した。この基礎活性の酸素利用速度係数から汚泥容量指標を算出する式は排水処理場毎に異なるので予め調査測定しなければならない。データは多いほどよいが、できれば水温が変化する冬季から夏季にかけて測定するのが望ましい。
【０１００】
また、今回、汚泥容量指標を算出する式を得るのに、基礎活性の酸素利用速度係数と同じ時刻の汚泥容量指標の実測値を用いたが、基礎活性の酸素利用速度係数が変化し、その影響で汚泥容量指標が変化するのは同時では無く、やや時間的に遅れて変化が生じる。そのため、基礎活性の酸素利用速度係数と汚泥容量指標の実測値は、汚泥容量指標の実測値の方を少し時間的に遅らした方が相関係数が高い値が得られる。つまり、回帰分析に用いるデータは、予め測定した汚泥容量指標とそれより１０〜２０日望ましくは１４日間だけ過去に遡った時間の基礎活性の酸素利用速度係数を用いると、より相関性の高い汚泥容量指標を算出する式が得られる。そして、このようにして導出した汚泥容量指標を算出する式を用いる場合は、汚泥容量指標は算出式を導出したときの分だけ過去に遡った基礎活性の酸素利用速度係数を用いて算出する。このようにすれば、汚泥容量指標の算出値をより実際の測定値の値に近づけることができる。
【０１０１】
次に、汚泥容量指標から汚泥の沈降性を判断して制御する方法について説明する。
【０１０２】
ここで、図１０は汚泥容量指標から曝気槽４の汚泥の沈降性を判断する為のフローチャートである。図１０においてＫｒsは図４のフローチャートによって得た基礎活性の酸素利用速度係数を、ＳＶＩは汚泥容量指標を算出する式で算出した汚泥容量指標を示している。
【０１０３】
まず、基礎活性の酸素利用速度係数が更新されたとき、基礎活性の酸素利用速度係数Ｋｒsから式（２）式を用いて汚泥容量指標（ＳＶＩ）を算出する。次に、ＳＶＩの絶対値を判断し、ＳＶＩ＜１５０であれば沈降性は良好と判断できる。１５０＜ＳＶＩ＜３００であれば沈降性について注意する必要があると判断でき、ＳＶＩ＞３００であれば、汚泥が膨化して沈降性は不良と判断できる。
【０１０４】
ここで、ＳＶＩを評価する閾値は１５０、３００ｍＬ／ｇとしているが、この値は汚泥の性状や沈殿槽の面積負荷等を考慮して設定すればよく、判断も３段階で設定したが、もっと細かく設定してもよい。
【０１０５】
図１０では汚泥容量指標の数値から現在の汚泥の沈降性を判断したが、数値だけではこれから汚泥の沈降性が悪化してくるのか、回復してくるのかといった長期的な傾向は把握できない。図１１は汚泥容量指標から汚泥の沈降性の長期的な傾向を判断する為のフローチャートである。ここで、ＳＶＩnは最新に更新された汚泥容量指標を、ＳＶＩn-1は一つ前に更新された汚泥容量指標を、ＳＶＩn-2はさらに一つ前の汚泥容量指標を示しており、ｎは更新された汚泥容量指標を表す番号である。
【０１０６】
まず、基礎活性の酸素利用速度係数が更新されたとき、ｎに１を足し更新する。次に基礎活性の酸素利用速度係数Ｋｒsから汚泥容量指標を算出しＳＶＩnとする。ＳＶＩnはｎと共に制御部９に記憶される。次に一つ前に更新された汚泥容指標であるＳＶＩn-1とＳＶＩnを比較し、ＳＶＩn−ＳＶＩn-1＞０であれば少なくとも前回よりは汚泥容量指標は増加していると判断できる。しかし、汚泥容量指標は上下に変動しながら変化する為、１回の分の判断では悪化傾向があると判断できない。よってさらにもう一つ前に更新された汚泥容量指標の算出値と比較する。すなわちＳＶＩn-1−ＳＶＩn-2＞０であれば、汚泥容量指標の増加が２回続いたことになり沈降性が悪化傾向と判断できる。同様にＳＶＩn−ＳＶＩn-1＜０かつＳＶＩn-1−ＳＶＩn-2＜０であれば沈降性が良化傾向であると判断できる。これ以外の時は、汚泥容量指標に変化が無いか上下動していることになり、沈降性は現状維持と判断できる。
【０１０７】
このようにして汚泥の沈降性やその変化の傾向を判断することがでる。次に、この判断結果により曝気槽を適切に制御する。曝気槽の制御対象としては、流入負荷量、曝気風量、汚泥濃度、活性剤投入等があり、排水処理施設の状況に応じて制御対象を設定する。ここでは、曝気ブロア７により曝気風量を制御する方法で説明する。ここで、曝気ブロア７の送風量は制御部９により多段階に制御できるものとする。
【０１０８】
表１は図１０及び図１１で判断した汚泥の沈降性と変化傾向の組み合わせでマトリックスを作成し、このマトリックスにおいてブロアの制御の制御量を設定したものであり、＋は増加方向、−は減少方向、数値が大きいほど変化量が大きく、０は現状維持を示している。
【０１０９】
【表１】
2009226234.tif 000003
【０１１０】
例えば、沈降性は“注意“で変化傾向は”悪化“となった場合は、表１のマトリックスにより＋２段階の送風量の増加となり、制御部９において曝気ブロア７の曝気風量を２段階強めるように信号を送る。同様に、沈降性が”良好“で、変化傾向が”良化“の場合は−１段階の送風量の減少となり、曝気ブロアに曝気風量を１段階弱めるように信号を送る。
【０１１１】
このように、算出した汚泥容量指標の変化から汚泥の沈降性と変化傾向を判断することにより、曝気風量を制御することができ、適切に曝気槽を運転管理できる曝気槽の制御方法が得られる。
【０１１２】
尚、本実施の形態では制御対象を曝気ブロア７で説明したが、制御対象は曝気風量に限定されるものではなく、汚泥の沈降性が回復できる要素であれば、例えば汚泥活性剤の投入や流入負荷量の調整なども用いることができる。
【０１１３】
また、汚泥の沈降性と変化の傾向をマトリックスにして判断せず、それぞれ単独に用いて制御の判断因子としてもよい。
【０１１４】
また、本実施の形態では基礎活性の酸素利用速度係数と汚泥容量指標の相関性から汚泥容量指標を算出する式を導出したが、汚泥容量指標と相関するパラメータであれば基礎活性の酸素利用速度係数以外の項目を用いてもよい。例えば、曝気槽の最下流部の酸素利用速度係数と基礎活性の酸素利用速度係数の差分に着目すると、この差分は曝気槽が無負荷では一致して０となっているが、負荷が増加してくると徐々にこの差分も開き始め、負荷がなくなると極大値を示して０に戻る。この極大値は汚泥容量指標の実測値と良好な一致を示す。よって、この差分の極大値を基礎活性の酸素利用速度係数の代わりに用いることにより、上記で説明した汚泥容量指標の算出方法、曝気槽の監視方法および曝気槽の制御方法を適用することができる。
【０１１５】
尚、本実施の形態では酸素利用速度係数を測定して基礎活性の酸素利用速度係数を決定し、この値より汚泥容量指標を算出した。通常、曝気槽４は汚泥濃度を一定に保つように運転されているので汚泥濃度の変化が少ない処理場では汚泥濃度の測定を省略し、酸素利用速度係数の代わりに酸素利用速度（Ｒｒ）を用いても汚泥容量指標を算出することができる。この場合、汚泥濃度計を用いないので、装置が簡略化でき、低コスト化することができる。
【０１１６】
同様に、本実施の形態では汚泥容量指標を算出する方法で説明したが、汚泥濃度の変化が少ない処理場では汚泥容量指標の代わりに汚泥容量（ＳＶ30）を算出するようにしてもよい。
【０１１７】
以上のように、本実施の形態によれば、低コスト、省メンテで汚泥容量を算出できる汚泥容量算出方法が得られる。
【０１１８】
また、曝気槽の負荷状態だけでなく、汚泥の沈降性に関する情報を管理者が把握できる曝気槽の監視方法が得られる。
【０１１９】
さらに、算出した汚泥容量の変化から汚泥の沈降性と変化傾向を判断することにより、適切に曝気槽を運転管理できる曝気槽の制御方法が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明による曝気槽の監視方法は、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設における曝気槽の監視および制御装置に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態の曝気槽の監視・制御システムを示すブロック図
【図２】各温度における酸素利用速度係数と負荷の関係を示すグラフ
【図３】曝気槽内における酸素利用速度係数の分布を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態の基礎活性の酸素利用速度係数を決定する方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態の酸素利用速度係数と基礎活性の酸素利用速度係数の径日変化を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態の汚泥容量指標の実測値と基礎活性の酸素利用速度係数の径日変化を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態の基礎活性の酸素利用速度係数と汚泥容量指標の実測値を相関と回帰直線を示すグラフ
【図８】本発明の実施の形態の汚泥容量指標の実測値と算出値の径日変化を示すグラフ
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態の汚泥容量指標の算出値の経日変化の表示例を示すグラフ（ｂ）は汚泥容量指標の移動平均値の経日変化の表示例を示すグラフ
【図１０】本発明の実施の形態の汚泥の沈降性を判断する処理を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態の汚泥の沈降性の変化傾向を判断する処理を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１２２】
２    監視制御装置
４    曝気槽
８    計測槽
９    制御部
１０  溶存酸素濃度計
１１  汚泥濃度計
１５  表示部
【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】
2009226234.tif 000010
【図８】
2009226234.tif 000011
【図９】
2009226234.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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