(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気風量を算出して反応槽に空気を送り込み、反応槽に流入した廃水及び活性汚泥を曝気して廃水中の汚濁物を活性汚泥により生物化学的に除去すると共に、沈殿槽に沈殿した汚泥を、その一部は反応槽に返送し、残りは余剰汚泥として排出するようになした廃水処理装置において、流入する廃水の流通路又は放流する処理水の流通路に流入水量を計測する流量計を設け、また一方、水槽内に浮遊物濃度を測定するＳＳ計、濁度計又は透視度計とｐＨ計とを設置してなる内部自動洗浄機能付のサンプリング装置を設け、更に、該サンプリング装置に、前記廃水の流通路に通ずるサンプル抽出路と反応槽に通ずるサンプル抽出路とを設けて、これら両サンプル抽出路のいずれかを選択的に連通可能となし、前記流量計からの計測データの信号と、前記ＳＳ計、濁度計又は透視度計とｐＨ計からの計測データの信号とを、データの入力・演算及び運転制御指令を出力する演算制御装置に送り、該演算制御装置において曝気風量と返送汚泥及び余剰汚泥の引き抜き量又は引き抜き時間を算出すると共に各運転装置に出力指令を出すようになしたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の廃水処理装置であって、水の流量Ｆ−流入と流入ＳＳ及び反応槽ＭＬＳＳを測定する測定手段と、下の（１）、（２）式により必要な曝気風量Ｑａｉｒ＿ｔｏｔａｌを算出する演算手段と、曝気風量を制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
Ｑａｉｒ＿ｔｏｔａｌ＝ｋ−流入×Ｆ−流入＋ｋ−内生×ＭＬＳＳ      （１）
ｋ−流入＝ｆ（ＳＳ）                                              （２）
ここでｋ−流入は流入負荷による曝気係数であり、流入ＳＳの関数である。
ｋ−内生は微生物の内生呼吸による曝気係数である。
【請求項３】
請求項１記載の廃水処理装置であって、水の流量Ｆ−流入と流入ＳＳを測定する測定手段と、下の（３）、（４）式により、ＢＯＤ・ＳＳ負荷設定値に基いたＭＬＳＳ目標値を算出する演算手段と、ＭＬＳＳを制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
ＭＬＳＳ＝Ｆ−流入×ＢＯＤ／（ＬＢＯＤ／××Ｖ）                  （３）
ＢＯＤ＝ｇ（ＳＳ）                                                （４）
ここで、ＬＢＯＤ／×はＢＯＤ・ＳＳ負荷、Ｖは反応槽の容積である。流入ＢＯＤは流入ＳＳの関数である。
【請求項４】
請求項１記載の廃水処理装置であって、一定期間△ｔにおいてＭＬＳＳの増加量△ＭＬＳＳを測定する測定手段と、下記（５）式から目標ＭＬＳＳを算出する演算手段と、ＭＬＳＳを制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とするＳＲＴ（Ｓｏｌｉｄｓ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）制御方式の廃水処理装置。
ＭＬＳＳ＝ＳＲＴ×（△ＭＬＳＳ／△ｔ）                            （５）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に家庭排水や厨房廃水、温泉廃水等の廃水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
曝気風量を算出して反応槽（曝気槽）に空気を送り込み、反応槽に流入した廃水及び活性汚泥を曝気して廃水中の汚濁物を活性汚泥により生物化学的に除去すると共に、沈殿槽に沈殿した汚泥を、その一部は反応槽に返送し、残りは余剰汚泥として排出するようになした廃水処理装置にあっては、従来反応槽に流入する廃水のＳＳ、濁度又は透視度及びｐＨと、反応槽内の混合液のＭＬＳＳ及びｐＨとは別々に計測していた。
【０００３】
このため計測装置が複数必要となり、余分な費用がかかると共に設置スペースも大きくとる必要があった。また、別々に計測する場合にはセンサー間において誤差が生じる虞もあった。
【０００４】
又、曝気風量を制御する技術に関しては、流入水量に比例するように曝気風量を制御する方式と、反応槽ＤＯを一定になるように曝気強度を制御する方式など、典型的な曝気制御方法は既に存在するが、前者は微生物の内生呼吸と流入汚濁物質の濃度変化を考慮していないので、正確的に酸素の供給ができない。また後者は流入負荷の急激な変化への対応に遅れが生じる。
【０００５】
一定の放流水質を達成するために、ＢＯＤ・ＳＳ負荷制御は重要である。従来のＢＯＤ・ＳＳ負荷制御方法では、流入ＢＯＤを測定する手段は、煩雑かつ時間がかかる手分析であるか、メンテナンスに手間がかかる高価的なセンサーであるため、実用性が欠けている。
【０００６】
ＳＲＴ制御は反応槽における硝化菌の増殖を確保するための微生物の滞留時間を制御する重要な概念である。しかしながら、従来の方法では、反応槽のＭＬＳＳ、余剰汚泥濃度及び余剰汚泥引き抜き量の三つのパラメータを計測しなければならないため、実用性が欠けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記複数の計測装置を必要とする場合の問題に鑑みなされたものであって、反応槽に流入する廃水のＳＳ、濁度又は透視度及びｐＨと、反応槽内の混合液のＭＬＳＳ及びｐＨとを同一の装置を用いて測定することができるようになし、もって上記従来装置の問題点を悉く解消することができるようになした廃水処理装置を提供せんとするものである。
【０００８】
また、上記曝気制御方法の問題点に対して、本発明は流入汚水中のＳＳとＢＯＤ及びケルダール窒素の相関関係を利用して、簡易に測定できるＳＳを計測することにより上記ＢＯＤ及びケルダール窒素を把握し、これに流入水量を併せて流入負荷の量となし、流入負荷用の曝気量を算出し、更にＭＬＳＳを計測し、内生呼吸用曝気量を算出し、合計曝気量を制御する装置をも提供するものである。これにより、正確かつ遅れのない曝気方法が実現できる。
【０００９】
また、上記ＢＯＤ・ＳＳ負荷制御方法の問題点に対して、本発明は流入汚水中のＳＳとＢＯＤの相関関係を利用して、簡易に測定できるＳＳを計測することにより上記ＢＯＤを把握し、これに流入水量を併せて流入ＢＯＤ負荷の量となし、それに基き、簡易的にＢＯＤ・ＳＳ負荷制御を行う装置をも提供するものである。更に、ＳＳ計を内部自動洗浄機能付のサンプリング装置に設置するため、汚れにくく、メンテナンス性は優れている。
【００１０】
更にまた、上記ＳＲＴ制御の問題点に対して、本発明は反応槽ＭＬＳＳの一定期間中の増加量を測定し、それに基き、簡易的なＳＲＴ制御を行う装置をも提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
而して、本発明の要旨とするところは、以下の構成にある。
（１）曝気風量を算出して反応槽に空気を送り込み、反応槽に流入した廃水及び活性汚泥を曝気して廃水中の汚濁物を活性汚泥により生物化学的に除去すると共に、沈殿槽に沈殿した汚泥を、その一部は反応槽に返送し、残りは余剰汚泥として排出するようになした廃水処理装置において、流入する廃水の流通路又は放流する処理水の流通路に流入水量を計測する流量計を設け、また一方、水槽内に浮遊物濃度を測定するＳＳ計、濁度計又は透視度計とｐＨ計とを設置してなる内部自動洗浄機能付のサンプリング装置を設け、更に、該サンプリング装置に、前記廃水の流通路に通ずるサンプル抽出路と反応槽に通ずるサンプル抽出路とを設けて、これら両サンプル抽出路のいずれかを選択的に連通可能となし、前記流量計からの計測データの信号と、前記ＳＳ計、濁度計又は透視度計とｐＨ計からの計測データの信号とを，データの入力・演算及び運転制御指令を出力する演算制御装置に送り、該演算制御装置において曝気風量と返送汚泥及び余剰汚泥の引き抜き量又は引き抜き時間を算出すると共に各運転装置に出力指令を出すようになしたことを特徴とする廃水処理装置。
【００１２】
（２）上記（１）に記載の廃水処理装置であって、水の流量Ｆ−流入と流入ＳＳ及び反応槽ＭＬＳＳを測定する測定手段と、下の（１）、（２）式により必要な曝気風量Ｑａｉｒ＿ｔｏｔａｌ算出する演算手段と、曝気風量を制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
Ｑａｉｒ＿ｔａｔａｌ＝ｋ−流入×Ｆ−流入＋ｋ−内生×ＭＬＳＳ      （１）
ｋ−流入＝ｆ（ＳＳ）                                              （２）
ここで、ｋ−流入は流入負荷による曝気係数であり、流入ＳＳの関数である。
ｋ−内生は微生物の内生呼吸による曝気係数である。
【００１３】
（３）上記（１）に記載の廃水処理装置であって、水の流量Ｆ−流入と流入ＳＳを測定する測定手段と、下の（３）、（４）式により、ＢＯＤ・ＳＳ負荷設定値に基いたＭＬＳＳの目標値を算出する演算手段と、ＭＬＳＳを制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
ＭＬＳＳ＝Ｆ−流入×ＢＯＤ／（ＬＢＯＤ／××Ｖ）                  （３）
ＢＯＤ＝ｇ（ＳＳ）                                                （４）
ここで、ＬＢＯＤ／×はＢＯＤ・ＳＳ負荷、Ｖは反応槽の容積である。流入ＢＯＤは流入ＳＳの関数である。
【００１４】
（４）上記（１）に記載の廃水処理装置であって、一定期間△ｔにおいてＭＬＳＳの増加量△ＭＬＳＳを測定する測定手段と、下記（５）式から目標ＭＬＳＳを算出する演算手段と、ＭＬＳＳを制御する運転制御手段とを備えたことを特徴とするＳＲＴ（Ｓｏｌｉｄｓ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）制御方式の廃水処理装置。
ＭＬＳＳ＝ＳＲＴ×（△ＭＬＳＳ／△ｔ）                            （５）
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１実施形態の構成説明図である。
【００１６】
図中、１は反応槽、２は該反応槽１への廃水の流通路である。３は前記廃水の流通路２に設けた流入水量を計測する流量計である。尚、本実施形態では流量計を廃水の流通路に設けたが、放流する処理水の流通路に設けるようにしてもよい。
【００１７】
４は内部自動洗浄機能付のサンプリング装置であり、水槽５と、これの内部に設置したＳＳ計６及びｐＨ計７からなるものである。また、該サンプリング装置４は、後記演算制御装置からの指令に基いて適時内部のサンプルを排出し、その都度洗浄水を噴出して洗浄を行うものである。尚、８は洗浄水の配管、９はバルブ、１０は洗浄水である。そしてまた、該ＳＳ計６及びｐＨ計７は後記演算制御装置に計測データの信号を送るものである。
【００１８】
また、該サンプリング装置４には、前記廃水の流通路２に通ずるサンプル抽出路１１と前記反応槽１に通ずるサンプル抽出路１２とを設けて、これら両サンプル抽出路１１、１２のいずれかを選択的に連通可能となしている。尚、１３は該サンプル抽出路１１と１２をサンプリング装置４の水槽５に接続する通路であり、途中部にポンプ１４を設けている。また、該サンプル抽出路１１と１２にも途中部にバルブ１５、１６を夫々設けている。そしてこれらポンプ１４、バルブ１５、１６は後記演算制御装置からの指令に基いて作動するものである。
【００１９】
１７は前記通路１３における前記ポンプ１４とサンプリング装置４の間の途中部と前記反応槽１を結ぶサンプル排出通路であり、途中部にバルブ１８を設けている。また、該バルブ１８は後記演算制御装置からの指令に基いて作動するものである。また、１９は前記サンプリング装置４の水槽５と前記反応槽１を結ぶサンプル排出通路である。２０は前記反応槽１に設置したＤＯ計であり、計測したデータを後記演算制御装置に送るものである。
【００２０】
２１は沈殿槽、２２は前記反応槽１と沈殿槽２１を結ぶ通路、２３は前記沈殿槽２１の上澄水を放流する通路である。２４は前記沈殿槽２１の底部と前記反応槽１を結ぶ汚泥返送路、２５は汚泥返送路２４の途中部に接続された汚泥排出路である。そして、該汚泥返送路２４における汚泥排出路２５の接続部と沈殿槽２１との間の途中部にはポンプ２６が設けられている。更にまた汚泥排出路２５と、汚泥返送路２４における汚泥排出路２５の接続部より反応槽１寄りの途中部にはバルブ２７、２８が夫々設けられている。そしてこれらポンプ２６、バルブ２７、２８は後記演算制御装置からの指令に基いて作動するものである。
【００２１】
２９はブロワ３０から送り出された空気を前記反応槽１内に放出して曝気する送風路であり、空気は反応槽１の底部の散気板３１より放出されるものである。また、該ブロワ３０は後記演算制御装置からの指令に基いて作動するものである。
【００２２】
３２はデータの入力・演算及び運転制御指令を出力する演算制御装置である。また該演算制御装置３２は、前記流量計３からの計測データの信号と、前記ＳＳ計６及びｐＨ計７の計測データの信号とを受信し、曝気風量と返送汚泥及び余剰汚泥の引き抜き量又は引き抜き時間を算出すると共にサンプリング装置４やブロワ３０、ポンプ、バルブ等の各運転装置に対して作動指令を出すものである。
【００２３】
次に、本発明装置における曝気風量及び余剰汚泥の引き抜き量の算出方法について説明する。
原理は次の通りである。
▲１▼  曝気風量Ｑａｉｒ
溶存酸素濃度の維持に必要な曝気量を無視すれば、流入負荷の除去及び微生物の内生呼吸に必要な曝気風量は次の通りになる。
Ｑａｉｒ＿ｔｏｔａｌ＝Ｑａｉｒ−流入負荷＋Ｑａｉｒ−内生呼吸      （６）
ここで、Ｑａｉｒは曝気風量である。
【００２４】
▲２▼  ＳＳ計による流入負荷の間接測定及びそれに対応した曝気風量の計算
Ｑａｉｒ−流入負荷＝Ｑａｉｒ＿ＢＯＤ＋Ｑａｉｒ＿Ｋｊｅ−Ｎ
＝Ｆ−流入×（ｋ１×ＢＯＤ＋ｋ２×Ｋｊｅ−Ｎ）      （７）
ここで、Ｆは水の流量、ｋ１、ｋ２は曝気係数である。ＢＯＤとＫｊｅ−Ｎは反応槽への流入ＢＯＤとケルダール窒素濃度である。
図３、図４に示したように、多くの廃水処理場においては、流入ＢＯＤ、Ｋｊｅ−Ｎと流入ＳＳの間に相関があるので、ＳＳを測定すれば、流入負荷を把握できるため、（７）式を（８）式のように簡素化できる。
Ｑａｉｒ−流入負荷＝ｋ−流入×Ｆ−流入                            （８）
ｋ−流入ｆ＝（ＳＳ）                                              （９）
ここで、ｋ−流入は流入負荷による曝気係数であり、流入ＳＳの関数である。
【００２５】
▲３▼  ＳＳ計によるＭＬＳＳの測定及びそれに対応した曝気風量の計算
Ｑａｉｒ−内生呼吸＝ｋ−内生×ＭＬＳＳ                          （１０）
ここで、ｋ−内生は曝気係数である。ＭＬＳＳは反応槽の活性汚泥濃度である。
サンプリング装置４に設置されたＳＳ計６又は濁度計、透視度計を用いて、反応槽の活性汚泥濃度ＭＬＳＳを測定し、内生呼吸に必要な空気量が計算できる。
従って、（１１）式のように流入負荷及び微生物量両方に対応した全曝気風量を計算できる。
Ｑａｉｒ＿ｔｏｔａｌ＝ｋ−流入×Ｆ−流入＋ｋ−内生×ＭＬＳＳ    （１１）
【００２６】
▲４▼  余剰汚泥発生量
余剰汚泥の単位時間あたりの発生量は次式で表される。
△Ｗ＿ｄｓ＝Ｙ×Ｆ−流入×ＳＳ                                  （１２）
余剰汚泥を間欠的に引き抜く場合、ＭＬＳＳの増加量に直す。
△ＭＬＳＳ／△ｔ＝△Ｗ＿ｄｓ／Ｖ
＝Ｙ×Ｆ−流入×ＳＳ／Ｖ                          （１３）
ここで、△ＭＬＳＳはＭＬＳＳの増加量、△ｔは△ＭＬＳＳに対応した時間、△Ｗ＿ｄｓは余剰汚泥の単位時間あたりの発生量、Ｙは流入ＳＳに対する活性汚泥の転換率、ＳＳは流入ＳＳ、Ｖは反応槽の容積である。
流入ＳＳの測定により余剰汚泥の引き抜き量を計算できる。余剰汚泥濃度を測定すれば、引き抜き量を簡単に計算でき、余剰汚泥の引き抜き制御ができる。
【００２７】
▲５▼  余剰汚泥の引き抜きの制御方法
ＭＬＳＳが設定した濃度になるように、余剰汚泥の引き抜き量を制御する方法は以下のものがある。
▲５▼−１  ＭＬＳＳをオンラインで連続測定しながら制御する。
▲５▼−２  ＭＬＳＳのオンライン連続測定ができない場合、流入ＳＳの測定値及び流入水量を用いて、流入ＳＳに対する活性汚泥の転換率に基いて余剰汚泥の引き抜き量を計算し、制御する。
場合によって、この二つの制御方法のいずれかを選べる。
【００２８】
▲６▼  ＢＯＤ・ＳＳ負荷
ＬＢＯＤ／Ｘ＝Ｆ−流入×ＢＯＤ／（ＭＬＳＳ×Ｖ）                （１４）
ここで、ＬＢＯＤ／ＸはＢＯＤ・ＳＳ負荷である。
放流水質はＢＯＤ・ＳＳ負荷により変わるので、一定の放流水質を達成するためにＢＯＤ・ＳＳ負荷を制御する必要がある。ここで、測定した流入ＳＳによりＢＯＤを算出する。ＢＯＤの値は一定期間中の平均値を使う。上記の（１４）式によりＭＬＳＳを算出して、ＢＯＤ・ＳＳ負荷を制御できる。（１４）式を変形すると、
ＭＬＳＳ＝Ｆ−流入×ＢＯＤ／（ＬＢＯＤ／××Ｖ）                （１５）
となる。更に流入ＢＯＤは流入ＳＳの関数であるから、
ＢＯＤ＝ｇ（ＳＳ）                                              （１６）
ＭＬＳＳ＝Ｆ−流入×ｇ（ＳＳ）／（ＬＢＯＤ／××Ｖ）            （１７）
となる。流入ＳＳを測定することにより、（１７）式に基いてＢＯＤ・ＳＳ負荷制御はＭＬＳＳ制御となる。
【００２９】
▲７▼  ＳＲＴ
一般的にＳＲＴは次式で定義されている。
ＳＲＴ＝ＭＬＳＳ×Ｖ／Ｗ＿ｅｘ
＝ＭＬＳＳ×Ｖ／（Ｑ＿ｅｘ×ＳＳ＿ｅｘ）                  （１８）
ここで、Ｗ＿ｅｘは余剰汚泥の引き抜き量、Ｑ＿ｅｘは余剰汚泥引き抜き流量、ＳＳ＿ｅｘは余剰汚泥濃度である。流入した有機性窒素及びアンモニア性窒素を除去するためには、一定値以上の汚泥滞留時間ＳＲＴを確保する必要がある。しかし（１８）式ではＳＲＴを制御するためにＭＬＳＳやＱ＿ｅｘ及びＳＳ＿ｅｘを測定する必要があり実用化しにくい。
一方、余剰汚泥を間欠的に引き抜く場合、
Ｗ＿ｅｘ＝△ＭＬＳＳ×Ｖ／△ｔ                                  （１９）
となる。即ち、
ＳＲＴ＝ＭＬＳＳ×Ｖ／（△ＭＬＳＳ×Ｖ／△ｔ）
＝ＭＬＳＳ／（△ＭＬＳＳ／△ｔ）                          （２０）
となる。従って、ＭＬＳＳとその一定期間（△ｔ）の増加量を測定すれば、ＳＲＴを計算できる。更に（２０）式を変形すると、
ＭＬＳＳ＝ＳＲＴ×（△ＭＬＳＳ／△ｔ）                          （２１）
となる。
よってＳＲＴ制御はＭＬＳＳ制御になる。
【００３０】
▲８▼処理水中のＮＯ３−Ｎ濃度とｐＨの関係
第５図に示すように、処理水の硝酸性窒素濃度は反応槽ｐＨとの間に相関性があるので、ｐＨ計を用いて、曝気風量とＭＬＳＳを調整して、硝化反応を制御可能である。
具体的な制御方法は、図６に示すようにＤＯ制御や、比例制御などの制御パラメータの設定値（溶存酸素濃度の目標値ＤＯ＊、曝気係数ｋ−流入、ｋ−内生等）を自動調整する。
【００３１】
次に、図２に示した本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態と前記第１実施形態との相違点は、前記第１実施形態にあってはブロワーと散気板による散気式エアレーション方式であるのに対して、本実施形態は中心部に仕切壁３３ａを設けた無終端水路の反応槽３３と曝気ローター３４とを用い、該曝気ローター３４により水流を起こし、空気を含んだ廃水及び活性汚泥を循環させ攪拌する機械攪拌式エアレーション方式とした点である。また、該曝気ローター３４は演算制御装置３２からの指令に基いて作動するものであり、回転数制御により空気（酸素）の供給量を制御する。尚、その他の構成並びに作用は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記の如き構成、作用であり、反応槽に流入する廃水のＳＳ、濁度又は透視度及びｐＨと、反応槽内の混合液のＭＬＳＳ及びｐＨとを同一のサンプリング装置を用いて測定するものである。したがって、一台の計測装置で済むからコストを下げることができると共に設置スペースも少なくて済むものである。また、従来の如く別々に計測する場合にはセンサー間において誤差が生じる虞があるが、本発明による場合にはこのような問題が起こらないものである。更に、すべてのセンサーを内部自動洗浄機能付のサンプリング装置に設置するため、汚れにくく、メンテナンス性も優れている。
【００３３】
また、本発明によれば流入ＳＳを測定して、ＳＳとＢＯＤ及びケルダール窒素の相関に基き、活性汚泥処理場において極めて重要な空気（酸素）必要量制御、ＢＯＤ・ＳＳ負荷制御ＳＲＴ制御をより簡易的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の構成説明図である。
【図２】  本発明の第２実施形態の構成説明図である。
【図３】  流入ＢＯＤとＳＳの相関を示すグラフである。
【図４】  流入ケルダール窒素とＳＳの相関を示すグラフである。
【図５】  処理水ＮＯ３−ＮとｐＨの相関を示すグラフである。
【図６】  目標値ＤＯを自動調整するＤＯ制御構成図である。
【符号の説明】
１  反応槽
２  廃水の流通路
３  流量計
４  サンプリング装置
５  水槽
６  ＳＳ計
７  ｐＨ計
１１、１２  サンプル抽水路
１３  通路
１４  ポンプ
１５、１６  バルブ
１７  サンプル排出通路
１８  バルブ
１９  サンプル排出通路
２１  沈殿槽
２４  汚泥返送路
２５  汚泥排出路
２６  ポンプ
２７、２８  バルブ
２９  送風路
３０  ブロワ
３２  演算制御装置
【図１】
0003845778.tif 000002
【図２】
0003845778.tif 000003
【図３】
0003845778.tif 000004
【図４】
0003845778.tif 000005
【図５】
0003845778.tif 000006
【図６】
0003845778.tif 000007