資料５ー１

下水道革新的技術実証研究（B-DASHプロジェクト）
技術導入のためのガイドライン説明会

ICTを活用した効率的な硝化運転制御技術

実施者：日立製作所・茨城県共同研究体

１. ガイドラインの概略−全体構成章

節内容

第1章
総則

第1節〜第4節
ガイドラインの目的、適用範囲、構成
用語の定義

・ガイドラインの目的、適用範囲、構成（§1-3）
・用語の定義（§4）

第1節 技術の概要

・本技術の概略（§5-10）
・本技術の適用条件（§11）
・技術の適用が効果的な条件（§12)
・導入シナリオ例（§13）

第2節 実証研究に基づく評価の概要

・実証での評価概要（§14, 15）

第1節 導入検討手法

・導入効果の検討手法（§16-20）

第2節 導入効果の検討例

・検討事例（§21-22）

第1節 導入計画

・施設計画の検討手法（§23-27）①必要設備の設置状況確認②NH4-Nセンサーの設置計画③監視制御システムの設置計画

第1節 運転管理

・制御システムの立ち上げ（§28-29）
・制御システムの運転管理（§30）

第2節 保守点検・監視制御システムの保守点検（§31）

第3節 緊急時の対応と対策

・緊急時の対応と対策（§32）

第2章
技術の概要と評価

第3章
導入検討

第4章
計画・設計

第5章
維持管理

２. 第２章 技術の概要と評価
章

節

内容

第1章
総則

第1節〜第4節
ガイドラインの目的、適用範囲、構成
用語の定義

・ガイドラインの目的、適用範囲、構成（§1-3）
・用語の定義（§4）

第1節 技術の概要

・本技術の概略（§5-10）
・本技術の適用条件（§11）
・技術の適用が効果的な条件（§12)
・導入シナリオ例（§13）

第2節 実証研究に基づく評価の概要

・実証での評価概要（§14, 15）

第1節 導入検討手法

・導入効果の検討手法（§16-20）

第2節 導入効果の検討例

・検討事例（§21-22）

第1節 導入計画

・施設計画の検討手法（§23-27）①必要設備の設置状況確認②NH4-Nセンサーの設置計画③監視制御システムの設置計画

第1節 運転管理・制御システムの立ち上げ（§28-29）
・制御システムの運転管理（§30）

第2節 保守点検・監視制御システムの保守点検（§31）

第3節 緊急時の対応と対策

・緊急時の対応と対策（§32）

第2章
技術の概要と評価

第3章
導入検討

第4章
計画・設計

第5章
維持管理

３. 本技術の概要（§5 技術の目的，§6 技術の概要，§7 技術の特徴）
本技術はICTを活用して、下水処理における硝化を適切に制御し、処理水水質維持、省エネルギー、維持管理業務の軽減を実現する



処理水水質維持・省エネルギー• 2台のNH4-Nセンサ−を用いた送風量制御機能により、流入負荷変動にいち早く対応し、処理の過不足を抑制
 維持管理業務の軽減• 活性汚泥のもつ処理特性の表示機能により、微生物の特性変化、処理異常の傾向を早期に把握可能• 風量演算モデル(処理特性モデル）の自動更新機能により、予測モデルの精度を自動的に維持４. ２台のNH4-Nセンサ−を用いた送風量制御機能（§7 技術の特徴）
FF：フィードフォワード、FB：フィードバック■フィードバック(FB)硝化制御技術例■本技術（ﾓﾃﾞﾙﾍﾞｰｽFF+FB硝化制御）
NH4-Nｾﾝｻｰ

NH4-Nｾﾝｻｰ

変動

濃度小目標値
超過

風量増加

FB目標値
（固定値）

NH4-N濃度

NH4-N濃度

濃度大NH4-Nｾﾝｻｰ

変動

中間NH4-N
予測値

処理水目標値

処理水目標値

過剰曝気
上流側

下流側

水質変動

ブロワ
上流側・下流側で流入時のNH4-N濃度が大きく異なると過剰曝気となる可能性あり

上流側

適正曝気

下流側

水質安定
ブロワ

中間NH4-N予測値という通過点も考慮し、風量を制御、処理水質を安定化■FF制御の処理特性モデル
微生物の処理特性を「見える化」するとともに、自動更新機能により精度を自動的に維持

５. 本技術の適用に関して①
 本技術の適用条件（§11 技術の適用条件）(1) 活性汚泥を用いた下水処理方式で、好気タンクを有すること(2) 明確なNH4-Nの処理目標があること（硝化を制御したいというニーズがあること）(3) 風量制御が可能であること

 本技術の適用が効果的な条件（§12 技術の適用が効果的な条件）• 本技術の導入効果が大きくなることが予想される推奨条件
項目

推奨条件

流入

• 流入水質（負荷）の変動が大きい

ブロワ• 風量削減時に運転台数の低減が見込まれる

現状の運用• DO制御が安定して運用されている• 過剰曝気の時間帯がある• 処理特性の季節変化が大きい• 導入費用を低減できる条件（§9, §10, §12参照）•本技術に必要な各計測器が設置済み• 同一の方式、躯体構造で、同様な流入・運転条件の系列が多い（NH4-Nセンサーを設置した池の制御結果（DO）を他水処理系列へ展開）
硝化を適正化する余地がある場合や、導入する計測器を低減できる場合などに適用が効果的

６. 本技術の適用に関して②
 本技術の導入シナリオ例（§13 導入シナリオ例）• 流入・運転条件の変更時に導入
導入タイミング

具体例

既存設備の更新・変更時• ブロワの更新時• 散気装置の更新時• 下水処理施設の変更時 （系列の増設・廃止など）

処理水NH4-N目標値変更時• 処理プロセスの変更時 （段階的高度処理化など）• 能動的管理（季節別運転）の適用時• ブロワの更新時： 本技術運転時の送風量に合った仕様のブロワを選定、運用コストを低減• 流入・運転条件（処理水目標値を含む）の変更時： 新規運転管理手法を効率的に構築• 既存設備の更新時に導入
導入タイミング

具体例

既存設備の更新・変更時• 監視制御システムの新設・更新時• 監視制御システムの更新時： 工事費の一部を共通化でき、導入コストを低減

７. 実証研究に基づく評価の概要（実証研究の概要）
 実証概要（資料編参照）• 茨城県流域下水道事務所霞ケ浦浄化センター No.5池（実証系列：本技術）、No.6池（対照系列：DO一定制御）• 処理方式： 循環式硝化脱窒法• 実証期間： 平成26年度〜平成27年度
No.5池（実証系列）

制御用水質計（流量計含む）に基づき送風量制御し、監視用水質計（処理水NH4-Nｾﾝｻｰなど）で制御結果を評価

８. 技術の評価項目・結果（§14 技術の評価項目，§15技術の評価結果）
 霞ケ浦浄化センターでの実証実験結果
項目目標

成果

処理水
NH4-N濃度硝化促進を目標とした運転として、
平均処理水NH4-N濃度≦1.0 mg-N/L○：平均処理水NH4-N濃度
0.33 mg-N/L

風量削減
効果

DO一定制御（対照系列）と比較して風量10%減○：風量16.9%減

 仮想処理場でのFS検討結果※• 標準法、処理規模50,000 m3/日、DO一定制御の仮想処理場を想定した試算結果
評価項目

成果目標

評価結果

消費電力量(設定なし)

13.2%低減

温室効果ガス排出量(設定なし)

13.2%削減

経費回収年

上記想定にて5.1年○：経費回収年3.1年※ FSでは、処理方式：標準法、循環式硝化脱窒法、処理規模：10,000 m3/日、50,000 m3/日、100,000 m3/日
風量制御方式：風量一定制御、DO一定制御の各仮想処理場への導入効果を試算

処理水水質、風量削減率、経費回収年の成果目標を達成

９. 第３章 導入検討章

節

内容

第1章総則

第1節〜第4節
ガイドラインの目的、適用範囲、構成
用語の定義

・ガイドラインの目的、適用範囲、構成（§1-3）
・用語の定義（§4）

第1節 技術の概要

・本技術の概略（§5-10）
・本技術の適用条件（§11）
・技術の適用が効果的な条件（§12)
・導入シナリオ例（§13）

第2節 実証研究に基づく評価の概要

・実証での評価概要（§14, 15）

第1節 導入検討手法

・導入効果の検討手法（§16-20）

第2節 導入効果の検討例

・検討事例（§21-22）

第1節 導入計画

・施設計画の検討手法（§23-27）①必要設備の設置状況確認②NH4-Nセンサーの設置計画③監視制御システムの設置計画

第1節 運転管理

・制御システムの立ち上げ（§28-29）
・制御システムの運転管理（§30）

第2節 保守点検・監視制御システムの保守点検（§31）

第3節 緊急時の対応と対策

・緊急時の対応と対策（§32）

第2章
技術の概要と評価

第3章
導入検討

第4章
計画・設計

第5章
維持管理

１０. 導入検討手順（§16 導入検討手順）
 導入検討の流れ
導入検討開始§17 試算方法の検討§18 実態調査(1) 制御適用範囲の確認(2) 制御用代表池の選定(3) 現行の運転における処理状況の把握

処理場の状況に応じて、風量削減率の試算方法を決定

導入効果（特に、風量削減率）の試算に必要なデータの取得(1), (2) は§10 制御システムの適用範囲に従う§19 導入効果の検討§20 導入判断

導入検討完了第４章 計画・設計へ

風量削減率・電力削減量・温室効果ガス削減量・経費回収年を試算

１１. 風量削減率の試算方法（§17 試算方法の検討、§19 導入効果の検討）
 試算方法の検討フロー
試算方法の検討開始

試算方法A• NH4-N処理状況を調査

導入方針確認• 硝化が目標に達する位置（硝化目標達成位置）を算出
処理プロセス
変更なし

段階的高度処理化など
No

試算方法B ： 実証実験時の条件と大きく異なる場合

Yes

硝化：現状維持• 風量削減率試算式に基づき風量削減率を試算

硝化促進化など• 硝化目標達成位置に加えて、導入検討する処理場の風量配分比・必要酸素量も考慮して試算

No

Yes（硝化抑制可も含む）

実証実験時と同程度の条件？

水質・風量配分が大幅に異なるなど（風量の増減予測困難時、風量の増加時）

No

Yes

試算方法A

試算方法B
風量削減率

試算方法C ： 処理プロセス変更時や硝化促進時

試算方法C• DO一定制御を採用していたと想定し、実証実験値16.9%を暫定的に適用

１２. 試算方法Aによる試算方法（§18 実態調査、§19 導入効果の検討）
 実態調査でのNH4-N処理状況の把握

NH4-N濃度 (mg-N/L)

好気タンク
流入

好気タンク
流出

好気タンク全長(=100%)

736%

65

NH4-N濃度の推移を調査

NH4-N濃度（実測値）

4321

好気槽各槽の滞留時間比（容積比）を把握

硝化目標達成位置

左図を作成し、硝化目標達成位置を導出硝化目標（処理水NH4-N目標値）

0

好気１

好気２

好気３

処理水

硝化目標達成位置以降は過剰曝気であり、風量削減の余地があるとする

 風量削減率の試算
風量削減率 [%]

3025

風量削減率試算式（実証研究により構築）

霞ケ浦浄化センター
採水調査結果第3回（１2月）
第1回（9月）第2回（11月）

201510

風量削減率＝0.51×硝化目標達成位置(決定係数R2=0.99)

風量削減率試算式

50010203040

硝化目標達成位置 [%]5060

試算式に基づき風量削減率を試算

１３. 導入効果の試算（§19 導入効果の検討）
 導入効果の検討フロー
試算方法A

試算方法B

試算方法C

(1) 硝化目標達成位置(2) 修正硝化
目標達成位置(3) 必要酸素量(4A) 風量削減率(4B) 風量削減率(4C) 風量削減率(5) 電力削減量

・原単位から算出
1) 原単位： 送風量1m3あたりの電力量
2) 電力削減量＝原単位×風量削減量
・ブロワの性能曲線から算出(6) 温室効果ガス削減量(7) 建設費・維持管理費(8) 経費回収年

排出係数や電力単価、導入システムの建設費・維持管理費に基づき試算（§19 導入効果の検討 参照）

１４. 第４章 計画・設計章

節

内容

第1章
総則

第1節〜第4節
ガイドラインの目的、適用範囲、構成
用語の定義

・ガイドラインの目的、適用範囲、構成（§1-3）
・用語の定義（§4）

第1節 技術の概要

・本技術の概略（§5-10）
・本技術の適用条件（§11）
・技術の適用が効果的な条件（§12)
・導入シナリオ例（§13）

第2節 実証研究に基づく評価の概要

・実証での評価概要（§14, 15）

第1節 導入検討手法

・導入効果の検討手法（§16-20）

第2節 導入効果の検討例

・検討事例（§21-22）

第1節 導入計画

・施設計画の検討手法（§23-27）①必要設備の設置状況確認②NH4-Nセンサーの設置計画③監視制御システムの設置計画

第1節 運転管理・制御システムの立ち上げ（§28-29）
・制御システムの運転管理（§30）

第2節 保守点検・監視制御システムの保守点検（§31）

第3節 緊急時の対応と対策

・緊急時の対応と対策（§32）

第2章
技術の概要と評価

第3章
導入検討

第4章
計画・設計

第5章
維持管理

１５. 必要設備の設置状況確認（§25 機器仕様・機器配置の検討）
 本技術を適用した水処理系列の基本構成
ブロワ・
B ブロワ制御装置

硝化液循環流量

DO計

流入流量
最初沈殿池

NH4-Nセンサー

反応タンク
返送汚泥流量

P

最終沈殿池

M
風量計・
風量制御装置

計画時に既存機器・計測器を確認設置されていない設備は、本技術と共に導入するP１６. NH4-Nセンサ−の設置計画（§25 機器仕様・機器配置の検討）
 NH4-Nセンサ−の設置位置• 処理特性グラフ作成のため、 ２点間のNH4-N濃度と送風量の関係が得られる位置に設置
第１NH4-Nセンサー（上流）：返送（循環）混合直後
第２NH4-Nセンサー（下流）：好気槽の中間ア) 標準活性汚泥法

好気槽

好気槽

第１NH4-Nセンサーイ) AO法

好気槽

好気槽

好気槽

嫌気槽

嫌気槽

好気槽

返送混合直後返送混合直後（好気槽の最上流側）（嫌気槽の最上流側）

ウ) 循環式硝化脱窒法

無酸素槽

無酸素槽

第２NH4-Nセンサー

好気槽（好気槽中間に設置)

好気槽

好気槽

好気槽

好気槽エ) A2O法

好気槽

好気槽

嫌気槽

無酸素槽

好気槽

循環混合直後循環混合直後（無酸素槽の最上流側）（無酸素槽の最上流側）

１７. 第５章 維持管理章

節

内容

第1章
総則

第1節〜第4節
ガイドラインの目的、適用範囲、構成
用語の定義

・ガイドラインの目的、適用範囲、構成（§1-3）
・用語の定義（§4）

第1節 技術の概要

・本技術の概略（§5-10）
・本技術の適用条件（§11）
・技術の適用が効果的な条件（§12)
・導入シナリオ例（§13）

第2節 実証研究に基づく評価の概要

・実証での評価概要（§14, 15）

第1節 導入検討手法

・導入効果の検討手法（§16-20）

第2節 導入効果の検討例

・検討事例（§21-22）

第1節 導入計画

・施設計画の検討手法（§23-27）①必要設備の設置状況確認②NH4-Nセンサーの設置計画③監視制御システムの設置計画

第1節 運転管理

・制御システムの立ち上げ（§28-29）
・制御システムの運転管理（§30）

第2節 保守点検・監視制御システムの保守点検（§31）

第3節 緊急時の対応と対策

・緊急時の対応と対策（§32）

第2章
技術の概要と評価

第3章
導入検討

第4章
計画・設計

第5章
維持管理

１８. 制御システムの運転管理・保守、緊急時の対応
 制御システムの立ち上げ〜運転管理（§29, 30 参照）• 試運転により、処理特性モデルの構築、制御パラメータの設定・調整を実施• 処理水NH4-N濃度、処理特性グラフを定期的に監視し、運転状況が適切か判断

 監視制御システムの保守点検（§31 参照）• 適切な運転継続のため、定期的に設備の保守点検を実施【NH4-Nセンサ−の保守作業（例）】
保守項目

頻度

検出器、電極部の洗浄

1ヶ月毎

試料水による校正

1ヶ月毎

電極カートリッジの交換

6ヶ月毎

定期点検（動作確認等）

1年毎

消耗部品の交換

年間〜数年毎 緊急時の対応と対策（§32 参照）• 処理水NH4-N濃度が目標値と大きく乖離、処理特性グラフ異常： NH4-Nセンサ−校正• NH4-Nセンサ−保守作業（電極洗浄時など）： 従来送風量制御（DO一定など）に切替１９. お問い合わせ先（資料編５参照）

株式会社
日立製作所

株式会社 日立製作所 水ビジネスユニット 水事業部
〒170-8466 東京都豊島区東池袋4-5-2 ライズアリーナビル
TEL 03-5928-8092
FAX 03-5928-8778
URL http://www.hitachi.co.jp/

茨城県

茨城県土木部都市局下水道課〒310-8555 茨城県水戸市笠原町978-6
TEL 029-301-4682
FAX 029-301-4699
URL http://www.pref.ibaraki.jp/soshiki/doboku/gesui/index.html

本実証研究の実施にあたり、ご指導を頂いた評価委員会・個別検討会の委員の皆様、国総研関係各位の皆様に改めて感謝の意を表します