JPS5845795A - 下水処理制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、活性汚泥法で下水を４Ｍｍ１する下水処理場
において活性汚泥量を制御する下水部層制御装置に関す
る。

活性汚泥法は、好気性または通性の細菌を主体とする多
種多様な微生物の集合体である活性汚′泥と下水を混合
接触させ、下水ｉ“′の汚染有機物やその他の懸濁性物
質を除去する生物学的下水処理法の一種であｇ−０活性
汚泥法は生きている生物の生活活動を利用するため、そ
′の処理効率は活性汚泥が健全な状Ｉ！ｉｌｌζ維持さ
れている場合にのみ高くかつ安定に保つことができる。

仁の活性汚泥の状態は、活性汚泥が上記のように微生物
の複雑な集会体であるため１．下水の流入−量や汚染有
機物や汚染懸濁物゛などの外乱の変動（たいして非常に
＾い適応能力を持っており、流入下水、の通常の変化に
たいしては実質的な変性を起こさないものである。

しかしながら、しばしば下水処理場で脅生ずる活性汚泥
の不全状態はそのほとんどの場合が上記の外乱に適合し
ない余剰汚泥引抜の操作の誤りに起因するものであると
言ってよい。すなわちその原因のひとつは、生物化学反
応を経た活性汚泥を曝気槽や沈殿池内に大量に蓄積させ
てしまうためである、。沈降濃縮した活性汚泥が長時間
にわたって嫌気的条件下に晒されてしまい好気的生活力
を低下させてしまう。この嫌気的条件がさらに長時間続
づくと、好気性菌は死滅し同時に適性菌は完全に嫌気性
菌として作用する一方、嫌気性菌の増殖を促進させ活性
汚泥の性質を顕るしく低下させる。したがって活性汚泥
を長時間にわたって嫌気的条件下晒らさないために、曝
気槽と沈殿池の濃縮汚泥をすばやく引抜く操作をおこな
い、余剰汚祥として系外へ排出する必要がある。

また他の原因のひとつは、曝気槽と沈殿池とからなる二
次処理系の総汚泥保有量を見積る仕方が操作員の経験に
よっているためしばしば高く見積もられ、そのために余
剰汚泥の過多な引抜をおこなって活性汚泥の量が少なく
なることである。このような場合は当然に下水の流入量
や流入汚染有機物量や流入懸濁物量にたいして活性汚泥
量の不足をもたし一負荷過剰となって浄化は不十分とな
るＯ すなわち上記の諸原因を除くためには、前記総汚泥保有
量を制御すれば＾いことかわかる。しかし曝一槽め汚泥
量は混合液懸濁物渦−（以下ＭＬ８５１と略記する）の
測定によって容品に見積ることができ；Ｓか、沈殿池の
汚泥量を見積るこ、とは非常に困難モある。゛本発明の
特徴のひとつ６−沈ＩＲｊＩｌｋに保有されているん＃
！電をよ、り正確に見積ることができるどとに基づくも
のである。

従来、二次処理系が保有している活性汚泥の量★制御す
る方法として、汚泥界面針を用いて沈殿池の汚泥界面の
高さを目標の値範■に保持するという方法が′あ゛る＝
シかｂながら、通常汚泥界面軒は沈殿池内の汚泥が一書
讐られる一所すな６ｓ汚泥ホツパ一部分という１点のみ
に殴−８れモいるだ抄であるため、沈Ｒ池内の＊０大部
分の場所すなわち汚泥が掻寄せら五る横滝部の汚泥の電
を正確に見積るには本方法によってはまったく園―で他
の従来方法に、沈殿池の水面下垂直方向または゛水平方
向または垂れら双方の方向に、複数の汚泥員度針または
汚泥濃度を計るための検体を欺込む採取装置を設け；沈
殿池各部分化存在している潰性廊泥の濃度を実測し、そ
れらめ値かち一沈−殿池全体に蓄積している活性汚泥の
量を求□め、その値を容菖−見積ることのｒ！きる曝−
気′槽の汚泥量と和Ｌ１その蝋か目的の値と゛なるよう
に余剰汚泥引抜め流量もしくは重ｉを９調節するという
制御方法かある。この方法を実施するためには、高価で
人手のかか′る一泥洟度計を多数使用したり、沈殿池内
に複雑な配管を施こさねばならずζ費用がかかると同時
＃ヒそれら′投備の維持管理が煩雑となるため１“こ、
この方法”による′−御装置゛は下水処理場にとって好
ましいものでｉない。

また他の従来方法□にシ沈殿池に流入゛する活性汚泥の
゛重量流量と沈殿池から引抜かれる濃縮汚泥の重量流量
の差から沈殿池の汚泥量を推定して、これと容品に見積
′られる曝気槽の汚泥量と和し、その値によって汚泥引
抜流量を調節して総汚泥保有量を制御する方法がある。

この方法を実際の下水処理場で兵体的１ｃ＠用するため
には、沈ｊＩ池への木理的流量と沈殿池汚泥引抜流量を
欄定する手段のほかに、曝気槽から沈ｌＲ池に流入する
活性汚泥のＭＬＳ８機度と引抜汚泥の一員度をも欄定す
る計測器が必要となる。とくにＭＬ８．８９度の岐器誤
差は一般に５１あり、かつ活性汚泥の性質によって、す
なわち活性汚泥粒子の分散状態やその無機性徴・粒子の
相対組成によって、その耳翼性すなわち夷−の活性汚泥
濃度とのａｍ係数がしばしば変動する。そのために沈Ｉ
Ｒａに流入すると上記活性汚泥の重量流量の値には１０
９１　＠の誤差を含み、さらに余剰汚泥の引抜重量流量
との差の値にはさらに高い誤差を含むものであり、この
誤差の蓄積によって嶋方法による総汚泥の制御装置では
、沈殿池汚泥蓄積量を目的の値ｊ（制御することはきわ
めて困難なものである。

本発明は、前記諸従来法の特質に鎌み、より精度の高い
かつ安定な汚泥制御装置を提供するこ゛とを目的とした
ものである。

すなわち本発明は、前記曝気槽と沈殿池とからなる二次
処理系の総汚泥保有量の制御ループと、沈殿池に保有し
ている汚泥量の制御ループと、および曝気槽に流入する
下水の流量と返送汚泥流量との比すなわち返送汚泥率の
制御ループとの複数の制、御ループで制御し、かつこれ
らの複数の制御ループを上位の制御器によって相互の協
調を計り、全体的な観点から二次処理系の総汚泥保有量
制御を行うように構成したもの、である。　　　、すな
わち、第１図に示したように、曝気、槽の活性汚泥濃度
ａ）と沈殿池の蓄積汚泥量（ｂ）との動的関係は相互に
密接に関係しており、そのバ、ランスの仕方は、上記２
変量の現在の値と外乱変数である流入下水、の流量と操
作変数である返送汚泥流量と余剰汚泥引抜流量と番こよ
って、時間的に刻々と変化する。したがって、活性汚泥
法による下水処理の管理制御の基本指針である「沈殿池
に汚泥を長時間蓄積させず１、かつ曝気槽のＭＬＳ８＠
度の変動を小さくすること」のためには、操作量である
返送汚泥流量と余剰汚泥引抜流量とを相互に関係させ、
沈殿池汚泥蓄積量と返送汚泥率とを同時に目標値になる
ように、調節するという制御方法に依らねＣシならない
。すなわち、返送汚泥流量の関節によつ−（ＭＬ８８１
Ｉ）度の変動中と沈殿池汚泥蓄積量の平均的値とを制御
し、かつ余剰汚泥引抜流量の調節によって曝気槽のＭ１
８８１１ｊ！ｊの平均的値と沈殿池汚泥蓄積量の変動中
を制御するという、複数の制御を同時に行うことを目的
とした多目的制御でなければならない。

本発明は、上記の汚泥量制御方法を＾体内制御、装置と
したもので、従来ＭＬ８！一定制！または返赳汚泥率一
定制御など、ひとつの目的を持った単一制御装置では不
完全にしか行なえなかった制御砺法を、前記複数の制御
ループを相互ｔＣＳ＊させ調定することのできる上位制
御器を真値し、より完全で精度の高いかつ安定した汚泥
の制御装置を提供するものである。　　　。

つぎに第２図で本発明の一実施例につい工説明する。下
水処理場に流入した下水は流量計１と懸濁物濃度計２が
設置されている管路ムを通って８ｖされた濃縮活性汚泥
（以下汚泥と略記 する）と温合し生物花学反応と凝集反応を受ける。

反応を受は終った一合液は沈殿池５に流入し沈降濃縮に
よつ讐清澄な処理水と汚泥波が分離される。

ＮＮは汚蒜引抜弁６を経て汚泥貯槽７に送られ、ついで
返送汚泥ポンプ８によって返送汚泥流量計９と流門調節
弁ｌＯと返送汚泥濃度計１１を設置した管路Ｂを通り曝
気槽４に戻されや。返送汚泥ポンプ８から社中した汚泥
の一部は余剰汚泥引抜流量計１２と余剰汚泥引抜流量調
節昇口を設けた管路Ｃを通って汚泥処理設備（図中に記
載なし）などに送られる。　　　　、 流量計１と懸濁物濃度計２からの信号は、返送ｉ泥眸率
計９と返送汚−員度計１１および゛余剰汚泥引抜流量計
りの信号とともに、電算機内の曝気槽シミュレーション
プログラム１４に入力し一気槽内各部、分のＭＬａ８濃
度を算出する。上記ＭＬＳＳ濃度の曝気槽から流出する
部分、ψ値は、流量計１とＳｖ針３と返送汚泥流量計９
と余剰汚泥流量計１２からの信号とともに電算機内の沈
ＩＲ池シミュレーションプログラムδに入力され、ここ
で沈殿池内各部分の汚泥滞留量を算出する。上記曝気槽
と沈殿池のシミュレーションは、上記計測器類の測定局
期毎に行ル１えるものである。

上記の曝−気槽と沈殿池のシミュレーション結果を第１
演算器１６に送り二次部層系全体化保有されでいる総汚
泥保有量を算出する。また沈ＩＲａシミュレーションの
結果は第２演算器１７に送られ沈殿池に蓄積している汚
泥量を算出する。一方返送汚泥淡度計１１の信号は、そ
の制御周期毎（１時間〜数時間の範Ｈ）の平均値（Ｘｍ
）を計算する＄１１３演算器１８に送られる。

ツイテ、ｌｓｌ演算器１６め出力とｊｌ１３演算１）　
１８　Ｏ出力はＭｌ制御器１９に入力される◇＄１１１
制御器１９は総汚泥保有量の設定値をす動などで入力で
赤る接点を有し、たとえば次式に従って余剰汚泥引抜流
量の少なくとも１時間毎の増減補正量および修正値を計
算する。

ｊ８＝（Ｋ、（ｅ、（リーｅ、（ｔ−１））＋に、ｊｃ
、ｅ、（ｔ））−ａ、　　−−−−−−（１）Ｓ＝８＋
ΔＳ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・　（２）ここに、ｅｗ（りとｅ、（ｔ−ｉ）はそ
れぞれ今回右よび前回の制御周期における総汚泥保有量
とその設定値との偏差、にと４は制御ゲイン、ａＷは不
感帯要素、へは修正値すなわち次制御周期の操作出力で
ある。

また第２演算器１７の出力である現在の沈殿池汚泥蓄積
量の値は、目標の沈殿池汚泥蓄積量を手動などで入力で
きる接点を有し、かつ目標の値と現廣の値との偏差から
たとえば次式に従って返送汚泥流量の増減補正量を算出
する第２制御器茄に入力される。

ΔＱｙｘ　＝　（Ｋｓ　（ｅｒ（ｔ）−ｅｒ（ｔ−１）
　）＋ＫｓＫ＋ｅｔ（ｔす・ａ、　・・・（４）ここに
、ΔＱｒ１　は返送汚泥流量の補正量、Ｃｒ（ｔ）と・
、（ｔ−１）はそれぞれ今回および前回の制御周期にお
ける沈殿池汚泥蓄積量の設定値からの偏差、Ｋ、と狗は
制御ゲイン、ａｒは不感帯要素である。

さらに第２演算器１７の出力は、沈殿池汚泥蓄積量の許
容上下限値を手動などで設定できる接点を有する第６演
算器２１４ζも送られ、上記汚泥蓄積量が上記上下限値
を越えた場合、警報信号が出され第１表示６２２を作動
させる。

さらに、流量計１と返送汚泥流量計９からの信号（それ
ぞれＱｓ、　Ｑｒと記号化する）はＪＩＩｌｓ演算器ム
演算カムれ、返送汚泥″＊　ｒ　（＝ＱｒｌＱ畠）を計
算し第３制御器スに送られる。第３制御１６２４は返送
汚泥率の目標値を一手動などで入力できる接点を有し、
その設定値と現在の返送率との偏差からたとえば次式に
従って返送汚泥流量の増減補正量を算出する。

ΔＱｒｔ＝　（Ｋｓ　（ｅｐ（ｔ）７　ｅｐ（ｔ−ｘ）
）＋１４に、　＠、（ｔ））−ａ、−（５）ここに、Δ
Ｑｒ−上記Ｉｓ３制御器々による返送汚泥゛流量の補正
量、Ｋ、とへは制御ゲインｓ　ｅｐ（ｔ）とａｐ（ｔ−
１）　　はそれぞれ前回詔よび今回の制御−期に自ける
返送汚泥率の偏差ｓ　ａｐは不感帯要素である。

また第５演算器器の出力は、返送汚泥率の許容上下限値
と非許容上下限値が手動などで入力できる接点を有する
第４制御器３に送られ、現在の返送汚泥率が許容下限値
より低（非許容下限値より高い場合は、たとえば式（６
）に従って余剰汚泥引抜流量の割引率を算出し、また上
記返送汚泥率が許容上限値より高くかつ非許容上限値よ
り低い場合は、たとえば式（７）に従って余剰汚泥引抜
流量の加重率を算出し、これらの算出値を第１制御器鱒
の出力とともＫＪＩＩＥＩ上位制御器加に出力する。

ξこに、ｂＬとす、Ｉはそれぞれ余剰汚泥引抜流量の割
引率と加重率、ｒは現在の返送汚泥率、ｒＭ＠とｒ、＠
は右のおの返送汚泥率の許容上下限値ｓｒｍとｒＸ、は
返送汚泥率の非許容上下限値である。

また、返送汚泥率が非許容の上下限値を越した場合は、
ｂｌまたはｂＨの暫定値が第４制御器δから上記第１上
位制御器に出力されると同時に、警報信号が出され第２
制御器茄が作動するようになっている。

前記第１上位制御器謳は、余剰汚泥引抜流量の割引率と
加重重重たはそれらの暫定値を手動などで入力できる接
点を有し、前記１１ｘ制御器、１９と上記第４制御１１
２５の出方値から金刹ｆ９１！引＃ＬＩＩＬ量の操作値
を設定＊（ａａ中に記職なし）を通して余剰汚泥引抜弁
口に伝達する。第１上位制御器瀝が行う前記制御動作の
特徴は、返送１ｇ泥率が低い時は、外乱入力の増大時で
返送汚泥の量を確保しなければならない場合であるから
、余剰汚泥引抜流量を割引き、これとは反対に返送汚泥
率が轟い時は、外乱入力の減少時で返送汚泥の量が過剰
になっている場合であるから、余剰汚泥引抜量を加重す
る、というよ−うにしたことである。な右この第１上位
制御器瀝は、前記ｊｌＩ２ＩＩＩ示器！が作動状態であ
る場合もまた作動していない場合でも、随時操作員によ
って前記の設定値を変更したり、またそれらの一定値を
特定の時間長井ｍ統さ昔たり、さらに特定の余剰汚泥引
抜弁口の値を特定の時間長−統させる、ということも°
可能にするものである。

さらに、前記ｓｚｍ御器Ｑとｓｓ＊＊器篇からの出力で
ある返送汚泥流量の補正量ＡＱｒ、とノＱｒｌは、とも
に１１１４２上位制御器四に入力される。１ｓｔ上位制
御器器は、ΔＱｒ、とノＱｒ、とを重みづける分配比望
たは荷重率を手動などで入力できる接点を有し、つぎの
ような選択可能な制御モードを有するものである。ひと
つのモードは、入力された上記分配比を使いたとえば次
式に従って返送汚泥流量の補正量を算出するものである
。

ΔＱｒ＝１５・ΔＱｒ１＋（ｉ−Ｋｖ）’ｊＱｒｚ　　
　曲−曲（ａ）また他のモードは、上記荷重率を用いた
とえば次式に従って返送汚泥流量の補正量を算出するも
のである。

ΔＱｒ＝ｙ；、・ノＱｒ、　＋に、・ΔＱｒｔ　　　　
　　　　　・・・・・曲（９）★だざらに他のモードは
、電算機内にある曝気槽と沈殿池のシミュレーションプ
ログラムを利用し、返送汚泥流量をΔＱｒ、およびΔＱ
ｒ、だけ変化させたときの沈殿池汚泥蓄積量の変化分ノ
Ｚ１およびＡ４を予測計算し、おのおのからっぎの感度
を求め、 これらの感度の値から、たとえば次式に従って分配比な
どを決定し、返送汚泥流量の補正量を算出するものであ
る。

へ＝８＞／（８ｓ＋’＊）　　　　　　　　　　　開−
・・　Ｉ′また、＃Ｉ２上位制御１）２Ｂは上記のよう
な選択可能な制御モードの外に随意に任意の制御モード
を組込むことので舎るものである。

つぎに、本発明の制御装置がいかなる＾体内結果をもた
らすかについて、活性汚＃！法下水部層プロセスの主要
な外乱である流入下水の流量変動にたいする応答性によ
って説−する。

篤３図は、第２図の管路ムの途中に流入した下水の貯槽
を臨時に設け、曝気槽に流入する下水の流量をステップ
状に増加させた場合、曝気槽のＭＬＳ８９度と沈殿池に
蓄積している汚泥量を、従来法であるＭＬＳ８−逆制御
て運転した場合と本発明の制御装置で運転した場合とを
比較し゛た輿験紬果のグラフである。１８３図中の組は
下水の流量、ｂ、はに送ｆａｍ率、Ｃ，ｉｉＭＬ８８＠
ｇ、４ｇ１１：＃ｍｌｌ積汚泥量の変動をそれぞれ示し
、実線は従来法による結果であり、破線は本発−の制御
装置ｌζよる結果である。

従来方法による制御では、流入下水流量の増大に追随す
るため返送汚泥流量が増加して一時沈殿池汚泥蓄積量が
減少して、外ｊＬ＃ｃよるＭＬａ８　機度の急激な変動
は生じない。しかし、流入下水量の増大は沈殿池への汚
泥重量流入の増加となるので、その後時間遅れを伴って
沈殿池汚泥蓄積量の増大をもたらし、そのため化曝気槽
のＭＬ８８濃度は急降下する。ところが本発明の制御装
置では、上位の制御器によって返送汚泥率と沈殿池汚泥
蓄積量とによる制御を協調させているので、返送汚泥率
の変動は従来方法による制御より激しいが、沈殿池汚泥
蓄積量は過剰にも過少にもならず、また曝気槽のＭＬ８
Ｓ濃度変動も低く保つという効果かな。

ることがわかる。

本発明の汚泥制御装置は、電算機による活性汚泥処理プ
ロセスのシミュレーションを活用するものであり、使用
する活性汚泥処理プロセスモデルの精度を常に高く維持
する必要がある。すなわち電算機シミュレーションに使
かわれているプロセスパラメーターを適宜最適化しなけ
ればならない。

このため上記実施例においては、過去２４時間の返送汚
泥濃度の実測値と上記モデル化よるシミュレーション結
果とを比較し、返送汚泥１ｌｌｌｊｌ！計の信号誤差な
ども考慮してその差が有意な値になったとき、つぎのよ
うなプロセスパラメーターの最適化を電算機内の最適化
プログラムを用いて行う＠この最適化は、少なくとも過
去１遍間の流入下水の流量と返送汚泥流量と余剰汚泥引
抜流量と曝気槽出口部分の８ｖまた８ｖｇＩと曝気槽に
流入する下の懸濁物濃度とおよび返送汚泥濃度の少な（
とも１時間毎の実績データを活用し、前記電算機内の一
プロセスモデルのシミュレーシヨンによって返送汚泥濃
度を算出し、この時系列値とその実績時系列−データと
の時系列誤差が最小になるように、右のおののプロセス
パラメーターを探索することによって怠ζなうことがで
きる。

上述のとと（の本発明の汚泥制御装置によって、二次処
理系内の総汚泥量は外乱が加えられた時にもすばやく応
答し、汚泥の過剰な蓄積と不足を防止し、活゛性汚泥の
性質を悪化させることなく健康な生活力を維持すること
ができるので、処理水質と安定し下水処理運転を高い効
率で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は曝気槽と沈殿池の汚泥量の相互変化を示すグラ
フ、第２図は本発明のｌ実施例の構成図、およびＩｓ３
図は上記実施例に２ける実験の結果を示すグラフである
。 ｌ・・・下水、流量計　　４・・・曝気槽　　５・・・
沈殿池７・・・汚泥貯槽　８・・・汚泥ポンプ　９・・
・返送汚泥流量計　　　　ｌＯ・・・返送汚泥流量調節
弁１１・・・返送汚泥濃度針　稔・・・余剰汚泥引抜流
量−十１３・・・余剰汚泥引抜流量調節弁 １４．１５・・・プロセスシミュレーションモデル１６
〜１９および４．２３・・・演算善美＄　２４ｅ　”　
ｅ高部・・・制御器ｎ、２７・・・表示□器　　　　　
　−（７３１７）代理人弁理士　　則近憲佑（′（より
）１名）第２図 第３図 一峙鶴 ５１５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 曝気槽と沈殿池から成り、曝気槽ｊｃ＃ｌ入する下水の
   流量と、曝気槽から沈ＩＲｆｌｌＫＩＬｍする楓合波（
   ＭＬＳ８）の汚泥容量（８ｖ）または−概容指標（８Ｖ
   Ｉ）と、沈殿池の沈Ｍ！濃纏汚沈を―肥曝気槽に返送さ
   れる返送汚泥流量とその汚泥織度とを、欄定する手段を
   有し、かつ前記曝気槽に劇ける混合状態と沈殿池に怠け
   る活性汚泥の挙動の状態とをシミュレーションすること
   ので會る電算機を有する下水処理場において、上記電算
   機によるシミュレーションの結果を用いて、曝気槽と沈
   ＩＲ龜を會む処理プロセス全体が保有する活性汚泥の１
   量を算出する１１１１演算器と、沈殿池のみに蓄積して
   いる汚泥の量を算出するＪｌｌ演算器とを有し、かつ、
   前記返送される汚泥のａ度の針欄値の平場値を算出する
   １１３演−器と、轟ｌＮ３演算−と前記Ｊｌｌ演算器の
   出力とあらかじめ設定しておいた処置プロセス全体が保
   有する前記活性汚泥の総量の値から小なくとも１時間毎
   に余剰汚泥引抜流量の修正値を出力することのできる第
   １制御器と、さらに、前記第２演算器の出力とあらかじ
   め設定しておいた前記沈殿池汚泥蓄積量の値とから返送
   、汚泥流量の操作補正量を出力することのできる第２制
   御器と、および、前記流入する下水の流量と前記返送さ
   れる汚泥の流量との比すなわち返送汚泥率を算出する第
   ５演算器と、当第５演算器の出力値とあらかじめ設定さ
   れた返送汚泥率の値とから返送汚泥流量の操作補正量を
   出力することのできる第３制御器とを有し、さらに、当
   第３制御器と前記第２制御器との出力を調定し返送汚泥
   流量の操作値を出力する仁とのできる第１上位制御器と
   、前記第５演算器の出力値とあらかじめ設定された返握
   汚泥率の許容限界域と非許容限界域との限界値から余剰
   汚泥引抜量の割引率または加重率を計算する第４制御器
   と、癲ｊ１１４演算器と上記第１制御器との出力から余
   剰汚泥引抜流！の操作値を出力することのできる第２上
   位制御器とからなることを特徴とした下水処理制御装置
   。